What is Impact Extrusion
Impact extrusion is a highly efficient manufacturing technique used to produce various products. Which is one of the fastest ways to get to near-net shape for many parts and components. Our process begins with a lubricated metal slug—also called a blank or a puck—that is placed in a die cavity. The metal puck is struck with a punch powered by a mechanical or hydraulic press. This forces the metal to flow into a shape or position almost instantly. In this post, we will cover its working principles, materials used, surface treatments available, advantages, disadvantages, applications, and future trends.
Como funciona a extrusão de impacto?
A extrusão por impacto é um processo de fabricação usado para criar peças metálicas ocas com paredes finas. Veja a seguir uma visão detalhada de como ele funciona:
TYPES OF IMPACT EXTRUSIONS
Reverse Impacting
In reverse-impact extrusions, metal flows backwards—in the opposite direction in which the force is applied—and then around the punch. The resultant part has a shape similar to that of the punch.
Forward Impacting
In forward impact extrusions, the punch pushes the material through an aperture inside the die. The punch fits into the cavity to the point that the metal cannot flow backward.
Combination Impacting
Combination Impacting is the combination of two impacting processes. Making more complicated shapes for parts Combination impacting pushes metal through a hole and as well backward around the punched.
The Basics of Impact Extrusion
Impact Extrusion is a precise and efficient machining process that produces high-quality cylindrical parts by rotating a workpiece against a cutting tool. This technology is crucial in various industries, from automotive to aerospace, due to its ability to create intricate and accurate components.
1. Colocação de material
O processo começa com um pedaço de metal, geralmente um material macio e dúctil, como alumínio, cobre, chumbo, zinco ou estanho. Essa peça é colocada em uma matriz, uma ferramenta que molda o material.
2. Movimento do punção
Em seguida, um punção, uma peça sólida de metal, atinge o projétil em alta velocidade e pressão. A força de impacto geralmente é gerada por uma prensa mecânica ou hidráulica.
3. Fluxo de metal
Após o impacto, o metal flui ao redor do punção e para dentro da cavidade da matriz, assumindo o formato da matriz. O fluxo do metal ocorre principalmente na direção radial, permitindo que o material se espalhe de forma fina e uniforme.
4. Ação do dado
A matriz, que é usinada com precisão para o formato desejado do produto final, confina e direciona o fluxo do metal. Dependendo do projeto da matriz, o processo pode criar várias formas, incluindo perfis cilíndricos, cônicos ou complexos.
5. Ejeção
Depois que o punção se retrai, a peça recém-formada é ejetada da matriz. Essa etapa pode envolver sistemas mecânicos adicionais para garantir que a peça seja removida sem danos.
The Basics of Impact Extrusion
Vários fatores afetam a qualidade e a eficiência do processo de extrusão por impacto:
- Temperatura
Embora a extrusão por impacto seja geralmente um processo de trabalho a frio (realizado em temperatura ambiente), a temperatura do material pode influenciar suas características de ductilidade e fluxo. Às vezes, o pré-aquecimento do metal pode ser benéfico, especialmente para materiais mais duros.
- Pressão e velocidade
A pressão exercida pelo punção e a velocidade com que ele atinge a lesma são fundamentais. Pressões mais altas e velocidades mais rápidas normalmente resultam em melhor fluxo de material e formas mais precisas, mas exigem maquinário e ferramentas robustos.
- Lubrificação
Para minimizar o atrito e evitar danos à matriz e ao punção, a lubrificação é frequentemente aplicada às superfícies da bala e da matriz. Isso também ajuda na ejeção suave da peça final.
Vantagens e desvantagens da extrusão de impacto
Vantagens
Preparação:
Taxas de produção rápidas.
Utilização de materiais:
Mínimo desperdício em comparação com outros métodos.
Baixo custo:
Econômico para produção em larga escala.
Precisão:
Alta precisão dimensional e consistência.
Desvantagens
Investimento em equipamentos:
Requer um capital inicial significativo.
Requisitos de material:
Apenas alguns metais são adequados.
Escopo limitado:
Melhor para formas e tamanhos específicos.
MATERIALS FOR IMPACT Extrusion
A seleção do material é fundamental para o sucesso do processo de extrusão por impacto. A escolha do material afeta a facilidade de extrusão, a qualidade do produto final e a variedade de aplicações possíveis. Aqui, discutiremos os materiais comuns usados na extrusão de impacto, suas características e os graus ou ligas típicos.
Características:
- Leve
- Alta ductilidade
- Excelente resistência à corrosão
- Boa condutividade térmica e elétrica
Classes/ligas comuns:
- 1100: alumínio comercialmente puro, conhecido por sua excelente ductilidade e resistência à corrosão. Ideal para aplicações que exigem boa conformabilidade.
- 3003: Uma liga com manganês, que proporciona maior resistência do que o 1100, mantendo boa conformabilidade e resistência à corrosão.
- 6061: Uma liga tratável termicamente com magnésio e silício, que oferece boas propriedades mecânicas e soldabilidade. Adequado para aplicações que exigem maior resistência.
Características:
- Excelente condutividade elétrica e térmica
- Alta ductilidade
- Boa resistência à corrosão
Classes/ligas comuns:
- C11000 (Cobre eletrolítico de passo duro): Alta condutividade elétrica, usada em componentes elétricos e eletrônicos.
- C12200 (Cobre fosforizado): Maior resistência à corrosão e soldabilidade, usado em sistemas de encanamento e aquecimento.
- C14500 (cobre telúrio): Melhor usinabilidade, mantendo boa condutividade elétrica, usado em conectores e contatos elétricos.
Características:
- Alta densidade
- Excelente resistência à corrosão
- Baixo ponto de fusão
- Boa maleabilidade
Classes/ligas comuns:
- Chumbo puro: Usado em aplicações que exigem alta densidade e proteção contra radiação.
- Ligas de chumbo e antimônio: Dureza e resistência aprimoradas, usadas em grades de baterias e blindagem contra radiação.
- Ligas de chumbo-estanho: Propriedades mecânicas e resistência à corrosão aprimoradas, usadas em aplicações de solda e rolamentos.
Características:
- Boa resistência à corrosão
- Alta ductilidade
- Baixo ponto de fusão
- Econômico
Classes/ligas comuns:
- Zamak 3: uma liga de zinco-alumínio com excelentes propriedades de fundição e boa resistência mecânica. Usada em aplicações de fundição sob pressão.
- Zamak 5: semelhante ao Zamak 3, mas com maior teor de cobre para aumentar a resistência e a dureza. Usado em componentes automotivos e de hardware.
- Ligas de zinco-alumínio (ZA-8, ZA-12): Maior teor de alumínio para maior resistência e dureza, usado em componentes de precisão.
Características:
- Alta relação resistência/peso
- Excelente resistência à corrosão
- Boa biocompatibilidade
- Alto ponto de fusão
Classes/ligas comuns:
- Grau 1: Titânio puro, que oferece excelente resistência à corrosão e conformabilidade. Usado em processamento químico e aplicações marítimas.
- Grau 2: Titânio puro com boa resistência e ductilidade, amplamente utilizado em aplicações industriais.
- Grau 5 (Ti-6Al-4V): Uma liga com alumínio e vanádio que proporciona alta resistência, peso leve e boa resistência à corrosão. Usado na indústria aeroespacial, em implantes médicos e em aplicações de engenharia de alto desempenho.
Tratamento de superfície na extrusão por impacto
O tratamento de superfície é um aspecto vital do processo de extrusão por impacto, afetando significativamente o desempenho, a durabilidade e a aparência do produto final. O tratamento adequado da superfície pode melhorar propriedades como resistência ao desgaste, resistência à corrosão e estética. Aqui, exploraremos a importância do tratamento de superfície, os métodos comuns e seu impacto no desempenho do produto.
Importância do tratamento de superfície
O tratamento da superfície é fundamental por vários motivos:
- Enhances Durability: Increases resistance to wear and tear, extending the product’s lifespan.
- Improves Corrosion Resistance: Protects against environmental factors, preventing rust and degradation.
- Optimizes Surface Properties: Improves hardness, reduces friction, and enhances conductivity.
- Aesthetic Appeal: Provides a polished, uniform appearance, improving the product’s marketability.
- Functional Performance: Enhances specific properties required for the product’s application, such as electrical conductivity or reflectivity.
Métodos comuns de tratamento de superfície
Polimento mecânico
- Purpose: To smooth the surface and improve its appearance.
- Process: Involves abrasive techniques to remove surface irregularities and achieve a mirror-like finish.
- Applications: Used for products requiring a high-gloss finish, such as consumer goods and decorative items.
Tratamento químico
- Purpose: To clean and prepare the surface for further processing.
- Process: Involves using acids, alkalis, or other chemicals to remove oxides, scale, and contaminants.
- Applications: Pre-treatment for plating or coating processes, ensuring better adhesion and uniformity.
Galvanoplastia
- Purpose: To deposit a thin layer of metal onto the surface.
- Process: Involves using an electrolytic solution to deposit metals such as chromium, nickel, or gold onto the product.
- Applications: Used in electronics, automotive, and jewelry for enhanced corrosion resistance, electrical conductivity, and aesthetics.
Shot Peening
- Purpose: To improve fatigue strength and resistance to stress-corrosion cracking.
- Process: Involves bombarding the surface with small spherical media to induce compressive residual stresses.
- Applications: Used in aerospace, automotive, and heavy machinery components to enhance durability.
Anodização
- Purpose: To increase the thickness of the natural oxide layer on the surface.
- Process: An electrochemical process that enhances corrosion resistance and allows for dyeing the surface in various colors.
- Applications: Commonly used for aluminum products in the aerospace, automotive, and consumer electronics industries.
Revestimento em pó
- Purpose: To apply a protective and decorative coating.
- Process: Involves applying a dry powder to the surface and curing it under heat to form a durable finish.
- Applications: Widely used in the automotive, appliance, and furniture industries for a high-quality, long-lasting finish.
Passivação
- Purpose: To enhance corrosion resistance.
- Process: Involves treating the surface with a nitric or citric acid solution to remove free iron and form a passive oxide layer.
- Applications: Used for stainless steel and other corrosion-resistant alloys in medical and food processing equipment.
Surface Treatment Impact on Product Performance
- Wear Resistance
Surface treatments like electroplating and anodizing can increase the wear resistance of products used in harsh environments, making them more resilient in such conditions as corrosion.
- Corrosion Resistance
Corrosion-resistant treatments such as anodizing, passivation, and powder coating provide crucial corrosion protection to products subjected to extreme environments.
- Aesthetics
Aesthetics Mechanical polishing, anodizing, and powder coating enhance the aesthetic value of products to make them more desirable to consumers.
- Functional Properties
Electroplating with metals like gold or silver enhances electrical conductivity, essential for electronic components.
Anodizing can improve thermal conductivity and emissivity, beneficial for heat dissipation applications.
Choosing the appropriate surface treatment depends on several factors:
- Material Type: Different materials respond differently to surface treatments. For example, aluminum is commonly anodized, while steel might be electroplated or powder coated.
- Application Requirements: Consider the specific performance needs such as corrosion resistance, wear resistance, electrical conductivity, and aesthetic requirements.
- Cost and Production Volume: Some surface treatments are more cost-effective for large production volumes, while others may be better suited for smaller, high-value items.
- Environmental Considerations: Eco-friendly processes and materials are increasingly important in modern manufacturing.
Applications of Impact Extrusion
Impact extrusion is a versatile manufacturing process used across various industries due to its ability to produce high-quality, lightweight, and complex metal parts. Here, we explore the specific applications of impact extrusion in different sectors:
Electronics Industry
Packaging Industry
Medical
and Pharma-ceutical Industry
Consumer Goods
Energy Industry
- Automotive Industry
- Aerospace Industry
- Electronics Industry
- Packaging Industry
Components:
- Engine Parts: Cylinders, pistons, and valve lifters are often produced using impact extrusion due to the need for high strength and precise tolerances.
- Heat Exchangers: The process is ideal for creating thin-walled tubes and fins used in radiators and intercoolers.
- Brackets and Supports: Lightweight yet strong components that support various systems within the vehicle.
Benefits:
- Weight Reduction
- Strength and Durability
- Precision
Components:
- Structural Parts: Frames, ribs, and stiffeners used in aircraft fuselage and wings.
- Landing Gear Components: Strong and lightweight parts that need to withstand high-impact forces.
- Heat Shields and Panels: Thin-walled components used in thermal protection systems.
Benefits:
- High Strength-to-Weight Ratio
- Corrosion Resistance
- Precision Manufacturing
Components:
- Enclosures and Housings: Cases for electronic devices such as smartphones, laptops, and tablets.
- Connectors and Contacts: Precision parts used in electrical connectors and interconnects.
- Heat Sinks: Efficiently dissipate heat from electronic components.
Benefits:
- Thermal Management
- Miniaturization
- Aesthetic and Functional Finishes
Components:
- Metal Cans and Containers: Beverage cans, aerosol cans, and food containers.
- Tubes: Collapsible tubes for products such as toothpaste, creams, and gels.
Benefits:
- Seamless Construction
- High-Speed Production
- Recyclability
- Medical and Pharmaceutical Industry
- Consumer Goods
- Energy Industry
Components:
- Medical Devices: Housings and components for devices such as inhalers, insulin pens, and surgical instruments.
- Implants: Structural components for orthopedic implants and dental implants.
Benefits:
- Biocompatibility
- Precision and Cleanliness
- Customizability
Components:
- Sporting Goods: Components for items like golf clubs, fishing reels, and bicycle frames.
- Appliances: Structural and functional parts for household appliances.
- Tools: Durable and lightweight hand tools and power tool components.
Benefits:
- Enhanced Performance
- Durability
- Aesthetic Appeal
Components:
- Battery Housings: Casings for lithium-ion and other batteries used in electric vehicles and portable electronics.
- Heat Exchangers: Components for systems in power plants and renewable energy installations.
- Fuel Cells: Parts used in hydrogen fuel cells and other energy generation devices.
Benefits:
- Efficiency
- Reliability
- Customization
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