Nesta aula iniciaremosoplanejamento do processo para a extrusão a frio deum eixo escalonado. O número de estágios a ser utilizado e as dimensões das matrizes serão definidos utilizando-se os critérios mostrados neste texto. Para a realização deste projeto pode-se utilizar o ProE ou o SolidEdge. O único detalhe que não será determinado nesta aula é a interferência dimensional entreodiâmetroexternodonúcleoeodiâmetrointernodacarcaça,quedependeda pressão interna exercida durante a extrusão e dos limites de escoamento dos materiais utilizados na carcaça e no núcleo. Esse cálculo será realizado numa das próximas aulas.
Dados do processo: Matéria Prima: Barra de aço 4320, no estado recozido, diâmetro inicial: 13,49 mm (7/32 ) Produto: Eixo escalonado mostrado na Figura 1 AFigura 2apresenta um esquema demontagem deuma prensa hidráulica de quatro estágios utilizada industrialmente para o forjamento/extrusão a frio de eixos e que será usada neste projeto. Um conjunto de ferramentas empregado num dos estágios é mostrado na Figura 3. Deve-se sempre que possível utilizar o maior número de itens padronizados para a montagem do ferramental. Nesta aula (19/08/2010) deverão ser entregues os desenhos das peças obtidas em cada um dos estágios, com as dimensões calculadas segundo os critérios de projeto.
Figura 1 Eixo escalonado Obs.: As cotas horizontais referem-se sempre a diâmetros
Figura 2 Prensa hidráulica de quatro estágios Porta-matriz Peças conformadas Capas externas Capas intermediárias Matrizes e punções Capas internas Calços e fixadores relativos à peça conformada Calços Estágio de cisalhamento
Figura 3 Esquema de ferramental para um estágio de extrusão
Critérios para cálculo do número de etapas e da peça produzida em cada estágio: A Figura 4 apresenta as relações de dimensões associadas às deformações máximas que podem ser realizadas numa etapa em diversos processos de extrusão e forjamento a frio. Normalmente, o número de passes está limitado a três para uma mesma região do tarugo. Em alguns casos especiais, pode-se prever quatro extrusões. Um outro critério importante diz respeito à distância entre reduções de seção por extrusão num mesmo passe. Essa distância deve ser igual ou maior a uma vez o diâmetro extrudado na matriz anterior. Para se eliminar possíveis defeitos acumuladas nas sucessivas reduções por extrusão, a extremidade mais deformada pode ter seu comprimento acrescido do valor de um diâmetro, que será cisalhado no estágio de corte.
Figura 4 Critérios de deformação limite por passe na extrusão ou forjamento a frio Recalque livre Extrusão direta livre Extrusão direta guiada Extrusão inversa
Critérios para projeto das matrizes de extrusão: A Figura 5 apresenta os detalhes de um núcleo de matriz para extrusão direta livre a frio. O ângulo A pode ser assumido com os valores e critérios apresentados para as matrizes de trefilação. Figura 5 Detalhes de um núcleo de matriz para extrusão a frio livre
Critérios para projeto das matrizes de extrusão: AFigura6apresenta osdetalhesdeumnúcleodematrizparaextrusãodiretaguiada. Figura 6 Detalhes de um núcleo de matriz para extrusão a frio guiada
Critérios para projeto das matrizes de extrusão: A Figura 7 apresenta os critérios para o projeto de uma operação de extrusão inversa. Figura 7 Critérios para a extrusão inversa a frio
Critérios para projeto das matrizes de extrusão: A Figura 8 apresenta os critérios para o projeto de uma punção para extrusão inversa. Figura 8 Detalhes de um punção para extrusão inversa a frio
Critérios para projeto das matrizes de extrusão: O ângulo de trabalho (2A) apresenta uma faixa ideal em função do material a ser extrudado, da redução de seção no passe e das condições de lubrificação. A tabela a seguir apresenta alguns valores recomendados para esse ângulo em graus ecomvariaçãopermissível de±2 o Redução de seção no passe (%) Grupos de materiais a trefilar 1 2 3 4 5 6 7 5 a 8 14 12 10 9 8 7 6 8 a 12 16 14 12 11 10 9 8 12 a 16 18 16 14 13 12 11 10 16 a 25 21 18 18 16 15 14 12 25 a 35 24 22 20 19 18 17 15 35 a 45 22 20 18
Grupos de materiais a trefilar: 1. Alumínio, prata, ouro, chumbo e zinco 2. Cobreeligasdealumíniomacias 3. Ligas de alumínio duras, níquel e ligas de níquel-cromo 4. Latões, bronzes, alpaca, aços inoxidáveis e aços não ligados com teor de carbono menor que 0,4% trefilados com lubrificação úmida 5. Aços não ligados com teor de carbono menor que 0,4% trefilados com lubrificação seca 6. Aços não ligados com teor de carbono maior que 0,4% e aços ligados trefilados com lubrificação úmida 7. Aços não ligados com teor de carbono maior que 0,4% e aços ligados trefilados com lubrificação seca
Materiais para núcleos de matrizes de extrusão: Os fabricantes de metal duro recomendam algumas classes desse material para uso em núcleos de matrizes de extrusão em função do material a ser extrudado e da severidade do processo. A seguir são apresentadas cinco classes de metal duro em ordem crescente de tenacidade e decrescente de dureza e densidade. A princípio, são indicados para a trefilação, mas podem ser utilizados por analogia na extrusão. BF41 - IS0 K01-K05 núcleos para a trefilação dearames deaço e não ferrosos de um diâmetrodeaté0,8mm BF20 - K20 - núcleos para a trefilação de arames de aço e não ferrosos de um diâmetro de até 3,2 mm ou perfilados pequenos e simples, exclusivamente em não ferrosos. Mandris flutuantes pequenos. BF11- núcleosparaatrefilaçãodebarrasearames. B10C - G20 núcleos em perfis grandes ou formato irregular para aços moles. Mandris fixos de dimensões superiores a 40 mm e mandris cônicos. Matrizes para estiramento detubos,barrasepeças B15C - G30 máxima tenacidade.matrizes de estiramento e insertos grandes para fieiras montadas.