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Capítulo 10
TREFILAÇÃO DE BARRAS, ARAMES E TUBOS
10. Trefilação de barras, arames e tubos.
10.1. Introdução à trefilação[4][6]. O processo de trefilação consiste em forçar a passagem de uma barra através de uma fieira mediante a aplicação de uma força de tração à saída desta fieira. A barra deve ser apontada e inserida através da fieira, sendo a seguir presa por garras de tração usualmente impulsionadas através de correntes. Existem equipamentos capazes de desenvolver até 100t de tração e velocidades na ordem de 100m/min, percorrendo distâncias de até 30m.
As fieiras de trefilação são normalmente construídas de carboneto de tungstênio a fim de terem grande durabilidade. A situação mais comum é apresentarem perfil cônico, observando-se na saída uma zona cilíndrica, o que garante estabilidade dimensional ao produto. Existem situações em que são utilizadas fieiras senoidais; estas foram desenvolvidas para trefilar materiais que sofram transformações de fase durante a deformação, acompanhadas por um aumento de volume (da ordem, por exemplo, de 0,2 a 0,6%). Exemplo: aços inoxidáveis austeníticos (contêm austenita retida – ocorre a transformação em martensita com ∆V=0,2 a 0,6%). O processo de fabricação das fieiras engloba: − usinagem convencional a partir de um bloco inicial; − usinagem por eletroerosão; − tratamento(s) térmico(s); − acabamento. O material deforma-se à medida que atravessa a fieira e, desta maneira, tem seu diâmetro reduzido. Como resultado, obtêm-se um produto de secção menor e comprimento maior, com boa qualidade superficial e excelente controle dimensional. Geralmente, tanto a
barra original quanto o produto final possuem simetria axial, ainda que esta condição não seja estritamente necessária. A trefilação como processo de conformação mecânica é explicada por meio de modelos teóricos há mais de 50 anos. Atualmente, as forças necessárias podem ser previstas.
10.2. Cálculo de força na trefilação de barras e arames [4].
Força ideal
Fid = A 1 σ e ϕ a
1
ln 0 A
A
ϕ a entra em valor absoluto.
e e 1 e
σ = σ^ o +^ σ média entre as tensões de escoamento na entrada e na saída.
Força real As expressões que serão apresentadas a seguir, foram obtidas a partir da teoria das tiras.
- Conforme Sachs:
⋅^ −
μ ⋅ α
ctg
o
e (^) A
A
F A 1 1 1
cot
- Conforme Köerber e Eichinger:
⋅^ −
⋅
μ α 1 0 , 77 cot
ctg
o
e (^) A
A
F A
- Conforme Pomp, Siebel e Houdremont:
F A 1 e (^1) a
Essa última expressão considera a soma de três trabalhos: − trabalho ideal de deformação; − trabalho de atrito; − trabalho de cisalhamento interno.
Rendimento do processo
F
Fid
η = sendo o F calculado por um dos três métodos apresentados.
Ângulo ótimo de fieira
1
0 , 87 (^1 )
A
Ao A ótimo
α = ⋅μ⋅ (rad)
As condições de serviço devem assegurar a obtenção de um produto perfeito, evitando-se a ocorrência de microfissuramentos no interior do material, de modo a preservar a sua qualidade.
EXERCÍCIO: Necessita-se de uma barra de latão 70-30 com diâmetro de 4,0mm, tensão de escoamento não superior a 50kgf/mm^2 , e alongamento não inferior a 10%. O diâmetro inicial da barra é de 7,0mm. Sabendo-se que μ=0,1 e que se está utilizando uma fieira com ângulo ótimo, considerando-se ainda os dois gráficos que se seguem, pede-se: a) É possível trefilar esta barra num único passe e deixá-la dentro das especificações? Justifique. b) Caso a resposta do item “a” seja negativa: b 1 ) especifique as etapas de processamento necessárias; b 2 ) calcule a força real para o último passe (conforme fórmula de Pomp, Siebel e Houdremont); b 3 ) justifique se há problemas de fissuramento interno no último passe.
a) (^1) , 12 4
ln 2 ln 2 ln 1 1
=^ ⋅
=^ ⋅
d
d A
Ao (^) o
ϕ a
Não é possível, pois com ϕa=112% teríamos alongamento < 10% e σe > 50kgf/mm^2 (vide gráfico), fora portanto das especificações.
b 1 ) Alongamento ≥ 10% ϕa ≤ 40% Tensão de escoamento ≤ 50 kgf/mm^2 ϕa ≤ 30% ϕa ≤ 30% → último passe
d e mm
d e
d d
d 4 4 , 65 4 4
0 , 3 2 ln 0 , 15 ln int^0 ,^15 int int^0 ,^15 1
int (^) ∴ = ∴ = ⋅ =
∴^ =
Podemos fazer a redução de 7,0mm para 4,65mm por ciclos de trefilação a frio e recozimento, para finalmente, por trabalho a frio, fazer a redução de 4,65mm para 4,0mm.
b 2 ) (^)
⋅ +^ ⋅
F A 1 e (^1) a
2 2
1
= ⋅ ⋅ rad A
Ao A ótimo
2 2
2 42 , 5 / 2
(^1) kgf mm kgf mm
kgf mm gráfico (^) e e
e e e e
o^ o = + =
F 0 , 175 314 , 1 kgf 3
^ =
b 3 ) 2 2 1
kgf mm A
F
e
a
não haverá fissuramento no interior do material.
10.5. Processos de trefilação de tubos: cálculos de força e potência [4].
a) − Bom acabamento na superfície externa. b) − Bom acabamento nas superfícies interna e externa. − Espessura controlada. − É de fácil execução c) − Não permite bom controle de espessura. − Bom acabamento interno, podendo ser obtido um espelhamento. d) − Bom controle de espessura. − Acabamento externo rigoroso. − Acabamento interno não muito bom.
Cálculo de força
Caso “a”: Fórmula de Sachs:
⋅^ −
μ ⋅ α
ctg
o
e A
A
F A 1 1 1
cot
Casos “b”, “c” e “d”:
⋅^ −
' 1 1 1 '
β
o
e A
A
F A
