L’extrusion est un procédé utilisé pour créer des objets d’un profil de section fixe. Il consiste à pousser le matériau (une billette) à travers une matrice ou « filière » de de la forme souhaitée. Ses deux principaux avantages par rapport aux autres procédés de fabrication sont sa capacité à créer des sections transversales très complexes et à travailler des matériaux fragiles, car le matériau ne subit que des contraintes de compression et de cisaillement. Il crée également un excellent état de surface et offre une liberté de forme considérable dans le processus de conception.
Il est utilisé pour le métal (notamment pour l’aluminium), mais aussi beaucoup pour le plastique.
Les produits de l’extrusion sont appelés extrudés.
Notez qu’il ne faut pas confondre l’extrusion avec le tréfilage, qui consiste à tirer le matériau à travers une filière, au lieu de la pousser.
Extrusion du métal à froid
Une technique consiste à pratiquer l’extrusion à froid. Cela se produit sous des pressions considérables en agissant sur la déformation plastique du matériau brut. L’intérêt du procédé est sa précision, on parle d’ailleurs de forge de précision.
L’extrusion à froid se fait à température ambiante ou proche de la température ambiante. Les avantages de cette méthode par rapport à l’extrusion à chaud sont l’absence d’oxydation, une plus grande résistance due au travail à froid, des tolérances plus étroites, un meilleur état de surface et des vitesses d’extrusion rapides si le matériau est sujet au court-circuitage à chaud.
Les matériaux couramment extrudés à froid sont les suivants : plomb, étain, aluminium, cuivre, zirconium, titane, molybdène, béryllium, vanadium, niobium et acier.
Extrusion du métal à chaud
L’extrusion à chaud se passe dans des conditions de chaleur extrême:
- Magnésium: 350-450 °C
- Aluminium: 350-500°C
- Cuivre: 600-1100°C
- Acier: 1200-1300°C
- Titane: 700-1200°C
- Nickel: 1000-1200°C
Extrusion par friction
L’extrusion par friction a été inventée à The Welding Institute au Royaume-Uni et brevetée en 1991. À l’origine, elle était principalement conçue comme une méthode de production de microstructures et de distributions de particules homogènes dans les matériaux composites à matrice métallique[5]. L’extrusion par friction diffère de l’extrusion conventionnelle en ce que la charge (billette ou autre précurseur) tourne par rapport à la filière d’extrusion. Une force d’extrusion est appliquée de manière à pousser la charge contre la filière. En pratique, soit la filière, soit la charge peut tourner, soit elles peuvent tourner en sens inverse. Le mouvement rotatif relatif entre la charge et la filière a plusieurs effets importants sur le processus. Tout d’abord, le mouvement relatif dans le plan de rotation entraîne d’importantes contraintes de cisaillement, et donc une déformation plastique dans la couche de charge en contact avec la matrice et à proximité. Cette déformation plastique est dissipée par les processus de récupération et de recristallisation, ce qui entraîne un chauffage important de la charge qui se déforme. En raison du chauffage de la déformation, l’extrusion par friction ne nécessite généralement pas de préchauffage de la charge par des moyens auxiliaires, ce qui permet d’obtenir un processus plus efficace sur le plan énergétique. Deuxièmement, le niveau substantiel de déformation plastique dans la région du mouvement rotatif relatif peut favoriser le soudage à l’état solide des poudres ou d’autres précurseurs finement divisés, tels que les flocons et les copeaux, consolidant efficacement la charge (consolidation par friction) avant l’extrusion.
Extrusion hydrostatique
Dans le procédé d’extrusion hydrostatique, la billette est complètement entourée d’un liquide sous pression, sauf à l’endroit où la billette entre en contact avec la filière. Ce procédé peut être réalisé à chaud, tiède ou froid, mais la température est limitée par la stabilité du fluide utilisé. Le processus doit être réalisé dans un cylindre étanche pour contenir le milieu hydrostatique. Le fluide peut être mis sous pression de deux manières :
- Extrusion à taux constant : Un bélier ou un plongeur est utilisé pour pressuriser le fluide à l’intérieur du récipient.
- Extrusion à pression constante : Une pompe est utilisée, éventuellement avec un multiplicateur de pression, pour pressuriser le fluide, qui est ensuite pompé vers le récipient.
Les avantages de ce procédé sont l’absence de friction entre le récipient et la billette, ce qui réduit les besoins en force. Cela autorise des vitesses plus rapides, des rapports de réduction plus élevés et des températures de billette plus basses. En outre, le flux de matériau est plus régulier et de grandes billettes et de grandes sections transversales peuvent être extrudées. Enfin aucun résidu de billette n’est laissé sur les parois du récipient.
Les inconvénients sont que les billettes doivent être préparées en effilant une extrémité pour correspondre à l’angle d’entrée de la filière. Ceci est nécessaire pour former un joint au début du cycle. En général, la billette entière doit être usinée pour éliminer tout défaut de surface.
Il peut être difficile de contenir le fluide sous haute pression.
Un reste de billette ou un bouchon d’un matériau plus résistant doit être laissé à la fin de l’extrusion pour empêcher une libération soudaine du fluide d’extrusion.