Práticas de Processos de Natureza Mecânica

Prévia do material em texto

Indaial – 2020
Práticas de 
Processos de 
Natureza MecâNica
Prof.ª Vanessa Moura de Souza
2a Edição
Copyright © UNIASSELVI 2020
Elaboração:
Prof.ª Vanessa Moura de Souza
Revisão, Diagramação e Produção:
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI
Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri 
UNIASSELVI – Indaial.
Impresso por:
S729p
 Souza, Vanessa Moura de
 Práticas de processos de natureza mecânica. / Vanessa Moura de 
Souza. – Indaial: UNIASSELVI, 2020.
 174 p.; il.
 ISBN 978-65-5663-197-4
 ISBN Digital 978-65-5663-198-1
1. Conformação mecânica. - Brasil. Centro Universitário Leonardo Da Vinci.
CDD 671.3
aPreseNtação
Olá, acadêmico! É com grande satisfação que elaboramos o Livro 
Didático Práticas de Processos de Natureza Mecânica! Desejamos que você 
se aproxime desta disciplina e perceba quanto o seu estudo é indispensável 
na otimização de produtos, na implementação de novas tecnologias, na 
prevenção de falhas e melhorias de processos já existentes. 
Na Unidade 1, estudaremos os parâmetros fundamentais da 
conformação mecânica, lei da constância e volume, seus cálculos básicos e 
os principais processos: trefilação, laminação, forjamento e extrusão. Esses 
temas são importantes, pois são os principais processos de fabricação de peças 
nas grandes indústrias. Logo, provavelmente, você trabalhará ou pesquisará 
algum desses temas dentro da sua jornada acadêmica ou profissional.
A Unidade 2 abrangerá os processos de fabricação com remoção 
de cavaco, ou seja, processos de usinagem. Também serão abordados os 
seguintes temas: máquinas de comando numérico, CNCs e máquinas de 
corte a laser e fabricação de chapas. Com a evolução industrial, as máquinas 
convencionais foram atualizadas para máquinas de comando numérico 
computadorizadas.
Já a Unidade 3, por sua vez, contempla o conteúdo relacionado aos 
processos tecnológicos, como metalurgia do pó, fundição, estampagem 
e principais inovações da área. As empresas necessitam de profissionais 
com múltiplos conhecimentos, por isso, aprender a respeito dos processos 
inovadores pode trazer uma nova perspectiva e opções para processos já 
existentes, e você, como engenheiro, deve ser capaz de realizar essas análises. 
 Todos os cálculos, assim como o entendimento de cada um desses 
processos, serão importantes nos projetos de engenharia, nos trabalhos 
acadêmicos e nos seminários interdisciplinares. 
Bons estudos!
Profª. M.Sc. Vanessa Moura de Souza
Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para 
você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novi-
dades em nosso material.
Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é 
o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um 
formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. 
O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagra-
mação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui 
para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo.
Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, 
apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilida-
de de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. 
 
Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para 
apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assun-
to em questão. 
Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas 
institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa 
continuar seus estudos com um material de qualidade.
Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de 
Desempenho de Estudantes – ENADE. 
 
Bons estudos!
NOTA
Olá, acadêmico! Iniciamos agora mais uma disciplina e com ela 
um novo conhecimento. 
Com o objetivo de enriquecer seu conhecimento, construímos, além do livro 
que está em suas mãos, uma rica trilha de aprendizagem, por meio dela você 
terá contato com o vídeo da disciplina, o objeto de aprendizagem, materiais complemen-
tares, entre outros, todos pensados e construídos na intenção de auxiliar seu crescimento.
Acesse o QR Code, que levará ao AVA, e veja as novidades que preparamos para seu estudo.
Conte conosco, estaremos juntos nesta caminhada!
LEMBRETE
suMário
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA ............................................ 1
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS ........................................................................... 3
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 3
2 TENSÃO E DEFORMAÇÃO ............................................................................................................ 3
3 LEI DA CONSTÂNCIA E VOLUME E VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO......................... 7
4 CONDIÇÕES DE ESCOAMENTO .................................................................................................. 9
5 ATIVIDADE PRÁTICA – CURVAS DE ESCOAMENTO ......................................................... 12
5.1 ATIVIDADE PRÁTICA ................................................................................................................ 14
5.2 REFLEXÕES DA PRÁTICA ......................................................................................................... 14
RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 16
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 17
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO ............................................................................... 19
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 19
2 TREFILAÇÃO ..................................................................................................................................... 20
3 FORÇA DE TREFILAÇÃO ............................................................................................................... 25
4 LUBRIFICAÇÃO ................................................................................................................................ 32
5 ATIVIDADE PRÁTICA – TREFILAÇÃO ...................................................................................... 38
5.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ......................................................................................................... 38
RESUMO DO TÓPICO 2..................................................................................................................... 39
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 40
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E EXTRUSÃO ................................................................................. 41
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 41
2 LAMINAÇÃO ..................................................................................................................................... 41
3 FORJAMENTO ................................................................................................................................... 46
4 ATIVIDADE PRÁTICA – ENSAIO DO ANEL ............................................................................ 52
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA .........................................................................................................53
LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................ 55
RESUMO DO TÓPICO 3..................................................................................................................... 61
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 62
UNIDADE 2 — USINAGEM .............................................................................................................. 63
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS ............................................................................ 65
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 65
2 TORNEAMENTO .............................................................................................................................. 66
2.1 VELOCIDADE DE CORTE ......................................................................................................... 71
3 FRESAGEM ......................................................................................................................................... 75
4 ATIVIDADE PRÁTICA – USINAGEM DE PEÇA CILÍNDRICA ............................................ 82
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ......................................................................................................... 83
RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 85
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 86
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC) .... 87
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 87
2 COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO .................................................................. 87
3 PROGRAMAÇÃO DE CNC ............................................................................................................ 90
4 ATIVIDADE PRÁTICA – PROGRAMAÇÃO E USINAGEM POR CNC ............................ 102
4.1 REFLEXÃO DA PRÁTICA ........................................................................................................ 103
RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................... 105
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 106
TÓPICO 3 — MÁQUINAS DE CORTE ......................................................................................... 107
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 107
2 CORTE DE CHAPAS ....................................................................................................................... 107
3 MÁQUINA A LASER ...................................................................................................................... 110
4 ATIVIDADE PRÁTICA – CORTE A LASER .............................................................................. 111
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ....................................................................................................... 112
LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................................... 113
RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................... 115
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 116
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS ........................................................................................ 117
TÓPICO 1 — METALURGIA DO PÓ ............................................................................................. 119
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 119
2 METALURGIA DO PÓ ................................................................................................................... 120
3 TENDÊNCIAS DE FABRICAÇÃO ............................................................................................... 127
3.1 FILTROS DE ADESÃO .............................................................................................................. 127
3.2 ROTORES E ESTATORES DE MINIMOTOR ......................................................................... 128
3.3 TUBEIRA DE FOGUETE ........................................................................................................... 130
4 ATIVIDADE PRÁTICA – METALURGIA DO PÓ ................................................................... 131
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ....................................................................................................... 132
RESUMO DO TÓPICO 1................................................................................................................... 134
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 135
TÓPICO 2 — FUNDIÇÃO ................................................................................................................ 137
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 137
2 FUNDIÇÃO ....................................................................................................................................... 137
3 TEMPO DE SOLIDIFICAÇÃO ..................................................................................................... 147
4 ATIVIDADE PRÁTICA – PROJETO DE FUNDIÇÃO ............................................................. 150
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ....................................................................................................... 152
RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................... 153
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 154
TÓPICO 3 — ESTAMPAGEM .......................................................................................................... 155
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 155
2 ESTAMPAGEM PROFUNDA ....................................................................................................... 155
3 PROCESSOS ESPECIAIS .............................................................................................................. 159
4 ATIVIDADE PRÁTICA – ESTAMPAGEM DE PEÇA METÁLICA ....................................... 160
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ....................................................................................................... 161
LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................................... 162
RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................... 166
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 167
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................... 169
1
UNIDADE 1 — 
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO 
MECÂNICA
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOSA partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• entender e calcular os parâmetros fundamentais;
• conhecer os principais processos de conformação mecânica;
•	 estudar	os	processos	de	trefilação	e	laminação;
• realizar práticas interativas.
Esta unidade está dividida em três tópicos. No decorrer da unidade, 
você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo 
apresentado.
TÓPICO 1 – PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
TÓPICO 2 – TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
TÓPICO 3 – FORJAMENTO E EXTRUSÃO
Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos 
em frente! Procure um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá 
melhor as informações.
CHAMADA
3
TÓPICO 1 — 
UNIDADE 1
PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
1 INTRODUÇÃO
Os diferentes métodos de fabricação de peças metálicas podem ocorrer 
conforme o tipo de esforço que provoca a deformação no material. Estes podem ser 
classificados	em:	separação	que	ocorre	na	usinagem;	junção	por	solda;	fundição;	
ou por conformação mecânica. Nesta unidade, estudaremos a conformação 
mecânica. 
A	definição	do	conceito	de	conformabilidade	é,	 em	geral,	 a	 capacidade	
de um material de não fraturar enquanto é conformado plasticamente. Quando a 
tensão aplicada é removida, o fenômeno é conhecido como recuperação elástica. 
Os processos de conformação plástica permitem a fabricação de peças, 
no estado sólido, com características controladas. De uma forma 
resumida,	o	objetivo	é	a	obtenção	de	produtos	finais	com	especificação	
de: a) dimensão e forma; b) propriedades mecânicas; c) condições 
superficiais,	 conciliando	 a	 qualidade	 com	 elevadas	 velocidades	 de	
produção e baixos custos de fabricação (BRESCIANI FILHO et al., 
2011, p. 12).
É	a	relação	entre	sua	resposta	ou	sua	deformação	a	uma	carga	ou	força	
aplicada que representa o comportamento mecânico de um material. 
Devem	 ser	 considerados	 fatores	 como	 a	 natureza	 da	 carga	 aplicada	 e	
sua	magnitude,	sendo	importante	determinar	as	tensões	e	suas	distribuições	em	
membros	que	estão	sujeitos	a	cargas	bem	definidas	(SCHAEFFER,	2009).	
Neste tópico, estudaremos os conceitos de tensão, deformação, condições 
de	escoamento	e	a	lei	da	constância	e	volume,	que	rege	os	processos	de	conformação	
mecânica.
2 TENSÃO E DEFORMAÇÃO 
Durante	 a	 conformação	 de	metais,	 é	 aplicada	 uma	 carga	 que,	 quando	
alterada,	 pode	mudar	 sua	 forma	 e	 o	 seu	 tamanho,	 especificada	 pelo	 conceito	
da	 deformação	 normal	 e	 por	 cisalhamento.	De	modo	 geral,	 as	mudanças	 não	
são	uniformes	 em	 todo	o	 seu	volume,	gerando	uma	variação	ao	 longo	do	 seu	
comprimento, pois elas dependem da orientação do ponto analisado.
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
4
Um	 corpo,	 quando	 submetido	 a	 um	 carregamento	 externo,	 tem	 sua	
forma	 modificada,	 e	 essas	 forças	 podem	 provocar	 deformações	 elásticas	 ou	
plásticas. Na conformação plástica de metais, as deformações impostas, as quais 
são	permanentes	em	decorrência	da	atuação	de	esforços,	são	grandes,	e	pode-se	
considerar que o volume permanece constante durante o processo de fabricação. 
A	 maioria	 dos	 projetos	 de	 engenharia	 envolve	 aplicações	 para	 as	 quais	 são	
permitidas somente pequenas deformações. Avaliando que estas ocorram no 
interior	de	um	corpo	e	sejam	quase	infinitesimais,	para	fins	de	cálculo,	considera-
se a análise de pequenas deformações.
Nos	ensaios	de	tração	e	compressão,	pode-se	calcular	os	valores	de	tensão	
e	deformação	do	material,	gerando	um	diagrama	que	pode	 ser	descrito	numa	
curva	 real	 ou	de	 engenharia.	No	gráfico	 convencional,	 é	 o	 quociente	 (divisão)	
da	 carga	 aplicada	 e	 a	 área	 original	 da	 secção	 transversal	 do	 corpo	 de	 prova,	
considera-se	que	a	tensão	é	constante	em	todos	os	pontos.	
Matematicamente,	na	Equação	1,	obtém-se	a	tensão	convencional,	ou	de	
engenharia,	expressa	em	Pascal	(N/m²),	por	meio	da	razão	entre	a	força	da	carga	
P (N) e a seção transversal inicial A0	 (m²).	Da	mesma	maneira,	considerando	a	
deformação	constante	em	todos	os	pontos	do	corpo	de	prova,	a	equação	de	ε,	
deformação, apresenta essa relação de forma adimensional, cuja deformação de 
engenharia	é	encontrada	se	dividindo	o	alongamento	total	da	barra	(δ),	que	é	a	
variação do comprimento de referência (L -L0), pelo comprimento inicial (L0).
Para	obter	a	tensão	e	a	deformação	real,	respectivamente,	utilizam-se	as	
equações	a	 seguir,	nas	quais	o	valor	 real	de	 tensão	é	 calculado	dividindo-se	a	
força	da	carga	P	(N)	pela	área	instantânea	da	seção	transversal	durante	o	teste	
A	(m²).	A	deformação	verdadeira	é	feita	pelo	logaritmo	natural	do	quociente	da	
largura	final	(L)	pela	largura	inicial	(L0).
A deformação de metais, durante os ensaios, ocorre em duas fases 
diferentes:	 inicialmente,	 a	 deformação	 homogênea,	 até	 chegar	 a	 uma	 força	
máxima,	e,	depois,	a	deformação	não	homogênea,	que	é	localizada	no	ponto	de	
estricção	(SCHAEFFER,	2009).
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
5
O	 gráfico	 de	 tensão-deformação	 é	 uma	 ferramenta	 importante	 na	
engenharia,	pois	dele	extraem-se	dados,	como	resistência	à	tração	ou	compressão.	
O eixo das abscissas demonstra o limite de deformação, enquanto, na ordenada, 
têm-se	os	valores	que	apontam	para	o	limite	de	tensão;	a	partir	da	plotagem	desses	
pontos,	obtém-se	a	curva	característica.	Os	mesmos	materiais	não	apresentarão	
diagramas	 iguais,	 em	 razão	 dos	 fatores	 que	 influenciam	 os	 resultados,	 como	
composição	 química,	 imperfeições	 microscópicas,	 fabricação,	 taxa	 de	 carga	 e	
temperatura utilizada no teste (SPIM; GARCIA; SANTOS, 2012).
Os	diagramas	real	e	convencional	podem	ser	considerados	coincidentes	
quando	 a	 modificação	 for	 pequena,	 pois	 as	 diferenças	 aparecem	 na	 faixa	 do	
endurecimento.	 Na	 maioria	 dos	 projetos	 de	 engenharia,	 considera-se	 a	 faixa	
elástica do material, na qual a distorção não é severa. Tensão e deformação reais 
do	 material	 são	 definidas	 ao	 se	 considerarem	 as	 medidas	 da	 área	 de	 secção	
transversal	e	do	comprimento	do	corpo	de	prova	no	instante	em	que	a	carga	é	
medida (CETLIN, 2006).
Uma	das	razões	do	uso	de	diagramas	tensão-deformação	convencionais,	
comparados	 aos	 valores	 reais,	 é	 que	 a	 deformação	 nos	 materiais	 rígidos	
permanecerá pequena até o limite de elasticidade, associando um erro pequeno 
de	 utilização	 de	 engenharia.	 Os	 valores	 da	 curva	 relativa	 são	 usados	 para	 o	
dimensionamento de componentes para máquina, mas não para a avaliação do 
comportamento de materiais em processo de conformação mecânica (SPIM, 2012). 
Segundo	 Hibbeler	 (2010),	 as	 características	 de	 uma	 curva	 tensão-
deformação convencional para um aço podem ser descritas por quatro momentos 
distintos:	 região	 elástica,	 escoamento,	 endurecimento	 e	 estricção,	 conforme	
descrito	a	seguir: 
•	 Região	 de	 comportamento	 elástico:	 corresponde	 à	 primeira	 região	 de	
deformação	do	corpo	de	prova.	Nessa	área,	observa-se	o	fenômeno	do	efeito	
elástico,	 em	 que,	 ao	 cessar	 a	 aplicação	 da	 carga,	 o	 corpo	 retorna	 para	 sua	
condição	original,	anterior	à	deformação.	
•	 Região	de	deslizamento	de	discordâncias	(escoamento):	corresponde	ao	início	
da deformação plástica do material, na qual a tensão pode sofrer oscilações que 
dependerão da acomodação das discordâncias no interior da rede cristalina 
do	material.	A	tensão	de	escoamento	é	o	valor	que	marca	a	passagem	da	zona	
elástica	para	a	plástica.	Quando	esse	valor	não	é	bem	definido,	traça-se	uma	
linha	paralela	à	região	linear	da	curva,	deslocando-a	0,2%	para	a	direita	(valor	
convencionado para aços), sendo aceita a tensão de escoamento do material 
como o ponto de interseção entre a linha deslocada e a curva obtida no ensaio.
•	 Região	 de	 encruamento	 uniforme	 (endurecimento):	 corresponde	 ao	
encruamento	 propriamente	 dito,	 pois,	 à	 medida	 que	 os	 planos	 cristalinos	
escorregam	 entre	 si,	 eles	 são	 gradativamente	 travados	 pelas	 discordâncias	
que	atingem	os	contornos	de	grão,exigindo	cada	vez	mais	tensão	para	que	a	
deformação continue atuando. 
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
6
•	 Região	 de	 encruamento	 não	 uniforme	 (estricção):	 é	 a	 última	 região	 de	
deformação, por meio da qual passa a existir o processo de ruptura do corpo 
de prova. O limite de resistência é a tensão máxima que o material suporta, 
situado	 na	 região	 de	 declividade	 nula	 do	 diagrama.	 Para	 um	 material	 de	
alta capacidade de deformação permanente, o diâmetro do corpo começa a 
decrescer,	 rapidamente,	 ao	 ultrapassar	 essa	 tensão	máxima.	Assim,	 a	 carga	
necessária para continuar a deformação diminui até a ruptura total. 
Em 1676, Robert Hooke descobriu que o aumento da tensão eleva, 
proporcionalmente, a deformação de materiais elásticos. Essa relação linear entre 
tensão	e	deformação	pode	ser	expressa	por	Thomas	Young,	em	1807,	como:
Na Equação 5, a constante de proporcionalidade (E) é o módulo de 
elasticidade	 ou	módulo	de	Young.	 Esse	 coeficiente	 angular	 da	parte	 linear	 do	
diagrama	tensão-deformação	(σ	x	ε)	representa	a	inclinação	da	reta.	Cada	material	
apresenta	valor	diferente,	dependendo	da	sua	composição;	para	aços,	em	geral,	
considera-se	convenção	um	valor	de	E	=	200	GPa	(HIBBELER,	2010).
Tendo em vista que apenas os materiais com comportamento elástico 
apresentam o módulo de elasticidade, importante propriedade mecânica que 
representa	 a	 sua	 rigidez,	 no	 diagrama	 tensão-deformação,	 verifica-se	 que,	
onde	ocorre	 a	 zona	 elástica,	 os	materiais	de	 engenharia	mostram	uma	 relação	
linear	entre	tensão	e	deformação.	O	grau	ao	qual	uma	estrutura	se	deforma	ou	
se	esforça	depende	da	magnitude	da	carga	imposta.	Para	a	maioria	dos	metais	
que são submetidos a uma tração em níveis relativamente baixos, a tensão e a 
deformação são proporcionais entre si, de acordo com a Lei de Hooke. Quando 
o	 comportamento	 do	material	 é	 linear,	 a	 tensão	 é	 proporcional	 à	 deformação	
da	 região	 elástica,	 caso	 em	que	 se	 aplica	 a	Lei	de	Hooke.	Pode-se	 expressar	 a	
densidade	de	energia,	em	termos	da	tensão	uniaxial,	como	módulo	de	resiliência,	
para	representar	sua	capacidade	de	absorver	energia	sem	sofrer	qualquer	dano	
permanente.
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
7
FIGURA 1 – TENSÃO-DEFORMAÇÃO
FONTE: Hibbeler (2010, p. 59)
O	módulo	de	 tenacidade	 indica	a	densidade	de	energia	de	deformação	
do material antes da ruptura, característica relevante para o projeto de elementos 
estruturais	que	podem	ser	sobrecarregados	acidentalmente.	Os	materiais	com	alto	
módulo	de	tenacidade	sofrerão	grande	distorção,	enquanto	os	com	baixo	valor	
podem	sofrer	ruptura	repentina.	As	ligas	metálicas	podem	mudar	a	resiliência	e	
a	tenacidade	do	material,	alterando	o	diagrama	tensão-deformação	quando	o	teor	
de	carbono	na	liga	é	modificado	(HIBBELER,	2010).
3 LEI DA CONSTÂNCIA E VOLUME E VELOCIDADE DE 
DEFORMAÇÃO
Considera-se	a	deformação	em	um	corpo	 (Figura	2),	 sendo	os	volumes	
inicial	e	final	de	um	corpo	dados	por:
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
8
FIGURA 2 – VARIAÇÃO DAS DIMENSÕES
FONTE: Schaeffer (2009, p. 5)
Isso	significa	que	o	volume	permanece	constante	durante	todo	o	processo	
de conformação, independentemente de mudar sua forma, isto é, a fabricação 
da peça altera o seu formato, porém, mantém o volume inicial. As deformações 
em	 largura,	 comprimento	 e	 altura	 são	 consideradas	 os	 três	 tipos	 principais,	
correspondendo a um sistema de eixos cartesianos (eixos x, y e z). Conhecendo 
as três deformações principais, é possível calcular a deformação equivalente 
utilizando	equação	a	seguir:
Segundo	 a	 Lei	 de	 Constância	 de	 Volume,	 o	 volume	 inicial	 do	 corpo	
equivale	ao	volume	final,	ou	seja,	durante	a	deformação	do	material,	o	volume	
não se altera. Portanto, quando a altura da peça é diminuída, tanto o comprimento 
quanto	a	largura	são	aumentados,	e	o	somatório	das	três	deformações	principais	
é	igual	a	zero:
A velocidade de deformação (𝜑)	pode	ser	definida	como	a	relação	entre	a	
velocidade da ferramenta (vf) e a altura instantânea (h):
� � � �eq b l h� � � �
2
3
2 2 2( )
� � �b l h� � � 0
�
.
[ ]b
fv
h
s� �1
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
9
A velocidade de deformação é utilizada para calcular a tensão de 
escoamento durante os processos de conformação, uma vez que há uma relação 
direta, ou seja, o aumento da velocidade de deformação provoca o aumento 
da tensão de escoamento. Normalmente, prensas mecânicas usam maiores 
velocidades da ferramenta, alcançando, consequentemente, maiores velocidades 
de deformação. Por outro lado, prensas hidráulicas usam baixas velocidades da 
ferramenta,	atingindo	velocidades	de	deformação	consideravelmente	baixas.	
4 CONDIÇÕES DE ESCOAMENTO
A tensão de escoamento é um dos principais parâmetros, e o seu 
conhecimento	é	indispensável	para	poder	calcular	força,	trabalho/energia,	prever	
o	 preenchimento	 das	 cavidades	 da	 matriz	 e	 os	 desgastes	 apresentados	 nas	
ferramentas etc.
A	 resistência	 ao	 escoamento	 é	 uma	 grandeza	 muito	 importante	 na	
conformação	 mecânica,	 sendo	 influenciada	 por	 material,	 microestrutura,	
temperatura,	 deformação	 e	 velocidade	 de	 modificação.	 Esse	 conhecimento	 é	
fundamental tanto para o cálculo de força e trabalho como para o dimensionamento 
de matrizes e o cálculo de parâmetros internos nos materiais conformados.
Grande	 parte	 das	 estruturas	 é	 construída	 para	 assegurar	 que	 ocorrerá	
deformação elástica apenas com a aplicação de uma tensão. Assim, é interessante 
conhecer onde a deformação plástica ou o fenômeno do escoamento tem início. O 
ponto de escoamento de metais, que experimentam essa transição elastoplástica 
gradual,	pode	ser	definido	no	local	em	que	há	afastamento	inicial	da	linearidade	
na	curva	tensão-deformação,	também	chamado	de	limite	de	proporcionalidade	
Young;	 é	 o	maior	 valor	 de	 tensão	 para	 o	 qual	 ainda	 é	 válida	 a	 Lei	 de	Hooke	
(TARDIN;	MATTEDI,	2008).
A	prática	usual	consiste	em	definir	a	tensão-limite	de	escoamento	como	
a	carga	necessária	para	produzir	uma	determinada	quantidade	de	deformação.	
A	 transição	 ocorre	 de	maneira	 abrupta	 e,	 normalmente,	 é	 bem	 definida	 para	
materiais dúcteis. 
Define-se	 tensão	de	 escoamento	 como	o	valor	 necessário	para	 iniciar	 a	
deformação plástica em um material, o qual pode endurecer até que os limites de 
escoamento	e	de	resistência	à	tração	sejam	iguais	e	que	não	haja	mais	ductilidade.	
No	ponto	final	da	curva	tensão-deformação,	quando	o	metal	não	pode	mais	ser	
alterado plasticamente, ocorre a fratura.
O	valor	máximo	da	tensão,	antes	de	romper,	é	denominado	resistência	à	
ruptura	do	material,	calculada	pela	divisão	da	carga	máxima	que	suporta,	antes	
da ruptura, pela área da seção transversal inicial do corpo de prova:
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
10
Os materiais dúcteis são os mais utilizados em projetos em decorrência 
de	 sua	 capacidade	de	 absorver	 choque	 ou	 energia.	Normalmente,	 apresentam	
grande	deformação	antes	de	falhar,	quando	submetidos	a	cargas.	A	ductilidade	de	
um material pode ser calculada por meio da deformação de ruptura do corpo de 
prova,	expressa	em	percentual	de	alongamento	ou	da	redução	da	área	no	instante	
de	 ruptura,	 dentro	 da	 região	 de	 estricção.	 Um	 metal	 com	 boa	 ductibilidade,	
quando rompido por tração, apresenta as características principais da fratura 
dúctil:	zona	fi	brosa	no	centro	do	corpo	de	prova	(“taça”),	zona	radial	adjacente	
e	zona	de	cisalhamento	nas	bordas	(“cone”).	De	acordo	com	a	Figura	3	(letra	c),	
quanto	menos	dúctil	for	o	metal,	menor	será	o	tamanho	da	zona	fi	brosa,	até	se	
tornar macroscopicamente nula, sendo a fratura considerada de caráter dúctil. 
 FIGURA 3 – REPRESENTAÇÃO DE FRATURAS: (A) FRÁGIL; (B) MUITO DÚCTIL; (C) DÚCTIL
FONTE: Souza (1986, p. 85)
O	 formato	da	 curva	 tensão	verdadeira	 e	deformação	na	 região	plástica	
pode ser expresso pela equação de Hollomon, que descreve um comportamento 
elastoplásticocom encruamento:
Em	que	C	é	o	coefi	ciente	de	resistência	ou	a	constante	plástica;	quando	
se	 considera	 a	 deformação	 (φ)	 igual	 a	 1,	 C	 é	 igual	 à	 tensão	 (kf),	 e	 o	 grau	 de	
encruamento (n) é obtido pela inclinação da reta. As equações relacionam a 
tensão verdadeira kf (MPa),	 sendo	a	 força	F(N)	a	área	 instantânea	A	(mm²)	e	a	
deformação	verdadeira	(φ)	obtida	pelo	logaritmo	natural	da	deformação	real	(ε)	
somado	a	1,	conforme	equações	a	seguir:
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
11
Com	a	definição	matemática,	considera-se	que	a	deformação	é	 igual	ao	
grau	de	encruamento	no	ponto	de	início	da	estricção,	valor	de	carga	máxima.	Em	
função	da	microestrutura,	que	é	sensível	ao	tamanho	do	grão	e	da	quantidade	
de	impurezas	contidas	no	material,	esse	valor	pode	ser	influenciado.	Entretanto,	
quanto	 maior	 o	 grau	 de	 homogeneização,	 melhor	 o	 material	 distribuirá	 as	
deformações	ao	longo	do	seu	volume.	
Essas equações descrevem o comportamento do material quando acima 
do limite de escoamento e são fundamentais para o cálculo da força, do trabalho 
de conformação e do dimensionamento de matrizes. São usualmente obtidas por 
meio de ensaios com estado de tensões uniaxial, como compressão. A equação de 
Hollomon	indica,	também,	que	o	coeficiente	n	é	uma	medida	da	ductilidade,	uma	
vez que indica a deformação verdadeira para a qual se inicia a estricção do metal. 
A equação da reta para a conformação a frio pode ser expressa como:
Quando ocorre uma deformação plástica, o material sofre um 
endurecimento	 decorrente	 da	 modificação	 permanente	 na	 rede	 cristalina,	 o	
encruamento. Ao transpor a curva de tensão verdadeira e deformação verdadeira 
na	escala	logarítmica,	em	que	a	maioria	dos	materiais	é	bem	definida,	obtém-se	
uma	reta,	cuja	inclinação	dá	o	grau	de	encruamento	obtido	por	Souza	(1986):
FIGURA 4 – GRAU DE ENCRUAMENTO
FONTE: ASM International (2002, p. 10)
A	maioria	dos	metais	apresenta	valores	de	n	entre	0,10	e	0,50,	considerando-
se	que,	se	n	=	0,	o	sólido	é	perfeitamente	plástico	e,	se	n	=	1,	o	sólido	é	elástico.	
Os	 valores	 propostos	 pela	 ASM	 International	 (2002),	 para	 o	 coeficiente	 de	
encruamento	(n)	e	tensão	verdadeira	(K),	são	expostos	a	seguir: 
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
12
Metais Condição n K (Mpa)
Aço 
carbono 
0,05%
Recozido 0,26 530
Aço SAE 
4340 Recozido 0,15 641
Aço 
carbono 
0,6%
Temperado e revenido 
a 540 °C 0,10 1572
Aço 
carbono 
0,6%
Temperado e revenido 
a 705 °C 0,19 1227
Cobre Recozido 0,54 320
Latão 
70/30 Recozido 0,49 896
TABELA 1 – VALORES DE N E K À TEMPERATURA AMBIENTE
FONTE: ASM International (2002, p. 10)
5 ATIVIDADE PRÁTICA – CURVAS DE ESCOAMENTO
A curva de escoamento descreve o comportamento do material durante 
o	 regime	 plástico	 (acima	 do	 limite	 de	 escoamento).	 O	 levantamento	 da	 curva	
de escoamento do material é fundamental para o cálculo de força e trabalho de 
conformação, assim como o dimensionamento de matrizes e parâmetros internos 
nos materiais conformados. É usualmente obtida por ensaios com estado de 
tensões uniaxial, mas é aplicada para qualquer estado de tensões.
A	tensão	de	escoamento	de	um	metal	é	influenciada	por	(SCHAEFFER,	
2009):
• Fatores explicitamente relacionados com o processo de deformação, como 
temperatura do material, deformação e velocidade de deformação.
• Fatores não relacionados com o processo, como composição química, estrutura 
metalúrgica,	 fases,	 tamanho	do	grão,	segregação	e	histórico	dos	tratamentos	
térmicos anteriores, ou seja, pela microestrutura do material.
Alguns	modelos	matemáticos:
• Deformação a frio – Hollomon:
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
13
Uma	 boa	 lubrificação	 é	 necessária	 para	 manter	 um	 estado	 de	 tensões	
uniaxial, evitando o embarrilhamento.
FONTE: A autora
FIGURA 5 – MATRIZ E AMOSTRA ANTES DO PROCESSO DE DEFORMAÇÃO
Você sabe o que é uma matriz? É uma ferramenta de modelagem da matéria, 
ou seja, tem o formato da peça que se deseja fabricar. Existem vários formatos de dimensões 
e materiais, variando conforme a necessidade do cliente.
NOTA
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
14
5.1 ATIVIDADE PRÁTICA
• Objetivo: construir a curva de escoamento de um determinado material 
ensaiado e obter a equação que descreve a resistência ao escoamento ( kf ) como 
função da deformação verdadeira no processo de deformação a frio. 
• Dados do ensaio: 
ᵒ	 Material:	AISI	1045.
ᵒ	 Dimensões	do	tarugo:	
 Diâmetro inicial (d0): 10 mm.
 Altura inicial (h0): 15 mm.
ᵒ	 Temperatura:	ambiente	(25	°C).
ᵒ	 Lubrificante:	óleo.
• Equipamentos:
ᵒ	 Prensa	hidráulica	EMIC	de	60	tonf.	
ᵒ	 Célula	de	carga	de	60	tonf.	
ᵒ	 Paquímetro.	
• Procedimentos:
ᵒ	 Medir	a	altura	inicial	(h0) e o diâmetro inicial (d0) em dois pontos diferentes. 
ᵒ	 Limpar	as	matrizes	e	o	tarugo.
ᵒ	 Realizar	a	lubrificação.
ᵒ	 Centrar	o	corpo	de	prova	na	prensa.
ᵒ	 Efetuar	a	compressão,	registrando	os	valores	de	carga	e	deslocamento.
ᵒ	 Medir	altura	e	diâmetro	finais	em	dois	pontos	diferentes.	
5.2 REFLEXÕES DA PRÁTICA
1 Determine a equação da resistência ao escoamento.
2 Utilizando a Lei de Constância de Volume, pode ser determinada a área 
instantânea do corpo de prova e, por meio desses dados, obtêm-se a tensão 
de escoamento verdadeira e a deformação verdadeira do material.
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
15
FONTE: A autora
GRÁFICO 1 – TENSÃO VERDADEIRA x DEFORMAÇÃO VERDADEIRA
16
Neste tópico, você aprendeu que:
•	 A	 deformação	 é	 definida	 como	 a	 quantidade	 geométrica	 medida	 por	
experimentos que determinam a tensão no corpo pelas relações entre as 
propriedades dos materiais.
•	 Um	 corpo,	 quando	 submetido	 a	 um	 carregamento	 externo,	 tem	 sua	 forma	
modificada;	essas	forças	podem	provocar	deformações	elásticas	ou	plásticas.
•	 O	gráfico	de	tensão-deformação	é	uma	ferramenta	importante	na	engenharia,	
pois	permite	extrair	dados,	como	a	resistência	à	tração	ou	à	compressão.
•	 O	módulo	 de	 tenacidade	 indica	 a	 densidade	 de	 energia	 de	 deformação	 do	
material antes da ruptura, característica relevante para o projeto de elementos 
estruturais	que	podem	ser	sobrecarregados	acidentalmente.
•	 Segundo	a	Lei	de	Constância	de	Volume,	o	volume	inicial	do	corpo	equivale	
ao	volume	final,	ou	seja,	durante	a	deformação	do	material,	o	volume	não	se	
altera.
•	 Define-se	 tensão	 de	 escoamento	 como	 o	 valor	 necessário	 para	 iniciar	 a	
deformação plástica em um material, o qual pode endurecer até que os limites 
de	 escoamento	 e	 de	 resistência	 à	 tração	 sejam	 iguais	 e	 que	 não	 haja	 mais	
ductilidade.
• A tensão de escoamento é um dos principais parâmetros e o seu conhecimento 
é	 indispensável	 para	 poder	 calcular	 força,	 trabalho/energia,	 prever	 o	
preenchimento	das	cavidades	da	matriz	e	os	desgastes.
RESUMO DO TÓPICO 1
17
1		Para	o	ensaio	de	compressão,	calcule	a	deformação	verdadeira	(ϕz	=	ϕh) e a 
deformação	relativa	(εz), sendo h0	=	20	mm	e	h1	=	10	mm,	com	um	diâmetro	
inicial	 igual	 a	 15	mm	 (d0	 =	 15	mm).	Calcule,	 também,	 a	deformação	nas	
outras duas direções principais e a deformação equivalente.
2 Para o ensaio de compressão de um corpo cilíndrico, calcule a velocidade 
no	início	e	no	final	do	ensaio,	e	a	velocidade	de	deformação	média	do	ensaio	
realizado.	A	velocidade	de	deformação	média	é	dada	por	|ϕh|	/	t.
AUTOATIVIDADE
3		Um	corpo	de	forma	geométrica	cilíndrica,	com	dimensões	h0	=	30	mm	e	d0	=	
20	mm,	é	submetido	a	uma	compressão	sem	atrito.	O	diagrama	mostra	um	
registro	da	força	x	deslocamento.	
 
a) Qual é o valor da tensão de escoamento inicial após o término do teste? 
b) Qual é o valor da deformação equivalente de acordo com Tresca e com von 
Mises?
19
TÓPICO 2 — 
UNIDADE 1
TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
1 INTRODUÇÃO
A	história	do	arame	é	 tão	antiga	quanto	a	história	da	 civilização	e	dos	
desenvolvimentos artesanal e industrial do mundo. Arames já eram usados pelos 
egípcios	 há	 5.000	 anos,	 para	 bordar	mantos	 com	fios	 de	 ouroe	 para	 iniciar	 o	
processo de fabricação de copos de vidro. 
A	 trefilação	 é	 um	 processo	 de	 fabricação	 que	 acontece	 por	 meio	 do	
alongamento	de	um	material	e	consequente	redução	em	área	de	seção	transversal,	
com	obtenção	pela	passagem	forçada	do	material	através	de	uma	fieira,	também	
chamada matriz cônica, mediante a aplicação de uma força de tração na ponta do 
material. 
A	deformação	ocorre	à	medida	que	o	material	 atravessa	a	fieira,	 tendo	
seu diâmetro reduzido. Esse processo é amplamente utilizado na indústria 
metalmecânica, na fabricação de barras, arames e tubos para a construção de eixos 
automotivos, componentes mecânicos, cabos de aço para a indústria pesqueira, 
trilhos	de	trem,	pregos,	parafusos	etc.	Pode	ser	considerado	o	principal	processo	
de	 conformação	 mecânica	 para	 gerar	 grandes	 quantidades	 de	 produtos	 de	
pequeno diâmetro e com excelente controle dimensional (SOUZA et al., 2015).
Um parâmetro muito importante a ser considerado é o atrito entre o 
material	 trefilado	 e	 a	fieira,	 ferramenta	 responsável	 pela	 redução	do	diâmetro	
do	material.	O	atrito	influencia	a	maioria	dos	processos	de	fabricação	e	surge	nas	
interfaces onde existe movimento relativo entre o material e a ferramenta. É um 
fenômeno	indesejável,	na	maioria	das	vezes,	por	exigir,	com	seu	aumento,	maior	
potência	para	 efetuar	 a	 operação,	 afetando,	 também,	o	 acabamento	 superficial	
da	peça,	e	influencia	na	deformação	do	material,	alterando	valores	de	força	e	a	
vida	 em	desgaste	das	 ferramentas.	Além	disso,	 é	 preciso	 que	 as	propriedades	
mecânicas	do	material,	como	acabamento	superficial,	limite	de	resistência	e	limite	
de ruptura, sejam controladas e melhoradas de modo a obter um produto de 
melhor qualidade. 
Outro	 parâmetro	 fundamental	 em	 um	 processo	 de	 trefilação	 é	 a	 força	
necessária	para	o	material	atravessar	a	fieira,	que	tem	uma	estreita	relação	com	
a	porcentagem	de	redução	do	material;	quanto	maior	é	a	redução,	maior	a	força	
necessária. Neste tópico, estudaremos todos esses aspectos.
20
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
2 TREFILAÇÃO
Como	 vimos,	 a	 trefilação	 é	 um	 processo	 de	 fabricação	 de	 fios,	 arames	
ou	barras	metálicas,	realizado	pelo	alongamento	de	um	material	e	consequente	
redução	da	 área	de	 seção	 transversal.	 Isso	 é	 obtido	pela	passagem	 forçada	do	
material	 através	 de	 uma	 fieira,	 também	 chamada	 matriz	 cônica,	 mediante	 a	
aplicação de uma força de tração na ponta do material. A deformação ocorre 
conforme	 o	material	 atravessa	 a	 fieira,	 o	 que	 gera	 diâmetro	 reduzido.	Assim,	
obtém-se	um	produto	de	área	de	seção	transversal	menor	e	comprimento	maior.	
As	 principais	 características	 do	 processo	 de	 trefilação	 incluem	 boas	
qualidades	superficial	e	dimensional	e	melhoria	das	propriedades	mecânicas.
Para visualizar melhor o processo de trefilação, assista ao seguinte vídeo: 
https://www.youtube.com/watch?v=apZsju2pjZ8.
DICAS
Esse	 processo	 pode	 ser	 feito	 com	 várias	 formas	 de	 seção	 de	 fieiras,	
como	 redondas,	 sextavadas,	 perfil	 T,	 quadradas	 etc.	 As	 fieiras	 de	 trefilação	
são construídas de material de elevada dureza, usualmente, o carboneto de 
tungstênio	 (WC),	 em	 virtude	 da	 sua	 grande	 durabilidade.	 São	 caracterizadas	
por	seu	diâmetro	de	entrada/saída	e	ângulo	de	trefilação,	também	chamado	de	
ângulo	do	cone.	A	região	da	entrada	é	construída	com	um	ângulo	maior	do	que	
o	ângulo	de	 trefilação,	para	 facilitar	a	 lubrificação.	Na	saída,	é	necessária	uma	
região	cilíndrica	por	razões	de	design,	manutenção	da	matriz	e	para	diminuir	a	
velocidade	do	desgaste	do	diâmetro	da	saída	da	fieira.	Além	disso,	caso	ocorra	
uma parada brusca no processo, isso evitará tanto o retorno elástico do material 
quanto	que	a	fieira	grude.	A	seguir,	será	apresentada	a	vista	lateral	de	uma	fieira.
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
21
FIGURA 6 – VISÃO LATERAL DE UMA FIEIRA COM NÚCLEO E CARCAÇA
FONTE: Cetlin (2006, p. 62)
O	objetivo	do	núcleo	é	resistir,	ao	máximo,	ao	desgaste	provocado	pela	
passagem	do	arame.	O	desgaste	da	fieira	aumenta	o	diâmetro	de	saída,	produzindo	
barras	e	arames	com	bitola	fora	da	especificação	e	péssimo	acabamento	superficial.	
Durante	a	trefilação,	a	passagem	do	material	desenvolve	forças	resistivas	no	furo	
do núcleo, tendendo a aumentar o diâmetro da ferramenta. Por ser muito duro, o 
núcleo pode quebrar durante o processo.
FIGURA 7 – ESQUEMATIZAÇÃO DO DESGASTE QUE OCORRE NA FIEIRA
FONTE: Cetlin (2006, p. 63)
Para	evitar	a	quebra	do	núcleo,	deve-se	envolvê-lo	com	uma	carcaça	de	
aço comum, o que o ajuda a suportar a pressão interna do material. O núcleo 
entra prensado no furo da carcaça. Para aumentar, ainda mais, a compressão da 
carcaça	sobre	o	núcleo,	às	vezes,	aquece-se	a	carcaça	antes	de	prensar	o	núcleo,	
que	está	frio.	Quando	a	carcaça	esfria,	ela	contrai	e	aperta	o	núcleo,	que	fica	ainda	
mais	protegido	contra	a	quebra.
22
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
A	maior	dureza	que	um	aço	trefi	lado	pode	ter	é	cerca	de	600	a	700	Vickers	
(HV).	O	núcleo	de	carboneto	de	tungstênio	é	muito	mais	duro,	porém,	quando	
se	 deseja	 uma	 resistência	 muito	 grande	 ao	 desgaste,	 utilizam-se	 núcleos	 de	
diamante. Os núcleos mais comuns são os de diamante policristalino, fabricados 
a	partir	de	pequenos	grãos	de	diamante	sintético	(diâmetro	de	0,004	mm	a	0,025	
mm) e misturados com cobalto, que podem ser utilizados para materiais com 
diâmetro	de	até	20	mm.	Quando	os	grãos	de	diamante	são	grandes,	a	resistência	
ao	desgaste	é	alta,	mas	o	material	é	difícil	de	polir	e	o	arame	fi	ca	com	acabamento	
ruim.	Quando	os	grãos	de	diamante	são	pequenos,	o	desgaste	do	núcleo	é	maior,	
mas	 o	 acabamento	 do	 arame	 fi	ca	melhor.	 Para	 arames	 fi	nos	 (entre	 0,5	mm	 e	
1,0	mm),	podem	ser	usados	núcleos	de	diamante	 formados	por	um	só	grão,	o	
diamante monocristalino, que pode ser sintético ou natural.
	Existem	quatro	regiões	de	importância	na	fi	eira:	o	raio	de	entrada,	o	cone	
de	trabalho,	o	cone	de	calibração	e	o	cone	de	saída	(Figuras	8	e	9).
FIGURA 8 – REGIÕES DE UMA FIEIRA
FONTE: Cetlin (2006, p. 65)
FIGURA 9 – FIEIRA DE TREFILAÇÃO E AS QUATRO REGIÕES DISTINTAS
FONTE: Nunes (2008, p. 16)
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
23
O	raio	localizado	na	região	de	entrada	da	fieira	não	necessita	de	polimento,	
e	sua	principal	função	é	a	eliminação	dos	cantos	vivos.	Já	a	região	de	entrada	tem,	
como	função,	auxiliar	a	entrada	do	lubrificante	na	região	do	trabalho.	A	região	
do trabalho é onde ocorre a redução do diâmetro, assim, deve ser bem polida 
para	diminuir	o	atrito	entre	a	fieira	e	o	material.	Além	disso,	o	comprimento	do	
cone	deve	ser	o	dobro	do	comprimento	de	contato	entre	a	fieira	e	o	material,	para	
evitar	o	desgaste	e	a	lubrificação	ineficiente.
FIGURA 10 – REGIÃO DE ENTRADA
FONTE: Cetlin (2006, p. 65)
• Região de entrada (1):	região	da	fieira	com	um	ângulo	um	pouco	maior	do	que	
o	ângulo	de	trefilação,	o	que	facilita	a	lubrificação	do	processo	e	o	guiamento	
da barra.
• Região de trabalho (2):	 região	onde	se	 situa	o	ângulo	de	 trefilação,	no	qual	
ocorre	a	reação	da	fieira	à	força	trativa,	que	impulsiona	o	metal	a	atravessar	
a	fieira.	Essa	reação	promove	o	escoamento	plástico	do	material.	Local	onde	
se	define	o	semiângulo	(α),	além	da	redução	da	fieira	e,	por	consequência,	do	
diâmetro	final	do	material	em	trabalho.
• Região de calibração (3):	 região	 cilíndrica	de	 comprimento	Hc ,	 com	ângulo	
zero,	 relacionada	 à	 estabilização	 dos	 parâmetros	 do	 material	 que	 foram	
modificados	durante	o	processo	de	trefilação.	Apesar	de	não	causar	redução	
de	diâmetro,	relaciona-se	com	a	qualidade	do	produto	final,	removendo	danos	
na superfície causados durante o escoamento plástico do material.
• Região de saída (4):	 região	 com	 ângulo	 de	 saída	 (γ)	 oposto	 ao	 ângulo	 de	
trefilação	e	de	entrada.	Essa	região	facilita	a	saída	do	produto	final	e	permite	
o	 retorno	 elástico	 do	 material	 antes	 da	 saída	 completada	 fieira,	 além	 de	
minimizar	a	possibilidade	de	abrasão,	caso	a	trefilação	pare	ou	a	fieira	esteja	
desalinhada. 
24
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
O	objetivo	da	região	de	calibração	é	diminuir	o	desgaste	da	saída	da	fieira,	
além	de	manter,	por	mais	tempo,	a	bitola	correta	da	saída	do	material.	Essa	região	
está	relacionada	à	estabilização	das	propriedades	mecânicas,	que	foram	alteradas	
na	região	do	 trabalho.	O	exposto	a	seguir	mostrará	que	a	 região	da	calibração	
deve	ter	geometria	cilíndrica,	para	evitar	o	desgaste	prematuro.	
FIGURA 11 – REGIÃO DE CALIBRAÇÃO
FONTE: Cetlin (2006, p. 65)
Já	a	região	da	saída	é	essencial	para	proteger	a	calibração	contra	quebras.	
Se	não	 existir	 a	 região	da	 saída,	qualquer	desalinhamento	do	material	poderá	
causar	quebras	na	 região	da	calibração,	que	ficará	mais	 curta	ou	desaparecerá	
na	região	da	quebra.	Os	maiores	danos	ocorrem	na	região	onde	o	material	toca	
primeiro	na	fieira.	Na	região,	são	arrancados	grãos	de	carboneto	de	tungstênio,	
que,	geralmente,	aderem	em	outros	lugares	da	região	do	trabalho	e	começam	a	
arranhar	o	material.	Forma-se,	assim,	uma	região	de	danos	na	fieira	em	formato	
de	anel.	Depois	de	certo	grau	de	formação	do	anel,	é	necessário	retirar	o	material	
dessa	região,	utilizando	uma	retífica	da	fieira.	
Se	 uma	fieira	 deve	 ser	 retificada	por	 causa	 da	 formação	dos	 anéis,	 ela	
será	cortada	de	forma	a	manter	o	ângulo	do	cone	de	trabalho.	Caso	o	corte	para	
a	retirada	do	anel	seja	muito	profundo,	o	comprimento	do	paralelo	pode	ficar	
muito	 curto,	 então,	 a	 fieira	 só	 poderá	 ser	 usada	 se	 seu	 diâmetro	 de	 saída	 for	
aumentado,	de	modo	que	seu	paralelo	fique,	outra	vez,	do	tamanho	adequado.
O	 processo	 de	 trefilação	 exige	 a	 existência	 de	 um	 equipamento	 que	
seja	capaz	de	puxar	o	arame	através	das	fieiras.	Na	trefilação	de	arames,	essas	
máquinas	 são	 classificadas	 em	 função	 do	 número	 de	 passes,	 os	 blocos.	 Estes	
podem	ser	classificados	em:	
• tipo simples ou monoblocos: utilizados para a fabricação de arames com 
grandes	bitolas	(grandes	diâmetros)	que	passam	por	um	único	passe;	
• tipo duplos: para arames médios que utilizam dois passes;
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
25
• tipo múltiplos:	para	arames	médios	a	finos	que	utilizam	mais	de	dois	passes.	
Para	equipamentos	com	mais	de	um	passe,	também	são	classificados	em	
função da sua forma de atuação: máquinas cumulativas, que utilizam blocos; 
máquinas não cumulativas, ou seja, que são diretas com braço de controle 
(compensador);	e	máquinas	Double-Deck,	que	são	cumulativas	com	deslizamento.
FIGURA 12 – ETAPAS DO PROCESSO DE TREFILAÇÃO COMBINADA
FONTE: Nunes (2011, p. 16)
3 FORÇA DE TREFILAÇÃO
Quando	se	executa	uma	trefilação,	é	necessário	fazer	uma	força	(Ftref), para 
que	o	material	seja	trefilado,	o	que	depende	das	seguintes	variáveis:
• Redução da área no passe (R).
• Bitola de saída do material (df).
•	 Limite	de	resistência	à	tração	inicial	do	material	(antes	do	passe	–	σti).
•	 Lubrificação	entre	o	material	e	a	fieira.
•	 Semiângulo	da	fieira	(α).
• Comprimento do paralelo.
FIGURA 13 – FORÇA PARA TREFILAR
FONTE: Cetlin (2006, p. 66)
26
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Os	primeiros	modelos	teóricos	para	o	cálculo	da	força	surgiram	no	início	
do	século	XX,	com	Lewis,	em	1915.	Em	busca	de	formulações	que	fornecessem	
valores	mais	precisos	para	a	força	de	trefilação,	diversos	modelos	teóricos	foram	
desenvolvidos	em	seguida.	Sachs	apresentou	o	seu	modelo	em	1927,	com	base	
na	 teoria	elementar	da	plasticidade.	 Já	Siebel,	 também	após	1927,	 em	diversos	
trabalhos	 científicos,	 propôs	 seu	 modelo	 a	 partir	 do	 trabalho	 de	 trefilação	
realizado.	Mais	tarde,	na	década	de	1940,	Geleji	desenvolveu	novas	formulações	
fundamentadas nas equações de Sachs e Siebel. 
Se a bitola da saída do material (df) é dada em mm, e o limite de resistência 
à	 tração	 inicial	 do	material	 (antes	 do	passe	 –	 σti)	 é	 dado	 em	kgf/mm2, a força 
para	trefilar	(Ftref)	em	kgf	é	obtida	pela	a	equação	a	seguir,	em	que	k	depende	da	
redução da área no passe:
Se a bitola da saída do material (df) é dada em mm, e o limite de resistência 
à	tração	inicial	do	material	é	dado	em	Mpa,	a	força	para	trefilar	(Ftref) em N é dada 
pela	mesma	equação	em	N,	para	σti em MPa.
A	redução	da	seção	da	barra	a	ser	trefilada	é	limitada	por	diversos	fatores	
durante o processo, como a resistência do material ao escoamento (kf),	o	desgaste	
da	 fieira	 e	 a	 potência	 do	 equipamento.	 Para	 a	 determinação	 desses	 fatores,	 é	
necessário	o	conhecimento	da	força	de	trefilação	para	conformação,	o	que	servirá	
como base de validação para simulações computacionais. Diversos modelos 
teóricos foram desenvolvidos durante o século passado, como os de Sachs, Siebel 
e Geleji. Todos os modelos criados fornecem valores aproximados para a força 
de	trefilação,	partindo	de	diferentes	premissas.	Entretanto,	todos	estão	baseados	
nas mesmas variáveis, tendo importâncias relativas diferentes. Essas variáveis, 
fundamentais	 parâmetros	 de	 trefilação,	 são:	 o	 semiângulo	 de	 entrada	 (α),	 o	
coeficiente	de	 atrito	 entre	 a	 barra	 e	 a	fieira	 (µ),	 a	 redução	 (representada	pelas	
áreas	inicial	e	final)	e	o	valor	da	tensão	de	escoamento	médio	do	material	(kfm). 
De	modo	geral,	o	exposto	a	seguir	apresentará	os	esforços	envolvidos	durante	o	
processo	de	trefilação,	utilizando	um	diagrama	de	corpo	livre.	A	soma	das	forças	
ao	longo	do	eixo	y	deve	ser	zero	e	está	representada	por:
•	 Tensão	longitudinal	(σy).
•	 Pressão	da	fieira	(p),	ou	seja,	a	pressão	normal	à	superfície	da	ferramenta.
•	 O	componente	devido	ao	atrito	(µp)	presente	na	região	de	contato	entre	a	fieira	
e a barra.
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
27
FIGURA 14 – ESFORÇOS ENVOLVIDOS DURANTE A TREFILAÇÃO
FONTE: Nunes (2011, p. 17)
O modelo de Siebel teve, como base, o trabalho necessário para a 
trefi	lação,	partindo	de	um	elemento	cilíndrico	no	 interior	da	fi	eira.	O	 trabalho	
total	para	a	trefi	lação	(T)	será	a	soma	de	três	parcelas,	a	do	trabalho	útil	(Tu), a 
do trabalho devido ao atrito (Ta), e a do trabalho interno de cisalhamento (Tc – 
também chamado de atrito interno). É causado pela mudança de orientação do 
material	dentro	da	fi	eira.	Dessa	maneira,	a	força	de	trefi	lação	será	defi	nida	como:
Já o modelo de Sachs foi desenvolvido a partir da teoria elementar da 
plasticidade.	 O	modelo	 considera	 um	 elemento	 de	 tamanho	 dy	 e	 se	 aplica	 à	
condição de equilíbrio de forças no sentido axial. A equação resultante é:
Em que A1	é	a	área	da	barra	após	a	trefi	lação	(mm2); Ao, a área da barra 
antes	 da	 trefi	lação	 (mm2);	 kfm,	 a	 tensão	 de	 escoamento	 média	 (Mpa);	 φA, a 
deformação	em	área	ou	longitudinal;	µ,	o	coefi	ciente	de	atrito	de	Coulomb;	e	α,	o	
semiângulo	da	fi	eira	expresso	em	radianos.
Os aços com carbono mais alto apresentam um limite de resistência maior, 
portanto,	exigirão	maior	força	para	trefi	lar.	À	medida	que	sua	redução	de	área	
total (RT) cresce, o limite de resistência aumenta, de acordo com o tipo de aço. Por 
isso,	a	força	para	trefi	lar	deve	aumentar	quando	a	RT	é	elevada,	porém,	a	bitola	
F A kA fm
A
� � �
�
�
�
�
�
�1 1
2
3
 � �
�
�
�
28
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
do arame diminui conforme o aumento de RT. Como a bitola afeta mais a força 
para	 trefilar	 do	 que	 o	 limite	 de	 resistência,	 normalmente,	 a	 força	 para	 trefilar	
diminui	para	sucessivos	passes	de	trefilação.
GRÁFICO 2 – LIMITE DE RESISTÊNCIA x REDUÇÃO TOTAL DA ÁREA
FONTE: Schaeffer (1999, p. 15)
Para	 executar	 a	 trefilação,	 o	 equipamento	 utilizado	 deve	 ser	 capaz	 de	
aplicar	 a	 força	 necessária	 para	 trefilar	 (Ftref). Além disso, seu motor deve ter 
potência	para	trefilar	(Utref),	que	permita	executar	a	operação	na	velocidade	final	
(Vf) desejada.
Quando	a	força	de	trefilação	(Ftref)	 for	dada	em	kgf	e	a	velocidade	final	
(Vf)	em	m/s,	a	potência	necessária	para	trefilar	(Utref),	em	kgf.m/s,	écalculada	pela	
fórmula:
Em caso de potência (Utref) em HP (Horse-Power	ou	cavalos),	divide-se	o	
resultado	da	fórmula	anterior	por	75.	Se	a	força	de	trefilação	(Ftref) for dada em 
Newton	(N)	e	a	velocidade	final	(Vf)	em	m/s,	a	potência	(Utref)	será	dada	em	Watt	
(W).	Para	encontrar	a	potência	(Utref)	em	quilowatt	(kW),	basta	dividir	a	potência	
calculada	em	Watt	(W)	por	1.000.
Para	cada	percentual	de	redução	de	área,	haverá	um	ângulo	de	fieira	pelo	
qual	 a	 força	 trativa	necessária	para	que	a	barra	 atravesse	 a	fieira	 será	mínima	
(VEGA;	HANDDLE;	IMAD,	2009).
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
29
É	 importante	 encontrar	 o	 ângulo	 de	 fieira	 que	 minimize	 a	 força	 de	
trefilação,	denominado	semiângulo	ótimo	(αótimo),	o	que	permite	reduzir	os	gastos	
com	energia,	os	valores	das	tensões	envolvidas	e	o	risco	de	rompimentos	da	barra.	
Para	isso,	deriva-se	a	Equação	de	Siebel	em	função	do	ângulo	ótimo	e	se	iguala	a	
zero, o que indicará, matematicamente, o ponto em que os trabalhos realizados 
pela	força	de	atrito	e	pela	força	de	trabalho	redundante	são	iguais,	chegando-se	a:
Durante	o	processo	de	trefilação,	ocorre	aquecimento	do	material,	o	qual	
é	diretamente	proporcional	à	redução	da	área	da	seção	transversal	no	passe	e	ao	
limite	de	resistência	do	material	antes	do	passe	e/ou	à	taxa	de	deformação.	
Em	uma	máquina	de	trefilação,	para	as	mesmas	bitolas	de	entrada	e	de	
saída, ou seja, a mesma redução da área total na máquina, o aquecimento será 
maior quando se usar um menor número de passes, com maiores reduções de 
área	por	passe,	e	se	trefilar	aço	com	carbono	mais	alto	(porque	ele	tem	maiores	
limites de resistência).
O	exposto	a	seguir	mostrará	um	caso	em	que	se	obteve	a	mesma	redução	
da	área	total	(80%)	desde	o	fio-máquina	até	o	arame	final.	Foram	trefilados	dois	
tipos	de	aço,	e	a	 trefilação	 foi	 feita	de	 três	maneiras:	pequena	redução	de	área	
por	passe	(primeiro	passe	 livre	e	depois	10%	por	passe	–	pouco	aquecimento),	
redução	de	área	média	por	passe	(primeiro	passe	livre	e	depois	20%	por	passe	
– aquecimento médio) e redução de área alta por passe (primeiro passe livre e 
depois	30%	–	alto	aquecimento).	
30
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Redução de 
área por passe 
Número de 
passes
Limite de Resistência do Aço
Aço com 0,67% de 
carbono (C)
Aço com 0,15% C
10%	por	passe 16 passes 155	kgf/mm² 96	kgf/mm²
20%	por	passe 8	passes 167	kgf/mm² 97	kgf/mm²
30%	por	passe 5 passes 190	kgf/mm² 98	kgf/mm²
FONTE: Gentile et al. (2002, p. 45)
QUADRO 1 – REDUÇÃO DA ÁREA TOTAL DO FIO-MÁQUINA ATÉ O PRODUTO: 80%
Podemos notar que o limite de resistência dos aços com teor de carbono 
mais	baixo	(0,15%	de	carbono)	quase	não	depende	do	aquecimento	na	trefilação.	
No	 caso	 do	 aço	 de	 carbono	 mais	 alto	 (0,67%	 de	 carbono),	 quanto	 maior	 o	
aquecimento, maior é o limite de resistência do produto – o que inicia a partir 
de	cerca	de	0,35%	de	carbono.	Quando	se	aumenta	a	velocidade	de	trefilação,	o	
aquecimento é maior e o mesmo efeito é observado para materiais de carbono 
mais	alto.	Na	prática,	há	grande	variação	das	características	das	curvas	tensão-
deformação para diferentes tipos de materiais.
FONTE: Garcia; Spim; Santos (1999, p. 35)
FIGURA 15 – TENSÃO x DEFORMAÇÃO
Quando a amostra de um material solicitado por uma força sofre uma 
deformação	e,	após	a	retirada	da	força	aplicada,	recupera	suas	dimensões	originais,	
essa	 deformação	 é	 definida	 como	deformação	 elástica.	 Esse	 comportamento	 é	
descrito, matematicamente, pela equação da elasticidade de uma mola, dada por:
P	=	k	.	x																																											(Equação	22)
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
31
Em que k é constante de proporcionalidade (constante da mola) e x, o 
deslocamento.	A	seguir,	poderemos	visualizar	a	relação	entre	a	deformação	e	a	
inclinação	da	região	de	trabalho.
FONTE: Nunes (2011, p. 25)
FIGURA 16 – REGIÕES DE DEFORMAÇÃO HETEROGÊNEA
A deformação elástica de um corpo de prova é dada pela lei de Hooke 
e descreve uma relação linear entre tensão e deformação: E é o módulo de 
elasticidade,	módulo	Young,	que	fornece	uma	indicação	de	rigidez	do	material,	
e	 seu	 comportamento	é	 inversamente	proporcional	 à	 temperatura,	 conforme	a	
Equação 5:
σ	=	E	.	ε
As	principais	tensões	definidas	na	região	elástica	são:
•	 σa	–	limite	de	elasticidade: máxima tensão que o material pode suportar sem 
apresentar	deformação	permanente	após	a	retirada	da	carga;
•	 σp –	limite	de	proporcionalidade: máxima tensão acima da qual o material 
não	mais	obedece	à	lei	de	Hooke,	isto	é,	perde-se	a	linearidade	entre	a	relação	
tensão-deformação,	na	prática,	σa	=	σp. 
Quanto maior o módulo de elasticidade, menor a deformação elástica 
resultante	da	aplicação	de	uma	determinada	carga.	As	forças	de	ligação	entre	os	
átomos e o módulo de elasticidade são maiores para metais com temperaturas de 
fusão mais elevadas. 
32
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
4 LUBRIFICAÇÃO
A	trefilação	é	considerada	um	processo	de	conformação	a	frio,	porque	o	
material	não	é	aquecido	antes	de	ser	trefilado.	Isso	confere	uma	maior	precisão	
dimensional e melhores propriedades mecânicas em comparação a processos 
de conformação a quente. Entretanto, como há um forte atrito entre o material 
e	 a	 fieira,	 e	 o	 material	 sofre	 uma	 grande	 deformação,	 este	 pode	 atingir	 altas	
temperaturas	se	não	forem	tomados	cuidados	específicos	em	relação	à	lubrificação	
e	 à	 refrigeração.	A	 trefilação	 é	 praticamente	 impossível	 de	 ser	 exercida	 sem	 a	
lubrificação,	por	conta	do	grande	atrito	entre	a	fieira	e	o	material.
Atrito é a resistência ao movimento das superfícies de dois corpos 
em	 contato,	 durante	 o	 deslizamento	de	um	 sobre	 o	 outro.	O	 atrito	 influencia,	
significativamente,	a	deformação	do	material,	alterando	os	valores	de	forças	e	a	
vida	em	desgaste	das	ferramentas	(ROCHA	et al., 2011). A intensidade da força 
de	atrito	depende	dos	tipos	de	materiais	em	contato,	da	lubrificação	entre	os	dois	
materiais e da pressão apertando um material contra o outro. Quanto maior a 
pressão, maior o atrito (SOUZA et al.,	2018).
As formulações existentes para descrever o atrito entre corpos sólidos são 
relativamente simples. A mais conhecida é a de Coulomb, criada em torno de 
1875.	Em	termos	gerais,	as	leis	podem	ser	expressas	da	seguinte	forma:
• O atrito estático deve ser maior do que o atrito dinâmico.
• O atrito é independente da velocidade de deslizamento.
•	 A	força	de	atrito	é	proporcional	à	carga	aplicada.
• A força de atrito é independente da área de contato.
Normalmente,	o	atrito	é	representado	pelo	coeficiente	de	atrito	μ e pode 
ser	definido	pela	razão	entre	a	força	de	atrito	(Fa)	e	a	carga	normal	(N):
Na	trefilação,	o	material	se	movimenta	em	relação	à	fieira	e	há	uma	grande	
pressão	entre	eles,	gerando,	assim,	uma	força	de	atrito	sobre	o	material,	que	se	
opõe	ao	seu	movimento.	A	força	para	trefilar,	exercida	pelo	motor	do	bloco,	tem	
que vencer essa força de atrito. Muitas vezes, isso a torna superior aos limites de 
ruptura do material, provocando sua quebra. Ainda que o material não se rompa, 
o	atrito	entre	a	fieira	e	o	material	causa	um	grande	aquecimento,	que	pode	afetar	
profundamente as características mecânicas do material. Além disso, o material 
sai	muito	arranhado	e	as	fieiras	se	desgastam	rapidamente.	
Portanto,	 a	 trefilação	 com	grandes	 reduções	 é	 praticamente	 impossível	
caso não sejam utilizadas técnicas para diminuir o atrito entre o material e as 
fieiras.
�
�
�
� �
F
N
a
N
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
33
FONTE: Cetlin (2006, p. 68)
FIGURA 17 – FORÇA DE ATRITO NO PROCESSO DE TREFILAÇÃO
Lubrificação	é	a	 interposição	entre	duas	superfícies	em	contato	de	uma	
camada de material com resistência ao cisalhamento mais baixa. Existem três tipos 
básicos	de	lubrificação:	lubrificação	seca,	líquida	e	limite	(SOUZA	et al.,	2018).
O	 objetivo	 da	 lubrificação	 na	 trefilação	 é	 formar	 uma	 camada	 de	
lubrificante	entre	o	materiale	a	fieira,	para:
•	 diminuir	a	força	necessária	para	trefilar	e,	assim,	conseguir	trefilar	o	arame	sem	
romper;
•	 trefilar	o	arame	sem	riscar	sua	superfície;
•	 diminuir	o	desgaste	da	fieira,	aumentando	o	tempo	que	ela	dura	sem	precisar	
trocar;
•	 deixar	uma	camada	de	lubrificante	grossa	ou	fina	no	arame	produzido;
• deixar o material mais fosco ou mais brilhante.
Na	Figura	18,	é	possível	visualizar	como	ocorre	a	lubrificação	seca,	que	se	
caracteriza	por	uma	camada	de	lubrificante	sólido	entre	as	superfícies	deslizantes.	
É	depositada	uma	camada	prévia	sobre	a	superfície	do	lubrificante,	para	que	ele,	
que	é	mais	macio	do	que	o	aço,	auxilie	na	lubrificação	entre	o	metal	e	a	fieira.	
Durante	 o	 processo	 de	 trefilação,	 a	 lubrificação,	 em	 geral,	 ocorre	 pela	
inserção	do	lubrificante	em	uma	caixa	na	entrada	da	fieira,	que	irá	se	posicionar	
entre	 ela	 e	 o	material	 trefilado,	 formando	uma	 camada	 lubrificante	 entre	 suas	
superfícies e, consequentemente, diminuindo o atrito (SOUZA et al.,	2018).	
34
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FONTE: Cetlin (2006, p. 70)
FIGURA 18 – FORÇA DE ATRITO NO PROCESSO DE TREFILAÇÃO COM LUBRIFICANTE
Os	lubrificantes	sólidos	ou	sabões	são	usados	na	trefilação	de	arames	de	
aço em máquinas cumulativas e não cumulativas. Com o aquecimento, propiciado 
pela	trefilação,	o	sabão	em	pó	se	torna	pastoso	na	região	de	entrada	do	material	na	
fieira	e	na	camada	entre	a	fieira	e	o	material	(Figura	19).	Para	que	os	lubrificantes	
sólidos sejam arrastados pelo material, é necessário que o arame apresente uma 
boa	rugosidade.
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
35
FONTE: Cetlin (2006, p. 73)
FIGURA 19 – LUBRIFICANTE NO PROCESSO DE TREFILAÇÃO
Uma	 característica	 importante	 do	 sabão	 em	 pó	 é	 sua	 granulometria.	
Quando	a	granulometria	é	fina,	a	rugosidade	da	superfície	do	material	arrasta	
o	sabão	com	mais	facilidade.	Por	outro	lado,	os	sabões	com	grãos	pequenos	têm	
que	ser	mais	agitados	para	manter	a	qualidade	da	lubrificação.
A	viscosidade	(η)	do	lubrificante	indica	se	ele	é	mais	líquido	ou	mais	pastoso.	
Quanto	maior	a	viscosidade,	mais	pastoso	é	o	lubrificante	e,	consequentemente,	
forma	uma	boa	camada	entre	a	fieira	e	o	material,	melhorando,	assim,	a	lubrificação	
na	trefilação,	pois	maior	será	a	tensão	de	cisalhamento.	
36
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Para	aumentar	a	viscosidade	do	 lubrificante,	 comumente,	adicionam-se	
agentes	espessantes	ao	sabão,	em	geral,	entre	50	e	60%	de	cal,	o	que	aumenta	a	
viscosidade em até cinco vezes. Quando a temperatura aumenta, a viscosidade 
dos	 lubrificantes	diminui,	eles	ficam	mais	“ralos”	e	a	 lubrificação	na	 trefilação	
piora,	pois,	ao	mesmo	tempo,	diminuem	a	camada	de	lubrificante	e	a	tensão	de	
cisalhamento.
Quanto maior a redução da área nos passes (R), o limite de resistência do 
material	antes	dos	passes	(σti)	e	a	velocidade	de	trefilação,	maior	o	aquecimento	
na	trefilação.	Já	na	redução	de	barras,	a	trefilação	é	feita	com	pequenas	reduções	
e	baixa	velocidade.	O	aquecimento	é	pequeno,	e	os	sabões	não	chegam	a	ficar	
pastosos.	Nesse	caso,	o	melhor	lubrificante	é	o	óleo	mineral.	Quando	há	grande	
aquecimento	na	trefilação,	a	viscosidade	dos	lubrificantes	cai	muito,	e	é	necessário	
usar	sabão	de	cálcio	no	lugar	do	sabão	de	sódio.	Isso	significa	que,	se	o	sistema	de	
refrigeração	da	máquina	não	funcionar	direito,	a	lubrificação	também	irá	piorar,	
porque o sabão vai esquentar mais.
Observa-se,	também,	que	o	arraste	do	lubrificante	aumenta	quando:
• aumenta o comprimento do canal de trabalho (LCT);
• diminui a altura do canal de trabalho (HCT);
•	 aumenta	a	velocidade	de	trefilação.
O	arame	se	movendo	aplica,	no	lubrificante,	uma	tensão	de	arraste	que	
tenta	levar	o	lubrificante	com	o	arame	(Figura	20).
Algumas	variáveis	que	controlam	a	tensão	de	arraste	do	lubrificante	são:
•	 Viscosidade	do	lubrificante	(η).	
•	 Velocidade	do	material	(V).	
•	 Espessura	da	camada	do	lubrificante	(h).
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO E LAMINAÇÃO
37
FONTE: Cetlin (2006, p. 75)
FIGURA 20 – TENSÃO DE ARRASTE DO LUBRIFICANTE
São	 aspectos	 essenciais	 para	 obter	 uma	 alta	 pressão	 no	 lubrificante	 e,	
portanto,	uma	boa	lubrificação:	
•	 O	lubrificante	deve	ter	alta	viscosidade	(η).
•	 O	material	deve	ser	trefilado	à	alta	velocidade	(V).
•	 Em	uma	fieira	simples,	o	ângulo	da	fieira	(α/2)	deve	ser	baixo.
Alguns	fatores	são	de	grande	importância	na	seleção	preliminar	de	um	
lubrificante	para	a	trefilação:
• Diâmetro do material e tipo de equipamento.
•	 Temperatura	atingida	na	trefilação.
•	 Material	sendo	trefilado	(teor	de	carbono).
• Preparação inicial da superfície do material.
•	 Camada	residual	de	lubrificante	e	brilho	desejado.
38
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
5 ATIVIDADE PRÁTICA – TREFILAÇÃO
•	 Processo	de	 trefilação:	 tracionamento	do	produto	 (arame/barra/fio-máquina)	
por	meio	de	uma	matriz	(fieira)	que	confira	geometria,	dimensões	especificadas	
e	propriedades	metalúrgicas.
• Objetivo:	 executar	 operação	 de	 trefila	 de	 arame	 com	 diferentes	 reduções	 e	
diferentes	lubrificantes,	além	de	executar	os	cálculos	de	força	de	trefilação.
• Dados do ensaio:
ᵒ	 Material:	arame	(fio-máquina)	AISI	SAE	1015,	diâmetro	de	4	mm.
ᵒ	 Fieira	de	diamante	industrial.
ᵒ	 Lubrificante:	AGEMIX	OIL	668	ou	DECHELUB	MD	210.
• Equipamentos:
ᵒ	 Aquisição	de	força:	célula	de	carga	200	kN	(20	tf).
ᵒ	 Aquisição	de	dados:	Spider	8	–	software:	Catman.
ᵒ	 Máquina	de	Ensaios	Universal	Kratos	(10	tf).
• Procedimentos:
ᵒ	 Instalar	célula	de	carga	no	equipamento.
ᵒ	 Apontar	o	fio-máquina.
ᵒ	 Inserir	fio-máquina	na	fieira	com	o	lubrificante.
ᵒ	 Aplicar	a	força	de	tracionamento	até	a	obtenção	do	diâmetro	final	de	3,4	mm.
5.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA
1		Quantas	reduções	foram	realizadas	para	chegar	ao	diâmetro	final	desejado?
2		Qual	é	a	importância	do	uso	do	lubrificante?
Você sabe o que é um software de aquisição? 
O software para aquisição de dados permite visualização, análise e gravação dos dados 
durante a medição e posterior geração de relatórios. Nessa prática, utilizamos o software 
Catman. Você pode acessar um vídeo explicativo do uso da ferramenta em: https://www.
youtube.com/watch?v=qJdowVuOe4o.
DICAS
https://www.youtube.com/watch?v=qJdowVuOe4o
https://www.youtube.com/watch?v=qJdowVuOe4o
39
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste tópico, você aprendeu que:
•	 A	trefilação	é	um	processo	de	fabricação	de	fios,	arames	ou	barras	metálicas	
por	meio	do	alongamento	de	um	material	e	consequente	redução	da	área	de	
seção transversal.
•	 A	 redução	 da	 seção	 da	 barra	 a	 ser	 trefilada	 é	 limitada	 por	 diversos	 fatores	
durante o processo, como a resistência do material ao escoamento (kf), o 
desgaste	da	fieira	e	a	potência	do	equipamento.
•	 A	 ferramenta	utilizada	no	processo	de	 trefilação	 é	uma	matriz	 chamada	de	
fieira,	 que	 apresenta	várias	 formas	de	 seção:	 redondas,	 sextavadas,	 perfil	T,	
quadradas etc.
•	 As	 fieiras	 de	 trefilação	 são	 construídas	 de	 material	 de	 elevada	 dureza,	
usualmente,	 carboneto	 de	 tungstênio	 (WC)	 ou	 diamante	 industrial,	 em	
decorrência	da	grande	durabilidade.
•	 Existem	quatro	regiões	de	importância	na	fieira:	o	raio	de	entrada,	o	cone	de	
trabalho, o cone de calibração e o cone de saída.
•	 Quando	se	executa	uma	trefilação,	é	necessário	fazer	uma	força,	chamada	de	
força	de	trefilação.
•	 Na	trefilação,	o	material	se	movimenta	em	relação	à	fieira,	e	há	uma	grande	
pressão	entre	eles,	gerando	uma	força	de	atrito	sobre	o	material,	que	se	opõe	
ao	seu	movimento,	necessitando,	assim,	de	uma	camada	de	lubrificante	entre	o	
material	e	a	fieira.
40
1		Para	trefilar	um	arame	com	diâmetro	inicial	de	7	mm	até	o	diâmetro	final	
de 6 mm, determine o número mínimo de passes necessários para executar 
o	processo.	Por	simplificação,	considere	as	reduções	sempre	iguais	em	cada	
passe.
Dados: 
• Diâmetro da bobinadeira de 400 mm.
•	 Rotação	da	bobinadeira	fixa	em	300	RPM.
• Material do arame: CK 10 (DIN) – 216,0740 ϕ⋅=fke MPak f 2600 = 260MPa. 
•	 Coeficiente	de	atrito	(µ)	na	interface	fieira/material	igual	a	0,06.
•	 Semiângulo	(α)	da	fieira	na	região	de	trabalho	igual	a	9°.
a)	Calcule	 a	 força	 de	 trefilação	 e	 a	 potência	 em	 cada	 passe	 utilizando	 a	
formulação de Siebel.
AUTOATIVIDADE
b)	Calcule	o	grau	de	esforço	em	cada	passe	e	diga	 se	é	possível	 realizar	as	
reduções.
2		Trefilação	é	um	processo	de	conformação	para	a	fabricação	de	fios,	eixos,	
tubos	 etc.	 Pode	 ser	 realizada	 pela	 passagem	 da	 matéria-prima	 através	
de	 uma	 fieira,	 reduzindo,	 assim,	 seu	 diâmetro	 e	 aumentando	 o	 seu	
comprimento.	Para	que	 isso	ocorra	sem	danos	à	superfície	do	material	e	
à	ferramenta,	é	necessária	a	lubrificação.	Defina	o	que	é	essa	etapa	e	seus	
principais objetivos.
41
TÓPICO 3 — 
UNIDADE 1
FORJAMENTO E EXTRUSÃO
1 INTRODUÇÃO
Em	função	do	metal	utilizado,	a	conformação	pode	ser	classificada	quanto	
ao	tipo	de	esforço	predominante	e	à	temperatura	de	trabalho,	e	cada	um	fornecerá	
características	especiais	à	peça	obtida.	Os	processos	podem	ocorrer	por	métodos	
de	compressão	indireta,	trefilação	e	extrusão;	por	compressão	direta,	laminação	e	
forjamento; por tração, estiramento de chapas e cisalhamento ou corte. 
A temperatura na qual o material da peça é conformado também é um 
aspecto	 importante,	 pois	 gera	 mudanças	 metalúrgicas que tornam o material 
mais dúctil. Com relação ao trabalho mecânico a frio, a deformação plástica 
provoca aumento da resistência mecânica no metal e, na temperatura quente, o 
encruamento é eliminado pela recristalização do material.
Neste tópico, estudaremos as principais características do processo de 
conformação direta, ou seja, os processos de laminação e forjamento.
2 LAMINAÇÃO
Laminação é um processo de conformação mecânica, responsável pela 
redução	 da	 seção	 da	 matéria-prima	 (tarugo,	 placa,	 lingote),	 realizada	 pela	
passagem	 por	 dois	 cilindros	 que	 giram	 em	 sentidos	 opostos.	 Esse	 processo	
também	 segue	 a	 Lei	 de	 Constância	 de	 Volume,	 no	 sentido	 de	 que	 modela	 a	
matéria-prima,	mantendo	o	seu	volume.
Assim,	o	metal	é	forçado	a	passar	por	dois	cilindros,	girando	em	sentidos	
opostos,	com	a	mesma	velocidade	superficial,	a	uma	distância	menor	do	que	o	
valor da espessura da peça a ser conformada. 
42
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FONTE: Cetlin (2006, p. 80)
FIGURA 21 – PROCESSO DE LAMINAÇÃO
Para um fluxograma de produção na laminação a quente, consulte o site da 
Usiminas, acessando Usina e, depois, Fluxo de Produção:
https://www.usiminas.com/mercado/usiminas-retoma-operacoes-do-alto-forno-1-em-
ipatinga-2/.
DICAS
FONTE: A autora
FIGURA 22 – MATÉRIA-PRIMA E PROCESSO DE LAMINAÇÃO
O	processo	de	laminação	pode	ser	classificado,	basicamente,	em	processos	
de laminação a quente e a frio.
A	matéria-prima	são	tarugos,	placas	e	blocos	provenientes	de	aciaria.
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E EXTRUSÃO
43
• Processo de laminação a quente: o material é laminado a altas temperaturas, 
normalmente, entre 1.000 e 1.200 °C. As matérias-primas	usuais	são	lingotes,	
tarugos,	 placas	 ou	 materiais	 previamente	 conformados.	 Os	 aços	 longos	
laminados (vergalhões,	barras,	fio-máquina) sempre são obtidos por laminação 
a quente.
• Processo de laminação a frio: o material é laminado em temperatura ambiente, 
normalmente,	utilizado	para	a	produção	de	chapas	finas,	cuja	matéria-prima	
são	 chapas	 mais	 grossas,	 previamente	 laminadas	 a	 quente.	 Os	 produtos	
obtidos	 pelo	 processo	 de	 laminação	 se	 chamam	 produtos	 longos	 e	 planos.	
Produtos	 longos	são	aqueles	de	seção	 transversal	 constante,	que	constituem	
figuras	 geométricas	 simples,	 como	 barras,	 vergalhões,	 fio-máquina,	 perfis,	
trilhos	e	acessórios,	tubos	sem	costura	e	arames	trefilados. Produtos planos são 
aqueles	de	seção	transversal	retangular	constante,	com	largura	nominal	maior	
que	duas	vezes	a	espessura,	como	bobinas,	chapas	grossas	e	finas	e	folhas-de-
flandres.
FONTE: Cetlin (2006, p. 80)
FIGURA 23 – PRODUTOS LONGOS
A principal ferramenta utilizada no processo de laminação são os 
laminadores,	formados	por	gaiolas,	as	quais	comportam	os	cilindros.	Conforme	
apresentado	na	imagem	a	seguir,	os	tipos	de	gaiolas	podem	ser:
• Gaiolas duo (a): compostas de dois cilindros paralelos horizontais. 
• Gaiolas duo reversível (b): compostas de dois cilindros paralelos com 
movimentos possíveis em ambos os sentidos. 
• Gaiolas trio (c): compostas de três cilindros paralelos horizontais, com sentidos 
alternados em cada par. 
• Gaiolas universais: compostas de um par de cilindros na horizontal e outro na 
vertical.
44
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FONTE: Cetlin (2006, p. 81)
FIGURA 24 – GAIOLAS LAMINADORAS
Um	 dispositivo	 importante	 nas	 gaiolas	 é	 a	 guia	 de	 laminação,	 que	 é	
montada	com	a	entrada	e	a	saída	do	material	nos	canais,	e	destina-se	a	guiar	e	a	
manter a peça na posição necessária.
FONTE: A autora
FIGURA 25 – GUIA DE LAMINAÇÃO
As	gaiolas	de	laminação	podem	ser	organizadas	em:
• Trem aberto:	realizam-se	passes	sucessivos,	normalmente,	em	gaiolas	duo	ou	
trio	reversíveis.	Utilizam-se	mesas	basculantes	ou	manipuladores.
• Trem contínuo:	o	tarugo	passa	apenas	uma	vez	por	cada	gaiola,	em	vez	dos	
passes	 sucessivos	 nas	 gaiolas	 reversíveis.	 Consegue-se,	 assim,	 um	 grande	
aumento	de	produtividade,	uma	vez	que	os	tarugos	permanecem	menos	tempo	
na	 mesma	 gaiola.	 Entretanto,	 o	 espaço	 necessário	 para	 esse	 equipamento	
é	grande,	pois	ele	deve	estar	todo	em	linha.	Isso,	muitas	vezes,	 inviabiliza	o	
investimento nesse equipamento. 
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E EXTRUSÃO
45
Outro item importante é o formador de laço ou formador de espiras, 
normalmente instalado do tipo vertical (up-looper) para manter a barra laminada 
sem tração entre dois passes sucessivos. Esse equipamento também pode ser 
localizado após a zona de resfriamento, e tem a função de formar as espiras na 
laminação	do	fio-máquina.	
FONTE: A autora
FIGURA 26 – FORMADOR DE LAÇO
Já o Stelmor é uma esteira localizada após o formador de espiras, 
responsável	pelo	resfriamento	e	tratamento	térmico	do	fio-máquina.	Podem	existir	
ventiladores	e/ou	tampas	de	abafamento	para	fazer	o	resfriamento	controlado	do	
material	e,	assim,	conseguir	diferentes	características	mecânicas.
Após o último passe de laminação (acabador), a barra é dividida em 
comprimentos mais próximos possíveis de múltiplos do comprimento comercial 
desejado.	 Essas	 barras	 são,	 então,	 transportadas	 e	 descarregadas	 no	 leito	 do	
resfriamento.
FONTE: A autora
FIGURA 27 – LEITO DE LAMINAÇÃO
46
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Após o leito ou o endireitamento, o material é embalado, normalmente, 
em	feixes,	de	modo	manual	ou	automatizado.	Depois,	é	identificado	por	etiquetas,	
com informações do produto, bitola, qualidade, peso etc. 
Um resíduo decorrente desse processo é a carepa, que ocorre quando 
o aço é exposto a atmosferas oxidantes e a altas temperaturas. A formação é 
influenciada	por:
• Composição química do aço.
• Atmosfera do forno.
• Tempo e temperatura de reaquecimento.
•	 Condicionamento	superficial	do	tarugo.
Na laminação a quente, são formados três tipos de carepa:
• Primária: processo de reaquecimento.
• Secundária: processo de laminação.
•	 Terciária:	passes	finais	e	leito	de	resfriamento.
3 FORJAMENTO
Forjamento é um processo de conformação mecânica que permite a 
alteração	 da	 geometria	 de	 um	 material	 metálico,	 por	 meio	 de	 deformação	
plástica,	mudando	sua	estrutura	metalúrgica	de	maneira	que	sejam	modificadas	
suas propriedades mecânicas, por meio da aplicação de uma força compressiva, 
embora mantendo constantes sua massa e seu volume. 
As	primeiras	referências	à	tecnologia	da	deformação	plástica	se	encontram	
no	Oriente	Médio,	 no	 final	 da	 Idade	 da	 Pedra,	 e	 se	 referem	 à	 fabricação	 por	
martelamento	 de	 objetos	 forjados	 em	 ouro,	 prata	 e	 cobre,	 destinados	 a	 fins	
artísticos	e	religiosos,