07 - Extrusão

Prévia do material em texto

MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
EXTRUSÃO
	A extrusão, como um processo industrial, foi criada por volta de 1800, na Inglaterra, durante a Revolução Industrial, quando aquele país era o principal inovador tecnológico do mundo. A invenção, pioneira, era uma prensa hidráulica vertical para extrusão de tubos de chumbo.
	Uma importante revolução no processo ocorreu na Alemanha, por volta de 1890, quando a primeira prensa de extrusão horizontal foi construída para extrudar metais com ponto de fusão mais alto do que o do chumbo. A carac-terística que possibilitou essa inovação 
foi o uso de um disco na ponta do êm-
bolo de extrusão (dummy block, ou
falso pistão), que o separava do tarugo,
resguardando-o do calor excessivo.
 Comumente, entre esse falso pistão e o metal a ser extrudado, se interpõe um pedaço de material suplementar (geral-mente grafite) para forçar a passagem de todo o material através da matriz e evitar resíduo de metal não extrudado.
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
	A extrusão é, então, um processo de compressão indireta, que pode ser realizado a quente ou a frio, no qual um metal é forçado a fluir através de uma matriz aberta, de modo a produzir barras, tubos ou os mais variados perfis, ou seja, produtos com seção transversal idêntica em todo o seu comprimento. 
	O esforço de compressão é exercido por meio de um êmbolo que empurra o metal contra uma matriz que possui um orifício com a forma do perfil que se deseja fabricar. A tensão aplicada, portanto, tem que superar em muito a tensão de escoamento do metal, para permitir um fluxo regular e contínuo de produto através da matriz. O comprimento do produto extrudado é limitado, no entanto, pela diferença entre os volumes do tarugo e do refugo que sobra no container.
		 Geralmente são extrudadas ligas não-ferrosas (Al, Mg, Cu), por causa das baixas resistências ao escoamento e das baixas temperaturas de extrusão, embora também possam ser extrudados alguns aços comuns e inoxidáveis. Deve-se ter cuidado com estes materiais de maior resistência e pontos de fusão mais elevados, porque eles podem se soldar à parede do container, inconveniente que somente pode ser evitado com a prevenção do contato direto metal-metal. Novos tipos de lubrificantes, ativos em temperaturas e pressões elevadas, têm permitido extrudar tais materiais. 
	Embora existam várias maneiras de realizar o processo, ele pode ser comparado ao efeito de se apertar um tubo de creme dental. 
GENERALIDADES
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
	A pressão na extrusão direta é mais elevada devido ao atrito entre o tarugo e as paredes do container. A forma da curva no início do processo depende do ângulo da matriz (ângulos grandes aumentam a inclinação da curva). 
	No final do percurso a pressão de extrusão cresce rapidamente e, em geral, interrompe-se o movimento do êmbolo de maneira a deixar um pequeno 
 						 refugo no container, a 					 	 menos que se use o já 
 					 citado material suple-
 mentar. 
comprimento do refugo
deslocamento do êmbolo
comprimento restante do tarugo, L
pressão de extrusão
início da
extrusão
extrusão direta
extrusão indireta
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
EXTRUSÃO A QUENTE
	 engloba a maioria dos processos para obter produtos longos 
 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
CLASSIFICAÇÃO
PROCESSO SEMI-CONTÍNUO
	 produtos longos, cujo comprimento é limitado pelo volume 
 do tarugo que cabe no container
TEMPERATURA 
DE TRABALHO
DIMENSÕES
DO PRODUTO
	 em quase todos os casos, o longo perfil extrudado é cortado 
 em pequenos comprimentos
PROCESSO DISCRETO
	 uma peça simples é produzida em cada ciclo de extrusão 
 (a extrusão por impacto é um exemplo de processo discreto)
F
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
EXTRUSÃO DIRETA
	Um tarugo é colocado no interior de um recipiente de extrusão e um pistão comprime esse material, forçando-o a fluir através de uma ou mais abertu-ras em uma matriz situada na extremidade oposta do recipiente.
	Um problema na extrusão direta é o significativo atrito existente entre a superfície do tarugo e as paredes do recipiente quando o material é forçado a deslizar em direção à abertura da matriz. Na extrusão direta, como vimos, esse atrito causa um substancial aumento na força de extrusão. Na extrusão a quente, o problema do atrito é agravado pela presença de uma camada de óxidos na su-perfície do tarugo, a qual pode, também, causar defeitos no produto extrudado.
EXTRUSÃO INVERSA: 


Caso 1 
Caso 2 
A matriz, ao invés de ser fixada na extremidade do recipiente, é montada num pistão oco (ou constituído por hastes). Quando o pistão avança no interior do recipiente, o metal é forçado a fluir através do orifício da matriz, em sentido oposto ao movimento do pistão. Não há atrito entre o tarugo e a parede interna do recipiente e, então, a força de extrusão é menor que na extrusão direta.
Usada também na produção de seções tubulares, a extrusão inversa, neste caso, emprega um pistão com diâmetro menor que o do recipiente, de modo que o metal flui ao redor da matriz, gerando um produto em forma de copo. 
SENTIDO DE DESLOCAMENTO DO PISTÃO

MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
EXTRUSÃO POR IMPACTO
Realizado em alta velocidade e em passes curtos, este processo é utilizado para fabricação de componentes individuais. Como o nome sugere, o punção se choca contra o metal, ao invés de simplesmente pressioná-lo. O impacto pode promover uma extrusão direta, uma extrusão inversa, ou uma combinação desses modos.
A extrusão por impacto é usualmente realizada a frio numa variedade de metais. Os produtos apresentam, em geral, paredes muito finas (p. ex., capas de pilhas).
EXTRUSÃO HIDROSTÁTICA
O problema do atrito pode ser superado envolvendo-se o tarugo por um fluido no interior do recipiente e pressurizando este fluido por meio do movimento do pistão. 	
	 Deste modo, não há atrito com a parede do recipiente e o atrito no orifício da matriz é reduzido. A força no êmbolo é muito menor que na extrusão direta convencional. 
		 O processo pode ser realizado à temperatura ambiente ou em temperaturas elevadas e, neste caso, devem ser empregados procedimentos especiais e fluidos resistentes ao calor. 
			 	 A pressão hidrostática em uma peça aumenta sua ductilidade. Portanto, esse processo pode ser usado em metais frágeis. Metais dúcteis também podem ser extrudados hidrostaticamente, possibilitando altas relações de redução. 
			 	 Uma desvantagem do processo é que ele requer a preparação do tarugo inicial, que deve possuir em uma das extremidades uma geometria que se adapte ao ângulo da matriz. Isso evita que o fluido escoe pela abertura da matriz quando o recipiente é inicialmente pressurizado.
OUTROS PROCESSOS DE EXTRUSÃO
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
Perfis de alumínio
Perfis de cobre e suas ligas
Perfis de produtos extrudados a quente
www.cecil.com.br/index.htm 
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
www.aec.org/cyberg/process.html
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
www.coldformedproducts.co.uk
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
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 deaquecimento 
	A prensa de extrusão é, essencialmente, um conjunto cilindro-pistão hidráulico, onde o cilindro necessita constante alimentação de líquido sob pressão para movimentar o pistão. A alimentação do cilindro pode se dar com o auxílio de uma bomba hidráulica, que mantém a velocidade do pistão no nível necessário para a extrusão, ou com o emprego de uma acumulador de pressão. No primeiro caso, temos o chamado acionamento oleodinâmico e, no segundo caso, o acionamento é hidro-pneumático.
	Na Ref. 2, tratando deste assunto, Ettore Bresciani faz uma ampla descrição de uma máquina de extrusão e de seus componentes, citando o trabalho de mestrado de F. A. C. Nery, “Desenvolvimento de uma Máquina Extrusora de Laboratório para Fios de Metais Não-Ferrosos”, realizado na década de 1980 na Unicamp, que fornece maiores detalhes.
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
PRENSA HORIZONTAL DE EXTRUSÃO DE BARRAS E PERFIS
Estrutura posterior
Recipiente
Cabeçote móvel
Mandril
Estrutura do cilindro
 
Tirante
Serra ou guilhotina
Sistema de rotação do mandril
Matriz
PRENSA HORIZONTAL DE EXTRUSÃO DE TUBOS
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
FERRAMENTAS DE EXTRUSÃO
Extrusão a quente
	 diversos componentes para localizar, guiar 
 e extrudar o tarugo aquecido 
Extrusão a frio
	 diversos estágios para obtenção de peças 
 isoladas, como por exemplo, parafusos 
	 êmbolos, recipientes e matrizes fabricadas em aços para 
 trabalho a quente, ligados ao Cr, V, Mo, W e Ni 
	 êmbolos, recipientes e matrizes fabricadas em aços para 
 trabalho a frio, ligados ao Cr, V, Mo e W 
	 matrizes com núcleo de metal duro para grandes produções, 
 na extrusão a frio 
	 matrizes com geometrias específicas para grupos de ligas 
 metálicas extrudadas 
Detalhes, Materiais e Aplicações
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
Componentes de ferramental para extrusão a quente
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
Seqüência de fabricação de parafusos
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
Conjunto de ferramentas para extrusão a frio de eixos
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
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
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
	 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 
	 defeitos causados por geometria inadequada das matrizes ou pela lubrificação insuficiente (“chevron”), ou pela deformação excessiva na extrusão (trincas) 
DEFEITOS DE EXTRUSÃO
Extrusão a quente
Extrusão a frio
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
Modos de Escoamento na Extrusão
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
Representação do defeito de intrusão
MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
Defeito “chevron” causado pela extrusão a frio