Trefilação
• O processo de trefilação é a
deformação mecânica de um metal
através da passagem do material por
uma matriz de formato cônico,
diminuindo a seção do material, sem
perda nem adição do metal.
• Ou seja os volumes são constantes,
durante a trefilação, ocasionando
aumento de comprimento.
Trefilação
• É um dos processos de conformação
mecânica semelhante ao processo de
extrusão onde um material é forçado a
passar através de uma matriz para ter
seu diâmetro reduzido e seu
comprimento aumentado.
• Neste caso o material é puxado e não
empurrado.
Trefilação
• A trefilação, também conhecida como
estiramento é normalmente realizada
a frio.
• É um processo utilizado para a
fabricação de fios, arame e tubos
(seções muito menores que o
comprimento).
Trefilação
• Os produtos são classificados em
barra, tubo e arame ou fio.
• As barras finas são denominadas de
arames ou fios.
• Em geral a denominação de arame é
para fins mecânicos e fio no caso de
fins elétricos.
• A velocidade de trefilação pode variar
conforme o equipamento e tipo de
material.
Trefilação
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No século XIV, Rudolph de Nuremberg desenvolveu
o primeiro equipamento mecânico industrial para
trefilação.
De 1850 a 1870 em razão da difusão do telégrafo e
a consequente demanda por fios condutores, a
trefilação teve um grande avanço.
Os produtos são fios, barras, tubos e perfis
diversos. Em geral, a trefilação é realizada a frio
com pequenas reduções de seção por passe,
diminuição da ductilidade e aumento da resistência
mecânica.
Trefilação
• A qualidade superficial e dimensional do
material trefilado é excelente com
propriedades mecânicas controladas por
meio da redução de área, tratamentos
térmicos e recozimento intermediários.
• Os principais fatores que influenciam o
processo são os esforços predominantes de
compressão indireta, o atrito na fieira e a
lubrificação.
Efeitos da Trefilação
• Durante a trefilação o material é submetido
à ação de esforços de compressão,
resultantes da reação do material metálico
com as paredes da matriz, ou seja é um
processo de compressão indireta.
• Durante esta compressão indireta ocorre o
“encruamento”, que é o afinamento e
alongamento dos grãos cristalinos do metal.
• Por consequência ocorre o aumento da
resistência mecânica.
Efeitos da Trefilação
• As propriedades mecânicas do
material aumentam durante a
trefilação, porem o material perderá
dutilidade e gerará tensões internas,
podendo chegar a ruptura, porque
quanto maior a redução de área o
limite de escoamento aproxima-se da
tensão de ruptura.
Efeitos da Trefilação
• Para que se possa dar continuidade a
deformação por trefilação poderá haver
necessidade de tratamentos térmicos, que
promovem a recristalização do material e
permitem novas deformações a frio.
Efeitos da Trefilação
• Durante a trefilação ocorre atrito entre fio e
fieira; entre fio e volantes; entre fio e polias
guias, etc...
• O atrito é a resistência ao movimento
relativo de dois corpos em contato direto.
• O atrito gera aquecimento e desgaste das
superfícies, devido a influência da
rugosidade inerente aos materiais.
Efeitos da Trefilação
• O atrito que ocorre na interface entre os
metais, quando ocorre o processo de
trefilação dependem de diversos fatores,
entre eles:
• Geometria da Fieira
• Propriedades do lubrificante
• Características do material trefilado
• Microestrutura dos materiais
• Eventuais reações químicas.
Efeitos da Trefilação
• Os esforços de trefilação podem ser
decompostos em:
• Tensão de tração no sentido do
deslocamento do material trefilado
• Tensões de compressão, exercidas no
sentido radial, devido a reação das
partes cônicas da fieira ao deslocamento
do fio
• Tensões no sentido longitudinal devido
ao atrito entre o fio e as paredes da
fieira.
Esforços da Trefilação
Exemplos de deformação na trefilação
Ferramental para trefilação
Partes de uma fieira
Cálculo de jogos de fieiras
• As máquinas atuais já são fornecidas
com a relação que deve ser usada
entre as fieiras.
• Algumas máquinas variam a relação
nas etapas da trefilação.
• Portanto, é necessário conhecer o
equipamento para otimizar a
produtividade com o menor desgaste
possível das fieiras e dos volantes.
Cálculo de jogos de fieiras
• Também é importante verificar a
corrente absorvida pela máquina, para
que não seja suplantado o limite
máximo dos motores.
• Para máquinas sem deslizamento é
importante otimizar ao máximo as
reduções de área, tomando cuidado
para não chegar a romper o fio.
Cálculo do alongamento (%)
Cálculo de redução de área
Defeitos em trefilação de alumínio
• A trefilação pode causar
defeitos no produto, porem
muitas vezes a causa é a
própria matéria prima.
• São defeitos que podem ser
causados durante a fundição
ou laminação.
Estricção
• Se a quebra ocorre durante a
trefilação as prováveis causa serão:
• Lubrificação insuficiente
• Lubrificante sujo, viscosidade errada.
• Excesso de voltas no volante da trefila
• Sulcos nos volantes
• Relação de diâmetros dos volantes
incorreta
• Jogo de fieiras com fieiras com
diâmetros excessivos
Estricção
• Se o fio quebra, simplesmente, porque
foi ultrapassada a resistência à tração
do material, devido a uma das causas
anteriores as duas pontas das
extremidades quebradas,apresentam
um estrangulamento perto da quebra,
com aspecto irregular, conhecido como
estricção.
Inclusões
• Inclusões ocorrem, normalmente
durante a laminação, ou mesmo
durante a fusão do metal.
• Estas inclusões, diminuem a
resistência à tração e podem ocasionar
quebras durante a trefilação.
• Se as quebras persistirem o melhor é
trocar a alimentação
Inclusões
• As inclusões podem ser devido ao
óxido de aluminio, que é arrastado da
camada protetora do aluminio
enquanto líquido.
• As inclusões podem ser de elementos
de liga, tais como
Manganes,Magnésio,etc...
Rachadura de bambú
• Quebras em que o fio apresenta
abertura como “rachadura de bambú”,
normalmente são devidas a problemas
ocorridos na laminação do produto de
alimentação.
• Estas falhas podem ocorrer na
laminação por concentração de óxidos,
ou de elementos de liga ou até mesmo
cilindros desgastados ou desajustados.
Alinhamento do fio x fieira
• Se a parte cilindrica (paralelo) da fieira
for muito curto ou se a redução de
área for exagerada o fio de entrada
poderá entrar na fieira num ângulo
não apropriado, causando defeitos no
fio, e até mesmo a ruptura.
• Outra causa de o fio entrar em ângulo
não apropriado é a posição do porta
fieira em relação ao volante de
trefilação.
Alinhamento do fio x fieira
• A entrada do fio em ângulo não
apropriado resultará numa deformação
desproporcional de um dos lados do
fio,podendo ocasiona a ruptura do
material que está sendo trefilado.
• A causa pode estar em fieiras
anteriores em relação à fieira onde
ocorreu a quebra.
• O defeito é conhecido como pata de
corvo ou chevron.
Fieira quebrada
• Deformações similares as anteriores podem
ser causadas por defeitos na fieira.
• A fieira poderá apresentar superfície
deteriorada, ou até mesmo estar quebrada
na zona de redução,
• O material poderá acumular na parte
quebrada da fieira e apresentar defeitos tipo
pata de corvo ou chevron, confundindo a
avaliação da causa.
Trincas internas
• A deformação ao longo do fio, com aspecto
de “trepidação” poderá ser causada por
redução insuficiente em uma das fieiras do
jogo.
• A fieira esta calculada errada (com baixa
redução de área) ou a fieira tem um ângulo
excessivamente aberto na zona de
deformação.
• A ruptura poderá ocorrer nas fieiras
seguintes.
Trincas internas
• As pontas quebradas devem ser analisadas.
• Elas se apresentam, normalmente com um
furo central de um dos lados e
consequentemente com um cone do outro.
• São conhecidas como quebra tipo “taçacone”.
• Na prática, o cone aponta que a fieira
defeituosa é anterior onde ocorreu a
quebra.
Ranhuras ou dentado
• Quando o fio apresenta aspecto “dentado”,
normalmente é devido ao acumulo de pó ou
partículas do metal que está sendo trefilado,
na entrada da fieira.
• Este acumulo de metal pode ser devido a:
• Entrada da fieira comprido e estreito,
• Pó excessivo no lubrificante
• Falta de polimento na fieira
• Material de entrada soltando pó.
Ranhuras ou dentado
• O pó do material que está sendo trefilado
pode desprender-se e ocasionar aspecto
superficial liso em alguns trechos e
“dentados” em outros, dificultando a análise
do processo.
• É importante verificar todas as fieiras do
jogo, ainda na máquina, analisando onde
ocorre a existência do pó, ou até mesmo
pequenas farpas.
Problemas de Trefilação
• Os problemas de trefilação podem
ocorrer ao longo de todo o processo,
envolvendo:
• Material sendo trefilado
• Sistema de desbobinamento
• “Caminho”do material a ser trefilado
• Volantes com defeitos
• Jogo de fieiras incorreto
• Recolhimento do material
Problemas de Trefilação
Quebras de fios
• Alimentação “enrosca” durante
desbobinamento.
• Ranhuras nas polias onde passa o material
de alimentação.
• “Sulcos “ nos volantes.
• Lubrificação insufiente ou inadequada.
• Diâmetro incorreto dos volantes de
trefilação.
• Jogo de fieiras mal calculado.
Problemas de Trefilação
Riscos no produto
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Ranhuras nos volantes
Ranhuras nas guias de trefilação
Lubrificação insuficiente
Fieira com incrustações
Alimentação defeituosa
Problemas de Trefilação
Fieiras
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Diâmetro incorreto
Diâmetro ovalizado
Polimento ruim
Ângulos não condizentes com o material a ser
trefilado
Fieiras com”anéis”
Eixo da pedra fora do centro em relação a carcaça
da fieira
Perfil da fieira incorreto
Ângulo de saída muito fechado
Lubrificantes
• Na trefilação o material a ser trefilado
entra em contato direto com a
ferramenta de deformação.
• Este contato gera o atrito, que gera o
desgaste da ferramenta e danos ao
material a ser trefilado.
Lubrificantes
• Para aliviar os efeitos do atrito utilizase lubrificantes.
• A função básica do lubrificante é estar
entre a superfície do material a ser
trefilado e a fieira, minimizando os
efeitos do atrito.
• Outra função do lubrificante é o de
remover o calor gerado durante a
trefilação.
Lubrificantes
• O lubrificante forma uma película
entre os materiais.
• Esta película dever ser forte o
suficiente para suportar o calor gerado
e a pressão de trefilação.
• Na verdade é o lubrificante quem
trefila o material.
Lubrificantes
• Os lubrificantes emulsionáveis tem sido
utilizados em trefilação de fios finos e
podem ser de origem vegetal ou mineral.
• Estes lubrificantes são excelentes
removedores de calor.
• A vazão deve ser elevada e as fieiras devem
ser controlados, frequentemente, quanto ao
desgaste.
• Quanto a concentração, cada caso deve ser
estudado para obter melhor custo/benefício.
Lubrificantes
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A escolha do lubrificante depende:
Do equipamento a ser usado
Do sistema de filtragem
Do tipo de fieira
Do diâmetro desejado
Da velocidade de trefilação
Do sistema de arrefecimento
Filtração
• Todo processo de trefilação gera, em
maior ou menor quantidade, diminutas
partículas derivadas do material que
está sendo trefilado e de óxidos
provenientes do mesmo.
• Estas partículas e/ou óxidos devem ser
retirados, dentro do possível, do
lubrificante.
Filtração
• Estas partículas/óxidos tendem a
aumentar continuamente e podem
gerar problemas, tais como:
• Riscos no material
• Desgaste prematuro das fieiras
• Obstrução na entrada da fieira
• Incrustações no produto trefilado
• Vida útil do lubrificante
Filtração
• É muito importante reduzir a
concentração destas impurezas no
lubrificante.
• Elas causam perdas, tais como:
• Redução de velocidade
• Aumento de quebras
• Vida útil do lubrificante
• Vida útil das fieiras
• Vida útil dos volantes
Tratamento Térmico
• Defeitos por tratamento térmico pode
vir a ocorrer, por exemplo, se a
temperatura de recozimento for muito
alta os grãos podem crescer
exageradamente e o material tornarse frágil, quebradiço.
• Para tratamentos de ligas é necessário
especial atenção na temperatura e
tempo, para obtenção de bons
resultados
Bibliografia
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Conformação Plástica dos metais. Prof. Willy Ank de Morais –
Engenharia de Produção e Mecânica da UNISANTA.
Conformação Mecânica – Prof. André Itman Filho –
Engenharia Metalurgia e Materiais da IFES.
Processos Mecânicos e metalurgicos de Fabricação – Prof.
Vinicius Torre Lima – Engenharia Mecânica – FESURV.
Trefilação de Aluminio e suas Ligas – Afrânio F. da Silva.
Technical Conform- Dalian Konform Techical Co. Ltda
Instituto Federal de Santa Catarina
Esteves S.A. – Fabricante de Fieiras
Produtec S/C Ltda.
• Contato: Eng. Maurício Sant’Ana
• Tel.: 0xx11 996516413
• E-mail: [email protected]