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Extrusion de métal | Fractory

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Les matériaux de série et les pièces métalliques personnalisées sont disponibles dans une très large gamme de sections transversales. L’extrusion de métal est l’un des moyens utilisés pour créer ces tubes sans soudure ou des profils complets complexes.

Bien entendu, l’importance de l’extrusion de métal ne peut être sous-estimée. Nous trouvons les produits fabriqués selon le procédé dans toutes sortes d’industries telles que la construction, la fabrication, la vente au détail, les technologies de l’information, etc.

Avoir une compréhension de base de toutes les principales méthodes de fabrication, ainsi que de leurs capacités et de leur flexibilité, peut grandement aider un ingénieur. C’est pourquoi nous allons jeter un bref regard sur les différents aspects de cette méthode.

L’histoire

Le procédé d’extrusion du métal a été inventé par Joseph Bramah en 1797. Il a poussé du métal mou à travers une filière au moyen d’un piston à main pour former des tuyaux métalliques.

Le même homme a également développé la première presse hydraulique pour Thomas Burr en 1820. Cette presse hydraulique a formé les premiers tuyaux en plomb qui ont révolutionné l’industrie du formage des métaux.

Qu’est-ce que l’extrusion de métal?

L’extrusion de métal est un processus de formage dans lequel nous forçons un métal (chaud ou froid) à travers une filière. Ceci confère la forme de la filière au métal extrudé lorsqu’il passe à travers la cavité. Le matériau sortant de la filière est appelé «extrudat».

Le métal subit des contraintes de compression et de cisaillement pour obtenir la forme de la matrice. La nature de ces forces et les températures élevées nous permettent de former des matériaux avec des propriétés autrement fragiles en utilisant ce procédé.

Outre les métaux, les non-métaux tels que la céramique, le plastique, l’argile, le béton, les polymères, etc. conviennent également à l’extrusion.

Principales caractéristiques

  • L’extrusion est un processus peu coûteux en raison de la réduction des déchets et d’un taux de production élevé.
  • Il peut former des matériaux cassants car il n’applique que des forces de compression et de cisaillement sur la billette.
  • Les produits résultants ont une excellente structure de grains allongés dans le sens du matériau.
  • Les produits ont également une finition de surface lisse qui réduit la quantité de post-traitement.
  • Une épaisseur de paroi extrêmement fine peut être obtenue par extrusion (~ 3 mm pour l’acier et ~ 1 mm pour l’aluminium).
  • L’extrusion peut créer des sections transversales extrêmement complexes avec une épaisseur de paroi uniforme dans tout le produit.

Processus d’extrusion de métal

Le processus d’extrusion du métal a subi de nombreux changements depuis sa création. Outre l’extrusion directe des produits finis, nous utilisons ce processus de fabrication pour obtenir une alimentation en matériau uniforme pour les applications de fabrication additive telles que l’impression 3D. Ce matériau est ensuite déposé couche par couche pour créer le produit souhaité.

Un processus d’extrusion de métal générique comprend les étapes suivantes.







Préparation du métal d’alimentation

Billettes d’aluminium

La billette ou le lingot est le métal d’alimentation qui est utilisé comme matière première dans le processus de production. Mais ce métal d’alimentation doit être conforme à certaines normes prescrites par les concepteurs. Il a généralement un profil circulaire ou carré, mais peut également avoir d’autres formes.

Le métal d’alimentation lui-même est créé à l’aide de méthodes telles que le laminage à chaud ou la coulée continue.

Préparation à l’extrusion

La matière première standard est ensuite placée dans l’équipement d’extrusion tel qu’une presse et chauffée à la température recommandée pour le procédé d’extrusion à chaud.

L’extrusion à froid ne nécessite aucun préchauffage, car le processus se déroule à température ambiante.

Extrusion de métal

Maintenant, le processus d’extrusion a lieu en appliquant une force de compression qui pousse le matériau vers la matrice. Le dé a une petite ouverture. En raison des pressions élevées, le métal sort de la matrice par l’ouverture, prenant la forme de la matrice dans le processus.

Une fois ce processus terminé, la pression est relâchée et le produit passe à l’étape suivante.

Traitement thermique et post-traitement

Le produit subit désormais un traitement thermique pour améliorer ses propriétés et le préparer à ses conditions de service. Le processus de traitement thermique est différent pour différents métaux.

Par exemple, dans le cas de l’aluminium, nous refroidissons d’abord la pièce extrudée, puis nous l’étirons et la coupons aux longueurs souhaitées. Ensuite, les pièces subissent un processus de vieillissement où nous les chauffons à 350 degrés Fahrenheit et les maintenons pendant quatre heures pour les durcir.

Types de processus d’extrusion

Il existe plusieurs types de formes d’extrusion de métaux parmi lesquelles choisir. Bien que les principes de base restent invariables, nous les appliquons différemment afin de réaliser une myriade de produits différents.

Nous pouvons classer tous les processus d’extrusion de métaux dans l’un des types suivants.

Extrusion à chaud

Dans l’extrusion à chaud, nous chauffons le métal d’alimentation au-dessus de sa température de recristallisation. Cela ramollit le métal en lui permettant de s’écouler à travers l’ouverture de la matrice.

La température de travail élevée empêche le matériau de subir un écrouissage. La haute pression signifie que l’utilisation de lubrifiant est nécessaire.

La configuration pour l’extrusion à chaud est coûteuse à acheter et à entretenir. Cela ne peut générer des bénéfices que lorsque la taille du produit est grande.

Extrusion à froid

Lorsque l’extrusion est effectuée à température ambiante, nous l’appelons extrusion à froid. La méthode reste la même sauf que le matériau n’est pas du tout chauffé, ou seulement légèrement, avant l’extrusion. Ce procédé de fabrication présente un ensemble d’avantages et d’inconvénients par rapport à l’extrusion à chaud.

Les avantages comprennent des délais de lot plus courts, des tolérances plus fines, une finition de surface plus lisse et un manque d’oxydation.

Les inconvénients incluent le besoin de plus de puissance car le matériau n’est pas facile à travailler. En outre, les propriétés mécaniques du matériau sont susceptibles de changer au cours du processus d’extrusion à froid. La vitesse d’extrusion est inférieure à de telles températures.

Extrusion chaude

Lorsque l’extrusion est réalisée à des températures comprises entre la température ambiante et la température de recristallisation du métal, nous l’appelons extrusion à chaud.

Par rapport aux procédés de fabrication mentionnés ci-dessus, l’extrusion à chaud offre des avantages tels qu’un meilleur contrôle des propriétés de l’extrudat telles que la ductilité.

Les températures pour l’extrusion à chaud vont de 424 ° C à 975 ° C. La température ne dépasse jamais le point de fusion critique à aucune étape du processus de formage du métal.

Extrusion par friction

L’extrusion par friction est un processus quelque peu négligé qui a récemment attiré beaucoup plus d’attention en raison de ses avantages dans la fabrication additive.

Dans l’extrusion par friction, la chaleur générée par le frottement entre la matrice et le métal d’alimentation est utilisée pour chauffer le métal d’alimentation. Ainsi, le métal d’alimentation ne nécessite aucun préchauffage mais utilise l’énergie interne pour élever la température d’extrusion.

L’application de la charge pousse le métal d’alimentation à travers l’ouverture de la matrice et la partie extrudée sort par le haut sous la forme de la matrice. L’avantage de l’extrusion par friction par rapport aux autres est que le métal recyclable peut être ajouté directement comme alimentation. Les déchets tels que les petits rebuts, les blocs, les copeaux d’usinage et la poudre peuvent être utilisés pour fabriquer des produits finis sans aucun prétraitement.

Microextrusion

Le processus de microextrusion crée des produits de la gamme submillimétrique pour des applications spéciales. Le processus reste le même mais il nécessite de petites matrices et des vérins, ce qui est un défi avec des exigences de précision strictes. Les produits de microextrusion s’insèrent dans un carré de 1 mm.

Plusieurs autres problèmes entrent également en jeu lors du traitement de petits produits tels que les joints de grains et la structure, les défauts de déformation et la stabilité du formage.

Équipement d’extrusion

Il existe divers équipements disponibles pour l’extrusion. Nous pouvons les classer de différentes manières en fonction des caractéristiques de l’équipement. Certains d’entre eux sont la direction d’application de la force, le moyen d’application de la force, etc.

Certains types d’équipement d’extrusion populaires sont les suivants.

Extrusion directe

L’extrusion directe utilise une matrice fixe tandis que le piston crée la pression sur le métal fluide. En raison de cette pression, le fluide s’échappe par l’ouverture de la filière. L’ouverture de la matrice se trouve dans le récipient sur le côté opposé du poinçon. Ainsi, la pièce extrudée sort dans le sens du mouvement du vérin. C’est pourquoi il est également connu sous le nom d’extrusion directe.

L’extrusion directe est le processus d’extrusion le plus populaire. Il présente des avantages tels que:

  • Outillage simple
  • Compatible avec l’extrusion à chaud et à froid
  • Aucune modification dans la billette

Certains inconvénients de ce processus sont:

  • Force de friction élevée entre la billette et le conteneur et donc, des forces élevées sont nécessaires pour l’extrusion
  • Force variable au cours de l’extrusion
  • L’extrémité du cul reste à l’intérieur

Extrusion indirecte

En extrusion indirecte, l’ouverture de la filière est sur le vérin. Lorsque le poinçon comprime le métal fluide, il s’écoule à travers l’ouverture de la matrice dans la direction opposée du piston. C’est pourquoi il est également connu sous le nom d’extrusion arrière.

L’extrusion indirecte consomme moins d’énergie en raison du frottement réduit entre la billette et le conteneur. Semblable à l’extrusion directe, l’extrusion indirecte est utilisée pour l’extrusion à chaud et à froid.

Un inconvénient de ce procédé est qu’il est difficile de supporter l’extrudat. Le vérin est creux ce qui limite la charge applicable.

Extrusion hydrostatique

Dans les méthodes ci-dessus, le piston était en contact direct avec la billette. Mais dans l’extrusion hydrostatique, la billette est mise sous pression au moyen d’un fluide. La billette est entourée de fluide dans toutes les directions sauf là où elle touche la matrice.

Ceci élimine le frottement entre la billette et le récipient qui, à son tour, réduit la quantité de force requise pour l’extrusion. Lorsqu’une force est appliquée, l’ouverture de la filière est le seul point de libération et l’extrusion se produit.

Les avantages de l’extrusion hydrostatique sont

  • Forces d’extrusion plus faibles
  • Un flux de matière uniforme
  • Basse température de la billette
  • Cette configuration élimine tous les résidus de billette dans le conteneur.

Il existe certains inconvénients de l’extrusion hydrostatique dont nous devons être conscients:

  • Préparation de la billette nécessaire à l’extrusion
  • Ne peut être utilisé que pour l’extrusion à froid
  • Maintenir des pressions élevées est un défi

Extrusion par impact

Lors de l’extrusion par impact, le poinçon est mis en contact avec la billette à grande vitesse. La pression résultante pousse l’extrudat à travers le jeu entre le poinçon et la matrice. Cette cavité de filière donne à l’extrudat la forme requise.

Une fois le poinçon soulevé, l’extrudat monte avec lui et en est enlevé à l’aide d’une plaque de décapage.

L’extrusion par impact est basée sur l’extrusion à froid et forme généralement des métaux plus mous tels que l’aluminium, le cuivre et le plomb.

Extrusion latérale

En extrusion latérale, l’ouverture de la filière est sur le côté du récipient. Lorsque le poinçon pousse vers le bas sur la billette, l’extrudat sort du côté du conteneur. Il peut y avoir plus d’une ouverture de filière. En extrusion latérale, l’écoulement du métal est perpendiculaire à la direction du poinçon.

L’extrusion latérale est une subdivision spéciale du forgeage à matrice fermée. Nous l’utilisons généralement comme une alternative à la tête car il est capable de créer des produits de grande longueur en une seule opération.

Défauts communs

Les défauts sont un sous-produit inévitable de tout processus. Mais ils peuvent toujours être réduits en taille et en nombre en utilisant des précautions et un post-traitement appropriés. Il existe trois principaux types de défauts trouvés dans les extrudats qui peuvent nuire considérablement à la qualité du produit final.

Fissuration de surface

La principale cause de fissuration de surface est des contraintes excessives sur la surface du matériau. S’il y a un frottement plus élevé pendant le processus d’extrusion, une fissuration de surface se produit.

Fissuration interne

Lorsque des fissures se forment au centre du produit extrudé, on parle de fissuration interne. Un faible frottement et de faibles taux d’extrusion dans la zone de déformation conduisent à ce défaut. Nous pouvons le contrôler en augmentant le frottement à l’interface outil-billette.

Tuyauterie

La tuyauterie fait référence à un vide en forme d’entonnoir dans le produit final. Lorsqu’il y a des impuretés ou des oxydes présents dans le stock, cela provoque un défaut de tuyauterie.

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