¿Existen limitaciones en la relación de extrusión del aluminio?
La extrusión de aluminio suele fallar cuando se excede la proporción. Los perfiles se agrietan, las herramientas se rompen y los costes aumentan rápidamente. Muchos compradores se enfrentan a este problema una vez que los planos ya están fijados.
La relación de extrusión de los perfiles de aluminio está limitada por la tensión de fluidez del metal, el estado del lingote, la resistencia del troquel, el tipo de aleación y la capacidad de la prensa. Cuando cualquier factor alcanza su límite, ya no es posible una extrusión estable.
Muchos ingenieros solicitan relaciones más altas para ahorrar peso o reducir el mecanizado. Eso tiene sentido. Pero la extrusión no es ilimitada. Conocer los límites reales ayuda a evitar rediseños, retrasos y riesgos de calidad.
¿Qué limita la relación de extrusión en los perfiles de aluminio?
La relación de extrusión del aluminio es la sección transversal del lingote dividida por la sección transversal del perfil final. En teoría, cuanto mayor sea, mejor. En la práctica, aparecen varios límites físicos muy pronto.
El primer límite estricto proviene de la tensión de fluencia del metal. El aluminio debe deformarse y pasar a través de la abertura del troquel. A medida que aumenta la relación, la resistencia aumenta rápidamente. La prensa debe generar una fuerza mucho mayor. Una vez que la fuerza requerida excede la capacidad de la prensa, la extrusión deja de ser posible.
El segundo límite es la resistencia del troquel. Una relación alta implica aberturas del troquel delgadas y longitudes de apoyo largas. El estrés dentro del troquel aumenta. Si el estrés excede la resistencia del acero del troquel, se producen grietas o roturas. La vida útil de la herramienta disminuye drásticamente incluso antes de que se produzca una falla.
El tercer límite viene dado por la temperatura. Las proporciones más altas generan más fricción y calor por deformación. Si la temperatura del metal aumenta demasiado, se producen desgarros en la superficie y fragilidad por calor. Si la temperatura desciende demasiado, el flujo se detiene y se producen picos de presión.
Límites de la fuerza mecánica
La fuerza de extrusión crece casi linealmente con la relación de extrusión para la misma aleación y tamaño de palanquilla. Por lo tanto, la capacidad de la prensa establece un límite máximo.
| Factor | Efecto sobre la relación de extrusión |
|---|---|
| Tonelaje de prensado | Límite directo |
| Diámetro del lingote | Los lingotes más grandes permiten ratios más altos. |
| Estado del contenedor | Los contenedores desgastados reducen la relación máxima. |
Si la fuerza es demasiado alta, los componentes de presión se fatigan más rápidamente. El daño a largo plazo suele costar más que un rediseño.
Límites de tensión de muerte
La tensión de muerte no aumenta gradualmente. Aumenta bruscamente una vez que las aberturas se estrechan.
- Las costillas delgadas aumentan el estrés.
- Los cojinetes largos aumentan la tensión.
- Los perfiles asimétricos aumentan la tensión.
Cuando la tensión es demasiado alta, el fallo es repentino. Apenas hay señales de advertencia.
Estabilidad del flujo metálico
Las relaciones elevadas aumentan el desequilibrio del flujo. Algunas zonas se aceleran mientras que otras se retrasan. Esto provoca:
- Torsión
- Inclinarse
- Líneas superficiales
- Vacíos internos
El flujo estable se vuelve más difícil a medida que aumenta la proporción.
La relación de extrusión está limitada principalmente por la fuerza de presión y la resistencia del troquel.Verdadero
Las relaciones de extrusión más altas aumentan la fuerza necesaria y la tensión interna del troquel hasta alcanzar los límites del equipo o las herramientas.
La relación de extrusión del aluminio no tiene un límite superior real si se reduce la velocidad lo suficiente.Falso
Incluso a velocidades muy bajas, la capacidad de prensado, la resistencia del troquel y la física del flujo del metal imponen límites estrictos.
¿Cómo influye la elección de la aleación en la relación alcanzable?
No todas las aleaciones de aluminio se extruyen de la misma manera. La elección de la aleación suele ser más importante que el tamaño de la prensa.
Las aleaciones blandas fluyen fácilmente. Las aleaciones duras resisten la deformación. Esto afecta directamente a la relación de extrusión que se puede alcanzar.
Las aleaciones 6xxx son las más adecuadas para la extrusión. La aleación 6063 permite ratios mucho más altos que la 6061. La aleación 6082 permite ratios más bajos que ambas. Las aleaciones 7xxx son mucho más limitadas.
Diferencias en la tensión de fluencia según la aleación
Cada aleación tiene una tensión de fluencia diferente a la temperatura de extrusión. Una tensión de fluencia más alta significa más fuerza y una relación máxima más baja.
| Familia de aleaciones | Capacidad relativa de la relación de extrusión |
|---|---|
| 1xxx | Muy alta |
| 3xxx | Alta |
| 5xxx | Medio |
| 6xxx | Alto a medio |
| 7xxx | Bajo |
El 6063-T5 puede alcanzar a menudo ratios superiores a 80:1 en buenas condiciones. El 6061-T6 puede tener dificultades por encima de 50:1. Algunas aleaciones 7xxx están limitadas a menos de 20:1.
Efectos de la química de las aleaciones
Los pequeños cambios químicos importan.
- Un mayor contenido de magnesio aumenta la resistencia, pero reduce el flujo.
- El silicio mejora la extruibilidad.
- El cobre reduce la extruibilidad.
El contenido reciclado también puede aumentar los niveles de impurezas, lo que reduce la consistencia del flujo en proporciones elevadas.
Impacto del tratamiento térmico
La extrusión se realiza en caliente, pero la respuesta de la aleación sigue siendo importante.
- Los lingotes homogeneizados fluyen mejor.
- Una homogeneización deficiente aumenta los picos de presión.
- La química desigual de las palanquillas provoca un desequilibrio en el flujo.
Elegir la aleación incorrecta para un perfil delgado a menudo obliga a superar los límites de seguridad.
El aluminio 6063 suele alcanzar ratios de extrusión más altos que el 6061.Verdadero
El 6063 tiene una tensión de fluidez más baja y una mejor extruibilidad, lo que permite ratios más altos en condiciones similares.
Todas las aleaciones 6xxx tienen límites de relación de extrusión casi idénticos.Falso
Incluso dentro de la misma familia, las diferencias químicas y de resistencia provocan grandes variaciones en las proporciones que se pueden alcanzar.
¿Pueden las secciones de pared delgada alcanzar altos índices de extrusión?
Las paredes delgadas son la razón más común por la que los índices de extrusión se elevan demasiado.
En muchos diseños, se reduce el grosor de las paredes para ahorrar peso. Sin embargo, las paredes delgadas aumentan la relación de extrusión y la tensión del troquel al mismo tiempo. Se trata de una combinación peligrosa.
Espesor de pared frente a relación
A medida que disminuye el espesor de la pared, el área del perfil se reduce. La relación aumenta rápidamente.
| Grosor de la pared | Rango típico de la relación de seguridad |
|---|---|
| Por encima de 3,0 mm | 30:1 a 60:1 |
| 2,0 a 3,0 mm | 40:1 a 80:1 |
| 1,0 a 2,0 mm | 50:1 a 100:1 |
| Por debajo de 1,0 mm | Muy arriesgado |
Las paredes delgadas de menos de 1,2 mm suelen requerir aleaciones especiales, velocidades lentas y una vida útil corta del troquel.
Desafíos del equilibrio de flujo
Las secciones delgadas se enfrían más rápido. Las secciones gruesas permanecen calientes durante más tiempo. Esto provoca un flujo desigual.
- Las paredes delgadas se congelan pronto.
- Las paredes gruesas mantienen el flujo.
- El perfil se distorsiona al salir.
Una relación elevada empeora la situación, ya que aumentan las diferencias en la velocidad del flujo.
Límites estructurales del troquel
Las paredes muy delgadas requieren lengüetas muy delgadas. Estas lengüetas se doblan o se rompen bajo cargas elevadas.
Incluso si la extrusión es posible, la tasa de desechos puede ser elevada.
Las paredes delgadas pueden alcanzar ratios elevados solo cuando:
- La aleación es blanda.
- La prensa es grande.
- La velocidad es muy lenta.
- El diseño del troquel está optimizado.
Esto aumenta considerablemente los costes.
Los perfiles de aluminio de pared delgada pueden alcanzar altos índices de extrusión solo en condiciones controladas.Verdadero
Las paredes delgadas aumentan la tensión del molde y el desequilibrio del flujo, lo que requiere una aleación, una velocidad y unas herramientas optimizadas.
El espesor de la pared tiene poco efecto sobre los límites de la relación de extrusión.Falso
El espesor de la pared afecta directamente al área del perfil, la tensión del troquel y la estabilidad del flujo del metal.
¿Qué parámetros de producción definen los índices máximos de extrusión?
Incluso con la aleación y el diseño adecuados, los parámetros de producción determinan el límite final.
Estos parámetros suelen ser ajustables, pero solo dentro de un estrecho margen de seguridad.
Temperatura del lingote
La temperatura del lingote controla la tensión de flujo.
- Demasiado baja: picos de presión, daños en la matriz.
- Demasiado alto: desgarro superficial, crecimiento del grano
Las relaciones más altas requieren una temperatura más alta del lingote, pero solo hasta cierto punto.
Velocidad de extrusión
Una velocidad más lenta reduce ligeramente la presión y mejora la estabilidad del flujo.
- Una relación alta suele requerir una velocidad lenta.
- Demasiado lento reduce la productividad.
- Demasiado rápido provoca defectos en la superficie.
El ajuste de velocidad no puede superar los límites de la prensa o del troquel.
Lubricación y estado del contenedor
La fricción añade carga.
- Los contenedores desgastados aumentan la fricción.
- Una lubricación deficiente aumenta la presión.
- Las superficies sucias de los lingotes aumentan la resistencia.
Un buen mantenimiento puede ampliar los límites de la relación entre un 5 y un 10 %.
Parámetros de diseño de la matriz
El diseño del molde es el factor más importante después de la elección de la aleación.
- La longitud del cojinete controla el flujo.
- El diseño del bolsillo equilibra la velocidad.
- La calidad del acero para matrices afecta a la resistencia.
Un diseño deficiente del troquel puede reducir a la mitad la relación alcanzable.
| Parámetro | Efecto sobre la relación máxima |
|---|---|
| Temperatura del lingote | Medio |
| Velocidad | Medio |
| Diseño de troqueles | Alta |
| Mantenimiento | Medio |
Rigidez y alineación de la prensa
Las prensas más antiguas se flexionan más bajo carga. Esto provoca un flujo desigual y una concentración de tensión en la matriz. Las prensas modernas manejan mejor las relaciones elevadas, incluso con un tonelaje similar.
El diseño del troquel tiene un mayor impacto en la relación de extrusión máxima que la velocidad de extrusión.Verdadero
La geometría optimizada del troquel mejora el flujo y reduce la tensión mucho más que los cambios de velocidad por sí solos.
El aumento de la temperatura del lingote siempre puede aumentar la relación de extrusión de forma segura.Falso
Una temperatura demasiado alta provoca defectos en la superficie e inestabilidad del material.
Conclusión
La relación de extrusión del aluminio está limitada por la física, las herramientas, la aleación y el control del proceso. Superar estos límites aumenta los costes y los riesgos. Comprender desde el principio cuáles son los límites reales permite obtener mejores diseños y una producción estable.
