Trefilação 050520

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TREFILAÇÃO – ESFORÇOS NA TREFILAÇÃO
Prof José Milton de Freitas 
COMPL DE PROC DE FABRICAÇÃO
 Processo em que se obtém produtos com seções de geometrias diversas pela tração desses produtos através de uma uma matriz que define o perfil do trefilado. 
Trefilação:
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS
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COMPL DE PROC DE FABRICAÇÃO
O escoamento plástico é produzido pela combinação da força de tração com as forças compressivas provenientes da reação da matriz sobre o material.
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS
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Propriedades mecânicas na trefilação:
O processo de trefilação é sempre realizado a frio.
As propriedades mecânicas do arame, como resistência a tração e tensão de escoamento, aumentam no processo de trefilação, conforme aumenta o encruamento causado pela redução de área nos sucessivos passes.
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS
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 - As principais vantagens do processo de trefilação são:
 
Precisão dimensional = detém dimensões mais uniformes e grande precisão dimensional, podendo chegar até a centésimos de milímetro;
O material pode ser estirado e reduzido em secção transversal mais do que com qualquer outro processo;
 Acabamento superficial = obtenção de superfícies mais perfeitas, com baixa rugosidade superficial;
 
Propriedades mecânicas = por ser trefilado a frio é possível de ser obtidas melhores propriedades mecânicas que o simplesmente laminados; 
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS (cont.) 
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- A principal limitação do processo é: 
O processo de trefilação é pouco versátil, permitindo a obtenção somente de itens com seções aproximadamente circulares (circulares, ovalizadas, sextavadas, etc). 
Seções mais complexas tenderiam a se deformar durante a conformação, perdendo tanto a forma como a precisão, pois o material é tracionado e não empurrado, como no caso da extrusão.
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS
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- Matéria prima: 
A matéria-prima para o processo de trefilação é um produto na forma de arame (fio-máquina), obtido por laminação, e na forma de barra ou tubo obtidos pelo processo de extrusão (para metais não-ferrosos) ou pelo processo de laminação (para metais ferrosos e não ferrosos).
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS (cont.) 
Fio-máquina (arame)
Barras 
Tubos 
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Aplicação:
O processo de fabricação por trefilação é normalmente empregado para a produção de:
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS (cont.) 
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- Exemplos de aplicação de aços trefilados:
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS (cont.) 
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- Produtos da Trefilação:
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS (cont.) 
Aramados
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1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS (cont.) 
- Produtos da Trefilação:
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1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS (cont.) 
- Produtos da Trefilação:
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- Produtos da Trefilação:
1- TREFILAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS (cont.) 
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- Pode-se classificar os equipamentos para trefilação em dois grupos básicos:
 
2- EQUIPAMENTOS DE TREFILAÇÃO
 a) Trefiladoras de bancada – utilizadas para produção de componentes não bobináveis, como barras e tubos; 
b) Trefiladoras de tambor – utilizada para produção de componentes bobináveis, ou seja, arames. As trefiladoras de tambor ainda podem ser classificadas em três grandes grupos, a saber: simples (1 só tambor) - para arames grossos; duplas - para arames médios; e múltiplas (contínuas) - para arames médios a finos.
Trefiladora de tambor
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2- MÁQUINAS DE TREFILAÇÃO (cont.)
Trefiladora de tambor:
A máquina de trefilar de tambor contém um sistema de tração do fio, para conduzi-lo através do furo da fieira, constituído de um anel tirante que primeiro acumula o fio trefilado para depois permitir o seu movimento em direção a uma segunda fieira.
Nesta, o fio passa tracionado por um segundo anel tirante que também acumula fio trefilado.
O processo prossegue de igual modo para as fieiras seguintes nos tradicionais sistemas de trefilação múltiplos e contínuos, ou seja, com diversas fieiras em linha na mesma máquina
Máquinas contínuas, com passes em linha.
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2- MÁQUINAS DE TREFILAÇÃO (cont.)
Trefiladora de tambor:
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2- EQUIPAMENTOS DE TREFILAÇÃO
Mordente
- Trefiladora de bancada (ou de banco)
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2- EQUIPAMENTOS DE TREFILAÇÃO
Banco de trefila (barras e tubos)
- Trefiladora de bancada (ou de banco)
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3- TREFILAÇÃO DE TUBOS EM TREFILAS DE BANCADA (cont.)
- Trefilação de tubos:
A trefilação de tubos, assim como na trefilação de barras, é realizada em máquinas que trefilam tubos de comprimentos determinados. Por isso, também são utilizadas as bancadas de trefilação
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Trefilação de tubos:
3- TREFILAÇÃO DE TUBOS EM TREFILAS DE BANCADA (cont.)
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3- TREFILAÇÃO DE TUBOS EM TREFILAS DE BANCADA (cont.)
Métodos de trefilação de tubos :
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4- FIEIRAS (cont.)
Fieira é o dispositivo básico da trefilação, e compõe todos os equipamentos trefiladores. Sua geometria é dividida em quatro zonas:
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4- FIEIRAS (cont.)
α
β
- Caracteristicas de projeto de uma fieira:
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O cone de entrada tem a finalidade de guiar o fio em direção ao cone de trabalho e permitir que o lubrificante acompanhe o fio e contribua na redução do coeficiente de atrito. 
No cone de trabalho ocorre a redução, sendo, portanto, a região onde é aplicada ao fio o esforço de compressão. 
No cilindro de calibração ocorre o ajuste do diâmetro do fio: é objeto de controle a altura desse cilindro, pois, quando essa altura é pequena, facilita as operações de retificação das fieiras gastas. 
O cone de saída deve proporcionar uma saída livre do fio sem causar danos nas superfícies da fieira e do fio.
4- FIEIRAS (cont.)
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COMPL DE PROC DE FABRICAÇÃO
O material é escolhido conforme as exigências do processo (dimensões, esforços) e o material a ser trefilado. Os materiais mais utilizados são:
 Carbonetos sinterizados (sobretudo WC – Widia)
 Aços de alto C revestidos de Cr (cromagem dura)
 Aços especiais (Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-W, etc.)
 Ferro fundido branco
 Cerâmicos (pós de óxidos metálicos sinterizados)
 Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras)
4- FIEIRAS (cont.)
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5- PROCESSO DE TREFILAÇÃO
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COMPL DE PROC DE FABRICAÇÃO
 
A lubrificação no processo de trefilação é fundamental e necessária, no sentido de: 
Reduzir o atrito entre a fieira e o material que está sendo trefilado;
Reduzir a força de trefilação; 
Melhorar a produtividade do processo; 
Reduzir o desgaste da fieira, aumentando sua vida útil; 
Melhorar o acabamento e a precisão dimensional do material; 
- A lubrificação pode ser feita através das seguintes maneiras: 
VIA SECA = são utilizados graxas, pó de sabão ou estearato de zinco;
VIA ÚMIDA = são utilizados óleos especiais, sebo ou sabão. Neste caso a matriz fica toda imersa num fluido lubrificante.
5- PROCESSO DE TREFILAÇÃO
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COMPL DE PROC DE FABRICAÇÃO- Tratamento Térmico de fios trefilados:
5- PROCESSO DE TREFILAÇÃO
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- Equipamentos auxiliares ao processo de trefilação:
• Afinadoras de ponta
• Soldadoras topo-a-topo
• Decapagem
• Fornos para recozimento (contínuo ou estático)
• Linhas de revestimento superficial
5- PROCESSO DE TREFILAÇÃO (cont.)
Exemplo de decapagem química
Exemplo de decapagem mecânica
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Esforços na trefilação:
A deformação plástica na trefilação ocorre em função da presença de esforços trativos, que movimentam o material na direção axial, e esforços compressivos, realizados pela parede da matriz sobre o material, causando deformação na direção radial. 
Considera-se que a maior parte do escoamento plástico é causada por esforços de compressão resultantes da reação do metal com a matriz. 
6- ESFORÇOS ATUANTES
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A deformação na trefilação é composta por duas “parcelas”, deformação homogênea e deformação redundante, que em conjunto constituem a deformação média na operação. 
A deformação homogênea está associada apenas às alterações dimensionais do material no processo de trefilação, considerando as modificações observadas nas áreas inicial e final, podendo ser determinada através da Equação:
Essa deformação não considera quaisquer fatores externos do processo, não abrangendo o efeito do atrito e nem mesmo a forma como esse material sofre a deformação no interior da matriz de trefilação. 
6- ESFORÇOS ATUANTES
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Na deformação redundante, o material a ser trefilado, na região próxima à superfície da barra ou arame, quando direcionado à matriz, adquire uma velocidade inicial, sendo essa uma componente perpendicular ao eixo da peça. Ao afastar-se da matriz (região próxima ao centro/eixo da barra ou arame), esse segue seu movimento paralelo ao eixo. Como se deduz na Figura abaixo, o material sofre internamente deformações cisalhantes (ou um processo de distorção), à entrada e à saída da fieira, decrescentes da superfície para o centro, que não contribuem para as mudanças dimensionais da barra trefilada. Essa deformação extra é chamada de “deformação redundante”, que origina por sua vez o chamado trabalho redundante.
6- ESFORÇOS ATUANTES
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Deformação Redundante
6- ESFORÇOS ATUANTES
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Deformação Redundante
6- ESFORÇOS ATUANTES
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Deformação média:
 A deformação média na trefilação representa a união das duas deformações citadas anteriormente, a deformação redundante, originada devido ao processo de cisalhamento interno no material, e a deformação homogênea, relativa à alteração dimensional da barra. 
As deformações externa e média na operação se relacionam através do coeficiente de deformação redundante, conforme a Equação abaixo:
6- ESFORÇOS ATUANTES
Coeficiente de deformação redundante
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Tensão de trefilação:
Onde Yf é a tensão média de escoamento:
em que K = coeficiente de resistência; e n = expoente de deformação (ou encruamento).
6- ESFORÇOS ATUANTES
f
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- Relações geométricas e de deformação na trefilação:
6- ESFORÇOS ATUANTES
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- Cálculo da carga na trefilação: Para cada passe de trefilação, a carga necessária pode ser estimada pela seguinte expressão:
F = carga (força) na trefilação
σd = tensão de trefilação
A0 = área da seção transversal do material antes da trefilação
Af = área da seção transversal do material após a trefilação
Yf = tensão média de escoamento em tracionamento uniaxial
μ = coeficiente de atrito médio na região de redução da fieira
α = ângulo de abordagem (semi-ângulo da fieira)
= fator de deformação redundante 
6- ESFORÇOS ATUANTES
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EXERCÍCIOS
Exercício 1
Um arame é trefilado em uma fieira com ângulo de entrada = 15°. Partindo de um diâmetro inicial de 2,5 mm e chegando ao diâmetro final de 2,0 mm. O coeficiente de atrito na interface entre o material e a fieira é de 0,07. O material a ser trefilado tem coeficiente de resistência k = 205 MPa e um expoente de endurecimento por deformação (encruamento) n=0,2.
Determine a tensão de trefilação e a força de trefilação necessárias para esta operação.
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EXERCÍCIOS
Solução do Exercício 1
Um arame é trefilado em uma fieira com ângulo de entrada = 15°. Partindo de um diâmetro inicial de 2,5 mm e chegando ao diâmetro final de 2,0 mm. O coeficiente de atrito na interface entre o material e a fieira é de 0,07. O material a ser trefilado tem coeficiente de resistência k = 205 MPa e um expoente de endurecimento por deformação (encruamento) n=0,2.
Determine a tensão de trefilação e a força de trefilação necessárias para esta operação.
Dados pelo exercício:
α = 15°
D0 = 2,5 mm
Df = 2,0 mm
μ = 0,07
k = 205 Mpa
n = 0,2
Respostas solicitadas pelo exercício:
Tensão de trefilação:
Força de trefilação
?
?
?
?
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EXERCÍCIOS
Solução do Exercício 1
Dados pelo exercício:
α = 15°
D0 = 2,5 mm
Df = 2,0 mm
μ = 0,07
k = 205 Mpa
n = 0,2
Respostas solicitadas pelo exercício:
Tensão de trefilação:
Força de trefilação
?
?
Cálculo de A0 e Af (áreas das seções inicial e final):
A0 = D02. 3,1416 = (2,5)2. 3,1416 = 4,91 mm2
4
4
Af = Df2. 3,1416 = (2,0)2. 3,1416 = 3,14 mm2
4
4
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EXERCÍCIOS
Solução do Exercício 1
Dados pelo exercício:
α = 15°
D0 = 2,5 mm
Df = 2,0 mm
μ = 0,07
k = 205 Mpa
n = 0,2
Respostas solicitadas pelo exercício:
Tensão de trefilação:
Força de trefilação
?
b) Cálculo de φ (coeficiente de deformação redundante):
= 2,5 + 2,0 = 2,25 mm
2
= 2,5 – 2,0 = 0,966 mm
2 sen 15°
2,25
0,966
= 1,16
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EXERCÍCIOS
Solução do Exercício 1
Dados pelo exercício:
α = 15°
D0 = 2,5 mm
Df = 2,0 mm
μ = 0,07
k = 205 Mpa
n = 0,2
Respostas solicitadas pelo exercício:
Tensão de trefilação:
Força de trefilação
?
c) Cálculo da tensão média de escoamento Yf
= ln (4,91 / 3,14) = 0,446 
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EXERCÍCIOS
Solução do Exercício 1
Dados pelo exercício:
α = 15°
D0 = 2,5 mm
Df = 2,0 mm
μ = 0,07
k = 205 Mpa
n = 0,2
Respostas solicitadas pelo exercício:
Tensão de trefilação:
Força de trefilação
?
?
?
?
 4,91 mm2
3,14 mm2
 1,16
 145,4 MPa
Tensão de trefilação:
Força de trefilação
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COMPL DE PROC DE FABRICAÇÃO
EXERCÍCIOS A SEREM REALIZADOS INDIVIDUALMENTE PELOS ALUNOS
Os 3 exercícios a seguir deverão ser entregues ao professor, resolvidos individualmente pelos alunos, assim que as aulas presenciais retornarem.
No cabeçalho das folhas de exercícios a serem entregues deverão constar as seguintes informações:
Nome do aluno (a)
Turma
RA
Curso
Disciplina : Complementos de Processos de Fabricação.
Matéria em Referência: Trefilação – Esforços na Trefilação
As questões deverão ser copiadas nas folhas de exercícios e respondidas, com desenvolvimento dos respectivos cálculos.
 
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EXERCÍCIOS A SEREM REALIZADOS INDIVIDUALMENTE PELOS ALUNOS
QUESTÃO 1
Uma barra que tem o diâmetro inicial de 12,7 mm é trefilada atrvés de uma fieira com ângulo de entrada de 13°. O diâmetro final é de 6,35 mm. O metal tem um coeficiente de resistência igual a 275 Mpa e um coeficiente de deformação por endurecimento de 0,2. O coeficiente de atrito na interface fieira/material é de 0,1.
Calcule a força de trefilação envolvida na operação.
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COMPLDE PROC DE FABRICAÇÃO
EXERCÍCIOS A SEREM REALIZADOS INDIVIDUALMENTE PELOS ALUNOS
QUESTÃO 2
O que entende por deformação redundante, no processo de trefilação?
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COMPL DE PROC DE FABRICAÇÃO
No processo de trefilação é possível se obter produtos com seções de geometrias diversas, pela tração desses produtos através de uma matriz, denominada fieira, que define o perfil do trefilado. A fieira é dividida basicamente em quatro seções:
a) Cilindro de calibração, cone de trabalho, cilindro de compressão e cone de saída
b) Cone de alinhamento, cilindro de compressão, cilindro de calibração e cilindro de nivelamento
c) Cone de entrada, cilindro de compressão, cilindro de calibração e cilindro de nivelamento
d) Cone de alinhamento, cone de trabalho, cilindro de calibração e cilindro de nivelamento
e) Cone de entrada, cone de trabalho, cilindro de calibração e cone de saída
 
QUESTÃO 3
EXERCÍCIOS A SEREM REALIZADOS INDIVIDUALMENTE PELOS ALUNOS
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FIM
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