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Así es el Proceso de Extrusión en Tuberías y Perfiles Metálicos

La extrusión de tubos y perfiles se define como el proceso de forzar a la resina a pasar por el cabezal dándole la forma deseada. El material extruido se enfría y se solidifica ya que es descargado del troquel a un tanque de agua y luego se corta a tamaño deseado. Antes de este paso, se almacenan los pellets plásticos, usualmente secos, en una tolva antes de ir al tornillo de alimentación.

La resina del polímero es calentada hasta el estado de fusión por resistencias que se encuentran en el cañón de la extrusora y el calor por fricción proveniente del tornillo de extrusión. Después del PVC, el Polietileno es el material termoplástico que más se utiliza para hacer tuberías.

La construcción en latinoamérica está siendo uno de los motores de la economía. No hay más que mirar a nuestro alrededor para tener al menos la sensación de que es un sector que, en lo que a la industria de plásticos respecta, también tiene mucha relevancia. Y los tubos y perfiles son sin duda componentes imprescindibles en muchas de estas obras que nos rodean. Precisamente la extrusión de tubos y perfiles es el objeto de este artículo.

Extrusión del tubo y perfil

La extrusión se basa en una extrusora con un diseño de cilindro y husillo adecuados al tipo de material que se quiera procesar. Para tuberías es muy habitual recurrir al PVC, aunque la tubería de polietileno es cada vez más frecuente e incluso se recurre también a tubos compuestos de plástico con aluminio, por ejemplo.

Lo que conforma el plástico al salir de la extrusora es un cabezal, que ajusta la forma a las dimensiones del tubo o perfil requeridos. Pero eso no es todo, porque para asegurar la exactitud de las dimensiones del producto es obligado pasar por el calibrado.

En el cabezal está buena parte del secreto de un buen producto. Puede ser un modelo con portamandril, con mandril en espiral, con alimentación lateral. Cada uno de estos diseños proporciona un flujo diferente.

El calibrado

El calibrado, si hablamos de tuberías, tiene la función de proporcionar al tubo el diámetro especificado y la forma circular que el producto requiere. Puede utilizarse un calibrado externo utilizando vacío o uno interno utilizando presión.

En el caso de las tuberías lisas el sistema más frecuente es el calibrado por vacío. El vacío provocado en la parte externa del tubo ocasiona una diferencia de presiones que hace que el polímero, aún moldeable por la temperatura elevada a que se encuentra, se mantenga en contacto con el tubo formador metálico, que tienen un diámetro interior igual al diámetro exterior que se especifica para el producto.

En el caso de las tuberías corrugadas, el calibrado por vacío tiene el mismo principio que para el tubo liso. En el calibrado por presión de tubo corrugado, el aire a presión penetra por conductos practicado en el cabezal y se inyectan en el tubo extruído aún caliente. La diferencia de presión provocada moldea la pared del plástico contra los formadores móviles, proporcionando al producto el corrugado requerido.

Enfriamiento

Y llegamos al enfriamiento que elimina el calor que la tubería conserva a la salida del tanque de calibración.

La importancia del enfriamiento, radica en la estabilidad que adquiere el plástico para no deformarse al pasar por la unidad de tiro, en donde el tubo se somete a presiones que podría producir alteraciones en la forma circular requerida. Se puede enfriar por rociado (spray) o en baños de inmersión.

extrusión de perfil metálico

El primer sistema se utiliza para tubería de gran diámetro donde las velocidades de producción son bajas y la aspersión puede lograr un enfriamiento efectivo, por el tiempo de permanencia elevado del producto dentro de este equipo.

En el baño el tubo pasa por un recipiente lleno de agua en constante enfriamiento.

Una vez enfriada, la tubería pasa a la unidad de tiro, que genera toda la fuerza que, por decirlo de alguna manera, tira del perfil o del tubo para extraerlo de la línea de extrusión. Puede ser de tipo oruga, de cinta o de rodillo.

Cuando el producto fabricado es susceptible de ser estropeado por presión, se recurre habitualmente a la oruga o la cinta.

Corte

El último paso es el corte, que también depende mucho del tipo de producto que se está fabricando. Si hablamos de tubería y esa tubería se enrolla, el corte lógicamente es un trabajo poco relevante.

A la hora de elegir el bobinador, también hay que tener en cuenta el tipo de producto a enrollar. Pero muchos tubos y perfiles deben cortarse al salir de la extrusora en longitudes iguales, bien por falta de flexibilidad para ser enrollados o bien por otras consideraciones.

A la hora de elegir el sistema de corte hay que tener en cuenta el diámetro y espesor de pared, la materia prima utilizada, la forma y calidad del corte y la longitud del corte

El corte por guillotina es efectivo, pero puede producir ligeras deformaciones por el impacto de la cuchilla. En los cortes por sierras, las pequeñas denticiones que cortan la tubería provocan al mismo tiempo la formación de pequeñas virutas que algunas veces permanecen unidas al tubo.

Cuando es obligado evitar la formación de estos residuos, se utilizan mecanismos donde las cuchillas se insertan en la pared del tubo y giran a alta velocidad, produciendo sólo una viruta que por su tamaño relativamente grande se desprende de la tubería.

Extrusión en frío

La extrusión como proceso industrial fue inventada alrededor de 1800 en Inglaterra. Durante la revolución industrial, cuando aquel país iba a la vanguardia de las innovaciones tecnológicas. La invención consistió en la primera prensa hidráulica para extrudir tubos de plomo.

Un paso importante se dio en Alemania alrededor de 1890, cuando se construyó la primera prensa horizontal de extrusión para metales con puntos de fusión más altos que los del plomo. La característica que hizo posible esto fue el uso de un bloque simulado que separaba el pisón del tocho de trabajo.

extrusión en frío

La extrusión es un proceso de formado por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un troquel para darle forma a su sección transversal. El proceso puede parecerse a apretar un tubo de pasta de dientes. Las ventanas de la extrusión en frio vs la extrusión en caliente son:

  • Tolerancias estrechas (±0.005 mm a ± 0.002 mm) y altas velocidades de producción.
  • Bajo aporte o ningún aporte al calor, ya que se realiza temperatura ambiente o cerca de la temperatura ambiente.
  • La principal ventaja es la falta de oxidación lo que se traduce en una mayor fortaleza.
  • Las propiedades mecánicas son mejores que su extrusión en caliente, ya que se consigue una mayor resistencia debido al endurecimiento por acritud. En las aleaciones no endurecibles de aluminio, se alcanzan valores de la más alta resistencia normalizada, y en las aleaciones normalizadas se consigue hasta el 60% de la resistencia mecánica alcanzable con el endurecimiento.
  • Buen aprovechamiento del material ya que se generan muy pocos desperdicios.
  • Se elimina la necesidad de operaciones posteriores de mecanizado, debido a que sus acabados dimensionales son muy buenos.
  • El acabado superficial es superior al de extrusión en caliente, debido a que carece de capa de óxido.
  • Los costos de producción son muy competitivos comparado con otros procesos de extrusión. Además tiene altas velocidades de producción y no requiere mucha mano de obra.

Maquinaria de extrusión

Hay muchas variaciones de diferentes tipos de extrusión, estas varían por cuatro características principales:

  • Movimiento de la extrusión con la relación al pistón. Si la matriz se mantiene estacionario y el ariete se mueve hacia ella, entonces se «extrusión directa». Si el ariete se mantiene estacionario y el troquel se mueve hacia el carnicero se llama «extrusión indirecta»
  • La posición de la prensa, ya sea vertical u horizontal.
  • El tipo de unidad, ya sea mecánica o hidráulica.
  • El tipo de carga aplicada, ya sea convencional o hidrostática.

Los metales que se pueden extruir en frío son plomo, estaño, aleaciones de aluminio, cobre, titanio, molibdeno, vanadio y acero.

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