Trefilação - Claudir Becher

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
CLAUDIR J. S. BECHER 
 
 
 
 
 
 
TREFILAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Porto Alegre - RS 
2021 
1. Conceitos iniciais da trefilação 
 A trefilação é um processo de conformação plástica que se realiza ao se puxar 
um fio (ou barra ou tubo) através de uma ferramenta denominada fieira, de formato 
externo cilíndrico e que contém um furo em seu centro, por onde passa o fio, que é 
preso por garras de tração usualmente impulsionadas por corrente sem fim. Tal furo, 
com diâmetro decrescente, possui um perfil em forma de funil curvo ou cônico (figura 
1), responsável pela redução constante do diâmetro do fio e consequente aumento do 
seu comprimento. 
 
 
Figura 1 – Representação do perfil cônico da fieira sendo trespassada por um fio 
 A passagem do fio pela fieira, por ser um processo comumente realizado a frio, 
provoca o encruamento do metal, com alteração de suas propriedades mecânicas. Tal 
alteração se dá no sentido da redução da ductibilidade e aumento da resistência 
mecânica do material. Entre as diversas passagens do material por fieiras com perfis 
cônicos decrescentes, pode-se tornar interessante a realização de um tratamento 
térmico de recozimento de ductibilidade necessária ao prosseguimento do processo ou 
ao atendimento de requisitos finais de propriedades mecânicas específicas para o uso 
do produto trefilado. 
 A matéria prima utilizada na trefilação provém de um processo precedente de 
extrusão (para materiais não ferrosos) ou de laminação (para materiais ferrosos e não 
ferrosos). 
 Variadas são as aplicações dos produtos trefilados, algumas das quais estão 
classificadas na tabela 1, de acordo com o material utilizado. 
Material Aplicação 
Aços de baixo carbono Arames, malhas de arame, arame 
farpado, pinos, pregos, parafusos, 
rebites 
Aços de alto carbono Material de haste para processamento 
automático, cabos 
Ligas de aço Molas industriais, fios de soldagem 
Cobre e ligas de cobre Arames, malhas de arame, parafusos, 
partes moldadas, componentes para a 
indústria elétrica 
Alumínio e ligas de alumínio Parafusos, partes moldadas, fios 
elétricos 
 
2. Mecânica da trefilação 
 Os esforços predominantes na deformação do material são de compressão, 
exercidos pelas paredes do furo da fieira sobre o metal, quando de sua passagem, por 
efeito do esforço de tração aplicado na direção axial do fio e de origem externa. Tal 
esforço de tração externo, e a deformação sendo decorrente de um esforço de 
compressão, caracterizam a trefilação como um processo de compressão indireta 
(figura 2). 
 
Figura 2 – Esforços relacionados à deformação do metal ao passar pela fieira 
 
3. Máquinas de trefilação 
 As máquinas de trefilar podem ser classificadas quanto à forma com que 
exercem o esforço de trefilação. Tal classificação divide as máquinas em dois grupos: 
• máquinas sem deslizamento; 
• máquinas com deslizamento. 
 A máquina de trefilar sem deslizamento contém um sistema de tração do fio 
através de anéis tirantes, que acumulam o fio trefilado antes de passar pela fieira 
seguinte (figura 3). 
 
Figura 3 – Esquema de anéis tirantes em uma máquina de trefilar do tipo sem deslizamento. 
 Em função do aumento do comprimento do fio ao passar pelas fieiras, cada 
anel possui uma velocidade de rotação própria e crescente no sentido do processo. 
 Já na máquina de trefilar com deslizamento, o fio é enrolado nos anéis tirantes 
de acordo com uma hélice de passo igual ao seu diâmetro, de forma que a entrada no 
anel tirante e a saída fiquem alinhadas com as fieiras anterior e posterior, 
respectivamente (figura 4). O movimento do fio na forma de hélice provoca o seu 
deslizamento lateral no anel. 
 
Figura 4 – Representação esquemática de uma máquina de trefilar com deslizamento 
 O deslizamento do fio nos anéis tirantes provoca o seu gradativo desgaste, o 
que exige uma retificação periódica, de forma a manter as relações estabelecidas 
entre as velocidades dos anéis. Estes são fabricados em aço não temperado, mas 
com um revestimento de metal duro ou metal cerâmico. 
 Ao final do processo, o bobinamento deve ser feito, variando-se continuamente 
a velocidade angular do carretel para compensar o aumento do raio de giro conforme 
adiciona-se uma camada a mais de fio na bobinadeira. 
 As máquinas de trefilar também podem ser classificadas, além de outras 
maneiras, de acordo com seu sistema de lubrificação. Neste caso, temos duas 
categorias: 
• máquinas com sistema de imersão, em que a fieira e os anéis permanecem 
imersos no líquido refrigerante e lubrificante; 
• máquinas com sistema de aspersão, em que a fieira recebe um jato de líquido 
refrigerante e lubrificante. 
 Há ainda uma terceira forma de classificação das máquinas de trefilar, de 
acordo com o diâmetro dos produtos trefilados. Conforme essa classificação, temos os 
seguintes tipos máquinas: 
• para barras redondas (com diâmetro superior a 5 mm); 
• para fios grossos (diâmetro de 5 a 2 mm); 
• para fios médios (diâmetro de 2 a 0,5 mm); 
• para fios finos (diâmetro de 0,5 a 0,15 mm); 
• para fios capilares (diâmetro inferior a 0,15 mm). 
 As máquinas para trefilação de barras são robustas e permitem grandes 
reduções de secções (maiores que 70%). Tais máquinas possuem poucas fieiras (três 
ou quatro) e podem ser do tipo sem deslizamento; as forças de trefilação atingem o 
nível de toneladas (3 ou mais) e as velocidades de trefilação são da ordem de 2 m/s. 
As máquinas de trefilar fios grossos apresentam geralmente anéis tirantes 
individualizados, como a anterior, mas trabalham a velocidades maiores e podem ser 
conjugadas a um forno de recozimento contínuo após a última etapa de trefilação e 
antes do bobinamento. 
 As máquinas de trefilar fios médios e finos são sempre do tipo com 
deslizamento, dotadas de quatro cones com quatro ou cinco anéis cada. Cada anel 
corresponde a uma fieira, e o fio passa por ela tanto no sentido da saída quanto no da 
entrada do anel. O número de fieiras é da ordem de vinte. Tais máquinas geralmente 
utilizam o sistema de lubrificação por imersão, podendo também ser adotado o 
sistema por aspersão. Para as máquinas de trefilar fios finos, as velocidades de 
trabalho são maiores ainda. No restante, essas máquinas são praticamente iguais às 
de fios médios. 
 As máquinas de trefilar fios capilares apresentam algumas particularidades em 
função dos cuidados exigidos por tal produto, de dimensão reduzida e difícil 
manipulação. Os sistemas mecânicos relacionados aos anéis devem ter elevada 
precisão e também estar praticamente isentos de vibrações mecânicas. 
 
4. Ferramentas de trefilação 
 A qualidade e o custo do produto da trefilação dependem muito da natureza da 
fieira. Esta é constituída por quatro regiões distintas ao longo do furo interno (figura 5). 
 
Figura 5 – Representação das regiões da fieira 
 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, contribuindo para a redução do 
atrito entre as superfícies do fio e do cone de trabalho. No cone de trabalho ocorre a 
redução da secção transversal do fio, sendo, portanto, a região onde é aplicado ao fio 
o esforço de compressão e onde o atrito deve ser minimizado para reduzir, também ao 
mínimo, o desgaste da fieira. 
 Dos materiais utilizados para a fabricação da ferramenta de trefilar, são 
exigidas as seguintes características: 
• permitir a trefilação de grande quantidade de fios sem que ocorra um desgaste 
acentuado da fieira; 
• permitir a trefilação a altas velocidades para produzir elevadas quantidades por 
unidade de tempo; 
• permitir a adoção de elevadas reduções de secção; 
• conferir calibração constante do diâmetro do fio; 
• conferir longa vida à ferramenta, sem necessidade de paradas da máquina de 
trefilarpara controle de dimensões e substituição da ferramenta; 
• permitir a obtenção de superfície lisa e brilhante no fio durante longo período 
de uso. 
Dados tais requisitos, os materiais comumente empregados são: 
• diamante, para fios de diâmetro até 2 mm; 
• metal duro, para fios de diâmetro maior que 2 mm. 
 A vida média da fieira é estimada com relação à quantidade de material que ela 
pode trabalhar sem necessidade de recuperação para um determinado diâmetro de fio 
trefilado. Observa-se que a relação entre o diâmetro e a vida da ferramenta (medida 
em aumento do diâmetro do furo por massa de material trabalhado) obedece, até a 
primeira recalibração, a uma lei logarítmica. A vida média é estimada para condições 
de trabalho normais de montagem e colocação da fieira na máquina de trefilar, de 
temperatura de trabalho, de lubrificação, de homogeneidade do material do fio e de 
limpeza do meio de trabalho. 
 A manutenção e o controle dimensional das fieiras são geralmente realizados 
com microscópio monocular para diâmetros pequenos de furos da fieira, com aumento 
de 50 a 80 vezes. Para essas operações, a fieira é cuidadosa e previamente limpa 
com solventes e ar comprimido. Além da verificação do perfil, do diâmetro e da 
ovalização do furo da fieira, podem ser observados os eventuais defeitos no fio. 
 
5. Fatores de influência na trefilação 
 Na trefilação de fios, apesar de ser um trabalho realizado a frio, as 
temperaturas no local da ferramenta podem se elevar consideravelmente em função 
das condições de atrito (ou seja, de lubrificação) e da velocidade de trabalho, 
alterando as propriedades mecânicas do material sob deformação e as condições de 
escoamento. 
 As técnicas experimentais de aplicação mais imediata para verificar o 
comportamento do material durante a trefilação são as técnicas convencionais de 
ensaios mecânicos (com determinação de resistência e ductibilidade do fio antes e 
após o processo), ensaios metalográficos (com exame de microestrutura em secções 
transversais e longitudinais, também antes e após o processo) e verificação 
metrológica (diâmetros, ovalizações e defeitos). 
 A homogeneidade estrutural do material inicial do fio é relativamente elevada, 
pois a fabricação de tal fio (chamado fio máquina) se dá por processos de 
conformação mecânica, como laminação ou extrusão, nos quais se obtém estruturas 
recozidas de grãos de dimensões variáveis com pouca dispersão. A trefilação, como 
processo de transformação a frio, melhora a homogeneidade, conduzindo à obtenção 
de uma estrutura encruada. Contudo, durante o processo deve-se evitar aquecimentos 
muito elevados, que podem prejudicar a uniformidade granular e causar, no caso de 
certas ligas metálicas, mudanças de fase indesejáveis. 
 
6. Defeitos típicos de produtos trefilados 
 Os defeitos relacionados à fieira que podem provocar marcas nos fios são: 
• anéis de trefilação (marcas circunferenciais e transversais) decorrentes do 
desgaste na região do cone de trabalho, provocado pela operação com fios de 
metais moles; 
• marcas de trefilação (longitudinais) decorrentes do desgaste na região do cone 
de trabalho, provocado pela operação com fios de metais duros; 
• trincas, que variam desde quebras de parte da ferramenta até fissuramentos 
superficiais, provocadas por diversos fatores como impurezas do material do fio 
e do lubrificante, defeito de fiação do núcleo da fieira em seu montante e 
redução excessiva; 
• rugosidades decorrentes de erros na operação de polimento ou de lubrificação 
deficiente no uso; 
• riscos decorrentes de erros na operação de polimento. 
 
7. Propriedades dos produtos trefilados 
As propriedades mecânicas e metalúrgicas e as características dimensionais 
dos produtos trefilados são dependentes das características da matéria prima e dos 
diversos fatores de influência no processo de trefilação. 
Diversas normas técnicas, nacionais e internacionais, estabelecem as 
especificações dos diversos produtos trefilados, tanto em ferrosos quanto em não 
ferrosos. 
As superfícies dos fios acabados devem estar isentas de: fissuras, asperezas, 
escamas, estrias, rebarbas, inclusões, resíduos de óxido ou de outros materiais 
estranhos. 
 
 
 
 
 
 
Bibliografia 
[1] BRESCIANI FILHO, Ettore; ZAVAGLIA, Cecília A. C.; BUTTON, Sérgio T.; GOMES, 
Edson; NERY, Fernando A.C. Conformação Plástica dos Metais. 4ª ed. Campinas: 
Editora da UNICAMP, 1991. 
[2] TSCHAETSCH, Heinz. Metal Forming Practise: Processes – Machines - Tools. 
Berlin: Springer, 2006. 
[3] HELMAN, Horácio; CETLIN, Paulo R. Fundamentos da Conformação Mecânica dos 
Metais. 2ª ed. São Paulo: Artliber Editora, 2010.