Tipos de matrizes e ferramental para extrusão de alumínio
Uma matriz de extrusão de alumínio não é uma única ferramenta. É um conjunto, e cada parte do conjunto suporta uma carga diferente. A matriz forma o perfil, o apoio impede o seu colapso, o bolster transmite a carga da prensa ao anel de pressão, e o liner protege um container que custa muito mais do que a matriz. O tipo de matriz que uma prensa utiliza, e a liga com que a utiliza, determina o que o aço da matriz tem de suportar. Esta página apresenta as partes do conjunto, os tipos de matrizes usados para perfis maciços e vazados, e a forma como o ferramental muda quando uma prensa passa do 6063 para uma liga dura da série 7000.
As partes do conjunto da matriz e o que cada uma faz
No processo direto, o tarugo é empurrado através de uma matriz estacionária por um êmbolo, e toda a carga da prensa passa pelo conjunto atrás da matriz. Cada parte tem uma função. A matriz forma o perfil. O apoio fica imediatamente atrás da matriz e a sustenta para que não colapse ou fissure. O anel da matriz mantém a matriz e a placa alimentadora juntas. O bolster distribui a carga da matriz para o anel de pressão, que a transmite à placa da prensa e resiste à deflexão do próprio bolster. O carro porta-matriz leva o conjunto completo para dentro e para fora da prensa. Atrás de tudo isso fica o liner, que é a superfície de desgaste do container, e o dummy pad, que é a superfície de desgaste do êmbolo.
| Ferramenta | Função |
|---|---|
| Molde | Forma o perfil da extrusão |
| Porta-matriz ou anel | Mantém a matriz com a placa alimentadora e o apoio |
| Apoio da matriz | Sustenta a matriz para evitar colapso ou fratura |
| Bolster | Transmite a carga de extrusão da matriz ao anel de pressão |
| Anel de pressão | Transmite a carga do bolster à placa da prensa e evita a deflexão do bolster |
| Porta-matriz ou carro | Mantém o conjunto completo da matriz, o anel da matriz e o bolster na prensa |
| Matriz ponte, aranha ou porthole | Matriz especial para produzir um perfil vazado com uma junta de solda ao longo do comprimento do perfil |
| Placa alimentadora | Fica à frente da matriz para equilibrar o fluxo de metal e permitir uma extrusão contínua |
| Liner | Protege um container grande e caro contra tensões térmicas e mecânicas |
| Êmbolo | Montado no pistão principal para empurrar o tarugo através do container e do liner |
| Dummy pad | Protege o êmbolo caro, montado nele ou flutuando à sua frente |
Funções das ferramentas individuais usadas para extrusão de ligas macias e de média resistência com o processo direto convencional. Cada parte da lista é uma peça de desgaste, e o aço escolhido para cada uma é determinado pela carga que suporta e não pela matriz em si.
Matrizes maciças e matrizes vazadas
As matrizes de extrusão dividem-se em duas famílias. Uma matriz maciça tem uma abertura simples e produz um perfil maciço ou semivazado. Uma matriz vazada tem uma câmara de solda e produz um perfil fechado ao dividir o metal em fluxos separados e reuni-los novamente dentro da matriz. Dentro da família maciça, a diferença entre uma matriz e outra está na forma como o metal é alimentado à abertura. Uma matriz plana alimenta-o diretamente. Uma matriz com recesso ou placa alimentadora coloca uma câmara à frente da abertura e deixa o metal preencher essa câmara antes de entrar na zona de calibração, o que uniformiza o fluxo e permite à prensa trabalhar tarugo após tarugo sem parar.
| Tipo de matriz | Perfis produzidos | Observação |
|---|---|---|
| Matriz plana maciça | Perfis maciços e semivazados | Zona de calibração simples numa face plana da matriz |
| Matriz com placa alimentadora, também chamada matriz housing | Perfis maciços maiores que o tarugo | Uma câmara de solda à frente da matriz equilibra o fluxo e permite extrusão contínua |
| Matriz com recesso | Perfis maciços | Uma cavidade de estágio único, chamada recesso, fica à frente da abertura da matriz |
| Matriz de apoio único, matriz de apoio igual | Perfis maciços em velocidade mais alta | Vários estágios convergentes de cavidade mantêm um comprimento de apoio sobre a abertura |
| Matriz de porthole, ponte e aranha | Perfis vazados e semivazados | O metal se divide em portas, flui ao redor das pontes e se ressolda na câmara de solda |
Os tipos de matriz descritos no capítulo. Se uma fábrica usa uma matriz plana, placa alimentadora ou matriz rebaixada para um determinado perfil maciço depende do formato, do seu tamanho em relação ao tarugo e do equilíbrio de fluxo que o fabricante de matrizes deseja.
O ferramental muda quando a liga muda
A mesma prensa opera ferramental diferente para uma liga macia da série 6000 e para uma liga dura das séries 2000 ou 7000. Ligas de grau macio e médio são extrudadas nas séries 1100, 3000 e 6000, fluem facilmente e geralmente são processadas com uma placa alimentadora na frente de uma matriz plana, para que a prensa opere continuamente e processe vários perfis em uma única matriz ao mesmo tempo. Ligas duras são extrudadas nas séries 2000, 7000 e algumas da série 5000. Elas resistem ao fluxo, então a matriz é feita mais espessa e rígida, o apoio é mais longo e a matriz é operada como matriz maciça sem placa alimentadora, uma extrusão por vez. A tabela abaixo compara as duas práticas.
| Item | Ligas de grau macio e médio | Ligas duras |
|---|---|---|
| Molde | Matriz plana maciça, placa alimentadora, rebaixada ou de apoio único, frequentemente operada como matriz multi-furo | Matriz plana maciça de maior espessura com apoio maior e um pequeno estrangulamento na frente |
| Dummy pad | Falso tarugo tipo expansível fixo | Falso tarugo maciço solto, ou falso tarugo vazado solto para tubo sem costura |
| Conjunto de matriz | Placa alimentadora, matriz, contra-matriz, anel da matriz, bolster e almofada de pressão | Matriz maciça, contra-matriz, anel da matriz, bolster e almofada de pressão, sem placa alimentadora |
| Estilo de operação | Tarugo sobre tarugo, para que a prensa opere continuamente, geralmente com um sistema de tração | Cada extrusão é processada separadamente |
| Perfis vazados | Matriz de câmara de solda, que é do tipo porthole, ponte ou aranha | Tipo sem costura, sobre mandril perfurado ou fixo conduzido através de haste vazada |
Prática de ferramental para ligas de grau macio e médio em comparação com ligas duras. A mudança de uma matriz com placa alimentadora para uma matriz maciça simples é a maior diferença individual entre as duas práticas, e decorre diretamente da facilidade com que a liga flui.
Como o metal se move através de uma matriz vazada
Uma matriz vazada opera em três estágios, e cada estágio é um ponto onde o fluxo pode se desequilibrar. No primeiro estágio o metal sai do tarugo e entra nas portas do mandril. No segundo ele passa das portas para a câmara de solda. No terceiro ele passa da câmara de solda através do vão entre o mandril e a capa da matriz, e esse vão é o apoio que define a espessura final da parede. Um rebaixo na entrada do mandril acelera o fluxo ao redor da parte externa da matriz em relação ao centro, e um rebaixo no topo do mandril equilibra o fluxo em uma aba fina do perfil. O volume de metal é o mesmo em cada estágio, então a área da porta, a área da câmara de solda e a área da abertura final definem as três velocidades entre si.
O equilíbrio de fluxo também é onde uma matriz vazada trinca. Uma ponte de mandril de rigidez desigual, ou uma ponte com raio acentuado no topo, é o formato que falha, porque a carga empurra a ponte e o mandril se desloca contra a capa. Uma ponte com raio maior é a correção registrada pela fonte.
O que isso significa para um pedido de aço para matrizes
O ferramental decide as matrizes, e as matrizes decidem o aço. Uma matriz plana para 6063 é a peça menos exigente do conjunto, uma matriz maciça espessa para um perfil aeronáutico 7075 é uma das mais exigentes, e o liner, o falso tarugo e a haste são peças de desgaste que ficam em contato com metal quente o dia todo. O grau que suporta a própria matriz é o aço cromo para trabalho a quente AISI H13 e seu equivalente europeu 1.2344, que é abordado na página do aço ferramenta H13, e o programa de fornecimento de estoque para matrizes de extrusão está na página de fornecimento de extrusão 1.2344 ESR H13. O grau por componente está apresentado na página dos melhores aços-ferramenta para matrizes de extrusão de alumínio, e a seleção mais ampla para trabalho a quente na página de aço para matrizes de extrusão a quente. O apoio que forma o perfil é discutido na página de comprimento de apoio da matriz, a forma como o molde se desgasta durante uma corrida no página de desgaste de molde de extrusão de alumínio, e o tamanho do perfil que uma prensa pode suportar no página de diâmetro do círculo circunscrito.
Antes de usar isto como especificação de ferramental
Esta página é um resumo de referência da prática publicada e não é uma especificação da Aobo Steel. As funções das ferramentas e os tipos de molde são reproduzidos da fonte. O ferramental que uma prensa específica utiliza também depende da prensa, do container, do perfil e da liga, e dois moldes do mesmo projeto, material, dureza e acabamento superficial nunca são verdadeiramente idênticos. O projeto final do molde é confirmado no trabalho.
Fonte, Aluminum Extrusion Technology, P. K. Saha, ASM International, 2000.