Comprimento da Zona de Calibração em uma Matriz de Extrusão de Alumínio
A zona de calibração, ou land da matriz, é a curta zona paralela pela qual o metal passa na saída da matriz. Tem alguns milímetros de comprimento e decide quase tudo na extrusão. Define a dimensão, a forma, o acabamento superficial e a velocidade, e é a parte da matriz que se desgasta. Acertar o comprimento da zona de calibração é o cerne do projeto de matriz, e a regra por trás disso é a mesma em qualquer oficina. A zona de calibração é longa onde o metal flui rápido e curta onde flui devagar. Esta página apresenta o que a zona de calibração controla, o que determina seu comprimento e os dois cortes, choke e alívio, usados para ajustá-la.
O que a zona de calibração controla
O projetista de matriz trata a zona de calibração como a única variável que pode ser ajustada depois que a abertura em si está fixada. A abertura define a forma. A zona de calibração define como o metal chega a essa forma. Como o metal é empurrado, não puxado, o fluxo não é uniforme em toda a face da matriz, e a zona de calibração é o que o corrige.
| O que a zona de calibração define | Como ela faz isso |
|---|---|
| Tamanho | Mantém a seção transversal final enquanto o metal sai da matriz, de modo que uma zona mais longa em um lado retém esse lado |
| Forma | Equilibra o fluxo entre as partes grossas e finas do perfil, e uma zona de calibração desequilibrada distorce a forma |
| Acabamento da superfície | Controla quanto o metal quente atrita contra o aço da matriz ao passar, definindo as linhas de extrusão e o pick up |
| Velocidade de extrusão | O atrito na zona de calibração é o que retarda o metal, então o comprimento total da zona de calibração limita a velocidade do êmbolo na qual a matriz operará |
| Vida útil da matriz | A zona de calibração é a parte da matriz em contato deslizante com o alumínio quente, portanto é a parte que se desgasta |
As funções da zona de calibração da matriz. Dimensão, forma, acabamento e velocidade são as quatro que a fonte cita primeiro, e a vida útil da matriz decorre disso porque a zona de calibração é a superfície que desliza contra o alumínio quente.
Por que o comprimento da zona de calibração varia ao longo de uma mesma matriz
Uma zona de calibração nunca tem um único comprimento. Na extrusão direta o metal arrasta na parede do container à medida que o tarugo se move, então o metal no centro do tarugo corre à frente do metal na borda. Perto da abertura da matriz o centro é mais rápido e a borda é mais lenta. Para fazer os dois chegarem juntos, a zona de calibração tem de ser mais curta onde o metal é lento e mais longa onde é rápido, o que na prática significa que a zona de calibração é mais longa na parte externa da matriz e mais curta perto do centro. A mesma lógica se aplica a uma seção fina. Uma perna fina de um perfil flui devagar, então sua zona de calibração é encurtada até que a perna acompanhe as partes mais pesadas da forma. Três fatores definem o comprimento em qualquer ponto.
| Parâmetro | Efeito no comprimento da zona de calibração | Razão |
|---|---|---|
| Distância da abertura em relação ao centro do tarugo | Zona de calibração mais longa mais para fora | O atrito na interface entre tarugo e container retarda o metal próximo à superfície, então a zona de calibração tem de ser mais longa perto da borda para reter esse metal e uniformizar o fluxo |
| Espessura da seção nesse ponto | Zona de calibração mais curta em uma seção fina | Uma seção fina sai da matriz por uma abertura pequena e flui devagar, então sua zona de calibração é reduzida para permitir que ela alcance o restante |
| Forma e tamanho da câmara de alimentação à frente da abertura | Zona de calibração ajustada para corresponder à câmara | A câmara é o que alimenta a abertura, e sua forma determina quanto metal chega a cada parte da zona de calibração |
Os três parâmetros que definem o comprimento de apoio em um ponto da abertura da matriz. Os dois primeiros são propriedades da forma e de sua posição na matriz, e o terceiro é a principal ferramenta do projetista para alterar o fluxo.
Choke e alívio, os dois cortes que ajustam a zona de calibração
Depois que a matriz está pronta, a zona de calibração é ajustada pela frente ou por trás. Um choke é cortado no lado de entrada e retarda o metal. Um alívio é cortado no lado de saída e acelera o metal. Ambos são normalmente produzidos por eletroerosão, então a quantidade removida pode ser medida e repassada ao projetista ou ao fabricante da matriz. Os ângulos abaixo são os valores que a fonte fornece para as ligas duras das séries 2000 e 7000, e são a faixa prática, não uma regra para toda matriz.
| Recurso | Onde é cortado | Quantidade usual | O que ela faz |
|---|---|---|---|
| Estrangulamento | Frente da zona de calibração, no lado do tarugo | Um ângulo de até 3 graus | O metal é retardado ao entrar, o que preenche a abertura da matriz e mantém as dimensões. É usado em ligas duras das séries 2000 e 7000 |
| Alívio | Traseira da zona de calibração, no lado de saída | Um ângulo de até 7 graus | A zona de calibração efetiva fica mais curta, então o metal acelera ao sair. É o ajuste oposto ao choke |
| Largura da zona de calibração em uma junção | Onde um comprimento de zona de calibração encontra outro | Misturado, nunca deixado como um degrau abrupto | Uma mudança abrupta no comprimento da zona de calibração faz o metal fluir de forma desigual, e o resultado é uma marca na extrusão |
Estrangulamento, alívio e a mesclagem de um rolamento. Estrangular a frente do rolamento é o tratamento padrão para ligas duras, onde o objetivo é preencher a abertura e manter as dimensões. O alívio na parte traseira faz o oposto, encurtando o rolamento efetivo e deixando o metal fluir mais rápido.
A matriz de rolamento único
Em uma matriz de recesso, a cavidade à frente da abertura é um único estágio. Em uma matriz de rolamento único, também chamada de matriz de rolamento igual, a cavidade é feita em vários estágios convergentes, e o fluxo é equilibrado pela área desses estágios em vez de pelo rolamento, de modo que o rolamento pode permanecer o mesmo ao redor de toda a abertura. A vantagem é a velocidade. O metal ganha velocidade ao passar por cada estágio de uma cavidade convergente, e como o volume de metal é constante em cada estágio, uma cavidade cuja área média é maior que a abertura final entrega o metal mais rápido do que uma placa de alimentação simples. A fonte relata matrizes de rolamento único construídas para três estágios.
Uma mudança brusca no comprimento do rolamento de um ponto para o próximo é uma das causas comuns de estrias, porque o metal que cruza uma junção não consegue acompanhar o degrau. Onde a mudança não pode ser evitada, ela é mesclada, seja com uma conicidade progressiva, uma conicidade reta ou um raio.
O que isso significa para um pedido de aço para matrizes
O rolamento é onde o aço da matriz encontra o alumínio quente, então é a parte que precisa manter sua dureza em temperatura e resistir à aderência do metal. O grau por trás dele é o aço cromo para trabalho a quente AISI H13 e seu equivalente europeu 1.2344, abordado na página do aço ferramenta H13, e o programa de fornecimento para extrusão está na página de fornecimento de extrusão 1.2344 ESR H13. O que acontece com o rolamento após algumas centenas de tarugos está na página de desgaste de molde de extrusão de alumínio, a pilha em que o rolamento se assenta está na página de tipos de matrizes e ferramental, e a variedade de formas que uma determinada prensa pode suportar está na página de diâmetro do círculo circunscrito. O endurecimento da superfície do rolamento é abordado na página de nitretação de aço ferramenta, e a escolha do grau por componente na página dos melhores aços-ferramenta para matrizes de extrusão de alumínio.
Antes de definir um comprimento de rolamento a partir desta página
Esta página é um resumo de referência de práticas publicadas e não é uma especificação da Aobo Steel. O comprimento do rolamento em uma matriz real é definido pelo projetista da matriz com base na forma, na liga, na prensa e na taxa de extrusão, e é corrigido na prensa após a primeira rodada. Os ângulos de estrangulamento e alívio acima são os valores que a fonte fornece para ligas duras e são uma faixa inicial, não uma regra. O projeto final e a correção são confirmados no trabalho.
Fonte, Aluminum Extrusion Technology, P. K. Saha, ASM International, 2000.