Trefilagem

Trefilagem, ou Trefilação, é o processo de fabricação de arame e barras finas de metal. É um processo industrial que acarreta na redução da seção transversal (largura) e respectivo aumento no comprimento do material. Consiste na Tração da peça através de uma matriz chamada fieira ou trefila, com forma de canal convergente.

Antiga máquina utilizada para produzir arame, mostrando várias fieiras

O processo de trefilação consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída da matriz. A maior parte do escoamento plástico é causada por esforços de compressão resultantes da reação do metal com a matriz. Geralmente a parte metálica apresenta simetria circular, embora isto não seja um requisito necessário.

Existem muitas aplicações para a trefilagem como produção de fios elétricos, cabos, clipes de papel, corda para instrumentos musicais e raio para rodas.

Da redução sucessiva de diâmetro de uma barra metálica maciça podem resultar barras, vergalhões e arames, dependendo do diâmetro do produto final.

Por outro lado, a trefilação pode também ser realizada em tubos ocos e, neste caso, existem diversas técnicas empregadas, com a utilização, ou não, de um mandril interno ao tubo que permite um melhor controle da espessura final.

Geralmente os processos de trefilação são realizados à temperatura ambiente; todavia, uma vez que as deformações envolvidas são normalmente grandes, ocorre um aumento considerável de temperatura durante a operação.

Máquina para trefilagem

Processos

Trefilação a Frio

Esse tipo de trefilação é usado para metais de rede CFC (Cúbico de Face Centrado). O fio é preparado de forma que se prenda na tarraxa da trefila, sendo então 'puxado'. A medida que o fio é puxado através da tarraxa, o seu volume permanece o mesmo, o diâmetro diminui e o seu comprimento aumenta. Geralmente, são usadas mais de uma tarraxa seguidas umas das outras, reduzindo sucessivamente o diâmetro.

No processo de trefilação, ocorre o encruamento do material. A deformação plástica provocada cria deslocações na estrutura cristalina que, ao interactuarem com as previamente existentes, oferecem resistência à sua propagação. Por esta razão, são necessárias tensões superiores para que a propagação das deslocações ocorra. Como consequência, a tensão de ruptura bem como a tensão de cedência aumentam, o que contribui para um aumento da resistência mecânica geral do fio.

A área de redução da seção transversal de fios finos varia entre 15 e 25% e fios grossos entre 20 e 45%. É importante que a tarraxa gire eventualmente deixando o fio deslizar com menos resistência a uma velocidade constante com o objetivo de não deixar que o fio agarre, o que poderia enfraquecer ou até mesmo quebrar o fio.

A velocidade em que o fio deve ser trefilado varia de acordo com o material e a dimensão da redução. O fato de 'puxar' o material sem aquecimento prévio, exige maior força da máquina. Logo, pode causar exaustão antecipada do equipamento e fadigas no metal. Pra diminuir os efeitos da exaustão, existe a lubrificação. Além de garantir mais durabilidade para as tarraxas, a lubrificação faz com que o acabamento da trefilagem fique melhor. A seguir, alguns tipos de lubrificação:

• Trefilação úmida: as fieiras e o fio ficam completamente imersos no lubrificante.
• Trefilação seca: o fio ou barra passa entre um reservatório de lubrificante em pó normalmente à base de cálcio ou sódio que é arrastado pelo fio ou barra para dentro da fieira, promovendo sua lubrificação durante a trefilação.
• Cobertura metálica: o fio é coberto com uma camada de metal que funciona como um lubrificante sólido.
• Vibração ultrassônica: as fieiras e os mandris, ou carcaças de aço, são vibradas, o que ajuda a reduzir os esforços mecânicos e permitir maiores reduções por passada.

Existem vários tipos de lubrificantes. Um dos métodos é mergulhar o fio numa solução de Sulfato de cobre (II) fazendo com que uma camada de cobre fique depositada formando uma espécie de lubrificante. Em alguns tipos de fio, o cobre continua envolvendo o fio prevenindo contra oxidação ou então para permitir uma boa separação dos fios.

Trefilação a Quente

Essa trefilação aplica-se a metais com estrutura cristalina CCC (Cúbico de Corpo Centrado) e raramente em metais com estrutura HC (Hexagonal Compacto). Por esses metais serem pouco maleáveis, é necessário aquecê-los até uma temperatura adequada em que obterão empacotamento igual às redes CFC, para poderem, então, serem trefilados. Após resfriamento recuperam sua característica original.

Fieiras para a trefilagem

As fieiras, ou trefilas, utilizadas na trefilação são compostas de uma carcaça de aço e um núcleo feito de material bastante duro. O núcleo é geralmente feito de Carbeto de tungstênio ou diamante industrial. O diamante sintético, ou industrial, é usado geralmente nas etapas iniciais de trefilagem enquanto que as fieiras feitas de diamante natural são utilizadas nas etapas finais. Para trefilar fios muito finos um cristal simples de diamante é utilizado.

Produtos

Os principais produtos são fios e barras, apesar de estas serem mais comumente produzidas com a Extrusão.

Defeitos nas peças trefiladas

O processo de Trefilação é um processo que não origina maiores problemas nas peças produzidas.

A maioria dos defeitos é oriunda de desgaste nas fieiras, decapagem mal feita ou de aplicação de velocidades de tração associadas a índices de redução inadequados.

No primeiro caso, o desgaste da fieira faz com que a peça fique fora de “bitola”, fora de esquadro ou ovalizada. Neste caso, a ferramenta desgastada deverá ser substituída por outra em perfeitas condições de uso. Importante salientar que a fieira desgastada poderá ser recalibrada para uma dimensão superior a sua atual, geralmente através de um processo de eletroerosão.

No segundo caso, quando a decapagem não é feita corretamente, partes da “carepa” da laminação ou partículas depositadas na superfície do material poderão depositar-se na fieira, o que ocasionará uma obstrução parcial da mesma, o que gerará riscos superficiais na peça trefilada.

Por fim, quando se aplica velocidade de tração inadequada associada a grandes índices de redução por passe, podem ser geradas diferenças de velocidade entre a periferia e o núcleo da peça trefilada. Esta diferença de velocidade, ocasionada principalmente pelo atrito entre a superfície da peça e a fieira, geram pequenas fissuras internas na peça, chamadas de “ruptura central” ou “chevrons”. A ruptura central é indetectável a olho nu, o que gera um grave problema considerando-se a utilização que a peça pode ter no mercado consumidor. Podemos erradicar a geração deste defeito controlando rigorosamente os parâmetros de Trefilação e utilizando lubrificantes adequados no processo diminuindo, assim, o atrito entre a peça e a fieira.