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Explicación de los principios y tipos de núcleo de extrusión en frío

Última actualización:
10 de junio de 2024
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Índice

La esencia de la extrusión en frío

La extrusión en frío aprovecha el principio de la deformación plástica de los materiales metálicos. En condiciones de temperatura ambiente, la pieza metálica en estado frío se coloca en la cavidad del molde instalada en la prensa.

Bajo una presión importante y una velocidad determinada, la pieza en bruto metálica se ve obligada a experimentar un flujo plástico. A través del separación entre el punzón y la matrizo la salida de la matriz, se extruyen piezas huecas o piezas macizas con una sección transversal menor que la sección transversal de la pieza bruta.

Este proceso puede conseguir la forma y el tamaño deseados, manteniendo al mismo tiempo las elevadas propiedades mecánicas de las piezas extruidas. La extrusión en frío es una de las técnicas de procesamiento de piezas sin viruta o con viruta mínima y es un método avanzado en el procesamiento de plásticos metálicos.

El núcleo de la lanzadera de la máquina de coser de acero al carbono común, el cilindro de orificio profundo de acero bajo en carbono, el eje del engranaje de la máquina de lavado de acero al carbono medio y la tapa de conexión de acero al carbono para herramientas que se muestran en las figuras 1-1 a 1-4 se fabrican mediante extrusión en frío.

Fig 1-1 Extrusión en frío de canillero de acero al carbono normal para máquina de coser
Fig 1-1 Extrusión en frío de canillero de acero al carbono normal para máquina de coser

Como puede verse en las imágenes de producto anteriores, la extrusión en frío depende del molde para controlar el flujo de metal y depende de una transferencia de volumen sustancial de metal ablandado para formar las piezas requeridas. Por tanto, el éxito o el fracaso del proceso de extrusión en frío está estrechamente relacionado con el diseño de la estructura del molde, los materiales del molde y el tratamiento de recocido de la pieza metálica en bruto.

La extrusión en frío puede utilizarse para la producción de piezas metálicas por lotes y también para procesar diversas cavidades de moldes. Las figuras 1-5 a 1-13 muestran piezas extruidas en frío de aluminio puro, aluminio antioxidante, aluminio duro, aluminio forjado, cobre puro, cobre sin oxígeno, latón, acero al cromo molibdeno y acero para rodamientos.

Fig 1-2 Extrusión en frío de un cilindro con orificio profundo de acero bajo en carbono
Fig 1-2 Extrusión en frío de un cilindro con orificio profundo de acero bajo en carbono
Fig 1-3 Extrusión en frío de un eje de engranaje de lavadora de acero al carbono medio
Fig 1-3 Extrusión en frío de un eje de engranaje de lavadora de acero al carbono medio
Fig. 1-4 Extrusión en frío del casquillo de conexión de acero al carbono para herramientas
Fig. 1-4 Extrusión en frío del casquillo de conexión de acero al carbono para herramientas
Fig. 1-5 Extrusión en frío del soporte de instrumentos de aluminio puro
Fig. 1-5 Extrusión en frío del soporte de instrumentos de aluminio puro
Fig. 1-6 Extrusión en frío de un regulador de presión de aluminio resistente a la oxidación
Fig. 1-6 Extrusión en frío de un regulador de presión de aluminio resistente a la oxidación
Fig. 1-7 Extrusión en frío de un cilindro hexadecagonal de aluminio duro
Fig. 1-7 Extrusión en frío de un cilindro hexadecagonal de aluminio duro
Fig 1-8 Extrusión en frío de carcasa embridada de aluminio forjado
Fig 1-8 Extrusión en frío de carcasa embridada de aluminio forjado
Fig. 1-9 Extrusión en frío de una cubierta de blindaje cuadrada de pared delgada de cobre puro
Fig. 1-9 Extrusión en frío de una cubierta de blindaje cuadrada de pared delgada de cobre puro
Fig 1-10 Extrusión en frío de tubo de cobre sin oxígeno Asiento
Fig 1-10 Extrusión en frío de tubo de cobre sin oxígeno Asiento
Fig. 1-11 Extrusión en frío de la carcasa de latón para instrumentos
Fig. 1-11 Extrusión en frío de la carcasa de latón para instrumentos
Fig. 1-12 Extrusión en frío de una rueda de cadena pequeña de acero al cromo molibdeno
Fig. 1-12 Extrusión en frío de una rueda de cadena pequeña de acero al cromo molibdeno
Fig 1-13 Extrusión en frío del tapón cuadrado de acero para rodamientos
Fig 1-13 Extrusión en frío del tapón cuadrado de acero para rodamientos

La gama de velocidades de conformado en el proceso de extrusión en frío es amplia. El equipo utilizado puede funcionar en prensas especializadas de extrusión en frío, prensas mecánicas generales o máquinas hidráulicas, prensas de fricción o martillos de alta velocidad.

Clasificación de la extrusión en frío

La extrusión en frío puede clasificarse según la dirección del flujo de metal, la velocidad del flujo de metal, etc.

Clasificación según la dirección del flujo de metal

En función de la relación entre la dirección del flujo de metal y la dirección de movimiento del punzón, existen siete tipos de métodos de extrusión en frío.

(1) Extrusión hacia delante

En la extrusión hacia delante, la dirección del flujo de metal es la misma que la dirección del movimiento del punzón. La Fig. 1-14 muestra el caso de extrusión hacia delante de una pieza maciza.

Durante el proceso, la pieza en bruto se coloca primero en la matriz, y en la parte inferior de la matriz hay un agujero que tiene aproximadamente el mismo tamaño que el diámetro exterior de la pieza que se va a fabricar. A continuación, se utiliza el punzón para ejercer presión y extruir la pieza en bruto.

Figura 1-14 Extrusión directa de piezas sólidas
Figura 1-14 Extrusión directa de piezas sólidas

1 -Puñetazo
2- Muere
3 -Pieza extruida
4- Carnero
5- Billet

La presión del punzón hace que el metal entre en estado plástico y obliga al metal a salir por el pequeño orificio de la matriz, formando así la pieza deseada.

En términos generales, la extrusión frontal puede producir piezas sólidas de diversas formas (utilizando piezas brutas sólidas), y también puede producir piezas huecas de diversas formas (utilizando piezas brutas huecas o piezas brutas en forma de copa).

La Fig. 1-15 muestra el caso de extrusión hacia delante de una pieza hueca. Entre las piezas de trabajo huecas se incluyen las carcasas, los casquillos y las camisas, etc.

Figura 1-15 Extrusión directa de piezas huecas
Figura 1-15 Extrusión directa de piezas huecas

1 -Puñetazo
2- Muere
3- Pieza extruida
4- Carnero
5- Billet

(2) Extrusión indirecta

En la extrusión indirecta, la dirección del flujo de metal es opuesta al movimiento del punzón. La figura 1-16 ilustra el proceso de extrusión indirecta de una pieza hueca en forma de copa. Durante la operación, se coloca un tocho plano en la parte inferior de la matriz (el espacio radial entre la matriz y el punzón es igual al grosor de la pared de la pieza en forma de copa).

Figura 1-16 Extrusión indirecta de piezas en forma de copa
Figura 1-16 Extrusión indirecta de piezas en forma de copa

1- Puñetazo
2- Muere
3 -Pieza extruida
4 -Ram
5 -Billete

Cuando el punzón aplica presión al tocho, el metal fluye hacia arriba a través del hueco entre el punzón y la matriz, formando así la pieza hueca en forma de copa deseada. La extrusión indirecta puede producir diversas piezas huecas de sección transversal, como cubiertas, carcasas, manguitos, tubos, escudos y bases de lámparas.

(3) Extrusión combinada

Durante la extrusión combinada, parte del metal del tocho fluye en la misma dirección que el movimiento del punzón, mientras que el resto lo hace en sentido contrario. La figura 1-17 muestra las condiciones de trabajo de la extrusión combinada.

Figura 1-17 Extrusión combinada
Figura 1-17 Extrusión combinada

1- Puñetazo
2 -Muere
3 -Pieza extruida
4 -Ram
5- Billet

Bajo la presión del punzón, el metal fluye en dos direcciones diferentes, provocando una deformación bidireccional por extrusión. Se trata de un método de extrusión que combina la extrusión directa y la indirecta.

En función de las diferentes combinaciones de extrusión hacia delante y hacia atrás, la extrusión compuesta puede dividirse en los tres escenarios siguientes: Extrusión compuesta varilla-varilla (véase la Figura 1-18a), que es una combinación de piezas de varilla de extrusión hacia atrás y piezas de varilla de extrusión hacia delante;

Extrusión compuesta Copa-Copa (véase la Figura 1-18b), que es una combinación de piezas de taza de extrusión hacia atrás y piezas de taza de extrusión hacia delante; Extrusión compuesta Copa-Vara (véase la Figura 1-17), que es una combinación de piezas de taza de extrusión hacia atrás y piezas de barra de extrusión hacia delante.

Figura 1-18 Dos tipos de extrusión de compuestos
Figura 1-18 Dos tipos de extrusión de compuestos

a) Pieza Rod-Rod
b) Pieza Copa-Copa

Los métodos de extrusión compuestos pueden utilizarse para fabricar piezas de doble copa (como los pasadores de pistón de los automóviles), así como piezas de copa-varilla (como los núcleos de lanzadera de las máquinas de coser).

(4) Reducir la extrusión

Se trata de una forma de extrusión hacia delante con un menor grado de deformación, en la que la sección transversal de la pieza en bruto sólo se reduce ligeramente. La figura 1-19 muestra el funcionamiento de la extrusión reductora.

La extrusión reductora se utiliza principalmente para fabricar piezas de eje escalonado con pequeñas diferencias de diámetro, y también puede emplearse como proceso de recorte para piezas de copa con orificios profundos.

Figura 1-19 Reducción de la extrusión
Figura 1-19 Reducción de la extrusión

La extrusión hacia delante, la extrusión hacia atrás, la extrusión compuesta y la extrusión reductora son los cuatro métodos de conformado más utilizados en la extrusión en frío. La dirección del flujo de metal en estos cuatro métodos es paralela al eje del punzón, por lo que se denominan colectivamente extrusión axial en frío.

(5) Extrusión radial

En la extrusión radial, la dirección de flujo del metal es perpendicular a la dirección del movimiento del punzón. La figura 1-20 muestra el funcionamiento de la extrusión radial. La extrusión radial se divide a su vez en extrusión centrífuga y extrusión centrípeta, y se utiliza principalmente para fabricar piezas brutas de engranajes con hombro y piezas de eje transversal.

Figura 1-20: Extrusión radial
Figura 1-20: Extrusión radial

La figura 1-21 ilustra la producción de piezas de aluminio mediante el método de extrusión en frío centrífuga radial, en el que la pieza en bruto metálica fluye radialmente hacia el exterior bajo la presión del punzón.

La figura 1-22 muestra una esfera de aluminio de un equipo de comunicación, en la que los dientes interiores y los números arábigos del círculo exterior se extruyen en secuencia, con los dientes interiores procesados mediante el método de extrusión centrípeta radial.

Figura 1-21: Extrusión centrífuga radial de pieza de aleación de aluminio
Figura 1-21: Extrusión centrífuga radial de pieza de aleación de aluminio
Figura 1-22: Extrusión radial centrípeta de la esfera de aleación de aluminio
Figura 1-22: Extrusión radial centrípeta de la esfera de aleación de aluminio

6) Extrusión oblicua

Durante la extrusión, la dirección de flujo del metal está inclinada o doblada con respecto a la dirección de movimiento del punzón. La figura 1-23 muestra las condiciones de trabajo de la extrusión oblicua. La extrusión oblicua se utiliza principalmente para fabricar diversas piezas de forma compleja con ramas inclinadas o dobladas.

Figura 1-23. Extrusión oblicua Extrusión oblicua 1-Punzón 2-Matriz 3-Pieza extruida 4-Inserto de matriz
Figura 1-23. Extrusión oblicua Extrusión oblicua 1-Punzón 2-Matriz 3-Pieza extruida 4-Inserto de matriz

7) Método de extrusión por recalcado

Durante la deformación, el flujo de metal presenta características tanto de extrusión como de recalcado, es decir, parte del metal fluye axialmente a lo largo del punzón, mientras que otra parte fluye radialmente. Este método de conformado, que combina el recalcado en frío y la extrusión en frío, se conoce como método de extrusión recalcado. La figura 1-24 ilustra las condiciones de trabajo del método de extrusión por recalcado.

Figura 1-24: Método de extrusión por recalcado 1-Punzón 2-Matriz 3-Pieza extruida
Figura 1-24: Método de extrusión por recalcado
1-Punzón 2-Matriz 3-Pieza extruida

Se utiliza principalmente para fabricar piezas de cabeza abombada y piezas de eje escalonado. La varilla de soporte que se muestra en la Figura 1-25 se procesa mediante este método de extrusión recalcada, que implica primero la extrusión regular seguida del recalcado de la cabeza, combinando la extrusión en frío y el recalcado en frío en la misma operación.

Figura 1-25: Extrusión invertida de la varilla de soporte
Figura 1-25: Extrusión invertida de la varilla de soporte


a) En blanco
b) Extrusión
c) Perturbación

Clasificación basada en la velocidad de flujo del metal

La extrusión en frío puede clasificarse en extrusión de velocidad general, extrusión de baja velocidad y extrusión de alta velocidad, en función de la velocidad de flujo del metal en bruto que llena la cavidad del molde.

1) Extrusión a velocidad general

La velocidad de extrusión en frío oscila entre 0,5 y 2 m/s. El equipo incluye prensas generales, prensas de palanca, prensas de fricción y prensas de extrusión especiales.

2) Extrusión a baja velocidad

El equipo utilizado incluye prensas hidráulicas de diversos tonelajes, con velocidades que alcanzan entre 0,01 y 0,1 m/s.

3) Extrusión de alta velocidad

La velocidad de deslizamiento de los equipos puede alcanzar los 6-20 m/s, como los martillos de alta velocidad, los martillos de contragolpe y los martillos neumáticos.

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