Extrusao-2020-1

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Conformação	Mecânica
Extrusão
Extrusão:	
Processo	em	que	a	peça	é	“empurrada”	contra	a	matriz	
conformadora,	com	redução	da	sua	seção	transversal.	
A	parte	ainda	não	extrudada fica	contida	num	recipiente	ou	
cilindro	(container).
O	produto	pode	ser	uma	barra,	tubo	ou	perfil	de	forma	complexa.
Vantagens	do	processo
• Facilidade	de	procução
• Baixo custo do ferramental
• Bom	acabamento	do	produto	final
• Possibilidade de integração	com	outros	
processos	(ex.	forjamento)
Desvantagens	do	processo
• Anisotropia	do	material	do	componente	
na	direção	da	extrusão.
• Processo	requer	o	controle	rígido	da	
velocidade	e	temperatura	a	fim	de	se	
evitar	defeitos.
Ferramental	de	extrusão
Matrizes	e	êmbolos	em	geral	fabricados	em	aços	de	alta	resistência,	em	
geral	ligados	ao	Cr,	V,	Mo,	W
Ferramental	de	extrusão
Prensa	vertical Prensa	horizontal
https://www.youtube.com
/watch?v=RE0gz9cD9u8
Materiais	para	extrusão:
Alumínio,	cobre,	aço,	magnésio,	chumbo.
Produtos	mais	comuns:
Quadros	de	janelas	e	portas,	trilhos	para	portas	deslizantes,	tubos	de	várias	
seções	transversais	e	formas	arquitetônicas.	
Produtos	extrudados podem	ser	cortados	nos	tamanhos	
desejados	para	gerarem	peças,	como	maçanetas,	trancas	e	
engrenagens.	
A	extrusão	pode	ser	combinada	com	operações	de	forjamento,	
sendo	neste	caso	denominada	extrusão	fria.	
Esta	operação	combinada	pode	gerar	componentes	para	
automóveis,	bicicletas,	motocicletas,	maquinário	pesado	e	
equipamento	de	transporte.
Tipos	de	Extrusão
São	basicamente	dois	tipos	de	extrusão:
Direta Indireta
Mas	há	ainda	duas	variações:	a	lateral	e	a	hidrostática.		
Movimento do material extrudado no mesmo sentido de avanço do 
embolo.
Extrusão direta
Extrusão	direta:
https://www.youtube.com/watch?v=Bc7o_s
EdX8U
Extrusão inversa
Extrusão	inversa	(backward extrusion)
https://www.youtube.com/watch?v=RE0gz
9cD9u8
Extrusão	por	impacto
É similar a extrusão indireta. 
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. 
Extrusão		Hidrostática
Um	fluido	a	alta	pressão	é	utilizado	para	empurrar	o	material	através	da	matriz.
Extrusão	a	quente
Vantagens:
Possibilita grandes reduções	em	uma só	etapa;
Possibilita obtenção	de	produtos	contínuos	semi-acabados (barras)	e	
acabados	(tubos	e	perfis)
Extrusão	a	quente
• O	degaste	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.
Extrusão	a	quente	
• Para	reduzir	o	efeito	de	esfriamento	e	prolongar	a	vida	da	
ferramenta,	a	matriz	pode	ser	pré-aquecida.
• Para	melhorar	o	acabamento	superficial,	a	camada	de	óxido	é	
removida	através	do	uso	de	uma	placa,	com	diâmetro	inferior	
ao	da	câmara,	posicionada	sobre	o	pistão.	
• Ao	extrudar	o	tarugo,	uma	casca	cilíndrica	contendo	a	camada	
de	óxido	permanece	"	colada	"	à	parede	da	câmara.	Com	isto	
elimina-se	a	presença	de	óxidos	no	produto.	A	casca	é	
posteriormente	removida	da	câmara.
https://www.youtube.com/watch?v=iiGlq7408ME
Extrusão	a	quente	
Campo	de	temperaturas	para	extrusão	de	vários	metais:
Extrusão	a	frio
Vantagens	em	relação	a	extrusão	a	quente
• 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.	
Extrusão	a	frio
Desvantagem
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.
Planta	extrusão:
https://www.youtube.com/watch?v=LnDUY
ZHDQAg
Parâmetros	geométricos	da	Extrusão		
• Semi ângulo	da	matriz	(α);			
𝑅𝑒 =
Á𝑟𝑒𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑡𝑎𝑟𝑢𝑔𝑜)
Á𝑟𝑒𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 (𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜)
=
𝐴!
𝐴"
• Relação	de	extrusão	(Re)
• Fator	de	forma:	relação	entre	o	perímetro	da	seção	do	produto	extrudado e	a	área	da	
seção	transversal.	Quanto	maior	for	o	valor,	mais	complexa	será	a	extrusão.
Parâmetros	físicos	da	Extrusão		
•Força	de	extrusão;
•Velocidade	de	deslocamento	do	pistão;
•Temperatura	do	tarugo;
•Tipo	de	lubrificante.
Parâmetros	de	Extrusão		
Pressão	de	extrusão	(Pe)
Onde:	
Re (relação	de	extrusão)=	Ai /	Af =	(Di/Df)²
𝑃! = #𝑌 ln𝑅!Método	da	deformação	homogênea
1) Calcular	a	pressão	de	extrusão	média	necessária	para	extrudar uma	barra	de	
alumínio	com	10,9	cm	de	diâmetro	para	3,8	cm.	
Utilizar	o	método	da	deformação	homogênea.
pe =	Y ln Re =	Y ln(Ai /Af)
Parâmetros	de	Extrusão		
Pressão	de	extrusão	(Pe)
Onde:	
B	=	µ cota
Re (relação	de	extrusão)=	Ai /	Af =	(Di/Df)²
𝑃! = #𝑌
1 + 𝐵
𝐵
𝑅!" − 1Método	dos	blocos
1)	Calcular	a	pressão	de	extrusão	média	necessária	para	extrudar uma	barra	de	
alumínio	com	10,9	cm	de	diâmetro	para	3,8	cm.	Considerar	µ=	0,15	e	o	ângulo	da	
matriz	45°.	Y=	28,1	x	10²	kg/cm²
Utilizar	o	método	da	deformação	homogênea.
pe =	Y ln Re =	Y ln(Ai /Af)
Parâmetros	de	Extrusão		
Pressão	de	extrusão	(Pe)
Onde:	
A	e	B são	constantes	que	dependem	do	material,	temperatura,	
lubrificação,	velocidade	de	extrusão	,	etc.
𝑃! = 𝐴 + 𝐵 𝑙𝑛 𝑅!Método	do	limite	superior
Ex.1:	Alumínio	extrudado a	baixa	velocidade	(~10𝑐𝑚/min),	temperatura	
ambiente,	𝑅# ≤ 150:
Ex.2:	cobre,	nas	mesmas	condições:
𝑃! = 483 + 1,015 𝑙𝑛 𝑅!
𝑃! = 364 + 3,283 𝑙𝑛 𝑅!
Parâmetros	de	Extrusão		
•Força	de	extrusão	para	
metais,	a	diferentes	
temperaturas	
𝐹 = 𝐴0 𝑘 ln
A1
A2
Onde	k é	a	constante	de	extrusão
Parâmetros	de	Extrusão		
•Pressão	de	extrusão
Parâmetros	de	Extrusão		
•Temperatura	do	tarugo
Defeitos	na	Extrusão		
Trinca	superficial
Ocorre	quanto	a	temperatura	ou	a	velocidade	é	muito	alta,	
o	que	leva		a	um	aumento	significativo	da	temperatura	da	
superfície.
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	na	Extrusão		
Defeitos	na	Extrusão		
Cachimbo	(	ou	rabo	de	peixe)
O	tipo	de	padrão	de	fluxo	mostrado	na	figura	c	tende	a	arrastar	óxidos	e	
impurezas	superficiais	para	o	centro	do	tarugo,	como	num	funil.	
Defeitos	na	Extrusão		
Cachimbo	(	ou	rabo	de	peixe)
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	na	Extrusão		
Cachimbo	(	ou	rabo	de	peixe)
Defeitos	na	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.
Defeitos	na	Extrusão		
Trinca	interna
Defeitos	na	Extrusão		
Trinca	interna
Defeitos	na	Extrusão		
Trinca	interna
Formação	de	uma	cavidade	no	centro	da	superfície	do	material	em	
contato	com	o	pistão,	quando	o	processode	extrusão	atinge	a	etapa	
final,	decorrente	da	diferença	de	velocidade	entre	o	núcleo	do	tarugo	
e	a	periferia.
Essa	cavidade	cresce	gradualmente	em	diâmetro	e	profundidade,	
transformando	a	barra	em	um	tubo.	Por	isso,	essa	parte	final	do	
produto	deverá	ser	descartada.	
O	aspecto	desse	defeito	é	semelhante	ao	de	um	rechupe interno.
Defeitos	na	Extrusão		
Cavidade
Exercícios
1)	Calcular	a	pressão	de	extrusão	média	necessária	para	extrudar uma	barra	de	
alumínio	com	10,9	cm	de	diâmetro	para	3,8	cm.	Considerar	µ=	0,15	e	o	ângulo	da	
matriz	45°.	Y=	28,1	x	10²	kg/cm²
Utilizar	o	método	dos	blocos.
2)	Refaça	o	exercício	anterior	utilizando	o	método	da	deformação	homogênea.
3)	Qual	a	pressão	necessária	para	extrudar uma	barra	de	cobre	(Y=	0,5	kN/mm2)	
com	uma	redução	de	área	de	45%,	utilizando	matrizes	com	ângulos	de	12° e	30°.
Supor	µ=	0,07.
Re =	1/(1-r)
• Bibliografia
• Fundamento	da	Conformação	Mecânica	dos	Metais,	Paulo	R.	Cetlin e	
Horácio	Helman,	São	Paulo,	Artliber Editora,	2ª	edição,	2005.
• Extrusão	;	 material	didático	disponível	no	site	CIMM	- Centro	de	
Informação	Metal	Mecânica	em	
http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6502#.T6aNIevJFPI ,	
acesso	em	06/05/12.	
• Apostila	Introdução	à	Manufatura	Mecânica	,	Prof.	Dr.	G.	F.	Batalha
• Apostila	Processos	de	Fabricação,	Conformação	Mecânica	II	–
Extrusão,	Trefilação e	Conformação	de	Chapas,	Norberto	Moro	e	André	
Paegle Auras,	Florianópolis	– SC,	Centro	Federal	de	Educação	Tecnológica	de	
Santa	Catarina.
http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6502