PROCESSO DE FABRICAÇÃO-1 extrusao

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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 
EXTRUSAO 
PROFESSOR : OSMAR R. BAGNATO 
Extrusão 
• O processo de Extrusão é um processo de 
conformação mecânica. 
• Foi iniciado no final do século 19, ou seja, é um 
processo muito novo. 
• Basicamente a extrusão consiste em produzir peças 
com uma de suas três dimensões. 
• o metal sofre enormes esforços durante a extrusão, 
onde as suas características metalúrgicas (estrutura, 
tamanho de grão, resistência, etc.) são melhoradas, 
alteradas e comprimidas 
• Boa Resistência Mecânica. 
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 
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 
EXTRUSÃO A FRIO 
• obtenção de peças de precisão 
• pequenas reduções de seção em vários estágios 
• Produtos com comprimento limitado ao volume do tarugo de partida 
Tipos de Extrusão 
 
Existem alguns tipos de extrusão de metais: 
• Extrusão Direta 
• Extrusão Indireta ou Inversa 
• Extrusão Lateral 
• Extrusão Hidrostática 
• Extrusão por Impacto 
 
EXTRUSÃO 
Variações do processo: 
1) Direto: • movimento do material extrudado no mesmo 
sentido de avanço do embolo 
• com casca, para reduzir o atrito e eliminar superfície 
contaminada 
2) Inverso: • 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 embolo oco (para barras) ou esbelto (para tubos) 
não permite a obtenção de produtos com seções reduzidas 
• transmissão de pressão ao tarugo por meio de um 
fluido hidráulico 
• possibilidade de grandes reduções de seção a frio devido 
à redução do atrito 
3) Hidrostático: 
Extrusão Direta 
• É um processo de conformação que consiste na compressão 
de um cilindro sólido, por exemplo, de metal alumínio ou 
cobre, chamado de Tarugo ou Billet, de encontro a um orifício 
existente em uma matriz (molde ou ferramenta), com o 
intuito de fazer o material fluir por esse orifício e formar um 
perfil extrusado. Isso ocorre sob o efeito de altas pressões e 
elevadas temperaturas de trabalho. 
EXTRUSÃO DIRETA 
Extrusão Direta 
Extrusão Direta 
Extrusão Indireta 
• Também conhecida por reversa ou invertida. 
• A matriz se desloca na direção do tarugo. Não há 
movimento relativo entre o tarugo e as paredes da 
câmara, 
• As forças de atrito e pressões necessárias são 
menores do que na extrusão direta. Por outro lado, 
como o êmbolo é furado, as cargas a serem utilizadas 
são limitadas e não é possível obter perfis com 
formatos complexos. 
EXTRUSÃO INVERSA 
Extrusão Indireta 
Extrusão Hidrostática 
• O diâmetro do tarugo é menor que o diâmetro da câmara, 
que é preenchida por um fluido. A pressão é transmitida ao 
tarugo através de um pistão. Não há fricção nas paredes da 
câmara. 
• A extrusão hidrostática é realizada usualmente a temperatura 
ambiente, em geral usando óleo vegetal como meio fluido, 
combinando as qualidades de viscosidade e lubrificação. 
• Pode-se também trabalhar em alta temperatura. Neste caso 
ceras, polímeros ou vidro são usados como fluido que 
também tem a função de manter o isolamento térmico do 
tarugo durante o procedimento de extrusão. 
Extrusão Hidrostática 
Extrusão Hidrostática 
Extrusão Lateral 
• O material do tarugo é forçado através de abertura 
lateral da câmara. Os eixos do punção e da peça têm 
diferentes direções (ângulo reto). 
 
Extrusão por Impacto 
• É similar a extrusão indireta e freqüentemente incluída na 
categoria da extrusão a frio. O punção desce rapidamente sobre o 
tarugo que é extrudado para trás. 
• A espessura da seção extrudada é função da folga entre o punção 
e a cavidade da matriz. 
• Os produtos de extrusão por impacto incluem os tubos de pastas e 
assemelhados que são peças descartáveis. 
• A maioria dos metais não ferrosos podem ser extrudados por 
impacto, usando-se prensas verticais e taxas de produção de até 
duas peças por segundo. 
• O processo permite produzir seções tubulares de paredes muito 
finas (relações de diâmetro/ espessura da ordem de 0,005 mm). 
Por esta razão, a simetria da peça e concentricidade do punção são 
fatores importantes. 
Extrusão por Impacto 
Curvas de Pressão de Extrusão 
Modos de Escoamento na Extrusão 
Representação do defeito de intrusão 
Extrusão a Quente : 
É feita em temperatura elevada para ligas que não tenham 
suficiente ductilidade a temperatura ambiente, de forma a 
reduzir as forças necessárias. Apresenta alguns problemas, 
como todo o processo de alta temperatura: 
• O desgaste da matriz é excessivo; 
• O esfriamento do tarugo na câmara pode gerar deformações 
não uniformes; 
• O tarugo aquecido é coberto por filme de óxido (exceto 
quando aquecido em atmosfera inerte) que afeta o 
comportamento do fluxo do metal por suas características de 
fricção e pode gerar um produto de pobre acabamento 
superficial. 
OBS: Ductilidade: é a propriedade pelo qual o material pode 
deformar-se sem sofrer ruptura 
Extrusão a Quente : 
• Algumas medidas preventivas podem sanar ou 
minorar o efeito dos problemas: 
O pré-aquecimento da matriz, que serve tanto para 
manter o tarugo aquecido, e assim reduzir o efeito 
de esfriamento, quanto para prolongar a vida da 
própria matriz, que não sofrerá choques térmicos. 
 
Extrusão a Quente 
Extrusão a Frio 
O processo de extrusão a frio, ao contrário da extrusão 
a quente, é realizado em temperatura ambiente. Os 
metais que são submetidos a extrusão a frio são 
metais muito dúcteis e, portanto, podem suportar a 
pressão criada. 
 
Exemplos : Latas, garrafas e bisnagas são produtos 
comuns feitos com base na extrusão a frio 
Vantagens/Desvantagens em relação à extrusão a 
quente: 
 Vantagens : 
 
• Melhores propriedades mecânicas resultantes do encruamento, 
desde que o calor gerado pela deformação não recristalize o metal. 
• Controle das tolerâncias, requerendo pouca ou nenhuma operação 
posterior de acabamento. 
• Melhor acabamento superficial, devido em parte pela não existência 
de camada de óxido, desde que a lubrificação seja eficiente. 
• Eliminação do pré-aquecimento do tarugo. 
• Taxas de produção e custos competitivos com outros métodos. 
Algumas máquinas são capazes de produzir mais de 2000 partes por 
hora. 
 
Vantagens/Desvantagens em relação à 
extrusão a quente: 
 
Desvantagens 
 
• A magnitude da tensão no ferramental de extrusão é 
muito alta, especialmente para trabalhar peças de 
aço. 
• A dureza do punção varia de 60 a 65 HRc e a da 
matriz de 58 a 62 HRc. 
 
EXTRUSÃO 
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 oleodinâmico 
 
• 
Equipamentos auxiliares: 
• 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 
 
 
 
 
Estrutura 
posterior Serra ou 
guilhotina 
Recipiente Cabeçote móvel Mandril 
Estrutura do cilindro 
Tirante 
Componentes de uma prensa horizontal hidráulica para extrusão a quente 
EXTRUSÃO 
Ferramentas de extrusão: 
• êmbolos, recipientes e matrizes fabricadas 
em aços para trabalho a quente, ligadosao 
Cr, V, Mo, W e Ni 
• em aços para trabalho a frio ligados ao Cr, 
V, Mo e W ou, 
• matrizes com núcleo de metal para grandes 
produções 
• matrizes com geometrias específicas para 
grupos de ligas metálicas extrudadas 
EXTRUSÃO 
 • Ferramentas e Defeitos 
– Extrusão a quente 
• diversos componentes para localizar, guiar e extrudar o tarugo 
aquecido 
• 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 
– Extrusão a frio 
• 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) 
 
 
Conjunto de 
ferramentas para 
extrusão a frio de 
eixos 
Componentes de ferramental para extrusão a quente 
PARÂMETROS FÍSICOS 
 
• Força de extrusão 
 A força requerida para o processo depende da resistência do 
material, da relação de extrusão, da fricção na câmara e na matriz, e 
outras variáveis como a temperatura e a velocidade de extrusão. 
 
A força pode ser estimada pela equação: 
 
 
 
 
• Têm papel de influência no processo outras variáveis, entre as quais 
se destaca: 
 
• Temperatura do tarugo. 
• Velocidade de deslocamento do pistão. 
• Tipo de lubrificante. 
 
Constante de Extrusão para metais 
em várias Temperaturas K 
PARÂMETROS GEOMÉTRICOS 
 
Os parâmetros geométricos da extrusão são: 
• O Ângulo da Matriz α. 
• A Relação de Extrusão que é o quociente entre as 
áreas das seções transversais do tarugo A0 e do 
produto extrudado Af. 
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 
i) Ligas de Ti 
k) Ligas de Ni, Cr (altas T) 
Geometrias de matrizes 
Defeitos da Extrusão 
 
Dependendo das condições e do material extrudado podem 
ocorrer vários tipos de defeitos, que afetam a resistência e 
qualidade do produto final. 
 
• Trinca superficial: 
Ocorre quando a temperatura ou a velocidade é muito alta. Estas 
causam um aumento significativo da temperatura da superfície, 
causando trincas e rasgos. Os defeitos são intergranulares. 
Ocorrem especialmente em ligas de alumínio, magnésio e zinco, 
embora possam ocorrer em ligas de alta temperatura. Estes 
defeitos podem ser evitados reduzindo-se a velocidade de 
extrusão e diminuindo a temperatura do tarugo. 
Defeitos da Extrusão 
Cachimbo 
 
• Cachimbo (ou rabo de peixe) é o tipo de padrão de fluxo 
do metal a arrastar óxidos e impurezas superficiais para o 
centro do tarugo, como num funil; 
• O defeito pode se estender até um terço do comprimento 
da parte extrudada e deve ser eliminado por corte; 
• O defeito pode ser minimizado alterando-se o padrão de 
fluxo para um comportamento mais uniforme, controlando 
a fricção e minimizando os gradientes de temperatura; 
• Alternativamente o tarugo pode ser usinado ou tratado 
quimicamente antes da extrusão, removendo-se as 
impurezas superficiais. 
 
Defeitos da Extrusão 
Trinca Interna 
 
• O centro do tarugo pode desenvolver fissuras que são 
conhecidas como trincas centrais, fratura tipo ponta de flecha 
ou chevron; 
• O defeito é atribuído à tensão hidrostática de tração na linha 
central, similar à situação da região de estricção em um corpo 
em ensaio de tração. A tendência à formação de fissuras 
centrais aumenta com o crescimento da fricção e da relação 
de extrusão; 
• Este tipo de defeito também aparece na extrusão de tubos. 
 
Defeito “chevron” causado pela extrusão a frio 
Aplicações 
 
• Indústria de Construção Civil (Portas, Janelas, Aberturas, dentre 
 outras); 
• Indústria Automotiva (Caminhões, Ônibus, Carretas, dentre 
 outros), 
• Indústria Moveleira (Mesas, Cadeiras de Praia, Armários, Portas, 
 dentre outros), 
• Indústria Eletro-Eletrônica (Trocadores de Calor, Fios e Cabos), 
• Indústria Metal-Mecânica (Barras em formatos maciços para a 
 usinagem de peças diversas), na Indústria Naval (Estrutura para 
 Barcos, Mastros, etc.), 
• Indústria Aeronáutica (peças de avião, suporte de poltronas, etc.), 
• Indústria Armamentos (peças variadas de armas, corpo de pistolas, 
 etc.), 
 
Materias 
Os materiais mais usados na extrusão são: alumínio, 
cobre, aço de baixo carbono, magnésio e chumbo. 
 
Perfis de alumínio 
Perfis de produtos extrudados a quente 
Perfis de cobre 
Seqüência de fabricação de parafusos 
Vantagens do Processo 
• Alta qualidade e uniformidade dos produtos. 
• Versatilidade: pode-se produzir ampla variedade de 
produtos. 
• Alta velocidade de produção. 
• Automação de processo, reduzindo mão de obra. 
• Produtos mais homogêneos estrutural e 
dimensionalmente. 
• Produtos menos atacados por oxidação 
superficialmente.