Extrusion d'aluminium expliquée : outillage et processus

« Pour la plupart des ingénieurs, le moulage par injection et l'emboutissage sont les processus les plus courants, et on sait peu de choses sur l'aluminium ou l'extrusion d'aluminium. Cependant, nous constatons une tendance selon laquelle l’aluminium ou l’extrusion d’aluminium sont de plus en plus utilisés dans diverses industries, et l’utilisation de l’aluminium extrudé peut jouer un rôle inattendu dans la réduction des coûts et de la réduction du poids.

Dans notre dernier article de blog extrusion d'aluminiumNous avons brièvement abordé les principes fondamentaux de l'extrusion de l'aluminium, les méthodes d'extrusion, le choix des matériaux, ainsi que les avantages et les inconvénients de ce procédé. Ce n'est que lorsque nous aurons pleinement compris… processus, outillage, caractéristiques et application du moulage par extrusion d'aluminium et d'autres connaissances connexes, nous pouvons être en mesure de concevoir des extrusions d'aluminium pour garantir une haute qualité et un faible coût des extrusions d'aluminium, ce qui est le point le plus critique pour un bon DFM.

Pour vous apporter une compréhension plus complète du moulage par extrusion d’aluminium. Ce chapitre développera le processus d'extrusion d'aluminium sous trois aspects : outil tactile d'extrusion d'aluminium, caractéristiques du processus et scénarios d'application.

Matrices d'extrusion d'aluminium

Bien que les ingénieurs de conception de produits ne conçoivent pas de filières d'extrusion d'aluminium, comprendre la structure de base de la filière d'extrusion et le mécanisme par lequel elle forme différents profils d'extrusion peut aider à réduire les coûts des filières et à améliorer la productivité de l'extrusion grâce à une conception optimisée lors de la conception des extrusions.

Que sont les matrices d'extrusion d'aluminium

Les filières d'extrusion sont des disques d'acier circulaires essentiellement épais contenant une ou plusieurs ouvertures pour former le profil souhaité. Ils sont généralement fabriqués en acier pour matrice H-13 et sont traités thermiquement pour résister à la pression et à la chaleur de l'aluminium chaud lors de son passage à travers la matrice.

Matrices d'extrusion d'aluminium

Bien que l'aluminium semble être un métal très mou, il faut beaucoup de pression pour pousser un lingot d'aluminium solide (billet) à travers une fine filière d'extrusion d'aluminium poreuse afin de lui donner la forme souhaitée.

Types de matrices d'extrusion

Selon la forme de la section transversale des extrusions d'aluminium, leurs filières correspondantes sont divisées en trois catégories : matrices pleines, matrices semi-creuses et matrices creuses. Parmi eux, la matrice creuse a la structure la plus compliquée, facile à porter et à casser, et a le coût le plus élevé.

Matrice d'extrusion en aluminium solide

Matrice d'extrusion d'aluminium creuse

Matrice d'extrusion d'aluminium semi-creuse

Durée de vie de la matrice d'extrusion  

L'accumulation de chaleur et les pressions inégales (par exemple, parois minces, épaisseurs de paroi inégales et éléments saillants) résultant de la conception de l'extrusion d'aluminium sont les principales causes de la durée de vie des filières d'extrusion.

La chaleur et les pressions inégales peuvent être contrôlées par une conception appropriée de la matrice et les vitesses d'extrusion peuvent être réduites pour prolonger la durée de vie de la matrice, mais les matrices doivent éventuellement être remplacées.

Avant de concevoir une extrusion d'aluminium, l'ingénieur en conception structurelle du produit doit comprendre quelles caractéristiques de conception affecteront le plus significativement les coûts d'outillage. Changer la conception de la section transversale de l'extrusion d'aluminium, définir les tolérances appropriées et sélectionner le bon matériau en alliage d'aluminium peut réduire le coût d'usinage de la matrice d'extrusion d'aluminium en fonction des exigences.

Avantages du processus d'extrusion d'aluminium

Durabilité longue durée

La résistance de l’aluminium à la corrosion et aux intempéries est l’un de ses avantages les plus importants. L'aluminium rouille naturellement et résiste à la corrosion sans traitement supplémentaire. Cela est dû à la présence d’un mince film protecteur naturel d’oxyde d’aluminium sur sa surface. En anodisant, sa résistance à la corrosion peut devenir encore plus forte.

Pièces d'extrusion d'aluminium

Par exemple, dans les environnements extérieurs, l’anodisation peut être réalisée à 25 microns, ce qui améliore à la fois la résistance à la corrosion et la finition de surface. De plus, l’aluminium ne nécessite aucun entretien et peut être utilisé sans crainte de corrosion dans la plupart des cas.

Léger et solide

L'aluminium est plus de 33 % plus léger que l'acier tout en conservant l'essentiel de sa résistance. La plage de résistance à la traction de la plupart des alliages d'aluminium est d'environ 70 à 700 MPa, tandis que la densité est deux tiers inférieure à celle de l'acier.

Extrusion d'aluminium dans la carrosserie de l'Audi A8 en bleu

Les ingénieurs de conception de produits n'ont pas à se soucier de la résistance des pièces extrudées en aluminium, et elles peuvent être utilisées comme pièces structurelles dans l'industrie de la construction ainsi que dans l'industrie automobile. ce qui en fait la meilleure alternative aux autres matériaux métalliques. Les alliages d'aluminium sont largement utilisés dans l'industrie automobile pour leur légèreté et leur réduction d'énergie.

Bonne conductivité thermique

L'aluminium a une conductivité thermique extrêmement similaire à celle du cuivre, mais il est beaucoup plus léger. L'aluminium est un excellent conducteur thermique et la conception profilée de l'aluminium extrudé maximise la surface pour la conductivité thermique et la formation de canaux thermiques. Un exemple typique est un refroidisseur de processeur d'ordinateur, dans lequel l'aluminium est utilisé pour évacuer la chaleur du processeur.

Conducteur thermique en aluminium

Apparence élégante 

L'aluminium extrudé peut être peint, plaqué, poli et anodisé, ce qui offre aux ingénieurs une gamme d'options d'apparence plus large que les autres matériaux.

Pièces d'extrusion d'aluminium colorées

Large gamme d'applications

N'importe quelle forme de section peut être formée par extrusion d'aluminium, de sorte que l'application de l'extrusion d'aluminium est très large, les ingénieurs peuvent concevoir différentes sections pour répondre aux exigences de différents environnements d'application.

Large gamme d'applications de l'extrusion d'aluminium

Traitement secondaire facile 

Les extrusions d'aluminium peuvent être facilement formées, coupées, percées, usinées, estampées, pliées et soudées pour répondre à des besoins spécifiques.

Temps de cycle court et faible coût pour le traitement des matrices

L'extrusion d'aluminium a une filière simple, un cycle de traitement court et un faible coût.

 Absorption des impacts et des déformations

Dans la construction, les extrusions d’aluminium peuvent résister à la déformation causée par les intempéries et les mouvements du bâtiment. Dans les outils de transport, l’énergie d’impact peut être absorbée. Les extrusions d'aluminium conservent résistance et flexibilité sous charge et rebondissent en cas d'impact.

L'extrusion d'aluminium est utilisée dans les automobiles pour absorber l'énergie d'impact

Protection environnementale

L'aluminium est un matériau respectueux de l'environnement et peut être facilement recyclé.

Application du processus d'extrusion d'aluminium

L'aluminium est le métal du futur ; il est non seulement respectueux de l'environnement, léger, naturellement résistant à la corrosion et solide, mais il conduit également bien la chaleur et l'électricité. L'utilisation d'extrusions d'aluminium aux États-Unis a augmenté pour la sixième année consécutive et représente désormais près du quart (22 %) du marché total de l'aluminium en Amérique du Nord.

Alors que l'industrie de la construction continue de dominer l'utilisation des extrusions d'aluminium, leur utilisation s'est développée à mesure que de plus en plus d'ingénieurs et de concepteurs découvrent les possibilités de conception presque illimitées liées à l'utilisation d'extrusions d'aluminium. Voici les sept industries où l’aluminium occupe une place centrale :

1. Industrie aéronautique et aérospatiale 

Application dans l'industrie aéronautique

L'aluminium joue un rôle important sur le marché aérospatial depuis le début : les modèles originaux des frères Wright utilisaient des pièces en aluminium dans leurs moteurs pour réduire le poids. Aujourd'hui, l'aluminium représente 75 à 80 % des avions modernes et est souvent choisi pour les structures et les moteurs en raison de sa nature légère mais durable. L’aluminium est également l’un des principaux composants de nombreux engins spatiaux.

2. Industrie des transports

Dans l'industrie du transport, où la résistance spécifique est essentielle, les extrusions d'aluminium sont idéales pour les blocs moteurs, les carters de transmission, les panneaux, les poutres longitudinales et les châssis de toit, ainsi que les carrosseries et composants de véhicules pour automobiles, navires, camions, chemins de fer et véhicules de métro.

Application dans les transports

L’industrie du transport est le deuxième plus grand utilisateur d’extrusions d’aluminium et elle est en croissance. De Ford à Audi en passant par Mercedes-Benz, les ingénieurs et concepteurs automobiles ont cherché des moyens de remplacer les composants en acier par de l'aluminium pour améliorer le rendement énergétique et les performances. Les véhicules électriques utilisent également largement l’aluminium.

3. Industrie de la construction

Application dans l'industrie de la construction

Contrairement à l’acier, l’aluminium peut être extrudé selon des conceptions complexes et fabriqué pour répondre à des spécifications strictes en matière de produits de construction, contribuant ainsi à favoriser son utilisation dans de nombreux produits de construction résidentiels et commerciaux. Des fenêtres, portes, atriums et lucarnes aux rampes, balcons et diverses conceptions de toit, les architectes se tournent vers l'aluminium pour construire des bâtiments verts et durables qui résisteront à l'épreuve du temps.

4. Industrie de consommation

Application dans l'industrie de la consommation

Depuis que les extrusions d'aluminium ont été introduites dans les machines à laver et les sèche-linge, elles ont révolutionné le marché de l'électroménager, rendant les systèmes de climatisation et les réfrigérateurs plus économes en énergie que jamais. Aujourd’hui, bon nombre de nos articles du quotidien, notamment les équipements et meubles de fitness et d’exercice, sont fabriqués à partir d’aluminium extrudé.

5. Industrie électronique

Application dans l'industrie électronique

Les extrusions d'aluminium sont utilisées dans de nombreux appareils électriques et électroniques. Compte tenu de leur conductivité électrique et thermique unique, les extrusions d'aluminium personnalisées sont souvent utilisées pour les boîtiers de moteur, les dissipateurs thermiques à dissipation thermique élevée et les cadres internes. Dans certains cas, des boîtiers complets de produits sont conçus en aluminium, que l'on retrouve sur de nombreux ordinateurs portables, iPhone et iPad Apple, ainsi que sur les téléviseurs haute définition.

6. Industrie de l'éclairage  

Application dans l'industrie de l'éclairage

Grâce à la conductivité thermique de l'aluminium, les ingénieurs peuvent concevoir des luminaires complets à diodes électroluminescentes extrudées capables de transférer et de dissiper la chaleur pour une efficacité thermique optimale. De plus, les filières d'extrusion sont relativement peu coûteuses et les extrusions d'aluminium sont faciles à couper, façonner, plier, traiter et anodiser ou peindre, ce qui les rend idéales pour un éclairage efficace. Selon l’analyse de l’AEC de l’Aluminum Extrusion Council, « le potentiel de croissance des extrusions d’aluminium pour les lampes/boîtiers à diodes électroluminescentes dans tous les segments du marché est pratiquement illimité …… »

7. Industrie de l'énergie solaire

Extrusion d'aluminium dans un panneau solaire 

Lorsqu'il s'agit d'énergie solaire, une installation et un montage appropriés des panneaux solaires sont essentiels à la qualité et aux performances. En tant qu'alternative rentable à l'acier, les extrusions d'aluminium offrent la résistance nécessaire pour résister aux éléments naturels (tels que la neige et le vent) sans ajouter de poids, ce qui les rend idéales pour les panneaux montés sur le toit et les systèmes photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV).

résumer

Prolean propose une large gamme de matériaux pour l'extrusion de l'aluminium, notamment les métaux et les plastiques. Veuillez consulter le exemple de liste de matériaux nous utilisons. Si vous avez besoin de matériel qui n'est pas répertorié ici, veuillez contactez-nous. car nous pourrons probablement le trouver pour vous.