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6 Defeitos em trefilados 
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f) Ruptura em forma de taça-cone: causada pela redução pequena e ângulo de 
fieira muito grande, com acentuada deformação ...
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Referências Bibliográficas 
 LIMA, V. T. Engenharia de Fabricação - Trefilação. Curso de Graduação 
em Engenharia Mec...
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Trefilacao

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processo de trefilação
Características
Parâmetros de trefilação
Elementos do tribo sistema
Equipamentos Auxiliares
Tratamento Térmico
Defeitos em Trefilados

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Trefilacao

  1. 1. 1 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)
  2. 2. 2 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).
  3. 3. 3 푭 = 푨ퟏ . 흋푨. 푲풇풎.(ퟏ + 흁 휶 + ퟐ ퟑ . 휶 흋푨 ) 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). 훼 = √휑퐴 . 3 2 휇 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).
  4. 4. A figura abaixo se apresenta uma curva tensão- deformação típica para um material dúctil, entre eles, o aço. 4 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 휎 = 퐸. 휀 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 휎 = 퐾휀푛 Equação 4
  5. 5. 5 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).
  6. 6. 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). 6 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
  7. 7. mecanismo de lubrificação, que por sua vez, determina a aspereza do produto acabado(MARTINEZ, 1998). 7 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).
  8. 8. 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). 8 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)
  9. 9. 9 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: 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:
  10. 10. f) Ruptura em forma de taça-cone: causada pela redução pequena e ângulo de fieira muito grande, com acentuada deformação da parte central. 10
  11. 11. 11 Referências Bibliográficas  LIMA, V. T. Engenharia de Fabricação - Trefilação. Curso de Graduação 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: file:///C:/Users/Usuario/Downloads/MartinezGustavoAristidesSantana.pdf  SILVA, M. A. Processos de Conformação Plástica. Curso de Graduação em Engenharia Mecânica. Disciplina de Conformação Plástica dos Metais. 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?sequen ce=1  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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