L'extrusion d'aluminium est un procédé de fabrication qui transforme des billettes d'aluminium solides en profilés façonnés. Le processus semble simple. Chauffez une billette, poussez-la à travers une filière et refroidissez le profil obtenu. En pratique, chaque étape implique plusieurs variables qui doivent être contrôlées pour obtenir une qualité constante. Cet article explique le processus en termes pratiques, en se concentrant sur les variables contrôlées par les opérateurs et les problèmes courants qu'ils rencontrent.
La billette : qualité des matières premières
Le processus commence par la billette. Les billettes sont moulées à partir d'aluminium fondu et sont généralement cylindriques, avec des diamètres allant de six à douze pouces et des longueurs de deux à six pieds. L'alliage de billette détermine les propriétés finales du profilé extrudé. Différents alliages ont des caractéristiques d'extrusion différentes. Certains alliages sont faciles à extruder et produisent une bonne finition de surface. D'autres sont difficiles à extruder et nécessitent un contrôle minutieux.
La qualité des billettes est essentielle. Les défauts internes tels que la porosité, la ségrégation et les fissures provoquent des défauts de surface sur le profilé extrudé. Les défauts de surface tels que les rayures et la saleté provoquent des lignes de matrice et une mauvaise finition. Une billette non homogène produit des profils aux propriétés mécaniques incohérentes.
Le contrôle pratique de la qualité des billettes est l’inspection visuelle et l’analyse chimique. La surface de la billette doit être lisse et exempte de fissures. Les extrémités des billettes doivent être plates et carrées. La composition chimique doit correspondre aux spécifications de l'alliage. Tout écart doit être rejeté ou faire l’objet d’une enquête.
Chauffer la billette
La billette doit être chauffée à la température d'extrusion avant d'être pressée. La température d'extrusion varie selon l'alliage mais se situe généralement entre quatre cent et cinq cents degrés Celsius. La billette est chauffée dans un four, qui peut être un four à gaz-ou un four à induction.
Le paramètre le plus critique lors du chauffage est l’uniformité de la température. La billette doit être chauffée uniformément dans tout son volume. Si le centre est plus froid que la surface, le processus d'extrusion sera instable. Si la surface est plus froide que le centre, des défauts de surface apparaîtront.
La méthode pratique pour obtenir une température uniforme consiste à utiliser un four doté de plusieurs zones de chauffage et d’une bonne circulation. Le four doit avoir des thermocouples à plusieurs endroits pour surveiller la température. La billette doit être chauffée assez lentement pour permettre à la chaleur de pénétrer jusqu'au centre. Un temps de chauffage typique est de quarante-cinq à soixante minutes.
La presse à extrusion : pousser le métal à travers la filière
La presse d'extrusion pousse la billette chauffée à travers la filière. La presse est hydraulique et développe une force immense, allant généralement de mille à dix mille tonnes. La presse comporte un conteneur qui contient la billette, un bélier qui pousse la billette et une matrice qui façonne le métal.
Le processus d'extrusion comporte deux phases. La première phase est la phase de refoulement, où le bélier comprime la billette jusqu'à ce qu'elle remplisse le conteneur. La deuxième phase est la phase d’extrusion, où le métal s’écoule à travers la filière. La transition entre les deux phases se fait en douceur si la billette est à la bonne température et la presse est correctement réglée.
Le paramètre le plus important lors de l’extrusion est la température de sortie. Le métal doit sortir de la filière à la bonne température pour atteindre les propriétés mécaniques souhaitées. Si la température de sortie est trop basse, le métal risque de ne pas être complètement extrudé et de présenter de mauvaises propriétés. Si la température de sortie est trop élevée, le métal peut être endommagé et avoir une mauvaise finition de surface.
La méthode de contrôle pratique consiste à surveiller en permanence la température de sortie et à ajuster la vitesse d’extrusion en conséquence. Une vitesse plus rapide augmente la température de sortie. Une vitesse plus lente le diminue. L'opérateur doit trouver l'équilibre qui produit une bonne qualité et une bonne productivité.
Le dé : façonner le métal
La matrice est l'outil qui façonne le métal. Il est généralement fabriqué en acier à outils et est conçu spécifiquement pour chaque profil. La filière a un roulement, qui est la section droite à la sortie de la filière. La longueur du roulement détermine la qualité du profil et la durée de vie de la matrice.
La matrice doit être préchauffée avant d'être utilisée. La température de préchauffage est généralement de quatre à cinq cents degrés Celsius. Une matrice froide fait adhérer la première billette au roulement, produisant un mauvais état de surface et une durée de vie courte de la matrice. Une filière trop chaude peut avoir une résistance réduite et se déformer lors de l'extrusion.
Les pratiques pratiques de gestion des matrices comprennent l'inspection de la matrice avant chaque passage, la mesure de la longueur du roulement et la vérification de l'absence de fissures ou d'usure. La matrice doit être nettoyée après chaque passage pour éliminer les résidus d'aluminium. La filière doit être réparée lorsque le roulement est usé ou lorsque des fissures apparaissent.
Refroidir le profil
Le profil doit être refroidi après sa sortie de la filière. La méthode de refroidissement dépend de l'alliage et des propriétés mécaniques requises. Certains alliages nécessitent un refroidissement rapide, appelé trempe, pour obtenir les propriétés souhaitées. D'autres alliages peuvent être refroidis lentement.
La méthode de refroidissement la plus courante est le refroidissement par air forcé. Le profilé passe à travers une table de refroidissement équipée de ventilateurs qui soufflent de l'air à travers le profilé. La vitesse de refroidissement est contrôlée par la vitesse du ventilateur et la vitesse du profil. Un taux de refroidissement plus rapide produit une résistance plus élevée mais peut provoquer une distorsion. Un taux de refroidissement plus lent produit une résistance moindre mais une meilleure stabilité dimensionnelle.
Le contrôle pratique du refroidissement consiste à surveiller la température du profil après le refroidissement et à ajuster la vitesse de refroidissement en conséquence. Le profilé doit être refroidi à température ambiante avant d'être manipulé ou découpé. Les profils chauds sont mous et facilement endommagés.
Étirer le profil
Le profil est étiré après refroidissement. Le processus d'étirement redresse le profil et élimine toute torsion ou flexion. Le profilé est tiré par une civière qui saisit les deux extrémités et applique une tension.
La quantité d'étirement est généralement de un à trois pour cent de la longueur d'origine. Trop peu d'étirement laisse le profil courbé. Un étirement excessif réduit la section transversale du profil-et peut provoquer des fissures.
La procédure d'étirement pratique consiste à mesurer la longueur du profil avant et après l'étirement et à calculer le pourcentage d'étirement. Le pourcentage d'étirement doit être enregistré pour chaque profil et comparé à la norme. Un pourcentage d'étirement constant indique un bon contrôle du processus.
Vieillissement du profil
Le profil est vieilli après étirement. Le vieillissement est un traitement thermique qui renforce l'aluminium en précipitant les éléments d'alliage. La température et la durée de vieillissement varient selon l'alliage, mais sont généralement de cent soixante-dix à deux cents degrés Celsius pendant six à douze heures.
Le four vieillissant doit avoir une bonne uniformité de température. Les profilés doivent être espacés uniformément dans le four pour permettre la circulation de l'air. La température du four doit être surveillée en permanence pour garantir qu'elle reste dans la plage spécifiée.
Le contrôle pratique du vieillissement consiste à surveiller la température du four à plusieurs endroits et à enregistrer la température toutes les heures. La dureté des profilés doit être testée après vieillissement pour confirmer que la résistance requise a été atteinte.
Problèmes de qualité courants et leurs solutions
Plusieurs problèmes de qualité surviennent fréquemment dans les usines d’extrusion. Comprendre les causes et les solutions est essentiel pour maintenir la qualité.
Les rayures de surface sont causées par des surfaces rugueuses dans la filière, la table de refroidissement ou l'équipement de manutention. La solution consiste à inspecter et à lisser toutes les surfaces en contact avec le profilé. Les roulements usés doivent être remplacés. Les surfaces rugueuses de la table de refroidissement doivent être meulées et lisses.
Les imprécisions dimensionnelles sont causées par une température d'extrusion incorrecte, un pourcentage d'étirement incorrect ou un refroidissement irrégulier. La solution consiste à contrôler constamment la température, l’étirement et le refroidissement. Les dimensions du profil doivent être mesurées fréquemment et les ajustements effectués si nécessaire.
Les cloques et les bulles sont causées par l'air ou l'humidité emprisonné dans la billette. La solution est de s’assurer que la billette est bien homogénéisée et que l’atmosphère du four est sèche. La surface de la billette doit être exempte de fissures et de porosité.
Les lignes de filière sont causées par l’usure du roulement de filière. La solution est d’inspecter régulièrement le roulement de filière et de le réparer lorsqu’une usure est détectée. La matrice doit être polie pour obtenir une finition lisse avant chaque passage.
La torsion et l'arc sont causés par un refroidissement inégal ou un étirement incorrect. La solution est de s'assurer que le profil refroidit uniformément et que le pourcentage d'étirement est correct. La table réfrigérante doit avoir une bonne circulation d’air et ne doit pas avoir de points chauds ou froids.
Le rôle de l'opérateur dans la qualité
L'opérateur a l'impact le plus direct sur la qualité. L'opérateur surveille le processus, effectue des ajustements et détecte les problèmes avant qu'ils ne deviennent des déchets. Un opérateur qualifié constitue l'atout le plus précieux de l'usine.
Les responsabilités de l'opérateur incluent la surveillance de la température, de la vitesse et de la pression d'extrusion. Ils doivent surveiller le profil à la sortie de la matrice et vérifier les défauts de surface. Ils doivent mesurer les dimensions du profil et vérifier l’exactitude dimensionnelle. Ils doivent enregistrer les données du processus et signaler tout écart.
La formation pratique destinée aux opérateurs comprend à la fois un enseignement en classe et une formation sur le terrain--. L'opérateur doit comprendre les principes de base du processus d'extrusion. Ils doivent savoir comment régler la température, la vitesse et la pression. Ils doivent savoir comment inspecter le profil et comment ajuster le processus lorsque des problèmes surviennent.
Entretien de l'équipement
La maintenance des équipements est essentielle pour une qualité constante. Une presse mal entretenue produira des profils incohérents. Un four qui n’est pas calibré aura des températures inexactes. Une table de refroidissement qui n'est pas nettoyée contiendra des débris qui endommageront le profil.
Le programme de maintenance pratique comprend des tâches quotidiennes, hebdomadaires et mensuelles. Les tâches quotidiennes comprennent la vérification des niveaux d'huile, l'inspection des matrices et le nettoyage de la table de refroidissement. Les tâches hebdomadaires comprennent le changement des filtres, la lubrification des roulements et la vérification des connexions électriques. Les tâches mensuelles comprennent l'étalonnage des thermocouples, l'analyse de l'huile hydraulique et l'inspection de la structure de la presse.
Conclusion
Le processus d’extrusion de l’aluminium comporte de nombreuses variables, mais les principes de base sont simples. Chauffez la billette uniformément, extrudez-la à la bonne température et à la bonne vitesse, refroidissez-la uniformément, étirez-la de manière cohérente et vieillissez-la correctement. Lorsque chaque étape est soigneusement contrôlée, le résultat est un profil de haute-qualité. Lorsqu’une étape est négligée, le résultat est un abandon. La différence entre une bonne usine et une mauvaise usine réside dans l’attention portée aux détails et la discipline dans le respect des procédures. Le meilleur équipement est gaspillé si l’opérateur ne comprend pas le processus. La matrice la plus chère est inutile si elle n’est pas entretenue correctement. Le succès dans le domaine de l'extrusion vient d'une attention constante portée à tous les détails, chaque jour, à chaque quart de travail.
