A Trefilação de Tubos

A trefilação de tubos é um processo de conformação a frio.

Conformação plástica de metais

É a modificação de um corpo metálico para outra forma definida. A conformação pode ser obtida por vários processos:

• Laminação
• Extrusão
• Forjamento
• Estampagem
• Trefilação

Esses processos de conformação são divididos em 2 grupos:

• Processos Mecânicos (conformação a frio)
• Processos Metalúrgicos (conformação a quente)

Nos processos mecânicos as modificações de forma são provocadas pela aplicação de tensão externa. Nos processos metalúrgicos as modificações de forma estão relacionadas com altas temperaturas. O objetivo desses processos é a obtenção de produtos finais com as especificações de:

• Melhoria na precisão dimensional;
• Melhor acabamento de superfície;
• Alta resistência mecânica;
• Ou uma combinação destas características.

Conceitos iniciais de trefilação

A trefilação é um processo de conformação plástica que se realiza pela operação de conduzir um fio, barra ou tubo através de uma ferramenta denominada fieira. Podem-se trefilar diversos tipos de materiais como aço carbono, aço inox, alumínio, cobre, etc.

A passagem do fio, barra ou tubo pela fieira provoca a redução de sua secção e como a operação é comumente realizada a frio, ocorre o encruamento com alteração das propriedades mecânicas. Isso reduz a ductilidade e aumenta a resistência mecânica.

Portanto, o processo de trefilação é um trabalho de deformação mecânica realizada a frio, isto é, a uma temperatura de trabalho abaixo da temperatura de recristalização. Tem o objetivo de obter fios, barras ou tubos de diâmetros menores e com propriedades mecânicas controladas.

Trefilação de tubos ACOSVIC

A trefilação de tubos é um processo que consiste em forçar a passagem de um tubo através de um conjunto e ferramentas constituído por uma fieira e um mandril. Isso difere da trefilação de barras e arames que só trabalha com a fieira.

Conforme o número de passes a ser dado no tubo, ou das propriedades mecânicas que se quer obter no produto final, podem ser necessários tratamentos térmicos intermediários. Isso porque o material a cada passe vai se tornando mais duro e frágil, chegando a ponto de não suportar mais nenhuma deformação.

Ferramentas de trefilação

Fieira

A qualidade e o custo do produto da trefilação dependem muito da natureza da fieira, que é constituída de quatro regiões distintas ao longo do furo interno:

• Ângulo guia: guia o material em direção ao ângulo de entrada.
• Ângulo de entrada: onde ocorre a redução, ou seja, onde é feita a compressão.
• Paralelo: onde ocorre o ajuste do diâmetro externo.
• Ângulo de saída: permite a saída livre do material sem causar danos.

Mandril

O mandril é uma ferramenta utilizada somente na trefilação de tubos, definindo as dimensões internas do material, podendo ter a forma cilíndrica ou cônica. Tanto a fieira como o mandril deve ter a forma do produto desejado.

Os materiais mais empregados para a confecção das ferramentas de trefilação são aço liga temperado, diamante e principalmente o carbeto de tungstênio.

Tratamentos térmico/químico

Estes tratamentos fazem parte do processo de trefilação.

Tratamento Térmico (Forno)

Os processos de produção nem sempre fornecem os materiais de construção nas condições desejadas. Assim, há necessidade de submetê-las a tratamentos que objetivem eliminar ou minimizar os inconvenientes. Os tratamentos térmicos envolvem operações de aquecimento e resfriamento subsequente, dentro de condições controladas de temperatura, tempo e resfriamento.

Recozimento

Objetiva remover tensões devidas aos processos de fundição e conformação mecânica a quente ou a frio, diminuir a dureza, melhorar a ductilidade, ajustar o tamanho de grão, regular a textura bruta de fusão, produzir uma estrutura definida, eliminar enfim os defeitos de qualquer tratamento térmico e mecânico a que o material tenha sido submetido.

Normalização

Semelhante ao recozimento pelo menos quanto aos seus objetivos. A diferença consiste no fato de que o resfriamento posterior é menos lento, ao ar, por exemplo, o que dá uma estrutura mais fina que a produzida no recozimento e, consequentemente, propriedades mecânicas ligeiramente superiores. Aplica-se principalmente aos aços.

Alívio de tensão

Não é necessário atingir-se a faixa de temperatura correspondente à recristalização. O objetivo é aliviar as tensões originadas durante a conformação mecânica, corte, soldagem ou usinagem. O tratamento se aplica a todas as ligas Fé-C, a ligas de alumínio, cobre e suas ligas, titânio e algumas de suas ligas, ligas de magnésio, de níquel, etc.

Tratamento Químico (Decapagem)

É feito devido à presença de camadas de óxidos, oriundos de trabalho a quente na matéria prima e nos tratamentos térmicos das bitolas intermediárias. A retirada destes óxidos se dá através do tratamento de superfícies, como:

• Decapagem: imersão do material em uma solução de ácidos inorgânicos para remoção de óxidos e carepas provenientes do tratamento térmico.
• Lavagem e imersão em água morna: objetiva eliminar a acidez do material para que o próximo banho não seja contaminado.
• Fosfato: finalidade de depositar sobre o material uma camada de fosfato que servirá como base para a lubrificação.
• Neutralizador: objetiva neutralizar resíduos provenientes de arraste ácido dos banhos de decapagem.
• Sabão: imersão do material em solução de estearato de sódio (sabão) para lubrificar o material.

Matéria prima para trefilação de tubos

Os produtos tubulares são classificados em com costura e sem costura. Os primeiros são produzidos a partir de tiras que são dobradas em forma circular e soldadas na junta. Os segundos são produzidos por extrusão ou por processos mais econômicos com a mandrilhagem, um exemplo do qual é chamado processo Mannesmann.

Produtos obtidos através do processo de trefilação de tubos

Tubos de aço trefilados com costura

Tubos trefilados são os que se exige exatidão dimensional e uniformidade de propriedades. Caracterizam-se pelas superfícies externas e internas e pela baixa variação de espessura, possibilitando várias aplicações, principalmente no setor automobilístico. Neles é garantida a boa qualidade de superfícies adequada, após tratamento prévio, para cromar, pintar, etc.

Tubos de aço trefilados sem costura

Sua principal aplicação é nas peças que sofrem grandes solicitações mecânicas como sistemas fluidos dinâmicos voltados a transmitir movimentos basculáveis ou elevatórios. Também para atender as mais diversas exigências deste segmento, tanto na linha de alta pressão como de baixa pressão.

Perfil tubular trefilado de aço carbono com e sem costura com geometria variável

São utilizados como peças conformadas para aplicação de chassis, carrocerias, eixos, implementos agrícolas, cabines, estruturas de máquinas, etc, que podem ser obtidas por tubos perfilados e trefilados que garantem vantagens. Entre elas, redução de lead time na fabricação do produto final, melhores condições dimensionais, além de propriedades mecânicas superiores se comparados aos processos que partem de chapas dobradas e soldadas.

Peças tubulares

Visa atender mercados altamente competitivos, onde se requer lead time baixo, flexibilidade de entrega e alta continuidade. Essas peças seguem as mesmas normas dos itens anteriores.

Dados importantes para o processo de trefilação

Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas (resistência à tração, limite de escoamento, alongamento e dureza) são as características mais importantes dos metais para determinadas aplicações nos diversos campos da engenharia. Elas definem o comportamento de um material quando sujeito a esforços de natureza mecânica e sua capacidade de resistir a esses esforços sem se romper.

O encruamento sofrido por deformação a frio eleva a resistência à tração e o limite de escoamento do material, ao mesmo tempo em que reduz os valores de alongamento. Para se conhecer as propriedades mecânicas dos materiais é necessário submetê-los a determinados ensaios.

Resistência à tração (Rt)

Definida como a carga máxima suportada pelo material até o seu rompimento. O ensaio de tração consiste em submeter uma amostra do material a uma carga de tração crescente, onde o mesmo sofre uma deformação progressiva com o aumento de comprimento até a sua ruptura (quebra).

Limite de escoamento (Le)

Definido como a máxima tensão que o material suporta sem sofrer deformação permanente.

Alongamento (Al)

Como se expressar a ductilidade do material em percentual, que vêm a ser a capacidade que o material tem de se deformar permanentemente antes da ruptura.

Dureza

A dureza é definida como sendo a resistência de um material à penetração em sua superfície. A dureza e a resistência à tração de um material estão intimamente relacionadas, quanto maior a dureza, maior será a resistência do material, e com isso menor será sua ductilidade.

Dimensões

Especificação dimensional (diâmetro externo, diâmetro interno, espessura de parede e comprimento) é de fundamental importância, para que o produto final possa atender as exigências.

Superfície

É o aspecto que sentar em termos de superfície externa e interna:

• Superfície normal: geralmente os tubos após o último passe de trefilação podem apresentar fosfato e/ou sabão devido aos resíduos do material na decapagem, são materiais que não têm muita exigência de acabamento quanto a superfície.
• Decapada: é aquela encontrada nos tubos isentos de resíduos, tipo fosfato, sabão, carepas, oxidação, etc. É um processo a mais, pois os tubos devem passar pelos tanques de decapagem (ácido+água).
• Fosfatizada: são as encontradas nos tubos que o próprio nome já diz, serão protegidos por fosfato.
• Preta: material tratado termicamente, no final pode sair com carepa (resíduo do forno).
• Espelhada: são materiais que devem apresentar uma superfície sem defeitos que comprometam posteriores operações de brunimento, pintura, usinagem e tratamento de superfície.

Aplicações

Os tubos trefilados e perfilados podem ter diversas aplicações como:

• Cabine para trator;
• Estrutura de máquinas;
• Cano de espingarda;
• Cilindro para macaco hidráulico;
• Cilindro telescópico;
• Escapamento para caminhão;
• Tubos para trocador de calor;
• Presilha de cabo de aço;
• Capa de amortecedor;
• Bucha para amortecedor;
• Bagageiro de moto;
• Para-choque de trator;
• Cardan automobilístico e agrícola;
• Corrimão de escada;
• Capa de rolamento;
• Bucha para trator;
• Tubo para filtro de óleo;
• Carcaça para motor elétrico;
• Tubos utilizados em sistemas de freios para locomotiva;
• Estruturas para móveis tubulares;
• Tubos estruturais para escada rolante;
• Tubos para roletes;
• Tubos para escova industrial;
• Várias outras aplicações.

Etapas do processo de trefilação

O processo de trefilação como todos os outros processos de conformação mecânica exige uma séria de etapas prévias, são elas:

• Separação da matéria prima, incluindo processos de pesagem e corte;
• Ponteamento, que pode ser feito à quente ou à frio dependendo da bitola da matéria-prima de partida;
• Tratamento térmico inicial;
• Decapagem, fosfatização e saponificação;
• Passes de trefila intermediários;
• Tratamento térmico intermediário;
• Decapagem, fosfatização e saponificação;
• Passes de trefila final;
• Tratamento térmico final dependendo das especificações do produto;
• Corte de pontas;
• Endireitamento;
• Inspeção final (visual, dimensional e ensaios);
• Pesagem;
• Embalagem;
• Oleamento;
• Expedição.

Fluxo do processo de trefilação

Principais falhas que podem ocorrer em tubos trefilados

• Porosidade;
• Falha de Caldeamento;
• Marca da Costura;
• Dimensional;
• Ovalização;
• Riscos;
• Empenamento;
• Marcas de Endireitamento;
• Abaulamento;
• Excentridade excessiva.

Normas técnicas

São padrões internacionais (ou de clientes), que estabelecem as especificações necessárias para desenvolvimento de projetos e processos. As mais comumente utilizadas são de origem:

• Americana: ASTM (American Society Testing and Materials) e a SAE (Society of Automotive Engineers);
• Alemã: DIN;
• Brasileira: NBR;
• Inglesa: BS;
• Japonesa: JIS.

Destaque para as principais normas utilizadas:

• ABNT 8476
• ABNT – 5599
• DIN 2391
• DIN 2393
• ASTM A106
• ASTM – A179
• ASTM – A192
• ASTM – A500
• SAE