O que é o processo de extrusão de alumínio? 

A extrusão de alumínio não é apenas apreciada pelo fato de produzir peças resistentes, porém leves, mas também por seus projetos flexíveis e econômicos. Ela é usada nos setores de construção, aeroespacial, automotivo e eletrônico, e em quase todos os outros. A extrusão de alumínio está entre os processos que indicam uma equalização entre projetos inovadores e produção eficaz, que está prestes a se tornar um dos procedimentos dominantes do setor de manufatura.

O alumínio é um dos metais mais populares nas indústrias modernas, sendo apreciado por sua leveza, resistência, durabilidade e também por sua capacidade de resistir à corrosão. O alumínio é mais visível em nossas vidas; na construção de arranha-céus em nossas cidades, nos carros que dirigimos e em outros aparelhos que usamos em nosso dia a dia. Um dos processos mais importantes de fabricação que garantiu a versatilidade é o processo de extrusão de alumínio.

A extrusão refere-se, em termos gerais, a métodos de deformação de metal por meio dos quais o metal é empurrado ou espremido por uma matriz de forma semelhante à pasta de dente. No alumínio, as seções contínuas mais longas de formas finais e predeterminadas de seção transversal são formadas pela passagem de objetos sólidos semelhantes a blocos (conhecidos como tarugos) por uma matriz já aquecida. Esses perfis podem ser barras simples, tubos ou altamente complexos e feitos especialmente para atender às demandas de um determinado setor.

Neste artigo, aprenderemos tudo sobre o processo de extrusão de alumínio; sua história, o processo de extrusão, tipos, aplicações, vantagens e limitações e seus recursos crescentes no futuro da fabricação.

Contexto histórico

A ideia de extrusão como um processo de fabricação remonta ao final do século XVIII. A primeira extrusão conhecida foi a do inventor britânico Joseph Bramah, que patenteou exatamente isso em 1797. Em vez disso, ele usou um processo que envolvia empurrar metais maleáveis, como o chumbo, por meio de uma matriz para moldar peças longas e de aparência idêntica, principalmente tubos. O pré-condicionamento do processo de extrusão foi uma invenção.

Até grande parte do século XIX, a extrusão de metais mais macios era inibida pela tecnologia. O verdadeiro avanço ocorreu no início do século XX, quando foram descobertas formas econômicas de produzir alumínio. A aquisição do alumínio levou a preços mais baixos e à produção em larga escala com a invenção do processo Hall-Heroult, em 1886, por Charles Martin Hall, nos Estados Unidos, e, separadamente, por Paul H. Roult, na França. Após a invenção do alumínio, não demorou muito para que cientistas e fabricantes percebessem o potencial que a extrusão tinha a oferecer.

O uso da tecnologia de extrusão de alumínio começou a ganhar força na década de 20, especialmente na Europa e na América do Norte. Ela foi utilizada em larga escala na Segunda Guerra Mundial, quando as indústrias precisaram de um material leve, mas durável, para aeronaves, veículos usados pelas forças armadas e edifícios. Desde então, a tecnologia de fundição em linha foi inventada e se estendeu muito mais do que a extrusão de alumínio que surgiu inicialmente nos setores militares.

O que é alumínio extrudado?

A extrusão de alumínio é o método físico comercial usado para plastificar o alumínio sólido em formas longas com seções transversais específicas. A ideia é simples: um bloco de alumínio (tarugo) é aquecido até um estágio maleável e forçado sob intensa pressão de uma matriz feita de aço. Ao passar pela matriz, o alumínio assume a forma da abertura, seja reta, oca ou sólida, ou em um perfil altamente complicado.

A analogia que melhor se aplica à extrusão é a extrusão de um tubo de pasta de dente. Assim como a pasta de dente, ela assume o formato do bocal e, da mesma forma, o alumínio extrudado assume o formato da matriz. A vantagem da extrusão de alumínio é a capacidade de fabricar componentes leves e resistentes com o formato exato.

Os perfis extrudados resultantes podem ser decapados em vários comprimentos e também são submetidos a outros acabamentos, incluindo anodização, revestimento em pó e acabamento. Todos esses aprimoramentos aumentam o desempenho, o desgaste e a aparência. Devido à sua flexibilidade, tornou-se um dos processos de extrusão cujo escopo foi utilizado em diferentes discursos, como o setor de construção, o setor de aviação, o setor eletrônico, o setor de transportes e até mesmo o setor de produtos de consumo. Não se trata apenas do processo, mas de uma ponte vital entre o aço inoxidável nativo e a funcionalidade absorvida que define a engenharia atual e a alta construção.

Processo de extrusão de alumínio em etapas

Caracterizar o perfil e selecionar a liga

• Os engenheiros otimizam a seção transversal (forma) e as tolerâncias e, em seguida, selecionam uma liga (por exemplo, liga 6xxx para uso em aplicações arquitetônicas ou automotivas) que equilibra força, resistência à corrosão, usinabilidade e acabamento.
• As decisões iniciais sobre o projeto da matriz, a carga da prensa, o caminho do tratamento térmico e o custo são ditados por alternativas.

Moldar e batizar o tarugo

• Os tarugos (cilindros) de alumínio são cortados de toras longas.
• Para superar essas diferenças internas de microestrutura, os tarugos são submetidos a um processo de homogeneização (imersão em calor) para uniformizar a microestrutura interna, ajudando a suavizar o fluxo durante o processo de extrusão e a reduzir problemas como o aparecimento de rasgos laterais na superfície.

Inspeção do tarugo com serra ou couro cabeludo

• A parte externa ou a pele metálica do tarugo pode ser raspada (um metal fino removido) para remover as inclusões da superfície.
• O comprimento da prensa é cortado de acordo com a capacidade da prensa; as superfícies são examinadas para verificar se estão livres de rachaduras e porosidade.

Aquecer o tarugo

• Os tarugos são aquecidos a uma temperatura normal de 400 a 500 °C (dependendo da liga), amolecendo, mas não derretendo o metal.
• A temperatura adequada minimiza os sulcos, garante um fluxo e mantém a pressão constante, bem como um bom acabamento da superfície.

Fabricação da matriz e do ferramental

• Uma matriz de aço endurecido (o "molde" da seção transversal) é preparada, polida e pré-aquecida (geralmente de 430 a 500 °C) para reduzir o choque térmico e promover o fluxo uniforme do metal.
• As ferramentas são apoios, almofadas e um bloco falso onde o aríete atinge a face do tarugo.

Lubrificar e preparar a prensa

• O contêiner, a matriz e o bloco fictício são pré-condicionados; o lubrificante adequado é aplicado (grafite, vidro ou lubrificantes especializados, dependendo da liga/processo).
• A avaliação do alinhamento correto reduzirá as linhas de matriz, a excentricidade e o desgaste assimétrico dos rolamentos.

Carregar o tarugo e o controle de qualidade Iniciar a prensa

• O tarugo quente é colocado no contêiner da prensa.
• Na extrusão direta, o aríete é forçado a empurrar o tarugo através da superfície da matriz não movida; na extrusão indireta, há a pressão da matriz não movida contra um tarugo estacionário (o atrito é reduzido e a superfície é melhor).

Extrusão inovadora, estável

• A ruptura é a ocasião inicial em que o metal adquire a forma de perfil. Operadores: Os operadores estabilizam a velocidade do aríete (geralmente da ordem de mm/s) e a pressão, além de manter as dimensões e a qualidade da superfície.
• O fluxo constante é essencial, pois uma taxa muito alta pode rasgar, e uma taxa muito baixa pode resultar em voltas frias ou recolhimento de matrizes.

Chinking na mesa

• O perfil contínuo é removido da matriz e depositado em uma mesa de saída. Um extrator é colocado sob o perfil para evitar a flacidez e a torção.
• O suporte adequado não se curva (arqueia) e não apresenta desvios dimensionais.

Resfriamento rápido (resfriamento imediato)

• As ligas tratáveis termicamente podem ser resfriadas para obter a microestrutura desejada por meio do resfriamento do perfil imediatamente após a saída com ar, névoa, spray ou água.
• A intensidade da têmpera é selecionada para manter um equilíbrio entre o potencial de resistência e o controle de distorção.

Temperatura de manuseio para resfriamento

Os perfis são resfriados na mesa após a têmpera até que possam ser manuseados sem marcas ou deformações.

O resfriamento suave e controlado minimiza a tensão residual.

Alongamento / Endireitamento

• Os perfis são estendidos (normalmente com uma deformação de aproximadamente 0,5%) para eliminar a curvatura, a torção e as tensões residuais.
• Esse processo endireita e ancora a retidão e mantém as peças dimensionalmente estáveis após a usinagem.

Corte de volta ao comprimento

• Dependendo do comprimento desejado, o fio longo é cortado com serra no comprimento comercial (por exemplo, 3 m ou 8 m) ou em comprimentos próximos ao da rede, pronto para ser usinado mais tarde.
• As extremidades são marcadas e rastreadas com uma indicação.

Tratamento térmico (quando necessário)

• T5: Fiz um teste de corte após a têmpera das peças e não apliquei nada (endurecido por envelhecimento). O recozimento comum ocorre a 160-8200 graus Celsius durante um período de várias horas (as receitas variam de acordo com a liga/especificação).
• Solução de tratamento térmico (500-545 °C (dependendo da liga), resfriamento rápido e, em seguida, envelhecimento artificial (160-190 °C) para obter maior resistência.
• As receitas são otimizadas para a propriedade de interesse e distorção.

Acabamento da superfície (opcional)

• A anodização forma um revestimento de óxido endurecido protetor e resistente à corrosão (que pode ser transparente ou colorido).
• Uma cobertura externa de revestimento em pó ou pintura fornece cor e proteção adicional.
• Os acabamentos mecânicos (escovação, polimento, jateamento) ajustam a aparência e o toque.

Usinagem e fabricação (conforme necessário)

Os perfis são usinados em CNC, perfurados, furados, rosqueados ou dobrados.

Os gabaritos/equipamentos proporcionam repetibilidade do controle de tolerância em seções finas ou complexas.

Teste e controle de qualidade

• Inspeções bidimensionais: espessura da parede, largura/altura, retidão, torção, planicidade e localização dos furos.
• Verificação da superfície: linhas de morte, captação, vibração, casca de laranja, buracos, estrias.
• Testes mecânicos: dureza, tração/rendimento/alongamento (por especificação), adesão de revestimentos e espessura anódica do filme.
• Metalografia e condutividade: Os testes são realizados quando os padrões aeronáuticos/automotivos assim o exigem.

Ajuste e manutenção de matrizes

Quando o controle de dimensão ou o acabamento da superfície estiver fora de controle, o comprimento dos rolamentos e o equilíbrio do fluxo podem ser modificados; as matrizes podem ser polidas e, quando não for absolutamente necessário, nitretadas; as matrizes são polidas e limpas.

• Uma boa dieta aumentará a vida útil e a consistência.
• Manuseio e reciclagem de sucata
• As aparas de topo (a extremidade empurrada de qualquer tarugo que não pode ser empurrada) e as aparas de acabamento são recuperadas pela liga e recicladas.
• A extrusão é extremamente sustentável, pois a sucata serve para retornar à fundição.

Embalagem e logística

• Os perfis são embalados em invólucros, armazenados em prateleiras e protegidos com espaçadores/filmes para evitar danos no transporte e marcas de desgaste.
• Para oferecer rastreabilidade total, as etiquetas registram informações de liga, têmpera, lote e tratamento térmico.

Por que cada passo conta

• O controle de temperatura (fluxo, corpo, recipiente) é uma medida de controle de fluxo.
• O resfriamento e o envelhecimento são as propriedades mecânicas definitivas
• Os perfis são limpos, com tolerâncias rigorosas, usinados e, em alguns casos, esticados.
• A manutenção e a reciclagem de sucata são mantidas a um custo competitivo e o processo é ecologicamente correto.
• Parâmetros normais (pré-aconselhamento): tarugo400-500C; pré-aquecimento da matriz 430-500C; tratamento térmico de solução 500-545C, envelhecimento 160-200C. Os valores reais variam de acordo com a liga, a geometria do perfil e o tamanho e a especificação da prensa.

Os componentes usados na extrusão de alumínio

A extrusão de alumínio baseia-se na escolha da liga de alumínio correta para atender aos requisitos mecânicos, térmicos e de corrosão. As propriedades exigidas por diferentes setores são diferentes, portanto, a seleção das ligas é determinada pela força, ductilidade, resistência à corrosão e capacidade de tratamento térmico.

Série 1000 (alumínio praticamente puro)

• Composição: Alumínio 99%+
• Vantagens: Excelente propriedade anticorrosiva, boa condutividade térmica e elétrica, macio e dúctil
• Aplicativos: Produtos elétricos, equipamentos químicos, faixas decorativas arquitetônicas

Série 3000 (ligas de Al-Mn)

• Vantagens: O material resiste bem à corrosão, tem resistência moderada e pode se formar bem
• Aplicativos: Telhados, revestimentos, calhas e latas de bebidas, painéis arquitetônicos

Série 5000 (ligas de Al-Mg)

• Vantagens: Boa resistência à corrosão, resistência à corrosão de força média (alta), não tratável com calor
• Aplicativos: Painéis de apoio marítimo, automotivo, transporte, tanques de armazenamento de produtos químicos

Série 6000 (ligas de Al-Mg-Si)

• Vantagens: Ótima relação resistência/peso, capacidade de resistir à corrosão e tratamento térmico
• Aplicativos:  Produtos de estrutura aeroespacial, peças automotivas, extrusões arquitetônicas, grades e molduras de janelas

Série 7000 (ligas de Al-Zn-Mg-Cu)

• Características: alta resistência, com resistência moderada à corrosão, tratável termicamente
• Aplicativos: peças estruturais de alta tensão, acessórios esportivos de alto desempenho

Ligas especiais Allothers

• Personalizado: Para ser usado em condutividade térmica, condutividade elétrica ou decoração
• Usos: Dissipadores de calor eletrônicos, diferentes peças de transporte, usos arquitetônicos incomuns.
• Observação: A seleção da liga influencia a temperatura de extrusão, a estrutura da matriz e o tratamento térmico subsequente.

Para manter a similaridade da composição, a sucata de alumínio reciclável contendo a mesma liga é frequentemente reutilizada.

Tabela de referência rápida de materiais de extrusão de alumínio

A seguir, uma tabela técnica das prováveis ligas de alumínio comuns usadas em extrusões, as principais propriedades e os parâmetros de extrusão estabelecidos:

Tipos de extrusão de alumínio 

O processo de extrusão de alumínio pode ser realizado em vários métodos, e depende da resistência necessária do produto, da morfologia da forma e da eficácia da produção. Esses são principalmente os seguintes tipos:

• Extrusão a quente: É o mais comum, mas os tarugos de alumínio são aquecidos na faixa de 400 a 500 °C e forçados a passar por uma matriz. O aquecimento torna o metal macio e, portanto, ele flui livremente e com menos pressão. Pode ser usado para fabricar uma ampla gama de perfis utilizados nos setores de construção, automotivo e de engenharia em geral.
• Extrusão a frio: À temperatura ambiente ou próxima a ela, esse método tem uma carga maior, mas produtos mais resistentes, com acabamento mais fino e dimensionalmente mais precisos. Ele encontra inúmeras aplicações em setores como o eletrônico e o aeroespacial e consiste em componentes de precisão.
• Extrusão direta: Aqui, o tarugo e o cilindro se movem na mesma direção, forçando o alumínio a passar pela matriz. É fácil e conveniente, e é o método mais comum aplicado.
• Extrusão indireta: Nesse caso, a matriz se move na direção oposta à do tarugo. Isso minimiza o atrito e melhora a uniformidade, produzindo superfícies mais lisas e aumentando a vida útil da ferramenta.
• Extrusão de impacto: Isso é amplamente aplicado na produção de produtos finos e ocos, por exemplo, latas, tubos e carcaças e extrusões de impacto para moldar o alumínio usando altas velocidades.

Aplicações de extrusão de alumínio

1. Construção e arquitetura

Extrusões de alumínio são comumente utilizados em construções em áreas como molduras de janelas, paredes de cortina, telhados, divisões e grades. Eles são duráveis, podem ser anodizados ou revestidos com pó e são esteticamente agradáveis.

2. Setor automotivo

O importante componente de segurança do alumínio extrudado é usado em sistemas de gerenciamento de colisões, vigas de para-choque, trilhos de teto e componentes de chassi. Esses componentes tornam os veículos mais leves e proporcionam uma estrutura forte, o que se traduz em eficiência de combustível e segurança dos passageiros.

3. Setor aeroespacial

Outras aplicações aeroespaciais das extrusões de alumínio incluem os corredores dos assentos das aeronaves, a estrutura da fuselagem e a estrutura interna da cabine. Eles são essenciais para a segurança das viagens aéreas, pois são confiáveis e consistentes.

4. Eletrônicos e elétricos

O alumínio também tem boa condutividade térmica, o que permite que suas extrusões sejam úteis em dissipadores de calor, caixas e gerenciadores de cabos. Elas auxiliam no aquecimento de equipamentos como computadores, sistemas de LED e eletrônicos industriais.

5. Transporte e ferrovias

Exemplos de extrusões usadas em vagões de trem, sistemas de metrô e estruturas marítimas se devem à sua força, leveza e resistência aos ambientes adversos em que se encontram.

6. Bens de consumo

Produtos do dia a dia, como móveis, equipamentos esportivos, escadas e utensílios de cozinha, são rotineiramente fabricados com perfis de alumínio extrudado para proporcionar durabilidade, facilidade de manuseio e aparência.

Benefícios da extrusão de alumínio 

1. Flexibilidade de design

A extrusão de alumínio permite a criação de formas e perfis que, de outra forma, seriam complexos ou impossíveis de conceber, e que não poderiam ser criados usando outros processos de fabricação. As seções transversais também podem ser adaptadas para atender a um determinado requisito funcional ou estético.

2. Resistente e ainda assim leve

A relação resistência/peso do alumínio é muito boa, e um componente extrudado nesse metal é forte sem ser pesado. Isso é particularmente útil no setor automotivo, aeroespacial e de transportes, onde a leveza resulta em ganhos de eficiência e desempenho.

3. Resistência à corrosão

O alumínio tem uma camada protetora desenvolvida naturalmente por meio da formação de óxido, e as extrusões também podem ser revestidas com anodização e revestimento em pó, o que aumenta ainda mais a resistência e a vida útil dos produtos que permanecem continuamente em um ambiente externo ou em outras circunstâncias adversas.

4. Custo-efetividade

A extrusão oferece um método de produção em massa para produzir perfis padrão em um processo altamente eficiente e econômico, com desperdício limitado de material. A reciclagem de sucata de alumínio no processo diminui novamente as despesas.

5. Sustentabilidade

O alumínio pode ser 100% reciclado sem perda de suas propriedades. Os processos de extrusão fazem uso de tarugos e sucatas restantes, que podem ser usados novamente para garantir um processo de fabricação ecologicamente correto.

6. Diversidade nos setores

O alumínio extrudado tem aplicações nas áreas de construção, automotiva, aeroespacial, eletrônica e bens de consumo, o que o torna um dos materiais mais flexíveis para lidar com diferentes problemas de engenharia.

Limitações da extrusão de alumínio

Como em qualquer outro processo, a extrusão também tem seus desafios:

• Custos iniciais da matriz: A fabricação de matrizes é uma habilidade e um processo caro.
• Limitação de tamanho: Peças excessivamente grandes podem não ser práticas em termos de capacidade de impressão.
• Defeitos na superfície: O controle inadequado da temperatura ou da pressão pode causar rachaduras ou um acabamento inconsistente.
• Perda de resíduos materiais: Há uma perda de parte do material do tarugo no ato da extrusão.

Apesar dessas deficiências, a pesquisa e o desenvolvimento tecnológico estão continuamente reduzindo os resultados negativos.

O futuro e o alumínio com inovações na extrusão de alumínio

As fábricas de extrusão de alumínio estão mudando com a ajuda das mudanças tecnológicas. Entre as tendências que merecem ser mencionadas está o aumento do número de membros do Partido Comunista da China.

• Robótica e automação: A robótica e a automação estão se tornando a base do manuseio de precisão para eliminar os procedimentos humanos.
• Ligas avançadas: Os avanços na forma de tornar as ligas de alumínio mais fortes e mais específicas aumentam seus usos.
• Práticas sustentáveis: Aumentar o nível de reciclagem e o uso eficiente de energia na extrusão.
• Impressão por extrusão 3D: Essa é uma combinação de extrusão e manufatura aditiva para fornecer prototipagem rápida.

Como os setores exigem materiais leves e resistentes que também sejam sustentáveis, a extrusão de alumínio está a caminho de se tornar um participante ainda mais ativo na economia global.

Conclusão

As técnicas de extrusão de alumínio formam a base da fabricação moderna e podem ser usadas para criar peças e componentes resistentes, leves e versáteis para serem usados em uma ampla variedade de setores. Com matrizes especializadas, os fabricantes podem extrudar tarugos de alumínio altamente aquecidos em perfis contínuos que são muito precisos em suas dimensões e têm formas muito complexas. O processo pode ser muito flexível, e qualquer coisa, desde uma simples haste ou tubo até perfis arquitetônicos ou automotivos complexos, pode ser produzida nesse processo.

A extrusão tem os seguintes benefícios principais: Flexibilidade de design: A extrusão pode produzir um grande número de designs. Resistência em relação ao peso: O material extrudado oferece uma alta relação entre resistência e peso. Resistência à corrosão: A extrusão pode produzir materiais com alta resistência à corrosão. Custo-benefício: a extrusão é econômica. Reciclagem: a extrusão pode ser reciclada. Aplica-se a uma infinidade de campos: construção, transporte e aeroespacial até eletrônicos e bens de consumo, ilustrando sua importância na vida cotidiana e na inovação industrial.

Embora existam desvantagens na extrusão de alumínio, especialmente o custo das matrizes iniciais e sua restrição de tamanho, com os esforços contínuos em automação, desenvolvimento de ligas e controle de processos, o potencial dessa forma de produção está crescendo. Com os setores cada vez mais orientados para produtos leves, duráveis e ecologicamente corretos, a extrusão de alumínio está emergindo como a principal peça a assumir a liderança no setor.

Perguntas frequentes 

1. Qual é o princípio da extrusão de alumínio?

Isso é implementado para produzir estruturas longas de alumínio em formatos específicos para garantir a precisão, a resistência e a leveza de uma determinada aplicação.

2. Quais setores utilizam frequentemente a extrusão de alumínio?

As peças de alumínio extrudado são amplamente utilizadas pelos setores de construção, automotivo, aeroespacial, eletrônico, transporte e bens de consumo.

3. Qual é o contraste entre extrusão a quente e a frio?

A extrusão a quente utiliza tarugos mais quentes para facilitar a liquidez da plataforma, ao passo que a extrusão a frio é feita em temperatura ambiente ou próxima a ela, gerando perfis mais exigentes e ajustados.

4. A extrusão de alumínio é reciclável?

O alumínio pode ser totalmente reciclado sem perda de qualidade, e o material de perda de extrusão pode ser reciclado com eficiência.