L'estrusione è la tecnologia principale nella lavorazione della plastica metallica, in cui viene applicata la pressione per forzare il pezzo grezzo a fuoriuscire dai fori della matrice, ottenendo profili con la forma della sezione trasversale desiderata. L’estrusione di leghe di alluminio utilizza principalmente l’estrusione a caldo in avanti, operando a temperature di 400–500°C, con un rapporto di estrusione tipicamente compreso tra 10 e 100.
Il processo completo comprende: riscaldamento del lingotto di fusione (controllo della temperatura di riscaldamento del gradiente), preriscaldamento dello stampo, deformazione per estrusione, tempra in linea, raddrizzamento per stiramento e invecchiamento artificiale. I parametri chiave includono il rapporto di estrusione λ, la temperatura di estrusione, la velocità di estrusione e la forza di estrusione, che sono interaccoppiati e determinano collettivamente la qualità del prodotto.
Riscaldamento dei lingotti di colata
Il riscaldamento del lingotto è una fase critica di pretrattamento nel processo di estrusione, finalizzata a raggiungere la temperatura richiesta per la deformazione plastica (tipicamente 400–500°C) ed eliminare la segregazione del getto, omogeneizzando al tempo stesso la microstruttura.
Il metodo di riscaldamento utilizza principalmente il riscaldamento a induzione di frequenza industriale, offrendo vantaggi come un rapido aumento della temperatura e una distribuzione uniforme del calore. Il riscaldamento del forno a resistenza è adatto alla produzione di massa. Le specifiche del processo richiedono differenze di temperatura radiali ≤±5°C e differenze di temperatura assiali ≤±10°C. Viene comunemente adottata la tecnologia di riscaldamento a gradiente, in cui l'estremità anteriore del lingotto (vicino al lato della matrice) mantiene una temperatura di 10–30°C inferiore rispetto all'estremità posteriore per bilanciare il calore di deformazione e il calore di attrito durante l'estrusione, prevenendo così il surriscaldamento dell'uscita.
Riscaldamento dello stampo
Il riscaldamento dello stampo è una fase preparatoria cruciale nel processo di estrusione, finalizzato a far corrispondere la temperatura dello stampo con la temperatura del lingotto per evitare un raffreddamento eccessivo dovuto a differenze significative di temperatura durante il flusso del metallo attraverso i fori dello stampo, che potrebbero compromettere la fluidità e la qualità della saldatura.
Il metodo di riscaldamento utilizza un forno di riscaldamento a resistenza, con la temperatura di preriscaldamento dello stampo generalmente mantenuta a 450–500°C e un tempo di mantenimento non inferiore a 2 ore per garantire una combustione uniforme. Requisiti chiave del processo: la temperatura dello stampo dovrebbe essere leggermente superiore alla temperatura della parte anteriore del lingotto (10–30°C) per compensare la perdita di calore durante il flusso del metallo attraverso lo stampo.
L'adattamento della temperatura tra matrici, cilindri di estrusione e lingotti fusi è fondamentale. Temperature dello stampo eccessivamente basse possono portare ad un aumento dei valori di picco di pressatura, a una ridotta fluidità del metallo, a una scarsa qualità della saldatura o addirittura al bloccaggio dello stampo; al contrario, temperature eccessivamente elevate possono compromettere la robustezza e la resistenza all'usura dell'acciaio dello stampo, accelerando il cedimento dello stesso. Il controllo preciso della temperatura (±5°C) e la combustione completa sono fondamentali per garantire la stabilità dell'estrusione e la qualità della superficie dei profili.
Deformazione dell'estrusione
La deformazione per estrusione è il processo principale della formatura della plastica in cui il metallo scorre attraverso i fori dello stampo ad alta pressione. Il lingotto viene guidato dall'albero di estrusione all'interno del cilindro di estrusione, generando uno stato di sollecitazione di compressione triassiale. Il metallo entra nei fori della matrice o attraverso un ponte di deviazione (profilo cavo) o direttamente, ottenendo così la trasformazione della forma della sezione trasversale.
I parametri chiave del processo includono il rapporto di estrusione λ (tipicamente 10–100), la temperatura di estrusione (400–500°C), la velocità di estrusione (velocità assiale 2–15 mm/s) e la forza di estrusione. Il calore di deformazione e quello di attrito generati durante l'estrusione possono causare un aumento della temperatura del metallo di 30–80°C, che richiede un equilibrio attraverso il riscaldamento a gradiente o il controllo della velocità.
Tempra in linea
La tempra in linea funge da perfetta integrazione tra i processi di estrusione e il trattamento termico. Utilizza il calore residuo proveniente dai fori della matrice di estrusione per ottenere un raffreddamento rapido, solidificando le fasi di rinforzo disciolte (ad esempio Mg₂Si) a temperature elevate fino a temperatura ambiente, creando così condizioni favorevoli per il successivo invecchiamento.
Il metodo di raffreddamento viene selezionato in base alle proprietà della lega: il raffreddamento ad aria è adatto per leghe con bassa sensibilità al tempra come 6063; il raffreddamento con nebbia d'acqua è il metodo più comunemente utilizzato per le leghe della serie 6xxx, offrendo velocità di raffreddamento controllabili e deformazione minima; il raffreddamento ad immersione in acqua è impiegato per leghe ad alta sensibilità al raffreddamento come la serie 7xxx, con velocità di raffreddamento ≥50°C/s.
Requisiti critici del processo: la temperatura del profilo deve superare la temperatura della soluzione solida della lega (tipicamente ≥ 500°C) prima della tempra. Il raffreddamento deve essere uniforme e con una velocità sufficiente per evitare carenze di raffreddamento localizzate che potrebbero portare alla precipitazione della fase di rafforzamento.
Stretch Rolling
Lo Stretch Rolling funge da processo di finitura critico dopo l'estrusione. Applicando la tensione assiale ai profili, elimina flessioni, torsioni e tensioni residue generate durante i processi di estrusione e tempra, ottimizzando contemporaneamente la precisione dimensionale.
Punti tecnici chiave: La quantità di allungamento deve essere controllata tra lo 0,5% e il 2,0% (a seconda della forma del profilo, dello spessore della parete e dei requisiti di precisione). Uno stiramento eccessivamente basso non può ottenere un raddrizzamento efficace, mentre uno stiramento eccessivo può portare a un restringimento della sezione trasversale, a deviazioni dimensionali o addirittura a fratture. Durante il processo di allungamento, garantire un bloccaggio uniforme e un allineamento della linea di forza per evitare ulteriori flessioni.
Invecchiamento artificiale
L'invecchiamento artificiale è un processo di trattamento termico fondamentale per conferire proprietà meccaniche finali ai profili estrusi. Dopo la tempra, i profili vengono riscaldati e mantenuti in un forno di invecchiamento per favorire la precipitazione uniforme delle fasi di rinforzo (ad esempio, Mg₂Si nella serie 6xxx) dalla soluzione solida sovrasatura, formando precipitati dispersi su scala nanometrica che aumentano significativamente la durezza e la resistenza.
Parametri di processo tipici: La temperatura di invecchiamento per la serie 6xxx è 180–200°C con un tempo di mantenimento di 2–4 ore; la serie 7xxx utilizza l'invecchiamento in due fasi con combinazioni di temperatura e tempo più complesse. Durante il processo di invecchiamento, è necessario un controllo rigoroso dell'uniformità della temperatura del forno (entro ±3°C) per prevenire un invecchiamento eccessivo o insufficiente localizzato.
Ossidazione Andoica
Rivestimento elettroforetico
Verniciatura a polvere
Laminazione a caldo
La laminazione a caldo è un processo di formatura in cui le billette metalliche vengono riscaldate al di sopra della temperatura di ricristallizzazione per la deformazione mediante laminazione. La temperatura di riscaldamento varia tipicamente da 0,6 a 0,9 volte il punto di fusione del metallo, con temperature di laminazione a caldo della lega di alluminio generalmente fissate a 350–450°C.
Durante la laminazione a caldo, i metalli subiscono contemporaneamente sia l'incrudimento che la ricristallizzazione dinamica, con conseguente plasticità notevolmente migliorata e ridotta resistenza alla deformazione, rendendoli adatti per una produzione ad alta riduzione. L'attrezzatura primaria comprende laminatoi a caldo (due rulli, quattro rulli o multi-rulli), che esercitano pressione sulla billetta attraverso rulli rotanti per ridurne lo spessore e aumentarne la larghezza.
La funzione primaria della laminazione a caldo è quella di trasformare i lingotti fusi (lingotti piani o tondi) in billette di lamiera, nastri o barre; per disgregare la struttura del getto, eliminare pori e cavità da ritiro; e per affinare la dimensione del grano migliorando le proprietà meccaniche.
Laminazione a freddo
La laminazione a freddo è un processo di deformazione di laminazione eseguito al di sotto della temperatura di ricristallizzazione del metallo, generalmente condotto a temperatura ambiente. Prima della laminazione a freddo delle leghe di alluminio, le billette laminate a caldo devono essere sottoposte a ricottura per ammorbidire, eliminare la microstruttura laminata a caldo e ridurre la resistenza alla deformazione.
La laminazione a freddo è caratterizzata da un significativo incrudimento, in cui i metalli mostrano maggiore resistenza e ridotta plasticità durante la deformazione. Con una riduzione minima a passaggio singolo (tipicamente 10%–30%), il raggiungimento dello spessore target richiede passaggi multipli combinati con una ricottura intermedia. I prodotti laminati a freddo dimostrano un'eccellente qualità superficiale e un'elevata precisione dimensionale (con tolleranze sullo spessore fino a ±0,01 mm), mentre le loro proprietà meccaniche possono essere controllate con precisione attraverso la regolazione del grado di incrudimento.
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