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TRABALHO FINAL
INSTITUTO POLITÉCNICO-Centro Universitário UNA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
TREFILAÇÃO DE TUBOS DE AÇO COM COSTURA
CURSO: Engenharia Mecânica / Barreiro – Noite – 8º período
Rodrigo Batista Ribeiro
Professor: Frank de Mello Liberato
1. RESUMO
O processo de trefilação é o mais utilizado na produção de fios barras e tubos. A região
mais importante de uma fieira é o ângulo de trabalho, região onde ocorre a redução da área da
secção transversal do fio. Este trabalho tem como finalidade apresentar o processo de trefilação de
Tubos de aço com costura.Os resultados mostram a influência da geometria da fieira e do
coeficiente de atrito nas tensões internas do fio trefilado.
2. INTRODUÇÃO
O processo de trefilação é um processo de conformação mecânica, atuante na região
plástica realizado a frio. Utiliza-se da plasticidade do material, ou seja, a capacidade do material
manter a forma assumida durante a ação de deformação, quando esta é superior ao limite de
elasticidade do material. Na trefilação o material de partida é conformado em uma ferramenta
convergente denominada fieira com uma abertura de diâmetro final menor que o diâmetro inicial,
tendo assim ocorrido uma redução de secção transversal e aumento de comprimento, além de se
obter um fio com dimensão, acabamento superficial e propriedades controlados
A análise do processo de trefilação compreende todas as variáveis de entrada tais como
material a ser trefilado, ferramenta (denominada fieira), as condições da interface fio/fieira, o
mecanismo de deformação do material na zona de trabalho, e as características de processamento
do equipamento. A interação das características de cada uma dessas variáveis entre si é objeto de
estudo da tribologia, que tem como objetivo estudar as formas de minimização do atrito entre
superfícies em movimento relativo, bem como o desgaste causado por esse atrito. Sendo este atrito
um dos principais fatores que afetam o processo de trefilação, pois limita a redução por passe,
pode causar aumento do desgaste da fieira além de causar tensões térmicas devido à distribuição
não-uniforme de temperatura.
2
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 EQUIPAMENTO PARA TREFILAÇÃO DE TUBOS
3.1.1 Fieira
A fieira tem um papel importantíssimo, pois além de realizar a deformação propriamente
dita no material, a sua geometria interna contribui diretamente na variação dos parâmetros de
trefilação tais como, o modo de deformação, a força necessária para deformação do material e o
atrito existente na interface fio/fieira. Ela deve ser fabricada com materiais que forneçam uma
estrutura de extrema resistência ao desgaste e resistência ao impacto. Geralmente são empregados
metal duro (carbeto de tungstênio), diamante (natural ou policristalino sintético) ou a combinação
destes materiais, e também alguns materiais cerâmicos (óxido de zircônio, carbeto de titânio).
A geometria interna da fieira é constituída de regiões distintas ao longo do orifício, como
mostrado na figura 1: região de entrada, região de redução, região de calibração e região de saída.
Figura 1. Regiões de uma fieira.
Uma das regiões da geometria interna da fieira mais importante é a região de deformação,
onde se define o ângulo de trabalho (2b), na qual é aplicado o esforço de compressão e onde o
atrito deve ser minimizado, reduzindo assim o desgaste da fieira. É nessa região que ocorre a
conformação, ou seja, acontece a redução da secção transversal do fio através da transformação de
uma parcela da tensão de tração em tensão de compressão.Além de realizar a deformação
propriamente dita, a região de deformação também contribui no direcionamento do lubrificante
3
carreado pelo fio para o interior da fieira, aumentando assim a quantidade de lubrificante na
interface, obtendo com isso uma redução do atrito entre o fio e a fieira. Outra região da geometria
interna da fieira de grande importância é a região cilíndrica de calibração, definida pelo
comprimento Hc. Essa região é responsável pela calibração da dimensão e do formato do fio
trefilado. E, além disso, auxilia a manutenção do lubrificante na interface fio/fieira, garantindo a
permanência do lubrificante na interface, reduzindo assim o atrito entre as superfícies envolvidas.
3.1.2 Plugue
O plugue pode ser cilíndrico ou cônico, tem a função de controlar o tamanho e a forma do
diâmetro interno, resultando numa produção de precisão dimensional.
Os plugues cônicos têm uma geometria semelhante à geometria do furo na matriz. De um
modo geral, o plugue consiste de uma região inicial cilíndrica seguida de uma região cônica
convergente e uma região cilíndrica posterior. No caso de plugues flutuantes, a geometria deve ser
tal que permita que as forças que agem sobre o mesmo encontrem um ponto de equilíbrio e
permitam que o plugues e posicione perfeitamente balanceado na região de deformação. A figura
2 mostra as forças atuantes sobre um plugue flutuante em ação. A pressão do tubo em deformação
agindo sobre o plugue gera a força p na região cônica de trabalho, enquanto o movimento relativo
entre o tubo e o plugue nesta mesma região gera a força F1de atrito, em sentido contrário ao
movimento do tubo. O movimento relativo entre o tubo e o plugue irá gerar, também, a força F2
na região cilíndrica posterior. A geometria deve ser tal que permita que:
Figura 2. Tipos de plugues usados na trefilação de tubos
3.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE TUBOS COM COSTURA
Técnicas de fabricação de metais são os métodos pelos quais metais e ligas são
conformados ou manufaturados para produzirem produtos. Elas são precedidas por refino, por
4
adição de elementos de liga e às vezes por processos de tratamento térmico que produzem ligas
com as características desejadas (CALLISTER, 1999). Os tubos de aço podem ser fabricados, em
geral, por dois processos: com ou sem costura. A denominação tubo de aço “com costura” vem de
muito tempo atrás, quando o processo utilizado para a soldagem era o de baixa frequência (50 ou
60 Hz), o que dava ao material um aspecto de “costurado”. Hoje o processo é realizado com solda
longitudinal por alta frequência (HFIW), chegando-se em alguns casos até 450 kHz. Das inúmeras
vantagens dos tubos com costura, destacam-se os menores preços, a maior disponibilidade de
produtos, menor tempo de fabricação e melhor acabamento superficial (SETTON e SENATORE,
2004).
O processo de fabricação dos tubos de aço com costura trefilados pode ser dividido em
nove etapas, como ilustra a Figura 3.1. Cada uma dessas etapas será descrita como segue.
Figura 3 - Fluxograma de fabricação de um tubo trefilado.
3.3 MATÉRIA PRIMA
3.3.1 Obtenção do aço
O ferro e muitas de suas ligas constituem cerca de 90% de toda a produção mundial por ser
um metal barato com notáveis propriedades, e depois do alumínio, muito abundante. O ferro por si
só é usado somente para poucas aplicações relativamente especiais. Grande parte deste é usado na
forma de Ferro-Carbono, que são ligas de ferro e carbono com pouca quantidade de outros
elementos – os aços (SMITH, 1993).
A maior parte dos produtos utilizados à base de aço está disponível para processamento na
forma de chapas, que por sua vez são obtidas através da laminação de lingotes de aço. As etapas
básicas envolvidas na produção dos aços são descritas a seguir por Smith (1993): 1 - Redução do
minério de ferro (principalmente óxidos de ferro) ao ferro derretido (ferro-gusa). Nesse processo,
5
o coque (carbono) age reduzindo o minério de ferro no alto forno para produzir ferro contendo de
3 a 4,5% C, segundo a reação:
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3 CO2
Como a maioria dos aços usados atualmente contém menos do que 1% C, o carbono em
excesso deve ser removido do ferro gusa para convertê-lo em aço.
2 - Processo de Fabricação. No processo de fabricação do aço em alto-forno, o carbono
em excesso no aço é reduzido ao nível desejado através da oxidação controlada de misturas de
ferro gusa e ferro ou sucatas de aço. Os dois principais processos de fabricação em alto-forno
usados são (a) fornalha básica de oxigênio e (b) fornalha com arco elétrico. Aços-ligas são
produzidos adicionando-se manganês, cromo, níquel, molibdênio, vanádio, etc., no aço ainda no
estado líquido durante ou depois do processo de remoção do carbono.
3 - Fundição. Uma vez que foi atingida a composição desejada do aço, ele é vazado ou
despejado do forno conversor (fornalha de fabricação do aço) a um largo recipiente denominado
"panela". Às vezes, são adicionados elementos de liga ou desoxidantes, como o alumínio ou ferro-
silício ao aço derretido na panela para ajuste da composição química do aço ou para se remover
oxigênio gasoso. O aço é então despejado em moldes retangulares de lingotes ou vazado em um
distribuidor para a fundição contínua do aço.
4 - Laminação. A maioria dos lingotes é reaquecida a uma temperatura alta (inferior à
temperatura de fusão de todos os constituintes do aço), e mantidos nesse patamar para uniformizar
o aquecimento. Os lingotes reaquecidos são então laminados a quente ou forjados até a sua forma
desejada. Continuamente, aço derretido pode ser fundido (incorporado) à forma forjada semi-
acabada.
Na laminação a quente, é necessário que o aço seja aquecido a uma temperatura em que o
ferro esteja na forma de austenita, tipicamente acima de 1200 ºC (GUTHRIE e JONAS, 2000).
Isso permite que sejam realizadas grandes reduções (de 250 mm para 2 mm, por exemplo), pois o
aço se torna muito maleável e plástico. O trabalho a quente deve ser finalizado a uma temperatura
levemente acima da temperatura de recristalização, de forma que um tamanho de grão reduzido
seja obtido logo antes do resfriamento ocorrer. Smith (1993) destaca que os efeitos da laminação a
quente dos lingotes podem ser resumidos como segue:
1 - A laminação a quente quebra a estrutura colunar grosseira dos lingotes fundidos.
2 - A laminação a quente homogeneíza a segregação dendrítica que ocorre durante a
fundição.
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3 - Nos aços efervescentes, as bolhas acabam sendo juntadas (“soldadas”). Em todos os
aços a porosidade é eliminada.
4 - Inclusões não-metálicas são despedaçadas e alongadas na direção de laminação,
causando assim propriedades direcionais nos produtos laminados. A resistência é maior na direção
de laminação.
5 - Se a temperatura final é próxima da temperatura de recristalização, o refinamento de
grão será obtido.
As bobinas laminadas a quente possuem uma cor escura e estão menos susceptíveis à
oxidação. Os tubos produzidos com esse material podem ser armazenados e transportados em
condições normais até mesmo a céu aberto (por pouco tempo) sem ter sua qualidade prejudicada
(TOBECHERANI, 2007).
3.3.2 Classificação dos Aços
A classificação dos aços pode se dar em função de diferentes sistemas, dentre outros a sua
composição química (tais como: ao carbono, microligados, inoxidáveis), microestrutura (ferrítica,
perlítica, martensítica) e modo de obtenção (laminado a quente ou a frio).
Para Pannoni (2007) os aços-carbono podem ser divididos em:
1 - Aços de baixo teor de carbono, com Carbono (C) < 0,3%, são aços que possuem grande
ductilidade, bons para o trabalho mecânico e soldagem (construção de pontes, edifícios, navios,
caldeiras e peças de grandes dimensões em geral). Estes aços não são temperáveis;
2 - Aços de médio carbono, com 0,3 < C < 0,7%, são aços utilizados em engrenagens,
bielas, etc.. São aços que, temperados e revenidos, atingem boa tenacidade e resistência;
3 - Aços de alto teor de carbono, com C > 0,7%. São aços de elevada dureza e resistência
após a tempera, e são comumente utilizados em molas, engrenagens, componentes agrícolas
sujeitos ao desgaste, pequenas ferramentas, etc.. Os aços geralmente usados na produção dos tubos
com costura são os de baixo carbono, devido ao seu baixo custo e sua boa soldabilidade. Estes,
geralmente contêm entre 0,3 e 0,8 % de manganês, que reduz a formação de óxidos e de sulfetos
de ferro.
Este último se forma nos contornos de grão, sendo mais frágil e de menor ponto de fusão
que o sulfeto de manganês, pode provocar fratura frágil durante o trabalho a frio 8 ou a quente do
aço. O manganês ainda aumenta a tensão limite de escoamento, refinando a perlita e a
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endurecendo através de solução sólida (SMITH, 1993). Já os aços microligados, como o DIN
17100 RRSt-52.3, são especificados não só pela sua composição química, mas pela sua resistência
mecânica. São desenvolvidos a partir dos aços de baixo carbono com pequenas adições de Mn (até
2%) e outros elementos em níveis muito pequenos. Estes aços apresentam maior resistência
mecânica que os aços de baixo carbono idênticos, mantendo a ductilidade e a soldabilidade, e são
destinados às estruturas onde a soldagem é um requisito importante, assim como a resistência
(PANNONI, 2007).
3.3.3 Corte das bobinas
As chapas, que servem de base para a formação do tubo, são fornecidas em bobinas com
largura padrão, e por isso, devem ser cortadas em “fatias” ou “tiras” da largura que corresponda ao
perímetro do diâmetro externo do tubo a ser fabricado. Para esta operação, são usados
equipamentos chamados “Slitter” que cortam por cisalhamento a bobina em várias tiras, conforme
mostra a Figura 3
Figura 3 -Corte das bobinas na Slitter. (Andrade, 2007)
3.3.4 Acumulador
Grande parte dos fabricantes de tubos de aço com costura trabalha com o processo
contínuo. Assim, o final de uma tira é soldada ao início de uma nova tira. Para que não haja
interrupções de produção, até que esta soldagem seja feita, é necessário que parte da tira seja
armazenada em um acumulador, permitindo que a produção siga enquanto se efetua a soldagem
das fitas.
3.3.5 Formação do tubo
8
Depois de cortadas, as chapas estão prontas para servirem como matéria prima para as
formadoras, que darão a forma ao tubo por meio de dobramentos sucessivos, como mostrado na
Figura 4. O correto alinhamento das matrizes na conformação da tira é um fator crítico para a
obtenção de uma boa soldagem.
Figura 4 - Esquema de formação de um tubo.
3.3.6 Soldagem
Após as etapas de conformação da chapa, o tubo quase formado passa pela etapa de
soldagem. Nesta etapa, faz-se o uso de soldagem por alta freqüência (HFIW) que é um processo
que promove a fusão localizada das bordas da chapa através da aplicação de energia de
radiofreqüência sobre a área a ser unida. Quando devidamente executada, a solda resultante é tão
resistente quanto os materiais originariamente empregados (BRACARENSE, 2007).
Basicamente, a soldagem ocorre devido a dois efeitos:
1 – Aquecimento: Um gerador de correntes de alta freqüência é colocado de forma a
induzir campos elétricos sobre a região a ser soldada. O processo consiste em sujeitar as partes a
serem soldadas a estes campos elétricos de alta freqüência, que normalmente é aplicado entre duas
partes metálicas. O campo elétrico dinâmico promove a oscilação de moléculas nos materiais.
Dependendo de sua geometria e de seu momento dipolar, estas moléculas irão transformar
parte deste movimento oscilatório em energia térmica, causando o aquecimento do material. Este
aquecimento promoverá um amolecimento instantâneo dos materiais. A medida desta interação é o
fator de rendimento, dependente da temperatura e da freqüência. Como o aquecimento é causado
por rápidas alternâncias de campos elétricos gerados pela corrente de alta freqüência, é necessário
que os materiais possuam certas propriedades específicas. Isto significa que somente alguns
materiais podem ser soldados.
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3.3.7 Corte dos tubos
Como os tubos são feitos em um processo contínuo, torna-se necessário que os mesmos
sejam cortados em comprimentos definidos. Existem muitos equipamentos que se destinam a
cortar os tubos, como corte por serras, facas, laser, sendo que o primeiro é o mais comum. Neste,
os principais parâmetros a serem levados em conta são o tipo de material a ser cortado (dureza) e o
número de dentes da serra. Poucos dentes podem reduzir a produtividade e causar vibração. Já
muitos dentes podem fazer com que parte do material fique caldeado nos dentes, causando quebras
prematuras (BANISH, 2007).
3.3.8 Tratamento Térmico
Segundo Chiaverini (2002, p. 81), “tratamento térmico é o conjunto de operações de
aquecimento e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições controladas de
temperatura, tempo, atmosfera, velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas
propriedades ou conferir-lhes características determinadas”.
As propriedades dos aços dependem, em princípio, de sua estrutura. Os tratamentos
térmicos modificam, em maior ou menor grau, a estrutura dos aços, resultando, em alterações mais
ou menos pronunciadas em suas propriedades (CHIAVERINI, 2002).
Para o caso específico dos tubos de aço com costura trefilados, torna-se necessário efetuar
um tratamento térmico para que o aço adquira novamente sua ductilidade após ter sido
conformado, e para que possa ser deformado na trefilação sem fraturar. Para tanto, é comum o uso
do tratamento de normalização, onde o aço é aquecido acima da sua temperatura de austenitização
e em seguida, resfriado ao ar. Este processo resulta em uma microestrutura mais refinada, com
melhor homogeneização dos grãos, notada principalmente na ZTA, onde ocorreu a soldagem do
tubo.
No estado normalizado, a ferrita primária é mais refinada graças ao tipo de resfriamento
usado. A taxa de nucleação dos cristais de ferrita é maior quanto menor for a temperatura de
transformação da austenita em ferrita.
Pode-se notar que o resfriamento mais rápido permite menor formação de ferrita, o que
significa que mais perlita estará presente. Esta perlita formada a temperaturas mais baixas é ainda
mais dura e refinada, o que explica porque um aço normalizado é mais duro que um recozido
(BROOKS, 1996).
10
3.3.9 Tratamento Químico
Como em todo processo de conformação, a lubrificação também tem um papel importante
na trefilação. Sua principal função é diminuir o desgaste e o atrito entre as ferramentas e a peça,
aumentando a vida útil das fieiras e mandris usados na trefilação. As características necessárias
para um bom lubrificante são listadas por Button (2005):
• Um baixo coeficiente de atrito;
• Garantir a completa separação das superfícies da matriz e do material trefilado;
• Ser resistente ao calor;
• Favorecer o bom acabamento superficial do produto trefilado;
• Ser limpo;
• Ser facilmente aplicável;
• Resistir à pressão de deformação;
• Ser facilmente removível;
• Finalmente não deve causar problemas de saúde ou ambientais.
Em processos de deformação a frio, geralmente a lubrificação é representada pelas
camadas de fosfato (de zinco ou magnésio) adicionadas ao metal e associadas a um sabão de
estearato de sódio ou cálcio. Um fluxograma desse processo é apresentado na Figura 3.8. O sabão
reage com o fosfato para formar uma camada de estearato de zinco (ou magnésio). A qualidade da
camada depende dos parâmetros físicos e químicos dos banhos, tais como acidez, temperatura,
concentração e tempo de imersão (CAMINAGA, 2007).
3.3.10 Trefilação
Trefilação é um processo que consiste em puxar o metal através de uma matriz
(denominada fieira) por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída da matriz. Podem ser
produzidos assim tubos, vergalhões, arames e fios (AL-QURESHI, 1996). Dentre as vantagens da
trefilação em tubos de aço, podem-se citar:
• Excelente acabamento superficial;
• Grande precisão dimensional;
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• Aumento das propriedades mecânicas como limite de escoamento, limite de resistência e dureza,
com decréscimo do alongamento.
Na Figura 5 Button (2005) traz um esquema do processo de trefilação, destacando-se os seguintes
pontos:
Figura 5 - Passagem do tubo através da fieira.
Área 1 – zona plástica relativa ao comportamento plástico do material a conformar. Com a
teoria da plasticidade e a idealização inicial do material, pode-se determinar as tensões, as
deformações e o modo de escoamento do material. Baseado nessas informações pode-se
determinar as distribuições de temperatura em diversos locais como função do tempo de processo.
A análise metalúrgica permite a avaliação do material sob o ponto de vista microscópico
(anisotropia, textura);
Área 2 – representa as características da matéria-prima, ou seja, antes da deformação
iniciar, que afetam o comportamento do material na zona de deformação e as propriedades do
produto obtido. Além da composição química, as propriedades mecânicas bem como a estrutura
cristalina, a textura e a microestrutura (tamanho de grão e distribuição e tamanho de partículas de
segunda fase) são importantes fatores de influência. Também são importantes a qualidade
superficial e o tratamento de superfície anterior ao processo de conformação;
Área 3 – representam as características do produto conformado, principalmente as
propriedades mecânicas e superficiais e sua qualidade dimensional e geométrica. Essas
características definirão o uso desse produto após a conformação;
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Área 4 – considera a região de fronteira entre o material a conformar com um
comportamento elasto-plástico e a ferramenta de comportamento elástico. Essa área representa
todos os fenômenos relacionados com o atrito, a lubrificação e o desgaste;
Área 5 – representa as ferramentas de conformação e relaciona-se com o dimensionamento
e os materiais dessas ferramentas, sua disposição e movimento relativo que interagindo com o
equipamento de conformação, definirá a qualidade dos produtos;
Área 6 – representa a interação do material a conformar e do produto com o meio-
ambiente, exemplificado principalmente pela oxidação nos processos a quente;
Área 7 – representa o equipamento de conformação, que deve apresentar potência
suficiente para a execução do processo, permitir a montagem e movimentação das ferramentas e
garantir a qualidade dos produtos com uma rigidez adequada;
Área 8 – representa o ambiente que envolve o processo de conformação, como
equipamentos e processos auxiliares, como também a organização da produção na fábrica.
3.3.11 Fórmulas dos esforços no processo de trefilação de tubos.
Existem diversos métodos teóricos e empíricos desenvolvidos para o estudo da
conformação, em especial da trefilação. Um método será tanto mais preciso quanto mais parcelas
de energia forem consideradas durante o cálculo. Num processo de conformação, apresentam-se
três parcelas de energia (DIETER, 1988):
UT= Up + Ua + Ur
onde:
UT = Energia total;
Up = Energia uniforme ou de deformação homogênea, relacionada com a modificação das formas
e/ou dimensões do corpo metálico;
Ua = Energia de atrito, relativa à interação existente entre as superfícies da peça trabalhada e das
ferramentas;
Ur = Energia redundante, relacionada às mudanças na direção de escoamento do material durante
sua conformação.
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Dessas três parcelas, as duas últimas não contribuem para a qualidade do produto final e
dependem diretamente da qualidade e da geometria das ferramentas empregadas, bem como das
características de lubrificação utilizada. Para a trefilação sem mandril, utilizando-se o método da
divisão e equilíbrio de elementos, também denominado “slab method” ou método de Sachs,
considera-se o atrito entre o tubo e as ferramentas, bem como a geometria das ferramentas, porém
só como fator geométrico e não como influente na energia de trabalho redundante (Figura 3.10).
Sachs e Baldwin (1946) apud Dieter (1988) investigaram as tensões envolvidas nesse
processo, assumindo que a espessura do tubo permanece constante. Sendo assim, a tensão de
trefilação é expressa por:
A redução de área ocorrida na trefilação expressa pela equação abaixo, fornece uma
indicação de quanto o material será deformado durante o processo.
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Em geral, para trefilação de tubos sem mandril, por causa do alto cisalhamento interno na
entrada e saída da matriz, o trabalho redundante é maior, o que diminui a máxima redução de área
em comparação com outros processos (DIETER, 1988).
Figura 6 - Esquema de variáveis na trefilação sem mandril.
No limite, quando a tensão de trefilação se iguala à tensão de escoamento do material de
saída ( σtref = σe ), obtemos a redução máxima de área ( rmáx ). Em uma primeira estimativa, a
máxima redução ocorre quando σtref = σ m , assim:
Com isso, a tensão de escoamento do material de saída, é dada por σ = Kε n no ponto de
deformação obtido acima. Uma melhor estimativa para a redução máxima é feita quando a tensão
de trefilação é igual à tensão de escoamento máxima do material de saída. Assim,
15
Analisando o limite de trefilação agora por um modelo examinado por Backofen (1969)
apud Smith (1988), a tensão de trefilação real desenvolvida no processo de trefilação pode ser
descrita como:
O valor de η corresponde à eficiência do processo, onde se leva em conta as perdas em
função do atrito e do trabalho redundante.
A Figura 7 ilustra um esquema das curvas de escoamento do material, da tensão de
trefilação ideal e da tensão de trefilação real.
Como para o caso anterior, no limite, quando a tensão de trefilação se iguala à de
escoamento do material de saída, temos o limite de redução ( εmáx na Figura 3.11).
Sendo assim:
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Figura 7 – Curvas de desenvolvimento do limite de trefilação.
4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS
Para o estudo do comportamento do tubo de aço em suas etapas de fabricação, foi
selecionado, o SAE 1012 laminado a quente. Conforme propriedades químicas na figura 8.
Figura 8 - propriedades químicas do aço SAE 1012
O valor do ângulo de redução das fieiras é de 16º (α = 8º) e o coeficiente de atrito entre
parede da fieira e tubo para lubrificante a base de sabão, segundo Button (2005), é de 0,05. Assim,
o valor do parâmetro B vale: B = µ cot α = 0,356.
Para achar a máxima redução segundo o modelo de Sachs, e sendo B = 0,356, numa
primeira estimativa, temos para o SAE 1012 que a tensão de escoamento do material de saída é:
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Sabendo que esta é a máxima tensão admissível para a trefilação, então:
Segundo o modelo de Backofen, como temos um coeficiente de encruamento levemente
diferenciado para os aços (0,127 para o SAE 1012), estes provocam uma pequena diferença na
redução máxima:
E por fim, deve-se calcular a força e a potência desenvolvida no processo para o caso dessa
máxima redução, a fim de verificar se aquelas se encontram dentro da capacidade da máquina de
trefilação. No caso do SAE 1012, adotando-se o critério de redução mais conservador, que é de
60%, no limite, quando σtref = σe , lançando-se o valor da máxima deformação verdadeira na
equação do escoamento, obtemos:
como Ao vale 302 mm², temos que Af = 121 mm². Logo, a força para trefilação é de:
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e como a velocidade é de 40m/min (0,667 m/s), a potência vale:
Estes cálculos são importantes, pois mostram que para uma máquina trefiladora com
capacidade para processar o tubo, deve este fator ser levado em conta durante o planejamento de
um produto trefilado.
5. CONCLUSÃO
Ao analisar os modelos de cálculos de tensões de trefilação pelos dois modelos, percebeu-
se uma diferença no que diz respeito à redução máxima permitida por cada um. Pelo modelo de
Backofen, que leva em conta a eficiência do processo como um todo, e não somente os parâmetros
de atrito constante e geometria utilizados por Sachs, a redução máxima permitida é menor. Pode-
se adotar este modelo quando se queira um maior fator de segurança nos cálculos dos esforços de
trefilação.
Como se viu, o processamento dos tubos de aço, desde a sua formação até a trefilação
pode ser otimizado quando os parâmetros de processo são conhecidos e as variáveis identificadas
e qualificadas.
8 REFERÊNCIAS
[1] AL-QURESHI, H. A. Introdução aos processos de conformação mecânica dos metais. São
José dos Campos, 1996.
[2] ASTM A370. Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel
Products. American Society for Testing and Materials, 1997.
[3] BANISH, A. Selecting a tube cutting process. Disponível em <www.thefabricator.com
/TubePipeFabrication/TubePipeFabrication_Article.cfm?ID=9 97> . Acesso em: 14 setembro
2007.
19
[4] BRACARENSE, A. Q. Soldagem por alta freqüência - high frequency welding (HFW). Belo
Horizonte: UFMG, 2007. 19 p.
[5] BRESCIANI Filho, E. (Coord). Conformação plástica dos metais. 4. ed. Campinas: Ed. da
Unicamp, 1991.
[6] BUTTON, S. T. Conformação Plástica dos Metais. Campinas: UEC, 2001.
[7] CALLISTER, Jr., W. Materials Science and Engineering: An Introduction; 5.
ed. Ed. New York: J. Wiley, 1999.
[8] CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. 7.ed., São Paulo: Associação Brasileira de Metais,
2002. 576 p.
[9] DIETER, G. E. Mechanical Metallurgy. London: McGraw-Hill, 1988. 751p.
[10] GUTHRIE R. I. L.; JONAS, J. J. ASM Handbook Properties and Selection: Irons Steels and
High Performance Alloys: American Society of Materials - ASM, 2000, v. 1. pp. 287 – 288.48
[11] PANNONI, F. D. Aços estruturais. Disponível em <www.cbcaibs.org.br/downloads
/apostilas/Aços_estruturais.pdf> . Acesso em: 15 julho 2007.
[12] SMITH, W. F. Structure and Properties of Enginnering Alloys, 2. ed. New York: McGraw-
Hill, Inc, 1993. 672 p.