Revista publicada por la Asociación Mexicana de Ventanas y Cerramientos, A.C.
[  Procesos y Tecnología ]
 
Extrusión de aluminio

Los sistemas de perfiles de aluminio de ventanas y puertas para la instalación en edificios residenciales y comerciales, barandales, toldos, fachadas integrales, revestimientos exteriores, louvers, etc, se fabrican mediante un proceso denominado extrusión.

El material inicial para poder extrudir los perfiles es un lingote de denominado tocho, elaborado de aluminio primario o bien de aluminio reciclado, secundario. El tocho de extrusión se obtiene mediante un proceso de fundición en longitudes de hasta 7 metros y diferentes diámetros desde 50 mm hasta 50 mm, en una amplia variedad de aleaciones y dimensiones.

El término "extrusión" se suele aplicar tanto al proceso como al producto obtenido cuando el tocho, de forma cilíndrica precalentado entre 450 y 500º C dependiendo del tipo de aleación y perfil que se considere extrudir, se aloja dentro de un contenedor (entre 400 y 430º C) fuertemente reforzado. A estas temperaturas, la tensión de flujo de las aleaciones de aluminio es muy baja, y aplicando presión por medio de un pistón hidráulico (ariete) el metal fluye a través de una matriz de acero situada en el otro extremo del contenedor cuya abertura corresponde al perfil transversal de la extrusión.

La extrusión directa requiere de una gran presión para que el tocho recorra completamente el contenedor por efecto de la elevada fricción generada en el proceso. Esta fuerza de presión es mayor al inicio de la extrusión y decrece según el tocho se va agotando para aumentar nuevamente al final ,debido a la delgadez del tocho que perjudica la concentración del flujo en la salida de la matriz, por esta razón la parte final del tocho denominada tacón no se usa.

Figura 2
Esquema de la extrusión directa


En la extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada, la barra y el contenedor se mueven juntos mientras la matriz permanece inmóvil. La matriz queda fija en el lugar por un soporte el cual debe ser tan largo como el contenedor. La longitud máxima de la extrusión está dada por la fuerza de la columna del soporte. Al moverse la barra con el contenedor, la fricción es reducida considerablemente.

Ventajas:

  • Una reducción del 25 a 30% de la fuerza de fricción, permite la extrusión de tochos más largos.
  • Hay una menor tendencia para la extrusión de resquebrajarse o quebrarse porque no hay calor formado por la fricción.
  • El recubrimiento del contenedor durará más debido al menor uso.
  • El tocho se aprovecha más uniformemente reduciéndose los defectos de la extrusión y las zonas periféricas ásperas o granulares son menos probables.

Desventajas:

  • Las impurezas y defectos en la superficie del tocho afectan la superficie de la extrusión. Antes de ser usado, el tocho debe ser limpiada o pulida con un cepillo de alambres.
  • Este proceso no es versátil para la producción diversa de perfiles como la extrusión directa debido a que el área de la sección transversal es limitada por el tamaño máximo del tocho.

Cuando el perfil abandona la prensa, se desliza sobre una bancada donde se le enfría con aire o agua, en función de su tamaño, forma, la aleación involucrada y las propiedades requeridas.
El perfil sale de la matriz a una velocidad entre 5 y 60 metros por minuto y alcanza una longitud 10 y 50 metros.

Inmediatamente después de salir de la matriz, el perfil debe enfriarse rápidamente, bien por aire forzado o bien por agua, dependiendo de los elementos que compongan cada aleación. Para obtener perfiles de aluminio rectos y eliminar cualquier tensión en el material, se les estira mediante dos mordazas situadas en los extremos del perfil.

Luego, se cortan en longitudes adecuadas y se envejecen artificialmente para lograr la resistencia apropiada. El envejecimiento se realiza en hornos a unos 190º C entre 4 a 8 horas.

El perfil resultante del proceso de extrusión puede emplearse en tramos largos, o se puede cortar para integrarse dentro del diseño de un mecano que dará lugar al producto final.

Aunque la mayor parte de las prensas de extrusión que existen en el mundo trabajan con lingotes cilíndricos también existen otras que utilizan lingotes rectangulares para producir extrusiones de perfiles con secciones anchas y de pequeño espesor.

La potencia de empuje de las prensas varía desde unos pocos cientos de toneladas hasta 20.000 toneladas, aunque la mayoría están en el rango comprendido entre 1.000 y 3.000 toneladas.

Extrusionabilidad

Todas las aleaciones de aluminio pueden ser extrudidas, pero algunas son menos adecuadas que otras, ya que exigen mayores presiones, reducen la velocidad de extrusión o simplemente dificultan la consecución del perfil deseado. El término "extrusionabilidad" se utiliza para definir el grado de dificultad implícito en cada tipo de aleación para hacer efectivo el proceso de extrusión del perfil.

La facilidad o dificultad de extrusión de un perfil, que al final determina su precio, se basa en los estudios que han permitido crear esta tabla:

Aleación Extrusionabilidad en %
1080 160
1050 135
1200 135
3003 120
6060-6063 100
6082 60
2011 35
5086 25
2014 20
5086 20
2024 15
7075 10

Las aleaciones ENAW 6060/6063 (Simagaltok 63) tienen el mejor índice de extrusionabilidad y se les ha aplicado el 100%, o sea, la base para el cálculo.

De esta información se deduce, entre otras, la facilidad o dificultad para obtener perfiles de secciones complejas.

Por una parte las aleaciones con alto índice de extrusionabilidad, por ser muy blandas y no poderse endurecer por tratamiento térmico, harían que los perfiles que se pudiesen obtener se deformaran en su manipulación, además de no poder mantener las formas del diseño.

En las aleaciones duras, su baja extrusionabilidad hace que el aluminio no fluya bien y por lo tanto no se puedan realizar perfiles de secciones complejas. Además de su baja productividad, este tipo de aleaciones requiere tratamientos térmicos de temple y maduración con un control muy estricto que hace también que en los perfiles de secciones sencillas el precio sea mayor.

La aleación 6060 ofrece una resistencia intermedia y es fácil de extrudir incluso en perfiles de sección compleja. Es la aleación para extrusión más utilizada. Posee una gran facilidad de conformado para el curvado en estado T4. Se utiliza extensamente para perfiles arquitectónicos para ventanas, puertas, muros cortina, accesorios interiores, iluminación, mobiliario y equipamiento de oficina, aplicaciones estructurales donde el acabado de la superficie es importante.

Proceso de templado de los perfiles

El proceso de templado de los perfiles extrudidos consiste en el endurecimiento del metal mediante calentamiento profundo y posterior enfriado brusco con el fin de aumentar la resistencia del aluminio.
Se realiza en dos fases:

Fase 1

Modificación de su estructura interna mediante calor, aumenta la dureza y flexibilidad del metal.

Fase 2

Enfriado brusco, el metal conserva las características adquiridas en la primera fase (dureza y flexibilidad)
El temple es medido por Durometros, con la unidad de medida llamada Webster o grados Websters.

La temperatura de salida de extrusión superior a 510 ° C para las aleaciones 6060 más el correcto enfriamiento de los perfiles a 250 ° C en menos de cuatro minutos, es fundamental para que el material adquiera sus propiedades, los perfiles extrudidos se le consideran de temple 4 o T4 o también conocido como sin temple.

El temple T5 se consigue mediante envejecimiento de los perfiles que pasan a los hornos de maduración, los cuales mantienen una determinada temperatura durante un tiempo dado. Normalmente 185 °C durante 240 minutos para las aleaciones de la familia 6060, de esta forma se consigue la precipitación del silicio con el magnesio en forma de siliciuro de magnesio (SiMg2) dentro de las dendritas de aluminio, produciéndose así el temple del perfil.

Colaboración
Giménez Ganga México

Fecha de publicación: 11/01/2013

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