Critérios para definir passes e reduções conforme material e especificação.
A definição da redução por passe é uma das decisões mais importantes no processo de trefilação. Não basta simplesmente dividir a diferença entre o diâmetro inicial e o final pelo número de fieiras disponíveis. Cada passe deve ser dimensionado considerando o material, sua condição metalúrgica, a redução total necessária, a capacidade da máquina, a geometria das fieiras, a lubrificação e as propriedades mecânicas desejadas no produto final.
Na trefilação, o parâmetro mais adequado para definir o trabalho de cada passe é a redução de área, e não apenas a redução do diâmetro. Para uma seção circular, ela é calculada por:
R (%) = [1 − (d₁/d₀)²] × 100
onde d₀ é o diâmetro antes da fieira e d₁ é o diâmetro após o passe. Essa relação é importante porque uma pequena redução no diâmetro pode representar uma redução significativamente maior na área da seção transversal. A literatura técnica mostra que, em condições industriais, reduções individuais frequentemente ficam na faixa de aproximadamente 15% a 30%, embora o valor adequado dependa fortemente do material e das condições do processo.
O que determina a redução por passe?
1. Tipo e condição do material
A composição química e a condição inicial do aço influenciam diretamente sua capacidade de suportar deformação a frio. Materiais mais dúcteis podem admitir reduções maiores, enquanto materiais com maior resistência, maior tendência ao encruamento ou menor ductilidade normalmente exigem uma programação mais conservadora.
Além do material, é fundamental conhecer sua condição antes da trefilação. Um fio-máquina previamente processado, decapado e fosfatizado, por exemplo, pode apresentar comportamento diferente de um material com outra condição metalúrgica ou superficial.
2. Encruamento
A cada passe, o material sofre deformação plástica e tende a aumentar sua resistência e dureza. Consequentemente, a redução que pode ser aplicada no início da sequência não necessariamente será adequada nos últimos passes.
Por isso, uma programação de trefilação deve considerar a evolução das propriedades mecânicas ao longo dos passes, e não somente a bitola de entrada e a bitola final.
Em determinadas aplicações, quando o encruamento limita a continuidade da redução, pode ser necessário utilizar um tratamento térmico intermediário para recuperar ductilidade antes de continuar a trefilação.
3. Redução total e número de passes
Imagine uma matéria-prima de 10,00 mm que precisa chegar a 6,00 mm. A redução total de área será:
Rtotal = [1 − (6² / 10²)] × 100 = 64%
Isso não significa que seja possível retirar 64% da área em uma única fieira. Essa deformação precisa ser distribuída entre vários passes.
Por exemplo, utilizando reduções próximas de 20% por passe, a sequência poderia ser aproximadamente:
- Passe 1: entrada 10,00 mm → saída 8,94 mm → redução de área 20%
- Passe 2: entrada 8,94 mm → saída 8,00 mm → redução de área 20%
- Passe 3: entrada 8,00 mm → saída 7,16 mm → redução de área 20%
- Passe 4: entrada 7,16 mm → saída 6,40 mm → redução de área 20%
- Passe 5: entrada 6,40 mm → saída 5,72 mm → redução de área 20%
O exemplo demonstra também um ponto importante: redução de área constante não significa redução de diâmetro constante.
Na prática, a sequência final precisa ser ajustada à bitola especificada, às fieiras disponíveis e às características da máquina.
Redução maior ou menor: qual escolher?
Uma redução maior por passe pode diminuir o número de passes necessários e aumentar a produtividade. Entretanto, ela também aumenta a solicitação mecânica sobre o material, a fieira e o equipamento. Reduções excessivas podem elevar a força de trefilação, aumentar a geração de calor, acelerar o desgaste da fieira e aumentar o risco de ruptura ou defeitos internos e superficiais.
Por outro lado, utilizar reduções muito pequenas pode aumentar desnecessariamente o número de passes, o tempo de processamento e o consumo de energia, além de reduzir a produtividade da linha.
Portanto, a melhor redução não é necessariamente a maior possível nem a menor possível. O objetivo é encontrar uma distribuição de passes que mantenha o processo dentro de uma condição estável e economicamente adequada.
A importância da lubrificação
A redução escolhida não pode ser analisada isoladamente da lubrificação.
Durante a passagem pela fieira, existe contato entre o material e a ferramenta. Uma lubrificação adequada reduz o atrito, controla a temperatura, diminui o desgaste da fieira e contribui para a qualidade superficial do fio.
No caso dos aços trefilados a seco, a preparação superficial anterior à trefilação — incluindo decapagem, fosfatização e aplicação do lubrificante adequado — tem papel importante na formação e manutenção da camada lubrificante durante o processo.
Uma lubrificação deficiente pode fazer com que uma redução que seria teoricamente possível se torne inadequada na prática.
Geometria da fieira também interfere
A redução deve ser definida em conjunto com a geometria da fieira, principalmente o ângulo da zona de trabalho e o comprimento do paralelo.
A geometria influencia o fluxo do material, o atrito, o trabalho redundante e a força necessária para realizar a trefilação. Portanto, alterar a redução sem avaliar a fieira correspondente pode modificar significativamente o comportamento do processo.
Capacidade da máquina
Outro critério fundamental é a capacidade do equipamento.
A força necessária para trefilar aumenta com a redução e depende também da resistência do material antes do passe. Assim, uma sequência que seja adequada do ponto de vista metalúrgico pode não ser adequada para determinada máquina caso a força de trefilação ultrapasse sua capacidade operacional.
A programação deve considerar:
- força máxima de trefilação;
- potência disponível;
- velocidade de operação;
- quantidade de passes;
- diâmetros disponíveis nas fieiras;
- sistema de lubrificação;
- capacidade de resfriamento;
- condições de entrada e saída do material.
A força de trefilação também é influenciada pela redução de área, pelo diâmetro final e pela resistência do material antes do passe.
Como definir uma sequência de passes?
Uma metodologia prática pode seguir esta ordem:
1. Definir a matéria-prima Diâmetro, composição, condição metalúrgica e propriedades mecânicas.
2. Definir o produto final Diâmetro, tolerância, acabamento e propriedades mecânicas exigidas.
3. Calcular a redução total de área.
4. Definir uma faixa inicial de redução por passe compatível com o material e o processo.
5. Distribuir a redução entre as fieiras disponíveis.
6. Verificar a força de trefilação e a capacidade da máquina.
7. Avaliar a evolução do encruamento.
8. Conferir lubrificação e geometria das fieiras.
9. Validar a sequência na prática, acompanhando ruptura, temperatura, desgaste das fieiras, acabamento superficial, dimensional e propriedades mecânicas.
Conclusão
A escolha da redução na trefilação é um problema de engenharia de processo, e não simplesmente uma operação matemática. O mesmo diâmetro final pode exigir sequências diferentes dependendo do aço, da matéria-prima, da condição metalúrgica, da máquina, das fieiras, da lubrificação e das propriedades exigidas pelo cliente.
Uma boa programação busca distribuir a deformação de maneira controlada, evitando sobrecarga em um único passe e mantendo produtividade, estabilidade, qualidade superficial, precisão dimensional e integridade do material.
Na Metalfran, a trefilação é realizada para diâmetros menores que 14 mm, integrando conhecimento de processo, preparação adequada do material e controle dimensional para entregar o fio conforme a necessidade da aplicação.
Metalfran — Tecnologia, Qualidade, Flexibilidade e Confiança em Tratamentos de Superfícies.