Extrusionest une sorte de processus de formage par lots. Dans ce processus, le métal de la pièce est forcé ou comprimé à travers le trou de la matrice pour obtenir une certaine forme de section transversale.
En bref, l’extrusion est un processus de traitement du métal qui consiste à forcer le métal à travers un trou de filière sous une pression accrue pour comprimer sa section transversale.
Grâce au développement de la technologie d’extrusion, le monde a commencé à s’appuyer sur l’extrusion pour produire des barres, des tuyaux et des profilés creux ou pleins de toute forme.
Etant donné que cette opération implique de pousser ou de tirer l'ébauche à travers la matrice, la force requise pour extruder l'ébauche est assez importante. L'extrusion à chaud est la méthode la plus couramment utilisée car la résistance à la déformation du métal est plus faible à haute température, tandis que l'extrusion à froid n'est généralement réalisée que sur des métaux mous.
Histoire:
Bien que le concept d’extrusion soit né du processus de moulage. Selon les archives, en 1797, un ingénieur nommé Joseph Bramah a déposé une demande de brevet pour le procédé d'extrusion. Le test consistait à préchauffer le métal, puis à le forcer à travers la cavité de la matrice pour fabriquer des tuyaux à partir de l'ébauche. Il a utilisé un piston manuel pour pousser le métal.
Bramah a inventé le procédé hydraulique après avoir inventé l'extrudeuse. Ensuite, Thomas Burr a combiné diverses technologies en utilisant la technologie des presses hydrauliques et la technologie de base de l'extrusion pour produire des tuyaux (creux). Il obtient également un brevet en 1820.
Cette technologie est alors devenue un besoin fondamental dans un monde en constante évolution, et ce procédé n’est pas adapté aux métaux durs. En 1894, Thomas Burr a introduit l'extrusion d'alliages de cuivre et de laiton, entraînant ainsi le développement de la technologie d'extrusion.
Depuis l’invention de la technologie d’extrusion, ce procédé s’est développé vers de multiples technologies capables de produire des produits présentant diverses structures complexes au coût le plus bas possible.
Classification ou types de procédés d'extrusion :
1.Processus d'extrusion à chaud :
Dans ce procédé d'extrusion à chaud, l'ébauche est traitée à une température supérieure à sa température de recristallisation. Ce traitement à chaud peut empêcher la pièce de durcir et permettre à la poinçonneuse de la pousser facilement à travers la matrice.
L'extrusion à chaud est généralement réalisée sur une presse hydraulique horizontale. La pression impliquée dans ce processus peut aller de 30 MPa à 700 MPa. Pour une haute pression intacte, la lubrification est adoptée. L'huile ou le graphite sont utilisés comme lubrifiant pour les profilés à basse température, et la poudre de verre est utilisée pour les profilés à haute température. Apporter une chaleur entre 0,5 Tm et 0,75 Tm au flan pour obtenir un fonctionnement de haute qualité.
Les températures d'extrusion à chaud pour plusieurs matériaux couramment utilisés sont les suivantes :
Température du matériau (°C) :
aluminium 350 à 500, cuivre 600 à 1100, magnésium 350 à 450, nickel 1000 à 1200, acier 1200 à 1300, titane 700 à 1200, PVC180 nylon290.
Avantages :
● La déformation peut être contrôlée selon les besoins.
● La billette ne sera pas renforcée en raison de l'écrouissage.
● Nécessite moins de pression.
● Les matériaux présentant des fissures prématurées peuvent également être traités.
Inconvénients :
● Mauvais état de surface.
● La précision dimensionnelle sera affectée.
● Réduire la durée de vie des conteneurs.
● Possibilité d'oxydation superficielle.
2.Extrusion à froid :
Il s’agit du processus de façonnage du métal en frappant le métal avec une balle. Ce cognement se fait par un poinçon ou un poinçon dans une cavité fermée. Le piston force le métal à travers la cavité de la matrice, transformant ainsi l'ébauche solide en une forme solide.
Dans ce processus, la pièce est déformée à température ambiante ou légèrement au-dessus de la température ambiante.
Si une force trop importante est requise, une presse hydraulique puissante est utilisée dans cette technologie. La plage de pression peut atteindre 3000 MPa.
Avantages :
● Pas d'oxydation.
● Augmenter la résistance du produit.
● Tolérances plus strictes.
● Améliorer la finition de surface.
● La dureté est augmentée.
Inconvénients :
● Nécessite une plus grande force.
● Plus de puissance est nécessaire pour fonctionner.
● Les matériaux non ductiles ne peuvent pas être traités.
● L'écrouissage du matériau extrudé constitue une limitation.
3.Processus d'extrusion à chaud :
L'extrusion à chaud est le processus d'extrusion d'ébauches au-dessus de la température ambiante et en dessous de la température de recristallisation du matériau. Ce procédé est utilisé dans les cas où les modifications microstructurales du matériau doivent être évitées pendant l'extrusion.
Ce processus est important pour atteindre le bon équilibre entre la force et la ductilité requises. La température de tout métal utilisé dans cette opération peut varier de 424 degrés Celsius à 975 degrés Celsius.
Avantages :
● Force accrue.
● Augmentation de la dureté du produit.
● Absence d'oxydation.
● De très petites tolérances peuvent être obtenues.
Inconvénients :
● Les matériaux non ductiles ne peuvent pas être extrudés.
● De plus, il y a un appareil de chauffage.
4.Extrusion par friction :
Dans la technologie d’extrusion par friction, l’ébauche et le récipient sont forcés de tourner dans des directions opposées. En même temps, l'ébauche est poussée à travers la cavité de la matrice pendant le fonctionnement pour produire le matériau requis.
Ce processus est affecté par la vitesse de rotation relative entre le chargement et la matrice. Le mouvement de rotation relatif du chargeur et de la filière a une influence importante sur le processus.
Premièrement, cela provoquera une grande quantité de contraintes de cisaillement, entraînant une déformation plastique de l’ébauche. Deuxièmement, une grande quantité de chaleur sera générée lors du mouvement relatif entre l’ébauche et la matrice. Il n’y a donc pas besoin de préchauffage et le processus est plus efficace.
Il peut générer directement des fils, tiges, tuyaux et autres géométries métalliques non circulaires essentiellement consolidés à partir de diverses charges précurseurs telles que des poudres métalliques, des flocons, des déchets traités (copeaux ou copeaux) ou des ébauches solides.
Avantages :
● Aucun chauffage requis.
● La génération de contraintes de cisaillement peut améliorer la résistance à la fatigue du produit.
● N'importe quel type de matériau peut être utilisé comme ébauche, ce qui rend ce procédé économique.
● Faible consommation d'énergie.
● Meilleure résistance à la corrosion.
Inconvénients :
● Oxydation attendue.
● Configuration initiale élevée.
● Machines complexes.
5.Processus de micro-extrusion :
Comme son nom l’indique, ce processus implique la production de produits dans la gamme submillimétrique.
Semblable à la macro-extrusion, le flan est ici forcé à travers le trou de la matrice pour produire la forme attendue sur le flan. La sortie peut passer par un carré de 1 mm.
La micro-extrusion directe ou directe et inverse ou indirecte sont les deux techniques les plus fondamentales utilisées à cette époque pour la production de micro-composants. En micro-extrusion vers l'avant, le piston entraîne l'ébauche pour avancer. La direction du mouvement du flan est la même. En microextrusion inverse, les sens de déplacement du piston et de l'ébauche sont opposés. La micro-extrusion est largement utilisée dans la production de composants de dispositifs médicaux résorbables et implantables, allant des stents biorésorbables aux systèmes à libération contrôlée de médicaments. Dans le domaine mécanique, les applications dans la fabrication de micro-engrenages, de micro-tuyaux et d'autres aspects peuvent être largement observées.
Avantages :
● Des sections transversales très complexes peuvent être réalisées.
● De petits éléments peuvent être réalisés.
● Tolérances géométriques améliorées.
Inconvénients :
● Fabriquer une petite matrice et un conteneur pour répondre à nos besoins est un défi.
● Des travailleurs qualifiés sont nécessaires.
6.Extrusion directe ou directe :
Dans le processus d'extrusion directe, le flan métallique est d'abord placé dans un conteneur. Le conteneur comporte un trou de matrice de formage. Le piston est utilisé pour pousser le flan métallique à travers le trou de la filière pour fabriquer le produit.
Dans ce type, la direction du flux de métal est la même que la direction du mouvement du piston.
Lorsque le flan est forcé de se déplacer vers l’ouverture de la matrice, une grande quantité de friction sera générée entre la surface du flan et la paroi du conteneur. En raison de l’existence de frictions, la force du piston doit être considérablement augmentée, consommant ainsi plus d’énergie.
Dans ce processus, il est très difficile d’extruder des métaux fragiles tels que les alliages de tungstène et de titane car ils se briseront au cours de ce processus. La tension tout au long du processus favorise la formation rapide de microfissures, conduisant à la fracture.
Il est difficile d’extruder des métaux fragiles tels que les alliages de tungstène et de titane car ils se briseront pendant le traitement. La tension provoque la formation rapide de microfissures, conduisant à la fracture.
De plus, la présence d'une couche d'oxyde à la surface du flan va aggraver les frottements. Cette couche d'oxyde peut provoquer des défauts dans le produit extrudé.
Pour résoudre ce problème, un bloc factice est placé entre la porte et l'ébauche de travail pour aider à réduire la friction.
Des exemples sont des tuyaux, des canettes, des coupelles, des pignons, des arbres et d'autres produits extrudés.
Certaines parties du flan restent toujours à la fin de chaque extrusion. C'est ce qu'on appelle la crosse. Découpez-le du produit immédiatement à la sortie de la filière.
Avantages :
● Ce processus peut extruder des pièces plus longues.
● Propriétés mécaniques améliorées du matériau.
● Bonne finition de surface.
● L'extrusion à chaud et à froid est possible.
● Capable de fonctionner en continu.
Inconvénients :
● Les métaux fragiles ne peuvent pas être extrudés.
● Grande force et exigences de puissance élevées.
● Possibilité d'oxydation.
7.Extrusion indirecte ou inverse :
Dans ce processus d'extrusion inverse, la filière reste immobile tandis que l'ébauche et le récipient se déplacent ensemble. La filière est montée sur le piston au lieu du récipient.
Le métal s'écoule à travers le trou de filière sur le côté du piston dans la direction opposée au mouvement du piston lorsque l'ébauche est comprimée.
Lorsque le flan est comprimé, le matériau passe entre les mandrins et donc à travers l'ouverture de la filière.
Puisqu’il n’y a pas de mouvement relatif entre le flan et le conteneur, aucun frottement n’est enregistré. Par rapport à l’extrusion directe, cela améliore le processus et entraîne une moindre force de piston utilisée qu’en extrusion directe.
Pour maintenir la filière immobile, une « tige » plus longue que la longueur du conteneur est utilisée. La résistance de la colonne de la tige détermine la longueur d'extrusion finale et maximale. Puisque la pièce se déplace avec le conteneur, toutes les frictions sont facilement éliminées.
Avantages :
● Nécessite moins de force d'extrusion.
● Peut extruder des sections transversales plus petites.
● 30% de réduction des frottements.
● Augmenter la vitesse de fonctionnement.
● Très peu d'usure est enregistrée.
● Grâce à un flux de métal plus constant, les défauts d'extrusion ou les zones annulaires à gros grains sont moins probables.
Inconvénients :
● La section transversale du matériau extrudé est limitée par la taille de la tige utilisée.
● Possibilité de contraintes résiduelles après extrusion.
● Les impuretés et les défauts peuvent affecter la finition de surface et affecter le produit.
8.Extrusion hydrostatique :
Dans le processus d'extrusion hydrostatique, l'ébauche est entourée de fluide dans le récipient et le fluide est poussé vers l'ébauche par le mouvement vers l'avant du piston. Grâce au fluide sans friction à l’intérieur du conteneur, il y a très peu de friction au niveau du trou de la filière.
Lors du remplissage du trou du conteneur, le flan ne sera pas perturbé car il est soumis à une pression hydrostatique uniforme. Cela produit avec succès des ébauches avec un rapport longueur/diamètre énorme. Même les bobines peuvent être parfaitement extrudées ou avoir des sections transversales inégales.
La principale différence entre l'extrusion hydrostatique et l'extrusion directe est qu'il n'y a pas de contact direct entre le récipient et le flan pendant le processus d'extrusion hydrostatique.
Des fluides et des processus spéciaux sont nécessaires pour travailler à des températures élevées.
Lorsque le matériau est soumis à une pression hydrostatique et qu’il n’y a pas de frottement, sa ductilité augmente. Par conséquent, cette méthode peut convenir aux métaux trop fragiles pour les méthodes d’extrusion classiques.
Cette méthode est utilisée pour les métaux ductiles et permet un taux de compression élevé.
Avantages :
● Le produit extrudé présente un excellent effet de polissage de surface et des dimensions précises. ● Il n'y a aucun problème de friction.
● Minimiser les besoins en force.
● Il n'y a aucun blanc résiduel dans ce processus.
● Flux de matériaux uniforme.
Inconvénients :
● Lors d'un fonctionnement à des températures élevées, des liquides et des procédures spéciaux doivent être utilisés.
● Avant de travailler, chaque flan doit être préparé et effilé à une extrémité.
● Il est difficile de contrôler le liquide.
9.Extrusion par impact :
L'extrusion par impact est une autre méthode principale de production de profilés métalliques extrudés. Par rapport aux processus d'extrusion traditionnels qui nécessitent des températures élevées pour ramollir les matériaux, l'extrusion par impact utilise généralement des ébauches métalliques froides. Ces flans sont extrudés sous haute pression et avec un rendement élevé.
Au cours de l'opération traditionnelle d'extrusion par impact, un bloc correctement lubrifié est placé dans la cavité de la filière et frappé par un poinçon d'un seul coup. Cela provoque le reflux du métal autour du poinçon à travers l'espace entre la matrice et le poinçon.
Ce procédé est plus adapté aux matériaux plus tendres comme le plomb, l'aluminium ou l'étain.
Ce processus est toujours effectué à froid. Le processus d'impact vers l'arrière permet d'obtenir des parois très fines. Par exemple, fabriquer des tubes de dentifrice ou des étuis à piles.
Elle est effectuée à une vitesse plus rapide et avec une course plus courte. Au lieu d’appliquer une pression, une pression d’impact est utilisée pour extruder l’ébauche à travers la matrice. D'un autre côté, l'impact peut être réalisé par extrusion vers l'avant ou vers l'arrière ou un mélange des deux.
Avantages:
● Taille considérablement réduite.
● Processus rapide. Le temps de traitement est réduit jusqu'à 90 %.
● Augmenter la productivité.
● Améliorer l'intégrité de la tolérance.
● Économisez jusqu'à 90 % de matières premières.
Inconvénients :
● Nécessite des forces de compression très élevées.
● La taille du blanc est une limitation.
Facteurs affectant la force d'extrusion :
● Température de travail.
● Conception des équipements, horizontaux ou verticaux.
● Type d'extrusion.
● Taux d'extrusion.
● Montant de la déformation.
● Paramètres de frottement.
Applications ou utilisations du processus d’extrusion :
● Largement utilisé dans la production de tuyaux et de tuyaux creux. Et également utilisé dans la production d'articles en plastique.
● Le procédé d'extrusion est utilisé pour produire des cadres, des portes et fenêtres, etc. dans l'industrie automobile.
● L'aluminium métallique est utilisé pour les travaux de structure dans de nombreuses industries.
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