EXTRUSORES

En 1797, Joseph Bramah patentó el primer proceso de extrusión para hacer

un tubo de plomo. Éste consistía en el precalentamiento del metal para luego

pasarlo por un troquel mediante un émbolo a mano. El proceso no fue desarrollado

sino hasta 1820, cuando Thomas Burr construyó la primera prensa hidráulica.

Hasta ese momento el proceso se llamó squirting. En 1894 Alexander Dick

expandió el proceso de extrusión al cobre y aleaciones de bronce.

Definición

La palabra extrusión proviene del latín "extrudere" que significa forzar un

material a través de un orificio. En una definición amplia, el proceso de extrusión

hace referencia a cualquier operación de transformación en la que un material

fundido es forzado a atravesar una boquilla para producir un artículo de sección

transversal constante y, en principio, longitud indefinida.

Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polímeros,

cerámicas, hormigón y productos alimenticios.

Los productos obtenidos por extrusión pueden estar hechos

de metal o plástico; a continuación daremos una somera explicación de los

procedimientos de extrusión para ambos materiales.

Extrusión de Metales

Mediante el proceso de extrusión pueden obtenerse productos de diversas

formas. En el caso de los metales, tales como aluminio o acero, se vacían en

moldes de distintas formas; pueden laminarse entre rodillos, o efectuar el

conformado de piezas, o por empuje, ejerciendo presión y haciendo pasar la

materia prima a través de dados para que adquieran la forma deseada.

La extrusión en prensa se realiza mediante la conformación de la pieza por

deformación plástica. El metal es sometido a moldeado en frío o caliente, y

por compresión en un recipiente cerrado en un extremo, con una matriz que posee

un orificio, y por el otro, un disco macizo denominado disco de presión.

El metal puede someterse al esfuerzo de compresión de dos modos distintos:

1. Por disco de presión

2. Por matriz.

3.

En caso de realizarse con disco, se lo denomina extrusión directa, cuando

se realiza por matriz, se lo denomina extrusión inversa.

Requisitos de la Materia Prima para Extrusión

Para efectuar el procedimiento de extrusión, un elemento debe satisfacer tres

requisitos fundamentales:

1. Lograr reunir la materia prima continuamente en estado sólido y fundido.

2. Fundir en forma continua la materia prima.

3. Conseguir homogeneidad de la materia prima en forma física y térmica.

Extrusión de Plásticos

El material plástico se obtiene de la reacción química de derivados del

petróleo y se moldea a través de presión o de calor.

El plástico se conforma dentro de una máquina extrusora que va procesando

las piezas en forma continua. La extrusora posee un transportador de tornillo

helicoidal.

El polímero (materia prima) se transporta desde la tolva a través de una

cámara de calentamiento llegando hasta la boca de descarga en forma continua.

Al emerger el polímero, que ingresa en forma de gránulos sólidos, sale de la

matriz en estado blando adoptando la forma.

Luego se corta lo producido a la medida necesaria.

Representación del proceso de extrusión

PARTES DE UNA EXTRUSORA

A) Extrusora de metales (ver figura)

1. Vástago

2. Empujador

3. Lingote

4. Contenedor (container)

5. Matriz

6. Porta matriz

7. Plato abierto o cabezal fijo

8. Extruido (pieza terminada)

Partes de una extrusora de metales

B) Extrusora de plástico (ver figura)

1. Tolva

2. Cilindro

3. Resistencias eléctricas

4. Tornillo

5. Cabezal

6. Boquilla

Representación de extrusora de plástico de usillo sencillo

Procesos de Extrusión

El proceso comienza con el calentamiento del material. Éste se carga

posteriormente dentro del contenedor de la prensa. Se coloca un bloque en la

prensa de forma que sea empujado, haciéndolo pasar por el troquel. Si son

requeridas mejores propiedades, el material puede ser tratado

mediante calor o trabajado en frío.

Extrusión en caliente

La extrusión en caliente se hace a temperaturas elevadas para evitar el

trabajo forzado y hacer más fácil el paso del material a través del troquel. La

mayoría de la extrusión en caliente se realiza en prensas hidráulicas horizontales

con rango de 250 a 12.000 t. Rangos de presión de 30 a 700 Mpa (4400 a 102.000

psi), por lo que la lubricación es necesaria, puede ser aceite o grafito para bajas

temperaturas de extrusión, o polvo de cristal para altas temperaturas de extrusión.

La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su

mantenimiento.

Los metales que más comúnmente se someten a extrusión son: El plomo,

cobre, latón, bronce, aleaciones de aluminio y magnesio. La obtención de las

piezas metálicas por el proceso de extrusión se puede realizar para los siguientes

materiales con las temperaturas adecuadas.

MATERIAL

TEMPERATURA

Acero 1100 – 1250 ºCCobre 750 – 925 ºCAluminio 320 – 450 ºC

La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su

mantenimiento.

Proceso de extrusión en caliente

Extrusión en frío

Consiste en obligar a una porción de material colocado en el fondo de una

matriz a deformarse plásticamente y extenderse entre las paredes de la matriz y

las del punzón que la comprime. Logró gran difusión a partir de 1940. Se suele

utilizar para producir piezas metálicas, frecuentemente en forma terminada o casi

terminada, sobre todo en forma de herramientas, piezas de vehículos, máquinas

textiles, electrodomésticos y perfiles extrusionados para la construcción

arquitectónica e ingenieril.

Los materiales que son comúnmente tratados con comúnmente tratados con

extrusión fría son extrusión fría son; Plomo, estaño, aluminio, cobre, circonio,

titanio, berilio, vanadio, niobio y acero

Algunos ejemplos de productos obtenidos por este proceso son:

Los tubos plegables, el extintor de incendios, cilindros del amortiguador,

pistones automotores, entre otros.

Perfiles de aluminio. Extrusión en frio

Extrusión tibia

La extrusión tibia se hace por encima dela temperatura ambiente pero por

debajo de la temperatura de Recristalización del material, en el rango de

temperaturas de (424 °C a 975 °C). Este proceso es usualmente usado para lograr

el equilibrio apropiado en las fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades

finales de la extrusión.

La extrusión tibia tiene varias ventajas rentables comparada con la extrusión

fría: reduce la presión que debe ser aplicada al material y aumenta la ductilidad del

acero. La extrusión tibia incluso puede eliminar el tratamiento térmico requerido en

la extrusión en frío.

TIPOS DE EXTRUSIONES

Extrusión Directa

La extrusión directa, también conocida como extrusión delantera, es el

proceso más común de extrusión. Éste trabaja colocando la barra en un recipiente

fuertemente reforzado. La barra es empujada a través del troquel por un tornillo.

La mayor desventaja de este proceso es la fuerza requerida en la extrusión

de la barra, es mayor que la necesitada en la extrusión indirecta porque la fuerza

de fricción introducida por la necesidad de la barra de recorrer completamente el

contenedor.

Extrusión indirecta

En la extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada, la

barra y el contenedor se mueven juntos mientras el troquel está estacionario. El

troquel es sostenido en el lugar por un soporte el cual debe ser tan largo como el

contenedor. La longitud máxima de la extrusión está dada por la fuerza de la

columna del soporte. Al moverse la barra con el contenedor, la fricción es

eliminada.

Ventajas Una reducción del 25 a 30% de la fuerza de fricción, permite la

extrusión de largas barras.

Hay una menor tendencia para la extrusión de resquebrajarse o

quebrarse porque no hay calor formado por la fricción.

El recubrimiento del contenedor durará más debido al menor uso.

La barra es usada más uniformemente tal que los defectos de la

extrusión y las zonas periféricas ásperas o granulares son menos

probables

Desventajas

Las impurezas y defectos en la superficie de la barra afectan la

superficie de la extrusión. Antes de ser usada, la barra debe ser

limpiada o pulida con un cepillo de alambres.

Este proceso no es versátil como la extrusión directa porque el área

de la sección transversal es limitada por el máximo tamaño del tallo.

Extrusión por impacto

En la extrusión por impacto un punzón es dirigido al pedazo de metal por una

fuerza tal que este es elevado a su alrededor la mayoría de las operaciones de

extrusión por impacto, tales como la manufactura de tubos plegables, son trabajos

en frío. Sin embargo hay algunos metales y productos, particularmente aquellos en

los cuales se requieren paredes delgadas, en los que los pedazos de metal son

calentados a elevadas temperaturas.

 

TIPOS DE MÁQUINAS EXTRUSORAS 

Para que sea realizado el proceso de extrusión, es necesario aplicar presión

al material fundido, forzándolo a pasar de modo uniforme y constante a través de

la matriz. Atendiendo a estos requisitos, las máquinas extrusoras se clasifican en:

extrusoras de dislocamiento positivo y extrusoras de fricción.

Extrusoras de dislocamiento positivo

 Se obtiene la acción de transporte mediante el dislocamiento de un

elemento de la propia extrusora. En la matriz la reología del polímero tiene mayor

influencia sobre el proceso.

Extrusora de pistón (inyectora) 

Un pistón, cuyo accionamiento puede ser hidráulico o mecánico, fuerza al

material a pasar a través de la matriz. Es utilizada para la extrusión de polímeros

termofixos, politetrafluoretileno , Polietileno de Alta Densidad de Ultra Alto Peso

Molecular (PEAD -UAPM), metales y materiales cerámicos.

Extrusoras de fricción

 La acción del transporte, conseguida aprovechándose las características

físicas del polímero y la fricción de éste con las paredes metálicas transportadoras

de la máquina, donde ocurre la transformación de energía mecánica en calor que

ayuda a la fusión del polímero. La reología del polímero tiene influencia sobre todo

el proceso. Los tipos son: extrusora de cilindros y extrusora de rosca.

Extrusora de cilindros 

Consiste, básicamente, en dos cilindros próximamente dispuestos. El

material a ser procesado pasa entre estos cilindros y es forzado a pasar por

una matriz. Este proceso es utilizado para algunos elastómeros y termoplásticos.

La figura 2 representa una esquematización de este tipo de extrusora.

Extrusora de rosca 

Las extrusoras de rosca pueden estar constituidas por una, dos o más

roscas. Son las más utilizadas para la extrusión de termoplásticos, comparadas

con todos los demás tipos de extrusoras.

Usos de la extrusión en la industria

Plásticos

La extrusión plástica normalmente usa astillas plásticas o pellets que

están usualmente secas en un depósito de alimentación o tolva antes de ir

al tornillo de alimentación (husillo). La resina del polímero es calentada

hasta el estado de fusión por resistencias que se encuentran en el cañón de

la extrusora y el calor por fricción proveniente del tornillo de extrusión

(husillo). El husillo fuerza a la resina a pasar por el cabezal dándole la

forma deseada (lámina, cilindrica, tiras, etc.). El material extruido se enfría y

se solidifica ya que es tirado del troquel a un tanque de agua. En algunos

casos (tales como los tubos de fibras-reforzadas), el material extruido es

pasado a través de un largo troquel, en un proceso llamado pultrusión, o en

otros casos pasa a través de rodillos de enfriamiento (calandria) para sacar

una lámina de las dimensiones deseadas para termoformar la lámina.

Se usa una multitud de polímeros en la producción de tubería plástica,

cañerías, varas, barras, sellos, y láminas o membranas.

Cauchos

Similar a la extrusión con plásticos pero con un posterior vulcanizado

por calor.

Cerámicas

La cerámica también puede formarse a través de la extrusión. La

extrusión de la terracota se usa para producir las cañerías. Muchos ladrillos

modernos también son manufacturados usando un proceso de extrusión de

ladrillos.

Alimentos

La extrusión ha tenido una gran aplicación en el proceso de

alimentación. Productos como pastas, masa de la galleta, cereales del

desayuno, la comida para bebé, las papas fritas y la comida seca, entre

otros, son principalmente manufacturados por la extrusión. En el proceso,

se muelen los materiales hasta darles el tamaño correcto a las partículas

(usando la consistencia de la harina ordinaria). La mezcla seca se pasa a

través de un pre-acondicionador donde se agregan otros ingredientes

(azúcar líquido, grasas, tintes, carnes y agua que dependen del producto).

La mezcla pre condicionada se pasa entonces a través de un extrusor

forzándola a pasar por un troquel donde se corta a la longitud deseada. El

proceso de cocción tiene lugar dentro del extrusor en el que el producto

produce su propia fricción y calor debido a la presión generada (10-20 bar).

El proceso de cocción utiliza un proceso conocido como el gelatinización

del almidón. Los extrusores que usan este proceso tienen una capacidad de

1-25 toneladas por hora.

El uso de la expulsión en el proceso cocción proporciona a los alimentos las

siguientes características:

Gelatinización del almidón

Desnaturalización de las proteína

Inactivación de enzimas de comida crudas

La destrucción de toxinas naturalmente

Disminución de microorganismos en el producto final

Ligero aumento de la biodisponibilidad de hierro

Creación de almidones para necesidades de hiposensibilización de

insulina, un factor de riesgo para el desarrollo de diabetes.

Pérdida de lisina, un aminoácido esencial necesario para el crecimiento

y el metabolismo del nitrógeno.

Simplificación de almidones complejos, aumentando las tasas de

deterioro dental.

Destrucción de vitamina A (beta-caroteno).

La extrusión también es utilizada para el desarrollo de comida para

mascotas.

Industria del Aluminio

Los Productos extruidos representan más del 50% del mercado europeo de

productos de aluminio; de este porcentaje, el sector de la edificación utiliza la

mayor parte. El aluminio extruido se usa en los sistemas de perfiles de ventanas y

puertas en edificios residenciales y comerciales, en estructuras de viviendas y

edificios prefabricados, en materiales para tejados y revestimientos exteriores,

muros cortina, fachadas de locales comerciales, etc. Además, el aluminio extruido

se usa también en el transporte de cargas, en fuselajes de aviones, vehículos de

carretera y ferrocarriles, y para aplicaciones marinas.

Importancia De La Extrusión Dentro De La Industria

El proceso de extrusión es de gran utilidad en la industria moderna ya que

permite crear productos de secciones transversales muy complejas y trabajar con

materiales que son quebradizos, además de que, el proceso puede ser continuo

(produciendo teóricamente de forma indefinida materiales largos) o semicontinua

(produciendo muchas partes).

 El proceso es generalmente económico cuando son producidos en grandes

proporciones (producciones en serie); esto también es debido a las herramientas y

maquinaria utilizada, ya que no son tan costosas.

La extrusión es aplicable a una gran variedad de materiales dentro de los

cuales se incluyen, metales, plásticos, cerámicos, cauchos, y en la industria de los

alimentos.

En el proceso de extrusión se puede obtener una gran variedad de productos

tales como cañerías, barras, alambres, componentes de hardware y de aviones,

asientos, entre otras.