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PROCESSO DE TREFILAÇÃO Processos Mecânicos Professor: Teófilo José Leite Alves 1 Introdução É um processo industrial que conforma o diâmetro inicial, para o diâmetro final desejado, e relativamente no aumento do comprimento do material. 2 Introdução O processo de trefilação consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força de tração axial aplicada na saída. 3 Fieira 4 A fieira é o dispositivo básico da trefilação, e compõe todos os equipamentos trefiladores. Sua geometria é dividida em 4 pontos: 4 O processo de trefilação gera diversos produtos que podem ser utilizados em muitas indústrias como: 5 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Produtos Trefilados Indústria de vergalhões Indústria de cabos de aço Indústria de tubos Condutores elétricos (fios) A trefilação de arames é realizada em máquinas de trefilação contínuas onde o arame se encontra em forma de rolos. 6 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Trefilação de Arames A trefilação de barras é realizada em máquinas que trefilam barras de comprimento determinado, individualmente. Por isso, usa-se as bancadas de trefilação. 7 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Trefilação de Barras 8 A trefilação de tubos, assim como na trefilação de barras, é realizada em máquinas que trefilam tubos de comprimentos determinado, individualmente. Por isso, também usa-se as bancadas de trefilação. Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Trefilação de Tubos 9 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Trefilação de Tubos 10 A trefilação de tubos pode ser com buchas, com mandril passante e suporte interno. Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Trefilação de Tubos 11 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica A trefilação de tubos pode ser com buchas ou com mandril passante. Trefilação de Tubos 12 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Tabela diâmetros Máquinas de Trefilação A classificação, quanto ao modo com que exercem o esforço de trefilação, dão-se dois tipos: Máquinas de trefilar sem deslizamento e Máquinas de trefilar com deslizamento. 13 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica A máquina de trefilar sem deslizamento 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. 14 Máquina de Trefilação sem Deslizamento Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Máquina de Trefilação sem Deslizamento 15 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica 16 Máquina de Trefilação sem Deslizamento Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica 17 Máquina de Trefilação sem Deslizamento Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Para a trefilação de fios metálicos de pequenos diâmetros, as máquinas com deslizamento são as mais utilizadas O fio parte de uma bobina, num recipiente denominado desbobinadeira, passa por uma roldana e se dirige alinhado à primeira fieira. 18 Máquina de Trefilação com Deslizamento Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica 19 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Máquina de Trefilação com Deslizamento O número de voltas ou espiras de fio no anel depende da força de atrito necessária para tracionar o fio através da primeira fieira; o movimento do fio na forma de hélice provoca o seu deslizamento lateral no anel. 20 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Máquina de Trefilação com Deslizamento 21 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Máquina de Trefilação com Deslizamento Os esforços preponderantes na deformação são esforços de compressão exercidos pelas paredes do furo da ferramenta sobre o fio, quando de sua passagem, por efeito de um esforço de tração aplicado na direção axial do fio e de origem externa. 22 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Esforços Envolvidos Mecânica da Trefilação 23 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Esforços Envolvidos Mecânica da Trefilação Propriedades mecânicas na trefilação 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. 24 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Processo de Decapagem Todo FM laminado a quente é coberto por uma camada de óxido de ferro, formada a uma alta temperatura, à qual chamamos de carepa. A carepa é composta por camadas variáveis de hematita, wustita e magnetita. 25 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Durante a laminação a quente, três tipos de carepa podem ser formados: Primária: Formada durante o processo de reaquecimento Secundária: Formada durante o processo de laminação Terciária: Formada entre os passes finais de laminação e o leito de resfriamento Para este FM ser trefilado, deve-se remover a carepa formada. Essa remoção pode ser feita através de um processo químico ou mecânico. 26 Processo de Decapagem Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica A decapagem química remove muito bem a carepa, porém seu processo apresenta alguns problemas como o custo do agente decapante e o custo do tratamento de efluentes gerados no processo. 27 Decapagem Química Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica 28 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Produtos decapados quimicamente Durante anos a decapagem mecânica tem sido estudada, podemos destacar pelo menos dois métodos que foram aprovados pela indústria: Decapagem por Jato de Granalha (ou decapagem tosca) e Decapagem por Flexão. 29 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Decapagem Mecânica 30 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica A) Decapador mecânico por roletes de flexão; B) Sistemas de lixas rotativas; C) Decapador mecânico com jateamento de granalha; D) Decapador mecânico com palha de aço – prensa estática e rotativa O fenômeno de atrito é muito importante no processo de trefilação devido ao movimento relativo entre o fio e a fieira. O aumento do atrito provoca maior desgaste da ferramenta e pode causar o aparecimento de defeitos superficiais no fio, além de exigir maior esforço de trefilação e elevar a temperatura de trabalho. 31 Lubrificação Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Durante a trefilação de um material, formam-se duas regiões distintas entre o MATERIAL e a FIEIRA, em uma região forma-se uma camada muito fina de lubrificante e na outra região forma-se uma camada mais grossa de lubrificante. 32 Lubrificação Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica A classificação dos métodos de lubrificação pode se dar ainda de acordo com a consistência e aderência do lubrificante em relação ao material: Existem vários tipos de lubrificantes. Lubrificação úmida; Lubrificação seca; Lubrificação com cobertura metálica. 33 Lubrificação Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica A fratura de um material acontece quando se tem uma tensão e uma deformação presentes, que ultrapassem o valor de resistência à fratura do material. Essa resistência pode variar com a condição metalúrgica do material. 34 Quebras no processo de Trefilação Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica A classificação das quebras na trefilação se dá em três categorias: Quebras que não reflitam, de maneira geral, problemas de qualidade do material ou danos causado pelo processo. São causados por problemas operacionais comuns. Problemas que reflitam condições mecânicas durante a passagempela fieira, como excesso de força de trefilação causando excessiva fricção. Rompimento devido a defeitos metalúrgicos ou microestruturais no arame, que aceleram o desenvolvimento de quebras. 35 Quebras no processo de Trefilação Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica A ruptura é ocasionada por uma forte tensão em relação a seção do fio. Uma forte redução de diâmetro devido à fieira precedente desgastada ou a fieira onde ocorre a ruptura tem seu diâmetro de saída reduzido por acúmulo de material. 36 Ruptura Tipo Estricção Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Um acúmulo de metal se forma na entrada do cone da fieira e o fio rompe-se como por estricção, por um esforço superior a carga de ruptura. 37 Ruptura Tipo Borra Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Esse defeito vai crescendo e ganhando tamanho na média em que a redução por passe aumenta, até o ponto em que a própria tensão de trefilação exercida pela máquina esteja suficiente para promover o rompimento do material. 38 Ruptura Tipo V Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica 39 Ruptura Tipo V Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Este tipo de fratura é resultado de uma extensiva deformação na presença de uma linha central de tensão. Esta linha central de tensão pode ser causada pela trefilação de um material com um excessivo ângulo de entrada da fieira, por uma alta redução de área ou ainda por uma alta fricção entre o material e a fieira. 40 Ruptura Tipo Taça-Cone Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica 41 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Ruptura Tipo Taça-Cone Relações ideais entre o ângulo da fieira e a redução de área para não haver a formação de defeitos tipo central burst (Maxwell, 2001). CETLIN, P. R. Módulos de Treinamento em Trefilação. Sapucaia do Sul, 2004. EDER, A. E. Influência do Teor de Nitrogênio na trefilação de aço equivalente ao ABNT 1013. Porto Alegre, 2006. GZESH, D.P. Selecting the Best Lubricant for wire drawing. Wire and Cable Technology International, p. 30-31, 2004. KO, D. ; KIM, B. The Prediction of Central Burst Defects in Extrusion and Wire Drawing. Journal of Materials processing Technology, Vol 102, p. 19-24, 200. PALMEIRA, A. A. Processos de Trefilação. Rio de Janeiro, 2005 42 Universidade Estácio de Sá Graduação em Engenharia Mecânica Bibliografia
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