Projeto de Matrizes para Extrusão a Frio

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EM908 – Projeto de Ferramentas para Conformação – Terceira Aula
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PROJETO DE MATRIZES PARA EXTRUSÃO A FRIO DE UM EIXO
Nesta aula continuaremos o planejamento do processo para a extrusão a frio
do eixo escalonado que foi iniciado na segunda aula.
Serão dimensionadas as matrizes e os anéis de contração para as reduções
de seção por extrusão direta que foram definidas anteriormente.
As dimensões das matrizes serão definidos utilizando-se os critérios
mostrados neste texto e também os apresentados na aula anterior.
Para a realização deste projeto pode-se utilizar o ProE ou o SolidEdge.
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PROJETO DE MATRIZES PARA EXTRUSÃO A FRIO DE UM EIXO
Expressão para cálculo da pressão de extrusão direta:








+
















−




 +
=
Di
L
D
D
B
B
p
B
f
i
ext µσ 41
1
2
0
Onde
σ0 – tensão de escoamento, igual a 385 MPa para o aço 8620 recozido
B = µ.cotg(α)
µ – coeficiente de atrito, que para a extrusão a frio com lubrificação pode ser
adotado igual a 0,2
Di – diâmetro inicial no passe (mm) Df – diâmetro final no passe (mm)
L – comprimento do tarugo em contato com o recipiente. Na extrusão livre L = 0
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PROJETO DE MATRIZES PARA EXTRUSÃO A FRIO DE UM EIXO
Definição do número de anéis de contração:
Pressão Interna ( pi ) N/mm2 Número de anéis 
requeridos
D/d Diâmetro intermediário aproximado
pi < 1000 
1000 < pi < 1600 
1600 < pi < 2000
nenhum 
um 
dois
4 a 5
4 a 6
4 a 6 d1 ≈ 0.9 
d:d1 :d2 :D ≈ 1 : 1.6 a 1.8 : 2.5 a 3.2 : 4 a 6 
D d.
A interferência diametral para
encarcaçamento é normalmente
de 0,2 a 0,4% do respectivo
diâmetro de interface
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PROJETO DE MATRIZES PARA EXTRUSÃO A FRIO DE UM EIXO
Critério para escolha do ângulo de inclinação da superfície de interferência:
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PROJETO DE MATRIZES PARA EXTRUSÃO A FRIO DE UM EIXO
Formas construtivas para matrizes de extrusão direta
Solução (a):
- Redução de seção menor que 48%
- Raio de entrada o maior possível
- Ângulo de trabalho entre 25 e 350
- Raio de saída pequeno entre 0,2 e
1,5 mm
Solução (b):
- Redução de seção maior que 48%
- Para ângulos de trabalhos
maiores, por volta de 450
- A peça 1a deve ser montada com
interferência de 0,2 a 0,4% no
diâmetro
Solução (c):
- Para elevadas pressões de
extrusão (materiais muito duros)
- Exige-se grande precisão na
montagem dos componentes
- O escoamento do lubrificante
deve ser garantido
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PROJETO DE MATRIZES PARA EXTRUSÃO A FRIO DE UM EIXO
Soluções favoráveis e desfavoráveis no encarcaçamento de matrizes de extrusão
Solução (a):
Desfavorável por apresentar a
região de trabalho muito
próxima da superfície superior
da matriz, o que reduz o apoio
do tarugo
Solução (b):
Favorável para resistir à maior
solicitação da matriz
Solução (c):
Desfavorável por apoiar a
matriz contra uma superfície
que pode ser cisalhada durante
a extrusão
Situação (d):
Favorável por suportar à força
axial de extrusão
Os dois aços para trabalho a frio mais frequentemente empregados na fabricação de
matrizes de extrusão a frio são o AISI M2 e o D2, temperados e revenidos para dureza
entre 56 e 61 HRC. O aço D2 é mais facilmente obtido, apresenta tratamento térmico mais
fácil, porém apresenta resistência ao desgaste menor que o M2.
Outro material indicado para a fabricação de matrizes de extrusão são os núcleos de metal
duro (vide descrição na aula passada). A escolha desse tipo de material deve considerar
aspectos vantajosos como a elevada rigidez, resistência à compressão e ao desgaste e
aspectos desvantajosos como a baixa tenacidade, a baixa resistência à tração e à fadiga e
finalmente os custos elevados.
Essas características tornam o metal duro indicado para grandes produções com
tolerâncias dimensionais apertadas em equipamentos que possam evitar a falha das
matrizes por tração ou fadiga.
Já para os anéis de contração, é indicado o aço AISI H13 temperado e revenido para
dureza entre 46 e 53 HRC, nas situações de solicitação elevada.Já para as situações de
menor solicitação dos anéis de contração podem ser empregados os aços para
beneficiamento AISI 4140 e 4340, temperados e revenidos para dureza entre 42 e 46 HRC.
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PROJETO DE MATRIZES PARA EXTRUSÃO A FRIO DE UM EIXO
Seleção de materiais para fabricação de matrizes de extrusão e dos anéis de contração:
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Critérios para projeto de punções de extrusão:
Os punções podem ser simples quando têm apenas a função de empurrar o tarugo em
direção à matriz ou de recalque quando também têm a função de conformar a extremidade
do produto (vide detalhes construtivos na aula passada).
Algumas recomendações para a fabricação de punções de extrusão/recalque:
a) o punção deve ser o mais curto possível, levando em consideração o tipo de fixação e a 
instalação de extração.
b) devem ser evitadas grandes diferenças de secção transversal sem transição, para evitar 
grandes concentrações de tensão.
c) nas transições de secção transversal devem previstos pequenos ângulos de cone e 
grandes raios de transição, pelos mesmos motivos do item anterior.
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Grau de esbeltez (L/D)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
T
e
n
sã
o
 a
d
m
is
sí
v
e
l 
[M
P
a
]
Limite de flambagem para punções de aço rápido em função da pressão de extrusão
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Seleção de materiais para fabricação de punções de extrusão:
Os materiais para fabricação de punções simples devem apresentar elevada resistência mecânica
à compressão e, para a fabricação de punções para recalque, além dessa propriedade também
devem apresentar elevada resistência ao desgaste.
- para punções na extrusão inversa, aços para trabalho a frio AISI M4, M42, M2 e D2, temperados
e revenidos com dureza entre 59 e 64 HRC, devidos às elevadas tensões de compressão e à
possibilidade de flambagem;
- para punções na extrusão direta de eixos e tubos, aços para trabalho a frio AISI M2, D2, O1 e S1,
temperados e revenidos para dureza entre 56 e 61 HRC, devido às menores tensões de
compressão e à menor possibilidade de flambagem;
- para punções na extrusão de tubos, aços para trabalho a frio AISI M4, M42, M2, D2, A2 e H13
(aço para trabalho a quente, de menor custo, beneficiado e nitretado), temperados e revenidos
para dureza entre 59 e 64 HRC (entre 46 e 49 HRC no caso do H13), devido às altas tensões de
tração causadas pelo atrito.
Em ordem crescente de resistência à compressão e resistência ao desgaste e consequentemente,
maiores custos para fabricação, tem-se os aços AISI H13, S1, O1, A2, D2, M2, M42 e M4.