Equipamentos e Processos de Extrusão

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1. Quais os tipos e as principais características dos equipamentos de extrusão?
O equipamento básico de extrusão é a extrusora, normalmente representada por uma prensa hidráulica. Ela pode ser horizontal ou vertical. As prensas hidráulicas verticais são geralmente usadas para extrusão a frio, já que possuem menor capacidade que as usadas para extrusão a quente. Além disso ocupam menos espaço horizontal. No entanto, ela é limitada a peças de tamanhos pequenos e curtos, além de trabalhar com menor opção de materiais. As prensas hidráulicas horizontais, por sua vez, são usadas para extrusão a quente. Proporcionam elevadas velocidades do êmbolo (2.500 a 4.000 cm/min para evitar transferência de calor excessiva do tarugo para as ferramentas), e consequentemente, alta taxa de produção, além de maior opção de materiais. É limitada por ocupar maior espaço horizontal.
2. Quais as vantagens da extrusão indireta sobre a direta?
Na extrusão indireta ou inversa, é empregada uma haste oca que empurra a matriz contra o metal a ser extrudado, fazendo com que a matriz se desloque na direção do tarugo. Algumas das principais vantagens desta em relação à direta é o menor esforço de deformação e menor atrito, além de proporcionar um produto mais homogêneo. No entanto, devido a haste ser oca, as cargas a serem utilizadas são limitadas e não é possível obter perfis com formatos muito complexos.
3. Quais as vantagens e desvantagens da extrusão hidrostática?
Na extrusão hidrostática, a pressão para a operação de extrusão é proveniente de um meio fluido que envolve o tarugo, não havendo assim, atrito entre parede e tarugo. As principais vantagens são o baixo atrito, uso de pequenos ângulos de matriz (reduz deformação redundante e pressão de extrusão), além de pressão constante, menores esforços, lubrificação otimizada, bom acabamento superficial e tolerâncias mais estreitas.
É limitada pela temperatura e pressão de operação (resistência da câmara). Requer grande quantidade de energia armazenada, reduz a eficiência e é perigoso. Também é difícil controlar a velocidade de operação e geralmente não se trabalha à quente. Também se faz necessário o uso de dispositivos especiais de vedação.
4. Qual a importância do ângulo da matriz?
O fluxo adequado do material depende diretamente do ângulo da matriz. Um fluxo inadequado causa vários defeitos na peça final. Ângulos baixos para a matriz reduz deformação redundante e a pressão de extrusão.
5. Quais as principais variáveis do processo de extrusão?
As variáveis se dividem em geométricas e físicas. As geométricas são a razão de extrusão (relação de extrusão), o diâmetro do círculo circunscrito (DCC), o fator de forma; o comprimento do tarugo e a geometria da ferramenta. Já os físicos são a velocidade de deslocamento do pistão, a velocidade do produto extrudado (ve = velocidade do pistão/êmbolo x Re (razão de extrusão)), a força de extrusão; a temperatura do tarugo e o tipo de lubrificante (atrito). O comprimento do tarugo também é uma variável física.
6. Cite vantagens e desvantagens dos processos de extrusão a quente e a frio.
· Quente
· Vantagens: Exerce menos tensão compressiva no ferramental pois aumenta ductilidade do material e permite extrudar praticamente qualquer metal.
· Desvantagens: desgaste da matriz excessivo e esfriamento do tarugo na câmara pode gerar deformações não-uniformes, oxidação do tarugo (acabamento superficial prejudicado), amolecimento das ferramentas e dificuldade de lubrificação.
· Frio
· Vantagens: melhores propriedades mecânicas resultantes do encruamento (calor gerado pela deformação não pode recristalizar o metal), possibilita uso de materiais mais baratos (baixo teor de elementos de liga), alta precisão e controle das tolerâncias (requer pouca ou nenhuma operação posterior de acabamento), melhor acabamento superficial (não existência de camada de óxido se lubrificação for eficiente), eliminação do pré-aquecimento do tarugo, taxas de produção e custos competitivos com outros métodos.
· Desvantagens: Exerce grandes tensões compressivas no ferramental de extrusão, especialmente para trabalhar peças de aço, materiais desenvolvidos para usinagem não são apropriados (necessidade de o material ter boa conformabilidade) e ferramentas estão sujeitas a carga alta e sofrem o desgaste excessivo.
7. Quais os tipos de processos de extrusão a frio?
· Direta - a peça se movimenta na mesma direção do punção;
· Inversa – matriz se movimenta e empurra a peça contra o punção;
· Transversal - movimento da peça ocorre na direção oposta do punção;
· Combinada - movimento ocorre na direção do punção e na direção oposta.
8. Onde é utilizado o processo de extrusão a frio?
É um processo que combina operações de extrusão direta, indireta e forjamento. É amplamente utilizado na indústria de ferramentas e componentes de automóveis, motocicletas, bicicletas, acessórios e equipamentos agrícolas.
9. Como é feita a extrusão a quente de materiais metálicos?
O material é aquecido até a temperatura máxima de trabalho (ponto de fusão), para que seja empurrado por um êmbolo com um orifício que possui a seção requerida. Em seguida, o material é retirado da matriz já na forma desejada. É feita em temperatura elevada para que as ligas que não contenham ductilidade suficiente a temperatura ambiente, o que reduz as forças necessárias. Geralmente emprega-se Tmax = Tfusão – 55 °C. Extrusão a quente permite temperaturas maiores que forjamento ou laminação.
10. Por que na maioria dos materiais a extrusão é feita a quente?
Na extrusão a quente, o material é aquecido. Isto faz com que a resistência à deformação seja menor, já que ao aquecer a peça até o ponto de fusão, a mesma se torna mais maleável e consequentemente permite uma maior deformação. Se fosse feito uma extrusão a frio, seria necessário forças muito maiores.
11. Qual o efeito da lubrificação sobre o processo de extrusão?
De forma simplificada, no processo de extrusão, a lubrificação é importante por reduzir o atrito e agir como uma barreira térmica. Ela auxilia evitando o contato entre o material e a ferramenta, e consequentemente, diminuir o atrito e o desgaste da ferramenta.
Na extrusão a frio, a deformação heterogênea é influenciada pela lubrificação, assim como interfere no acabamento. Já na extrusão a quente, são utilizados lubrificantes com aditivos de extrema pressão e resistentes às altas temperaturas e baixa resistência ao cisalhamento. Falhas na camada de lubrificante pode ocasionar trincas.
12. Cite e descreva os principais defeitos em extrudados.
Os defeitos podem ocorrer devida às ferramentas (desgaste, desvios de forma) e a irregularidades na matéria-prima (desvios de forma, textura irregular, vazios internos, inclusões, fissuras).
· Trinca superficial - ocorre velocidade quando a temperatura e a velocidade são altas, causando aumento significativo da temperatura superficial e, consequentemente, trincas e rasgos.
· Marcas transversais - provocadas pela parada da prensa e retomada do movimento;
· Manchas - decorrentes da oxidação e contaminação superficial por substâncias estranhas ou provenientes do lubrificante;
· Cachimbo/vazio - ocorre quando óxidos/contaminantes são para arrastados para o centro do tarugo, tarugo, como num funil, devido a um fluxo com zona morta. O defeito pode ser minimizado alterando se o padrão de fluxo para um comportamento mais uniforme, controlando o atrito e minimizando os gradientes de temperatura.
· Fraturas “chevron” internas - durante a extrusão, as camadas mais internas da peça não recebem compressão radial, mas são arrastadas e forçadas a se estirar pelo material vizinho das camadas superficiais, que sofrem a ação direta da matriz. Essa deformação heterogênea gera tensões secundárias trativas no núcleo da peça, que pode vir a sofrer um trincamento característico, em ponta de flecha;
· Perfil torcido; Perfil riscado; Perfil com bolhas; Perfil ondulado; Perfil oxidado; Perfil com rasgos; Desvio de planeza; Perfil amassado;
13. Descreva a composição de uma linha típica de extrusão.
Umalinha de extrusão é composta principalmente por uma prensa extrusora que é um equipamento hidráulico, normalmente posicionado na horizontal (extrusão a quente), acompanhado de fornos de aquecimento de tarugos e matrizes; mesas de extrusão, estiramento e corte, carrinhos de armazenamento, forno de tratamento térmico e máquina embaladora.
O forno de aquecimento de tarugos é um equipamento que serve para aquecer o tarugo de metal, antes de ser extrudado, facilitando processo e aliviando os esforços para que a extrusão ocorra, no caso de ser a quente. Ele pode ser aquecido a gás GLP, gás natural, óleo diesel ou eletricamente (indução ou resistências), onde o fator determinante para a escolha de qual sistema a adotar é o custo energético. Ela deve ter um tamanho que seja suficiente para aquecer o material, deixando-o em condições de ser extrudado, sem que ocorra a oxidação excessiva tanto externa como interna do metal.
A mesa de extrusão pode ser pouco ou muito automatizada, com funcionários puxando as peças diretamente da frente da máquina. Após passar pela mesa de extrusão, o metal é transferido para a mesa de estiramento que realiza o estiramento do metal, puxando-o para garantir a retilineidade e dimensões ao mesmo tempo. A mesa de corte faz o corte das barras para redução do comprimento e finalizar a peça. A mesma também serve para separar as partes danificadas no estiramento. É acompanhada por sistemas de controle de pressão, temperatura e processo.