La extrusión

En el presente artículo analizamos el proceso productivo de extrusión. Como siempre, como diseñadores industriales debemos conocer, aunque sea de forma somera, su funcionamiento. Solo así podremos tomar decisiones formales/de diseño que aseguren su viabilidad técnica, económica y comercial

Imagen 1. Esquema de extrusora

Imagen 2. Tipos de extrusión

Imagen 3: Esquema matriz

El principio en el que se basa el proceso de extrusión es en el de hacer pasar el material fundido a través de una matriz de forma que adopta determinada sección contínua. Es decir: si la matriz es circular, al extruir obtendremos un cilindro. Si la matriz es triangular obtendremos un prisma triangular…. y así sucesivamente.

La matriz

(Ver Imagen 3)

Las matrices para extrusión están sometidas a tensiones elevadas, choques térmicos y oxidación. Por lo que suelen estar fabricadas en aceros que tengan resistencia mecánica a altas temperaturas.

Las matrices constan de tres piezas principales:

- La matriz propiamente dicha, con la boquilla de la sección adecuada a la pieza que se desea extruir. Esta pieza es, generalmente, un bloque cilíndrico de acero aleado de 0,35 % de carbono, 3 % de cromo y 9 % de wolframio.

- La contra-matriz es también un bloque de acero de mayor espesor que copia el hueco u orificio de la matriz pero con amplia tolerancia para que no roce la pieza extruida. Esta pieza tiene como misión ayudar a resistir a la matriz a soportar las presiones, pero como no sufre mucho desgaste, no es necesario renovarla con frecuencia, como ocurre con la matriz. Se fabrica con acero de inferior calidad.

- El porta-matriz fija las piezas anteriores a la máquina.

Para obtener perfiles huecos deberemos añadir elementos que nos proporcionen dicha forma interior.

En cuanto al diseño de la matriz, se ha de tener en cuenta que el material, tras pasar por ésta, sufre una dilatación. Por ello la forma de la matriz ha de ser menor. En ocasiones se estira la extrusión con el fin de

compensar la dilatación sufrida. De cualquier forma se ha de realizar una matriz lo suficientemente larga para compensarlo. Tras pasar por la matriz el material se debe enfriar. Se utilizan tanto la refrigeración con aire como con agua (ya sea sumergiendo el material o rociando agua sobre la extrusión).

El caso de formas no redondas es todavía más especial ya que se debe diseñar la matriz con una forma distinta de la final, no solo variar su escala, de forma que al expandirse el material extruido se consiga la forma deseada.

El proceso

Por tanto el primer paso será fundir el material y realizar una mezcla homogénea del mismo, aplicarle presión, y hacerlo pasar por la matriz. O viceversa, aplicar presión a la matriz y hacer pasar el material por la misma, tal y como muestra la siguiente figura.

Ver imagen 2

- Extrusión directa: El material se desplaza en el sentido de aplicación de la presión por parte del pistón o del punzón.

- Extrusión inversa: El material se desplaza en el sentido contrario al de aplicación de la presión por parte de la matriz, pasando a través de ella.

A continuación presentamos un esquema del proceso de extrusión, que si bien explica la extrusión de plásticos, es aplicable en principios a otros materiales. Ver imagen 1

Características del proceso:

- Pueden obtenerse formas huecas (tubos) o macizas.

- La matriz puede tener uno o varios orificios.

- Requiere ejercer gran presión.

- La extrusión en caliente permite más libertad de formas.

- Poco desperdicio de material.

Consideraciones para el diseño

- Como en todos los casos es recomendable redondear las aristas.

- El espesor de las paredes ha de ser lo más uniforme posible, y en caso de existir variación, debe realizarse el cambio de forma paulatina

- Los perfiles huecos conllevan una complejidad técnica mayor, por lo que es conveniente evitarlos en la medida de lo posible.