Extrusión parámetros y tolerancias
La extrusión es un proceso de conformado por compresión en el que un material, generalmente metálico, es forzado a fluir a través de una matriz (dado) con la forma de la sección transversal deseada. Permite producir perfiles largos de sección constante, con una amplia variedad de geometrías que van desde barras sólidas hasta formas huecas complejas. Se realiza en caliente o en frío, según el material y los requerimientos mecánicos.
¿Qué es la extrusión?
Sección titulada «¿Qué es la extrusión?»La extrusión es un proceso de manufactura donde un tocho (billet) se introduce en un contenedor y se empuja con un pistón a alta presión contra una matriz. El material se deforma plásticamente y sale con la forma del dado, generando un perfil continuo. A diferencia de otros procesos, el material está sometido a esfuerzos de compresión y corte, lo que permite deformar materiales frágiles sin riesgo de rotura. Se distingue entre extrusión en caliente (sobre el 50‑75 % de la temperatura de fusión) y en frío (a temperatura ambiente o ligeramente elevada).
Materiales aplicables
Sección titulada «Materiales aplicables»La extrusión es versátil y admite numerosos metales. Las aleaciones de aluminio son las más comunes, seguidas de magnesio, cobre, acero y titanio. Cada material requiere condiciones específicas de temperatura y presión. A continuación se presentan las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio típicamente extruibles, y en la sección de parámetros operativos se detallan las condiciones de proceso para distintos materiales.
| Aleación | Estado | Módulo elástico | Límite elástico | Resistencia a la tracción |
|---|---|---|---|---|
| 6061 | T4 | 68,9 GPa / 10,0 Msi | 110 MPa / 16,0 ksi | 207 MPa / 30,0 ksi |
| 6061 | T6 | 68,9 GPa / 10,0 Msi | 241 MPa / 35,0 ksi | 290 MPa / 42,0 ksi |
| 6063 | T5 | 68,9 GPa / 10,0 Msi | 110 MPa / 16,0 ksi | 152 MPa / 22,0 ksi |
| 6063 | T6 | 68,9 GPa / 10,0 Msi | 172 MPa / 25,0 ksi | 207 MPa / 30,0 ksi |
| 7075 | T6 | 71,7 GPa / 10,4 Msi | 483 MPa / 70,0 ksi | 538 MPa / 78,0 ksi |
| 2024 | T3 | 73,1 GPa / 10,6 Msi | 290 MPa / 42,0 ksi | 441 MPa / 64,0 ksi |
| 5052 | H32 | 70,3 GPa / 10,2 Msi | 159 MPa / 23,0 ksi | 214 MPa / 31,0 ksi |
Fuente: Engineering ToolBox (2024). Msi = 10⁶ psi; 1 MPa = 0,145 ksi.
Otros materiales extruibles:
- Acero – aleaciones de baja aleación e inoxidables, extruidas a 1100‑1250 °C / 2012‑2282 °F con lubricación vítrea (proceso Ugine‑Séjournet).
- Magnesio – aleaciones AZ31, AZ61, etc., extruidas a 300‑450 °C / 572‑842 °F.
- Cobre y latón – permiten extrusión en caliente a 600‑900 °C / 1112‑1652 °F.
- Titanio – aleaciones Ti‑6Al‑4V, extruidas a 800‑1000 °C / 1472‑1832 °F, generalmente con vidrio como lubricante.
Parámetros operativos
Sección titulada «Parámetros operativos»Los parámetros fundamentales en extrusión son la temperatura del tocho, la presión aplicada, la velocidad del pisón y la relación de extrusión (cociente entre el área de la sección del contenedor y el área del producto). La extrusión en caliente se realiza entre el 50 % y el 75 % de la temperatura de fusión del material. Las presiones oscilan entre 35 MPa / 5,1 ksi y 700 MPa / 101,5 ksi según el material y la relación de extrusión.
| Material | Temperatura de extrusión | Presión de extrusión | Relación de extrusión típica | Observaciones |
|---|---|---|---|---|
| Aluminio | 350‑500 °C / 662‑932 °F | 100‑600 MPa / 14,5‑87,0 ksi | 10:1 a 100:1 | Excelente fluencia; se logran perfiles complejos. |
| Magnesio | 300‑450 °C / 572‑842 °F | 200‑500 MPa / 29,0‑72,5 ksi | 10:1 a 80:1 | Similar al aluminio; requiere atmósfera inerte para evitar ignición. |
| Cobre / Latón | 600‑900 °C / 1112‑1652 °F | 100‑500 MPa / 14,5‑72,5 ksi | 10:1 a 50:1 | Alta resistencia al desgaste de la matriz. |
| Acero | 1100‑1250 °C / 2012‑2282 °F | 400‑700 MPa / 58,0‑101,5 ksi | 5:1 a 40:1 | Lubricación con vidrio fundido (proceso Ugine‑Séjournet). |
| Titanio | 800‑1000 °C / 1472‑1832 °F | 400‑700 MPa / 58,0‑101,5 ksi | 5:1 a 30:1 | Extrusión difícil; se emplea vidrio como lubricante y protección contra oxidación. |
Los valores se basan en datos consolidados de EFunda y referencias industriales.
Tolerancias típicas
Sección titulada «Tolerancias típicas»Las tolerancias dimensionales en piezas extruidas dependen del material, del tamaño del perfil y del diseño de la matriz. A continuación se indican los límites geométricos mínimos que se pueden alcanzar según el material.
| Parámetro | Acero | Aluminio y Magnesio |
|---|---|---|
| Espesor mínimo de pared | 3,0 mm / 0.120 in | 1,0 mm / 0.040 in |
| Radio de esquina mínimo | 0,8 mm / 0.030 in | 0,4 mm / 0.015 in |
| Radio de empalme (fillet) mínimo | 4,0 mm / 0.120 in | 0,4 mm / 0.015 in |
| Sección transversal mínima | 250 mm² / 0,40 in² | < 250 mm² / < 0,40 in² |
Fuente: EFunda (2024).
En cuanto a tolerancias lineales, en perfiles de aluminio de dimensiones reducidas se logran típicamente ±0,2 mm / ±0.008 in; para secciones medianas pueden aceptarse ±0,5 mm / ±0.020 in, mientras que en acero las tolerancias suelen oscilar entre ±0,5 mm / ±0.020 in y ±1 mm / ±0.040 in, en función de la complejidad y el tamaño.
Acabado superficial
Sección titulada «Acabado superficial»La extrusión proporciona acabados superficiales razonablemente buenos, aunque no comparables al mecanizado de precisión. La rugosidad media (Ra) varía según el material.
| Material | Rugosidad superficial Ra |
|---|---|
| Aluminio y Magnesio | 0,8 µm / 30 µin |
| Acero | 3,0 µm / 125 µin |
Fuente: EFunda (2024).
El uso de lubricantes adecuados y el control de la temperatura mejoran el acabado. La extrusión en frío produce superficies más lisas que la extrusión en caliente, pero a costa de mayores presiones y menor deformación por pasada.
Ventajas y limitaciones
Sección titulada «Ventajas y limitaciones»Ventajas
Sección titulada «Ventajas»- Capacidad para generar secciones transversales muy complejas, incluyendo huecos, en una sola operación.
- Aptitud para materiales frágiles gracias a los esfuerzos de compresión predominantes.
- Buen acabado superficial en aluminio y magnesio (Ra 0,8 µm / 30 µin).
- Posibilidad de mejorar las propiedades mecánicas por acritud (extrusión en frío).
- Producción de longitudes continuas, reduciendo operaciones de unión.
- Alta productividad para grandes series; minimiza el mecanizado posterior.
Limitaciones
Sección titulada «Limitaciones»- Precisión dimensional inferior a la del mecanizado (tolerancias típicas de ±0,2‑1 mm / ±0.008‑0.040 in).
- Elevado costo de matrices y equipos, especialmente para materiales duros como el acero.
- Desgaste progresivo de la matriz que puede afectar las tolerancias.
- Limitación a secciones transversales constantes; no se pueden generar formas tridimensionales variables.
- Espesor mínimo de pared y radios de esquina restringidos (ej. 3 mm / 0.120 in en acero).
- En extrusión en caliente, la oxidación superficial puede requerir decapado o limpieza posterior.
Guía de selección
Sección titulada «Guía de selección»La extrusión es la opción óptima cuando se requiere un perfil de sección transversal constante, con formas complejas imposibles de obtener por laminación o forja, y con un volumen de producción medio‑alto. Se recomienda considerar:
- Forma del producto: piezas largas con secciones constantes (perfilería, tubos, barras de geometría especial).
- Material: aluminio y magnesio son los más económicos; acero y titanio se justifican en aplicaciones estructurales de alta resistencia.
- Tolerancias: si se requieren tolerancias más estrictas que ±0,2 mm / ±0.008 in, puede ser necesario un mecanizado posterior.
- Acabado superficial: el Ra obtenido en aluminio (0,8 µm / 30 µin) suele ser suficiente para aplicaciones arquitectónicas; para acabados espejo se requiere pulido adicional.
- Costo‑volumen: la inversión en matrices se amortiza con lotes grandes; para prototipos o series cortas pueden ser más rentables otros procesos como el mecanizado CNC o la fabricación aditiva.
Casos típicos de aplicación: perfiles para marcos de ventanas y puertas, disipadores de calor, rieles, componentes estructurales de aeronaves, tubos para intercambiadores de calor.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la presión máxima que se puede alcanzar en la extrusión en caliente de acero?
Sección titulada «¿Cuál es la presión máxima que se puede alcanzar en la extrusión en caliente de acero?»La presión máxima en la extrusión de acero puede llegar a 700 MPa / 101,5 ksi, dependiendo de la relación de extrusión y la temperatura del tocho.
¿Qué espesor mínimo de pared se puede lograr en un perfil de aluminio extruido?
Sección titulada «¿Qué espesor mínimo de pared se puede lograr en un perfil de aluminio extruido?»El espesor mínimo de pared alcanzable en aluminio es de 1 mm / 0.040 in, siempre que la geometría lo permita y la matriz esté adecuadamente diseñada.
¿Qué rugosidad superficial (Ra) se obtiene típicamente en la extrusión de aluminio?
Sección titulada «¿Qué rugosidad superficial (Ra) se obtiene típicamente en la extrusión de aluminio?»La extrusión de aluminio y magnesio produce un acabado superficial de 0,8 µm Ra / 30 µin, sin necesidad de operaciones adicionales.
¿A qué temperatura se extruye la aleación de aluminio 6063?
Sección titulada «¿A qué temperatura se extruye la aleación de aluminio 6063?»La aleación 6063 se extruye en caliente en un rango de 350 °C a 500 °C / 662 °F a 932 °F, lo que representa entre el 50 % y el 75 % de su temperatura de fusión.
¿Cuál es la relación de extrusión habitual para perfiles de aluminio?
Sección titulada «¿Cuál es la relación de extrusión habitual para perfiles de aluminio?»La relación de extrusión para aluminio varía típicamente entre 10:1 y 100:1, permitiendo reducciones de área muy significativas en una sola pasada.
¿Qué radio de esquina mínimo se puede obtener en una pieza de acero extruido?
Sección titulada «¿Qué radio de esquina mínimo se puede obtener en una pieza de acero extruido?»El radio de esquina mínimo para acero extruido es de 0,8 mm / 0.030 in, mientras que el radio de empalme (fillet) mínimo es de 4 mm / 0.120 in.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/properties-aluminum-pipe-d_1340.html
- efunda.com: https://www.efunda.com/processes/metal_processing/extrusion.cfm?search_string=g%20steel
- manufacturingguide.com: https://www.manufacturingguide.com/en/ordlista/tolerances-thermal-cutting