Processo de Extrusão na Conformação Mecânica

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PROCESSO DE FABRICAÇÃO – CONFORMAÇÃO MECÂNICA 
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CAPÍTULO IX 
 
EXTRUSÃO 
 
 
01) DEFINIÇÃO: 
 
É um processo no qual um bloco metálico é colocado dentro de uma recipiente e reduzido na sua 
seção transversal através da aplicação de elevadas forças de compressão, forçando-o a escoar 
através de um orifício ou matriz. 
 
 
 
Figura 9.1 – Esquema mostrando o processo de extrusão. 
 
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Devido às grandes forças necessárias para promover a conformação, a maioria dos metais é 
extrudada a quente, condições onde a resistência à deformação do metal é menor, porém para 
muitos metais, de caráter mais dúctil, é possível a extrusão a frio, que se torna uma tecnologia 
tanto comercialmente como tecnologicamente importante devido à redução do custo e as 
características apresentadas pelos produtos; 
 
02) APLICAÇÃO: 
 
O processo de extrusão apresenta a grande vantagem de possibilitar a obtenção de barras, perfis e 
até tubos com seções transversais com diversos formatos, desde os mais simples, como os 
circulares, quadrados e sextavados até os mais complexos. Os processos de extrusão modernos 
permitem obter peças com a precisão dimensional e tolerâncias próxima às obtidas por trefilação 
a frio. 
 
 
Figura 9.2 – Tipos de perfis possíveis de ser obtido pelo processo de extrusão a quente: a)barras, 
b)perfis maciços, c)perfis ocos, e d)tubos. 
 
03) TIPOS DE PROCESSOS: 
 
Os processos de extrusão podem ser dos seguintes tipos: 
 
3.1) EXTRUSÃO DIRETA = neste caso o tarugo de metal é colocado no container e é 
pressionado através de uma matriz através de um êmbolo. O estampo é posicionado no extremo 
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do êmbolo em contato com o tarugo. Neste caso o atrito entre o tarugo e o container é muito 
elevado, exigindo alta carga para extrusão. 
 
3.3) EXTRUSÃO INDIRETA = neste caso o próprio êmbolo, vazado, conduz a matriz, 
enquanto o outro extremo do container é fechado por uma placa. 
 
 
Figura 10.3 – Processo de extrusão direta. 
 
 
Figura 9.3 – Processo de extrusão indireta. 
 
04) LINHAS E FORÇAS DE ESCOAMENTO: 
 
No processo de extrusão indireta existe uma nítida vantagem em relação a extrusão direta, pois 
neste processo não existe o movimento relativo tarugo-container e menores as forças de atrito 
envolvida . Isto apresenta as seguintes vantagens: 
 
 Melhor o fluxo de escoamento de metal dentro do container. 
 Menores as forças de extrusão necessária para deformar o material. 
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Figura 9.4 – Linhas de escoamento interno do material no processo de extrusão. 
 
 
Figura 9.5 – Pressão de extrusão durante o percurso do pistão dentro do container 
 
 
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05) EQUIPAMENTOS DE EXTRUSÃO: 
 
Os equipamentos de extrusão são compostos por: 
 
 Prensa de extrusão; 
 Ferramentas de extrusão; 
 Equipamento para aquecimento dos tarugos; 
 Serra para cortar o material a quente para cortar o rejeito da ponta; 
 Mesa de saída para acompanhar o material extrudado; 
 Desempenadeira para corrigir pequenos empenos no produto final. 
 
A extrusão pode ser feita com um bloco de carbono entre o tarugo e o estampo para permitir a 
completa extrusão do tarugo, sem sobras ou refugo. As prensas de extrusão em função da direção 
de movimentação da haste do êmbolo são classificadas em: 
 
5.1) VERTICAIS: 
 
 Apresentam capacidades entre 300 a 2000 t; 
 Permitem um fácil alinhamento entre o êmbolo e as ferramentas; 
 Apresentam uma alta taxa de produção; 
 Utiliza um menor espaço para instalação; 
 Requerem uma altura livre grande; 
 Necessário solo vazado para grandes comprimentos de extrusão; 
 Produzem um resfriamento uniforme do tarugo, o que resulta numa deformação 
simetricamente mais uniforme; 
 
5.2) HORIZONTAIS: 
 
 Variação de resfriamento entre a superfície superior e inferior do tarugo; 
 Necessidade de aquecimento do container. 
 
Figura 9.6 – Esquema de uma máquina de extrusão. 
 
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06) FERRAMENTA DE EXTRUSÃO: 
 
6.1) PARTES DA FERRAMENTA DE EXTRUSÃO: 
 
A ferramenta de extrusão é composta pelas seguintes partes: 
 
 FIEIRA OU MATRIZ = feita de aço ferramenta, ligado, temperado e revenido, com 
grande resistência ao desgaste e mecânica, bem como resistência a quente (elevadas 
temperaturas) quando a extrusão for feita a quente; 
 PORTA-FIEIRA = dá o suporte à fieira; 
 ENCAIXE DA PORTA-FIEIRA = sustenta toda a ferramenta e permite uma remoção 
ou troca rápida 
 PLACA DE APOIO = resiste toda a força compressiva exercida sobre a fieira 
 CAMISA OU BUCHA = fornece uma proteção contra a parede interna do recipiente; 
 RECIPIENTE OU CONTAINER = deve resistir toda pressão exercida sobre o material. 
 
 
Figura 9.7 – Detalhe do conjunto de uma ferramenta de extrusão 
 
6.2) TIPOS DE FERRAMENTAS DE EXTRUSÃO: 
 
Existem dois tipos comuns de matrizes de extrusão: 
 
 MATRIZES DE FACES PLANAS = usadas quando o metal na entrada da matriz forma 
uma zona neutra e escoa internamente para formar o seu próprio ângulo da matriz 
 MATRIZES COM ANGULOS DE ENTRADA = usadas para a extrusão com o uso de 
uma boa lubrificação. Neste caso o ângulo da matriz diminui, aumentando a 
homogeneidade da deformação e diminuindo a pressão de extrusão. Apesar disto, a partir 
de um certo ponto, o atrito nas superfícies da matriz se torna muito grande. 
 
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Figura 9.8 – Detalhes construtivos da matriz, com diferentes ângulos de entrada. 
 
07) EXTRUSÃO A FRIO: 
 
A extrusão a frio está relacionada com a conformação de perfis de pequenos componentes de 
máquinas, como corpos de velas de ignição, eixos, alfinetes e cilindros vazados. Componentes 
simétricos são particularmente adequados. A precisão dimensional, alta produção e o acabamento 
são pontos fortes do processo. 
 
Associado ao elevado encruamento devido a deformação a frio é possível obter-se os seguintes 
benefícios: 
 
 Fornecer peças com maior resistência mecânica, dureza, resistência ao desgaste e rigidez; 
 Usar materiais mais baratos com baixo teor de elementos de liga; 
 
A extrusão a frio é largamente empregada na fabricação de componentes da indústria 
automobilística. 
 
08) EXTRUSÃO A QUENTE: 
 
A maioria dos metais são extrudados a quente devido a vantagem da diminuição da tensão de 
escoamento e da resistência à deformação que ocorre com o aumento da temperatura. Por outro 
lado o trabalho a quente introduz problemas associados a: 
 
 Oxidação dos tarugos; 
 Oxidação das ferramentas de extrusão; 
 Amolecimento da matriz e das ferramentas de extrusão; 
 Necessidade de utilização de aços especiais resistentes a elevadas temperaturas; 
 
A temperatura máxima de trabalho para a extrusão a quente é quando ocorre a fragilidade a 
quente, ou seja, próxima do ponto de fusão para os metais puros. 
 
 
 
 
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09) VARIÁVEIS DO PROCESSO DE EXTRUSÃO: 
 
As principais variáveis que influenciam a força necessária para a extrusão são:9.1) O TIPO DE EXTRUSÃO: 
 
Deve ser considerado se é uma extrusão direta ou inversa, conforme já abordado no item 3. 
 
9.2) A RAZAO DE EXTRUSÃO: 
 
É a razão entre a área inicial da seção transversal do tarugo (Ao) e da seção transversal do perfil 
após a extrusão (Af): 
 
R = Ao / Af 
 
As razões de extrusão atingem valores de 40:1 para a extrusão a quente de tarugos de aço e 
podem chegar a 400:1 para o alumínio; 
 
A pressão de extrusão (P) está diretamente relacionada com a razão de extrusão, de acordo com a 
relação abaixo, onde K é a constante de extrusão, que é um fator que engloba a tensão de 
escoamento do material, o atrito e a deformação heterogênea: 
 
P = K Ao Ln Ao/Af 
 
9.3) A TEMPERATURA DE TRABALHO: 
 
 Na extrusão do aço os tarugos são aquecidos na faixa de 1100 a 1200 oC; 
 As ferramentas são preaquecidas em temperaturas ao redor de 350 oC; 
 A combinação de altas tensões e temperaturas elevadas provoca um desgaste intenso no 
sistema de lubrificação; 
 
9.4) A VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO: 
 
 Em processos realizados a elevadas temperaturas é necessário elevada velocidade de 
extrusão. Quanto maior a velocidade de avanço do êmbolo maior a transferência de calor 
para do tarugo para as ferramentas; 
 Podem ser usadas velocidades da ordem de 2500 a 4000 cm/min, sendo necessário para 
tanto um sistema acumulador hidráulico na prensa; 
 Em metais propensos a fragilidade a quente, como o alumínio e o cobre, a velocidade do 
êmbolo deve ficar restrita a poucos metros por minuto; 
 O aumento da velocidade produz um aumento da pressão de extrusão; 
 Em extrusão com baixas velocidades ocorre um resfriamento considerável do tarugo. Isto 
pode provocar o aumento da força de extrusão, devido ao aumento da tensão de 
escoamento do material; 
 
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9.5) AS CONDIÇÕES DE ATRITO NA MATRIZ E NAS PAREDES DO CONTAINER: 
 
10) EXTRUSÃO DE TUBOS: 
 
10.1) EXTRUSÃO DIRETA: 
 
Na extrusão direta de tubos utiliza-se uma prensa de dupla ação com mandril, a partir das 
seguintes etapas: 
 Fixação do tarugo dentro do container com auxílio do êmbolo, com o mandril retraído; 
 Avanço do mandril até próximo da entrada da matriz de extrusão (mandrilhamento); 
 Avanço do êmbolo, extrudando o tarugo sobre o mandril e a ferramenta, produzindo o 
tubo. O espaçamento entre o mandril e as paredes internas da matriz determina a 
espessura do tubo extrudado; 
 
 
 
Figura 9.9 – Fabricação de tubos pelo processo de extrusão direta, mostrando na seqüência as 
operações de mandrilhamento e extrusão; 
 
10.2) EXTRUSÃO INDIRETA: 
 
Neste processo o material é mandrilhado e extrudado numa só operação na prensa de extrusão 
 
Figura 9.10 – Fabricação de tubos pelo processo de extrusão inversa. 
 
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10.3) MATRIZ VAZADA: 
 
Um outro método de extrusão de tubos é usado para ligas de alumínio e magnésio, que consiste 
no uso de uma matriz especial com êmbolo convencional. Neste caso o metal é forçado a escoar 
através de orifícios separados em torno de uma ligação central que suporta o mandril. Os orifícios 
se unem na parte posterior da matriz e o metal é soldado numa câmara em torno do mandril, 
deixando a matriz na forma de tubo. 
 
 
 
Figura 9.11 – Extrusão de tubos por processo especial. 
 
11) EXTRUSÃO HIDROSTÁTICA: 
 
Na extrusão hidrostática o tarugo ou o lingote é forçado através da matriz por intermédio de um 
fluído com elevada pressão hidrostática. 
 
As principais vantagens deste processo são: 
 Eliminação da elevadas forças de atrito por arraste entre o lingote e as paredes do 
container; 
 Obtenção de lubrificação hidrostática na peça; 
 
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Figura 9.12 – Processo de extrusão hidrostática. 
 
As desvantagens deste processo são: 
 Limitação inerente ao trabalho a quente por utilizar um fluído pressurizado; 
 Limite prático de pressão do fluído devido a própria resistência do container e o requisito 
de não solidificar o fluído a altas pressões; 
 Limitação da razão de extrusão em 20:1 (para aços doces) e 200:1 (para metais moles); 
 
12) RECALQUE: 
 
A operação de recalque pode ser classificada como uma forma de extrusão, pois estão envolvidos 
princípios semelhantes. No recalque o punção se move em direção à matriz e forma a parte que 
sobressai daquela. Algumas peças se formam no punção, outras na matriz, outras ainda no punção 
e na matriz. 
 
 
Figura 9.13 – Esquema mostrando a operação de recalque em cabeças de parafusos. 
 
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13) EXTRUSÃO DE PEÇAS A FRIO: 
 
13.1) DEFINIÇÃO DO PROCESSO: 
 
É um processo de conformação a frio, no qual o bloco metálico é posto em uma “matriz” e, por 
meio de um “estampo ou punção”, é sujeito a elevados esforços de compressão, fazendo com que 
o material escoe através da cavidade interna, assumindo a sua forma. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9.14 – Esquema processo de extrusão a frio de peças. 
 
 
 
Figura 9.15 – Seqüência de operação do processo de extrusão de peças. 
 
ESTAMPO 
MATRIZ 
EXTRATOR 
PEÇA 
FORÇA 
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13.2) TIPOS DE PROCESSOS: 
 
De acordo com o sentido de movimento do estampo e o fluxo do material, os processos de 
extrusão a frio podem ser classificados em: 
 
a) EXTRUSÃO DIRETA: 
 
Neste caso o material escoa na mesma direção de deslocamento do estampo; 
 
Figura 9.16 – Exemplos de extrusão direta. 
 
b) EXTRUSÃO INVERSA: 
 
Na extrusão inversa o material escoa na direção inversa ao deslocamento do estampo; 
 
Figura 9.17 – Exemplo de extrusão inversa. 
 
c) EXTRUSÃO COMBINADA: 
 
Neste caso o material escoa em ambas as direções; 
 
Figura 9.18 – Exemplo de extrusão combinada. 
 
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d) EXTRUSÃO TRANSVERSAL: 
 
Neste caso o material escoa na direção transversal ao deslocamento do estampo; 
 
Figura 9.19 - Exemplo de extrusão transversal. 
 
Em alguns casos, para atingir a forma desejada, as peças são conformadas a frio em etapas 
sucessivas, intercaladas por recozimentos para promover a recristalização da estrutura encruada. 
Em outros casos isto não é necessário, pois a peça é conformada em uma só etapa ou fornecida no 
estado encruado. Podem existir dois tipos básicos de operações de extrusão a frio: 
 
 CONFORMAÇÃO = para atingir a forma desejada; 
 CALIBRAÇÃO = para atingir a precisão dimensional e o acabamento desejado; 
 
13.3) TIPOS DE PEÇAS: 
 
Os tipos de peças que podem ser confeccionadas a partir deste processo são: 
 Peças maciças ou ocas; 
 Com e sem simetria axial; 
 Com cabeças; 
 Com hastes externas escalonadas; 
 Com perfis internos escalonados; 
 Com furo passante ou não; 
 Pré-roscadas (roscas não podem ser extrudadas a frio); 
 Com perfis dentados; 
 
 
 
 
 
 
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Figura 9.20 – Conjunto de corpos maciços com simetria axial. 
 
 
Figura 9.21 – Conjunto de corpos ocos, com simetria axial. 
 
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Podem ser fabricas peças como: 
 Buchas de mancal; 
 Tuchos; 
 Condensadores; 
 Engrenagens; 
 Cartuchos; 
 Cápsulas; 
 Cones de arrasto, etc. 
 
Os tamanhos de peças que podem ser obtidas por estes processos são: 
 Desde peças muito pequenas = 1 a 20 g; 
 Peças de maior tamanho = até 35 Kg; 
 
O diferencial (vantagens) deste processo é que é possível obter peças com: 
 Elevada precisão dimensional, depois de calibradas (até +- 0,05 mm); 
 Excelente acabamento superficial; 
 
Por este processo podem ser conformados os seguintes tipos de materiais: 
 Ligas leves de chumbo e estanho; 
 Ligas de zinco; 
 Ligas de alumínio; 
 Ligas de cobre (cobre puro e latão); 
 Ligas de aço; 
 
Como material inicial utilizam-se blocos maciços ou já previamente furados, bem como peças já 
pré-formadas por forjamento em matriz ou por embutimento. 
 
 
Figura 9.22 - Exemplos de peças conformadas pelo processo de extrusão a frio. 
 
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13.4) FERRAMENTA DE CONFORMAÇÃO: 
 
As ferramentas para extrusão devem ter os seguintes requisitos: 
 
 RESISTÊNCIA MECÂNICA = deve resistir a tração provocada pelos esforços axiais e 
radiais; 
 TENACIDADE = deve resistir aos impactos recebidos durante a conformação; 
 DUREZA = deve resistir ao desgaste provocado pelo atrito entre a ferramenta e o 
material conformado; 
 
A superfície interna da ferramenta deve ser retificada para reduzir os atritos envolvidos. Podem 
ser utilizados os seguintes materiais para a confecção da ferramenta: 
 
 ESTAMPOS = aço Cr-Ni com 0,4/0,6 % C, 0,6/2,0 % Cr, 1,4/5,0 % Ni, 0,7 % Mo, 0,4 % 
V e 1,0 % W (dureza 60 A 63 Hrc); 
 MATRIZES = 0,8/1,2 % C, 1 % Cr, 0,1/0,3 % V (dureza 58/60Hrc); 
 
 
Figura 9.23 - Ferramenta de extrusão inversa a frio. 
 
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Figura 9.24 - Ferramenta típica de conformação a frio. 
 
13.5) LUBRIFICAÇÃO: 
 
Os objetivos da lubrificação são: 
 Evitar o contacto entre o material e a ferramenta; 
 Reduzir o atrito; 
 Reduzir o desgaste da ferramenta; 
 Reduzir os esforços envolvidos na conformação; 
 
Os lubrificantes convencionais não servem para essas pressões por serem facilmente expulsos à 
pressões elevadas. Neste caso são utilizados óleos e graxas especiais, aos quais se misturam 
aditivos resistentes às altas pressões (cloretos, sulfetos, fosfetos, nitretos orgânicos, etc). Também 
podem ser utilizados lubrificantes sólidos (bissulfeto de molibdênio) que reduzem sensivelmente 
o atrito; 
 
13.6) LIMITAÇÕES: 
 
As limitações do processo de extrusão são: 
 
 FORÇAS ENVOLVIDAS = as força exigidas para conformação são muito elevadas, 
sendo necessário a utilização de grandes prensas ou máquinas especiais; 
 MATERIAIS = limitação de material a ser conformado, em função da conformabilidade 
exigida em função de ser realizado a frio; 
 FERRAMENTAS = são muito complexas e caras; 
 SERIAÇÃO = só é viável e adequado para grandes seriações (> 10.000 peças) em função 
do custo da ferramenta; 
 RECOZIMENTO = necessário recristalização intermediária, provocando aumento de 
custos; 
 FORMAS = o processo é adequado para a produção de peças geometricamente mais 
simples (axiais); 
 
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Figura 9.25 - Prensa utilizada na conformação a frio. 
 
14) QUESTIONÁRIO: 
 
 Como é feita a extrusão a quente de materiais metálicos? 
 Para que casos se justifica a utilização do processo de extrusão? 
 Porque na maioria dos materiais a extrusão é feita a quente? 
 Quais as vantagens da extrusão indireta sobre a direta? 
 Qual o efeito da lubrificação sobre o processo de extrusão? 
 Quais os tipos e principais características dos equipamentos de extrusão? 
 Quais as principais variáveis do processo de extrusão? 
 Onde é utilizado o processo de extrusão a frio? 
 Quais as vantagens e limitações do processo de extrusão a frio? 
 Quais os tipos de processos de extrusão a frio? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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