aula extrusão

8/2/2019 aula extruso

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CONFORMAO MECNICACONFORMAO MECNICA

EXTRUSO

DEFINIO

Processo de conformao plstica no qual o material sofre reduo em sua rea de seotransversal pela aplicao de presses elevadas e escoamento atravs do orifcio de uma

matriz.

CONCEITOS BSICOS

Primeiros experimentos: final do sculo XIX

Conformao indireta (reao da matriz presso do pisto)

Em geral, a quente

Reduo dos esforos Evitar encruamento

Aplicado a materiais de difcil conformao (inoxidveis e ligas de nquel)

Metais e no-metais (ex.: polmeros)

Esforos de compresso minimizam trincamentos

Extruso a frio

Menos utilizado Maiores esforos Alto nvel de encruamento Maior preciso dimensional e geomtrica

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Metais submetidos extruso:

Alumnio Cobre Metais no ferrosos

Metais ferrosos: aplicao restrita: Temperaturas mais elevadas Maiores esforos

Matria prima: lingotes (fundidos) ou tarugos (laminados)

Formas variadas

Boa homogeneidade estrutural e dimensional

Baixo ndice de oxidao superficial Custo inicial elevado

Limitao de comprimento do produto

Baixas velocidades de trabalho

EXTRUSO DIRETA

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EXTRUSO INDIRETA mbolo vazado

Minimizao de atrito

Menos utilizado

Processo mais antigo

Material e mbolo movimentam-se em sentido contrrio

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EXTRUSO HIDROSTTICA

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Presso constante

Sem atrito com as paredes do container

Menores esforos

Lubrificao otimizada

Bom acabamento superficial

Tolerncias precisas

Limitaes para a temperatura e presso de operao

EXTRUSO DE TUBOS

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EXTRUSO DE TUBOS SOLDADOS

MQUINAS DE EXTRUSO

Quase sem exceo: prensas

Cilindro/pisto Bomba hidrulica ou sistema acumulador

Prensas horizontais (mais comuns)

Material tem maior contato com a regio inferior do container: maiorresfriamento

Deformao assimtrica Prensas verticais

Grandes espaos verticais livres

Resfriamento uniforme

Tubos de paredes finas

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Pisto sujeito a grandes esforos e elevadas temperaturas

Ao-liga resistente ao calor

Container (recipiente)

Sujeito a altas temperaturas e atrito Ao-liga resistente ao calor

FERRAMENTAS DE EXTRUSO

Matrizes ou fieiras

Capacidade de resistncia a altas temperaturas, oxidao e atrito

Aos ligados ou metal duro

Faces planas ou cnicas

Face plana (a): metal escoa e forma seu prprio ngulo de entrada

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Face cnica (b): aumento de homogeneidade de extruso e diminuio da presso, com

aumento do atrito nas paredes da fieira. Devem ser utilizadas com boa lubrificao (mais

comum: vidro fundido).

MECNICA DA EXTRUSO

Metal sob presso: fluxo pela matriz, adotando a forma de sada da mesma.

Altos nveis de atrito entre material e container

Condio (a): Extruso homognea

Atrito baixo: boas condies de lubrificao; extruso hidrosttica

Deformao homognea

Condio (b): Aumento do atrito entre pea e paredes do container

Distoro do modelo reticulado

Zona neutra nos cantos do container

Centro do tarugo: elongao

Bordas do tarugo: cisalhamento

Cisalhamento requer gasto adicional de energia: trabalho redundante

Condio (c): Alto nvel de atrito

Escoamento concentrado no centro

Plano de cisalhamento interno

Superfcie do tarugo resfriada por container frio

Fina camada externa do tarugo permanece aderida ao container

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O atrito entre tarugo e container eleva o consumo de energia durante o processo e o desgastenas paredes do container. Em condies de atrito elevado, a superfcie oxidada do tarugopode ser arrastada para o interior do produto extrudado, provocando defeitos. O uso delubrificao pode minimizar este problema. Outro modo de contornar este problema autilizao de um disco na extremidade do pisto com dimetro menor do que o do container,

de modo a extrudar o material interno ao tarugo, livre de oxidao superficial. No interior decontainer forma-se uma casca oca de metal no extrudado e aderida s paredes do recipiente,que deve ser removida. A poro final do tarugo tambm no sofre extruso, sendo retiradaao final do processo. A remoo se d pelo afastamento do container e do pisto. Um discoraspador acionado para a remoo do material do interior do container.

Fora de extruso

A fora requerida para o processo depende da resistncia do material, da relao de extruso,

da frico na cmara e na matriz, e outras variveis como a temperatura e a velocidade de

extruso.

A fora pode ser estimada pela frmula:

(Fora Ideal)onde:

F = Fora de Extruso

Ao = rea de seo transversal do tarugo antes da extruso

Af = rea de seo transversal do tarugo aps a extruso

K = constante de extruso

A fora mxima de atrito entre o tarugo e o container obtida por:

Fa = U.l0..K

Onde:U = permetro interno do containerl0 = comprimento inicial do tarugo = coeficiente de atritoK = Constante de extruso

Sendo o atrito uma fora a ser superada durante o processo, a fora mxima deextruso calculada por:

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Fmax = F + Fa

FATORES DE INFLUNCIA NO PROCESSO DE EXTRUSO Homogeneidade de composio e estrutura da matria prima

Temperatura de operao

Baixa: minimizao de consumo de energia, desgaste de mquina,ferramentas e container e de oxidao e/ou corroso do material

Alta (maioria dos casos): superior a temperatura de recristalizao (limitesuperior) e 50 C abaixo de Tf (limite superior). Na prtica, o limite superior fixadoa temperaturas mais baixas, para evitar fragilidade a quente (fuso demicroconstituintes de menor ponto de fuso)

Presso de trabalho Consumo de energia, robustez e custo do equipamento, desgaste. Fator de maior influncia: intensidade de reduo. Redues acima de 90%

acentuam aumento de presso.

Velocidade de trabalho.

Produtividade

Minimizao das perdas de calor

fcil de notar que estas condies so, no raro, contraditrias entre si. Em

condies reais, deve-se buscar um ponto de equilbrio entre estes fatores, de modo a se obter

a melhor condio possvel de operao. Via de regra, esta uma das atribuies do

engenheiro ou tecnlogo.

DEFEITOS

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Os materiais metlicos mais comumente extrudados so o alumnio e suas ligas e o

cobre e suas ligas. Outros metais no-ferrosos tambm podem ser extrudados, mas tem

aplicao mais restrita. Tubos e barras de ao podem tambm ser produzidos por extruso,

mas apresentam dificuldades operacionais, relacionadas, principalmente, temperatura de

operao.

Os defeitos tpicos do processo de extruso so os seguintes:

Vazios internos na parte final do extrudado, decorrentes do modo de escoamento.

Velocidades de extruso muito elevadas podem acentuar o problema.

Trincas de extruso, perpendiculares ao sentido de extruso, decorrentes de defeitos

na matria-prima, associadas temperaturas de operao muito elevadas e/ou velocidades

muito altas.

Escamas superficiais, ocasionadas pela aderncia de partculas de materiais duros

na superfcie das ferramentas, devido a desgaste ou quebra de camadas superficiais do

container. Temperaturas de operao muito elevadas ou desalinhamento do pisto podem

tambm colaborar na ocorrncia deste defeito.

Riscos de extruso, causados por irregularidades superficiais na ferramenta ou por

resduos de xidos metlicos retidos na sua superfcie.

Incluses de partculas de materiais estranhos, arrastadas longitudinalmente, dando

ao produto a aparncia de manchas provocadas por raspagens. Bolhas superficiais provenientes de gases retidos na fundio do lingote ou no

tratamento trmico para aquecimento da matria-prima.

Marcas transversais, provocadas pela parada e retomada do movimento da prensa.

Manchas e perda de cores, decorrentes da oxidao e contaminao superficial com

substncias estranhas ou provenientes do lubrificante.

Alm destes defeitos, pode-se ainda mencionar granulaes grosseiras ou segregaes na

superfcie do produto, provocadas pela falta de homogeneidade estrutural, ou pela no

uniformidade de temperatura atravs da seo transversal da pea durante a extruso.

Os defeitos em produtos extrudados podem ser classificados de acordo com a causa

principal:

Defeitos relacionados geometria do lingote

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Defeitos decorrentes do estado superficial do lingote

Defeitos relacionados lubrificao

Defeitos decorrentes do metal (trincas, sulcos, etc.) Defeitos decorrentes do desgaste da ferramenta

A falta de coeso interna em forma de V, defeito tambm conhecido como

chevron, pode ocorrer na conformao atravs de um canal cnico, como comum na

extruso e na trefilao, dependendo de uma srie de fatores como taxa de reduo de seo,

ngulo do cone da ferramenta, atrito e caractersticas do metal. Pode ser minimizado pelo

tratamento trmico de recozimento do tarugo a ser extrudado ou pelo arredondamento do

canto formado pela parte cnica com a cilndrica da ferramenta.

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