Trefilação
5
3. Trefilação 3.1. Introdução A trefilação ou estiramento é um processo de deformação do metal a frio, forçando sua passagem por um orifício calibrado de seção menor que a da peça bruta, através da aplicação de uma força de tração. Depois de estirado, o metal adquire dimensões exatas, superfície limpa e elevada resistência mecânica, devido à deformação do metal a frio. Perfis redondos, retangulares, hexagonais e outros com diâmetro de até 100 mm, e tubos podem ser estiradas a frio. A trefilação é o único processo para obtenção de arames e fios. Os principais metais trefilados são: o aço, o alumínio e o cobre, sendo que estes dois últimos têm aplicação principal na transmissão de energia elétrica, como fios e cabos. 3.2. O Processo Preparação A matéria - prima para o processo de trefilação é um material laminado a quente, que tem seu óxido removido através de decapagem química por ácido sulfúrico ou clorídrico ou, opcionalmente, no caso de barras, perfis e tubos, mecânica por jateamento com granalha de aço. Após a decapagem química o material deverá sofrer uma lavagem com água e uma neutralização. Para isso é muito usada a cal, que além de neutralizar resíduos ácidos, serve como uma base para aderência do lubrificante durante a trefilação. Outra forma de manter o lubrificante aderido ao metal, mesmo nas elevadas pressões a que será submetido o material é sua fosfatização (vide fosfatização no capítulo de acabamento superficial). A fosfatização é mais usada em peças que foram jateadas. Trefilação A extremidade do material é afinada, a fim de passar pela matriz e poder ser presa ao cabeçote de estiramento, que exercerá a força de tração para passagem do material pela matriz. Este cabeçote puxa a peça em linha reta quando se tratar de barras, tubos e perfis. Quando a trefilação é de fios, estes vão sendo enrolados em uma bobina. Prof. Fernando Penteado 33
Transcript of Trefilação
3. Trefilação
3.1. Introdução
A trefilação ou estiramento é um processo de deformação do metal a frio, forçando sua passagem por um orifício calibrado de seção menor que a da peça bruta, através da aplicação de uma força de tração. Depois de estirado, o metal adquire dimensões exatas, superfície limpa e elevada resistência mecânica, devido à deformação do metal a frio. Perfis redondos, retangulares, hexagonais e outros com diâmetro de até 100 mm, e tubos podem ser estiradas a frio. A trefilação é o único processo para obtenção de arames e fios.Os principais metais trefilados são: o aço, o alumínio e o cobre, sendo que estes dois últimos têm aplicação principal na transmissão de energia elétrica, como fios e cabos.
3.2. O Processo
Preparação
A matéria - prima para o processo de trefilação é um material laminado a quente, que tem seu óxido removido através de decapagem química por ácido sulfúrico ou clorídrico ou, opcionalmente, no caso de barras, perfis e tubos, mecânica por jateamento com granalha de aço.Após a decapagem química o material deverá sofrer uma lavagem com água e uma neutralização. Para isso é muito usada a cal, que além de neutralizar resíduos ácidos, serve como uma base para aderência do lubrificante durante a trefilação. Outra forma de manter o lubrificante aderido ao metal, mesmo nas elevadas pressões a que será submetido o material é sua fosfatização (vide fosfatização no capítulo de acabamento superficial). A fosfatização é mais usada em peças que foram jateadas.
Trefilação
A extremidade do material é afinada, a fim de passar pela matriz e poder ser presa ao cabeçote de estiramento, que exercerá a força de tração para passagem do material pela matriz.Este cabeçote puxa a peça em linha reta quando se tratar de barras, tubos e perfis. Quando a trefilação é de fios, estes vão sendo enrolados em uma bobina.No caso de tubos, pode ser inserido um mandril para controle do diâmetro interno, quando houver interesse.
Prof. Fernando Penteado
33
Trefilação de arame
Trefilação de tubos
34
A pressão de estiramento contra uma matriz deve exceder o limite de escoamento do metal. Para que o material possa deslizar através da matriz, e para que esta não sofra um desgaste muito grande, devido ao atrito a essas elevadas pressões, é necessário que a peça esteja revestida com alguma espécie de lubrificante. Como lubrificantes podem ser usados: sabão grafitado (que adere na superfície do aço através da cal), óleos lubrificantes e óleos solúveis. Estes últimos, além de lubrificarem, também refrigeram o material e a ferramenta. O lubrificante penetra nos poros de uma camada de fosfatos que reveste o metal, quando o mesmo for fosfatizado.
3.3 A fieira
As matrizes ou fieiras devem ser duras, resistentes ao desgaste e às altas pressões exercidas pelo material. O desenho acima mostra a seção transversal de uma matriz, onde se notam dois ângulos: o de entrada, confeccionado de maneira a permitir espaço para o lubrificante que adere às paredes da matriz, e o de trabalho que corresponde à seção da ferramenta onde se verifica a verdadeira redução do material. A parte paralela serve para uma calibração final do material, enquanto que o ângulo de saída evita o atrito do material com a ferramenta devido a pequenos movimentos que este possa fazer.Os materiais mais empregados para a confecção da fieira são: ferro fundido coquilhado, aço liga temperado e, principalmente, o carbeto de tungstênio (vídia) aglomerado com cobalto metálico de dureza 83a 89 RA. Ultimamente, vem ganhando terreno o diamante policristalino (PCD), obtido através de cristais de diamante sintético sinterizado, devido à sua grande durabilidade.
3.4. Esforços na Trefilação
Prof. Fernando Penteado
âng. de entrada
âng. de trabalho
paralelo
âng. de saída
A força necessária para a trefilação é o resultado da somatória de três parcelas, a saber:
Ft = Fc + Fat + Fp, onde:
Ft = Força total para trefilaçãoFc = Força de compressão para redução do diâmetroFat = Força de atritoFp = Força de cizalhamento
Ft depende: do ângulo de trabalho da fieira da redução de seção pretendida do limite de escoamento do material do atrito (material da fieira, afiação, lubrificação).
Para uma mesma redução de seção o aumento do ângulo de trabalho implica em maior deformação por cizalhamento, o que resultará em um maior encruamento do material trefilado. ma diminuição do ângulo, por sua vez implica em um aumento do atrito.Portanto, para cada condição existirá um ângulo ideal.A velocidade de trefilação não afeta diretamente o esforço de trefilação, mas provoca um aumento da temperatura da fieira, devido ao atrito, que torna a lubrificação mais difícil, podendo resultar em um aumento da força de atrito e aquecimento exagerado do material e da ferramenta.O valor máximo da tensão longitudinal no material que está sendo trefilado ocorre na saída da fieira e pode ser designada como sendo a tensão de trefilação.A tensão de trefilação não pode exceder a tensão de escoamento do material já trefilado, e este é o limite para o máximo esforço de tração que se pode aplicar sobre o material a fim de se obter sua redução.
3.5. Redução de área
A redução de área na trefilação é dada por: RaDf
Do 1
2
2
Onde:Ra = Redução de áreaDf = diâmetro final do material trefilado.
Prof. Fernando Penteado
35
36
Do = diâmetro inicial do material a ser trefilado.
Ra deve ser menor que 0,63. Na prática Ra varia entre 5% e 40%.
3.6. Alongamento
O alongamento sofrido por um material na trefilação pode ser obtido por: AlLf Lo
Lo
100
Onde:Al = AlongamentoLf = comprimento final do material trefilado.Lo = comprimento inicial do material a ser trefilado.
3.7. Efeitos da trefilação sobre as propriedades mecânicas do material
O encruamento sofrido devido à deformação a frio eleva a resistência à tração e o limite de escoamento do material, ao mesmo tempo que reduz os valores de alongamento, como pode ser visto no gráfico abaixo. No caso de aços as variações das propriedades são mais acentuadas nos primeiros 15% de redução de área.
Conforme o número de passes a ser dado no material ou das propriedades mecânicas que se quer obter no produto final poderão ser necessários tratamentos térmicos de recozimento, pois o material a cada passe vai tornando-se mais duro e mais frágil chegando ao ponto de não suportar mais nenhuma deformação.
Prof. Fernando Penteado
