In tale lavorazione per deformazione plastica [IT] , uno spezzone di barra, a sezione generalmente circolare che prende il nome di massello,  sottoposto ad una forza di compressione notevole mediante l’utilizzo di una pressa orizzontale, viene obbligato a fuoriuscire da una matrice la cui sezione corrisponde, in forma e dimensioni, a quella del prodotto desiderato.  Tale lavorazione viene utilizzata principalmente per produrre  dei pezzi di limitate dimensioni, di forme relativamente complesse che non potrebbero essere realizzate mediante una lavorazione per laminazione o una lavorazione classica alla macchina utensile [DE].  Questo tipo di lavorazione può essere eseguita a caldo o a freddo, anche se generalmente si utilizza quest’ultima soluzione, dal momento che consente di ottenere dei prodotti finiti aventi le seguenti caratteristiche:

·     proprietà meccaniche elevate;

·     buon controllo delle tolleranze dimensionali [EN] che richiedono poche operazioni di finitura superficiale;

·     superfici con buona finitura;

·     assenza di ossidi superficiali;

·     alta produttività.

I metodi tradizionali per eseguire la lavorazione di estrusione dei materiali sono due e cioè, l’estrusione diretta e quella inversa. L’estrusione [FR] [EN]  diretta viene eseguita generalmente a caldo e consente di ricavare dei pezzi di dimensioni notevoli ed aventi profili anche relativamente complessi. Nel caso di estrusione inversa, il materiale estruso fuoriesce nella direzione contraria a quella di avanzamento del pistone premente.

Esaminiamo il ciclo tecnologico classico di una lavorazione per estrusione [IT]. Esso è costituito dalle seguenti fasi:

• Riscaldamento del pezzo alla temperatura di estrusione;
• Introduzione della billetta ed avvicinamento della matrice;
• Esecuzione della lavorazione di estrusione vera e propria;
• Taglio dell’estruso;
• Allontanamento della matrice;
• Avanzamento dello spintore e caduta della materozza.

            La parte più importante di tutta l’attrezzatura e senza dubbio la matrice. Questa viene realizzata normalmente in acciai caratterizzati da un’elevata resistenza a caldo o da carburi sinterizzati. Ovviamente il progetto della matrice richiede molta esperienza anche se, oggigiorno, ci vengono in aiuto le tecniche CAE  [DE]. Nella figura seguente è stata rappresentata una sezione molto semplice di una matrice per estrusione. Notiamo che è caratterizzata dalla presenza di un tratto troncoconico  iniziale che funge da imbocco, seguito da un tratto di calibrazione, di lunghezza opportuna, indicato con la lettera a. Questo tratto di calibrazione svolge anche un’importante funzione antiusura, in quanto offre del materiale per le lavorazioni che la matrice dovrà subire. 

Un altro aspetto importante di cui è opportuno tenere conto quando si esegue un’operazione di estrusione e la lubrificazione [EN] . Nell’estrusione a caldo per acciai e metalli refrattari si usa generalmente del vetro [IT] , il quale svolge la funzione di mantenere una buona viscosità ad alta temperatura ed, inoltre,  agisce anche da barriera termica. Generalmente si usano come lubrificanti anche della grafite o del disolfuro di molibdeno. Questa sostanza, grassa allo stato solido, non reagisce chimicamente con i metalli ed assicura un basso coefficiente di attrito, dal momento che presenta una struttura a lamelle. Tuttavia, è opportuno ricordare che le condizioni migliori per realizzare la lavorazione di estrusione, si hanno utilizzando dei pezzi grezzi con superfici lisce, già ben lubrificate.

Macchine per l’estrusione

Per eseguire questa lavorazione per deformazione plastica, si utilizzano delle presse di tipo idraulico, generalmente orizzontali, che raggiungono potenze molto elevate. Il materiale da estrudere, a forma di massello, viene deposto in un apposito contenitore generalmente di forma cilindrica.   Uno  stantuffo   o  punzone  comprime   poi  il  materiale   costringendolo  ad   uscire attraverso il foro della matrice.  Per l’esecuzione dell’estrusione di piccoli pezzi (capsule, tubetti, ecc.) le macchine hanno una potenza limitata anche se possono raggiungere elevate velocità. Le velocità tipiche del punzone sono fino a 0,5 m/s. Generalmente si preferiscono velocità inferiori per leghe bassofondenti più duttili come alluminio, magnesio, rame. Si utilizzano, invece, velocità maggiori per acciai e metalli refrattari.

Temperatura di estrusione.

Come già scritto precedentemente, l’estrusione è un processo che può essere eseguito sia a caldo che a freddo. Gli acciai ad alto tenore di carbonio e gli acciai legati sono  sempre estrusi a caldo. Solo alcuni materiali, come il piombo, l’alluminio [FR], lo stagno, il rame  [DE] e l’acciaio dolce possono essere estrusi anche a freddo. Le temperature più adatte per l’estrusione a caldo variano a seconda del materiale. Nella tabella n.1 sono riportate le temperature medie di estrusione di alcuni materiali.

Pressioni di estrusione.

Le pressioni di estrusione variano a seconda della qualità del materiale e a seconda della temperatura. Le pressioni sono comunque molto elevate e richiedono l’uso di speciali presse meccaniche ed idrauliche. Nella tabella n. 2 sono riportate le pressioni di estrusione a freddo di alcuni materiali.

Estrusione di tubi

Mediante la lavorazione di estrusione è possibile realizzare  tubi senza saldatura [EN]  [FR] . Nella figura seguente è schematizzata una classica attrezzatura utilizzata per l’estrusione di tubi. Si nota che la sezione anulare è realizzata mediante l’uso di una spina che può essere fissa oppure mobile. Ovviamente  la sezione del tubo dipende sia da quella della matrice che da quella della spina.  Il massello viene preventivamente forato per lasciar passare la spina. Questa operazione, in realtà, può essere evitata se il materiale è molto plastico. Il processo di estrusione dei tubi così realizzato e sostanzialmente molto laborioso e costoso e viene utilizzato in casi particolari come, ad esempio, per l’estrusione di tubi di piombo.

Estrusione di corpi cavi

Da strisce o bandelle di laminato si ricavano, a seguito di operazioni di tranciatura, i dischi del materiale da estrudere  [IT] . Il disco viene collocato sul fondo della matrice e un corpo cilindrico, detto punzone, colpisce violentemente il suddetto disco, costringendo a far defluire il materiale in senso contrario, attraverso la corona libera fra la matrice ed il punzone stesso.  Successivamente il punzone ed il pezzo estruso vengono sollevati ed, un apposito estrattore provvede a svincolare il punzone dal pezzo estruso.   Con questa procedura si riescono ad ottenere dei rapporti spessore/diametro fino a 0,005.

    Difetti d’estrusione

Elenchiamo brevemente alcuni difetti tipici [IT]  [EN]  [FR] che è possibile avere a seguito di una lavorazione di estrusione:

• Cricche superficiali dovute essenzialmente a velocità di esecuzione troppo elevate ed a locali aumenti della temperatura;
• Inclusioni di ossidi o di impurità che nell’estrusione vengono inglobati ed indirizzati verso il centro del pezzo dai flussi di materiali;
• Cricche interne dovute a deformazioni disomogenee. Generalmente si riducono aumentando l’attrito e  diminuendo l’angolo alla matrice