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Thomas Castanho Quintanilha
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TREFILAÇÃO: Prof. Dr. Ronald Lesley Plaut PMT/EPUSP rlplaut@usp.

1 TREFILAÇÃO: Prof. Dr. Ronald Lesley Plaut PMT/EPUSP - materiais e processos tradicionais- barras, arames e tubos - novas tendências: materiais / processos / simulação(fem) e otimização de processos(rna,msr) Janela Operacional

br - materiais e processos tradicionais- barras, arames e

2 - materiais e processos tradicionais- barras, arames e tubos Variáveis no processo de conformação mecânica dos materiais Simulação e modelamento Tensões / deformações no trefilado

3 Trefilação de arames/ aço

5 Trefilação de barras mecânicas hidráulicas

6 Tensão(relativa) de trefilação e semi-ângulo da fieira Int J Mater Form (2010) 3: Tensão trefilação Tensão deformação na trefilação: r ~20 % por passe Barras: 6 o < semi-ângulo < 10 o Arames : 2 <semi-ângulo < 5 o

7 Dureza HV5 em função do ângulo da feira, redução de área e distância do centro da barra

8 Tensões atuantes /Diagramas operacionais / Geometrias / Finalidades especiais tensões atuantes σ tref / σ def -inclusões -óxidos danos shaving descascamento

9 Heterogeneidades na deformação na trefilação chevron marks / marcas de sargento

10 Heterogeneidades na deformação - trefilação

11 Mecânica dos danos( internos) damage mechanics ângulo da matriz(α), redução (r) e atrito (μ). ângulo da matriz(α), marca de sargento / deformação é heterogênea comprimento de contato / aquecimento do arame fratura danos

12 axial Tração na superficie Janela Operacional radial Compressão em toda seção transversal FEM tens. resid.= f ( red., ang., atrito ) tangencial Tração na superficie Método da Superficie de Resposta - MSR

13 EVOLUÇÃO DAS DEFORMAÇÕES - SEQUÊNCIAS ALTERNATIVAS non-circular drawing sequence -NCD convencional POSSIBILITA MAIORES E MAIS UNIFORMES DEFORMAÇÕES ( MELHORA A ESFEROIDIZAÇÃO -AÇO MEDIO C - NO T.T. POSTERIOR)

POSSIBILITA MAIORES E MAIS UNIFORMES DEFORMAÇÕES (

14 Tensões residuais (tangenciais e axiais em barras) Método para minimizar a tensão residual em barras Tração na superfície!

15 Defeitos Superficiais ( evolução)

16 EVOLUÇÃO DE TRINCAS SUPERFICIAIS ( FEM) remoção 1- defeitos superficiais ( riscos e trincas transversais) influem no desempenho final do trefilado ( ex. resist à fadiga) 2- trincas em U se forem de pequena profundidade, podem ser removidas/eliminadas durante a trefilação sequencial 3- riscos ou dobras longitudinais são mais dificeis de serem removidas 4- procurar remover os defeitos superficiais antes da trefilação

resist à fadiga) 2- trincas em U se forem de pequena profundidade, podem ser removidas/eliminadas

17 Multi objetivos: Otimizar: força, desgaste, estricção,..

18 Matrizes pré-tensionadas:

19 Efeito de deformação severa (elevada ) -aços medio e alto C <110> 0,1µm Espaçamento lamelar TG discordâncias alinhamento anisotropia! perlita globular dissolução da cementita C da cementita é difundido para as discordancias na ferrita

20 Novos desenvolvimentos - processos SPD- Severe Plastic Deformation refino microestrutural (nanogrãos- por n- ciclos) aumento de : dureza, resist. mecânica, tenacidade, limite de fadiga continuous combined drawing and rolling (CCDR) patent ES refino microestrutural nanogrãos Equal Channel Angular Extrusion / Pressing (ECAE or ECAP), nanogrãos -alta deformação com a seção transversal permanecendo aprox. Constante ( ou não) -intenso cizalhamento interno ( por n-ciclos )

mecânica, tenacidade, limite de fadiga continuous combined drawing and rolling (CCDR) patent ES-2002-01163 refino

21 Trefilação de tubos sinking Plug fixo mandril Plug flutuante

23 heterogeneidades:

24 não-homogeneidade nas prop. Mecânicas em tubos trefilados Procure manter constante: D1/d1 = D2/d2 tração Avaliação de σ resid em tubos tensões tangenciais {em ligas de cobre: cuidados com fragilidade ao H 2 e a corrosão sob tensão(de tração) }

25 Heterogeneidade das tensões e das deformações Evolução da rugosidade com a redução interno externo

26 Trefilação Ultrasônica (US) convencional US axial (AUD) US- radial (RUD) -Objetivos: ( ~20%) F tref, tensão escoamento, atrito, acabam. superf. e precisão final -Oscilação ultra-sônica na matriz: 20kHz a 1 MHz. Amplitude da vibração : 7 a 10 µm. V tref : 1 a 10 m/min

27 trefilação sem fieiras trefilação a quente ( barras ou tubos) para ligas convencionais e para as ligas de baixa deformabilidade a frio ( ex.: aços ferramenta, Ligas Ti-Ni,- micro tubos, cateteres, capilares, geometrias complexas ) Requer controle preciso das : reduções, temperaturas, velocidades de conformação, e das forças aplicadas Requer modernos controles de processo tais como: -Redes Neurais Adaptativas, Logica Nebulosa pois é elevada a instabilidade durante o processamento. -Controles devem atuar em tempo real com a inspeção contínua e simultânea.

28 Evolução da microestrutura / textura em tubos trefilados /recozidos( ex: Al-Mg-Si- AA 6063) Materiais com textura são anisotrópicos nas propriedades mecânicas, elétricas e magnéticas

29 Novos materiais/ produtos/ geometrias e aplicações complexasex.: filamentos de supercondutores-resistividade é nula para T<T c -levitação magnética ( MagLev), resonância magnética Simulação: Inox/ cobre Inox( externo-bucha) Liga de Cobre(nucleo) objetivo Efeitos da: redução e alfa sobre as deformações

30 Trefilação Hidrodinâmica Com sabões Com óleos

31 Tubos capilares / tubos compostos Rugosidade! com plug sinking

32 Lubrificação: Atrito: Regimes de lubrificação Interfaces contorno BL misto ML hidrodinâmico HDL Stribeck µ = f ( T, vel., visc., p, R a ) 0,1 µm < esp lubrif < 3µm

33 Lubrificação - Características de um lubrificante (1) Manter inalteradas as condições de lubrificação a altas pressões e temperaturas; (2) Diminuir o atrito superficial até valores compatíveis com as necessidades do processo; (3) Dissipar eficazmente o calor gerado durante o processo de deformação, isto é, cumprir a missão dupla de lubrificante e agente refrigerante; (4) Impedir a adesão metálica entre a matriz e o metal processado; (5) Reduzir a transferência de metal entre a superfície do metal e a ferramenta; (6) Eliminar as partículas abrasivas (pós metálicos, escamas de óxidos, partículas formadas pela união-ruptura das soldas localizadas, etc.) da superfície de trabalho; (7) Manter condições aceitáveis de acabamento superficial e características metalúrgicas dos produtos acabados; (8) Não deixar resíduos ao ser tratado termicamente o material processado; (9) Ser de fácil remoção da superfície do produto nas operações de acabamento; (10) Não apresentar características tóxicas (vapores nocivos); (11) Possuir condutividade elétrica aceitável para assegurar o desaparecimento de cargas elétricas estáticas produzidas pelo atrito

34 Tipos mais comuns de lubrificantes Efeito da pressão Sêcos: Sabões (estearato de Ca: 24% Ca, 0,2%Al, 1,7%Ti, ou de Zn; Zn(C 18 H 35 O 2 ) (após a decapagem + água/lavagem a quente + cal ou bórax( Na 2 B 4O 7.xH 2 O) ( + fosfatização/aços o mesmo método como empregado no forjamento) Sólidos Minerais (MoS 2, grafita coloidal em água ou óleo) Úmidos : (deterioram com o tempo, instabilidade química, contaminam com facilidade) Água (tratada- atua como refrigerante e transporte de calor/impurezas) Óleos Minerais Puros Óleos e Ácidos Graxos Aditivos de extrema pressão(e.p.) Lubrificantes que não agridem o ambiente!

35 Conformação de tubos - OTIMIZAÇÃO Exemplo: emprego do FEM Método de Elementos Finitos e do - RSM- Método de Superficie de Respostas FEM Ovalização: Estabelecer Janela Operacional de modo que : < 10 % e < 8.4% Afinamento :

36 Material : aço C LE= 260 Mpa, LR = 450MPa Al. Tot = 21% 698 0,39 Fabricação FEM Tubo : 32 x 2.8 mm 120 o Variáveis : R matriz : ( 100, 80, 58 mm) R matriz / D tubo : 1.75 a 3.5 D tubo / t tubo : 8 a 16 RSM Desenho de Experimentos

37 Response Surface Method Desenho de Experimentos

40 OBRIGADO PELA ATENÇÃO! Novas tendências : Int J Mater Form (2013) 6: RNA/ RSM FEM

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