Cartilha sobre Trefilação

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Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial – Alvimar Carneiro Resende. Jean Pedro de Figueiredo Rafael Miranda Godinho Cesar Junio Teixeira Lucas Maciel Processos de Fabricação 
Trefilação 
 Contagem 19 de abril de 2016 Turma: AIUME23 
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Sumario: 1. Introdução. 2. Preparação da matéria prima. 3. Processo de Trefilação.  Conificação.  Mecânica da Trefilação.  Fatores Relevantes ao processo. 4. Fieira. 5. Mandris. 6. Tratamentos térmicos. 7. Aplicação de cálculo na trefilação. 8. Maquinas de trefilação. 9. Lubrificação. 10. Defeitos típicos do processo. 11. Propriedades em produtos trefilados. 12 . Bibliografia. 
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1.Introdução 
 
 A trefilação é um processo de conformação plástica, normalmente realizado a frio, 
para a obtenção de barras e arames, acabados e semiacabados. 
 Possui como matéria-prima, principalmente, material laminado, o processo consiste 
em tracionar axialmente o material através de uma ferramenta, chamada fieira, 
dotada de um furo cônico de diâmetro final menor do que o diâmetro do material. 
 Antes de o material começar a ser encruado é necessária a remoção de uma 
camada de óxidos, as carepas que se formam na superfície por conta de processos 
anteriores e suas propriedades são extremamente prejudiciais podendo danificar a 
fieira. 
 Quando há a redução da seção da matéria-prima há também o encruamento, 
quando realizado abaixo da temperatura de recristalização do material, aumentando 
a sua resistência mecânica e diminuindo a sua ductilidade, aumentando a sua 
tensão de escoamento. 
Convém fazer tratamento térmico durante a execução dos passes e após o 
processo. 
 Após o processo de trefilação o material apresentará maior precisão dimensional, 
um melhor acabamento e melhores propriedades mecânicas. 
 
2.PREPARAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA 
 
 A preparação da matéria-prima para a trefilação se da em operações de trabalho a 
quente. O aquecimento do metal a trefilar provoca a formação de camadas de 
óxidos (carepa) em sua superfície. Esses óxidos devem ser retirados, pois, caso 
contrario, reduzem a vida da fieira e ficam inclusos no produto trefilado, prejudicando 
a sua qualidade. 
 O processo de retirada dos óxidos por meio químico e denominado decapagem e o 
processo de retirada mecânica e denominado rebarbação. A adoção de um ou outro 
processo depende dos custos envolvidos e da qualidade exigida do fio. A 
rebarbação, que e essencialmente um processo de usinagem com retirada de 
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cavaco, e mais custosa, mas conduz a obtenção de um produto de qualidade melhor 
que o obtido com a decapagem. 
 O processo de decapagem consiste de três etapas básicas: 
 
a) imersão dos fios em tanque de solução acida decapante; 
b) lavagem com jato de agua fria e, 
c) lavagem adicional em tanques com agua aquecida, contendo aditivos 
neutralizantes da ação acida. 
 
 A composição das soluções decapantes e neutralizantes e as suas temperaturas 
de trabalho dependem da natureza química do metal do fio. 
 O jato de agua fria aplicado aos rolos de fios decapados tem a finalidade de retirar 
os restos de ácidos e resíduos de pó metálico. A solução neutralizante tem por 
objetivo eliminar a ação de resíduos de acido e tornar a superfície de metal do fio 
mais resistente a ação oxidante do meio ambiente. As operações de decapagem 
podem apresentar graus diferentes de automatização. 
 3.PROCESSO DE TREFILAÇÃO 
 
1. Conificação 
A conificação é o último processo antes de o material ir para a máquina 
trefiladora. O procedimento consiste em reduzir a seção transversal do material, a 
fim de possibilitar a entrada do mesmo na ferramenta (fieira). No caso da trefiladora 
de bancada, a parte comprimida será “mordida” e tracionada, dando início a 
trefilação. 
 
2. Mecânica da trefilação 
A trefilação é classificada como um processo de compressão indireta. Os 
esforços atuantes são de tração e compressão. 
 A figura abaixo ilustra as regiões de deformação do processo: 
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Sentido de deslocamento: Esquerda para Direita. 
 Pode-se observar na figura que no processo há uma redução na seção transversal 
do material. Esta redução é realizada com a ação da Fieira, ferramenta de metal 
duro que será mais detalhada posteriormente. Podemos observar na fieira que há 
um ângulo de entrada, e este tem por objetivo evitar a formação de zonas mortas ou 
descascamento. Dentro da fieira, o material deve ter uma certa facilidade de fluir. 
 No ponto de contato inicial, inicia-se a deformação do 
material. Na região hachurada ocorre esforços de 
compressão na direção normal a superfície da fieira, 
proporcionando uma deformação plástica no material. 
Além disso existe a presença da força de atrito, sempre 
contrária ao sentido de trefilação. Quando a região 
Ponto de contato inicial 
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inclinada termina, inicia-se a região de acabamento do material. Com uma superfície 
pararela ao movimento, a ferramenta fornece acabamento ao produto. 
 Após a fieira, do lado direito, o produto é submetido a uma tensão de tração, esta 
é responsável por movimentar o material e dar acabamento. O material sai da 
máquina com uma considerável alteração em suas propriedades mecânicas. Por se 
tratar de uma deformação abaixo da temperatura de recristalização, o material sofre 
encruamento, ou seja, fica endurecido e mais resistente. Caso seja necessário 
realizar mais passes, será necessária a aplicação de tratamento térmico para 
reverter estas propriedades. 
 No caso da trefilação de perfis vazados (tubos e entre outros), a particularidade se 
trata da trefilação interna. Ela pode ser realizada por várias ferramentas como 
buchas (plug) flutuantes ou fixas e também por mandris (mais 
comum). Na figura ao lado temos um exemplo de trefilação de 
tubos com um mandril fixo, na posição paralela a região de 
acabamento da fieira. O procedimento segue o mesmo 
padrão, porém este é um pouco mais crítico, o encruamento é 
mais elevado, devido a espessura ser menor e por trefilar 
externamente e internamente ao mesmo tempo. 
 
3. Fatores relevantes ao processo 
Alguns fatores modificam o processo de trefilação, 
podendo alterar o resultado do produto. Estes devem ser 
considerados e previstos. 
Mesmo o trabalho sendo realizado a frio, a temperatura de trabalho é elevada 
consideravelmente, ocasionando alterações no atrito, lubrificação, velocidade, 
acabamento e escoamento. 
Por esta razão são aplicados ensaios metalográficos para verificar as 
propriedades do material antes e depois do processo, defeitos, entre outras. Tudo 
isto buscando otimizar a relação entre produtividade, qualidade e pequenos 
esforços, buscando poupar energia. 
 
 
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4.Fieiras 
 
 No processo de trefilação as fieiras são de extrema importância, pois são através 
delas que conseguimos a redução de diâmetro e um acabamento superficial de 
qualidade. Por isso são exigidas algumas características para a fabricação das 
fieiras: 
 Permitir a trefilação de grande quantidade de fios sem que ocorra um 
desgaste acentuado. 
 Trefilar a altas velocidades para produzir grandes quantidades em um 
determinado intervalo de tempo. 
 Conferir longa vida a ferramenta para evitar parada das máquinas. 
 Obtenção de uma superfície lisa e brilhante durante o período de uso. 
Os materiais mais utilizados na fabricação de fieiras são: 
Diamante – para diâmetro menor que 2 mm. 
Metal duro (95% carboneto de tungstênio, 5% cobalto, ainda pode conter 
cromo, tântalo entre outros) – para diâmetro maior que 2 mm. 
As fieiras mais utilizadas são as de metal duro, por isso serão mostrados os 
processos de fabricação: 
 Mistura dos pós metálicos; 
 Compressão dos pós em matriz com forma próxima da forma final; 
 Correçãoda forma por raspagem; 
 Sinterização da temperatura elevada e atmosfera controlada; 
 Polimento final; 
 
 
 
 
 
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5.Mandris 
 Consiste numa barra longa e dura que se estende por todo o comprimento do tubo, 
esse tipo é conhecido como mandril fixo, mas também existem outros tipos. Como o 
mandril flutuante, que tem o mesmo objetivo do mandril fixo, que é fazer o diâmetro 
interno dos tubos, só que ele fica preso apenas na entrada do cilindro de calibração, 
não necessitando ocupar o tubo inteiro. 
 As utilizações dos mandris melhoram algumas características dos tubos, como 
precisão dimensional elevada, superfície limpa e polida e capacidade do material ser 
esticado e reduzido em seção transversal mais do que com qualquer outro processo. 
 
6.Tratamentos Térmicos 
 
 Durante o processo de trefilação realizado abaixo da temperatura de 
recristalização, o fio sofre encruamento, ou seja, aumento da resistência mecânica e 
redução da ductilidade. 
 Acima de certo grau não é mais possível trabalhar a frio, sendo necessária a 
aplicação de um tratamento térmico de recozimento. Esse tratamento será realizado 
para aliviar as tensões internas e também diminuir a dureza e aumentar a 
ductilidade. As tensões começam a ser aliviadas acima da temperatura ambiente, é 
aconselhável que o aquecimento seja lento até 500°C para não perder as 
propriedades que se deseja alcançar. 
 Outro tratamento muito utilizado é a normalização, que visa refinar a granulação 
grosseira através do aquecimento o aço a uma temperatura acima da zona crítica, 
seguindo de resfriamento ao ar ambiente. 
 
 
 
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7.Aplicação de cálculo na trefilação 
 O objetivo da aplicação de métodos de cálculos neste processo visa determinar quais são as tensões e as deformações que o material conformado e a ferramenta estarão sujeitas durante a ocorrência do mesmo, a fim de: 
 Prever possíveis falhas durante o processo, (imperfeições de escoamento, acumulo de tensões em pontos críticos, etc.);  Definir tipo e capacidade do maquinário para o processo;  Definir número de etapas. 
 A fim de possibilitar e facilitar a aplicação de cálculos neste processo torna-se necessário a adoção de algumas hipóteses simplificadoras, tais como: 
 Material: isotrópico, incompressível, continuo, homogêneo;  Ferramenta: rígida;  Processos: coeficiente de atrito e velocidade constantes. 
 Deve-se salientar também, que para se determinar o coeficiente de atrito, deve-se escolher entre dois modelos. 
Método de Coulomb: utilizado em baixas pressões de trabalho, onde a uma camada eficiente de lubrificação. 
Método do fator de atrito: utilizado em altas pressões de trabalho, onde a lubrificação fica de difícil acesso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8.Maquinas de trefilação 
Existem basicamente três tipos de maquinas para trefilação: 
 Máquina de trefilar sem deslizamento: Nesta máquina o fio passa através da ferramenta com o auxílio de um anel tirante, onde é acumulado para depois ser encaminhado para uma próxima fieira onde outro anel tirante aguarda. 
 
 Máquina de trefilar com deslizamento: O fio parte de uma desbobinadeira e entra na fieira, do outro lado da ferramenta o fio sai e é tracionado por um anel tirante, onde é enrolado na forma de um hélice com algumas voltas, necessário apenas para vencer o atrito de conformação da ferramenta. 
 Nota-se também que a saída da primeira fica alinhada com o começo da hélice, assim com o final da hélice fica alinhado com a entrada da fieira seguinte. 
 
 Máquina de trefilar de bancada: Utilizada para trefilar perfis transversais grandes ou com geometria complexa, onde não podem ser enroladas em bobinas. 
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 Consiste em um carrinho que prende na ponta do arame e com o auxilio de um cilindro hidráulico, ou de um sistema de correntes, promove a força e a velocidade necessária para se realizar o processo. 
 
 
 
 
 
 
9.Lubrificação 
 
 O atrito é muito importante no processo de trefilação devido ao movimento entre 
fio e fieira. Com um atrito muito grande, pode haver desgastes na ferramenta e 
defeitos superficiais no fio, podendo também exigir maior esforço de tração e 
maior temperatura de trabalho. É por isso que é necessária a ação de um 
lubrificante que possa reduzir esse atrito além de também pode desempenhar o 
papel de refrigerante, podendo manter a temperatura do fio constante. Com da 
ação do líquido pode-se reduzir o desgaste da fieira, produzir melhor acabamento 
superficial e reduzir o esforço de trefilação. 
 
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10.Defeitos típicos do processo 
 
 Anéis de trefilação que são marcas circunferências e transversais que acontecem 
devido a desgaste na região do cone de trabalho, acontecem geralmente quando 
se trabalha com fios de metais moles. 
 Marcas de trefilação longitudinais, também causadas por desgaste no cone de 
trabalho, são mais comuns quando se trabalha com metal duro. 
Trincas que variam desde quebra na ferramenta até fissuras superficiais, 
causadas por diversos fatores desde redução excessiva do fio, impurezas e 
defeitos de fiação no núcleo da fieira, rugosidades na superfície que podem ser 
causadas por erros de polimento ou pela falta de lubrificante no processo. 
 Os defeitos causados por processos ocorridos anteriormente ao processo de 
trefilação também devem ser levados em conta, pois podem influenciar o 
aparecimento de mais defeitos no processo. 
 
11.Propriedades em produtos trefilados 
 
 As propriedades dos produtos trefilados variam de acordo com as características 
do material e dos diversos fatores de influência no processo de trefilação. 
 Uma grande variedade de normas técnicas tanto nacionais quanto internacionais 
estabelece padrões de produtos trefilados para produtos ferrosos e não-ferrosos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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12.Bibliografia 
 
JUVINALL. R.C.Projeto de componentes de máquinas – LTC, Rio de Janeiro, 
2008. 
NORTON, R. L., Projetos de Máquinas, Bookman, Porto Alegre, 2004 
COLLINS, J.W., Projeto mecânico de elementos de máquinas, LTC, Rio de 
Janeiro, 2006 
Chiaverini, V. Aços e Ferros fundidos. ABM. São Paulo 1995 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 “A única coisa a se temer é o medo. O medo atrai exatamente tudo o que não queremos! O medo é uma emoção muito forte e sua energia, ligada à imagem daquilo que se teme, cria todas as circunstancias para que aconteça exatamente o que não desejamos. ’’ – Franklin Delano Roosevelt.