204092-PMM 2-Extrusão de Metais

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EXTRUSÃO
• Processo no qual modifica-se a geometria/dimensões de um
corpo metálico pela sua passagem por uma matriz que lhe confere
sua forma e dimensões finais;
• Produtos com comprimento limitado ao volume do tarugo de partida.
Processos de extrusão:
a- direta;
b- indireta; e
c- processo combinado.
(c)
(a) (b)
EXTRUSÃO – Exemplos de aplicação
Extrusão de capas de chumbo em cabos elétricos.
EXTRUSÃO – Exemplos de aplicação
• Extrusão de tubos;
• Utilização de mandril acoplado ao êmbolo;
• Extrusão por impacto;
- Restrita a metais macios (Pb, Sn e Al);
- Direta ou indireta;
- Equipamento: prensa mecânica de alta velocidade.
Extrusão de tubos em uma etapa em prensa de extrusão de duplo efeito:
a- perfuração e b- extrusão.
Variações do processo: EXTRUSÃO DIRETA
• Movimento do material extrudado no mesmo sentido de
avanço do êmbolo;
• com casca (revestimento), para reduzir o atrito e eliminar
superfície contaminada .
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Variações do Processo: EXTRUSÃO INVERSA
• Movimento do material extrudado no sentido contrário ao de
avanço do embolo;
• vantajoso, pois não há atrito do tarugo com o recipiente; 
• limitado, pois o êmbolo oco (para barras) ou esbelto (para
tubos) não permite a obtenção de produtos com seções
reduzidas.
Variações do Processo: EXTRUSÃO HIDROSTÁTICA
• Transmissão de pressão ao tarugo por meio de um fluido
hidráulico.
• Possibilidade de grandes reduções de seção a frio devido à
redução do atrito.
Variações do Processo: EXTRUSÃO HIDROSTÁTICA
EQUIPAMENTOS DE EXTRUSÃO
• Prensas hidráulicas (horizontais para extrusão a quente e
verticais para extrusão a frio) com capacidade de 1000 a
8000 t;
• ação contínua, por acionamento hidro-pneumático ou
óleo-dinâmico;
- sistemas de corte de barras;
- sistemas de retrocesso do pistão;
- fornos para aquecimento de tarugos (indutivos para maior
rapidez e uniformidade de aquecimento);
- controle da atmosfera de aquecimento.
• Equipamentos auxiliares:
FERRAMENTAS DE EXTRUSÃO
• Êmbolos, recipientes e matrizes fabricadas em aços para
trabalho a quente, ligados ao Cr, V, Mo, W e Ni;
• Idem em aços para trabalho a frio ligados ao Cr, V, Mo e
W;
• Matrizes com núcleo de metal para grandes produções;
• Matrizes com geometrias específicas para grupos de
ligas metálicas extrudadas.
FERRAMENTAS DE EXTRUSÃO
• Montagem típica de ferramentas:
1- calço;
2-suporte;
3- container;
4- revestimento interno do container; 
5- porta matriz;
6- matriz; e
7- bloco suporte do porta matriz.
Matrizes de extrusão 
típicas:
a- de faces planas; e 
b- cônicas.
FERRAMENTAS DE EXTRUSÃO
(geometrias de matrizes)
a) Al puro, AlMn, AlMgSi. b) AlCuMg, AlMg, AlZnMg.
c) MgAl, MgZnZr. d) PbCu, PbSb.
e) CuZnPb; f) CuCd, CuSb;
g) ligas de Zn; h) aços.
FERRAMENTAS DE EXTRUSÃO
(geometrias de matrizes)
i) Ligas de Ti; k) Ligas de Ni, Cr (altas T).
FERRAMENTAS DE EXTRUSÃO
(geometrias de matrizes)
MODOS DE ESCOAMENTO NA EXTRUSÃO
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CURVAS DE PRESSÃO NA EXTRUSÃO
Variações do Processo: EXTRUSÃO A QUENTE
• maioria dos processos para obter produtos contínuos semi-
acabados (barras) e acabados (perfis e tubos);
• Grandes reduções de seção numa só etapa;
• defeitos causados por modos de escoamento incorretos
(intrusão), por defeitos e impurezas na matéria-prima ou
pela escolha inadequada da temperatura e velocidade de
extrusão;
• diversos componentes para localizar, guiar e extrudar o
tarugo aquecido.
Variações do Processo: EXTRUSÃO A QUENTE
Estrutura 
posterior Serra ou 
guilhotina
Recipiente Cabeçote móvel Mandril
Estrutura do cilindro
Tirante
Variações do Processo: EXTRUSÃO A QUENTE
Variações do Processo: EXTRUSÃO A QUENTE
Perfis de alumínio
Variações do Processo: EXTRUSÃO A QUENTE
Perfis de cobre
Variações do Processo: EXTRUSÃO A QUENTE
• obtenção de peças de precisão;
• Pequenas reduções de seção em vários estágios;
• diversos estágios para obtenção de peças isoladas, como
por exemplo, parafusos;
• defeitos causados por geometria inadequada das
matrizes ou pela lubrificação insuficiente (“chevron”), ou
pela deformação excessiva na extrusão (trincas).
Variações do Processo: EXTRUSÃO A FRIO
Variações do Processo: EXTRUSÃO A FRIO
Seqüência de fabricação de parafusos
Seqüência de fabricação de parafusos
Variações do Processo: EXTRUSÃO A FRIO
Conjunto de ferramentas 
para extrusão a frio de eixos
Variações do Processo: EXTRUSÃO A FRIO
Defeito “chevron” causado 
pela extrusão a frio.
Variações do Processo: EXTRUSÃO A FRIO
Variações do Processo: EXTRUSÃO A FRIO
MECÂNICA DA EXTRUSÃO
• Pressão de extrusão para peças cilíndricas:
EXT F Dp p p= +
pF – pressão para vencer o atrito entre o blank e o container;
pD – pressão de conformação.
• Pressão para vencer o atrito:
2. 4. .
. . . .
4
b AT
F b AT F
b
D L
p D L p
D
 
 = → =
Onde: . .
3
0 1
LE
AT m k m
m

 = =
 
Superfície de 
aderência
. .bA D L=
Tensão cisalhante uniforme
na interface entre o tarugo e
o revestimento interno do
recipiente.
aderência
MECÂNICA DA EXTRUSÃO
• Pressão de deformação:
Onde:
(análoga ao desenvolvimento para trefilação)
( )( )
1
. . 1B
D x b LE
B
p R
B
 
+ 
= = − 
 
.cotB  =
2
b b
c c
A D
R
A D
 
= =  
 
Razão de extrusão
MECÂNICA DA EXTRUSÃO
• Volume na região cônica:
(para um semi-ângulo de 45o)
( ) ( )3 3. . .
3 24
b c b c b c
h
V A A A A D D

= + + = −
• Volume deslocado por unidade de tempo:
2.
. .
4
b
P b P
D
V v A v

= =
Onde: Pv (velocidade do pistão)
MECÂNICA DA EXTRUSÃO
• Tempo para completar o volume da região cônica:
( ) ( )3 3 3 3
2 2
. 4
.
24 . . 6. .
b c b c
P b P b
D D D DV V
V t
t v D v DV


− −
= → = = =
, então:
• Deformação:
ln lnb
c
A
R
A
 = =
MECÂNICA DA EXTRUSÃO
( )
2
.
33
.6
bP
cb
DV
DD
t
−
=
• Taxa de deformação:
6. .lnP
b
v R
t D


•
= =
- Para um semi-ângulo qualquer:
2
3 3
6. . .ln .P b
b c
v D R tg
t D D


•
= =
−
.
m
LE C 
•
=
C – constante de resistência à deformação;
m – sensibilidade à taxa de deformação.
• Tensão de escoamento para deformação a quente:
- Para um semi-ângulo de 45o:
MECÂNICA DA EXTRUSÃO
Exercício 01: Uma liga de alumínio é extrudada a 400oC e com velocidade
de 50 mm/s. O diâmetro inicial é de 150 mm e o final de 50 mm. O
escoamento do material obedece a lei descrita abaixo. Se o material de
partida tem 380 mm de comprimento, a extrusão não tem lubrificação
entre o container e o material de partida, o coeficiente de atrito na região
cônica é igual a 0,1 e o ângulo total da ferramenta é 90º, determine a
força necessária para a extrusão.
0,15
200. 
• 
=  
 
EXERCÍCIOS
Exercício 02: Para as condições do exercício anterior, para reduzir a
pressão necessária de extrusão e manter o volume do produto final,
analise duas alternativas: (A) aumentar o diâmetro da barra para 200
mm, reduzindo o comprimento; ou (B) aumentar o comprimento inicial
para 500 mm, diminuindo o diâmetro.
EXERCÍCIOS