Computer simulation of the aluminium extrusion process

Simulación por ordenador del proceso de extrusión del aluminio

El objetivo del trabajo es la simulación por ordenador del proceso de extrusión del aluminio mediante el método de los elementos finitos (MEF). Se investigó el impacto de la velocidad de caída de un punzón sobre el material en el proceso de extrusión del aluminio. Se comprobó que, si el punzón cae demasiado rápido, se crean tensiones elevadas que provocan la destrucción del material. El ciclo de diseño se reduce considerablemente en múltiples aplicaciones industriales si se aplica el MEF, lo que aumenta la productividad y los beneficios.

INTRODUCCIÓN

El aluminio es un elemento químico que se caracteriza por su baja densidad, su buena conductividad térmica y su elevada actividad química. Se distingue por una muy buena plasticidad y una buena resistencia a la corrosión. La extrusión es un proceso de trabajo del plástico, normalmente en frío, que se aplica para fabricar diversos tipos de artículos utilizados en la industria automovilística, aeronáutica, militar y alimentaria [1-3]. La figura 1 muestra un proceso de extrusión

El método de los elementos finitos (MEF) es uno de los métodos numéricos más populares y utilizados [4,5]. El MEF también se emplea en el trabajo plástico de diferentes materiales de ingeniería y la simulación de la extrusión del aluminio puede realizarse con el método seleccionando los parámetros adecuados de un material determinado, como la fuerza de presión y de caída de la velocidad del punzón [6,7].

MATERIAL Y MÉTODO

El disco investigado está fabricado con aluminio EN AW-1050A, que es un aluminio no aleado susceptible de ser trabajado con plástico en frío. Este material, debido a sus escasas propiedades de resistencia, no es adecuado para el mecanizado; sin embargo, se emplea en la industria energética, en la construcción, en el sector químico y alimentario, para la producción de utensilios, recipientes, ollas, menaje y envases.

En la extrusión, un producto plano se convierte en una pieza de tracción que no puede desplegarse en el plano. El material se plastifica como resultado de la acción del punzón y se desplaza gradualmente hacia el interior de la matriz. Las dimensiones del cuello y de la superficie libre se reducen en el proceso de extrusión, y la superficie de contacto del material y el punzón aumenta [10].  Los constituyentes de la tensión en la zona libre y en el collarín cumplen la condición 1:

σ_rr σ_ΘΘ ≤ 0 (1)

donde:

• Tensiones distritales e σ_ΘΘ ≤ 0
• Tensiones radiales σ_rr ≥ 0