Fieiras de metal duro e eletroerosão para a indústria

A trefilação é um processo de conformação mecânica a frio em que um fio, arame, barra ou tubo é tracionado através de uma ferramenta com furo calibrado, chamada fieira, que reduz a seção transversal do material e define o seu diâmetro ou perfil final. Como o volume do metal se mantém, a redução de seção resulta em aumento do comprimento, além de ganho de resistência mecânica por encruamento e de melhor acabamento superficial. Em linhas industriais, o material costuma passar por uma sequência de fieiras com diâmetros decrescentes, e cada passe aplica uma redução controlada para evitar rupturas e desgaste prematuro da ferramenta. Fatores como a lubrificação, a velocidade de tração, o ângulo de redução da fieira e a dureza do material processado influenciam diretamente a qualidade do produto e a vida útil do ferramental. O processo é amplamente usado na fabricação de fios de cobre e alumínio para cabos elétricos, arames de aço, vergalhões, tubos e barras de precisão, setores em que a estabilidade dimensional entre um lote e outro é determinante. A forma como a ferramenta é especificada para cada aplicação está descrita no conteúdo sobre fieiras de metal duro para trefilação.

Fieira é a ferramenta que dá forma e dimensão ao material na trefilação, composta por um núcleo com furo calibrado, por onde o fio ou a barra é tracionado, e por uma carcaça externa, geralmente em aço, que sustenta e protege esse núcleo. Na fieira de metal duro, o núcleo é fabricado em carbeto de tungstênio, material de alta dureza e resistência ao desgaste, adequado para trefilar aço, cobre, alumínio e ligas em grandes volumes. A geometria interna é dividida em zonas com funções distintas, como entrada, cone de redução, cilindro de calibração e saída, e o ângulo do cone é definido conforme o material e a redução desejada. Além do perfil redondo, as fieiras podem ter perfis quadrado, sextavado, octogonal, retangular ou especial, de acordo com o produto final. Existem ainda variações para compactação de cabos, para esmaltagem de fios e para tubos externos e internos. A escolha correta da fieira reduz quebras de fio, melhora o acabamento e prolonga os intervalos entre manutenções. Os perfis e as aplicações estão detalhados na página de fieiras de metal duro.

A eletroerosão a fio, também chamada de corte a fio ou wire EDM, é um processo de usinagem não convencional em que um fio metálico fino, normalmente de latão, atua como eletrodo e remove material por meio de descargas elétricas controladas, sem contato mecânico direto com a peça. O corte acontece imerso em fluido dielétrico, geralmente água deionizada, que isola, resfria e remove as partículas erodidas. Como o processo não depende da dureza do material, apenas da sua condutividade elétrica, ele é indicado para cortar aço temperado, metal duro e outros materiais difíceis de usinar por métodos convencionais. A técnica permite gerar contornos complexos, cantos vivos e perfis passantes com tolerâncias apertadas e bom acabamento superficial, o que a torna comum na fabricação de matrizes, punções, insertos, perfis especiais de fieiras e peças de precisão. O tempo de corte varia conforme a espessura da peça, o material e o acabamento exigido, já que passes adicionais de acabamento aumentam a precisão final. A aplicação industrial do processo está descrita na página de eletroerosão a fio.

As duas técnicas removem material por descargas elétricas em meio dielétrico, mas diferem na forma do eletrodo e no tipo de geometria que produzem. Na eletroerosão a fio, um fio fino atravessa a peça e percorre uma trajetória programada, gerando cortes passantes e contornos de perfil, por isso exige um furo inicial ou uma borda de entrada. Na eletroerosão por penetração, um eletrodo usinado, geralmente de cobre ou grafite, com a forma negativa da cavidade desejada, avança sobre a peça e reproduz essa forma em profundidade, o que permite cavidades cegas, nervuras, gravações e detalhes internos que o fio não alcança. Por isso, a penetração é comum em moldes de injeção, matrizes de forjamento e cavidades em aço temperado, enquanto o fio é preferido para punções, matrizes de corte e perfis vazados. Há ainda a eletroerosão por furo rápido, que utiliza um eletrodo tubular para abrir furos de pequeno diâmetro, inclusive para iniciar o corte a fio. A escolha entre os processos depende da geometria, do material e do volume de peças. Os detalhes da técnica estão em eletroerosão por penetração.

Metal duro é um material compósito produzido por metalurgia do pó, formado por partículas de carbeto de tungstênio unidas por um metal ligante, geralmente cobalto. A mistura é prensada e sinterizada em alta temperatura, o que resulta em um material com dureza muito superior à do aço ferramenta e elevada resistência ao desgaste e à compressão. Essas propriedades fazem do metal duro a escolha usual para ferramentas que trabalham sob atrito contínuo, como fieiras de trefilação, guia-fios, buchas, anéis de laminação, bicos de jateamento, facas e matrizes de corte. A proporção de cobalto e o tamanho de grão do carbeto definem a classe do material, já que teores maiores de ligante aumentam a tenacidade e a resistência a impactos, enquanto grãos mais finos elevam a dureza e a resistência à abrasão. Como a dureza dificulta a usinagem convencional, peças em metal duro costumam ser acabadas por retificação, lapidação e eletroerosão. Em aplicações de desgaste intenso, a vida útil de uma ferramenta em metal duro tende a ser significativamente maior que a de uma equivalente em aço. Os itens fabricados nesse material estão reunidos em ferramentas de metal duro.

Uma fieira precisa ser retificada quando o desgaste do furo de trabalho passa a comprometer a dimensão, o acabamento ou a estabilidade do processo de trefilação. Os sinais mais comuns são o aumento do diâmetro do fio acima da tolerância, riscos ou marcas na superfície do material, ovalização, maior frequência de quebras e elevação da força de tração. Com o uso, forma-se um anel de desgaste na zona de redução, ponto em que o atrito com o material é mais intenso, e a retífica remove esse defeito, recupera a geometria do cone e do cilindro de calibração e devolve o polimento interno. Como o diâmetro aumenta a cada recuperação, a fieira costuma ser reaproveitada para um diâmetro imediatamente maior dentro da sequência de passes, o que prolonga a vida útil do núcleo de metal duro ou de diamante. A periodicidade depende do material trefilado, da velocidade, da lubrificação e do volume produzido, por isso o acompanhamento dimensional regular é a forma mais segura de definir o momento da intervenção. O procedimento está detalhado na página de retífica de fieiras.