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.

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.

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).

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.