Projeto de Matrizes para Extrusão a Frio de um Eixo

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EM908 – Projeto de Ferramentas para Conformação – Segunda Aula
EM908 – SEGUNDA AULA 
PROJETO DE MATRIZES PARA EXTRUSÃO A FRIO DE UM EIXO
Nesta aula iniciaremos o planejamento do processo para a extrusão a frio de um eixo
escalonado.
O número de estágios a ser utilizado e as dimensões das matrizes serão definidos
utilizando-se os critérios mostrados neste texto.
Para a realização deste projeto pode-se utilizar o ProE ou o SolidEdge.
O único detalhe que não será determinado nesta aula é a interferência dimensional
entre o diâmetro externo do núcleo e o diâmetro interno da carcaça, que depende da
pressão interna exercida durante a extrusão e dos limites de escoamento dos
materiais utilizados na carcaça e no núcleo. Esse cálculo será realizado numa das
próximas aulas.
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Dados do processo:
Matéria Prima: Barra de aço 4320, no estado recozido, diâmetro inicial: 13,49 mm
(7/32“)
Produto: Eixo escalonado mostrado na Figura 1
A Figura 2 apresenta um esquema de montagem de uma prensa hidráulica de quatro
estágios utilizada industrialmente para o forjamento/extrusão a frio de eixos e que
será usada neste projeto.
Um conjunto de ferramentas empregado num dos estágios é mostrado na Figura 3.
Deve-se sempre que possível utilizar o maior número de itens padronizados para a
montagem do ferramental.
Nesta aula (19/08/2010) deverão ser entregues os desenhos das peças obtidas em
cada um dos estágios, com as dimensões calculadas segundo os critérios de projeto.
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Figura 1 – Eixo escalonado
Obs.: As cotas horizontais 
referem-se sempre a diâmetros
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Capas 
intermediárias
Porta-matriz
Peças conformadas
Estágio de cisalhamento
Calços
Calços e fixadores relativos 
à peça conformada
Capas externas
Matrizes e punções
Capas internas
Figura 2 – Prensa hidráulica de 
quatro estágios
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Figura 3 – Esquema de ferramental 
para um estágio de extrusão
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Critérios para cálculo do número de etapas e da peça produzida em cada
estágio:
A Figura 4 apresenta as relações de dimensões associadas às deformações
máximas que podem ser realizadas numa etapa em diversos processos de
extrusão e forjamento a frio.
Normalmente, o número de passes está limitado a três para uma mesma região
do tarugo. Em alguns casos especiais, pode-se prever quatro extrusões.
Um outro critério importante diz respeito à distância entre reduções de seção por
extrusão num mesmo passe. Essa distância deve ser igual ou maior a uma vez o
diâmetro extrudado na matriz anterior.
Para se eliminar possíveis defeitos acumuladas nas sucessivas reduções por
extrusão, a extremidade mais deformada pode ter seu comprimento acrescido do
valor de um diâmetro, que será cisalhado no estágio de corte.
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Figura 4 – Critérios de deformação 
limite por passe na extrusão ou 
forjamento a frio
Recalque livre
Extrusão direta livre
Extrusão direta guiada
Extrusão inversa
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Critérios para projeto das matrizes de extrusão:
A Figura 5 apresenta os detalhes de um núcleo de matriz para extrusão direta livre a
frio. O ângulo A pode ser assumido com os valores e critérios apresentados para as
matrizes de trefilação.
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Figura 5 – Detalhes de um núcleo de matriz para extrusão a frio livre
´
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Critérios para projeto das matrizes de extrusão:
A Figura 6 apresenta os detalhes de um núcleo de matriz para extrusão direta guiada.
Figura 6 – Detalhes de um núcleo de matriz para extrusão a frio guiada
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Critérios para projeto das matrizes de extrusão:
A Figura 7 apresenta os critérios para o projeto de uma operação de extrusão inversa.
Figura 7 – Critérios para a extrusão inversa a frio
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Critérios para projeto das matrizes de extrusão:
A Figura 8 apresenta os critérios para o projeto de uma punção para extrusão inversa.
Figura 8 – Detalhes de um punção para extrusão inversa a frio
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Critérios para projeto das matrizes de extrusão:
O ângulo de trabalho (2A) apresenta uma faixa ideal em função do material a ser
extrudado, da redução de seção no passe e das condições de lubrificação.
A tabela a seguir apresenta alguns valores recomendados para esse ângulo em graus
e com variação permissível de ±2o
Redução 
de seção 
no passe
(%)
Grupos de materiais a trefilar
1 2 3 4 5 6 7
5 a 8 14 12 10 9 8 7 6
8 a 12 16 14 12 11 10 9 8
12 a 16 18 16 14 13 12 11 10
16 a 25 21 18 18 16 15 14 12
25 a 35 24 22 20 19 18 17 15
35 a 45 22 20 18
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Grupos de materiais a trefilar:
1. Alumínio, prata, ouro, chumbo e zinco
2. Cobre e ligas de alumínio macias
3. Ligas de alumínio duras, níquel e ligas de níquel-cromo
4. Latões, bronzes, alpaca, aços inoxidáveis e aços não ligados com teor de carbono
menor que 0,4% trefilados com lubrificação úmida
5. Aços não ligados com teor de carbono menor que 0,4% trefilados com
lubrificação seca
6. Aços não ligados com teor de carbono maior que 0,4% e aços ligados trefilados
com lubrificação úmida
7. Aços não ligados com teor de carbono maior que 0,4% e aços ligados trefilados
com lubrificação seca
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Materiais para núcleos de matrizes de extrusão:
Os fabricantes de metal duro recomendam algumas classes desse material para uso
em núcleos de matrizes de extrusão em função do material a ser extrudado e da
severidade do processo. A seguir são apresentadas cinco classes de metal duro em
ordem crescente de tenacidade e decrescente de dureza e densidade. A princípio,
são indicados para a trefilação, mas podem ser utilizados por analogia na extrusão.
BF41 - IS0 K01-K05 núcleos para a trefilação de arames de aço e não ferrosos de um
diâmetro de até 0,8 mm
BF20 - K20 - núcleos para a trefilação de arames de aço e não ferrosos de um
diâmetro de até 3,2 mm ou perfilados pequenos e simples, exclusivamente em não
ferrosos. Mandris flutuantes pequenos.
BF11 - núcleos para a trefilação de barras e arames.
B10C - G20 núcleos em perfis grandes ou formato irregular para aços moles. Mandris
fixos de dimensões superiores a 40 mm e mandris cônicos. Matrizes para estiramento
de tubos, barras e peças
B15C - G30 máxima tenacidade.Matrizes de estiramento e insertos grandes para
fieiras montadas.