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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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