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Explicação dos princípios e tipos de extrusão a frio

Última atualização:
10 de junho de 2024
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Índice

A essência da extrusão a frio

A extrusão a frio utiliza o princípio da deformação plástica dos materiais metálicos. Em condições de temperatura ambiente, a peça de metal em estado frio é colocada na cavidade do molde instalado na prensa.

Sob uma pressão significativa e a uma determinada velocidade, o metal em bruto é forçado a sofrer um fluxo plástico. Através do espaço entre o punção e a matrizou a saída da matriz, são extrudidas peças ocas ou peças sólidas com uma secção transversal mais pequena do que a secção transversal da peça em bruto.

Este processo permite obter a forma e o tamanho desejados, mantendo simultaneamente as elevadas propriedades mecânicas das peças extrudidas. A extrusão a frio é uma das técnicas de processamento de peças sem aparas ou com aparas mínimas e é um método avançado no processamento de metal-plástico.

O núcleo da lançadeira da máquina de costura em aço-carbono comum, o cilindro de furo profundo em aço-carbono baixo, o eixo da engrenagem da máquina de lavar roupa em aço-carbono médio e a tampa de ligação em aço-carbono para ferramentas apresentados nas Figuras 1-1 a 1-4 são todos produzidos por extrusão a frio.

Fig 1-1 Extrusão a frio de caixa de bobina de aço carbono normal para máquina de costura
Fig 1-1 Extrusão a frio de caixa de bobina de aço carbono normal para máquina de costura

Como se pode ver nas imagens de produtos acima, a extrusão a frio depende do molde para controlar o fluxo de metal e depende de uma transferência de volume substancial de metal amolecido para formar as peças necessárias. Por conseguinte, o êxito ou o fracasso do processo de extrusão a frio está intimamente relacionado com a conceção da estrutura do molde, os materiais do molde e o tratamento de recozimento da peça em bruto de metal.

A extrusão a frio pode ser utilizada para a produção de peças metálicas em lote e também para o processamento de várias cavidades de moldes. As Figuras 1-5 a 1-13 mostram peças extrudidas a frio de alumínio puro, alumínio à prova de ferrugem, alumínio duro, alumínio forjado, cobre puro, cobre isento de oxigénio, latão, aço cromomolibdénio e aço para rolamentos.

Fig 1-2 Extrusão a frio do cilindro de furo profundo em aço de baixo carbono
Fig 1-2 Extrusão a frio do cilindro de furo profundo em aço de baixo carbono
Fig 1-3 Extrusão a frio do eixo da engrenagem da máquina de lavar roupa em aço de carbono médio
Fig 1-3 Extrusão a frio do eixo da engrenagem da máquina de lavar roupa em aço de carbono médio
Fig 1-4 Extrusão a frio da tampa de ligação em aço-carbono para ferramentas
Fig 1-4 Extrusão a frio da tampa de ligação em aço-carbono para ferramentas
Fig 1-5 Extrusão a frio do suporte de instrumentos em alumínio puro
Fig 1-5 Extrusão a frio do suporte de instrumentos em alumínio puro
Fig 1-6 Extrusão a frio de um regulador de pressão de alumínio resistente à ferrugem
Fig 1-6 Extrusão a frio de um regulador de pressão de alumínio resistente à ferrugem
Fig 1-7 Extrusão a frio de um cilindro hexadecagonal de alumínio duro
Fig 1-7 Extrusão a frio de um cilindro hexadecagonal de alumínio duro
Fig 1-8 Extrusão a frio de caixa flangeada de alumínio forjado
Fig 1-8 Extrusão a frio de caixa flangeada de alumínio forjado
Fig 1-9 Extrusão a frio de uma cobertura de proteção de parede fina quadrada de cobre puro
Fig 1-9 Extrusão a frio de uma cobertura de proteção de parede fina quadrada de cobre puro
Fig 1-10 Extrusão a frio do assento de tubo de cobre isento de oxigénio
Fig 1-10 Extrusão a frio do assento de tubo de cobre isento de oxigénio
Fig 1-11 Extrusão a frio da caixa do instrumento de latão
Fig 1-11 Extrusão a frio da caixa do instrumento de latão
Fig 1-12 Extrusão a frio de uma roda de corrente pequena em aço ao crómio e molibdénio
Fig 1-12 Extrusão a frio de uma roda de corrente pequena em aço ao crómio e molibdénio
Fig 1-13 Extrusão a frio do tampão de corpo quadrado de aço para chumaceiras
Fig 1-13 Extrusão a frio do tampão de corpo quadrado de aço para chumaceiras

A gama de velocidades de enformação no processamento de extrusão a frio é vasta. O equipamento utilizado pode funcionar em prensas especializadas de extrusão a frio, prensas mecânicas gerais ou máquinas hidráulicas, prensas de fricção ou martelos de alta velocidade.

Classificação da extrusão a frio

A extrusão a frio pode ser classificada de acordo com a direção do fluxo de metal, a velocidade do fluxo de metal, etc.

Classificação de acordo com a direção do fluxo de metal

Com base na relação entre a direção do fluxo do metal e a direção do movimento do punção, existem sete tipos de métodos de extrusão a frio.

(1) Extrusão para a frente

Na extrusão para a frente, a direção do fluxo de metal é a mesma que a direção do movimento do punção. A figura 1-14 mostra o caso da extrusão para a frente de uma peça sólida.

Durante o processamento, a peça em bruto é primeiro colocada na matriz, e existe um orifício na parte inferior da matriz que tem aproximadamente o mesmo tamanho que o diâmetro exterior da peça a ser fabricada. De seguida, o punção é utilizado para aplicar pressão e extrudir a peça em bruto.

Figura 1-14 Extrusão direta de peças sólidas
Figura 1-14 Extrusão direta de peças sólidas

1 -Soco
2- Morrer
3 - Peça extrudida
4- Carneiro
5- Billet

A pressão do punção faz com que o metal entre num estado plástico e força o metal a fluir para fora do pequeno orifício da matriz, formando assim a peça de trabalho pretendida.

De um modo geral, a extrusão para a frente pode produzir peças sólidas de várias formas (utilizando peças em bruto sólidas) e pode também produzir peças ocas de várias formas (utilizando peças em bruto ocas ou em forma de taça).

A figura 1-15 mostra o caso da extrusão para a frente de uma peça oca. As peças ocas incluem invólucros, invólucros de conchas e revestimentos, etc.

Figura 1-15 Extrusão direta de peças ocas
Figura 1-15 Extrusão direta de peças ocas

1 -Soco
2- Morrer
3- Peça extrudida
4- Carneiro
5- Billet

(2) Extrusão indireta

Na extrusão indireta, a direção do fluxo de metal é oposta ao movimento do punção. A Figura 1-16 ilustra o processo de extrusão indireta de uma peça oca em forma de taça. Durante a operação, um lingote plano é colocado no fundo da matriz (o espaço radial entre a matriz e o punção é igual à espessura da parede da peça em forma de taça).

Figura 1-16 Extrusão indireta de peças em forma de taça
Figura 1-16 Extrusão indireta de peças em forma de taça

1- Soco
2- Morrer
3 - Peça extrudida
4 -Ram
5 -Billet

Quando o punção aplica pressão sobre o lingote, o metal flui para cima através do espaço entre o punção e a matriz, formando assim a peça oca em forma de taça desejada. A extrusão indireta pode produzir várias peças em forma de taça oca de secção transversal, tais como coberturas, invólucros, mangas, tubos, escudos e bases de lâmpadas.

(3) Extrusão combinada

Durante a extrusão combinada, parte do metal do lingote flui na mesma direção que o movimento do punção, enquanto o resto flui na direção oposta. A Figura 1-17 mostra a condição de trabalho da extrusão combinada.

Figura 1-17 Extrusão combinada
Figura 1-17 Extrusão combinada

1- Soco
2 -Morrer
3 - Peça extrudida
4 -Ram
5- Billet

Sob a pressão do punção, o metal flui em duas direcções diferentes, provocando uma deformação por extrusão bidirecional. Este é um método de extrusão que combina a extrusão direta e indireta.

Com base nas diferentes combinações de extrusão para a frente e para trás, a extrusão composta pode ser dividida nos três cenários seguintes: Extrusão composta haste-haste (ver Figura 1-18a), que é uma combinação de peças de haste de extrusão para trás e peças de haste de extrusão para a frente;

Extrusão composta copo-copo (ver Figura 1-18b), que é uma combinação de peças de copo de extrusão para trás e de peças de copo de extrusão para a frente; Extrusão composta copo-haste (ver Figura 1-17), que é uma combinação de peças de copo de extrusão para trás e de peças de haste de extrusão para a frente.

Figura 1-18 Dois tipos de extrusão de compostos
Figura 1-18 Dois tipos de extrusão de compostos

a) Peça de haste-haste
b) Peça copo-copo

Os métodos de extrusão de compostos podem ser utilizados para fabricar peças de copo duplo (como pinos de pistão de automóveis), bem como peças de haste de copo (como núcleos de lançadeira de máquinas de costura).

(4) Redução da extrusão

Esta é uma forma de extrusão para a frente com um menor grau de deformação, em que a secção transversal da peça em bruto é apenas ligeiramente reduzida. A Figura 1-19 mostra a operação de redução da extrusão.

A extrusão redutora é utilizada principalmente para fabricar peças de eixo escalonado com pequenas diferenças de diâmetro e também pode ser utilizada como um processo de corte para peças de copo com furos profundos.

Figura 1-19 Redução da extrusão
Figura 1-19 Redução da extrusão

A extrusão para a frente, a extrusão para trás, a extrusão composta e a extrusão redutora são os quatro métodos de conformação mais utilizados na extrusão a frio. A direção do fluxo de metal nestes quatro métodos é paralela ao eixo do punção, pelo que são designados coletivamente por extrusão a frio axial.

(5) Extrusão radial

Na extrusão radial, a direção do fluxo do metal é perpendicular à direção do movimento do punção. A Figura 1-20 mostra o funcionamento da extrusão radial. A extrusão radial divide-se ainda em extrusão centrífuga e extrusão centrípeta, sendo principalmente utilizada para o fabrico de peças em bruto de engrenagens com ombro e peças de veio transversal.

Figura 1-20: Extrusão radial
Figura 1-20: Extrusão radial

A Figura 1-21 ilustra a produção de peças de alumínio utilizando o método de extrusão a frio centrífuga radial, em que a peça em bruto de metal flui radialmente para fora sob a pressão do punção.

A Figura 1-22 mostra um mostrador de alumínio num equipamento de comunicação, em que os dentes interiores e os algarismos árabes no círculo exterior são extrudidos em sequência, sendo os dentes interiores processados utilizando o método de extrusão centrípeta radial.

Figura 1-21: Extrusão centrífuga radial de peça em liga de alumínio
Figura 1-21: Extrusão centrífuga radial de peça em liga de alumínio
Figura 1-22: Extrusão centrípeta radial de um mostrador de liga de alumínio
Figura 1-22: Extrusão centrípeta radial de um mostrador de liga de alumínio

6) Extrusão oblíqua

Durante a extrusão, a direção do fluxo do metal é inclinada ou dobrada em relação à direção do movimento do punção. A Figura 1-23 mostra o estado de funcionamento da extrusão oblíqua. A extrusão oblíqua é utilizada principalmente para o fabrico de várias peças de formas complexas com ramos inclinados ou dobrados.

Figura 1-23: Extrusão oblíqua 1-punção 2-matriz 3-peça extrudida 4-inserção da matriz
Figura 1-23: Extrusão oblíqua 1-punção 2-matriz 3-peça extrudida 4-inserção da matriz

7) Método de extrusão de rejeição

Durante a deformação, o fluxo de metal apresenta características tanto de extrusão como de revolvimento, ou seja, parte do metal flui axialmente ao longo do punção, enquanto outra parte flui radialmente. Este método de enformação, que combina encurvadura a frio e extrusão a frio, é conhecido como método de extrusão por encurvadura. A Figura 1-24 ilustra a condição de trabalho do método de extrusão com retorno.

Figura 1-24: Método de extrusão invertida 1-Punção 2-Matriz 3-Peça extrudida
Figura 1-24: Método de extrusão de Upset
1-Punção 2-Matrizes 3-Peça extrudida

É utilizado principalmente para o fabrico de peças com cabeça abaulada e peças com veio escalonado. A barra de suporte mostrada na Figura 1-25 é processada utilizando este método de extrusão invertida, que envolve primeiro a extrusão regular seguida de inversão da cabeça, combinando a extrusão a frio e a inversão a frio na mesma operação.

Figura 1-25: Extrusão de haste de suporte
Figura 1-25: Extrusão de haste de suporte


a) Em branco
b) Extrusão
c) Perturbação

Classificação com base na velocidade do fluxo de metal

A extrusão a frio pode ser classificada em extrusão de velocidade geral, extrusão de baixa velocidade e extrusão de alta velocidade, consoante a velocidade de fluxo do metal em bruto que preenche a cavidade do molde.

1) Extrusão de velocidade geral

A velocidade de extrusão a frio varia entre 0,5-2m/s. O equipamento inclui prensas gerais, prensas de alternância, prensas de fricção e prensas de extrusão especiais.

2) Extrusão a baixa velocidade

O equipamento utilizado inclui prensas hidráulicas de várias tonelagens, com velocidades que variam entre 0,01 e 0,1 m/s.

3) Extrusão de alta velocidade

A velocidade de deslizamento do equipamento pode atingir 6-20m/s, tais como martelos de alta velocidade, martelos de contra-ataque e martelos de ar.

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