Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 24/03/2026 Origine: Sito
I profili in lega di alluminio subiscono inevitabilmente una deformazione da ritiro dopo essere stati estrusi a caldo e raffreddati a temperatura ambiente. Il tasso di ritiro S% può essere espresso come
α indica il coefficiente di dilatazione lineare, Te rappresenta la temperatura di uscita dell'estrusione e Ts indica la temperatura ambiente. L'equazione dimostra una relazione lineare tra ritiro e temperatura di uscita: temperature di uscita più elevate determinano un maggiore ritiro post-raffreddamento, portando a profili con tolleranze dimensionali negative; al contrario, temperature di uscita più basse determinano ritiri minori e profili con tolleranze dimensionali positive.
La velocità di estrusione influenza direttamente la temperatura di trasformazione (Te) attraverso effetti termici di deformazione. Durante l'estrusione a caldo, oltre il 90% del lavoro di deformazione plastica e di attrito viene convertito in calore. Velocità più elevate comportano un maggiore lavoro di deformazione per unità di tempo, portando ad un aumento della temperatura e ad un conseguente maggiore ritiro post-raffreddamento. Prendendo come esempio la lega 6061, quando la temperatura di uscita viene mantenuta nell'intervallo 510-540°C, ogni aumento di 1 m/min della velocità di estrusione aumenta la temperatura di uscita di circa 5-8°C, con conseguente ritiro dimensionale significativamente maggiore dopo il raffreddamento. La formula rivela anche che temperature di estrusione più elevate portano a una maggiore deformazione. Pertanto, con la premessa di garantire le proprietà meccaniche del prodotto, quando possibile dovrebbero essere adottate temperature di estrusione più basse.
L'impatto della velocità di estrusione sull'uniformità del flusso del metallo può essere caratterizzato quantitativamente dal valore quadratico medio della velocità del flusso della sezione trasversale. Una velocità eccessiva di estrusione porta a una significativa disomogeneità del flusso. Ciò si verifica perché l’aumento della velocità intensifica gli effetti termici della deformazione, provocando aumenti di temperatura localizzati che riducono la resistenza alla deformazione nelle aree interessate. A parità di pressione di estrusione, la velocità del flusso accelerato aggrava ulteriormente questo fenomeno, creando un ciclo di feedback positivo. La conseguenza diretta di tale disomogeneità della velocità del flusso è:
Per i profili con aperture è probabile che si verifichino variazioni dimensionali nella dimensione dell'apertura;
I profili presentano ondulazioni, torsioni, vuoti o irregolarità dimensionali;
Possono verificarsi difetti quali espansione e fusione, che nei casi più gravi possono portare alla demolizione.
L’effetto della velocità di estrusione sulla tolleranza dimensionale è ottenuto attraverso l’accoppiamento a tre campi velocità-temperatura-flusso:
Velocità → Temperatura: Aumento della velocità → Elevato calore di deformazione → Aumento della temperatura di uscita
Temperatura → Flusso: temperatura aumentata → Resistenza alla deformazione ridotta → Ulteriore accelerazione della velocità del flusso locale (feedback positivo)
Temperatura → Ritiro: temperatura aumentata → Maggiore ritiro da raffreddamento → Le dimensioni tendono a tolleranze negative
Flusso → Dimensione: velocità del flusso incoerente → Variazioni dimensionali tra le diverse sezioni → Tolleranze eccessive di forma e posizione
Questo meccanismo di accoppiamento amplifica l’impatto della velocità sulla tolleranza. Anche quando la velocità complessiva rimane costante, la distribuzione non uniforme della temperatura può comunque indurre fluttuazioni dimensionali. Pertanto, il solo controllo dei valori di velocità non è sufficiente, è necessario implementare un controllo coordinato di velocità e temperatura.
Per i prodotti con estremità aperte e profili pieni/cavi con sezioni trasversali a sbalzo, le fluttuazioni della velocità di estrusione esercitano un'influenza particolarmente significativa. Una velocità eccessiva intensifica l'impatto del metallo sulle sezioni a sbalzo dello stampo, inducendo deformazioni elastiche e determinando sostanziali variazioni angolari. Per controllare le variazioni dimensionali nelle aperture del profilo, è possibile incorporare canali di flusso nella struttura dello stampo per regolare la dinamica del flusso del metallo.
Per questo tipo di profilo bisogna considerare anche la deformazione elastica della matrice. Per garantire la rigidità dello stampo, è possibile aumentare opportunamente lo spessore dello stampo oppure utilizzare cuscinetti specializzati con forme simili.
Il metodo di estrusione influisce in modo significativo sulla precisione del prodotto. L'estrusione diretta generalmente determina uno spessore di parete maggiore all'estremità anteriore (la sezione di estrusione iniziale) rispetto all'estremità posteriore, mentre l'estrusione inversa mostra una variazione minima di spessore tra le estremità anteriore e posteriore. Questo fenomeno si verifica perché l'attrito tra la billetta e la parete del cilindro di estrusione durante l'estrusione in avanti provoca variazioni longitudinali nella distribuzione della temperatura e nei modelli di flusso.
Pertanto, l'estrusione inversa offre un controllo più semplice sull'accuratezza dimensionale del prodotto. Per la produzione di profili di precisione, l’estrusione inversa presenta vantaggi significativi.
Per i profili di precisione a sezione piccola con rigorosi requisiti di tolleranza di ±0,04 mm (come i profili a pareti sottili per la strumentazione), le variazioni istantanee della velocità di estrusione influiscono direttamente sulle dimensioni della sezione trasversale. I profili di alluminio di precisione utilizzati nei misuratori di differenza di potenziale devono mantenere tolleranze dimensionali della sezione trasversale entro ±0,07 mm, mentre quelli per macchine tessili richiedono una tolleranza di ±0,04 mm con deviazioni angolari inferiori a 0,5°. I requisiti di controllo della velocità per questi profili si manifestano specificamente in:
È necessario utilizzare l'estrusione isotermica per garantire una differenza di temperatura minima tra le estremità anteriore e posteriore;
L'ampiezza delle fluttuazioni di velocità dovrebbe essere controllata entro un intervallo estremamente ristretto;
È necessario un sistema di controllo avanzato a circuito chiuso.
I profili in alluminio per treni ad alta velocità sono caratterizzati da grandi dimensioni, sezioni trasversali complesse ed elevati rapporti larghezza-spessore, con larghezze massime che raggiungono 938 mm e spessori minimi delle pareti fino a 1,5 mm. Il rapporto massimo di spessore della parete per un singolo profilo può raggiungere 5. Questi profili mostrano un'estrema sensibilità alla velocità di estrusione, richiedendo soluzioni per sfide come il riscaldamento a induzione gradiente dei lingotti, il raffreddamento con azoto negli stampi, il controllo della velocità di estrusione e il monitoraggio della temperatura in tempo reale per ottenere un'estrusione isotermica.
L'estrusione isotermica si riferisce a un metodo di lavorazione che mantiene una temperatura di uscita dello stampo costante (con una differenza di temperatura minima) durante il processo di estrusione. La sua base teorica è che le variazioni di temperatura possono indurre cambiamenti dimensionali nel prodotto, con maggiori fluttuazioni di temperatura che comportano deformazioni più significative. Pertanto, per garantire la precisione dimensionale del prodotto, è necessario utilizzare l'estrusione isotermica.
Gli approcci tecnici per ottenere l'estrusione isotermica includono:
4.1.1 Controllo temperatura-velocità a circuito chiuso (Tips Control System)
I moderni estrusori avanzati sono dotati di un sistema di controllo Tips (sistema di estrusione isotermica), che monitora la temperatura dei profili estrusi in tempo reale utilizzando un termometro a infrarossi. I segnali di temperatura vengono restituiti al sistema di controllo PLC, dove vengono confrontati con la temperatura impostata per regolare la velocità di estrusione in tempo reale. Questo controllo a circuito chiuso garantisce differenze di temperatura costanti o minime tra le estremità anteriore e posteriore del prodotto.
4.1.2 Riscaldamento a gradiente delle barre di colata
Se l'estrusore non dispone di un dispositivo di estrusione isotermico, il riscaldamento a gradiente può essere applicato alle barre di alluminio per ottenere un'estrusione isotermica approssimativa. Mantenendo temperature più elevate all'estremità anteriore e temperature più basse all'estremità posteriore della barra fusa, è possibile compensare il graduale accumulo di calore di deformazione durante l'estrusione, determinando una temperatura di uscita costante.
L'estrusione isostatica si riferisce al mantenimento di una velocità lineare costante del flusso di metallo dall'orifizio della matrice. Gli estrusori moderni sono generalmente dotati di sistemi di controllo Fi (sistemi di controllo dell'estrusione isostatica), che monitorano e regolano la velocità di avanzamento dell'albero di estrusione in tempo reale per compensare le fluttuazioni di pressione causate dai cambiamenti nella lunghezza della billetta durante l'estrusione, garantendo una portata di metallo costante.
L’importanza dell’estrusione isostatica per il controllo della tolleranza risiede in:
Evitare variazioni nella dimensione dell'apertura causate da fluttuazioni di velocità;
Evitare che il profilo sviluppi ondulazioni, torsioni, vuoti o irregolarità dimensionali;
Fornire le condizioni di base per l'estrusione isotermica.
4.3.1 L'intervallo ragionevole di velocità di estrusione
La velocità di estrusione appropriata varia a seconda del tipo di lega e del design del profilo strutturale:
Profili architettonici in lega di alluminio 6063: generalmente controllati a 30-60 m/min
Profili industriali in lega 6061: generalmente controllati a 5-15 m/min
Profili di grandi dimensioni per treni ad alta velocità: ottieni un'estrusione isotermica attraverso un controllo preciso
Il limite superiore della velocità di estrusione dovrebbe essere determinato in base all'assenza di cricche di estrusione. Una velocità eccessiva aumenta l'effetto di deformazione termica, che può causare adesione del metallo nella zona di lavoro dello stampo, con conseguente vaiolatura superficiale e ridotta precisione dimensionale.
4.3.2 Controllo dell'uniformità del raffreddamento
Il raffreddamento del prodotto dopo l'uscita dalla cavità della matrice di estrusione è fondamentale. È essenziale mantenere velocità di raffreddamento uniformi e costanti per garantire un ritiro costante del prodotto. Un raffreddamento inadeguato può portare a:
Le differenze di contrazione locale inducono una deformazione da flessione;
Le tensioni residue provocano la successiva deformazione della lavorazione;
Le proprietà irregolari dei tessuti influiscono sulla stabilità dimensionale;
La moderna linea di produzione di estrusione impiega una tecnologia di tempra online di precisione combinata con nebbia d'aria per ottenere un controllo preciso dell'intensità di raffreddamento.
4.3.3 Ottimizzazione del disegno ortogonale
Attraverso il metodo di progettazione ortogonale, viene considerata in modo esaustivo l'influenza della temperatura di estrusione, della velocità di estrusione, della billetta estrusa e della struttura della matrice sull'uniformità del flusso del metallo. Utilizzando come criteri di valutazione la deviazione standard media della velocità all'uscita del profilo, la forza di estrusione media applicata alla billetta e la sollecitazione equivalente massima media, è possibile selezionare lo schema di processo ottimale.
4.4.1 lingotto del di colata Qualità
La composizione e la struttura disomogenea dei lingotti fusi, insieme a difetti quali inclusioni, segregazione e grana grossa, possono compromettere lo scorrimento e la deformazione del metallo, portando a variazioni dimensionali nel prodotto finale. Per i processi di estrusione di precisione, il lingotto colato deve essere sottoposto a un trattamento di omogeneizzazione, con granulometria controllata entro il primo ordine.
4.4.2 fustella della Qualità
La matrice è il fattore che influenza più direttamente la precisione dimensionale dei prodotti estrusi. Per l'estrusione di precisione, la filiera deve soddisfare i seguenti requisiti alle temperature di esercizio (circa 500°C): carico di snervamento non inferiore a 1200 N/mm², durezza dello strato di nitrurazione superiore a 1150 HV, profondità dello strato di nitrurazione compresa tra 0,25 e 0,45 mm e variazione dimensionale della filiera entro 0,02 mm dopo nitrurazione.
4.4.3 Precisione del dispositivo
La qualità dell'estrusore influisce direttamente sulla precisione dei prodotti estrusi. In generale, la colonna di tensione dell'estrusore dovrebbe essere una struttura integrale precompressa con eccellente rigidità e allineamento dell'attrezzatura. Per l'estrusione di precisione, le deviazioni centrali della matrice, del cilindro di estrusione e dell'asta di estrusione devono essere inferiori a 0,2 mm.
