• O processo de trefilação é a
deformação mecânica de um metal através da passagem do material por uma matriz de formato cônico,
diminuindo a seção do material, sem perda nem adição do metal.
• Ou seja os volumes são constantes,
durante a trefilação, ocasionando aumento de comprimento.
• É um dos processos de conformação
mecânica semelhante ao processo de extrusão onde um material é forçado a passar através de uma matriz para ter seu diâmetro reduzido e seu
comprimento aumentado.
• Neste caso o material é puxado e não
empurrado.
• A trefilação, também conhecida como
estiramento é normalmente realizada a frio.
• É um processo utilizado para a
fabricação de fios, arame e tubos (seções muito menores que o
comprimento).
• Os produtos são classificados em
barra, tubo e arame ou fio.
• As barras finas são denominadas de
arames ou fios.
• Em geral a denominação de arame é
para fins mecânicos e fio no caso de fins elétricos.
• A velocidade de trefilação pode variar
conforme o equipamento e tipo de material.
• No século XIV, Rudolph de Nuremberg desenvolveu
o primeiro equipamento mecânico industrial para trefilação.
• De 1850 a 1870 em razão da difusão do telégrafo e
a consequente demanda por fios condutores, a trefilação teve um grande avanço.
• Os produtos são fios, barras, tubos e perfis
diversos. Em geral, a trefilação é realizada a frio com pequenas reduções de seção por passe,
diminuição da ductilidade e aumento da resistência mecânica.
• A qualidade superficial e dimensional do
material trefilado é excelente com
propriedades mecânicas controladas por meio da redução de área, tratamentos térmicos e recozimento intermediários.
• Os principais fatores que influenciam o
processo são os esforços predominantes de compressão indireta, o atrito na fieira e a lubrificação.
• Durante a trefilação o material é submetido
à ação de esforços de compressão,
resultantes da reação do material metálico com as paredes da matriz, ou seja é um processo de compressão indireta.
• Durante esta compressão indireta ocorre o
“encruamento”, que é o afinamento e
alongamento dos grãos cristalinos do metal.
• Por consequência ocorre o aumento da
resistência mecânica.
• As propriedades mecânicas do
material aumentam durante a
trefilação, porem o material perderá dutilidade e gerará tensões internas, podendo chegar a ruptura, porque quanto maior a redução de área o
limite de escoamento aproxima-se da tensão de ruptura.
• Para que se possa dar continuidade a
deformação por trefilação poderá haver
necessidade de tratamentos térmicos, que promovem a recristalização do material e permitem novas deformações a frio.
• Durante a trefilação ocorre atrito entre fio e
fieira; entre fio e volantes; entre fio e polias guias, etc...
• O atrito é a resistência ao movimento
relativo de dois corpos em contato direto.
• O atrito gera aquecimento e desgaste das
superfícies, devido a influência da rugosidade inerente aos materiais.
• O atrito que ocorre na interface entre os
metais, quando ocorre o processo de
trefilação dependem de diversos fatores, entre eles:
• Geometria da Fieira
• Propriedades do lubrificante
• Características do material trefilado • Microestrutura dos materiais
• Eventuais reações químicas.
• Os esforços de trefilação podem ser
decompostos em:
• Tensão de tração no sentido do
deslocamento do material trefilado
• Tensões de compressão, exercidas no
sentido radial, devido a reação das
partes cônicas da fieira ao deslocamento do fio
• Tensões no sentido longitudinal devido
ao atrito entre o fio e as paredes da fieira.
• As máquinas atuais já são fornecidas
com a relação que deve ser usada entre as fieiras.
• Algumas máquinas variam a relação
nas etapas da trefilação.
• Portanto, é necessário conhecer o
equipamento para otimizar a
produtividade com o menor desgaste possível das fieiras e dos volantes.
• Também é importante verificar a
corrente absorvida pela máquina, para que não seja suplantado o limite
máximo dos motores.
• Para máquinas sem deslizamento é
importante otimizar ao máximo as reduções de área, tomando cuidado para não chegar a romper o fio.
•
A trefilação pode causar
defeitos no produto, porem
muitas vezes a causa é a
própria matéria prima.
•
São defeitos que podem ser
causados durante a fundição
ou laminação.
• Se a quebra ocorre durante a
trefilação as prováveis causa serão:
• Lubrificação insuficiente
• Lubrificante sujo, viscosidade errada. • Excesso de voltas no volante da trefila • Sulcos nos volantes
• Relação de diâmetros dos volantes
incorreta
• Jogo de fieiras com fieiras com
diâmetros excessivos
• Se o fio quebra, simplesmente, porque
foi ultrapassada a resistência à tração do material, devido a uma das causas anteriores as duas pontas das
extremidades quebradas,apresentam um estrangulamento perto da quebra, com aspecto irregular, conhecido como estricção.
• Inclusões ocorrem, normalmente
durante a laminação, ou mesmo durante a fusão do metal.
• Estas inclusões, diminuem a
resistência à tração e podem ocasionar quebras durante a trefilação.
• Se as quebras persistirem o melhor é
trocar a alimentação
• As inclusões podem ser devido ao
óxido de aluminio, que é arrastado da camada protetora do aluminio
enquanto líquido.
• As inclusões podem ser de elementos
de liga, tais como
Manganes,Magnésio,etc...
• Quebras em que o fio apresenta
abertura como “rachadura de bambú”, normalmente são devidas a problemas ocorridos na laminação do produto de alimentação.
• Estas falhas podem ocorrer na
laminação por concentração de óxidos, ou de elementos de liga ou até mesmo cilindros desgastados ou desajustados.
• Se a parte cilindrica (paralelo) da fieira
for muito curto ou se a redução de área for exagerada o fio de entrada poderá entrar na fieira num ângulo
não apropriado, causando defeitos no fio, e até mesmo a ruptura.
• Outra causa de o fio entrar em ângulo
não apropriado é a posição do porta fieira em relação ao volante de
trefilação.
• A entrada do fio em ângulo não
apropriado resultará numa deformação desproporcional de um dos lados do
fio,podendo ocasiona a ruptura do material que está sendo trefilado.
• A causa pode estar em fieiras
anteriores em relação à fieira onde ocorreu a quebra.
• O defeito é conhecido como pata de
corvo ou chevron.
• Deformações similares as anteriores podem
ser causadas por defeitos na fieira.
• A fieira poderá apresentar superfície
deteriorada, ou até mesmo estar quebrada na zona de redução,
• O material poderá acumular na parte
quebrada da fieira e apresentar defeitos tipo pata de corvo ou chevron, confundindo a
avaliação da causa.
• A deformação ao longo do fio, com aspecto
de “trepidação” poderá ser causada por
redução insuficiente em uma das fieiras do jogo.
• A fieira esta calculada errada (com baixa
redução de área) ou a fieira tem um ângulo excessivamente aberto na zona de
deformação.
• A ruptura poderá ocorrer nas fieiras
seguintes.
• As pontas quebradas devem ser analisadas. • Elas se apresentam, normalmente com um
furo central de um dos lados e
consequentemente com um cone do outro.
• São conhecidas como quebra tipo
“taça-cone”.
• Na prática, o cone aponta que a fieira
defeituosa é anterior onde ocorreu a quebra.
• Quando o fio apresenta aspecto “dentado”,
normalmente é devido ao acumulo de pó ou partículas do metal que está sendo trefilado, na entrada da fieira.
• Este acumulo de metal pode ser devido a: • Entrada da fieira comprido e estreito,
• Pó excessivo no lubrificante • Falta de polimento na fieira
• Material de entrada soltando pó.
• O pó do material que está sendo trefilado
pode desprender-se e ocasionar aspecto superficial liso em alguns trechos e
“dentados” em outros, dificultando a análise do processo.
• É importante verificar todas as fieiras do
jogo, ainda na máquina, analisando onde ocorre a existência do pó, ou até mesmo pequenas farpas.
• Os problemas de trefilação podem
ocorrer ao longo de todo o processo, envolvendo:
• Material sendo trefilado
• Sistema de desbobinamento
• “Caminho”do material a ser trefilado • Volantes com defeitos
• Jogo de fieiras incorreto • Recolhimento do material
• Alimentação “enrosca” durante
desbobinamento.
• Ranhuras nas polias onde passa o material
de alimentação.
• “Sulcos “ nos volantes.
• Lubrificação insufiente ou inadequada. • Diâmetro incorreto dos volantes de
trefilação.
• Jogo de fieiras mal calculado.
Problemas de Trefilação
Quebras de fios
• Ranhuras nos volantes
• Ranhuras nas guias de trefilação • Lubrificação insuficiente
• Fieira com incrustações • Alimentação defeituosa
Problemas de Trefilação
Riscos no produto
• Diâmetro incorreto • Diâmetro ovalizado • Polimento ruim
• Ângulos não condizentes com o material a ser
trefilado
• Fieiras com”anéis”
• Eixo da pedra fora do centro em relação a carcaça
da fieira
• Perfil da fieira incorreto
• Ângulo de saída muito fechado
Problemas de Trefilação
Fieiras
• Na trefilação o material a ser trefilado
entra em contato direto com a ferramenta de deformação.
• Este contato gera o atrito, que gera o
desgaste da ferramenta e danos ao material a ser trefilado.
• Para aliviar os efeitos do atrito
utiliza-se lubrificantes.
• A função básica do lubrificante é estar
entre a superfície do material a ser trefilado e a fieira, minimizando os efeitos do atrito.
• Outra função do lubrificante é o de
remover o calor gerado durante a trefilação.
• O lubrificante forma uma película
entre os materiais.
• Esta película dever ser forte o
suficiente para suportar o calor gerado e a pressão de trefilação.
• Na verdade é o lubrificante quem
trefila o material.
• Os lubrificantes emulsionáveis tem sido
utilizados em trefilação de fios finos e
podem ser de origem vegetal ou mineral.
• Estes lubrificantes são excelentes
removedores de calor.
• A vazão deve ser elevada e as fieiras devem
ser controlados, frequentemente, quanto ao desgaste.
• Quanto a concentração, cada caso deve ser
estudado para obter melhor custo/benefício.
• A escolha do lubrificante depende: • Do equipamento a ser usado
• Do sistema de filtragem • Do tipo de fieira • Do diâmetro desejado • Da velocidade de trefilação • Do sistema de arrefecimento
Lubrificantes
• Todo processo de trefilação gera, em
maior ou menor quantidade, diminutas partículas derivadas do material que
está sendo trefilado e de óxidos provenientes do mesmo.
• Estas partículas e/ou óxidos devem ser
retirados, dentro do possível, do lubrificante.
• Estas partículas/óxidos tendem a
aumentar continuamente e podem gerar problemas, tais como:
• Riscos no material
• Desgaste prematuro das fieiras • Obstrução na entrada da fieira
• Incrustações no produto trefilado • Vida útil do lubrificante
• É muito importante reduzir a
concentração destas impurezas no lubrificante.
• Elas causam perdas, tais como: • Redução de velocidade
• Aumento de quebras • Vida útil do lubrificante • Vida útil das fieiras
• Vida útil dos volantes
• Defeitos por tratamento térmico pode
vir a ocorrer, por exemplo, se a
temperatura de recozimento for muito alta os grãos podem crescer
exageradamente e o material tornar-se frágil, quebradiço.
• Para tratamentos de ligas é necessário
especial atenção na temperatura e tempo, para obtenção de bons
resultados
• Conformação Plástica dos metais. Prof. Willy Ank de Morais –
Engenharia de Produção e Mecânica da UNISANTA.
• Conformação Mecânica – Prof. André Itman Filho –
Engenharia Metalurgia e Materiais da IFES.
• Processos Mecânicos e metalurgicos de Fabricação – Prof.
Vinicius Torre Lima – Engenharia Mecânica – FESURV.
• Trefilação de Aluminio e suas Ligas – Afrânio F. da Silva. • Technical Conform- Dalian Konform Techical Co. Ltda • Instituto Federal de Santa Catarina
• Esteves S.A. – Fabricante de Fieiras
