Quand les gens demandentqu'est-ce qu'une extrusion, la plupart des explications commencent immédiatement à devenir techniques. Mais l'idée de base n'est pas si compliquée : - vous poussez le matériau à travers une ouverture profilée pour obtenir une longue pièce avec la même section transversale-sur tout le long. Pensez-y comme si vous pressiez du dentifrice, sauf que l’ouverture du tube a la forme que vous souhaitez donner à votre produit final.
Le processus fonctionne avec les métaux, les plastiques et même les aliments. Et cela existe depuis plus longtemps que vous ne le pensez, avec la première presse hydraulique pour l'extrusion de tuyaux en plomb brevetée en 1797 par Joseph Bramah. Cela représente plus de 200 ans passés à faire passer des choses à travers les matrices.
Pourquoi les fabricants continuent d'utiliser cette méthode
Le coût compte. Beaucoup. Lorsque vous fabriquez des milliers de pieds de canaux en aluminium ou de tubes en cuivre, le processus d'extrusion vous permet de fonctionner en continu sans vous arrêter pour fabriquer des pièces individuelles. Hydro, l'un des plus grands producteurs d'aluminium, rapporte que ses presses d'extrusion peuvent produire des profilés à des cadences allant jusqu'à 25 mètres par minute en fonction de l'alliage et de la complexité -, données tirées de leur rapport annuel 2023 sur hydro.com.
Mais la vitesse n’est pas la seule raison. La précision dimensionnelle que vous obtenez est difficile à égaler avec d’autres méthodes de formage. Nous parlons de tolérances qui peuvent atteindre ±0,1 mm sur les dimensions critiques, ce qui surpasse la plupart des opérations de moulage ou de laminage.
Les plages de température comptent plus que ce que les gens pensent
L'extrusion à chaud de l'aluminium se situe généralement entre 350 et 500 degrés. C'est une large plage car différents alliages nécessitent des températures différentes. . 6061 L'aluminium est extrudé de préférence autour de 450 degrés, tandis que le 7075 doit rester plus frais, sinon vous risquez de vous fissurer. Personne n'explique vraiment bien cette partie dans les guides standards.
Le cuivre et le laiton chauffent plus - que vous envisagez entre 600 et 900 degrés pour la plupart des alliages de cuivre. L'acier va encore plus haut, dépassant parfois 1 200 degrés pour les qualités inoxydables.
L'extrusion à froid se produit à température ambiante ou juste légèrement au-dessus. Les exigences de pression augmentent considérablement cependant - nous parlons de forces qui peuvent dépasser 1 400 MPa pour certains composants en acier, sur la base des données de fabrication publiées sur steel.org.
Direct vs indirect et pourquoi cela change les choses
La plupart des extrusions sont directes (ou « vers l'avant ») où le bélier pousse le matériau à travers une filière fixe. La billette bouge, la matrice ne bouge pas. Assez simple.
L'extrusion indirecte inverse cela -, la matrice se déplace avec le bélier tandis que la billette reste relativement stationnaire dans le conteneur. Moins de friction signifie que vous pouvez extruder des alliages plus durs ou des formes plus complexes. Mais l'équipement coûte plus cher et la longueur est limitée.
Pour les matériaux très durs ou les sections transversales complexes-, la méthode indirecte est logique. Pour les formes standard en alliages plus tendres, le coût supplémentaire n'en vaut pas la peine.
Des applications dont on ne parle pas beaucoup
Tout le monde mentionne les poutres de construction et les cadres de fenêtres. C’est évident. Mais il existe tout un monde de composants extrudés qui ne retiennent pas beaucoup l’attention.
Les dispositifs médicaux utilisent de nombreux-extrusions de petit diamètre - instruments chirurgicaux, composants de cathéter et tubes spécialisés. La biocompatibilité de certains alliages de titane extrudés les rend parfaits pour les implants. Zimmer Biomet utilise du titane extrudé pour les composants d'arthroplastie de la hanche et du genou, et leurs spécifications sont disponibles dans la documentation technique de zimmerbiomet.com.
Les dissipateurs thermiques pour l’électronique dépendent presque entièrement de l’extrusion. Vous avez besoin de fines ailettes avec un espacement précis, et il n'existe aucun moyen économique de les fabriquer, à part pousser l'aluminium à travers une matrice. La conductivité thermique reste élevée car la structure des grains s'aligne pendant le processus d'extrusion.
Les applications marines consomment des tonnes d'aluminium et d'alliages de cuivre extrudés, car l'eau salée détruit la plupart des autres matériaux. Rails, taquets, accastillage - s'il s'agit d'un bateau et de métal, il y a de fortes chances qu'il ait été extrudé.
La conception des matrices devient rapidement compliquée
Le dé est l'endroit où la magie opère, et aussi où les coûts s'additionnent. Une simple matrice solide pour les barres rondes est simple. Les sections creuses nécessitent des mandrins ou des matrices de pont, ce qui augmente la complexité de façon exponentielle.
Les angles de matrice affectent tout. Trop raide et vous obtenez des défauts de surface. Trop peu profond et les besoins en pression montent en flèche. La plupart des filières d'extrusion utilisent des angles d'entrée compris entre 45 et 90 degrés, 60 degrés étant courant pour l'aluminium.
Ce qui ne fonctionne pas bien
Tous les métaux ne s’extrudent pas facilement. Les aciers à haute-carbone sont problématiques - ils se fissurent sous la déformation. Les alliages très fragiles comme certaines fontes ne peuvent pas du tout être extrudés.
Des limites de taille existent également. Il existe un maximum pratique pour la capacité de la presse à extrusion. La plupart des presses commerciales dépassent environ 10 000 tonnes de force, ce qui limite la taille de vos billettes et la complexité de votre section transversale.
La finition de surface déçoit parfois. Vous obtenez des lignes de matrice (petites rayures dues au contact de la matrice) qui sont difficiles à éliminer complètement. Les opérations de post-extrusion telles que l'étirage ou le meulage peuvent contribuer à augmenter les coûts.
Toute la partie continue
Revenir à ce concept de « mise en forme continue » dans le titre -, c'est vraiment ce qui différencie l'extrusion des autres méthodes de formage. Vous ne faites pas une partie à la fois. Le processus se déroule jusqu'à ce que votre billette soit épuisée, vous donnant une longue pièce qui est ensuite coupée à longueur.
Cette continuité crée des propriétés matérielles que vous n'obtenez pas avec d'autres processus. La structure des grains s'écoule dans la direction d'extrusion, ce qui améliore généralement la résistance parallèlement à cette direction. La résistance du grain croisé-en prend un coup, mais pour la plupart des applications, cela est acceptable.
Souder plusieurs pièces courtes ensemble prendrait une éternité et créerait des points faibles à chaque joint. L'extrusion élimine ce problème.
Manutention des matériaux avant et après
La billette (votre matière première) doit être à la bonne température et propre. Le tartre ou la contamination sur la surface se transfèrent jusqu’à votre produit fini. Le pré-le préchauffage prend du temps et de l'énergie, ce qui entre en compte dans vos coûts de production.
A la sortie de la filière, la matière est chaude et douce. Il a besoin de soutien, sinon il s'affaisse et se déforme. La plupart des lignes d'extrusion sont équipées de tables de sortie avec des rouleaux pour que tout reste droit pendant le refroidissement.
Les taux de refroidissement affectent également les propriétés. La trempe de certains alliages d'aluminium dès la sortie de la presse améliore la résistance grâce à un traitement thermique en solution. D'autres alliages nécessitent un refroidissement plus lent pour éviter les fissures.
Variations de processus que vous rencontrerez
L'extrusion hydrostatique utilise la pression d'un fluide au lieu d'un vérin mécanique. La billette repose dans une chambre remplie de fluide et la pression la force à traverser la matrice. Moins de friction, meilleur état de surface, mais c'est cher et principalement utilisé pour des applications spéciales.
L'extrusion par impact est totalement différente : - vous frappez le matériau avec un poinçon et il reflue autour de lui. Les tubes de dentifrice et les boîtiers de piles en aluminium sont fabriqués de cette façon. Rapide, bon marché pour des volumes importants, mais des formes limitées.
L'extrusion par friction est plus récente et utilise un outil rotatif qui génère de la chaleur par friction. La matière se ramollit et coule sans fondre. Quelques possibilités intéressantes pour assembler des matériaux différents, même si cela n'a pas encore atteint la production grand public.
Là où les choses tournent mal
L'usure des équipements entraîne des changements progressifs de dimension. Les matrices s'érodent, surtout aux angles vifs. Ce qui commence dans les spécifications-s'éloigne lentement à mesure que vous parcourez davantage de données.
Les défaillances du contrôle de la température ruinent les lots. Trop chaud et vous obtenez une croissance excessive des grains, réduisant ainsi la résistance. Trop froid et le matériau ne s'écoulera pas correctement, ce qui pourrait bloquer la presse.
Une mauvaise préparation des billettes provoque des défauts. Si votre billette présente des vides internes ou une contamination, ces défauts se propagent dans toute l'extrusion.
La vitesse compte plus que la plupart des opérateurs ne le pensent. Poussez le matériau trop rapidement et vous générez un excès de chaleur dû à la déformation, modifiant ainsi les propriétés du matériau. Allez trop lentement et les réservoirs de productivité.
Les aspects économiques deviennent délicats lorsque les volumes chutent. L’extrusion est logique pour des milliers de pieds de produit. Pour les petits tirages, le coût de la matrice et le temps de configuration détruisent vos marges. C'est là que l'usinage ou d'autres processus prennent le dessus malgré des coûts par pièce-plus élevés.