Análise de parâmetros no processo de extrusão a frio do aço SAE 1004 para obtenção de parafusos de cabeça sextavada flangeada

Abstract

Este trabalho tem como objetivo otimizar o processo de fabricação de parafusos telheiros com cabeça sextavada flangeada. O fixador é produzido em duas etapas de conformação a frio a partir de arames do aço baixo carbono SAE 1004. A adição de uma operação de extrusão direta a rota de fabricação proposta resulta em uma redução de 7% no consumo de matéria-prima. Abordagens analíticas e numéricas são utilizadas para a seleção dos parâmetros do processo de extrusão. A caracterização mecânica e metalúrgica do material de trabalho é realizada e utilizada como dados de entrada para as abordagens de análise do processo. Considerando a força de conformação e as solicitações sobre as ferramentas, foram definidos o ângulo de extrusão e o dimensionamento do encarcaçamento da matriz. Os resultados analíticos e numéricos são comparados a dados experimentais A precisão das análises foi comprovada pela concordância de 3% entre cálculos analíticos, simulações numéricas e análise experimental. Esses resultados confirmam a confiabilidade da modelagem matemática utilizada no estudo e a eficácia da matriz com ângulo de 11°, que apresentou a melhor relação entre eficiência de conformação e consumo energético. A análise econômica do processo demonstrou que a nova matriz de extrusão, apesar de ter um custo inicial superior ao modelo anterior (R$ 2.300,00 contra R$ 1.800,00), proporcionou uma economia substancial de matéria-prima. A redução de 176 kg de aço ao longo da produção de 90 mil peças resultou em um aproveitamento mais eficiente dos recursos, contribuindo para a sustentabilidade do processo. Além disso, a matriz proposta não apresentou falhas ou quebras durante o período de monitoramento, o que confirma sua durabilidade superior e reduz os custos de manutenção e substituição

This work aims to optimize the manufacturing process of roofing screws with flanged hexagonal heads. The fastener is produced in two cold forming steps from SAE 1004 low carbon steel wires. The addition of a direct extrusion operation to the proposed manufacturing route results in a 7% reduction in raw material consumption. Analytical and numerical approaches are used to select the extrusion process parameters. The mechanical and metallurgical characterization of the working material is performed and used as input data for the process analysis approaches. Considering the forming force and the demands on the tools, the extrusion angle and the dimensioning of the die casing were defined. The analytical and numerical results are compared to experimental data. The accuracy of the analyses was proven by the 3% agreement between analytical calculations, numerical simulations and experimental analysis. These results confirm the reliability of the mathematical modeling used in the study and the effectiveness of the die with an 11° angle, which presented the best relationship between forming efficiency and energy consumption.The economic analysis of the process demonstrated that the new extrusion die, despite having a higher initial cost than the previous model (R$2,300.00 versus R$1,800.00), provided substantial savings in raw materials. The reduction of 176 kg of steel over the production of 90,000 parts resulted in a more efficient use of resources, contributing to the sustainability of the process. In addition, the proposed die did not present failures or breakages during the monitoring period, which confirms its superior durability and reduces maintenance and replacement costs