1 Introdução

A trefilação é um processo utilizado para fabricar barras, arames e tubos, onde

uma força trativa faz com que a barra, um arame ou um tubo de metal,

geralmente com geometria circular, atravesse uma ferramenta cônica

denominada fieira, o que ocasiona a redução do diâmetro. A redução do

diâmetro da peça é, em sua maior parte, devido ao escoamento plástico do

material, que é causado por uma reação de compressão realizada pela

ferramenta no metal enquanto esse sofre a ação da força trativa. A força

trativa é aplicada por um mecanismo do outro lado da fieira que “puxará”

realizando a força necessária para que essa barra a atravesse, reduzindo

assim o diâmetro (SOUZA, 2011)

Existem muitas aplicações da trefilagem podendo se destacar como produção

de fios elétricos, cabos, clipes de papel, corda para instrumentos musicais e

raio para rodas. Ela é utilizada na produção de fios há cerca de 1200 anos,

existindo evidência de seu uso em metais como ouro e prata (MARTINEZ,

1998)

A trefilação pode também ser realizada em tubos ocos e, neste caso, existem

diversas técnicas empregadas, com a utilização, ou não, de um mandril interno

ao tubo que permite um melhor controle da espessura final (SOUZA, 2011).

Geralmente os processos de trefilação são realizados à temperatura ambiente,

no entanto, uma vez que as deformações envolvidas são normalmente

grandes, ocorre um aumento considerável de temperatura durante a operação

(MARTINEZ, 1998)

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2 O processo de trefilação

O processo de trefilação tem início com o fio-máquina que é o material

laminado a quente que não se fabrica em diâmetros menores que 5,5 mm.

Recorre-se também a recozimentos intermediários, pois casa passe de

redução da seção transversal o material sofre um encruamento verificado pela

elevação da tensão de escoamento do material, que ao atingir um certo valor,

torna trefilação impraticável.

Durante a etapa de recozimento, o aço coeficiente adquire uma película

superficial de óxido que deve ser eliminada anteriormente a trefilação, devido

ao maior coeficiente de atrito correspondente quando comparado com a

superfície nua. O processo que é usado para eliminar essa película de óxido é

conhecido como decapagem.

A decapagem é uma etapa necessária não somente para eliminar os óxidos,

mas principalmente para obtenção de uma superfície que retenha o lubrificante.

Ela é realizada pela passagem dos rolos de arame por sistemas mecânicos

(decapagem mecânica) ou por tanques em meio químico (decapagem química)

(MARTINEZ, 1998).

3 Parâmetros da trefilação

Nos últimos trinta anos, o estudo sobre trefilação aumentou consideravelmente,

para entender o escoamento do material quando passa pela fieira, para evitar a

fratura do material durante o processo e para aperfeiçoar a geometria da fieira.

Desta forma, parâmetros como força de trefilação, lubrificação, temperatura,

transferência de calor, entre outros têm sido estudados (SOUZA, 2011).

3.1 Forças de trefilação

A força de trefilação é que faz o material atravessar a fieira. A força trativa, que

desloca a barra dentro da fieira, pode ser relacionada matematicamente pela

equação de Siebel (SOUZA, 2011).

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F=A1 . φA . K fm .(1+μα

+23.αφ A )❑ Equação 1

Onde:

Kfm= Tensão de escoamento médio

φA = Deformação verdadeira em área do material

µ = atrito de Coulomb

α = Semi- ângulo da fieira

A1= área final da peça

3.2 Ângulos de fieira

Para cada percentual de redução de área haverá um ângulo de fieira pelo qual

a força trativa necessária para que a barra atravesse a fieira será mínima. É

importante conhecer oângulo de fieira que minimize a força de trefilação,

denominado ângulo ótimo, permitindo desta forma, reduzir os gastos com

energia, os valores de tensões envolvidas e o risco de rompimento da barra.

Esse ângulo é calculado pela equação (SOUZA, 2011).

α=√φ A . 32 μ Equação 2

3.3 Curvas de escoamento

O processo de trefilação também é influenciado pela curva de escoamento do

material, ou seja, a forma como o material se comporta quando submetido à

aplicação de carga uniaxial.

Todo objeto metálico quando submetido a algum esforço sofre deformação.

Esse objeto pode ou não recuperar as dimensões originais após a retirada do

esforço. Quando a deformação é irreversível, ou seja, o objeto não recupera

suas dimensões originais ela é dita plástica, mas se ela é reversível o objeto

sofreu uma deformação elástica (SOUZA, 2011).

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A figura abaixo se apresenta uma curva tensão- deformação típica para um

material dúctil, entre eles, o aço.

Figura1 - Curva tensão-deformação

A região elástica é descrita matematicamente pela lei de Hooke, onde a tensão

aplicada e a deformação sofrida pelo material podem ser relacionadas

linearmente com a constante chamada de módulo de Young

σ=E .ε Equação 3

Onde:

E= Módulo de elasticidade do material

ε = Deformação do material

Na região plástica não s verifica a lei de Hooke. A forma mais comum é a

expressão potencial indicada pela equação abaixo

σ=K εn Equação 4

4

Onde:

K = Tensão para ϵ=1,0,

n = coeficiente de escoamento.

3.4 Atrito

O atrito pode ser definido como a resistência ao movimento das superfícies de

dois corpos em contato, durante o deslizamento de um sobre o outo. Ele

influencia significativamente a deformação do material, alterando os valores de

forças e desgaste na relação ferramenta- peça.

A base da teoria do atrito é que superfícies reais possuem picos e depressões,

dessa forma, quando são colocadas em contato, esses picos e depressões

entram em contato causando resistência ao movimento.

O atrito é fundamental em processos de transformação de matais,

transformando-se e um dos principais parâmetros a serem controlados nos

processos. Em processo de trefilação, as pressões entre a fieira e a peça de

trabalho são muito altas (SOUZA, 2011).

Para minimizar o atrito, normalmente são utilizados lubrificantes para separar a

fieira e a peça.

4 Os elementos do tribo- sistema

4.1 Tribos- elemento móvel- fio

O fio é o tribo- elemento móvel, composto normalmente por uma estrutura

metálica policristalina que tem origem na laminação a quente. A qualidade da

superfície do material após a laminação a quente é caracterizada por diversos

fatores podendo-se destacar a presença de defeitos, a rugosidade superficial, o

estado estrutural da superfície. Estas propriedades de superfície são formadas

principalmente durante a laminação a quente e posterior resfriamento

acelerado. A remoção da escama permite o controle dos defeitos da

superfície(MARTINEZ, 1998).

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A condição superficial do material a ser trefilado é um dos fatores mais

importantes a influenciar a trefilação, pois determina o regime de lubrificação

na zona de deformação e manutenção do lubrificante durante a trefilação

(MARTINEZ, 1998)

A rugosidade do fio influencia o mecanismo de lubrificação e,

consequentemente, a rugosidade do produto. Superfícies com rugosidades

paralelas a direção de escoamento uma maior possibilidade de fuga do

lubrificante quando comparado com as rugosidades perpendiculares

(MARTINEZ, 1998).

4.2 Tribo- elemento estacionário- Fieira

A ferramenta apropriada para realizar convenientemente o processo de

trefilação é o tribo- elemento estacionário denominado fieira, que é constituída

de regiões distintas ao longo do furo interno. A fieira é fabricada com materiais

de extrema resistência ao desgaste, empregando-se normalmente metal duro

(caboneto de tungstênio), diamante, e materiais cerâmicos. Qualquer que seja

o material usado na fabricação das ferramentas para trefilaçãosão exigidas as

seguintes características:

- Deve permitir a trefilação de grande quantidade de fios sem que ocorra um

desgaste acentuado da fieira;

- permitir a adoção de elevadas reduções de secção;

- conferir calibração constante do diâmetro do fio;

- conferir longa vida a ferramenta, sem necessidade de paradas da máquina de

trefilar para controle de dimensões e substituição da ferramenta (MARTINEZ,

1998).

As exigências feitas sobre a ferramenta estão voltadas a sua durabilidade, que

somente poderá ser obtida pelas condições de baixo atrito e desgaste. A

durabilidade da fieira depende dos regimes de lubrificação presentes no

processo que, dependem da rugosidade da ferramenta e do material a

conformar. Desta forma, a rugosidade da peça e da ferramenta influenciam o

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mecanismo de lubrificação, que por sua vez, determina a aspereza do produto

acabado(MARTINEZ, 1998).

4.3 Tribo elemento interfacial-lubrificante

O tribo- elemento interfacial é o lubrificante. Ele tem a função de manter

separadas as superfícies da ferramenta e do material a conformar, sendo a sua

viscosidade o principal indicador de eficiência.

Lubrificante pode ser definido como todo ou qualquer material sólido, líquido ou

gasoso de baixa resistência ao cisalhamento interposto entre dois corpos. O

objetivo do lubrificante é impedir o contato direto entre os dois corpos, evitando

o cisalhamento e arranchamento de partes microscópicas dos matériaIs

envolvidos. Isso significa substituir uma condição de atrito sólido de

deslizamento, de consequências danosas ao processo, por um atrito fluido

(MARTINEZ, 1998).

A escolha do lubrificante é uma das grandes dificuldades existentes em

qualquer processo, e ele se baseia em parâmetros como matérias usados na

ferramenta e na peça, a temperatura e a velocidade do processo. A eficiência

do lubrificante está relacionada a sua capacidade de formar uma película

estável sob as condições de processo, que previna o contato entre as

superfícies. Duas características do processo de trefilaçãotêm grande

influência na escolha correta do lubrificante: a temperatura de trabalho que

atua de forma direta na viscosidade do lubrificante, e a pressão de trabalho que

é constante e diretamente proporcional a redução de secção transversal do

material. Para trefilaçãoo lubrificante deve satisfazer as seguintes

propriedades:

- Deve ser capaz de manter separadas a superfície da fieira e do material

trefilado durante o processo detrefilação;

- Manter estável durante a mudança de temperatura;

- Não deve reagir quimicamente com as superfícies metálicas;

- Deve manter limpas as superfícies lubrificadas (MARTINEZ, 1998).

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A importância da lubrificação resulta em diversas vantagens para processo de

conformação, podendo citar:

a) Redução de atrito: valores elevados de atrito conduzem a perdas de

potência e aumento das cargas de trabalho das máquinas. Uma carga elevada

conduz a tensões elevadas no fio trefilado, que podem provocar a sua fratura;

b) Redução do desgaste: a redução do desgaste da ferramenta reflete no

custo da operação e nas tolerâncias dimensionais e nos acabamentos

superficiais do produto;

c) Controle da deformação: na medida em que o lubrificante controla o

atrito e, consequentemente as tensões atuantes nos diversos pontos da peça

de trabalho, ela condiciona também a distribuição das deformações no sentido

de homogeneizar essas deformações e minimizar o aparecimento de defeitos

(MARTINEZ, 1998).

5 Equipamentos Auxiliares e Tratamento Térmico

5.1 Equipamentos Auxiliares

Afinadores de ponta

Soldadoras topo-a-topo

Decapagem

Forno para recozimento

Linhas de revestimento superficial

5.2 Tratamentos Térmicos

Recozimento : Indicado para arames de baixo carbono, a fim de se remover os

efeitos do encruamento (aumento da dureza em razão da conformação

plástica). Ocorre em temperaturas entre 550 e 650ºC.

Patenteamento: Indicado para açõs de médio a alto carbono, a fim de se obter

uma boa combinação de resistência e ductilidade.Ocorre um aquecimento a

altas temperaturas, seguido por um resfriamento controlado ao ar ou em banho

de chumbo entre 450 e 550ºC e encruamento. (MARTINEZ, 1998)

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6 Defeitos em trefilados

Os defeitos nos trefilados podem ser originados de não-conformidades da

matéria-prima (fissuras, lascas, inclusões) ou do próprio processo de

deformação.

a) diâmetro escalonado: causado por partículas duras retidas na fieira e

que são desprendidas após o processo:

b) Fratura irregular com estrangulamento: causada pelo esforço excessivo

devido à lubrificação ineficiente ou redução excessiva:

c) Fratura com risco lateral ao redor da marca de inclusão: causada por

partícula dura no interior do fio inicial proveniente da laminação ou extrusão:

d) Fratura com trinca: causada por trincas de laminação e geralmente aberta

em duas partes:

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e)Marcas em V ou fratura em ângulo: causadas pela redução grande e parte

cilíndrica pequena com inclinação do fio na saída; ruptura de parte da fieira

com inclusão de partículas no contato fio-fieira; inclusão de partículas duras:

f) Ruptura em forma de taça-cone: causada pela redução pequena e ângulo de

fieira muito grande, com acentuada deformação da parte central.

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Referências Bibliográficas

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em Engenharia Mecânica. Disciplina de Processos Mecânicos e Metalúrgicos

de Fabricação. Universidade do Rio Verde, 2006. Disponível em:

http://www.ebah.com.br/content/ABAAABNaMAK/trefilacao

MARTINEZ,G. A. S. Comportamento da Lubrificação no Tribo-sistema

de Trefilação a Altas Velocidades.Curso de Graduação em Engenharia

Mecânica. Disciplina de Materiais e Processos. Departamento de Engenharia

de Materiais da Universidade Estadual de Campinas, 1998. Disponível em:

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Centro Tecnológico da Universidade Federal do Pará, 2014. Disponível em:

http://pt.slideshare.net/mariaestillac/processos-de-conformao-parte-i?related=3

SOUZA,T. F. Simulações Computacionais para Análise e Minimização

das Tensões Residuais no Processo de Trefilação. Programa de Pós-

Gradução em Engenharia de Minas, Metalurgia e de Materiais. Escola de

Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul,2011. Disponível

em: http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/49058/000824935.pdf?

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Processos de Conformação. Trefilação. CIMM – Centro de Informação

Metal Mecânica. Disponível em:http :// pt.slideshare.net/Dirk.Henning/trefilao?

related=2

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