Tipos de matrices de extrusión de aluminio y utillaje
Una matriz de extrusión de aluminio no es una sola herramienta. Es un conjunto apilado, y cada parte del conjunto soporta una carga diferente. La matriz conforma la forma, el respaldo evita que colapse, el bastidor transmite la carga de la prensa al anillo de presión, y el forro protege un contenedor que cuesta mucho más que la matriz. El tipo de matriz que utiliza una prensa, y la aleación con la que la trabaja, determina lo que el acero de la matriz debe resistir. Esta página describe las partes del conjunto, los tipos de matriz utilizados para perfiles macizos y huecos, y la forma en que cambia el utillaje cuando una prensa pasa de la aleación 6063 a una aleación dura de la serie 7000.
Las partes del conjunto de la matriz y lo que hace cada una
En el proceso directo, el tocho se empuja a través de una matriz estacionaria mediante un vástago, y toda la carga de la prensa pasa por el conjunto situado detrás de la matriz. Cada parte tiene una función. La matriz conforma el perfil. El respaldo se sitúa inmediatamente detrás de la matriz y la sostiene para que no colapse ni se agriete. El anillo de la matriz mantiene unidas la matriz y la placa de alimentación. El bastidor distribuye la carga de la matriz sobre el anillo de presión, que la transmite a la platina de la prensa y resiste la deflexión del propio bastidor. El porta-matrices lleva el conjunto completo dentro y fuera de la prensa. Detrás de todo ello se encuentra el forro, que es la superficie de desgaste del contenedor, y el disco falso, que es la superficie de desgaste del vástago.
| Herramienta | Función |
|---|---|
| Troquel | Conforma la forma de la extrusión |
| Porta-matrices o anillo | Sujeta la matriz con la placa de alimentación y el respaldo |
| Respaldo de matriz | Soporta la matriz para evitar colapso o fractura |
| Bastidor | Transmite la carga de extrusión de la matriz al anillo de presión |
| Anillo de presión | Transmite la carga del bastidor a la platina de la prensa y evita la deflexión del bastidor |
| Porta-matrices o corredera | Sujeta el conjunto completo de la matriz, el anillo de la matriz y el bastidor, en la prensa |
| Matriz de puente, araña o porthole | Matriz especial para fabricar un perfil hueco con una junta de soldadura a lo largo del perfil |
| Placa de alimentación | Se sitúa delante de la matriz para equilibrar el flujo de metal y lograr una extrusión continua |
| Forro | Protege un contenedor grande y costoso del esfuerzo térmico y mecánico |
| Vástago | Montado con el émbolo principal para empujar el tocho a través del contenedor y el forro |
| Disco falso | Protege el costoso vástago, montado en él o flotando delante de él |
Funciones de las herramientas individuales utilizadas para la extrusión de aleaciones blandas y de grado medio con el proceso directo convencional. Cada parte de la lista es una pieza de desgaste, y el grado elegido para cada una está determinado por la carga que soporta y no por la matriz en sí.
Matrices macizas y matrices huecas
Las matrices de extrusión se dividen en dos familias. Una matriz maciza tiene una abertura simple y fabrica un perfil macizo o semihueco. Una matriz hueca tiene una cámara de soldadura y fabrica un perfil cerrado dividiendo el metal en corrientes separadas y reuniéndolas dentro de la matriz. Dentro de la familia de matrices macizas, la diferencia entre una matriz y la siguiente es cómo se alimenta el metal a la abertura. Una matriz de cara plana lo alimenta directamente. Una matriz con rebaje o placa de alimentación coloca una cámara delante de la abertura y deja que el metal llene esa cámara antes de entrar en la zona de apoyo, lo que uniformiza el flujo y permite que la prensa funcione tocho tras tocho sin detenerse.
| Tipo de matriz | Formas fabricadas | Nota |
|---|---|---|
| Matriz maciza de cara plana | Perfiles macizos y semihuecos | Zona de apoyo simple sobre una cara de matriz plana |
| Matriz con placa de alimentación, también llamada matriz de carcasa | Perfiles macizos más grandes que el tocho | Una cámara de soldadura delante de la matriz equilibra el flujo y permite la extrusión continua |
| Matriz con rebaje | Perfiles macizos | Una cavidad de una sola etapa, llamada rebaje, se sitúa delante de la abertura de la matriz |
| Hilera de un solo apoyo, hilera de apoyo uniforme | Perfiles macizos a mayor velocidad | Varias etapas de cavidad convergente mantienen una longitud de apoyo sobre la abertura |
| Hilera de puertos, de puente y de araña | Perfiles huecos y semihuecos | El metal se divide en puertos, fluye alrededor de los puentes y se resuelda en la cámara de soldadura |
Los tipos de hilera descritos en el capítulo. Que un taller use una hilera plana, una placa alimentadora o una hilera con rebaje para un perfil macizo dado depende de la forma, de su tamaño respecto al tocho y del equilibrio de flujo que busca el fabricante de hileras.
La herramienta cambia cuando cambia la aleación
La misma prensa utiliza herramientas distintas para una aleación blanda de la serie 6000 y para una aleación dura de la serie 2000 o 7000. Las aleaciones blandas y de grado medio se extruyen en las series 1100, 3000 y 6000, fluyen con facilidad y normalmente se procesan con una placa alimentadora delante de una hilera plana, de modo que la prensa puede funcionar de forma continua y manejar varios perfiles en una sola hilera a la vez. Las aleaciones duras se extruyen en las series 2000, 7000 y algunas de la serie 5000. Ofrecen resistencia al flujo, por lo que la hilera se fabrica más gruesa y rígida, el apoyo es más largo y la hilera se usa como hilera maciza sin placa alimentadora, una extrusión a la vez. La tabla siguiente compara ambas prácticas.
| Artículo | Aleaciones blandas y de grado medio | Aleaciones duras |
|---|---|---|
| Troquel | Hilera maciza plana, placa alimentadora, rebaje o apoyo único, a menudo como hilera multiorificio | Hilera maciza plana de mayor espesor con un apoyo más grande y una pequeña estrangulación delante |
| Disco falso | Falso tocho de tipo expandible fijo | Falso tocho macizo suelto, o falso tocho hueco suelto para tubo sin costura |
| Conjunto de hilera | Placa alimentadora, hilera, contrasoporte, anillo de hilera, soporte y cojín de presión | Hilera maciza, contrasoporte, anillo de hilera, soporte y cojín de presión, sin placa alimentadora |
| Modo de operación | Tocho sobre tocho, de modo que la prensa funciona de forma continua, normalmente con un sistema de tracción | Cada extrusión se realiza por separado |
| Perfiles huecos | Hilera de cámara de soldadura, que es del tipo de puertos, de puente o de araña | Tipo sin costura, sobre un mandril perforado o fijo que atraviesa un vástago hueco |
Práctica de herramienta para aleaciones blandas y de grado medio frente a aleaciones duras. El cambio de una hilera con placa alimentadora a una hilera maciza simple es la mayor diferencia individual entre ambas prácticas, y se deriva directamente de la facilidad con que fluye la aleación.
Cómo se mueve el metal a través de una hilera hueca
Una hilera hueca funciona en tres etapas, y cada etapa es un punto donde el flujo puede desequilibrarse. En la primera etapa el metal sale del tocho y entra en los puertos del mandril. En la segunda pasa de los puertos a la cámara de soldadura. En la tercera pasa de la cámara de soldadura por el espacio entre el mandril y la tapa de la hilera, y ese espacio es el apoyo que fija el espesor de pared final. Un rebaje en la entrada del mandril acelera el flujo alrededor del exterior de la hilera respecto al centro, y un rebaje en la parte superior del mandril equilibra el flujo en un ala delgada del perfil. El volumen de metal es el mismo en cada etapa, por lo que el área del puerto, el área de la cámara de soldadura y el área de la abertura final determinan las tres velocidades entre sí.
El equilibrio de flujo es también donde se agrieta una hilera hueca. Un puente de mandril de rigidez desigual, o un puente con un radio agudo en la parte superior, es la forma que falla, porque la carga empuja el puente y el mandril se desplaza contra la tapa. Un puente con un radio mayor es la solución que registra la fuente.
Qué implica esto para un pedido de acero para hileras
La herramienta determina las hileras, y las hileras determinan el acero. Una hilera plana para 6063 es la pieza menos exigente del conjunto, una hilera maciza gruesa para un perfil aeronáutico de 7075 es una de las más exigentes, y el forro, el falso tocho y el vástago son piezas de desgaste que están contra metal caliente todo el día. El grado que soporta la hilera misma es el acero de trabajo en caliente al cromo AISI H13 y su equivalente europeo 1.2344, que se trata en la página del acero para herramientas H13, y el programa de suministro de acero para hileras de extrusión está en la página de suministro de extrusión 1.2344 ESR H13. El grado por componente se detalla en la página de mejores aceros para hileras de extrusión de aluminio, y la selección más amplia de trabajo en caliente en la página de acero para hileras de extrusión en caliente. El apoyo que forma el perfil se trata en la página de longitud de apoyo de hilera, la forma en que el dado se desgasta durante una corrida en la página de desgaste de dados de extrusión de aluminio, y el tamaño de perfil que una prensa puede sostener en la página de diámetro del círculo circunscrito.
Antes de usar esto como una especificación de herramental
Esta página es un resumen de referencia de la práctica publicada y no es una especificación de Aobo Steel. Las funciones de las herramientas y los tipos de dados se reproducen de la fuente. El herramental que utiliza una prensa particular también depende de la prensa, el contenedor, el perfil y la aleación, y no hay dos dados del mismo diseño, material, dureza y acabado superficial que sean verdaderamente idénticos. El diseño final del dado se confirma en el trabajo.
Fuente, Aluminum Extrusion Technology, P. K. Saha, ASM International, 2000.