Lo stampaggio a estrusione guadagna terreno nella produzione basata sui dati

Immagina di possedere uno strumento in grado di modellare il metallo a piacimento, "plasmando" continuamente forme precise con notevole efficienza. Questa non è fantascienza, ma un processo di fabbricazione fondamentale chiamato estrusione, una tecnica di formatura meccanica che gioca un ruolo fondamentale nell'industria moderna.

L'estrusione funge da potente strumento di formatura che produce vari componenti ottimizzando al contempo le proprietà dei materiali, riducendo i costi di produzione e soddisfacendo le crescenti esigenze di personalizzazione. Questo articolo fornisce un esame basato sui dati della tecnologia di estrusione, analizzando i suoi principi fondamentali, le metodologie, i vantaggi, i limiti e le considerazioni progettuali.

L'estrusione è un processo di fabbricazione in cui un billetta di metallo (tipicamente riscaldata) viene forzata attraverso una filiera con un'apertura di forma specifica, creando parti con profili a sezione trasversale costanti. Simile allo spremere il dentifricio da un tubetto, il metallo scorre attraverso la filiera per ottenere la forma desiderata, subendo una deformazione plastica nel processo.

L'estrusione sfrutta la capacità di deformazione plastica del metallo: quando sottoposto a una forza sufficiente, il metallo cambia forma in modo permanente senza tornare allo stato originale. Il processo prevede:

• Preparazione della billetta: Selezione di materiali metallici appropriati e taglio alle dimensioni richieste, spesso con preriscaldamento.
• Progettazione e fabbricazione della filiera: Creazione di filiere di precisione che determinano le specifiche del prodotto finale.
• Processo di estrusione: Applicazione di pressione tramite un pistone o un cilindro idraulico per forzare il metallo attraverso la filiera.
• Raffreddamento e post-elaborazione: Stabilizzazione dei componenti formati tramite raffreddamento e successivi trattamenti come il taglio o la finitura superficiale.

L'estrusione produce diversi profili tra cui barre, tubi, fili e sezioni trasversali complesse per settori come:

• Costruzioni: Telai di finestre/porte, facciate continue, componenti strutturali
• Trasporti: Componenti automobilistici (radiatori, paraurti), componenti della fusoliera degli aerei
• Elettronica: Dissipatori di calore, involucri, connettori
• Potenza: Cavi, barre collettrici, profili conduttivi

I materiali estrudibili includono alluminio, rame, acciaio, titanio e le loro leghe, ognuno dei quali offre proprietà distinte:

Il metodo più comune in cui un pistone spinge la billetta attraverso una filiera fissa. L'attrito tra la billetta e le pareti del contenitore richiede forze maggiori, ma offre una configurazione dell'attrezzatura più semplice.

La filiera si muove mentre la billetta rimane ferma, eliminando l'attrito del contenitore. Ciò riduce la forza richiesta del 25-30% e migliora la finitura superficiale, ma limita la lunghezza del prodotto.

Utilizza un fluido pressurizzato per circondare la billetta, riducendo al minimo l'attrito. Consente la lavorazione di materiali difficili da estrudere, ma richiede attrezzature complesse e costose.

Eseguita a temperatura ambiente, produce parti con elevata resistenza e precisione, ma richiede una forza significativa (fino a 700 MPa per l'acciaio).

Condotta al di sotto delle temperature di ricristallizzazione (tipicamente 0,3-0,5 Tm), bilanciando la riduzione della forza (30-50% rispetto al freddo) con il controllo dimensionale.

Funziona al di sopra delle temperature di ricristallizzazione, consentendo forme complesse con una forza minima, ma compromettendo potenzialmente la qualità della superficie.

• Tassi di utilizzo del materiale dell'85-95% (rispetto al 40-60% della lavorazione meccanica)
• Velocità di produzione fino a 60 m/min per profili semplici
• Allineamento della struttura del grano che migliora le proprietà meccaniche

• Requisito di sezione trasversale costante
• Costi delle filiere compresi tra $ 5.000 e $ 50.000 a seconda della complessità
• Limitato a materiali con sufficiente duttilità

Una progettazione efficace dell'estrusione incorpora:

• Spessore uniforme della parete (minimo 1 mm per l'alluminio)
• Raggi di raccordo generosi (R ≥ 0,5× spessore della parete)
• Angoli di sformo di 1-3° per una facile espulsione
• Geometrie simmetriche quando possibile

Il mercato globale dell'estrusione ($ 105,3 miliardi nel 2023) continua ad espandersi con tendenze significative:

• L'alleggerimento automobilistico sta guidando la domanda di estrusione di alluminio (crescita annua prevista dell'8,1%)
• L'edilizia e le costruzioni rappresentano il 42% del consumo di estrusione
• Applicazioni emergenti nei sistemi di energia rinnovabile

I progressi tecnologici includono l'ottimizzazione dei processi basata sull'IA, le tecniche di estrusione ibrida e lo sviluppo di nuove leghe per superare i limiti dei materiali.