Comprendre le processus d'extrusion

Le processus d'extrusion est l'un des processus les plus courants dans le monde de la production aujourd'hui. Cela implique l'utilisation d'une grande variété de matériaux comme les métaux, les plastiques, la céramique, etc. Le processus peut être effectué à chaud ou à froid lorsque de meilleures propriétés sont requises. Les processus d'extrusion de métaux peuvent augmenter la résistance du matériau.

Aujourd'hui, vous apprendrez à connaître la définition, les applications, la fonction, le processus, les matériaux, l'équipement, les types et le principe de fonctionnement d'un processus d'extrusion. Vous découvrirez également les avantages et les inconvénients d'un processus d'extrusion.

Que sont les procédés d'extrusion ?

L'extrusion est un processus de moulage de fabrication qui consiste à forcer le matériau de base à travers une matrice préformée pour créer des objets avec une forme et un profil spécifiques. Ce processus est utilisé pour créer des objets d'un profil en coupe fixe. Dans son travail, le matériau est poussé à travers une filière de la section souhaitée, sa forme change pour refléter la forme de la filière. Les produits d'extrusion sont généralement appelés "extrudats".

Le rapport d'extrusion est défini comme la surface de section transversale de départ divisée par la surface de section transversale de l'extrusion finale. L'un des avantages d'un processus d'extrusion est que ce rapport peut être très important tout en produisant des pièces de qualité. Ce processus a la capacité de créer des sections transversales très complexes et de travailler avec des matériaux fragiles. En effet, le matériau ne subit que des contraintes de compression et de cisaillement. Le processus d'extrusion offre également une excellente finition de surface aux pièces et donne une liberté de forme considérable dans le processus de conception.

Les processus d'extrusion sont similaires à l'étirage, qui utilise la résistance à la traction du matériau pour le tirer à travers la filière. Le processus d'étirage est utilisé pour produire du fil, des barres métalliques et des tubes. Cependant, il est limité à des formes plus simples et plusieurs étapes sont généralement nécessaires, contrairement à l'extrusion qui s'effectue en une seule étape.

L'extrusion est connue pour être continue (produisant théoriquement un matériau indéfiniment long) ou semi-continue (produisant de nombreuses pièces). Les matériaux couramment utilisés dans le processus d'extrusion sont les métaux, les polymères, la céramique, le béton, la pâte à modeler et les denrées alimentaires.

Applications d'un procédé d'extrusion

L'application de l'extrusion est très courante autour de nous, car la plupart des matériaux utilisés dans nos maisons, bureaux, lieux de travail sont des extrudats. Un bon exemple de moulage par extrusion peut être vu lorsque vous pressez un dentifrice, la forme sous laquelle la pâte se forme lorsqu'elle sort. Une poche à douille est également un bon exemple de cas où le glaçage est poussé.

Le moulage par extrusion des plastiques est utilisé pour fabriquer toute forme longue qui a une section transversale constante. Ce processus peut être utilisé pour produire des tuyaux, des gouttières, des sections de fenêtre et des garnitures décoratives. Les matériaux thermoplastiques tels que le PVC (polychlorure de vinyle), le LDPE (polyéthylène basse densité), le HDPE (polyéthylène haute densité) et le PP (polypropylène) peuvent tous être extrudés. Vous trouverez ci-dessous les applications courantes du processus d'extrusion ou des extrudats de thermoplastiques :

• Revêtement isolant pour fils et câbles.
• Feuilles plates en plastique pour enseignes, vitrages, intérieurs de réfrigérateurs
• Applications d'éclairage.
• Monofilament pour corde, poils et fibres textiles synthétiques.
• Les tuyaux et les tubes sont utilisés pour les tuyaux, l'eau, le gaz, les égouts et les évacuations.

Les applications industrielles du processus d'extrusion comprennent :

• Production de tubes et tuyaux creux.
• L'extrusion d'aluminium est utilisée dans les travaux de structure dans de nombreuses industries.
• Les pièces automobiles sont largement fabriquées avec ce processus.

Voir plus d'applications d'un processus d'extrusion dans la section ci-dessous (matériaux utilisés dans le processus d'extrusion).

Remarque :la fonction première de l'extrusion est de fabriquer des objets avec des sections et des profils fixes.

Processus d'extrusion

Les processus d'extrusion à chaud ou à chaud commencent par chauffer le matériau de base, qui est ensuite chargé dans le conteneur de la presse. Un bloc factice est placé derrière celui-ci où un bélier presse le matériau pour le pousser hors de la matrice. L'extrusion est ensuite étirée pour la redresser. L'exigence d'une propriété spécifique ou supérieure le rend écroui ou traité thermiquement.

Processus d'extrusion à chaud :

Il s'agit d'un processus de travail à chaud, c'est-à-dire qu'il est effectué au-dessus de la température de recristallisation du matériau. Cela empêche le matériau de durcir et facilite la poussée du matériau à travers la matrice. Le processus d'extrusion à chaud est principalement effectué sur des presses hydrauliques horizontales, allant de 230 à 11 000 tonnes métriques (250 à 12 130 tonnes courtes). Leurs pressions vont de 30 à 700 MPa (4 400 à 101 500 psi). Ainsi, une lubrification est nécessaire, de l'huile ou du graphite peut être utilisé pour les extrusions à basse température, tandis que la poudre de verre pour les extrusions à haute température.

Les matériaux métalliques peuvent nécessiter des températures différentes lors de l'extrusion à chaud, des matériaux tels que le magnésium, l'aluminium, le cuivre, l'acier, le titane, le nickel, les alliages réfractaires, etc. Tous ces éléments nécessitent des températures différentes pendant le processus d'extrusion à chaud.

Procédé d'extrusion à froid :

Les procédés d'extrusion à froid sont réalisés à température ambiante ou proche de la température ambiante. Ses avantages par rapport au procédé à chaud comprennent l'absence d'oxydation, une résistance plus élevée due au travail à froid, des tolérances plus étroites, une meilleure finition de surface et des vitesses d'extrusion rapides. Les matériaux couramment utilisés dans les procédés d'extrusion à froid comprennent le plomb, l'étain, l'aluminium, le cuivre, le zirconium, le titane, le molybdène, le béryllium, le vanadium, le niobium et l'acier. Les applications d'un processus d'extrusion à froid comprennent les tubes pliables, les boîtiers d'extincteurs, les cylindres d'amortisseurs et les ébauches d'engrenages.

Processus d'extrusion à chaud :

Le processus d'extrusion Warn est bénéfique pour les métaux et alliages ferreux et non ferreux. L'extrusion à chaud est effectuée au-dessus de la température ambiante, mais en dessous de la température de recristallisation du matériau. Ces températures vont de 800 à 1 800  ⁰ F (424 à 975 ⁰ C). ce processus est généralement utilisé pour obtenir le bon équilibre entre les forces requises, la ductilité et les propriétés d'extrusion finales.

Extrusion par friction :

Ce procédé a été introduit dans le but de produire des microstructures homogènes et une distribution de particules dans un matériau composite à matrice métallique. Ce procédé est extrêmement différent de l'extrusion conventionnelle dans le sens où la charge tourne par rapport à la filière d'extrusion. Une force d'extrusion aide à pousser la charge contre la matrice. La matrice ou la charge peuvent tourner ou elles peuvent être en contre-rotation dans certains cas. Ce mouvement de rotation relatif entre la charge et la matrice a plusieurs effets significatifs sur le processus, notamment :

• Fortes contraintes de cisaillement dues au mouvement relatif dans le plan de rotation.
• Déformation plastique dans la couche de charge au contact et à proximité du die.
• La déformation plastique est dissipée par des processus de récupération et de recristallisation conduisant à un échauffement substantiel de la charge déformante.
• Le processus ne nécessite pas de préchauffage de la charge par des moyens auxiliaires, ce qui peut se traduire par un processus plus économe en énergie.

Deuxièmement,

• Le niveau substantiel de déformation plastique dans la région du mouvement rotatif relatif peut favoriser le soudage à l'état solide des poudres. D'autres précurseurs finement divisés, tels que les flocons et les copeaux, consolident efficacement les charges (consolidation par friction) avant l'extrusion. Enfin,

Processus de micro-extrusion :

Ce processus est un processus d'extrusion par microformage effectué dans une plage submillimétrique. Classiquement, le métal est poussé à travers un orifice de filière, mais la section transversale du produit résultant peut passer à travers un carré de 1 mm. En avant, le vérin et la billette se déplacent dans la même direction, tandis qu'en arrière, le vérin et la billette se déplacent dans la direction opposée.

Matériaux utilisés dans un processus d'extrusion

Comme mentionné précédemment, les matériaux d'extrusion peuvent être du métal, du bois, du plastique et de la céramique. Vous trouverez ci-dessous leurs explications.

Métal :

Les métaux sont l'un des matériaux les plus couramment utilisés dans les procédés d'extrusion. Les types de métaux déterminent la température de travail et la propriété requise est également un facteur. Vous trouverez ci-dessous les différents types de métaux utilisés dans un processus d'extrusion.

Aluminium est le matériau le plus couramment extrudé et peut être extrudé à chaud ou à froid, selon la manière dont l'opération est effectuée. Il est chauffé à 575 à 1100 ⁰ F (300 à 600 ⁰ C). les produits extrudés en aluminium comprennent des profilés pour rails, cadres, rails, meneaux et dissipateurs thermiques.

Laiton est souvent utilisé pour extruder des pièces d'ingénierie, des pièces automobiles, des raccords de tuyauterie et des tiges sans corrosion.

Cuivre est utilisé pour l'extrusion de tuyaux, fils, tiges, barres, tubes et électrodes de soudage. Cela se fait à une température de travail de 1100 à 1825 ⁰ F (600 à 1000 ⁰ C).

Responsable et mince sont également utilisés pour extruder des tuyaux, des tubes, des fils et des gaines de câbles à une température maximale de 575  ⁰ F (300 ⁰ C). Le plomb fondu peut également être utilisé à la place des billettes dans le processus d'extrusion verticale.

Magnésium est largement utilisé pour extruder des pièces de l'industrie nucléaire et des pièces d'avion à une température de travail de 575  ⁰ F (300 à 600 ⁰ C). Le niveau d'extrusion de ce matériau est presque celui de l'aluminium.

Le zinc est largement utilisé pour les raccords et les mains courantes, les composants de quincaillerie, les tubes, les barres, les tiges, etc. à une température de 400 à 650 ⁰ F (200 à 350 ⁰ C).

Acier – utilisé pour les tringles et les rails de 1825 à 2375 ⁰ F (1000 à 1300 ⁰ C). L'acier allié et l'acier inoxydable peuvent être extrudés, mais généralement, l'acier au carbone ordinaire est extrudé.

Titane est également utilisé pour les composants d'avion, y compris les rails de siège, les anneaux de moteur et d'autres pièces structurelles. Cela se fait à une température de travail de 1100 à 1825 ⁰ F (600 à 1000 ⁰ C).

Plastique :

Les plastiques sont un autre matériau couramment utilisé pour l'extrusion. Ils sont couramment utilisés sous forme de copeaux ou de granulés de plastique, qui sont généralement séchés pour en éliminer l'humidité. dans l'équipement d'extrusion, le matériau est alimenté à travers une trémie, qui est ensuite chauffée à un état fondu par une combinaison d'éléments chauffants et de chauffage par cisaillement de la vis d'extrusion. La vis, ou les vis lors de son extrusion bi-vis, force la résine à travers une filière, donnant à la résine la forme souhaitée.

L'extrudat est refroidi et solidifié lorsqu'il est tiré à travers la filière ou le réservoir d'eau. Améliorant la qualité globale de l'extrudat, un tire-chenille est utilisé pour fournir une tension sur la ligne d'extrusion. Les granulés peuvent également créer cette tension tout en tirant les brins extrudés à couper, mais le transport de la chenille fournit une traction constante. Sinon, des vibrations dans la longueur de coupe ou un produit déformé se produiront.

Schéma des procédés d'extrusion plastique :

Regardez la vidéo ci-dessous pour découvrir le processus d'extrusion plastique :

Céramique :

La céramique est un autre matériau qui peut être façonné par extrusion. De nombreuses briques modernes sont également produites à l'aide d'un processus d'extrusion de briques.

Matériel d'extrusion

L'équipement d'extrusion est de différentes variantes, variant par les quatre caractéristiques suivantes :

• Mouvement de l'extrusion par rapport au vérin, c'est-à-dire extrusion directe ou indirecte. La direction de l'extrusion est lorsque la matrice est maintenue immobile et que le vérin se déplace vers elle. tandis que l'extrusion indirecte se produit lorsque le vérin est maintenu immobile et que la filière se déplace vers le vérin. Cela sera expliqué plus en détail.
• Position de la presse, verticale ou horizontale.
• Type d'entraînement hydraulique ou mécanique.
• Types de charge appliquée, conventionnelle (variable) ou hydrostatique.

Dans les équipements d'extrusion, une vis sans fin ou à double vis, alimentée par un moteur électrique, ou un vérin, entraîné par pression hydraulique, pression d'huile. La plupart des presses d'extrusion directes ou indirectes modernes sont à entraînement hydraulique, mais de petites presses mécaniques sont encore utilisées sur certaines. Ces presses hydrauliques sont de deux types :les presses à huile à entraînement direct et les entraînements à eau par accumulateur.

Schéma de l'équipement d'extrusion :

Les presses à huile à entraînement direct sont l'un des types les plus courants, elles sont fiables et robustes. Ils peuvent délivrer plus de 35 MPa (500 psi). La billette dans le système reçoit une pression constante. Cependant, cet équipement d'extrusion est lent, entre 50 et 200 mm/s (2 à 8 ips).

Les entraînements à eau par accumulateur sont plus chers et plus gros que les presses à huile à entraînement direct. Ils perdent environ 10 % de leur pression au cours de la course, mais ils fonctionnent à un rythme beaucoup plus rapide, jusqu'à environ 380 mm/s (15 ips). C'est pourquoi ils sont utilisés pour l'extrusion de l'acier. Les entraînements à eau par accumulateur peuvent également être utilisés sur des matériaux nécessitant des températures très élevées pour des raisons de sécurité.

Types de processus d'extrusion

Différents types de processus d'extrusion peuvent être classés comme suit :

Selon le sens d'écoulement des matériaux

Extrusion directe :

Ces types de processus d'extrusion permettent aux matériaux de s'écouler dans le sens de l'alimentation du poinçon. Ce poinçon se déplace vers la matrice pendant le processus. L'extrusion directe nécessitait une force plus élevée en raison du frottement plus élevé entre la billette et le conteneur. L'extrusion directe est également connue sous le nom d'extrusion d'expédition, elle est assez courante dans le monde industriel. Dans son fonctionnement, la billette est placée dans un récipient à paroi épaisse qui est poussé à travers la filière par un vérin ou une vis. Un bloc factice réutilisable entre le vérin et la billette aide à les maintenir séparés.

La principale limitation de l'utilisation de ce procédé est que la force requise pour extruder la billette est élevée. Cela est dû aux forces de frottement introduites par la nécessité pour la billette de parcourir toute la longueur du conteneur. En raison de la plus grande force requise au début du processus et diminue lentement à mesure que la billette est épuisée. Avant la fin de la billette, la force augmente considérablement car la billette est une chose et la matière doit s'écouler radialement pour sortir de la matrice.

Extrusion indirecte :

Dans un processus d'extrusion indirecte, les matériaux de travail s'écoulent dans des directions opposées du mouvement du piston. La matrice est montée du côté opposé au mouvement du poinçon. Ce matériau est autorisé à s'écouler à travers l'espace annulaire entre le poinçon et le récipient. C'est ce qu'on appelle l'extrusion arrière. Au cours de son processus, la billette et le conteneur se déplacent ensemble tandis que la matrice est immobile. Une "tige" plus longue que la longueur du récipient aide à maintenir la matrice en place. La longueur maximale de l'extrusion est finalement connue par la résistance de la colonne de la tige. Le mouvement de la billette avec le conteneur élimine les forces de frottement qui peuvent se produire.

Avantages de l'extrusion indirecte :

• Jusqu'à 25 à 30 % de friction sont réduites. Cela permet d'extruder des billettes plus grandes, cela peut être effectué à une vitesse accrue. En outre, la possibilité d'extruder des sections transversales plus petites.
• Moins de tendance à la fissuration de l'extrusion, car aucune chaleur n'est formée par frottement.
• La doublure du conteneur dure plus longtemps car elle s'use moins.
• La billette est utilisée de manière plus uniforme, ce qui entraîne moins de défauts et de grains grossiers.

Inconvénients de l'extrusion indirecte :

• Les défauts et les impuretés à la surface de la billette affectent la surface de l'extrusion.
• Le processus n'est pas aussi polyvalent que les extrusions directes en raison de la section transversale limitée.

Extrusion hydrostatique :

Ces types d'extrusion utilisent un fluide pour appliquer une pression sur la billette. Le frottement est éliminé dans ce processus car la billette n'est pas en contact avec la paroi du cylindre ou le piston. Il y a un fluide entre la billette et le piston, et le piston applique une force sur le fluide qui est ensuite appliqué sur la billette. Les huiles végétales sont normalement utilisées comme fluide dans l'extrusion hydrostatique. Un effet de ce processus est le problème de fuite et la vitesse incontrôlée d'extrusion. Ce processus peut être effectué à chaud, tiède ou froid, mais la température est limitée par la stabilité du fluide utilisé. Un cylindre scellé contenant le milieu hydrostatique doit être utilisé pour effectuer ce processus.

Le fluide peut être pressurisé de deux manières; premièrement, une extrusion à débit constant, c'est-à-dire qu'un piston ou un piston est utilisé pour pressuriser le fluide à l'intérieur du récipient. Deuxièmement, l'extrusion à pression constante - une pompe est utilisée, éventuellement avec un multiplicateur de pression, pour pressuriser le fluide. Il est ensuite pompé vers le conteneur.

Avantages de l'extrusion hydrostatique

• La force requise est réduite puisqu'il n'y a pas de frottement entre le conteneur et la billette.
• Des vitesses plus rapides, des rapports de réduction plus élevés et des températures de billettes plus basses.
• La ductilité du matériau augmente lorsque des pressions élevées sont appliquées.
• Aucun résidu de billette n'est laissé sur les parois du conteneur.
• Les grandes billettes et les grandes sections peuvent être extrudées.

Inconvénients de l'extrusion hydrostatique

• Les billettes doivent être préparées en effilant une extrémité pour correspondre à l'angle d'entrée de la matrice. Autrement dit, un sceau doit être formé au début du cercle.
• Toute la billette doit être usinée pour éliminer tout défaut de surface.
• Le fluide sous haute pression peut être difficile à atteindre.
• Un reste de billette ou un bouchon d'un matériau plus résistant doit être laissé à la fin de l'extrusion pour éviter une libération soudaine du fluide d'extrusion.

Selon la température de travail

Extrusion à chaud :

Comme indiqué précédemment, le processus d'extrusion à chaud est effectué au-dessus de la température de recristallisation du matériau. Ceci généralement au-dessus de 50 à 60% de sa température de fusion. Dans ces types d'extrusion, une faible force est requise, facile à travailler et le produit est exempt de durcissement des taches. Bien qu'un entretien élevé soit nécessaire.

Extrusion à froid :

L'extrusion à froid a lieu à température ambiante ou en dessous de la température de cristallisation du matériau. Il offre des propriétés mécaniques élevées, une finition de surface élevée et aucune oxydation à la surface du métal. Cependant, une force élevée est requise et les produits sont obtenus avec un écrouissage.

Principe de fonctionnement de l'extrusion

Le fonctionnement de l'extrusion est facile et peut être facilement compris. Avec les diverses explications sur les types de procédés d'extrusion, vous êtes exposé aux différentes variations des procédés d'extrusion. Eh bien, dans la méthode conventionnelle, un piston ou un plongeur est utilisé pour appliquer une force de compression à la pièce. Dans l'extrusion à chaud, la billette est chauffée ou maintenue à température ambiante dans l'extrusion à froid. Il est ensuite placé dans une presse à extrusion, qui ressemble à un dispositif à cylindre à piston, c'est-à-dire que le métal est placé dans le cylindre et poussé par un piston. La partie supérieure du cylindre est équipée d'une matrice.

Ce piston équipant la presse pousse la billette vers la matrice qui porte la forme de l'objet désiré. La force de compression élevée appliquée permet au matériau de travail de s'écouler à travers une matrice et de se transformer en forme. La pièce est retirée de la presse et l'opération est terminée.

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur le fonctionnement du processus d'extrusion :

Avantages et inconvénients de l'extrusion

Avantages :

Vous trouverez ci-dessous les avantages du processus d'extrusion dans leurs diverses applications :

• Des propriétés mécaniques élevées peuvent être obtenues avec l'extrusion à froid.
• Une section transversale complexe peut être facilement créée.
• Les matériaux fragiles et ductiles peuvent être travaillés.
• Taux d'extrusion élevé.

Inconvénients :

Malgré les bons avantages du processus d'extrusion, certaines limitations subsistent. Voici les inconvénients d'un procédé d'extrusion dans leurs différentes applications :

• Coût initial ou de configuration élevé
• Nécessite une force de compression élevée.

Conclusion

Le processus d'extrusion est l'un des processus les plus courants dans le monde de la production aujourd'hui. Cela implique l'utilisation d'une grande variété de matériaux comme les métaux, les plastiques, la céramique, etc. Le processus peut être effectué à chaud ou à froid lorsque de meilleures propriétés sont requises. Il s'agit d'un processus de moulage de fabrication qui consiste à forcer le matériau de base à travers une matrice préformée pour créer des objets avec une forme et un profil spécifiques. C'est tout pour cet article, où la définition, les applications, la fonction, le processus, les matériaux, l'équipement, les types, le principe de fonctionnement et les avantages et les inconvénients des processus d'extrusion ont été discutés.

J'espère que vous avez beaucoup tiré de cet article, si c'est le cas, merci de le partager avec d'autres étudiants. Merci d'avoir lu, à la prochaine !