EXTRUSÃO

Prof. M.Sc.: Anael Krelling

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DEFINIÇÃO DO PROCESSO

É um processo no qual um bloco metálico é colocado dentro de um

recipiente e reduzido na sua seção transversal através da aplicação de

elevadas forças de compressão, forçando-o a escoar através de um orifício ou

matriz.

Devida às grandes forças necessárias para promover a conformação,

a maioria dos metais é extrudada a quente, condições onde a resistência á

deformação do metal é menor. Porém, para muitos metais, de caráter mais

dúctil, é possível a extrusão a frio.

Apresenta a grande vantagem de possibilitar a obtenção de barras,

perfis e até tubos com seções transversais com diversos formatos, desde os

mais simples, como os circulares, quadrados e sextavados, até os mais

complexos.

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EXTRUSÃO A QUENTE

A maioria dos metais são extrudados a quente devido a vantagem da

diminuição da tensão de escoamento e da resistência à deformação que ocorre

com o aumento da temperatura. Por outro lado, o trabalho a quente introduz

problemas associados a:

•Oxidação dos tarugos;

•Oxidação das ferramentas de extrusão;

•Amolecimento da matriz e das ferramentas de extrusão;

•Necessidade de utilização de aços especiais resistentes a elevadas

temperaturas.

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EXTRUSÃO A FRIO

A extrusão a frio está relacionada com a conformação de perfis de

pequenos componentes de máquinas, como corpos de velas de ignição, eixos,

alfinetes e cilindros vazados. Componentes simétricos são particularmente

adequados. A precisão dimensional, alta produção e o acabamento são pontos

fortes do processo.

Associado ao elevado encruamento devido a deformação a frio é

possível obter-se os seguintes benefícios:

•Fornecer peças com maior resistência mecânica, dureza, resistência ao

desgaste e rigidez;

•Usar materiais mais baratos com baixo teor de elementos de liga.

A extrusão a frio é largamente empregada na fabricação de

componentes da indústria automobilística.

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TIPOS DE PROCESSOS

Extrusão Direta – neste caso o tarugo de metal é colocado no container e é

pressionado através de uma matriz por um êmbolo. O estampo é posicionado

no extremo do êmbolo em contato com o tarugo. Neste caso o atrito entre o

tarugo e o container é muito elevado, exigindo alta carga para extrusão.

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Extrusão Indireta – neste caso o próprio êmbolo, vazado, conduz a matriz,

enquanto o outro extremo do container é fechado por uma placa. No processo

de extrusão indireta existe uma nítida vantagem em relação à extrusão direta,

pois neste processo não existe o movimento relativo tarugo-container e

menores as forças de atrito envolvidas. Isto apresenta as seguintes vantagens:

•Melhor o fluxo de escoamento de metal dentro do container;

•Menores as forças de extrusão necessárias para deformar o material.

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Extrusão Hidrostática – é um processo no qual o tarugo, aquecido ou frio, é

extrudado através de pressão exercida por fluido pressurizado, em vez de um

punção. A extrusão hidrostática é realizada usualmente a temperatura

ambiente, em geral usando óleo vegetal como meio fluido, combinando as

qualidades de viscosidade e lubrificação. Pode-se também trabalhar em alta

temperatura. Neste caso ceras , polímeros ou vidro são usados como fluido,

que também tem a função de manter o isolamento térmico do tarugo durante o

procedimento de extrusão.

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Extrusão Lateral – o material do tarugo é forçado através de abertura lateral

da câmara. Os eixos do punção e da peça têm diferentes direções (ângulo

reto).

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PARÂMETROS DA EXTRUSÃO

Parâmetros Geométricos:

•Ângulo da matriz (α);

•Relação de extrusão que é o quociente entre as áreas das seções

transversais do tarugo A0 e do produto extrudado Af;

•O Diâmetro do Círculo Circunscrito (DCC) que é o diâmetro do menor círculo

no qual se inscreve a seção transversal. Quanto maior o DCC, maior controle é

necessário para manter as dimensões do perfil extrudado. Portanto, tamanho é

um dos fatores que descrevem a complexidade de um perfil.

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A complexidade da extrusão é medida pela relação entre o perímetro

da seção do produto extrudado e a área da seção transversal. Esta relação é

denominada fator de forma. É usado por muitos profissionais de extrusão como

base para avaliar custos. A outra medida da complexidade do perfil é a

classificação dos perfis extrudados em diferentes grupos, baseada na

dificuldade de extrusão.

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Parâmetros Físicos:

Força de Extrusão – a força requerida para o processo depende da

resistência do material, da relação de extrusão, da fricção na câmara e na

matriz, e outras variáveis como a temperatura e a velocidade de extrusão. A

força pode ser estimada pela fórmula:

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TEMPERATURA DE TRABALHO

Na extrusão do aço os tarugos são aquecidos na faixa de 1100 a 1200oC;

As ferramentas são pré-aquecidas em temperaturas em torno de de 350oC;

A combinação de altas tensões e temperaturas elevadas provoca um desgaste

intenso no sistema de lubrificação.

VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO

Em processos realizados a elevadas temperaturas é necessário elevada

velocidade de extrusão. Quanto maior a velocidade de avanço do êmbolo

maior a transferência de calor para do tarugo para as ferramentas;

Podem ser usadas velocidades da ordem de 2500 a 4000 cm/min, sendo

necessário para tanto um sistema acumulador hidráulico na prensa;

Em metais propensos a fragilidade a quente, como o alumínio e o cobre, a

velocidade do êmbolo deve ficar restrita a poucos metros por minuto;

O aumento da velocidade produz um aumento da pressão de extrusão;

Em extrusão com baixas velocidades ocorre um resfriamento considerável do

tarugo. Isto pode provocar o aumento da força de extrusão, devido ao aumento

da tensão de escoamento do material.

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As limitações do processo de extrusão são:

FORÇAS ENVOLVIDAS = as força exigidas para conformação são muito

elevadas, sendo necessário a utilização de grandes prensas ou máquinas

especiais;

FERRAMENTAS = são muito complexas e caras;

SERIAÇÃO = só é viável e adequado para grandes seriações (> 10.000 peças)

em função do custo da ferramenta;

RECOZIMENTO = necessário recristalização intermediária, provocando

aumento de custos;

FORMAS = o processo é adequado para a produção de peças

geometricamente mais simples (axiais).

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FLUXO DE METAL

O fluxo do metal é comparável ao escoamento de um fluido num

canal. Os grãos tendem a alongar-se formando uma estrutura com orientação

preferencial. O fluxo inadequado pode causar inúmeros defeitos.

A técnica de observação do fluxo consiste em seccionar o tarugo ao

longo de seu comprimento e marcar uma das faces com um quadriculado. As

duas metades são então colocadas juntas na câmara e extrudadas. Após a

extrusão as partes são novamente separadas para exame.

Na figura abaixo pode ser observado o resultado desta técnica, para

três situações típicas da extrusão direta para matriz quadrada (ângulo da

matriz de 90 0).

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Observe as zonas mortas nas figuras b) e c) , onde o metal fica

praticamente estacionário nos cantos. A situação é similar ao escoamento de

fluido num canal com cantos vivos e curvas.

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DEFEITOS DA EXTRUSÃO

TRINCA SUPERFICIAL – ocorre quando a temperatura ou a velocidade é

muito alta. Estas causam um aumento significativo da temperatura da

superfície, causando trincas e rasgos. Os defeitos são intergranulares.

Ocorrem especialmente em ligas de alumínio, magnésio e zinco, embora

possam ocorrer em ligas de alta temperatura. Estes defeitos podem ser

evitados reduzindo-se a velocidade de extrusão e diminuindo a temperatura do

tarugo

CACHIMBO – o tipo de padrão de fluxo mostrado anteriormente tende a

arrastar óxidos e impurezas superficiais para o centro do tarugo, como num

funil. Este defeito é conhecido como defeito cachimbo (ou rabo de peixe) . O

defeito pode se estender até um terço do comprimento da parte extrudada e

deve ser eliminado por corte. O defeito pode ser minimizado alterando-se o

padrão de fluxo para um comportamento mais uniforme., controlando a fricção

e minimizando os gradientes de temperatura. Alternativamente o tarugo pode

ser usinado ou tratado quimicamente antes da extrusão, removendo-se as

impurezas superficiais.

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TRINCA INTERNA – o centro do tarugo pode desenvolver fissuras que são

conhecidas como trincas centrais, fratura tipo ponta de flecha ou chevron. O

defeito é atribuído à tensão hidrostática de tração na linha central, similar à

situação da região de estricção em um corpo em ensaio de tração. A tendência

à formação de fissuras centrais aumenta com o crescimento da fricção e da

relação de extrusão . Este tipo de defeito também aparece na extrusão de

tubos.

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EQUIPAMENTOS DE EXTRUSÃO

Os equipamentos de extrusão são compostos por:

• Prensa de extrusão;

• Ferramentas de extrusão;

• Equipamento para aquecimento dos tarugos;

•Serra para cortar o material a quente para cortar o rejeito da ponta;

• Mesa de saída para acompanhar o material extrudado;

• Desempenadeira para corrigir pequenos empenos no produto final.

A extrusão pode ser feita com um bloco de carbono entre o tarugo e o estampo

para permitir a completa extrusão do tarugo, sem sobras ou refugo.

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A ferramenta de extrusão é composta pelas seguintes partes:

•FIEIRA OU MATRIZ = feita de aço ferramenta, ligado, temperado e revenido,com grande resistência ao desgaste e mecânica, bem como resistência aquente (elevadas temperaturas) quando a extrusão for feita a quente;

•PORTA-FIEIRA = dá o suporte à fieira;

•ENCAIXE DA PORTA-FIEIRA = sustenta toda a ferramenta e permite umaremoção ou troca rápida

•PLACA DE APOIO = resiste toda a força compressiva exercida sobre a fieira

•CAMISA OU BUCHA = fornece uma proteção contra a parede interna dorecipiente;

•RECIPIENTE OU CONTAINER = deve resistir toda pressão exercida sobre omaterial.