Guia de fabricação de parafusos para conformação a frio

Introdução ao processo de conformação a frio

A conformação a frio, também conhecida como forjamento a frio, é um processo de fabricação de alta eficiência usado para produzir parafusos e outros elementos de fixação à temperatura ambiente. Este método envolve a deformação de um fio metálico através de uma série de matrizes para formar o formato desejado, oferecendo vantagens como economia de material, maior resistência devido ao encruamento e tolerâncias precisas. Em conformidade com normas como a GB/T 3098.1 para propriedades mecânicas de elementos de fixação, a conformação a frio é ideal para produção em massa nas indústrias automotiva, da construção civil e eletrônica.

O processo começa com vergalhões de arame bruto e prossegue pelas etapas de recozimento, preparação da superfície, trefilação, conformação, rosqueamento, tratamento térmico e acabamento. Cada etapa é crucial para garantir que o produto final atenda às especificações de resistência à tração, dureza e resistência à corrosão. A execução adequada minimiza defeitos como trincas ou imprecisões dimensionais, promovendo confiabilidade em aplicações onde falhas são inaceitáveis.

Recomendações: Selecione os materiais com base nos requisitos de uso final, como aço de baixo carbono para ductilidade ou aços ligados para alta resistência. Verificações regulares de qualidade, incluindo testes de dureza conforme GB/T 230.1, são essenciais durante todo o processo de produção.

Recozimento

O recozimento amolece o fio-máquina aquecendo-o a uma temperatura específica, mantendo-o nessa temperatura e resfriando-o lentamente para ajustar a estrutura cristalina, reduzir a dureza e melhorar a usinabilidade à temperatura ambiente. Essa etapa é vital para materiais como os aços 1018, 1022, 10B21, 1039 e CH38F.

Procedimento: Carregue até 7 bobinas (cerca de 1,2 toneladas cada) no forno e vede-as hermeticamente. Aqueça gradualmente durante 3 a 4 horas até atingir 680-715 °C para o tipo 1018/1022 ou 740-760 °C para os demais, mantenha nessa temperatura por 4 a 7,5 horas e, em seguida, resfrie lentamente durante 3 a 4 horas até abaixo de 550 °C, finalizando com o resfriamento do forno até a temperatura ambiente.

• Controle de Qualidade: A dureza após o recozimento deve ser de HV120-170 para aços de baixo carbono e de HV120-180 para aços de médio carbono. As superfícies devem estar isentas de películas de óxido ou descarbonetação.
• Orientações: Monitore a uniformidade da temperatura para evitar amolecimento irregular, que pode levar a defeitos de conformação. Siga a norma GB/T 699 para aços estruturais de carbono de alta qualidade.

Esse processo aumenta a plasticidade, reduzindo o risco de fissuras durante as etapas subsequentes de deformação a frio.

Conserva

A decapagem remove as películas de óxido da superfície do fio e forma um revestimento de fosfato para minimizar o desgaste da ferramenta durante a trefilação e a conformação. Esse tratamento químico é crucial para a qualidade da superfície e a lubrificação.

Procedimento: Mergulhe em tanques de ácido clorídrico 20-25% por vários minutos para remover os óxidos, enxágue com água, trate com ácido oxálico para ativação do metal, aplique solução de fosfato para formar filme de Zn2Fe(PO4)2·4H2O, enxágue novamente e aplique um lubrificante como estearato de sódio para melhorar a lubrificação.

• Recomendações: Controle os tempos de imersão para evitar corrosão excessiva, que pode enfraquecer o fio. Garanta a conformidade ambiental tratando as águas residuais de acordo com as normas do setor.
• Benefícios: A camada de fosfato reduz o atrito, prolongando a vida útil da matriz e melhorando o acabamento da superfície.

A decapagem adequada garante um revestimento uniforme, essencial para um desempenho consistente na produção em larga escala.

Trefilação de fios

A trefilação reduz o diâmetro da bobina ao tamanho necessário por meio de estiramento a frio, frequentemente em etapas de desbaste e acabamento para determinados produtos. Essa etapa prepara o fio para a conformação, garantindo dimensões precisas.

Procedimento: Após a decapagem, trefilar a bobina através de matrizes até o diâmetro desejado. Para parafusos, porcas ou barras de grandes dimensões, utilizar máquinas de trefilação específicas.

• Recomendação: Mantenha taxas de redução de 10-15% por passe para evitar endurecimento excessivo por trabalho ou trincas. A lubrificação é fundamental para prevenir defeitos superficiais.
• Normas: Em conformidade com a norma GB/T 6478 para aço de conformação a frio, garantindo que o alongamento e as propriedades de tração atendam às necessidades de conformação.

A trefilação eficaz aumenta a resistência do material por meio da deformação, preservando a ductilidade para a conformação a frio.

Formando

A conformação transforma o fio em parafusos semiacabados por meio de forjamento a frio ou a quente, atingindo a geometria e as dimensões desejadas. Esta etapa fundamental utiliza máquinas com múltiplas estações para maior eficiência.

Para parafusos sextavados (processos de quatro ou três matrizes): Corte do tarugo, recalque inicial, conformação secundária, acabamento sextavado. Para parafusos de rosca: Corte, conformação preliminar da cabeça, conformação final. A conformação a quente aquece por 7 a 15 segundos para tamanhos maiores, seguida de redução da haste.

Moldagem da porca: Corte, modelagem inicial com múltiplos punções, perfuração final.

• Recomendações: Utilize matrizes com rugosidade superficial Ra ≤ 0,2 μm para maior precisão. Instale dispositivos de extração para evitar travamentos. Controle os ângulos de inclinação para formatos complexos.
• Normas: De acordo com a ISO 898, garantir a continuidade do fluxo de fibras para obter resistência.

Esse processo maximiza a utilização de materiais, produzindo peças com propriedades mecânicas superiores em comparação com alternativas usinadas.

Rosqueamento

A usinagem de roscas forma roscas em peças semiacabadas por meio de laminação ou rosqueamento, criando o perfil funcional da rosca. Isso aumenta a resistência por meio da deformação plástica.

Procedimento: Rosqueie utilizando placas fixas e móveis para parafusos; faça roscas macho para porcas; role para barras. Otimize as rotações para evitar defeitos como trincas ou ovalização.

• Recomendação: Ajuste o diâmetro do blank para obter precisão, considerando os efeitos do revestimento. Inspecione quanto a trincas superficiais conforme GB/T 3098.1.
• Defeitos comuns: rachaduras, roscas aleatórias, falta de circularidade — controle por meio de parâmetros de processo.

A laminação de roscas preserva a estrutura granular, melhorando a resistência à fadiga em aplicações que suportam carga.

Tratamento térmico

O tratamento térmico otimiza as propriedades mecânicas por meio de têmpera e revenido, adaptados ao material e à finalidade: revenido em alta temperatura para aços temperados (500-650°C), em temperatura média para molas (420-520°C) e em baixa temperatura para aços cementados (150-250°C).

Procedimento para aços estruturais: Normalizar, temperar a 850 °C, revenir a 400-500 °C ou 200 °C para alta resistência. Para molas: Têmpera em óleo a 830-870 °C, revenir a 420-520 °C. Para aços cementados: Cementar, temperar, revenir a baixa temperatura.

• Recomendação: Utilize fornos contínuos com controle de atmosfera para evitar a descarbonetação, conforme GB/T 3098.1. Monitore a dureza uniforme e evite trincas.
• Defeitos: Dureza insuficiente, irregularidades, deformações, fissuras — mitigar através de controles precisos.

Equipamentos avançados garantem qualidade consistente, crucial para fixadores de alta resistência.

Tratamento de superfície

Os tratamentos de superfície proporcionam resistência à corrosão e benefícios estéticos: galvanoplastia (zinco, níquel, etc.), galvanização a quente, revestimento mecânico.

Controle de Qualidade: Aparência isenta de defeitos; espessura de 4 a 12 μm para galvanoplastia e de 43 a 54 μm para imersão a quente; distribuição uniforme; mitigação da fragilização por hidrogênio por meio de tratamento térmico a 176-190 °C durante 3 a 24 horas; teste de adesão.

• Recomendação: Leve as peças de alta dureza ao forno imediatamente para evitar fragilização. Siga a norma ISO 4042 para revestimentos eletrodepositados.

Esses tratamentos prolongam a vida útil em ambientes corrosivos.

Especificações dos parafusos de alta resistência

Parafusos de alta resistência seguem as seguintes etapas: Fio laminado a quente – trefilação – recozimento de esferoidização – decapagem mecânica – decapagem – trefilação – forjamento a frio – rosqueamento – tratamento térmico – inspeção.

Composição do material: C 0,25-0,55%, Mn 0,45-0,80%, Si ≤0,30%, P/S ≤0,030/0,035%, B ≤0,005% conforme GB/T 6478 e JIS G3507.

Esferoidização: Aquecer a Ac1 +20-30°C, resfriar isotermicamente até ~700°C e, em seguida, até 500°C. Para aços 35/45: 715-735°C; SCM435: 740-770°C, isotérmico 680-700°C.

Desincrustação: Mecânica (dobra/pulverização) + decapagem para grau >8.8.

Desenho: Redução de 10-15% por passe para minimizar o endurecimento.

Conformação: Matrizes de precisão com múltiplas estações.

Rosqueamento: Laminação para maior resistência.

Tratamento térmico: Linhas automatizadas para garantir a qualidade.

• Orientação: Ajuste fino para as classes 8.8/9.8 para equilibrar resistência e ductilidade de acordo com a norma ISO 898-1.

Diagramas e visualizações de fabricação

Recursos visuais ilustram as principais etapas de formação:

Essas etapas, frequentemente visualizadas em animações, demonstram a deformação progressiva. Os vídeos mostram a conformação e a inserção de roscas em tempo real, destacando a precisão e a velocidade.