EXTRUSÃO
EXTRUSÃO
Prof. M.Sc.: Anael Krelling
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EXTRUSÃO
DEFINIÇÃO DO PROCESSO
É um processo no qual um bloco metálico é colocado dentro de um
recipiente e reduzido na sua seção transversal através da aplicação de
elevadas forças de compressão, forçando-o a escoar através de um orifício ou
matriz.
Devida às grandes forças necessárias para promover a conformação,
a maioria dos metais é extrudada a quente, condições onde a resistência á
deformação do metal é menor. Porém, para muitos metais, de caráter mais
dúctil, é possível a extrusão a frio.
Apresenta a grande vantagem de possibilitar a obtenção de barras,
perfis e até tubos com seções transversais com diversos formatos, desde os
mais simples, como os circulares, quadrados e sextavados, até os mais
complexos.
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EXTRUSÃO A QUENTE
A maioria dos metais são extrudados a quente devido a vantagem da
diminuição da tensão de escoamento e da resistência à deformação que ocorre
com o aumento da temperatura. Por outro lado, o trabalho a quente introduz
problemas associados a:
•Oxidação dos tarugos;
•Oxidação das ferramentas de extrusão;
•Amolecimento da matriz e das ferramentas de extrusão;
•Necessidade de utilização de aços especiais resistentes a elevadas
temperaturas.
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EXTRUSÃO A FRIO
A extrusão a frio está relacionada com a conformação de perfis de
pequenos componentes de máquinas, como corpos de velas de ignição, eixos,
alfinetes e cilindros vazados. Componentes simétricos são particularmente
adequados. A precisão dimensional, alta produção e o acabamento são pontos
fortes do processo.
Associado ao elevado encruamento devido a deformação a frio é
possível obter-se os seguintes benefícios:
•Fornecer peças com maior resistência mecânica, dureza, resistência ao
desgaste e rigidez;
•Usar materiais mais baratos com baixo teor de elementos de liga.
A extrusão a frio é largamente empregada na fabricação de
componentes da indústria automobilística.
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TIPOS DE PROCESSOS
Extrusão Direta – neste caso o tarugo de metal é colocado no container e é
pressionado através de uma matriz por um êmbolo. O estampo é posicionado
no extremo do êmbolo em contato com o tarugo. Neste caso o atrito entre o
tarugo e o container é muito elevado, exigindo alta carga para extrusão.
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Extrusão Indireta – neste caso o próprio êmbolo, vazado, conduz a matriz,
enquanto o outro extremo do container é fechado por uma placa. No processo
de extrusão indireta existe uma nítida vantagem em relação à extrusão direta,
pois neste processo não existe o movimento relativo tarugo-container e
menores as forças de atrito envolvidas. Isto apresenta as seguintes vantagens:
•Melhor o fluxo de escoamento de metal dentro do container;
•Menores as forças de extrusão necessárias para deformar o material.
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Extrusão Hidrostática – é um processo no qual o tarugo, aquecido ou frio, é
extrudado através de pressão exercida por fluido pressurizado, em vez de um
punção. A extrusão hidrostática é realizada usualmente a temperatura
ambiente, em geral usando óleo vegetal como meio fluido, combinando as
qualidades de viscosidade e lubrificação. Pode-se também trabalhar em alta
temperatura. Neste caso ceras , polímeros ou vidro são usados como fluido,
que também tem a função de manter o isolamento térmico do tarugo durante o
procedimento de extrusão.
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Extrusão Lateral – o material do tarugo é forçado através de abertura lateral
da câmara. Os eixos do punção e da peça têm diferentes direções (ângulo
reto).
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PARÂMETROS DA EXTRUSÃO
Parâmetros Geométricos:
•Ângulo da matriz (α);
•Relação de extrusão que é o quociente entre as áreas das seções
transversais do tarugo A0 e do produto extrudado Af;
•O Diâmetro do Círculo Circunscrito (DCC) que é o diâmetro do menor círculo
no qual se inscreve a seção transversal. Quanto maior o DCC, maior controle é
necessário para manter as dimensões do perfil extrudado. Portanto, tamanho é
um dos fatores que descrevem a complexidade de um perfil.
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A complexidade da extrusão é medida pela relação entre o perímetro
da seção do produto extrudado e a área da seção transversal. Esta relação é
denominada fator de forma. É usado por muitos profissionais de extrusão como
base para avaliar custos. A outra medida da complexidade do perfil é a
classificação dos perfis extrudados em diferentes grupos, baseada na
dificuldade de extrusão.
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Parâmetros Físicos:
Força de Extrusão – a força requerida para o processo depende da
resistência do material, da relação de extrusão, da fricção na câmara e na
matriz, e outras variáveis como a temperatura e a velocidade de extrusão. A
força pode ser estimada pela fórmula:
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TEMPERATURA DE TRABALHO
Na extrusão do aço os tarugos são aquecidos na faixa de 1100 a 1200oC;
As ferramentas são pré-aquecidas em temperaturas em torno de de 350oC;
A combinação de altas tensões e temperaturas elevadas provoca um desgaste
intenso no sistema de lubrificação.
VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO
Em processos realizados a elevadas temperaturas é necessário elevada
velocidade de extrusão. Quanto maior a velocidade de avanço do êmbolo
maior a transferência de calor para do tarugo para as ferramentas;
Podem ser usadas velocidades da ordem de 2500 a 4000 cm/min, sendo
necessário para tanto um sistema acumulador hidráulico na prensa;
Em metais propensos a fragilidade a quente, como o alumínio e o cobre, a
velocidade do êmbolo deve ficar restrita a poucos metros por minuto;
O aumento da velocidade produz um aumento da pressão de extrusão;
Em extrusão com baixas velocidades ocorre um resfriamento considerável do
tarugo. Isto pode provocar o aumento da força de extrusão, devido ao aumento
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da tensão de escoamento do material.
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As limitações do processo de extrusão são:
FORÇAS ENVOLVIDAS = as força exigidas para conformação são muito
elevadas, sendo necessário a utilização de grandes prensas ou máquinas
especiais;
FERRAMENTAS = são muito complexas e caras;
SERIAÇÃO = só é viável e adequado para grandes seriações (> 10.000 peças)
em função do custo da ferramenta;
RECOZIMENTO = necessário recristalização intermediária, provocando
aumento de custos;
FORMAS = o processo é adequado
geometricamente mais simples (axiais).
para
a
produção
de
peças
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FLUXO DE METAL
O fluxo do metal é comparável ao escoamento de um fluido num
canal. Os grãos tendem a alongar-se formando uma estrutura com orientação
preferencial. O fluxo inadequado pode causar inúmeros defeitos.
A técnica de observação do fluxo consiste em seccionar o tarugo ao
longo de seu comprimento e marcar uma das faces com um quadriculado. As
duas metades são então colocadas juntas na câmara e extrudadas. Após a
extrusão as partes são novamente separadas para exame.
Na figura abaixo pode ser observado o resultado desta técnica, para
três situações típicas da extrusão direta para matriz quadrada (ângulo da
matriz de 90 0).
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Observe as zonas mortas nas figuras b) e c) , onde o metal fica
praticamente estacionário nos cantos. A situação é similar ao escoamento de
fluido num canal com cantos vivos e curvas.
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DEFEITOS DA EXTRUSÃO
TRINCA SUPERFICIAL – ocorre quando a temperatura ou a velocidade é
muito alta. Estas causam um aumento significativo da temperatura da
superfície, causando trincas e rasgos. Os defeitos são intergranulares.
Ocorrem especialmente em ligas de alumínio, magnésio e zinco, embora
possam ocorrer em ligas de alta temperatura. Estes defeitos podem ser
evitados reduzindo-se a velocidade de extrusão e diminuindo a temperatura do
tarugo
CACHIMBO – o tipo de padrão de fluxo mostrado anteriormente tende a
arrastar óxidos e impurezas superficiais para o centro do tarugo, como num
funil. Este defeito é conhecido como defeito cachimbo (ou rabo de peixe) . O
defeito pode se estender até um terço do comprimento da parte extrudada e
deve ser eliminado por corte. O defeito pode ser minimizado alterando-se o
padrão de fluxo para um comportamento mais uniforme., controlando a fricção
e minimizando os gradientes de temperatura. Alternativamente o tarugo pode
ser usinado ou tratado quimicamente antes da extrusão, removendo-se as
impurezas superficiais.
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TRINCA INTERNA – o centro do tarugo pode desenvolver fissuras que são
conhecidas como trincas centrais, fratura tipo ponta de flecha ou chevron. O
defeito é atribuído à tensão hidrostática de tração na linha central, similar à
situação da região de estricção em um corpo em ensaio de tração. A tendência
à formação de fissuras centrais aumenta com o crescimento da fricção e da
relação de extrusão . Este tipo de defeito também aparece na extrusão de
tubos.
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EQUIPAMENTOS DE EXTRUSÃO
Os equipamentos de extrusão são compostos por:
• Prensa de extrusão;
• Ferramentas de extrusão;
• Equipamento para aquecimento dos tarugos;
•Serra para cortar o material a quente para cortar o rejeito da ponta;
• Mesa de saída para acompanhar o material extrudado;
• Desempenadeira para corrigir pequenos empenos no produto final.
A extrusão pode ser feita com um bloco de carbono entre o tarugo e o estampo
para permitir a completa extrusão do tarugo, sem sobras ou refugo.
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A ferramenta de extrusão é composta pelas seguintes partes:
•FIEIRA OU MATRIZ = feita de aço ferramenta, ligado, temperado e revenido,
com grande resistência ao desgaste e mecânica, bem como resistência a
quente (elevadas temperaturas) quando a extrusão for feita a quente;
•PORTA-FIEIRA = dá o suporte à fieira;
•ENCAIXE DA PORTA-FIEIRA = sustenta toda a ferramenta e permite uma
remoção ou troca rápida
•PLACA DE APOIO = resiste toda a força compressiva exercida sobre a fieira
•CAMISA OU BUCHA = fornece uma proteção contra a parede interna do
recipiente;
•RECIPIENTE OU CONTAINER = deve resistir toda pressão exercida sobre o
material.
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