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Processo de Fabricação
por Trefilação
Processo de Trefilação
• O principio do processo de trefilação é fazer o material metálico passar por uma matriz
(tracionamento) afim de obter uma redução em seu diâmetro (precisão dimensional [Dieter,1981]) e
conseqüentemente aumentando o seu comprimento. • Este processo é necessariamente realizado a frio, com o intuito de se aumentar a resistência
mecânica e a dureza do produto a ser trefilado
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Processo de Trefilação
O processo de trefilação tem prosseguimento com o tratamento térmico, pois a estrutura do material laminado a quente, conhecido como fio-máquina, o torna inadequado para o trabalho a frio, por
apresentar granulação não-homogênea e
defeitos internos e superficiais.
O tratamento térmico mencionado é comumente denominado de recozimento.
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Recorre-se também a recozimentos intermediários, pois cada 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 a trefilação
impraticável.
Por outro lado, durante as etapas de recozimento, devido a fatores como temperatura, tempo de
recozimento e componentes da atmosfera de
recozimento [Ono,Uchida,Ishibashi,1992], o aço adquire uma película superficial de óxido que deve ser eliminada anteriormente à trefilação, devido ao maior coeficiente de atrito correspondente quando comparada com a superfície metálica nua.
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Processo de Trefilação
O processo utilizado para eliminação da película superficial de óxido é a decapagem.
A decapagem é uma etapa também necessária entre as diversas etapas de trefilação, não
somente para eliminação de óxidos, mas
principalmente para obtenção de uma superfície que retenha eficientemente o lubrificante e é
realizada pela passagem dos rolos de arame por sistemas mecânicos (decapagem mecânica) ou por tanques em meio químico (decapagem
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Diversos pesquisadores, como Avitzur [1983],
Bonzel [1935], Rowe [1965], Wistreich [1958], têm dedicado muito tempo ao estudo da determinação dos esforços no processo de trefilação. Além
desses pesquisadores, muitos outros têm
trabalhado no sentido de estabelecer uma relação entre a força necessária para a trefilação e as
diversas variáveis como: geometria de
ferramenta, lubrificação, temperatura e
velocidade. A lubrificação, e conseqüentemente
o atrito, é um dos principais fatores considerados ainda sem solução estabelecida.
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Processo de Trefilação
Processo de Trefilação
• A barra a ser trefilada é chamada de fio de máquina.
• Deve-se apontar a barra ou o arame a ser trabalhado, para poder ser puxado pela garra da máquina de trefila.
• A fieira é a ferramenta cilíndrica por onde o fio ou barra é passado.
Define-se atrito como a resistência ao movimento relativo de dois corpos em contato direto. Em processos por conformação, esse movimento ocasiona deformações plásticas,
aquecimento e desgaste, o que resulta em perda de eficiência
e solicitação de maior potência. Isto deve-se ao fato que as superfícies, ainda que cuidadosamente trabalhadas, quando examinadas ao microscópio, apresentam-se constituídas de
saliências e reentrâncias que ocasionam interação e intertravamento superficial.
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O coeficiente de atrito dinâmico entre a matriz e o metal segundo [Button,2000]é:
•0,02 a 0,05 para barras e tubos. •0,02 a 0,07 por estiramento.
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Correlação entre a ocorrência de zonas mortas e descascamento com a variação da conicidade da matriz de trefilação, Helan e Cetlin (1983).
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• A razão da presença do ângulo de entrada,
geralmente maior que o ângulo de trefilação, é facilitar a lubrificação e, conseqüentemente, a passagem do material.
• A lubrificação é necessária para facilitar a
passagem do metal pela fieira, a fim de diminuir o atrito entre o fio e o cone de trabalho, reduzindo o desgaste das fieiras. (Óleos ou Sabões).
•O cilindro de calibração serve para ajustar o diâmetro do fio.
•O cone de saída, por sua vez, permite a saída livre do fio.
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Os fenômenos que ocorrem na interface fio-matriz durante a trefilação podem ser considerados analisando-se fatores como: contato
macrogeométrico; carga aplicada; velocidade; propriedades do lubrificante; contato microgeométrico.
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Esses fatores acentuam o número de falhas
mecânicas atribuídas a problemas de desgaste.
Jost [1990] mostra os danos causados pela prática de lubrificação inadequada, desgaste desnecessário e atrito muito elevado. Como conseqüência, Centros de Tribologia foram fundados em 1968 na
Grã-Bretanha. A palavra Tribologia vem do grego "tribein", que significa atritar. A Tribologia é uma área de
estudo científico [Yust,1985] que trata da interação entre superfícies sólidas em contato com movimento relativo.
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Formação e influência do regime hidrodinâmico na trefilação
Desde Christopherson, Naylor [1955], o objetivo de conhecer e possibilitar a trefilação com uma fina ou espessa, mas
contínua, camada de lubrificante que caracteriza a condição de trefilação hidrodinâmica.
Orlov [1967] desenvolveu um dos primeiros projetos de sistema de fieira de pressão que garante a lubrificação
hidrodinâmica sob condições normais de produção industrial. Com o uso da fieira de pressão obteve-se um aumento da vida da fieira e da velocidade.
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Weinhold, Pössnecker, Eickemeyer [1993] estudaram a influência do sistema de fieira de pressão na obtenção da
condição hidrodinâmica na trefilação do aço inoxidável com o uso de lubrificante sólido.
Os principais problemas que ocorrem no uso do sistema são:
• dificuldade na dissipação da temperatura;
• concentração de contaminantes na câmara de pressão; falta de controle da pressão na câmara.
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•
A fieira é construída de “metal duro”
para fios de diâmetro maior que 2 mm,
ou “diamante’’ para fios de diâmetro de
até 2 mm. Esses materiais são usados,
para que a fieira possa resistir às
condições severas de grandes
solicitações, características desse
processo.
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FIEIRA
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Etapas do processo
O processo de trefilação compreende as seguintes etapas:
1. Laminação e usinagem para a produção do fio
máquina.
2. Decapagem mecânica ou química que retira os
óxidos presentes na superfície do fio máquina.
3. Trefilação
4. Tratamento térmico de recozimento, quando é
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Geralmente, na produção de fios de aço, o fio de máquina é revestido com cal, que atua como
absorvente e portador do lubrificante no estiramento
a seco e como neutralizador de qualquer ácido
remanescente da operação de decapagem. Outros lubrificantes tais como graxa ou pó de sabão são
também utilizados na trefilação a seco. Na trefilação
úmida o fio de máquina é submerso em um fluido
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O fio de aço neste caso pode ser revestido com fina camada de cobre ou estanho. Na trefilação do cobre não se usa revestimento superficial.
Os tubos, depois de extrudados ou mandrilhados a quente, geralmente são estirados a frio a fim de se obter tolerâncias dimensionais mais estreitas, melhor acabamento superficial, melhores propriedades
mecânicas (devido ao encruamento resultante),
redução de suas paredes e, inclusive, obtenção de formas irregulares.
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Para a trefilação propriamente dita, existem dois tipos básicos de máquinas de trefilar:
• Sem Deslizamento
Nessa máquina, o fio é tracionado, ou seja, puxado, e depois de passar pelo furo da fieira, ele vai para um anel tirante que acumula o fio antes de liberar sua
movimentação em direção a uma segunda fieira onde o processo se repete. Isso é feito quantas vezes
forem necessárias para obter a bitola desejada para o fio. Ao término desse processo, o fio é enrolado em uma bobinadeira.
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• Com deslizamento
Essa máquina é usada para a trefilação de fios metálicos de pequeno diâmetro. Nela, o fio parte de uma bobina, passa por uma roldana e segue alinhado até a primeira fieira. Na saída da fieira, o fio é tracionado por um anel tirante e é enrolado nele com um número de voltas que depende da força do atrito necessária para tracionar o fio
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• O movimento helicoidal do fio provoca seu deslizamento
lateral pelo anel e o sistema prossegue dessa forma para as demais fieiras e anéis.
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Características de Produtos Trefilado:
Os produtos trefilados caracterizam-se por seu
grande comprimento e pequena seção transversal. Dependendo de sua utilização, formato, seção
transversal, eles recebem uma denominação. Assim, as barras possuem diâmetro maior que 5 mm; os
arames ou fios possuem diâmetro menor. O arame é
usado para a construção mecânica. O fio é usado em aplicações elétricas.
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Defeitos típicos dos produtos trefilados:
Diâmetro escalonado - causado por partículas
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Fratura irregular - com estrangulamento, causada por esforço
excessivo devido à lubrificação deficiente, excesso de espiras no anel tirante, anel tirante rugoso, anel tirante com diâmetro incorreto,redução excessiva.
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Fratura com risco lateral - ao redor da marca de
inclusão, causada por partícula dura inclusa no fio inicial proveniente da laminação ou extrusão.
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Fratura com trinca - aberta em duas partes,
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Marcas em forma de V ou fratura em ângulo - causadas por
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 estranhas.
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Ruptura taça-cone - causada por redução
pequena e ângulo de fieira muito grande, com acentuada deformação da parte central.
