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CONFORMAÇÃO MECÂNICA
EXTRUSÃO
DEFINIÇÃO
Processo de conformação plástica no qual o material sofre redução em sua área de seção transversal pela aplicação de pressões elevadas e escoamento através do orifício de uma matriz.
CONCEITOS BÁSICOS
• Primeiros experimentos: final do século XIX
• Conformação indireta (reação da matriz à pressão do pistão)
• Em geral, a quente
• Redução dos esforços
• Evitar encruamento
• Aplicado a materiais de difícil conformação (inoxidáveis e ligas de níquel)
• Metais e não-metais (ex.: polímeros)
• Esforços de compressão minimizam trincamentos
• Extrusão a frio
• Menos utilizado
• Maiores esforços
• Alto nível de encruamento
• Maior precisão dimensional e geométrica
• Metais submetidos à extrusão:
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• Alumínio
• Cobre
• Metais não ferrosos
• Metais ferrosos: aplicação restrita:
• Temperaturas mais elevadas
• Maiores esforços
• Matéria prima: lingotes (fundidos) ou tarugos (laminados)
• Formas variadas
• Boa homogeneidade estrutural e dimensional
• Baixo índice de oxidação superficial
• Custo inicial elevado
• Limitação de comprimento do produto
• Baixas velocidades de trabalho
EXTRUSÃO DIRETA
EXTRUSÃO INDIRETA
• Êmbolo vazado
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EXTRUSÃO DE TUBOS SOLDADOS
MÁQUINAS DE EXTRUSÃO
• Quase sem exceção: prensas
• Cilindro/pistão
• Bomba hidráulica ou sistema acumulador
• Prensas horizontais (mais comuns)
• Material tem maior contato com a região inferior do container: maior
resfriamento
• Deformação assimétrica
• Prensas verticais
• Grandes espaços verticais livres
• Resfriamento uniforme
• Tubos de paredes finas
• Pistão sujeito a grandes esforços e elevadas temperaturas
• Aço-liga resistente ao calor
• Container (recipiente)
• Sujeito a altas temperaturas e atrito
• Aço-liga resistente ao calor
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FERRAMENTAS DE EXTRUSÃO
• Matrizes ou fieiras
• Capacidade de resistência a altas temperaturas, oxidação e atrito
• Aços ligados ou metal duro
• Faces planas ou cônicas
Face plana (a): metal escoa e forma seu próprio ângulo de entrada Face cônica (b): aumento de homogeneidade de extrusão e diminuição da pressão, com aumento do atrito nas paredes da fieira. Devem ser utilizadas com boa lubrificação (mais comum: vidro fundido).
MECÂNICA DA EXTRUSÃO
Metal sob pressão: fluxo pela matriz, adotando a forma de saída da mesma. Altos níveis de atrito entre material e container
Condição (a): Extrusão homogênea
• Atrito baixo: boas condições de lubrificação; extrusão hidrostática
• Deformação homogênea
Condição (b): Aumento do atrito entre peça e paredes do container
• Distorção do modelo reticulado
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F = Força de Extrusão Ao = área de seção transversal do tarugo antes da extrusão Af = área de seção transversal do tarugo após a extrusão K = constante de extrusão
A força máxima de atrito entre o tarugo e o container é obtida por:
Fa = U.l (^) 0.F 06 D .K Onde: U = perímetro interno do container l 0 = comprimento inicial do tarugo F 06 D = coeficiente de atrito K = Constante de extrusão
Sendo o atrito uma força a ser superada durante o processo, a força máxima de extrusão é calculada por:
F (^) max = F + Fa
FATORES DE INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE EXTRUSÃO
• Homogeneidade de composição e estrutura da matéria prima
• Temperatura de operação
• Baixa: minimização de consumo de energia, desgaste de máquina,
ferramentas e container e de oxidação e/ou corrosão do material
• Alta (maioria dos casos): superior a temperatura de recristalização (limite
superior) e 50 ºC abaixo de Tf (limite superior). Na prática, o limite superior é fixado a temperaturas mais baixas, para evitar fragilidade a quente (fusão de microconstituintes de menor ponto de fusão)
• Pressão de trabalho
• Consumo de energia, robustez e custo do equipamento, desgaste.
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• Fator de maior influência: intensidade de redução. Reduções acima de 90%
acentuam aumento de pressão.
• Velocidade de trabalho.
• Produtividade
• Minimização das perdas de calor
É fácil de notar que estas condições são, não raro, contraditórias entre si. Em condições reais, deve-se buscar um ponto de equilíbrio entre estes fatores, de modo a se obter a melhor condição possível de operação. Via de regra, esta é uma das atribuições do engenheiro ou tecnólogo.
DEFEITOS
Os materiais metálicos mais comumente extrudados são o alumínio e suas ligas e o cobre e suas ligas. Outros metais não-ferrosos também podem ser extrudados, mas tem aplicação mais restrita. Tubos e barras de aço podem também ser produzidos por extrusão, mas apresentam dificuldades operacionais, relacionadas, principalmente, à temperatura de operação. Os defeitos típicos do processo de extrusão são os seguintes:
• Vazios internos na parte final do extrudado, decorrentes do modo de escoamento.
Velocidades de extrusão muito elevadas podem acentuar o problema.
• Trincas de extrusão, perpendiculares ao sentido de extrusão, decorrentes de
defeitos na matéria-prima, associadas à temperaturas de operação muito elevadas e/ou velocidades muito altas.
• Escamas superficiais, ocasionadas pela aderência de partículas de materiais duros
na superfície das ferramentas, devido a desgaste ou quebra de camadas superficiais do container. Temperaturas de operação muito elevadas ou desalinhamento do pistão podem também colaborar na ocorrência deste defeito.
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pelo tratamento térmico de recozimento do tarugo a ser extrudado ou pelo arredondamento do canto formado pela parte cônica com a cilíndrica da ferramenta.
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