Introducción

La extrusión caliente es un proceso de fabricación de alto volumen utilizado para producir perfiles de metal largos, barras, tubos y secciones transversales complejas. Aluminio, cobre, magnesio, titanio, e incluso algunas calificaciones de acero se forman comúnmente a través de este método.El proceso implica calentar una factura de metal a una temperatura inferior a su punto de fusión, por lo general 300 a 500°C para las aleaciones de aluminio y la fatiga hasta 1200°C

Los defectos superficiales como rasguños, galantes, líneas de moros y la onda son desafíos comunes en la extrusión caliente, y frecuentemente se originan de las condiciones de fricción que existen entre la facturación, la superficie de rodamiento de moros y la pared de contenedores. Gestión de fricción – es decir, el control deliberado de las condiciones tribológicas durante el golpe de extrusión – tiene una influencia directa y medible en la calidad de la superficie final del producto extrusionado.

Fundamentos de la fricción en la extrusión caliente

La fricción en la extrusión caliente es un fenómeno tribológico complejo que opera bajo condiciones extremas: altas presiones de contacto (a menudo superiores a 300 MPa), temperaturas elevadas, altas velocidades deslizantes (hasta varios metros por segundo), y un metal deformado en un estado semi-sólido o viscoplásico. Existen dos regímenes de fricción primaria: fricción seca (sin lubricación) y fricción lubricada, con régimen mixto de lubricación industrial.

El Coeficiente de la Fricción y su Variabilidad

El coeficiente de fricción (COF) en la extrusión caliente no es un solo valor, sino que varía a lo largo de la longitud del rodamiento de la matriz, con presión y con el tiempo durante el ciclo de extrusión. En la superficie del rodamiento de la rábala, donde el metal de la rábala se ve obligado a deslizarse contra el acero de la herramienta, el COF puede variar de 0,05 con una lubricación efectiva a 0, o más alta bajo condiciones de lubricación.

Fricción como un conductor de integridad superficial

Los defectos de acabado superficial se inician a menudo cuando la fricción local supera la fuerza cohesiva del metal, causando que el material se adhiera a la matriz y luego se rompa, creando gouges o capas de transferencia. El comportamiento de fricción también se combina fuertemente a la capa de óxido en la superficie de la hoja. Una superficie de metal fresco y limpio dentro del contenedor bajo alta presión y temperatura se puede soldar fácilmente para morir de acero si el óxido de la herramienta de fritura

Factores claves Niveles de fricción influenciantes

Varios factores de proceso y materiales interactúan para determinar el nivel de fricción en el rodamiento de moros y la pared de contenedores. Entender estos factores es esencial para implementar una gestión eficaz de fricción.

Temperatura

La temperatura afecta la resistencia al rendimiento del metal, la viscosidad de cualquier lubricante aplicado, y la tasa de oxidación de la facturación y la superficie de la fundición. Las temperaturas de la facturación inferiores pueden aumentar el estrés del flujo y reducir la tendencia a la adherencia, mientras que las temperaturas más altas promueven el agotamiento del lubricante y el descomposición del acero al fundido.

Presión de la extrusión y velocidad

La presión de extrusión superior aumenta la fuerza normal en el rodamiento, elevando el estrés de la fricción y haciendo más crítica la lubricación. La velocidad también tiene un efecto directo: demasiado rápido una velocidad de carnero puede sobrecalentar la superficie del rodamiento de la matriz, lo que conduce a la falla de lubricante y a una mayor rugosidad de la superficie.

Material de la muerte y condición de la superficie

La dureza de acero, la rugosidad superficial y cualquier revestimiento aplicado influyen directamente en la fricción. Una superficie de rodamiento pulido (Ra se realizó 0.1 μm) reduce la interconexión mecánica y la tendencia de la recogida de metal. Los aceros de herramientas como H13 y QRO-90 son utilizados comúnmente, y su control de nitrición o recubrimiento (por ejemplo, TiN, AlCrN, o CrN) reducen aún más la resistencia a la fricción.

Estado de superficie de Billet

Las escalas de óxido, la contaminación superficial y el espesor del óxido de metal afectan a la fricción. En la extrusión de aluminio, una capa de óxido uniforme y frágil puede actuar como lubricante sólido en determinadas condiciones, pero el espesor del óxido inconsistente o la presencia de lubricante residual de homogeneización pueden crear cambios localizados en la fricción, lo que conduce a marcas superficiales.

Propiedades lubricantes

El tipo, la composición y el método de aplicación del lubricante son quizás las variables más directamente influyentes. Los lubricantes deben soportar altas temperaturas sin descomposición, proporcionar una capa de baja resistencia a la manguila, y no ser reactiva con el metal que se extruye. Los lubricantes comunes para la extrusión caliente incluyen dispersiones basadas en grafito, disulfunción de lubricantes molibdeum y aceitesivos diseñados para la distribución de alta resistencia a la lubricación de alta temperatura.

Defectos superficiales utilizados por la gestión de la fricción pobre

El control de fricción insuficiente conduce a una gama de defectos superficiales que afectan la apariencia y funcionalidad de productos extruidos. Identificar estos defectos es el primer paso hacia la selección de la estrategia correcta de gestión de fricción.

Líneas de Muere y Estareaks

Las líneas longitudinales a lo largo de la dirección de extrusión son a menudo causadas por variaciones de fricción localizadas en el rodamiento de la matriz. Estas líneas pueden ser superficiales o profundas y pueden resultar de un recubrimiento de lubricantes no uniforme, escombros incrustados en la matriz, o sobrecalentamiento local que altera la película de lubricante.

Galling y Pickup

La galación ocurre cuando el metal de la hoja de cuentas se transfiere a la superficie de la muerte y se acumula, eventualmente desgarrándose y dejando una superficie áspera y parche en la extrusión. En aluminio, la galación se manifiesta como una combinación de rugosidad superficial y decoloración. A menudo se ve precedida por un fenómeno de labio-pegamino donde la fricción se alterna entre valores altos y bajos.

Aprendizaje de superficie y tearing caliente

Cuando la fricción es extremadamente alta, el tensil destaca en la superficie extrusionada puede superar la ductilidad del material, creando grietas transversales o lágrimas calientes. Estos defectos son más comunes en aleaciones duras de extrusión como 6061 o 7075 aluminio y en aleaciones de magnesio. La gestión de fricción a través de la lubricación y el control de temperatura de la muerte puede reducir la probabilidad de grieta superficial.

Rasgos y Roughness

Las raspas son un resultado directo de partículas abrasivas (desbridos de desgaste de las partículas de lubricantes sin disuelve o descomposición) que se arrastran a través de la superficie mientras la extrusión sale de la matriz. Filtración adecuada de lubricantes, limpieza de la muerte y el uso de acero de la muerte de alta calidad puede minimizar este defecto. La rugosidad superficial (Ra) generalmente aumenta cuando la fricción supera 0, como medida por la extrusión de la tritímetro de la presión.

Estrategias de gestión de fricción

Un enfoque sistemático de la gestión de fricción implica seleccionar un lubricante apropiado, optimizar el tratamiento de superficie de morada, ajustar los parámetros de proceso y mantener el equipo. Las siguientes estrategias se han demostrado en la práctica industrial.

Selección y aplicación de lubricación

Los lubricantes para la extrusión caliente deben ser elegidos sobre la base de la aleación de metal específica, la temperatura de extrusión y el diseño de la muerte. Los lubricantes basados en grafito son ampliamente utilizados para la extrusión de aluminio porque mantienen baja fricción hasta 500°C y son fáciles de aplicar como un spray basado en agua.

Tratamientos de la superficie y de las rejas

La ingeniería de superficie avanzada del área de rodamientos de moros reduce significativamente la fricción. La desconexión (gas o nitrificación de plasma) crea una zona dura, de difusión con baja fricción y alta resistencia al desgaste. La deposición de vapor físico (PVD) recubrimientos como TiAlN, CrN o DLC (como el carbono) proporcionan coeficientes de fricción más bajos (0.1–0.2) y una excelente estabilidad térmica.

Optimización del parámetro de proceso

Controlar la velocidad del ramo, la temperatura de la facturación y la temperatura de la muerte dentro de ventanas estrechas puede compensar las variaciones de la fricción. La reducción de la velocidad del ramo durante la fase de avance inicial impide el pico de alta fricción que puede causar grandes defectos de superficie. Algunas prensas de extrusión utilizan la calefacción progresiva de la matriz para mantener una temperatura constante en el rodamiento, asegurando un comportamiento lubricante estable.

Consideraciones de la geometría y el diseño de la muerte

La longitud de los rodamientos, la geometría de la tierra y los ángulos de entrada afectan la distribución de presión y la distancia de deslizamiento, que a su vez influyen en la fricción. Las longitudes de los rodamientos más cortas reducen la distancia deslizante y por lo tanto la fricción, pero también reducen la capacidad de controlar el acabado superficial. Optimizar la longitud del rodamiento es un equilibrio entre la fricción y la estabilidad dimensional.

Monitoreo y retroalimentación en tiempo real

Las modernas prensas de extrusión están equipadas con sensores para medir la fuerza de los carneros, la temperatura de los moros y la calidad de la superficie en línea. Al correlacionar curvas de fuerza con eventos de fricción, los operadores pueden detectar el inicio de la descomposición de lubricantes y ajustar los parámetros en tiempo real. Algunas plantas utilizan sensores ultrasónicos para detectar defectos de superficie cuando la extrusión sale del de la des, provocando la limpieza automática o los ciclos.

Impacto en acabado superficial y calidad del producto

El impacto directo de la gestión eficaz de fricción es una mejora significativa en el acabado superficial. Los datos de la industria muestran que reducir el coeficiente de fricción de 0,3 a 0,1 en el rodamiento de la matriz puede reducir la rugosidad media de la superficie (Ra) de 1,2 μm a 0,4 μm en las extrusiones de aluminio 6063. Esta reducción no sólo cumple con los requisitos estéticos para aplicaciones arquitectónicas, sino que reduce la necesidad de operaciones de acabado post-extrusión como pulido, pulido, pulido, pulido, pulido o químico.

Precisión dimensional

La fricción también afecta la consistencia dimensional del perfil extruido. La fricción desigual a lo largo del rodamiento de la matriz provoca flujos metálicos no uniformes, lo que conduce a desviaciones en el espesor de la pared y la forma transversal. La fricción controlada a través de la lubricación uniforme reduce estas variaciones, mejorando el rendimiento y reduciendo el desperdicio. Para perfiles de alta precisión utilizados en los disipadores de calor o componentes estructurales, una variación inducida por fricción de hasta 0,05 mm puede ser inaceptable.

Vida de herramientas y productividad

La fricción inferior reduce el desgaste de la herramienta, prolongando la vida útil en 30–50% en muchos casos. Esto trae beneficios económicos a través de menos cambios de la matriz, menos tiempo de inactividad para el reajuste y menores costos de herramienta. Además, la fricción reducida reduce la fuerza de extrusión necesaria, permitiendo una baja tonelada de prensa o velocidades de los carneros más rápidas para el mismo límite de fuerza, que aumenta directamente la productividad.

Consideraciones prácticas y ejemplos de industria

Industria de extrusión de aluminio

En la producción de 6063 y 6060 perfiles de aluminio para marcos de ventanas y paredes de cortina, la gestión de fricción es crítica para lograr un acabado uniforme anodizado. Los fabricantes utilizan lubricante basado en grafito aplicado a través de estaciones de pulverización automatizadas que recubren el muro de contenedores y que se desprenda antes de cada inserción de la hoja de cálculo. Algunas plantas avanzadas utilizan un lubricante sintético soluble que se quema durante el calor de extrusión, dejando sintético, sintético, sintético, sintético, un 8 %, sintético, sintético, sintético.

Extrusión de Titanio y Superalleación

La extrusión caliente de las aleaciones de titanio (por ejemplo, Ti-6Al-4V) y las superallas basadas en níquel presenta retos de fricción extremos debido a su alto estrés de flujo y tendencia a reaccionar con acero de mora. Aquí, lubricantes de vidrio (por ejemplo, vasos borosilicados con puntos de suavidad específicos) se utilizan.

Extrusión de cobre y de latón

Para el cobre y latón, las temperaturas de extrusión más altas (700–900°C) requieren lubricantes con estabilidad térmica. Las mezclas de grafito y talco son comunes, pero algunas plantas utilizan lubricantes basados en aceite que se descomponen para formar una capa de carbono. El enfoque de gestión de fricción aquí se centra a menudo en controlar la temperatura de la muerte a través de canales de refrigeración de agua para prevenir la degradación de lubricantes.

Medición y monitoreo de la fricción en la extrusión caliente

El sensor de fricción de alta presión, que se encuentra cerca de la superficie de la fricción, permite la detección de la fuerza de la fricción. El sensor de la fricción de la superficie de la fricción de la superficie de la fricción, la fuerza de la tensión, la presión y la velocidad, proporciona datos de referencia para la selección de lubricantes.

Futuros Direcciones en Gestión de Fricción

La investigación continúa desarrollando sistemas de lubricación inteligentes que ajustan la tasa de entrega de lubricantes basados en retroalimentación en tiempo real. Se están investigando materiales de mora autolubricantes, como los infundidos con lubricantes sólidos que migran a la superficie durante el uso. Fabricación adicional de moros con superficies de rodamientos texturadas (por ejemplo, micro-grandes o dimpleos) es otro enfoque prometedor que reemplaza al lubricante y reduce la fricción ambientalmente la protección.

Conclusión

La gestión de fricción no es una consideración secundaria en la extrusión caliente; es un determinante primario de la calidad de acabado superficial, la precisión dimensional, la vida útil de las herramientas y la eficiencia general del proceso. Al comprender las complejas condiciones tribológicas que existen en la interfaz de billet-die y controlar sistemáticamente factores como el tipo de lubricante y la aplicación, los tratamientos de superficie de morada y los parámetros de proceso, los fabricantes pueden lograr acabados superficiales superiores y constantes reduciendo los costos.

Para mayor lectura, véase modelado tribológico en la extrusión y ] Ingeniería de la Superficie de la Extrusión .