EXTRUSÃO

 

O que é: na extrusão o material é forçado através de uma matriz, de forma similar ao aperto de um tubo de pasta de dentes.

  

Formas resultantes: Praticamente qualquer forma de seção transversal vazada ou cheia pode ser produzida por extrusão. Como a geometria da matriz permanece inalterada, os produtos extrudados têm seção transversal constante.

 

 

Características: dependo da ductilidade do material a extrudar o processo pode ser feito a frio ou a quente, em altas temperaturas. O produto é essencialmente uma peça semi-acabada.

  

Uso - produtos mais comuns: quadros de janelas e portas, trilhos para portas deslizantes, tubos de várias seções transversais e formas arquitetônicas. Produtos extrudados podem ser cortados nos tamanhos desejados para gerarem peças, como maçanetas, trancas e engrenagens. Em operação combinada com forjamento pode gerar componentes para automóveis, bicicletas, motocicletas, maquinário pesado e equipamento de transporte.

  

Materiais: Alumínio, cobre, aço, magnésio e chumbo são os materiais mais comumente extrudados.

 

 

TIPOS DE EXTRUSÃO

  

EXTRUSÃO DIRETA

 

No processo básico, denominado direto um tarugo cilíndrico é colocado numa câmara e forçado através de uma abertura de matriz através de um pistão hidráulico. A abertura da matriz pode ser circular ou de outro formato. A extrusão também pode ser indireta, hidrostática ou por impacto.

 

 

EXTRUSÃO INDIRETA

 

Também denominada reversa ou invertida: a matriz se desloca na direção do tarugo

 

 

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).

 

 

EXTRUSÃO HIDROSTÁTICA

 

O diâmetro do tarugo é menor que o diâmetro da câmara, que é preenchida por um fluido. A pressão é transmitida ao tarugo através de um pistão. Não há fricção nas paredes da câmara.

 

 

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.

 

PARÂMETROS GEOMÉTRICOS

 

Os parâmetros geométricos da extrusão são:

 

 

O diâmetro do círculo circunscrito DCC que é o diâmetro do menor círculo no qual se inscreve a seção transversal.

 

 

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.

Classes de extrusão oca

 

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:

 

 

Os valores de k são dados na figura abaixo, para o campo usual de temperaturas:

 

 

Outras variáveis do processo

 

Têm papel de influência no processo outras variáveis, entre as quais se destaca:

 

 

Fluxo do metal

 

O fluxo do metal determina a qualidade e as propriedades mecânicas do produto final.

 

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 900).

 

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.

  

Velocidades

 

As velocidades do pistão podem chegar até 0,5m/s. Geralmente, velocidades menores são recomendadas para o alumínio, magnésio e cobre, e velocidades mais altas para aços, titânio e ligas refratárias.

 

Tolerâncias

 

As tolerâncias na extrusão estão na faixa de 0,25 - 2,5 mm e aumentam com as dimensões da seção transversal.

 

 

EXTRUSÃO A QUENTE

 

É feita em temperatura elevada para ligas que não tenham suficiente ductilidade a temperatura ambiente, de forma a reduzir as forças necessárias.

 

 

Características:

 

A extrusão a quente apresenta alguns problemas como todo o processo de alta temperatura:

 

 

Algumas medidas preventivas podem sanar ou minorar o efeito dos problemas mencionados acima:

 

 

Campo de temperaturas para extrusão de vários metais:

 

 

EXTRUSÃO A QUENTE - PROJETO DE MATRIZES E MATERIAIS

 

Os materiais para matrizes de extrusão a quente são usualmente aços ferramenta para trabalho a quente. Revestimentos como zirconia podem ser aplicados para prolongar a vida das matrizes, especialmente em matrizes para produção de tubos e barras.

 

Lubrificação é importante na extrusão a quente. O vidro é excelente lubrificante para aço, aço inox, metais e ligas para altas temperaturas.

 

No processo Séjournet, uma pastilha de vidro é colocada na entrada da matriz. A pastilha atua como um reservatório de vidro fundido, que lubrifica a interface da matriz durante a extrusão. Vidro pulverizado sobre o tarugo reduz a fricção da interface câmara-tarugo.

Para metais com tendência a aderir à parede da matriz, pode-se usar um revestimento fino de metal macio e de baixa resistência, como cobre ou aço doce. O procedimento é denominado “jaquetamento” ou “enlatamento”. Além de formar uma superfície de baixa fricção o tarugo fica protegido contra contaminação do ambiente, e vice-versa no caso de material tóxico ou radioativo.

 

 Destacam-se como linhas gerais para um projeto adequado:

 

Procurar simetria da seção transversal, evitar cantos vivos e mudanças extremas nas dimensões dentro da seção transversal.

 

 

EXTRUSÃO A FRIO

 

Desenvolvida nos anos 40 é o processo que combina operações de extrusão direta, indireta e forjamento. O processo foi aceito na indústria particularmente para ferramentas e componentes de automóveis, motocicletas, bicicletas, acessórios e equipamento agrícola.

 

O processo usa tarugos cortados de barras laminadas, fios ou chapas.

 

Os tarugos menores que 40 mm de diâmetro são cisalhados e tem suas bordas ajustadas por retificação. Diâmetros maiores são usinados a partir de barras, com comprimentos específicos.

 

Embora componentes extrudados a frio sejam em geral mais leves, fabricam-se componentes de até 45 kg e com comprimentos de até 2m.

 

 

Vantagens em relação à extrusão a quente:

 

 

Desvantagens

 

 

EXTRUSÃO POR IMPACTO

 

É similar a extrusão indireta e freqüentemente incluída na categoria da extrusão a frio. O punção desce rapidamente sobre o tarugo que é extrudado para trás.

 

A espessura da seção extrudada é função da folga entre o punção e a cavidade da matriz.

 

 

Exemplos de produtos incluem os tubos de pastas e assemelhados que são peças descartáveis. Podem-se obter diâmetros de até 150 mm.

 

A maioria dos metais não ferrosos podem ser extrudados por impacto, usando-se prensas verticais e taxas de produção de até duas peças por segundo.

 

O processo permite produzir seções tubulares de paredes muito finas (relações de diâmetro / espessura da ordem de 0,005) Por esta razão a simetria da peça e concentricidade do punção são fatores importantes.

 

EXTRUSÃO DE TUBOS

 

Na extrusão de tubos um mandril é preso à extremidade do êmbolo, de modo a conformar o diâmetro interno do tubo. As dimensões da parede do tubo são determinadas pela folga entre o mandril e o orifício da matriz.

 

 

DEFEITOS DA EXTRUSÃO

 

Dependendo das condições e do material extrudado podem ocorrer vários tipos de defeitos, que afetam a resistência e qualidade do produto final.

Os principais defeitos são:

 

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 do metal 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.

 

 

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.