Qu'est-ce que le processus d'extrusion de l'aluminium ? 

L'extrusion d'aluminium n'est pas seulement appréciée pour la solidité et la légèreté de ses pièces, mais aussi pour sa souplesse et sa rentabilité. Elle est utilisée dans les secteurs de la construction, de l'aérospatiale, de l'automobile et de l'électronique, et presque partout ailleurs. L'extrusion d'aluminium est l'un des processus qui indiquent une égalisation entre les conceptions innovantes et la production efficace, qui est sur le point de devenir l'une des procédures dominantes de l'industrie manufacturière.

L'aluminium est l'un des métaux les plus populaires dans les industries modernes. Il est apprécié pour sa légèreté, sa solidité, sa durabilité et sa capacité à résister à la corrosion. L'aluminium est omniprésent dans nos vies : dans la construction des gratte-ciel de nos villes, dans les voitures que nous conduisons et dans d'autres gadgets que nous utilisons dans notre vie quotidienne. Le processus d'extrusion de l'aluminium est l'un des processus de fabrication les plus importants qui a permis de garantir la polyvalence de l'aluminium.

L'extrusion fait référence de manière générale aux méthodes de déformation du métal par lesquelles le métal est poussé ou pressé à travers une filière d'une manière similaire à celle du dentifrice. Dans le cas de l'aluminium, de longues sections continues de formes transversales finales et prédéterminées sont formées en poussant des objets solides ressemblant à des blocs (appelés billettes) à travers une filière déjà chauffée. Ces profils peuvent être des tiges ou des tubes simples, ou être très complexes et spécialement conçus pour répondre aux exigences d'une industrie donnée.

Dans cet article, nous allons tout apprendre sur le processus d'extrusion de l'aluminium ; son histoire, le processus d'extrusion, les types, les applications, les avantages et les limites et ses capacités croissantes dans l'avenir de la fabrication.

Historique

L'idée de l'extrusion en tant que procédé de fabrication remonte à la fin du XVIIIe siècle. La première extrusion connue est celle de l'inventeur britannique Joseph Bramah, qui a breveté son procédé en 1797. Il a utilisé un procédé qui consistait à pousser des métaux souples, tels que le plomb, à travers une matrice pour façonner de longues pièces d'apparence identique, et principalement des tuyaux. Le préconditionnement du procédé d'extrusion était une invention.

Jusqu'à une grande partie du XIXe siècle, l'extrusion de métaux plus tendres a été entravée par la technologie. La véritable percée s'est produite au début du 220e siècle, lorsque des méthodes économiques de production de l'aluminium ont été découvertes. L'acquisition de l'aluminium a permis de faire baisser les prix et d'assurer une production à grande échelle grâce à l'invention, en 1886, du procédé Hall-Heroult par Charles Martin Hall aux États-Unis et, séparément, par Paul H. Roult en France. Après l'invention de l'aluminium, les scientifiques et les fabricants n'ont pas tardé à découvrir le potentiel de l'extrusion.

L'utilisation de la technologie de l'extrusion de l'aluminium a commencé à prendre de l'ampleur dans les années 20, surtout en Europe et en Amérique du Nord. Elle a été utilisée à grande échelle pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque les industries ont eu besoin d'un matériau léger mais durable pour les avions, les véhicules utilisés par l'armée et les bâtiments. Depuis lors, la technologie de la coulée en ligne a été inventée et s'est étendue bien au-delà de l'extrusion d'aluminium qui a fait son apparition dans les secteurs militaires.

Qu'est-ce que l'aluminium extrudé ?

L'extrusion de l'aluminium est la méthode physique commerciale utilisée pour plastifier l'aluminium solide en formes longues avec des sections transversales spécifiques. L'idée est simple : un bloc d'aluminium (une billette) est chauffé jusqu'à ce qu'il devienne malléable et soumis à la pression intense d'une filière en acier. En passant par la filière, l'aluminium prend la forme de l'ouverture, soit droite, soit creuse, soit pleine, soit dans un profil très compliqué.

L'analogie qui s'applique le mieux à l'extrusion est celle de l'extrusion d'un tube de dentifrice. Comme le dentifrice, il prend la forme de la buse et, de la même manière, l'aluminium extrudé prend la forme de la filière. L'avantage de l'extrusion de l'aluminium est qu'elle permet de fabriquer des composants légers mais solides, de forme exacte.

Les profilés extrudés qui en résultent peuvent être dénudés à différentes longueurs et sont également soumis à d'autres finitions, notamment l'anodisation, le revêtement par poudre et la finition. Toutes ces améliorations augmentent les performances, l'usure et l'apparence. En raison de sa flexibilité, il est devenu l'un des procédés d'extrusion auxquels on a recours dans différents domaines tels que l'industrie de la construction, l'industrie aéronautique, l'industrie électronique, l'industrie des transports et même l'industrie des produits de consommation. Il ne s'agit pas seulement d'un processus, mais d'un pont vital entre l'acier inoxydable natif et la fonctionnalité absorbée qui définit l'ingénierie actuelle et la haute construction.

Processus d'extrusion de l'aluminium en plusieurs étapes

Caractériser le profil et sélectionner l'alliage

• Les ingénieurs optimisent la section transversale (forme) et les tolérances, puis sélectionnent un alliage (par exemple l'alliage 6xxx pour les applications architecturales ou automobiles) qui concilie la solidité, la résistance à la corrosion, l'usinabilité et la finition.
• Les décisions initiales concernant la conception de la filière, le chargement de la presse, le traitement thermique et le coût sont dictées par les alternatives.

Couler et baptiser le billet

• Les billettes (cylindres) d'aluminium sont découpées dans de longues billes.
• Pour surmonter ces différences de microstructure interne, les billettes sont soumises à un processus d'homogénéisation (trempage à chaud) afin d'uniformiser la microstructure interne, ce qui permet de fluidifier le flux pendant le processus d'extrusion et de réduire les problèmes tels que les déchirures apparaissant latéralement à la surface.

Scalp ou Saw Inspecter la billette

• Le métal extérieur ou peau du billette peut être scalpé (enlèvement d'une fine couche de métal) pour éliminer les inclusions superficielles.
• La longueur de la presse est ajustée à la capacité de la presse ; les surfaces sont examinées pour vérifier qu'elles sont exemptes de fissures et de porosités.

Chauffer la billette

• Les billettes sont chauffées à une température normale de 400 à 500 °C (selon l'alliage), ce qui ramollit le métal sans le faire fondre.
• Une température adéquate minimise les stries, garantit un débit et maintient une pression constante ainsi qu'un bon état de surface.

Fabrication de la matrice et de l'outillage

• Une matrice en acier trempé (le "moule" de la section transversale) est préparée, polie et préchauffée (souvent entre 430 et 500 °C) pour réduire le choc thermique et favoriser un écoulement régulier du métal.
• L'outillage se compose de supports, de mitres et d'un bloc factice à l'endroit où le coulisseau touche la face du billette.

Lubrifier et préparer la presse

• Le récipient, la matrice et le bloc factice sont préconditionnés ; un lubrifiant approprié est appliqué (graphite, verre ou lubrifiants spécialisés en fonction de l'alliage/du procédé).
• L'évaluation de l'alignement correct permet de réduire les lignes de matrice, l'excentricité et l'usure asymétrique des roulements.

Chargement de la billette et démarrage de la presse par le CQ

• La billette chaude est enfermée dans le conteneur de la presse.
• Dans le cas de l'extrusion directe, le coulisseau est forcé de pousser le lopin à travers la surface immobile de la filière ; dans le cas de l'extrusion indirecte, la filière immobile est pressée contre un lopin immobile (la friction est réduite et la surface est meilleure).

Extrusion de pointe, régulière

• La percée est le moment où le métal prend la forme d'un profil. Opérateurs : Les opérateurs stabilisent la vitesse du coulisseau (généralement de l'ordre de mm/s) et la pression, et maintiennent les dimensions et la qualité de la surface.
• Un débit constant est essentiel, car un débit trop élevé est susceptible de provoquer des déchirures, et un débit trop faible peut entraîner des retouches à froid ou un ramassage des matrices.

Chinking on the Table (en anglais)

• Le profilé continu est retiré de la matrice et déposé sur une table de sortie. Un extracteur est placé sous le profilé pour éviter qu'il ne s'affaisse ou ne se torde.
• Un support correct ne se courbe pas et ne présente pas de dérive dimensionnelle.

Refroidissement rapide (trempe immédiate)

• Les alliages pouvant être traités thermiquement peuvent être refroidis pour obtenir la microstructure souhaitée en trempant le profilé immédiatement après la sortie avec de l'air, du brouillard, de la pulvérisation ou de l'eau.
• L'intensité de la trempe est choisie pour maintenir un équilibre entre le potentiel de résistance et le contrôle de la distorsion.

Température de manipulation pour le refroidissement

Les profilés refroidissent sur la table après la trempe jusqu'à ce qu'ils puissent être manipulés sans empreinte ni déformation.

Un refroidissement doux et contrôlé minimise les contraintes résiduelles.

Étirement / redressement

• Les profils sont allongés (typiquement ~0,5 % de déformation) pour éliminer les courbures, les torsions et les contraintes résiduelles.
• Ce processus permet de redresser et d'ancrer la rectitude, et de maintenir les pièces dimensionnellement stables après l'usinage.

La réduction de la longueur

• En fonction de la longueur souhaitée, le long brin est scié à la longueur commerciale (par exemple, 3 m ou 8 m) ou à des longueurs proches du filet, prêt à être usiné plus complètement par la suite.
• Les extrémités sont marquées et suivies à l'aide d'une indication.

Traitement thermique (si nécessaire)

• T5 : Un test de coupe a été effectué après avoir trempé les pièces et n'avoir rien appliqué (durcissement par vieillissement). Le recuit courant s'effectue à 160-8200 degrés Celsius sur une période de plusieurs heures (les recettes varient en fonction de l'alliage/de la spécification).
• Traitement thermique de mise en solution (500-545 °C (en fonction de l'alliage), trempe rapide, puis vieillissement artificiel (160-190 °C) pour obtenir une plus grande résistance.
• Les recettes sont optimisées pour la propriété d'intérêt et de distorsion.

Finition de la surface (en option)

• L'anodisation forme une couche d'oxyde durcie protectrice et résistante à la corrosion (qui peut être claire ou colorée).
• Un revêtement extérieur en poudre ou en peinture apporte de la couleur et une protection supplémentaire.
• Les finitions mécaniques (brossage, polissage, microbillage) modifient l'aspect et le toucher.

Usinage et fabrication (selon les besoins)

Les profilés sont usinés CNC, perforés, percés, taraudés ou pliés.

Les gabarits et les montages permettent de contrôler la répétabilité des tolérances sur des sections minces ou complexes.

Test et contrôle de qualité

• Inspections bidimensionnelles : épaisseur de la paroi, largeur/hauteur, rectitude, torsion, planéité et emplacement des trous.
• Vérification de la surface : les lignes de découpe, le ramassage, le bavardage, la peau d'orange, les piqûres, les stries.
• Essais mécaniques : dureté, résistance à la traction, élongation (selon les spécifications), adhérence des revêtements et épaisseur du film anodique.
• Métallographie et conductivité : Des tests sont effectués lorsque les normes aéronautiques/automobiles l'exigent.

Réglage et entretien des matrices

Lorsque le contrôle des dimensions ou de l'état de surface n'est pas satisfaisant, la longueur des paliers et l'équilibre des flux peuvent être modifiés ; les matrices peuvent être polies et, lorsque cela n'est pas absolument nécessaire, nitrurées ; les matrices sont polies et nettoyées.

• Un bon régime alimentaire augmente la durée de vie et la régularité.
• Manipulation et recyclage de la ferraille
• Les chutes d'about (l'extrémité enfoncée d'une billette qui ne peut pas être enfoncée) et les chutes de garniture sont récupérées par l'alliage et recyclées.
• L'extrusion est extrêmement durable puisque les déchets servent à retourner à la coulée.

Emballage et logistique

• Les profilés sont emballés, mis en rack et protégés par des intercalaires/films afin d'éviter les dommages dus au transport et les éraflures.
• Pour assurer une traçabilité complète, les étiquettes enregistrent les informations relatives à l'alliage, au tempérament, au lot et au traitement thermique.

Pourquoi chaque pas compte

• Le contrôle de la température (du flux, du corps, du récipient) est une mesure de contrôle du flux.
• La trempe et le vieillissement sont les propriétés mécaniques ultimes
• Les profils sont propres, respectent les tolérances, sont usinés et, dans certains cas, étirés.
• L'entretien et le recyclage des déchets sont maintenus à un coût compétitif et le processus est respectueux de l'environnement.
• Paramètres normaux (avant avis) : billette 400-500C ; préchauffage de la matrice 430-500C ; traitement thermique de mise en solution 500-545C, vieillissement 160-200C. Les valeurs réelles varient en fonction de l'alliage, de la géométrie du profil et de la taille et des spécifications de la presse.

Les composants utilisés dans l'extrusion d'aluminium

L'extrusion d'aluminium repose sur le choix d'un alliage d'aluminium adapté aux exigences mécaniques, thermiques et de corrosion. Les propriétés exigées par les différentes industries diffèrent, c'est pourquoi la sélection des alliages est déterminée par la solidité, la ductilité, la résistance à la corrosion et l'aptitude au traitement thermique.

Série 1000 (aluminium pratiquement pur)

• Composition : Aluminium 99%+
• Avantages : Excellente propriété anticorrosion, bonne conductivité thermique et électrique, souple et ductile.
• Applications : Produits électriques, équipements chimiques, bandes décoratives architecturales

Série 3000 (alliages Al-Mn)

• Avantages : Le matériau résiste bien à la corrosion, a une résistance modérée et peut bien se former
• Applications : Toiture, bardage, gouttières et canettes, panneaux architecturaux

Série 5000 (alliages Al-Mg)

• Avantages : Bonne résistance à la corrosion, résistance moyenne (élevée) à la corrosion, non traitable par la chaleur
• Applications : Marine, panneaux de support automobile, transport, réservoirs de stockage de produits chimiques

Série 6000 (alliages Al-Mg-Si)

• Avantages : Excellent rapport poids/résistance, capacité à résister à la corrosion et possibilité de traitement thermique.
• Applications :  Produits de structure aérospatiale, pièces automobiles, extrusions architecturales, garde-corps et cadres de fenêtres

Série 7000 (alliages Al-Zn-Mg-Cu)

• Caractéristiques : haute résistance, résistance modérée à la corrosion, traitement thermique
• Applications : pièces structurelles soumises à de fortes contraintes, accessoires sportifs de haute performance

Allothers Speciality Alloys

• Sur mesure : A utiliser pour la conductivité thermique, la conductivité électrique ou la décoration.
• Utilisations : Dissipateurs thermiques électroniques, différentes pièces de transport, utilisations architecturales inhabituelles.
• Remarque : Le choix de l'alliage influence la température d'extrusion, la structure de la filière et le traitement thermique ultérieur.

Pour maintenir la similitude de la composition, les déchets d'aluminium recyclables contenant le même alliage sont fréquemment réutilisés.

Tableau de référence rapide des matériaux d'extrusion d'aluminium

Un tableau technique des alliages d'aluminium les plus courants utilisés dans les extrusions, des principales propriétés et des paramètres d'extrusion établis est présenté ci-dessous :

Types d'extrusion d'aluminium 

Le processus d'extrusion de l'aluminium peut être réalisé selon différentes méthodes, qui dépendent de la résistance nécessaire du produit, de la morphologie de la forme et de l'efficacité de la production. Il s'agit principalement des types suivants :

• Extrusion à chaud : C'est la méthode la plus courante, mais les billettes d'aluminium sont chauffées à une température comprise entre 400 et 500 °C et forcées à travers une filière. Le chauffage ramollit le métal, qui s'écoule donc librement et avec moins de pression. Il peut être utilisé pour fabriquer un large éventail de profilés utilisés dans les secteurs de la construction, de l'automobile et de l'ingénierie générale.
• Extrusion à froid : À température ambiante ou presque, cette méthode permet d'obtenir une charge plus élevée mais des produits plus résistants, plus finement finis et plus précis sur le plan dimensionnel. Elle trouve de nombreuses applications dans des industries telles que l'électronique et l'aérospatiale et consiste en des composants de précision.
• Extrusion directe : Ici, la billette et le coulisseau se déplacent dans la même direction, forçant l'aluminium à passer à travers la matrice. Cette méthode est simple et pratique, et c'est la plus courante.
• Extrusion indirecte : Dans ce cas, la matrice se déplace dans la direction opposée au billette. Cela minimise le frottement et améliore l'uniformité, ce qui permet d'obtenir des surfaces plus lisses et d'augmenter la durée de vie de l'outil.
• Extrusion par impact : Cette technique est largement utilisée dans la production de produits minces et creux, tels que les boîtes de conserve, les tubes et les boîtiers, ainsi que dans l'extrusion par impact pour façonner l'aluminium à des vitesses élevées.

Applications de l'extrusion d'aluminium

1. Bâtiment et architecture

Extrusions d'aluminium sont couramment utilisés dans les constructions dans des domaines tels que les cadres de fenêtres, les murs-rideaux, les toitures, les divisions et les garde-corps. Ils sont durables, peuvent être anodisés ou revêtus par poudre et sont esthétiques.

2. Industrie automobile

Le principal élément de sécurité de l'aluminium extrudé est utilisé dans les systèmes de gestion des collisions, les pare-chocs, les barres de toit et les composants du châssis. Ces composants permettent d'alléger les véhicules et d'en renforcer la structure, ce qui se traduit par une réduction de la consommation de carburant et la sécurité des passagers.

3. Secteur aérospatial

Parmi les autres applications aérospatiales des extrusions d'aluminium figurent les patins des sièges d'avion, la structure du fuselage et la structure intérieure de la cabine. Elles sont essentielles à la sécurité du transport aérien car elles sont fiables et cohérentes.

4. Électronique et électricité

L'aluminium possède également une bonne conductivité thermique, ce qui permet à ses extrusions d'être utilisées dans les dissipateurs de chaleur, les boîtiers et les gestionnaires de câbles. Ils contribuent au chauffage d'équipements tels que les ordinateurs, les systèmes LED et l'électronique industrielle.

5. Transports et chemins de fer

Des exemples d'extrusions utilisées dans les wagons de train, les systèmes de métro et les structures marines sont dus à leur solidité, leur légèreté et leur résistance aux environnements difficiles dans lesquels ils se trouvent.

6. Biens de consommation

Les produits d'usage courant tels que les meubles, les équipements sportifs, les échelles et les appareils de cuisine sont couramment fabriqués à partir de profilés d'aluminium extrudés pour assurer leur durabilité, leur facilité de manipulation et leur esthétique.

Avantages de l'extrusion d'aluminium 

1. Flexibilité de la conception

L'extrusion d'aluminium permet de créer des formes et des profils qui seraient autrement complexes ou inimaginables, et qui ne pourraient pas être créés à l'aide d'autres procédés de fabrication. Les sections transversales peuvent également être adaptées pour répondre à certaines exigences fonctionnelles ou esthétiques.

2. Solide et pourtant léger

Le rapport résistance/poids de l'aluminium est assez bon, et un composant extrudé dans ce métal est solide sans être lourd. Cette caractéristique est particulièrement utile dans l'industrie automobile, l'aérospatiale et les transports, où la légèreté se traduit par des gains d'efficacité et de performance.

3. Résistance à la corrosion

L'aluminium possède une couche protectrice naturelle due à la formation d'oxyde, et les extrusions peuvent également être recouvertes d'anodisation et de peinture en poudre, ce qui augmente encore la résistance et la durée de vie des produits qui restent en permanence dans un environnement extérieur ou dans d'autres circonstances difficiles.

4. Le rapport coût-efficacité

L'extrusion est une méthode de production de masse qui permet de produire des profilés standard selon un processus très efficace et rentable, avec un gaspillage limité de matériau. Le recyclage des déchets d'aluminium dans le processus réduit encore les dépenses.

5. Le développement durable

L'aluminium peut être recyclé à 100 % sans perdre ses propriétés. Les procédés d'extrusion utilisent les billettes et les déchets restants, qui peuvent être réutilisés pour garantir un processus de fabrication respectueux de l'environnement.

6. Diversité dans les industries

L'aluminium extrudé trouve des applications dans la construction, l'automobile, l'aérospatiale, l'électronique et les biens de consommation, ce qui en fait l'un des matériaux les plus flexibles pour résoudre différents problèmes d'ingénierie.

Limites de l'extrusion d'aluminium

Comme tout autre processus, l'extrusion présente également des difficultés :

• Coûts de démarrage : La fabrication de matrices est un processus complexe et coûteux.
• Limitation de la taille : Les pièces très grandes peuvent ne pas être pratiques en termes de capacité de pressage.
• Défauts de surface : Un mauvais contrôle de la température ou de la pression peut provoquer une fissure ou une finition irrégulière.
• Perte de matériel Déchets : L'extrusion entraîne la perte d'une partie de la matière des billettes.

Malgré ces lacunes, la recherche et le développement technologique réduisent continuellement les conséquences négatives.

L'avenir et l'aluminium avec des innovations dans l'extrusion d'aluminium

Les usines d'extrusion d'aluminium se transforment avec l'aide des changements technologiques. Parmi les tendances qui méritent d'être mentionnées, on peut citer l'augmentation du nombre de membres du parti communiste chinois.

• Robotique et automatisation : La robotique et l'automatisation deviennent le pilier de la manipulation de précision pour éliminer les procédures humaines.
• Alliages avancés : Les progrès réalisés dans la fabrication d'alliages d'aluminium plus résistants et plus spécifiques augmentent leur utilisation.
• Pratiques durables : Augmenter le niveau de recyclage et l'utilisation efficace de l'énergie dans l'extrusion.
• Impression 3D par extrusion : Il s'agit d'une combinaison d'extrusion et de fabrication additive qui permet un prototypage rapide.

Comme les industries ont besoin de matériaux légers, solides et durables, l'extrusion d'aluminium est en passe de devenir un acteur encore plus actif de l'économie mondiale.

Conclusion

Les techniques d'extrusion de l'aluminium sont à la base de la fabrication moderne et peuvent être utilisées pour créer des pièces et des composants solides, légers et polyvalents destinés à une grande variété d'industries. Grâce à des filières spécialisées, les fabricants peuvent extruder des billettes d'aluminium hautement chauffées en profilés continus dont les dimensions sont très précises et les formes très complexes. Le processus peut être très flexible, et tout ce qui est aussi bas qu'une simple tige ou un tube jusqu'à des profils architecturaux ou automobiles complexes peut être produit par ce processus.

L'extrusion présente les principaux avantages suivants : Flexibilité de conception : L'extrusion permet de produire un grand nombre de modèles. Rapport résistance/poids : Le matériau extrudé présente un rapport résistance/poids élevé. Résistance à la corrosion : L'extrusion permet de produire des matériaux à haute résistance à la corrosion. Rentabilité : l'extrusion est économique. Recyclage : l'extrusion peut être recyclée. Elle s'applique à une myriade de domaines : la construction, les transports et l'aérospatiale, l'électronique et les biens de consommation, illustrant son importance dans la vie quotidienne et l'innovation industrielle.

Bien que l'extrusion de l'aluminium présente des inconvénients, notamment le coût des matrices initiales et les restrictions de taille, les efforts continus en matière d'automatisation, de développement d'alliages et de contrôle des processus permettent d'accroître le potentiel de cette forme de production. Les industries s'orientant de plus en plus vers des produits légers, durables et respectueux de l'environnement, l'extrusion d'aluminium apparaît comme l'acteur clé qui prend la tête de l'industrie.

Questions fréquemment posées 

1. Quel est le principe de l'extrusion de l'aluminium ?

Cette méthode est mise en œuvre pour produire de longues structures en aluminium dans des formes spécifiques afin de garantir la précision, la résistance et la légèreté d'une application donnée.

2. Quelles sont les industries qui utilisent fréquemment l'extrusion d'aluminium ?

Les pièces en aluminium extrudé sont largement utilisées dans les secteurs de la construction, de l'automobile, de l'aérospatiale, de l'électronique, du transport et des biens de consommation.

3. Quelle est la différence entre l'extrusion à chaud et l'extrusion à froid ?

L'extrusion à chaud utilise des billettes plus chaudes afin de faciliter la liquidité de la plate-forme, tandis que l'extrusion à froid se fait à température ambiante ou proche de celle-ci, générant des profils plus exigeants et plus fins.

4. L'extrusion d'aluminium est-elle recyclable ?

L'aluminium peut être entièrement recyclé sans perte de qualité, et les pertes d'extrusion peuvent être recyclées efficacement.