Appunti sulla deformazione plastica

ESTRUSIONE

È un processo di deformazione plastica che permette di ottenere

principalmente semilavorati, di sezione anche complessa.

Il massello viene inserito in un contenitore e costretto

a fuoriuscirvi passando attraverso una matrice la cui

forma riproduce il prodotto che si desidera realizzare

Esempio di

matrice per Esempi di sezioni ottenute per estrusione

estrusione

Caratteristiche e problematiche del processo

➢Si utilizzano materiali che presentano una elevata deformabilità (ottone, leghe di alluminio,

ma anche su acciai)

➢Elevata produttività

➢Elevate riduzioni di sezioni e nessuna necessità di partire da forme sbozzate

➢Si lavora sia caldo che a freddo, anche se in alcuni casi è necessario lavorare a caldo (acciai)

Forze maggiori, ma assicura caratteristiche meccaniche e qualità (finitura e precisione)

migliori

Si porta il massello a temperature di circa 900÷1300 °C per gli acciai o 400÷500 °C per le leghe di alluminio.

Problemi legati alle elevate temperature: Possibili soluzioni:

:

- formazione di uno strato di OSSIDO intorno al massello pistone premente di diametro

che rende la deformazione non omogenea inferiore al massello per eliminare

lo strato di ossido

- lubrificazione difficile utilizzo di vetro fuso (buona viscosità alle alte temperature e buon coibente)

Extrusions

Extrusions, and

examples of

products made by

sectioning off

extrusions.

Source: Kaiser

Aluminum. Types of Extrusion Tenute

Billetta Matrice

Fondello

Camicia del

Contenitore

Sistema per

l’applicazione Spintore

della Spintore

contropressione Fluido

Contenitore Contenitore

Matrice

Estrusione Estrusione Sostegno per

la Matrice

Types of extrusion:

(a) indirect;

(b) hydrostatic;

(c) lateral.

Si ha movimento relativo (e

Tipologie di quindi attrito) fra le pareti del

contenitore ed il materiale

estrusione

Esistono due metodi di

realizzare

l’estrusione:

Diretta (punzone e

materiale si

muovono in verso

concorde)

Inversa (moti opposti,

con scorrimento tra

pareti del

contenitore e

materiale quasi

nullo) Meccanica dell’estrusione

La forza totale di estrusione durante il

processo segue un andamento che

può essere diviso in tre fasi:

FASE 1: la forza cresce fino al diretta inversa

completo riempimento della camera di

estrusione

FASE 2: la forza decresce nel caso di

estrusione diretta (la superficie a È necessario vincere Non c’è attrito tra pareti del

l’attrito di primo distacco contenitore e materiale

contatto col contenitore diminuisce) o

rimane costante nel caso di estrusione

inversa

FASE 3: la forza aumenta

rapidamente perché la deformazione

plastica diventa più difficile, visti i

moti radiali che deve compiere il

materiale (l’ultimo tratto solitamente

non si estrude)

Process Variables in Direct Extrusion

Process variables in

direct extrusion.

The die angle,

reduction in cross-

section, extrusion speed,

billet temperature, and

lubrication all affect the

extrusion pressure.

Calcolo delle pressioni

Si definisce rapporto di estrusione (r) il rapporto tra la

sezione iniziale del massello e quella al termine del S

0 S

processo 1

S

= 0

r L L

S 0 1

1

La pressione necessaria per realizzare l’estrusione del massello deve tener conto di 3 contributi:

1. Aliquota necessaria per realizzare la deformazione del materiale

(riduzione delle sezione da S ad S )

0 1

2. Aliquota necessaria a vincere l’attrito al contatto con le pareti del

contenitore, all’uscita della matrice ed anche internamente

(materiale che scorre su quello che forma la “zona morta”)

3. Aliquota necessaria a realizzare la distorsione interna del

a

materiale (creazione dell’angolo di scorrimento del materiale)

Si preferisce usare la formula empirica:

( )



= +

p k k ln r

f 1 2

k

Con = 0.8

1

k = 1.2-1.5

2

Influenza dell’angolo di estrusione sul prodotto finito.

Confronto dell’andamento

delle pressioni di estrusione

nella estrusione diretta (a)

ed inversa (b).

Distorsione delle sezioni Ideale o inversa alto attrito

Andamento qualitativo

complessivo della forza

di estrusione in funzione

dell’angolo del contenitore 37

Types of Metal Flow in Extruding With Square Dies

Tipi di flusso di estrusione con l’utilizzo di stampi quadrati.

(a) Flusso di materiale omogeneo senza attrito all’interfaccia. Lubrificante efficace, estrusione

inversa

(b) flusso ottenuto con attrito elevato all’interfaccia con la matrice, superficie di taglio che

entra nel flusso.

(c) Flusso con elevata zona di taglio che si estende nel materiale, dovuta a elevato attrito

anche con il contenitore o materiali nei quali la tensione di flusso scende rapidamente con

l’aumento della temperatura. Materiale vicino alle pareti raffredda e fluisce più

rapidamente quello centrale.

. Extrusion Temperature Ranges for Various Metals

C

Lead 200–250

Aluminum and its alloys 375–475

Copper and its alloys 650–975

Steels 875–1300

Refractory alloys 975–2200

Attrito elevato e molto elevato

Basso attrito o estrusione inversa

Matrici di estrusione

La matrice di estrusione è normalmente realizzata per ridurre i problemi di incurvamento nel

in acciai con elevata resistenza a caldo o in carburi caso di pezzi con sezioni non regolari, si

varia la lunghezza di tale tratto calibrato in

Si compone di un tratto conico di imbocco e di un modo tale da aumentare la resistenza allo

successivo tratto calibrato (l’estensione di tale

zona influisce sulla resistenza che l’estruso oppone scorrimento nelle zone della sezione

all’uscita ) caratterizzate da maggior facilità di uscita

Extrusion-Die Configurations

(a) (c)

(b) Typical extrusion-die configurations:

(a) die for nonferrous metals;

(b) die for ferrous metals;

(c) die for T-shaped extrusion, made of

hot-work die steel and used with

molten glass as a lubricant.

Prodotti Tubi

Filiere ed estrusi Esempio di matrice

per estrusione.

Cross-Sections to be Extruded

Poor and good examples

of cross-sections to be

extruded.

Note the importance of

eliminating sharp corners

and of keeping section

thicknesses uniform.

Components for Extruding Hollow Shapes

(a) An extruded 6063-T6 aluminum ladder lock for aluminum extension ladders. This part

is 8 mm (5/16 in.) thick and is sawed from the extrusion

(b)-(d) Components of various dies for extruding intricate hollow shapes.

Chevron Cracking cricche a

punta di freccia

(b)

(a)

(a) Chevron cracking (central burst) in extruded round steel bars. Unless the products are inspected, such

internal defects may remain undetected, and later cause failure of the part in service. This defect can also

develop in the drawing of rod, of wire, and of tubes.

(b) Schematic illustration of rigid and plastic zones in extrusion. The tendency toward chevron cracking

increases if the two plastic zones do not meet. Note that the plastic zone can be made larger either by

decreasing the die angel or by increasing the reduction in cross-section (or both).

Difetti di estrusione

➢ Cricche superficiali

▪ Alta temperatura Velocità e attrito elevati

cricche intergranulari

▪ Adesione con matrice, aumento di

pressione estrusione irregolare a forma di

canna di bambù

➢ Cavità centrale con mancata

saldatura successiva (superfici ossidate)

✓ la zona centrale ha maggiore velocità.

✓ soluzione:

▪Modifica forma pistone

▪Diametro pistone leggermente inferiore per

ridurre le forze di attrito

Examples of Cold Extrusion

Two examples of cold

extrusion.

Thin arrows indicate the

direction of metal flow

during extrusion.

Altri processi di estrusione

Estrusione ad impatto Estrusione idrostatica

Impact Extrusion Schematic illustration

of the impact-extrusion

process.

The extruded parts are

stripped by the use of a

stripper plate, because

they tend to stick to the

punch.

Cold Extruded Spark Plug

Production steps for a cold extruded spark plug.

A cross-section of the metal part, showing the grain

flow pattern.

Alcuni esempi di

processi produttivi

per estrusione

diretta ed inversa. Tubetti Valvole

Examples of Impact Extrusion

(a) Two examples of products made by impact extrusion. These parts may also be made by casting, by

forging, or by machining; the choice of process depends on the dimensions and the materials involved

and on the properties desired. Economic considerations are also important in final process selection.

(b) and (c) Impact extrusion of a collapsible tube by the Hooker process.

Hydraulic-Extrusion Press General view of a

9-MN (1000-ton)

hydraulic-

extrusion press.

Trafilatura

A freddo --> incrudimento

Prodotti finiti - tubi

- barre

- fili

Elevate finitura superficiale

Tolleranze buone 41

TRAFILATURA

È un processo di deformazione plastica che permette di ottenere

principalmente fili, tubi e barre (ma con finiture e precisioni

dimensionali nettamente migliori rispetto alla laminazione).

Si opera solitamente sempre a freddo.

Il materiale viene obbligato, sotto l’azione di una forza di trazione, a

passare attraverso il foro calibrato di una filiera (assumendone le

dimensioni). Filiera

Il profilo interno di una filiera è caratterizzato da quattro

zone:

a. Zona di imbocco

b. Zona conica di trafilatura

c. Zona cilindrica di calibratura (è necessario

considerare il ritorno elastico del materiale)

d. Cono di uscita del prodotto finale

Materiali per trafile - acciai alto legati (tolleranze larghe)

- ghisa bianca

- carburi (WC) (tolleranze strette)

- diamante

È importante ridurre al minimo l’attrito tra trafila e materiale al fine di ridurre la forza di

trazione e l’usura della trafila.

Si adoperano SAPONI, OLI, GRASSI (m = 0.03÷0.1)

Process Variables in Wire Drawing

Process variables in wire drawing.

•The die angle,

•the reduction in cross-sectional area per pass,

•the speed of drawing,

•the temperature,

•the lubrication

all affect the drawing force, F.

Meccanica della trafilatura

L’energia da fornire per:

➢ Rendere plastico il volume di materiale compreso

tra S ed S

e u

➢ Vincere la resistenza di attrito filo-filiera

➢Provocare il processo di distorsione delle fibre del

mater