Centro Federal de Educação
Tecnológica do Espírito Santo
Histórico
O processo de trefilação foi descoberto a partir do momento, que se verificou a dificuldade de se fabricar fios metálicos com pequenas dimensões, restritamente feitos com metais preciosos, tendo até então sido feitos em formas planas por simples martelamento manual.
Os primeiros fios metálicos foram fabricados na Alemanha e França por arraste manual, no século XIII, sendo somente industrializado em 1925 na Pennsylvania (USA).
Desde então não houve grandes evoluções na forma geométrica das fieiras, porém evoluiu na parte metalúrgica do processo, obtendo-se a parte de ações com composições químicas uniformes até o aparecimento do metal duro.
O que é Trefilação
A trefilação é um processo de conformação plástica que se realiza pela operação de conduzir um fio (ou barra ou tubo) através de uma ferramenta denominada fieira, de formato externo cilíndrico e que contém um furo em seu centro, por onde passa o fio.
Esse furo com diâmetro decrescente, apresenta um perfil na forma de funil curvo ou cônico.
A passagem do fio pela fieira provoca a redução de sua seção e, como a operação é comumente realizada a frio, ocorre o encruamento com alteração das propriedades mecânicas do material do fio.
Esta alteração se dá no sentido da redução da ductilidade e aumento da resistência mecânica.
Portanto, o processo de trefilação comumente é um trabalho de conformação mecânica realizado a frio, isto é, a uma temperatura de trabalho abaixo da temperatura de recristalização.
TREFILAÇÃO
A matéria-prima para o processo de trefilação é um produto na forma de arame (ou barra ou tubo) obtido pelo processo de extrusão (para metais não-ferrosos) ou pelo processo de laminação (para metais ferrosos e não-ferrosos).
Mecânica da trefilação
Esforços predominantes de compressão indireta
σt σc σc Zona de deformação plástica
Máquina de trefilar sem
deslizamento
A máquina de trefilar sem deslizamento contém um sistema de tração do fio, para conduzi-lo através do furo da fieira, constituído de um anel tirante que primeiro acumula o fio trefilado para depois permitir o seu movimento em direção a uma segunda fieira.
Nesta, o fio passa tracionado por um segundo anel tirante que também acumula fio trefilado.
O processo prossegue de igual modo para as fieiras seguintes nos tradicionais sistemas de trefilação múltiplos e contínuos, ou seja, com diversas fieiras em linha na mesma máquina
Máquinas de Trefilação
Máquina sem Deslizamento
Para arames, em que o anel tirante faz também o papel de acumulador do produto trefilado;
Máquinas de trefilar com deslizamento
a) O fio parte de uma bobina, num recipiente denominado desbobinadeira, passa por uma roldana e se dirige alinhado à primeira fieira;
b) Na saída da fieira, o fio é tracionado por um anel tirante, no qual ele dá certo número de voltas, em forma de hélice cilíndrica de passo igual ao diâmetro do fio, de tal modo que no início da hélice o fio fique alinhado com a primeira fieira e no fim da hélice com a segunda fieira;
c) O número de voltas ou espirais de fio no anel depende da força de atrito necessária para tracionar o fio através da primeira fieira; o movimento do fio na forma de hélice provoca o seu deslizamento lateral no anel;
d) O segundo anel faz o fio passar pela segunda fieira, porém girando a uma velocidade maior do que a do primeiro anel, para compensar o aumento do comprimento do fio;
bobina roldana fieira 1 fieira 2 fieira 3 fieira 4 1º anel
tirante 2tiranteº anel 3º anel
tirante tambor sem deslizamento
carretel
entrada
saída
translação (por deslizamento) rotação
Máquina com Deslizamento
Máquinas de Trefilação
Para fios de diâmetros pequenos;
TIPOS DE TREFILAÇÃO
Á quente
Á frio
Por matriz
TIPOS DE TREFILAÇÃO
TIPOS DE TREFILAÇÃO
Características do processo
Processo em que se obtêm produtos com
seções de geometrias diversas pela tração
desses produtos por uma matriz que define o
perfil do trefilado
Comumente realizado a frio
Excelente qualidade superficial e dimensional
Propriedades mecânicas controladas
Vantagens
O material pode ser estirado e reduzido em secção transversal mais do que com qualquer outro processo;
A precisão dimensional obtida é maior do que em qualquer outro processo exceto a laminação a frio, que não é aplicável às bitolas comuns de arames;
A superfície produzida é uniformemente limpa e polida;
O processo influi nas propriedades mecânicas do material, permitindo, em combinação com um tratamento térmico adequado, a obtenção de uma gama variada de propriedades com a mesma composição química
Mecânica da Trefilação
Esforços predominantes de compressão indireta Atrito entre a matriz e material a trefilar
Lubrificantes/refrigerantes Velocidade de trefilação:
10 m/s para fios de aço, 20 m/s para fios de cobre
Trefilação de Tubos
Os Tubos podem ser trefilados dos seguintes modos:
sem apoio interno (rebaixamento ou afundamento) com mandril passante
com plug (bucha) interno com bucha flutuante
EQUIPAMENTOS
Os equipamentos podem ser
classificados em dois grupos:
Bancadas de trefilação: utilizadas para produção de
componentes não bobináveis como barras e tubos.
Trefiladoras de tambor: utilizada para produção de
Bancadas de Trefilação
Utilizadas para produção de componentes não
Trefiladoras de Tambor
Utilizada para produção de componentes bobináveis, ou seja, arames.
Podem ser:
Simples (1 só tambor)- para arames grossos. Duplas para arames médios.
EQUIPAMENTOS
Máquina de trefilar contínuo do tipo
acumulativo
A ponta do arame, depois de sair de uma matriz,
é enfiada num olhal no topo do tambor, passando
por polia de guia e para matriz seguinte.
Máquina de trefilar contínuo do tipo
acumulativo
Máquina de trefilar contínuo do tipo
acumulativo
Máquina Continua do Tipo
Acumulativo
Materiais usados na Ferramenta
Diamante:
Para fios com diâmetros menores que 2mm.
Metal Duro:
Lubrificação na Trefilação
O fenômeno de atrito é muito importante no
processo de trefilação devido ao movimento relativo
entre o fio e a fieira.
A lubrificação na trefilação tem a finalidade de
criar uma película contínua de fluido lubrificante.
O calor gerado pelo atrito será controlado pela
ação refrigerante do fluido lubrificante.
Lubrificação
É feita por aspersão ou imersão dos anéis no
fluído.
Importante no processo uma vez que o atrito
pode causar desgaste na ferramenta e
aparecimento e defeitos superficiais no fio.
O lubrificante age também como agente
refrigerante, reduzindo o desgaste da fieira e
melhorando o acabamento do fio.
Tipos de Lubrificação
Seca:
sabões sólidos em pó;
Úmida:
soluções ou emulsões de óleos em água;
As máquinas de trefilar são classificadas de acordo com o sistema de lubrificação em:
=>Máquinas com sistema de imersão:
A fieira e os anéis permanecem imersos no líquido refrigerante e lubrificante.
=>Máquinas com sistema de aspersão:
A fieira recebe um jato de líquido refrigerante e lubrificante.
Ferramentas de Trefilação
Fieira
A Fieira
A fieira é o dispositivo básico da trefilação e compõe todos os equipamentos trefiladores.
Geometria da fieira: é dividida em quatro zonas
(1) de entrada
(2) de redução (α = ângulo de abordagem, ou de trefilação) (3) (guia) de calibração-zona cilíndrica (acabamento é crítico) (4) de saída
I II III IV
I – cone de entrada II – cone de trabalho
III – zona cilíndrica ou cilindro de calibração
IV – cone de saída
Processo de Trefilação
I - O cone de entrada tem a finalidade de guiar o fio em direção ao cone de trabalho e permitir que o lubrificante acompanhe o fio.
II - No cone de trabalho ocorre a redução.
III - No cilindro de calibração ocorre o ajuste do diâmetro do fio. IV - O cone de saída deve proporcionar uma saída livre do fio.
Processo de Trefilação
α – SEMI-ÂNGULO DO CONE DE TRABALHO (OU SEMI-ÂNGULO DA FIEIRA) β – SEMI-ÂNGULO DE ENTRADA
γ – SEMI-ÂNGULO DE SAÍDA
HC – ALTURA DO CILINDRO DE CALIBRAÇÃO
α
β
Dos materiais usados para a fabricação da ferramenta de trefilar, são exigidas as seguintes características:
• Permitir a trefilação de grande quantidade de fios sem que ocorra um desgaste acentuado da fieira;
• Permitir a trefilação a altas velocidades para produzir elevadas quantidades por unidade de tempo;
• Permitir a adoção de elevadas reduções de secção; • Conferir calibração constante do diâmetro do fio;
• Conferir calibração constante do diâmetro do fio;
• Conferir longa vida à ferramenta, sem necessidade de paradas da máquina de trefilar para controle de dimensões e substituição da ferramenta;
• Permitir a obtenção de superfície lisa e brilhante no fio durante longo período de uso.
Os materiais comumente empregados para os fios são:
• Diamante, para fios de diâmetro até ou menor que 2 mm; • Metal-duro, para fios de diâmetro maior que 2 mm.
FIEIRAS DE DIAMANTE FIEIRAS DE DIAMANTE Montante Suporte Diamante Processo de Trefilação
Diante da importância do uso das fieiras de diamante para trefilar fios finos e capilares, convém ainda destacar o seguinte quanto à
fabricação e ao uso dessas ferramentas
1º) A operação de montagem do diamante no suporte e montante é muito importante, pois deve-se obter um alinhamento preciso entre as três partes; a pedra é posteriormente retificada e polida, para o primeiro uso ou para a recuperação em uso com diâmetro maior, segundo a direção do eixo de alinhamento;
2º) A tolerância de fabricação do furo é da ordem de micra para o diâmetro nominal, e da ordem da metade dessa tolerância para a ovalização do furo (que é a diferença entre as duas medidas ortogonais); a tolerância é quase sempre de sinal negativo;
4º) A operação de elaboração do furo e perfil da fieira é feita com o uso de pó de diamante de granulação controlada, aderente a um punção de aço untado de óleo, de movimento rotativo e alternado controlado para conferir ao perfil o acabamento desejado; a granulação do pó de diamante deve diminuir progressivamente à medida que o trabalho progride;
3º) O controle da dimensão do furo é feito por modo indireto, ou seja, é realizado verificando as dimensões de um fio passado pela fieira;
- em condição de laboratório, emprega-se, para esse controle, o método de pesagem do fio ou o método da medição de resistência elétrica do fio, antes e após a passagem de um comprimento conhecido,
- em condições industriais, podendo-se usar micrômetros, comparadores ou microscópios óticos;
6º) Muitos defeitos superficiais no fio não causados pelo não-alinhamento do fio a trefilar em relação ao furo da fieira, durante a trefilação; os defeitos nos fios podem, contudo, ser causados por falhas de alinhamento na montagem das três partes da fieira (diamante, suporte e montante), por falhas de preparação do furo (inclusive retificação e polimento) e por resíduos de pó de diamante deixados na fieira.
5º) As operações de retificação e polimento são também realizadas com pó de diamante aderente a um fio de aço, untado de óleo, com movimento alternativo passando pelo furo - esse movimento é conduzido por máquinas (para as fieiras maiores) ou manualmente (para as fieiras menores);
Processo de Trefilação
Cristal inicial Faceamento
Faceamento Cone de entrada
Cone de trabalho
Cone de saída
Arredondamento
OUTROS TIPOS DE FIEIRAS
OUTROS TIPOS DE FIEIRAS
FIEIRA
Material - depende das exigências do processo
(dimensões, esforços) e do material a ser trefilado.
Os mais utilizados são:
Carbonetos sinterizados(sobretudo WC) –vidia,
Metal duro,etc.
Aços de alto C revestidos de Cr (cromagemdura)
Aços especiais (Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-W, etc.)
Ferro fundido branco
Cerâmicos (pós de óxidos metálicos sinterizados)
Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras)
EQUIPAMENTOS
Os elementos básicos de uma
máquina de trefilação são:
Carretel alimentador
Porta-fieira
Garra ou mordaça para puxar a primeira
porção do arame
Tambor
Características desejáveis na
Ferramenta
Trefilação de grande quantidade de fios sem grande
desgaste da fieira.
Permitir trefilação a altas velocidades( alta Produtividade). Permitir a adoção de elevadas reduções na secção.
Longa vida da ferramenta.
Permitir a adoção de superfície lisa e brilhante no fio
Etapas do Processo
Matéria-prima: fio-máquina (vergalhão laminado a quente)
Descarepação:
- Mecânica (descascamento): dobramento e escovamento. - Química (decapagem): com HCl ou H2S04 diluídos.
Lavagem: em água corrente Recobrimento:
Comumente por imersão em leite de cal Ca(OH)2 a 100°C a fim de neutralizar resíduos de ácido, proteger a superfície do arame, e servir de suporte para o lubrificante de trefilação.
Secagem: (em estufa)
Também remove H2 dissolvido na superfície do material.
Trefilação: - Primeiros passes a seco.
Tratamento Térmico de Recozimento
Durante a trefilação, que é realizada abaixo da temperatura de recristalização, ocorre o encruamento do material.
Deve-se ter cuidado com a atmosfera do forno, o tempo e a temperatura do tratamento de recozimento.
O recozimento pode ser feito em fornos de poço (vertical ou de compânula) ou fornos contínuos.
Tratamentos Térmicos
Recozimento:
Indicação: principalmente para arames de baixo carbono Tipo: subcritico, entre 550 a 650°C
Objetivo: remover efeitos do encruamento.
Patenteamento:
Indicação: aços de médio a alto carbono (C> 0,25 %)
Tipo: aquecimento acima da temperatura crítica (região γ) seguido de resfriamento controlado, ao ar ou em banho de chumbo mantido entre 450 e 550°C.
Objetivo: obter uma melhor combinação de resistência e ductilidade que a estrutura resultante (perlita fina ou
Tratamentos Químicos e Mecânicos
O óxidos formados na superfície do material a ser trefilado devem ser retirados por decapagem ou rebarbação.
O processo de decapagem consiste em três etapas básicas:
1) Imersão dos fios em tanque de solução ácida decapante; 2) Lavagem com jato de água fria e,
3) Lavagem adicional em tanques com água aqueci da, contendo aditivos neutralizantes da ação ácida.
O processo de rebarbação consiste em:
=> Retirada de uma fina camada de metal através de uma ferramenta de usinagem circular;
Decapagem
←
Rebarbação
→
Cálculo de carga na Trefilação
Geometria da fieira para trefilação de arames
Variáveis do Processo
• Para cada redução dada existe um valor ótimo do ângulo de trefilação, α*, que é aquele que minimiza a carga e
Fatores de influência da
Trefilação
As velocidades de trefilação tendem a
permanecer em níveis mais baixos do
que os níveis que se deseja atingir.
O trabalho de deformação é maior na
periferia do que no centro do fio.
O calor gerado na trefilação tem origem
A permanência do fluido utilizado com
ação lubrificante e refrigerante.
Os materiais da fieira, a base de
material duro ou diamante devem ser
montadas em suportes metálicos (aços
ou latões)
Classificação dos produtos Trefilados
● A classificação dos trefilados é realizada inicialmente em
função do tipo de produto: barra, tubo e arame ou fio.
● As barras mais finas, em geral com diâmetro menor do que
5 mm, passam a se denominar arames ou fios.
Usualmente, denomina-se o produto como arame quando o seu emprego é para fins mecânicos e, como fio, no caso de fins elétricos .
Defeitos Típicos dos Produtos Trefilados
Os defeitos relacionados à fieira que podem provocar marcas nos fios são:
anéis de trefilação marcas de trefilação rugosidades
riscos
A laminação pode provocar no fio os seguintes defeitos:
achatamento da secção dobras longitudinais
defeitos nas extremidades
A extrusão pode provocar no fio os seguintes defeitos:
vazios
riscos longitudinais fissuras
Produtos da Trefilação
