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EXTRUSO
Introduo
O que :
No processo de extruso, o metal comprimido (forado) acima de seu
limite em uma cmara, sendo forado a escoar atravs de uma matriz que
ir determinar a seo do produto resultante.
Formas resultantes: Praticamente qualquer forma de seo
transversal vazada ou cheia pode ser produzida por extruso. Como a
geometria da matriz permanece inalterada, os produtos extrudados
tem seo transversal constante.
Caractersticas: dependo da ductilidade do material a extrudar o
processo pode ser feito a frio ou a quente, em altas temperaturas.
Cada tarugo extrudado individualmente. O produto essencialmente uma
pea semi-acabada. A extruso pode ser combinada com operaes de
forjamento, sendo neste caso denominada extruso fria.
Uso - produtos mais comuns: quadros de janelas e portas, trilhos
para portas deslizantes, tubos de vrias sees transversais e formas
arquitetnicas. Produtos extrudados podem ser cortados nos tamanhos
desejados para gerarem peas, como maanetas, trancas e engrenagens.
Em operao combinada com forjamento pode gerar componentes para
automveis, bicicletas, motocicletas, maquinrio pesado e equipamento
de transporte.
Materiais: Alumnio, cobre, ao, magnsio e chumbo so os materiais
mais comumente extrudados.
Tipos de Extruso
No processo bsico, denominado direto um tarugo cilndrico
colocado numa cmara e forado atravs de uma abertura de matriz
atravs de um pisto hidrulico. A abertura da matriz pode ser
circular ou de outro formato. A extruso tambm pode ser indireta,
hidrosttica ou por impacto.
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Extruso Indireta (reversa, invertida) : a matriz se desloca na
direo do tarugo
Extruso Hidrosttica: o dimetro do tarugo menor que o dimetro da
cmara, que preenchida por um fluido. A presso transmitida ao tarugo
atravs de um pisto. No h frico nas paredes da cmara.
As presses usadas so da ordem de 1400 Mpa
O mtodo foi desenvolvido nos anos 50 e evoluiu para o uso de uma
segunda cmara pressurizada mantida a uma presso mais baixa. a
chamada extruso fluido a fluido, que reduz os defeitos do produto
extrudado.
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Este tipo de processo aumenta a ductilidade do material,
tornando-se adequado para extruso de materiais frgeis.
Vantagens: Baixa frico Pequenos ngulos de matriz Altas relaes de
extruso
Podem ser extrudados por este mtodo uma grande variedade de
metais e polmeros, formas slidas, tubos e outras formas vazadas com
diversificados perfis.
A extruso hidrosttica realizada usualmente a temperatura
ambiente, em geral usando leo vegetal como meio fluido, combinando
as qualidades de viscosidade e lubrificao.
Pode-se tambm trabalhar em alta temperatura. Neste caso ceras,
polmeros ou vidro so usados como fluido, que tambm tem a funo de
manter o isolamento trmico do tarugo durante o procedimento de
extruso.
Extruso Lateral: o material do tarugo forado atravs de abertura
lateral da cmara. Os eixos do puno e da pea tem diferentes direes
(ngulo reto).
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Parmetros da Extruso
Parmetros Geomtricos
Os parmetros geomtricos da extruso so:
O ngulo da matriz A relao de extruso que o quociente entre as
reas das sees
transversais do tarugo A0 e do produto extrudado Af O dimetro do
crculo circunscrito DCC que o dimetro do
menor crculo no qual se inscreve a seo transversal.
A complexidade da extruso medida pela relao entre o permetro da
seo do produto extrudado e a rea da seo transversal.
Esta relao denominada fator de forma
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Parmetros Fsicos
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;
- Da temperatura, e
- Da velocidade de extruso.
A fora de extruso pode ser estimada pela frmula:
Os valores de k so dados na figura abaixo, para o campo usual
de
temperaturas.
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Fluxo do metal
O fluxo do metal determina a qualidade e as propriedades
mecnicas do produto final.
O fluxo do metal comparvel ao escoamento de um fluido num canal.
Os gros tendem a alongar-se formando uma estrutura com orientao
preferencial. O fluxo inadequado pode causar inmeros defeitos.
A tcnica de observao do fluxo consiste em seccionar o tarugo ao
longo de seu comprimento e marcar uma das faces com um
quadriculado. As duas metades so ento colocadas juntas na cmara e
extrudadas. Aps a extruso as partes so novamente separadas para
exame.
Na figura abaixo pode ser observado o resultado desta tcnica,
para trs situaes tpicas da extruso direta para matriz quadrada
(ngulo da matriz de 900).
Observe as zonas mortas nas figuras b) e c), onde o metal fica
praticamente estacionrio nos cantos. A situao similar ao escoamento
de fluido num canal com cantos vivos e curvas.
Velocidades As velocidades do pisto podem chegar at 0,5m/s.
Geralmente, velocidades menores so recomendadas para o alumnio,
magnsio e cobre, e velocidades mais altas para aos, titnio e ligas
refratrias.
Tolerncias As tolerncias na extruso esto na faixa de 0,25 - 2,5
mm e aumentam com as dimenses da seo transversal.
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feita em temperatura elevada para ligas que no tenham
suficiente
ductilidade a temperatura ambiente, de forma a reduzir as
foras
necessrias.
Caractersticas
A extruso a quente apresenta alguns problemas como todo o
processo de
alta temperatura:
O desgaste da matriz excessivo. O esfriamento do tarugo na cmara
pode gerar deformaes no
uniformes. O tarugo aquecido coberto por filme de xido que afeta
o
comportamento do fluxo do metal por suas caractersticas de frico
e pode gerar um produto de pobre acabamento superficial.
Projeto de Matrizes e Materiais
No desenvolvimento do projeto deve-se procurar simetria da seo
transversal, evitar cantos vivos e mudanas extremas nas dimenses
dentro da seo transversal.
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Materiais para ferramentas
Os materiais para matrizes de extruso a quente so usualmente aos
ferramenta para trabalho a quente. Revestimentos como zircnia podem
ser aplicados para prolongar a vida das matrizes, especialmente em
matrizes para produo de tubos e barras.
Lubrificao
Importante na extruso a quente. O vidro excelente lubrificante
para ao, ao inox, metais e ligas para altas temperaturas. Vidro
pulverizado sobre o tarugo reduz a frico da interface
cmara-tarugo.
Para metais com tendncia a aderir parede da matriz, pode-se usar
um revestimento fino de metal macio e de baixa resistncia, como
cobre ou ao doce. O procedimento denominado jaquetamento ou
enlatamento. Alm de formar uma superfcie de baixa frico o tarugo
fica protegido contra contaminao do ambiente, e vice-versa no caso
de material txico ou radioativo.
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Desenvolvida nos anos 40 o processo que combina operaes de
extruso direta, indireta e forjamento. O processo foi aceito na
indstria particularmente para ferramentas e componentes de
automveis, motocicletas, bicicletas, acessrios e equipamento
agrcola.
O processo usa tarugos cortados de barras laminadas, fios ou
chapas. Os tarugos menores que 40 mm de dimetro so cisalhados e tem
suas bordas ajustadas por retificao. Dimetros maiores so usinados a
partir de barras, com comprimentos especficos.
Embora componentes extrudados a frio sejam em geral mais leves,
fabricam-se componentes de at 45 kg e com comprimentos de at
2m.
Vantagens em relao extruso a quente
Melhores propriedades mecnicas resultantes do encruamento, desde
que o calor gerado pela deformao no recristalize o metal;
Controle das tolerncias, requerendo pouca ou nenhuma operao
posterior de acabamento;
Melhor acabamento superficial, devido em parte pela no existncia
de camada de xido, desde que a lubrificao seja eficiente;
Taxas de produo e custos competitivos com outros mtodos. Algumas
mquinas so capazes de produzir mais de 2.000 peas por hora.
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Desvantagens A magnitude da tenso no ferramental de extruso
muito alta, especialmente para trabalhar peas de ao. A dureza do
puno varia de 60 a 65 HRc e a da matriz de 58 a 62 HRc.
Extruso por Impacto
similar a extruso indireta e frequentemente includa na categoria
da extruso a frio. O puno desce rapidamente sobre o tarugo que
extrudado para trs.
A espessura da seo extrudada funo da folga entre o puno e a
cavidade da matriz.
Produtos tpicos so mostrados na figura abaixo.
Incluem os tubos de pastas e assemelhados que so peas
descartveis. Podem-se obter dimetros de at 150 mm.
A maioria dos metais no ferrosos podem ser extrudados por
impacto, usando-se prensas verticais e taxas de produo de at duas
peas por segundo. O processo permite produzir sees tubulares de
paredes muito finas. Por esta razo a simetria da pea e
concentricidade do puno so fatores importantes.
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Dependendo das condies e do material extrudado podem ocorrer
vrios tipos de defeitos, que afetam a resistncia e qualidade do
produto final.
Os principais defeitos so:
Trinca superficial: ocorre quando a temperatura ou a velocidade
muito alta. Estas causam um aumento significativo da temperatura da
superfcie, causando trincas e rasgos. Ocorrem especialmente em
ligas de alumnio, magnsio e zinco, embora possam ocorrer em ligas
de alta temperatura. Estes defeitos podem ser evitados reduzindo-se
a velocidade de extruso e diminuindo a temperatura do tarugo.
Cachimbo: o tipo de padro de fluxo mostrado na figura c mostrada
anteriormente tende a arrastar xidos e impurezas superficiais para
o centro do tarugo, como num funil. Este defeito conhecido como
defeito cachimbo (ou rabo de peixe). O defeito pode se estender at
um tero do comprimento da parte extrudada e deve ser eliminado por
corte. O defeito pode ser minimizado alterando-se o padro de fluxo
para um comportamento mais uniforme, controlando a frico e
minimizando os gradientes de temperatura. Alternativamente o tarugo
pode ser usinado ou tratado quimicamente antes da extruso,
removendo-se as impurezas superficiais.
Trinca interna: o centro do tarugo pode desenvolver fissuras que
so conhecidas como trincas centrais, fratura tipo ponta de flecha
ou Chevron. O defeito atribudo tenso hidrosttica de trao na linha
central, similar situao da regio de estrico em um corpo em ensaio
de trao. A tendncia formao de fissuras centrais aumenta com o
crescimento da frico e da relao de extruso. Este tipo de defeito
tambm aparece na extruso de tubos.