UM ESTUDO SOBRE TREFILAÇÃO - Processos, Ferramentas, Materiais, Lubrificantes, Matérias Prima e Aplicação
André Magalhães De Oliveira Hamilton Santos Britto
1- O PROCESSOS
DA TREFILAÇÃO
André Magalhães De Oliveira Hamilton Santos Britto
1- O PROCESSOS
DA 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 é um
trabalho de deformação mecânica realizada a frio, isto é, a uma temperatura de trabalho
abaixo da temperatura de recristalização (O que não elimina o encruamento) e
tem por objetivo obter fios, barras ou tubos de diâmetros menores e com
propriedades mecânicas controladas. Nas
diversas etapas da trefilação ocorre a passagem do material por sucessivas
fieiras de diâmetros finais decrescentes, podendo, em certos casos, ser
necessário a realização de um tratamento térmico de recozimento de ductilidade
necessária ao prosseguimento do processo ou ao atendimento de requisitos finais
de propriedades mecânicas específicas para o uso do produto trefilado.
1.1 Etapas Do Processo
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 propriamente dita;
4)
Tratamento térmico de recozimento, quando é necessário restabelecer a
ductilidade do material.
1.2 Mecânica
Os esforços preponderantes na deformação são esforços
de compressão
exercidos pelas paredes do furo da ferramenta sobre o fio, quando de sua
passagem, por efeito de um esforço de tração aplicado na direção axial do fio e
de origem externa. Como o esforço
externo é de tração, e o esforço que provoca a deformação é de compressão, o
processo de trefilação é classificado como um processo de compressão indireta.
1.3 Vantagens Do Processo
1.3 Vantagens Do Processo
O material pode ser estirado e
reduzido em secção transversal mais do que com qualquer outro processo; a precisão dimensional é maior do que em
qualquer outro processo, exceto na 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.
1.4 Trefilação Do Cobre
1.4 Trefilação Do Cobre
A
trefilação do cobre é uma operação de deformação
plástica a frio. Que se dá com
escorregamento relativo entre as superfícies do trefilado e da fieira. É o
regime de deformação em que ocorre a mudança dimensional permanente, quando se
excedem os limites de deformação elástica Resumindo, é a deformação permanente
decorrente do deslocamento de átomos ou moléculas para novas posições na
estrutura. No processo de trefilação um sólido com diâmetro inicial, é
deformado num sólido de diâmetro.
1.6 Trefilação De Tubos
1.6 Trefilação De Tubos
Os tubos podem ser trefilados de
quatro modos: sem apoio interno rebaixamento ou afundamento; com mandril
passante; com bucha interna; com bucha flutuante.
1.7 Trefilação De Arames De Aço
1.7 Trefilação De Arames De Aço
Um dos usos mais comuns da trefilação
é a produção de arames de aço que
utiliza como matéria-prima o fio-máquina (vergalhão laminado a quente) é
precedida por várias etapas preparatórias que eliminam todas as impurezas
superficiais, por meios físicos e químicos e obedecem a seguinte sequência:);
descarepação
mecânica (descascamento: dobramento e escovamento) e 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), que também remove H2 dissolvido na superfície
do material; trefilação. Os primeiros passes são a seco e, eventualmente há
recobrimento com Cu ou Sn.
2- FERRAMENTAS
A fieira é o dispositivo básico da trefilação e compõe todos
os equipamentos trefiladores e é
dividida em quatro zonas: (1) de entrada
(2) de redução (a = ângulo de abordagem)
(3) (guia) de calibração - zona cilíndrica (acabamento é crítico) (4) de saída
3 Materiais
3.1 Material E Propriedades Mecânicas (Conforme A Norma En 10305-2.).
Designação
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Símbolo
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Descrição
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Trefilado
duro
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+C
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Nenhum tratamento térmico após a deformação
a frio. Os tubos têm, por isso, pequeno poder de deformação, pelo qual não se
assume nenhuma garantia. Pelo elevado encruamento da parede, apresentam alta
resistência mecânica.
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Trefilado
macio
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+LC
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Após
o tratamento térmico, segue-se uma leve redução de acabamento (trefilação a
frio). Neste caso o tubo pode, dentro de certos limites, ser deformado a frio
(curvado, alongado, etc.).
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Trefilado frio e alívio de tensões
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+SR
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Após o processo final de trefilação a frio
é feito um tratamento térmico de alívio de tensões.
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Recozido
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+A
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Após
o processo final de trefilação a frio os tubos são recozidos em fornos com
atmosfera controlada.
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Normalizado
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+N
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Após o processo final de trefilação a frio
os tubos são normalizados em fornos com atmosfera controlada.
|
A lubrificação na trefilação ocorre por imersão ou por aspersão; na
lubrificação seca são utilizados sabões sólidos em pó e na
lubrificação úmida utiliza-se soluções ou emulsões de óleos em água. Também se utiliza pastas e
graxas. Geralmente, na produção
de fios de aço, o fio de máquina é revestido com cal, que atua como absorvente
e portador do lubrificante na trefilação 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 lubrificante especial
ou em solução alcalina de sabão.
4 REVESTIMENTO
O fio de aço pode ser revestido com
fina camada de cobre ou estanho, na trefilação do cobre não se usa revestimento
superficial assim como nos aços. Os tubos, depois de extrudados ou mandrilados
a quente, geralmente são trefilados 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.
5 MÁQUINAS
As máquinas de trefilar podem ser
classificadas segundo três critérios: quanto ao modo com que exercem o esforço
de trefilação; quanto ao sistemas de
lubrificação adotados; quanto aos diâmetros dos fios trefilados. Quanto ao modo
como o esforço de trefilação é exercido,
existem dois tipos de classificação: máquina de trefilar sem deslizamento e máquina
de trefilar com deslizamento.
Máquinas sem deslizamento: é uma
máquina que produz fios de diâmetros variados.
O fio é tracionado e depois de
passar pelo furo da fieira ele vai par um anel tirante que acumula o fio antes
de liberar sua movimentação em direção a uma segunda fieira onde o processo se
repete. Esse processo pode ser realizado várias vezes até se atingir a bitola
(ou diâmetro) desejado. Finalmente, o fio é enrolado em uma bobinadeira.
6 EQUIPAMENTOS
O equipamento empregado na operação
de estiramento de fios e tubos consiste num banco de estiramento, onde um dos principais
componentes é a matriz. O fio máquina já pontiagudo e inserido na matriz e na
outra extremidade é agarrado nas mandíbulas do banco (mecanismo hidráulico ou
mecânico). Existem bancos de estiramento com capacidade superior a 100
toneladas de força de tração e velocidades de estiramento que variam de 9 a
1500 m/min. A fieira tem o formato de um funil é uma ferramenta cilíndrica que
contém um furo no centro por onde passa o fio, e cujo diâmetro vai diminuindo.
Pode-se classificar os equipamentos
para trefilação em dois grupos básicos:
a)
Trefiladoras de bancada – utilizadas para produção de componentes não
bobináveis, como barras e tubos;
b) Trefiladoras de tambor – utilizada para
produção de componentes bobináveis, ou seja, arames. As trefiladoras de tambor
ainda podem ser classificadas em: simples (1 só tambor) - para arames grossos;
duplas - para arames médios; e múltiplas (contínuas) - para arames médios a finos.
Os elementos das máquinas de
trefilação dependem das características de cada máquina. Existem, entretanto
componentes básicos que usualmente sempre estão presentes
nas trefiladoras: carretel
alimentador, porta-fieira, garra ou mordaça para puxar a primeira porção
do arame, tambor para enrolar o arame trefilado.
6.1 Equipamentos Auxiliares
6.1 Equipamentos Auxiliares
Afinadoras de ponta, soldadoras topo
a topo, fornos para recozimento (contínuo ou estático).
.7 PRODUTOS E APLICAÇÕES
Barras
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Ø
> 25 mm
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Arames
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Comuns
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Grossos 25 > Ø > 5 mm
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médios 5 > Ø > 1,6 mm
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comuns
finos 1,6 > Ø > 0,7 mm
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Especiais
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Ø
< 0,02 mm
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Tubos
trefilados
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Tubos
trefilados com costura - NBR 5599/EN 10305-2/DIN 2393; Tubos trefilados sem
costura - NBR 8476/EN 10305-1/DIN 2391; Cardans automotivo-agrícolas Tubos
com costura para cilindros hidráulicos; Tubos com costura para cilindros
pneumáticos; Tubos sem costura para cilindros hidráulicos; Tubos com costura
para ligação hidráulica (J 525); Tubos sem costura para ligação hidráulica
alta pressão.
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Os tubos trefilados são utilizados
para fins mecânicos quando se exige exatidão dimensional, uniformidade de
propriedades e para se obter perfis especiais e suas principais aplicações são
na fabricação de camisas de cilindro hidráulico e pneumático; Cardans
automotivos e agrícolas; buchas e coxins (elastômeros); auto e moto-peças. na
indústria moveleira; condução hidráulica e de fluidos em geral (petróleo e
gás); troca térmica (caldeiras, trocadores de calor, evaporadores); linha branca,
amarela, vermelha e bicicletas.
8 APLICAÇÃO
Os produtos trefilados são utilizados na indústria de cabos de aço; na
indústria de tubos trefilados; na indústria de vergalhões (barras redondas) e
na fabricação de condutores elétricos (fios).
8.1 Defeitos em Produtos Trefilados
É
sabido que os produtos trefilados caracterizam-se por seu grande comprimento e
pequena seção transversal. Assim, eles recebem uma denominação que depende do
formato: barras para os que possuem diâmetro maior que 5 mm e arames ou fios
para aqueles que possuem diâmetro inferior menor ou igual a 5 mm Os arames são
geralmente utilizados na construção mecânica e civil enquanto que os fios são
utilizados em aplicações elétricas, principalmente.
8.1.1 Principais defeitos:
A)Diâmetro
escalonado: causado por partículas duras retidas na fieira e que se são
desprendidas após o processo;
b)
Fratura irregular com estrangulamento: causada pelo esforço excessivo devido à
lubrificação ineficiente, excesso de espiras no anel tirante, anel tirante com
aspecto rugoso ou com diâmetro irregular, 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;
f)
Ruptura em forma de taça-cone: causada pela redução pequena e ângulo de fieira
muito grande, com acentuada deformação da parte central.
09- Bibliografias Consultada
PAPARONI,
F. Produtos trefilados de cobre. Tradução, prefácio e notas: Arthur w. bird,
1981.
DEFINIÇÃO
– O que é deformação plástica. Disponível em:
<http://www.cimm.com.br/portal/verbetes/exibir/453-deformacao-plastica>.
Acesso em: 12 de outubro de 2014
TREFILAÇÃO
- Introdução. Disponível em: <http://www.cimm.com.br/portal/ material
didático/6495-trefilao-introduo#.UmQ8cfmEFSM>. Acesso em: 20 outubro de 2014
MERCANTE
Tubos Laminados e Trefilados • Brunidos • Peças- Catálogo de Produtos
Trefilação. www.mercantetubos.com.br
MTB
– Metalúrgicas de Tubos de Precisão - Tubos e Peças Tubulares de Aço Carbono de
Precisão com Costura – Trefilado
MORO,
Prof. Eng. Mec. Norberto e Téc. Mec. André Paegle Auras PROCESSOS DE
FABRICAÇÃO- CONFORMAÇÃO MECÂNICA II – Extrusão, Trefilação e Conformação de
Chapas- CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA GERÊNCIA
EDUCACIONAL DE METAL MECÂNICA
MARCONDES,
Prof. Paulo, PhD. Trefilação, UFPR ,
Laboratório de Conformação Mecânica.
PALMEIRA,
prof. Alexandre Alvarenga, Processos de Trefilação, UNIVERSIDADE DO ESTADO DO
RIO DE JANEIRO DEPARTAMENTO DE MECÂNICA E ENERGIA
CENTURY
TUBOS Especificações Técnicas de Materiais - Tubos de Aço Carbono com Costura
Trefilado DIN 2393 NBR 559
Gavenda,
Alcides Tecnologia dos materiais de construção mecânica / Alcides Gavenda. – Florianópolis:
SENAI/SC, 2010.
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