Sob pressão: como são feitas as extrusões de alumínio

A qualquer momento, é provável que eu tenha vários projetos em andamento, o que é claro, quero dizer em vários estágios de negligência. Meu grande projeto atual é aquele em que finalmente sinto que tenho a chance de usar alguns materiais com credibilidade real de hackers, como perfis de alumínio extrudado com ranhura em T. Todos nós já vimos o material, o "Conjunto Eretor Industrial", como 80/20 gosta de chamar sua versão dele. E todos nós já vimos os projetos legais feitos com ele, de máquinas CNC a displays de feiras, e nestes tempos de pandemia, até mesmo ocasionalmente como espirros em lojas de varejo.

Perfis de alumínio com ranhura em T são maravilhosos para trabalhar - fortes, leves, facilmente conectados com uma ampla variedade de fixadores e infinitamente configuráveis ​​e reconfiguráveis ​​conforme as necessidades mudam. Não é barato de forma alguma, mas quando você considera o tempo de fabricação economizado, pode ser um benefício líquido especificar o material para um projeto. Ainda assim, com o golpe projetado para minha carteira, tenho procurado alternativas mais acessíveis.

Minha exploração me levou ao mundo incrivelmente rico das extrusões de alumínio. Mesmo excluindo itens mundanos como cerveja e latas de refrigerante, você provavelmente está cercado por produtos de alumínio extrudado agora. Tudo, desde dissipadores de calor de computadores a caixilhos de janelas e peças que compõem as portas de tela, são feitos de alumínio extrudado. Então, como exatamente esse material onipresente é feito?

O processo básico de extrusão de alumínio é, externamente, tão simples de entender quanto o processo de extrusão usado por uma impressora 3D: aqueça o material e force-o através de uma matriz com o formato e tamanho desejados. Mas quando o PLA é substituído por uma gigantesca tora de alumínio e um cabo Bowden e um motor de passo por um enorme aríete hidráulico, os detalhes rapidamente obscurecem a simplicidade do conceito subjacente.

O projeto da matriz é talvez a parte mais crítica do processo de extrusão. As matrizes precisam suportar forças tremendas em altas temperaturas e devem manter sua estabilidade dimensional ao fazê-lo. As matrizes de extrusão começam a vida como barras redondas de aço para ferramentas de até um metro ou mais de diâmetro, mas normalmente em torno de 30 cm. As matrizes geralmente têm um perfil bastante fino em relação ao seu diâmetro, pois quanto mais longo o caminho que o alumínio percorre ao passar pela matriz, maior é o atrito que ele experimenta. Mais atrito significa mais força, o que significa prensas maiores, mais desgaste nas matrizes e custos geralmente mais altos.

As matrizes são geralmente criadas por fabricantes especializados que empregam engenheiros e mecânicos especializados em projetos de matrizes. O processo de transformar um projeto em uma matriz geralmente começa com o desbaste da peça bruta em um torno CNC e, em seguida, prossegue para uma sequência de operações de fresagem CNC. A usinagem por descarga elétrica (EDM) é amplamente utilizada para obter os detalhes finos necessários para fornecer um acabamento suave e para obter a geometria precisa necessária para controlar o fluxo do alumínio através da matriz.

A maioria das extrusões terá uma ou mais câmaras ocas, como o lúmen de um tubo ou, no caso de nossos perfis 80/20, o espaço negativo das ranhuras em T e o furo central. A matriz deve criar essas características, que exigem que partes da matriz "flutuem" no fluxo de entrada do metal amolecido. Os fabricantes de matrizes realizam isso suspendendo esses recursos em braços que preenchem o espaço na parte a montante da matriz. A forma e o acabamento superficial desses braços devem ser cuidadosamente projetados para que o metal flua ao redor deles e se una para criar um fluxo suave e contínuo de material sem vazios, o que pode levar à fragilidade do produto acabado.

A consideração cuidadosa das forças hidrodinâmicas exercidas por e sobre o fluxo de metal também são importantes para o projeto da matriz. Enquanto o lado de saída da matriz tem exatamente o tamanho e a forma da extrusão acabada, o lado de entrada é tudo menos isso. De acordo com algumas estimativas, metade da energia usada durante a extrusão do alumínio vai para superar o atrito entre o metal e a matriz, então tudo o que pode ser feito para reduzir essas forças é como dinheiro no banco. A entrada da matriz deve ser projetada para direcionar o metal de entrada da forma mais suave e fácil possível para a forma final, o que é parte da razão pela qual os projetistas de matrizes incluem ângulos de inclinação muito generosos ao longo da largura da matriz.