II - PROCESSOS METALÚRGICOS DE CONFORMAÇÃO · II - PROCESSOS METALÚRGICOS DE CONFORMAÇÃO...

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II - PROCESSOS METALÚRGICOS DE CONFORMAÇÃO 1.Introdução Nem sempre a estrutura de um metal obtido por fundição é adequado para determinadas aplicações que exigem altas resistências à tração e ductilidade, como é o caso, por exemplo, de perfis estruturais, chapas que serão conformadas, fios, cabos, etc. Para obtenção de propriedades mais compatíveis com estes tipos de aplicação, os metais passam por outros tipos de processamento, que se caracterizam por trabalharem o metal através da aplicação de pressão ou choque. Este trabalho visa duas coisas: obtenção do metal na forma desejada e melhoria de suas propriedades mecânicas, o que é obtido com o rompimento e refino da estrutura dendrítica presente nos metais fundidos. Embora, de forma geral esses processos produzam produtos classificados como primários, tais como chapas, barras e perfis, eles podem dar origem, também, a produtos acabados, tais como trilhos, arames, tubos, etc. Os processos metalúrgicos de conformação são: A laminação, a trefilação, o forjamento e a extrusão. 2. Conformação a Quente e a Frio Dependendo do processo, o metal pode ser trabalhado a quente ou a frio: Podemos definir como trabalho a quente aquele feito acima da temperatura de recristalização do metal e trabalho a frio como aquele realizado abaixo desta temperatura, ou seja, na maioria dos casos, à temperatura ambiente. Vide o esquema da figura 29.

(-)

Material se

2.1. Características do • Grãos deformados duran• Nesta mudança os grã

aumenta a tenacidade do• O metal aumenta sua re

existentes são segregada• O trabalho a quente é

realização, porém que re• O metal pode ser deform

dos cristais elimina ruptuque no trabalho a frio.

• A temperatura de trabalevitar a formação de gran

• As temperaturas altas oxpodem ser mantidas.

2.2. Características do

Prof. Fernando Penteado

Temperatura deRecristalização

(+)

encrua Material se recristaliza

Figura 29

Trabalho a Quente:

te o processo, logo mudam para novos grãos não deformados. os podem ser afinados através de rompimento e reformação, o que metal. sistência à tração em determinada direção, uma vez que as impurezas s em fibras com orientação definida. mais fácil e rápido, exigindo máquinas de potência menor para sua

sistam às altas temperaturas do processo. ado em formas extremas quando quente, porque a reformação contínua ras e trincas. Conseqüentemente as deformações são mais profundas

ho deve ser acima da de recristalização, mas não muito elevada para ulometria grosseira. idam e formam carepa na superfície do metal e tolerâncias rigorosas não

Trabalho a Frio:

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• O trabalho a frio é normalmente precedido do trabalho a quente, remoção de carepa, limpeza da

superfície e possivelmente decapagem. • Com este tipo de trabalho obtêm-se tolerâncias rigorosas, bom acabamento superficial e boas

propriedades mecânicas. • O trabalho a frio deve ser efetuado acima do limite de escoamento do material para que a

deformação seja permanente. • Quando um metal é trabalhado a frio os seus cristais são internamente deformados, provocando

aumento de dureza e da resistência mecânica, perda de ductilidade e aumento das tensões residuais que, muitas vezes, poderão levar à ruptura da peça. Vide a figura 30.

• Isso pode ser evitado através de um tratamento térmico de recozimento ou normalização que faz o metal retornar às suas condições originais ou próximo delas.

• As máquinas para execução de trabalhos a frio devem poder exercer forças muito maiores do que as projetadas para trabalhos a quente, portanto devem ser mais robustas.

Figura 30

2.3. Noções sobre a Fabricação de Aços A principal matéria-prima para fabricação do aço é o gusa líquido que consiste em ferro líquido contendo, em solução, carbono, silício, manganês, fósforo e enxofre. Outro material usado é a sucata proveniente das linhas de laminação e também da própria aciaria. O gusa líquido proveniente do alto-forno e a sucata são misturados no forno conversor, onde são convertidos em aço. O processo de conversão consiste na oxidação dos elementos dissolvidos no ferro líquido com a conseqüente formação de óxidos que constituirão a escória, juntamente com a cal e a fluorita adicionadas. Para que isto ocorra, oxigênio é soprado no banho. O grau de oxidação e a conseqüente eliminação ou redução de determinados elementos químicos é função do tempo de sopro. Após o sopro é retirada amostra do banho e da escória para efetuar-se a análise preliminar. Com base nesta análise são efetuadas as adições à panela, durante o vazamento do aço, para controlar a oxidação do ferro e para colocar a composição química do mesmo, dentro da especificação solicitada. O oxigênio dissolvido no banho mais o oxigênio do ar reagem com as adições, formando óxidos. Parte dos óxidos (de alumínio, de silício, de manganês e de ferro), sendo partículas sólidas imersas no ferro líquido, sofrem, empuxo, deslocando-se para a superfície na panela e formando uma crosta. Outra parte não tem tempo ou condições de emergir e ficará retida no interior do aço solidificado. O aço líquido é vazado da panela para as lingoteiras onde se inicia o processo de solidificação do mesmo. O nível de oxigênio do banho, associado à técnica de desoxidação fará com que o lingote obtido seja de um aço acalmado ou efervescente. Vide a figura 31. Para a fabricação de aços acalmados, durante o vazamento, é feita uma adição de desoxidantes que, praticamente, eliminam todo o oxigênio dissolvido no aço. Assim o aço líquido ao solidificar não conterá gases dissolvidos. A solidificação do aço inicia na periferia do lingote, nas partes que estão em contato com as paredes da lingoteira e pelo topo por irradiação. Com o resfriamento há a contração do metal que dará origem a vazios na parte superior do lingote. As inclusões não metálicas, que são insolúveis, tanto no aço


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líquido como no sólido vão se concentrando à medida que a solidificação progride terminando por localizarem-se no vazio, devido a ser esta a última parte a solidificar do lingote. Durante o processo de laminação estes vazios contendo inclusões não soldam devendo, portanto, serem descartados. Nos aços chamados efervescentes este vazio, que faz com que parte do lingote seja perdido, é distribuído através de todo o lingote em pequenas bolsas que não concentram todas as inclusões, soldando-se durante o processo de laminação e permitindo, portanto, um maior aproveitamento do lingote. Para isto, a técnica de desoxidação na panela é controlada de forma a deixar certa quantidade de oxigênio dissolvida no aço. A solubilidade do oxigênio e do carbono é bem menor no ferro sólido que no líquido. Assim, na transformação de líquido para sólido, carbono e oxigênio precipitam formando bolhas de monóxido de carbono (CO). Estas bolhas criam correntes na parte líquida do lingote, agitando e prolongando o tempo de solidificação. Devido a isto o topo do lingote permanece líquido por mais tempo e os vazios formados pela contração são preenchidos por metal líquido proveniente daquela região, ficando apenas pequenos vazios não preenchidos, distribuídos ao longo do lingote. Como esses vazios soldam durante a laminação, não há necessidade do descarte de parte do lingote. Existem ainda, os aços semi-acalmados e os estabilizados que são variações dos dois tipos que descrevemos. Após a operação de lingotamento o lingote resfria até que o seu topo atinja um estado de solidificação que permita resistir a desmoldagem. Depois do estripamento, que é nome pelo qual é conhecida esta operação, os lingotes vão para os fornos-poços para homogeneização de temperatura, donde saem para serem laminados.

Lingote de

aço acalmadoLingote de aço efervescente

Figura 31

3. Laminação

Figura 32 3.1. Introdução


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A laminação consiste em modificar a seção de uma barra de metal pela passagem entre dois cilindros, deixando entre eles uma distância menor que a espessura inicial da barra. Vide a figura 32. Os produtos são arrastados pelo cilindro sob o efeito de forças de atrito, que se originam na superfície de contato dos cilindros e do metal laminado. Ao passar entre os cilindros o metal sofre deformação plástica. A espessura é reduzida enquanto que a largura e, principalmente, o comprimento são aumentados. Em condições normais o resultado obtido é o alongamento do material, sendo seu alargamento relativamente pequeno, devido às forças de atrito existentes ao longo do cilindro. 3.2. Condições de Agarramento e Arrastamento do Produto Quando o produto a ser laminado é empurrado contra os cilindros é originada uma força de atrito AT e uma força normal AN, correspondente. A força normal AN, exercida pelo cilindro sobre o produto, origina uma componente horizontal AC que se opõe ao arrastamento. A força de atrito AT dá uma componente horizontal AB dirigida no sentido do arrastamento. O produto será agarrado pêlos cilindros quando AB for maior que AC, o que implica em µ.AN cos α > AN sen α , onde µ é o coeficiente de atrito. Vide a figura 33.

AB = AT cos α AC =AN sen α AT = Força de atrito =µ.AN AB = µ.AN cos α

Condição para agarramento: AB > AC µ.N cos α > N sen α Portanto:

Figura 33

Em resumo, o arrastamento da barra depende, principalmente, do coeficiente de atrito, do diâmetro dos cilindros e do tamanho da redução pretendida. Mas a velocidade também terá influência por sua ação sobre o coeficiente de atrito. O agarramento será facilitado se a velocidade dos cilindros for baixa. Na prática, o ângulo de contato α para roletes lisos é inferior a 20ºe para roletes entalhados inferior a 35º. 3.3. Variação da Velocidade de Laminação

Cada cilindro entra em contato com o metal segundo o arco AE, que se chama arco de contato. O metal de espessura eo entra em contato com os cilindros à velocidade Vo e deixa os cilindros com a espessura e1, à velocidade v1. Vide a figura 34. Como devem passar na unidade de tempo, pelos planos AA e EE, bem como por qualquer outro plano intermediário, iguais quantidades de metal (vazão constante), podemos dizer que:

bo.eo.lo = b.e.l = b1.e1.l1

Onde: b = largura; e = espessura; l = comprimento da placa e t = tempo

t t

µ > tg α

t

Figura 34 Como l / t = velocidade (V) e considerando a variação de b desprezível, pois a grande variação é no comprimento e não na largura, podemos dizer que:


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eo.Vo = e.V = e1.V1 Como eo > e > e1 implica que: Vo < V < V1 Portanto, a velocidade de laminação cresce desde a entrada até a saída dos cilindros. Ao longo do arco de contato há somente um ponto onde a velocidade periférica dos cilindros é igual à da placa. Este ponto é chamado de ponto neutro (PN). Entre o plano de entrada AA e o ponto neutro, o movimento da placa é mais lento que o da superfície dos cilindros e a força de atrito atua no sentido de arrastar o metal para dentro dos cilindros. Ao ultrapassar o ponto neutro o movimento da placa é mais rápido que o da superfície dos cilindros. Assim, a direção da força de atrito inverte-se, de modo que sua tendência é opor-se à saída da placa de entre os cilindros, no plano EE. Portanto, a partir do ponto neutro o material sofre um processo similar ao de extrusão, sendo forçado a sair pela pressão exercida pelo material que vem atrás. 3.4. Coeficiente de Alongamento A relação entre o comprimento final da peça e o comprimento inicial é denominada coeficiente de alongamento. f

l

F

L

K = l / L = F / f Onde: K = coeficiente de alongamento l = comprimento final L = comprimento inicial F = área da seção transversal da peça antes da laminação f = área da seção transversal da peça após a laminação Na prática, o valor de K varia de 1,1 a 1,6, podendo alcançar valores até de 2,5. 3.5. Equipamento A máquina que executa a laminação é o laminador, o qual pode ser dos mais variados tipos. Basicamente todo laminador possui uma cadeira de laminação ou gaiola, constituída pelos cilindros, mancais e estrutura de apoio, bem como por um sistema de regulagem que permite aumentar ou diminuir a distância entre os cilindros. Vide a figura 35. A movimentação dos cilindros é feita por um sistema motor / redutor. Os laminadores modernos de grande porte são equipados com motores que facilitam o controle de velocidades e a reversão no sentido de rotação. Os cilindros podem ser movimentados por um único motor ou por dois motores (um para cada cilindro).

Figura 35

3.5.1 Cilindros de laminação


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Ranhurados s

Os cilindros de laminaçãoforjados, de boa resistêncproduto que se quer obter.correlatos; enquanto que oetc. Vide a figura 36. Os cilindros são compostoas partes onde atuarão omotoras que é por onde osOs cilindros ranhurados trsulcos. Ao espaço livre encilindros possui vários cacabamento. 3.5.2. Classificação dos l

Quanto ao número dDe dois cilindros (duo); De três cilindros (trio); De quatro cilindros (quadroDe vários cilindros (SendziLaminadores planetários

Quanto ao sentido dOs laminadores podem ser

a) lamd) lamina

A reversão não é necessáalimentado em um sentidocilindros superiores. Exigeque está sendo laminado.


Liso

Figura 36

podem ser fabricados de ferro fundido branco, aços fundidos ou aços ia ao desgaste. O perfil dos cilindros de laminação varia de acordo com o Assim, os lisos são usados para a obtenção de chapas, placas e produtos s ranhurados são empregados para a obtenção de perfis, barras, trilhos,

s pela área de trabalho, onde acontece a laminação, pelos colos que são s mancais de fixação dos mesmos na caixa e, finalmente, das pontas cilindros recebem potência proveniente da caixa de engrenagens. azem, em sua área de trabalho, chanfros especiais que se denominam tre os sulcos contíguos de dois cilindros denomina-se calibre. Cada par de alibres que podem ser recalcadores preliminares, de desbastar e de

aminadores

e cilindros

); mir) e

e rotação: de único sentido ou reversíveis.

inador duo; b) laminador duo reversível; c) laminador trio; dor quadro; e) laminador (Sendzimir); f) laminador planetário

Figura 37

ria quando se dispõe de laminadores trio. Neste equipamento o produto é , entre os dois cilindros inferiores, e volta em sentido oposto entre os dois m, portanto, mesas que se movimentam elevando e abaixando o material

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Nos laminadores quadros usam-se cilindros menores para entrar em contato com o produto, diminuindo os custos de manutenção e melhorando a precisão. Os cilindros maiores servem para apoiar e evitar a deformação dos menores. Laminadores múltiplos como o Sendzimir são usados para laminação a frio de chapas finas. Para conseguir-se ultrapassar o limite elástico do material da chapa é necessário o uso de cilindros de pequeno diâmetro, que permitem a obtenção da espessura e grau de precisão dimensional desejados no produto laminado. Laminadores planetários são constituídos de dois grandes cilindros de encosto, ao redor dos quais giram cilindros de trabalho de pequeno diâmetro. Este laminador é utilizado na laminação à quente quando são exigidas grandes reduções. Vide a figura 38. • Conforme o tipo de peças a produzir: Desbastadores; de perfis e barras; de chapas e especiais.

Forno Conversor

Laminador Desbastador Lingote Carro

Torpedo Forno Poço

Alto Forno

Figura 39

Na seqüência mostrada na figura 39, podemos ver o chamado lingotamento convencional. Após ser fundido, o aço é vazado adquirindo a forma de um lingote. Esses são mantidos e aquecidos em um forno poço, a fim de adquirirem uma temperatura homogênea adequada para laminação. Daí os mesmos são transportados até os laminadores desbastadores, onde são transformados em grandes peças brutas. • Laminadores desbastadores: Estes laminadores são máquinas potentes, geralmente duo reversível, com diâmetro de cilindros na faixa de 800 a 1400 mm e comprimento de trabalho de até 3 m. O peso dos lingotes laminados varia de 2 a 10t podendo chegar até a 20t. Eles são totalmente automáticos, sendo que a cada passagem do produto pelos cilindros, a distância entre eles diminui e o sentido de rotação é invertido. Se vamos produzir um bloco ou tarugo, conforme mostrado na figura 40, o lingote será girado a 90 °após um certo número de passagens. Os blocos e tarugos obtidos têm suas pontas cortadas para retirada de defeitos, e podem ser usados como matéria-prima para posteriores laminações ou, ainda, para operações de forjamento. O laminador empregado para a obtenção de placas com 75a 300 mm de espessura e 400 a 1600 mm de largura é um potente laminador duo reversível de duas caixas de trabalho. Os cilindros da primeira gaiola são de até 1100 mm de diâmetro e estão situados horizontalmente. Os cilindros da segunda caixa de até 700 mm de diâmetro acham-se na posição vertical, para limitar a largura da placa.

Figura 40 • Laminadores de perfis e barras: São laminadores ranhurados ou combinados, conforme mostrado na figura 40. Eles podem ser duos ou trios. Alguns ti[pos de perfis e barras que podem ser obtidos constam da figura 41.


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Figura 41

• Laminadores de chapas: Além do processo convencional de lingotamento, as chapas podem ser obtidas pelo lingotamento contínuo. Nesse processo a corrida contínua opera acoplada à aciaria e evita a perda de energia que ocorre no curso do processo produtivo tradicional. Eliminam-se operações intermediárias e respectivos equipamentos como lingoteira, fornos-poços e o laminador desbastador de grande porte. O aço é retirado do forno e vazado em veios. A medida que este se solidifica, ele passa a correr sobre rolos, seguindo diretamente para os laminadores, que lhe dão a conformação final. Além das vantagens na economia de energia, o processo permite um "lay-out" industrial mais compacto. Vide a figura 42.

LaminadorQuadro

Forno de Soleira Rotativa

Veio de Lingotamento

Forno ConversorCarro

TorpedoAlto

Forno

Figura 42

Os laminadores de chapas são usados para laminar chapas a quente (mais grossas) e a frio (mais finas). As chapas finas são aquelas cuja espessura variando entre 0,10 e 6,0 mm. Para esta laminação usam-se no início laminadores quadros e, conforme o processo avança a frio e a espessura é reduzida, os laminadores Sendzimir As chapas laminadas a quente, quando finas podem ser laminadas no laminador do tipo “Steckel”, que é um laminador quadro reversível, com dois fornos acoplados, a fim de manter as bobinas de chapa aquecidas. Vide a figura 43. No final do processo as chapas podem ser cortadas em um comprimento determinado ou enroladas em bobinas, quando finas.

Laminador Steckel

Laminador Sendzimir

Figura 43

• Laminadores especiais: São usados para laminar, rodas, tubos sem costuras, etc. • Laminação de rodas para trens e outras aplicações sobre trilhos: A matéria prima para a produção de rodas são lingotes forjados a quente em prensas ou marteletes, que são perfurados no centro e colocados nestes laminadores que, com a ajuda de roletes de formato especial, fazem a peça adquirir o perfil desejado.Vide a figura 44.


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Figura 44

• Laminação de tubos sem costura: Este processo é conhecido, devido a seus inventores, os irmãos Max e Reinhard Mannesmann, como o processo de laminação Mannesmann. Um esquema desse processo pode ser visto na figura 45. A matéria-prima que dá início ao processo é um tarugo redondo, que é aquecido à temperatura de laminação num forno. As barras redondas são perfuradas num laminador de cilindros oblíquos e transformadas em corpos cilíndricos ocos de parede grossa. O laminador de cilindros oblíquos possui dois cilindros de perfil especial, que giram no mesmo sentido de rotação e cujos eixos se encontram inclinados em relação ao eixo horizontal da barra. A barra é introduzida entre a parte cônica dos dois cilindros é laminada em grande velocidade, adquirindo um movimento helicoidal e avançando sobre um mandril de calibração do diâmetro interno, originando, então, o cilindro oco. O bloco oco assim obtido é transportado sobre um leito de rolos até o laminador contínuo e posicionado adequadamente. A seguir é introduzida uma biela no bloco oco. Após o posicionamento da biela, introduz-se a mesma junto com o bloco no laminador contínuo, onde o mesmo é deformado entre os rolos de laminação, servindo a biela como ferramenta interna. O laminador contínuo é constituído de oito cadeiras duo de laminação, dispostas muito próximas umas das outras e defasadas entre si de 90 graus. As duas últimas cadeiras do laminador contínuo não participam mais da deformação, funcionando apenas como cilindros alargadores do tubo laminado, no sentido de soltar a biela do mesmo. Esta é removida do laminador contínuo e devolvida para a mesa de bielas, de onde será empregada novamente no laminador contínuo. Na seqüência do processo o tubo é aquecido novamente à temperatura de laminação num forno de reaquecimento. Na saída do forno, segue-se o descarepamento da superfície do tubo por meio de água em alta pressão. O laminador redutor-estirador completa a laminação do tubo. Os tubos assim obtidos, em comprimentos de até 160 m, são levados para um leito de resfriamento, sendo depois cortados, ajustados e acondicionados para despacho. Neste processo podem ser produzidos tubos com diâmetros externos de 21 até 140 mm e paredes, conforme o diâmetro, de 2 até 16 mm. Existem, ainda, outros processos, usados para o estiramento do bloco oco, que não serão objeto desse trabalho.

Figura 45

3.6. Laminação a Frio Muitas vezes o acabamento superficial, a precisão dimensional e as características de resistência mecânica de um produto obtido por laminação a quente não são suficientes para determinadas aplicações, exigindo um processamento a frio.


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Na laminação a frio obtém-se um ótimo acabamento, grande precisão, maior resistência à tração e características de dureza e ductilidade controladas através de tratamentos térmicos intermediários de recozimento. À medida que a espessura é reduzida pela laminação a frio, o aço vai ficando mais duro e menos dúctil. Desejando-se diminuir esta dureza, devemos fazer o recozimento deste material. Este tratamento pode também ser necessário para permitir a continuação de redução de um produto que já está altamente encruado. Nos laminadores de tiras a frio da C.S.N., a espessura do aço laminado a quente sofre reduções da ordem de 90%, obtendo-se chapas que variam, de 0,21 a 1,90 mm. A usinabilidade do aço também é melhorada pelo trabalho a frio. Antes da laminação a frio o aço passa por um processo de limpeza de sua superfície, para remoção da carepa. A maioria do trabalho é feita com pequenos cilindros em laminadores quadros e Sendzimir. É comum o emprego de tração sobre a chapa para minimizar os efeitos da alta pressão de laminação e manter constante sua espessura, bem como para o guiamento da chapa. 3.6.1. Influência das trações sobre o produto laminado Nas laminações a frio de chapas as tensões de compressão (q) exercidas para ultrapassar o limite elástico do material já altamente encruado, são freqüentemente, muito elevadas. A tração a ré ou a frente diminui esse esforço de laminação, sendo que a ré a diminuição é maior. Além disso a tração influencia, favoravelmente,no guiamento e no aplainamento da chapa. Vide o esquema apresentado na figura 46.

eqt f

Figura 46 f = força de compressão horizontal devido aos atritos numa seção reta qualquer. P = f / e.b = tensão de compressão média horizontal nessa seção. Onde: e = espessura da chapa e b = largura da chapa (cte). Se aplicarmos a tensão de tração t sobre a barra à ré, podemos dizer que teremos como resultante uma nova força f ', que será f ' = f - t, portanto, a tensão de compressão passa a ser p' = f’ / e.b Como f ’ < f , resulta que p’< p. Por sua vez, a tensão vertical de compressão q = p + k, onde k é uma constante. Assim, teremos q' = p' + k. Portanto: q' < q 3.6.2. Espessura limite Existe uma espessura mínima abaixo da qual não é possível realizar-se uma redução dada. Este fenômeno é devido ao achatamento local dos cilindros no contato com a chapa. Para um determinado diâmetro de cilindro torna-se mesmo impossível conseguir-se qualquer redução a partir de certa espessura. Neste ponto um maior aperto dos parafusos do laminador se traduz apenas em um aumento do achatamento e por conseqüência do comprimento do arco de contato, sem que se traduza num aumento de pressão dos cilindros sobre o material. Por esse motivo são empregados cilindros de pequenos diâmetros para a laminação de chapas finas, bem como, o uso de materiais com elevada resistência à tração e elevado módulo de elasticidade. Para o aço fortemente encruado o diâmetro dividido pela espessura deve ser menor do que 2500. Como exemplo, indicamos abaixo as espessuras mínimas que podem ser laminadas a partir de uma chapa de aço inox 18-8 de 3,15 mm de espessura:

Diâmetro do cilindro (mm) Espessura mínima laminada (mm)

400 0,90 300 0,66 200 0,45 130 0,30

Tabela 3


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3.6.3. Influência da lubrificação na laminação a frio. A lubrificação é de grande importância na laminação a frio, principalmente, de chapas finas. O lubrificante aplicado sobre os cilindros e sobre a chapa em grande quantidade, tem um duplo papel: extrair o calor desenvolvido pela deformação da chapa, de modo a evitar um aquecimento excessivo dos cilindros, e facilitar o escorregamento dos cilindros sobre a chapa. O lubrificante mais empregado é uma solução de óleo solúvel. 3.7. Posicionamento das Gaiolas Conforme o produto a ser produzido bem como, o equipamento disponível, haverá uma melhor forma de se disporem às gaiolas de laminação para obtenção dos vários passes com a menor movimentação e no mínimo tempo possível. Segundo o esquema de disposição das gaiolas a linha de laminação pode ser: a) linear, b) escalonada, c) contínua, d) semicontínua, etc. Vide a figura 47.

Figura 47

a) Linear: Neste caso, todas as gaiolas funcionam com a mesma velocidade e o produto precisa ser flexível o suficiente para permitir seu "serpenteamento" entre as diversas gaiolas. Apenas uma unidade motriz é suficiente para tocar todo o conjunto. b) Escalonada: Neste caso as gaiolas formam várias linhas, que funcionam com diferentes velocidades, o que permite aumentar a velocidade da gaiola acabadora e, portanto, aumentar o rendimento do laminador. c) Contínua: Nas linhas contínuas o metal que está sendo laminado passa sucessivamente através de todas as caixas de trabalho, situadas uma após a outra. A velocidade de laminação em cada gaiola seguinte é maior que na anterior, e regulada de tal forma a compensar o aumento de comprimento obtido na laminação anterior.

d) Semicontínua: Neste caso parte da laminação é feita de maneira contínua até uma bitola intermediária, sendo a laminação de acabamento feita de modo escalonado. 3. Trefilação 3.1. Introdução A trefilação ou estiramento é um processo de deformação do metal a frio, forçando sua passagem por um orifício calibrado de seção menor que a da peça bruta, através da aplicação de uma força de tração. Depois de estirado, o metal adquire dimensões exatas, superfície limpa e elevada resistência mecânica, devido à deformação do metal a frio. Perfis redondos, retangulares, hexagonais e outros com diâmetro de até 100 mm, e tubos podem ser estiradas a frio. A trefilação é o único processo para obtenção de arames e fios. Vide o esquema apresentado na figura 48. Os principais metais trefilados são: o aço, o alumínio e o cobre, sendo que estes dois últimos têm aplicação principal na transmissão de energia elétrica, como fios e cabos.


33

3.2. O Processo

Figura 48

• Preparação A matéria-prima para o processo de trefilação é um material laminado a quente, que tem seu óxido removido através de decapagem química por ácido sulfúrico ou clorídrico ou, opcionalmente, no caso de barras, perfis e tubos, mecânica por jateamento com granalha de aço. Após a decapagem química o material deverá sofrer uma lavagem com água e uma neutralização. Para isso é muito usada a cal, que além de neutralizar resíduos ácidos, serve como uma base para aderência do lubrificante durante a trefilação. Outra forma de manter o lubrificante aderido ao metal, mesmo nas elevadas pressões a que será submetido o material é sua fosfatização (vide fosfatização no capítulo de acabamento superficial). A fosfatização é mais usada em peças que foram jateadas. • Estiramento A extremidade do material é afinada, a fim de passar pela fieira e poder ser presa ao cabeçote de estiramento, que exercerá a força de tração para passagem do material pela fieira. Este cabeçote puxa a peça em linha reta quando se tratar de barras, tubos e perfis. Quando a trefilação é de fios, estes vão sendo enrolados em bobinas e sofrendo sucessivas reduções, até que a bitola desejada seja alcançada. Vide o esquema constante da figura 49. No caso de tubos, pode ser inserido um mandril para controle do diâmetro interno, quando houver interesse.

Figura 49

A pressão de estiramento contra uma matriz deve exceder o limite de escoamento do metal. Para que o material possa deslizar através da matriz, e para que esta não sofra um desgaste muito grande, devido ao atrito a essas elevadas pressões, é necessário que a peça esteja revestida com alguma espécie de lubrificante. Como lubrificantes podem ser usados: sabão grafitado (que adere na superfície do aço através da cal), óleos lubrificantes e óleos solúveis. Estes últimos, além de lubrificarem, também refrigeram o material e a ferramenta. O lubrificante penetra nos poros de uma camada de fosfatos que reveste o metal, quando o mesmo for fosfatizado. 3.3 A Fieira


34 .

Figura 50

As matrizes ou fieiras devem ser duras, resistentes ao desgaste e às altas pressões exercidas pelo material. A figura 50 mostra a seção transversal de uma matriz, onde se notam dois ângulos: o de entrada, confeccionado de maneira a permitir espaço para o lubrificante que adere às paredes da matriz, e o de trabalho que corresponde à seção da ferramenta onde se verifica a verdadeira redução do material. A parte paralela serve para uma calibração final do material, enquanto que o ângulo de saída evita o atrito do material com a ferramenta devido a pequenos movimentos que este possa fazer. Os materiais mais empregados para a confecção da fieira são: ferro fundido coquilhado, aço liga temperado e, principalmente, o carboneto de tungstênio (vídia) aglomerado com cobalto metálico de dureza 83a 89 RA. Ultimamente, vem ganhando terreno o diamante policristalino (PCD), obtido através de cristais de diamante sintético sinterizado, devido à sua grande durabilidade. 3.4. Esforços na Trefilação

Figura 51

A força necessária para a trefilação é o resultado da somatória de três parcelas, a saber: Ft = Fc + Fat + Fp, onde: Ft = Força total para trefilação; Fc = Força de compressão para redução do diâmetro; Fat = Força de atrito e Fp = Força de cizalhamento. Vide a figura 51. Ft depende: Do ângulo de trabalho da fieira, da redução de seção pretendida, do limite de escoamento do material e do atrito (material da fieira, afiação, lubrificação). Para uma mesma redução de seção o aumento do ângulo de trabalho implica em maior deformação por cizalhamento, o que resultará em um maior encruamento do material trefilado. Uma diminuição do ângulo, por sua vez implica em um aumento do atrito. Portanto, para cada condição existirá um ângulo ideal. A velocidade de avanço não afeta diretamente o esforço de trefilação, mas provoca um aumento da temperatura da fieira devido ao atrito, que torna a lubrificação mais difícil, podendo resultar em um aumento da força de atrito e aquecimento exagerado do material e da ferramenta. O valor máximo da tensão longitudinal no material que está sendo trefilado ocorre na saída da fieira e pode ser designada como sendo a tensão de trefilação. A tensão de trefilação não pode exceder a tensão de escoamento do material já trefilado e este é o limite para o máximo esforço de tração que se pode aplicar sobre o material a fim de se obter sua redução. 3.5. Redução de área


35

A redução de área na trefilação é dada por: Ra DfDo

= −12

2

Onde: Ra = Redução de área Df = diâmetro final do material trefilado. Do = diâmetro inicial do material a ser trefilado. Ra deve ser menor que 0,63. Na prática Ra varia entre 5% e 40%. 3.6. Alongamento

O alongamento sofrido por um material na trefilação pode ser obtido por: Al Lf LoLo

=−

×100

Lf Df

Lo

Do

Onde: Al = Alongamento Lf = comprimento final do material trefilado. Lo = comprimento inicial do material a ser trefilado. 3.7. Efeitos da trefilação sobre as propriedades mecânicas do material O encruamento sofrido devido à deformação a frio eleva a resistência à tração e o limite de escoamento do material e, ao mesmo tempo reduz os valores de alongamento, como pode ser visto na figura 52. No caso de aços as variações das propriedades são mais acentuadas nos primeiros 15% de redução de área.

Figura 52

Conforme o número de passes a ser dado no material ou das propriedades mecânicas que se quer obter no produto final poderão ser necessários tratamentos térmicos de recozimento, pois o material a cada passe vai tornando-se mais duro e mais frágil chegando a ponto de não suportar mais nenhuma deformação. 4. Forjamento


36 .

Figura 53

4.1. Introdução O forjamento antecedeu no tempo a todos os processos de transformação por deformação plástica, sendo certamente conhecido desde 1500 AC. A maioria das ferramentas e armamentos antigos era obtida pelo trabalho artesanal do ferreiro, conforme mostrado no desenho da figura 53. Trata-se de um processo de deformação plástica de um metal, geralmente a quente, com o auxílio de ferramentas agindo por choque ou por pressão, de maneira a se obter uma peça de formato determinado. O forjamento, assim como qualquer outro processo de trabalhomecânico, está associado com uma variação na macroestrutura dometal, o que conduz a um rearranjo das fibras e altera o tamanho dogrão.

A figura 54 mostra o fibramento de um metal de um flange produzido por usinagem (A) e forjamento (B). O fibramento da peça forjada é muito mais favorável, promovendo uma maior resistência à flexão no caso do flange ter de suportar alta pressão.

Os forjados constituem-se como primeresistência mecânica com boa ducttemperadas e revenidas, normalmentdeformações, não podem ser superadcargas súbitas. A peça forjada pode ser obtida de duas• Forjamento com matrizes abertas oabertas, podendo fluir para os lados so• Forjamento com matrizes fechadasde maneira a ocupar o contorno do molOs metais normalmente usados paramagnésio. 4.2 Pré-aquecimento Cada metal ou liga possui um determinser feito da melhor maneira. Deve seresistência à deformação. Antes de proceder-se à deformação, osuperaquecimento ou queima do metalA tabela 4 indica os intervalos de tempe

Material TempeAço carbono Aço liga Bronze (Cu+Sn) Latão (Cu+Zn) Ligas de AL Ligas de Mg

4.3. O Forjamento em Matrizes


A

Figura 54

B

ira opção, onde se demande combinações do tipo: elevada

ilidade e tenacidade. Por outro lado às peças forjadas, e empregadas em componentes sujeitos a altas tensões e as em desempenho, confiabilidade, resistência à fadiga e a

formas: u planas: Neste caso, o metal deforma-se entre as matrizes

bre a superfície da matriz. ou estampos: Neste caso, o metal é obrigado a deformar-se de formado por um par de matrizes. o forjamento são o aço, ligas de cobre, o alumínio e o

ado campo de temperatura dentro do qual o forjamento pode r uma temperatura que associe boa plasticidade e mínima

tarugo deve ser uniformemente aquecido, sem que haja um . ratura de forjamento de alguns metais.

ratura.máxima (°C) Temperatura mínima (°C) 1200-1000 800-850 1150-1100 825-900

850 700 750 600

490-470 300-350 430-370 350-400

Tabela 4 Abertas

37

Figura 55

Os forjados são feitos por este processo quando: O forjado é muito grande para ser feito em matrizes fechadas. A quantidade é muito pequena para compensar a usinagem de matrizes fechadas. O formato da peça é muito simples. O tamanho dos forjados que podem ser produzidos em matrizes abertas só é limitado pela capacidade dos equipamentos de aquecimento, forjamento e manuseio. Contudo, cerca de 80% dos forjados em matrizes abertas, pesam entre 15 e 500 Kgf. Com operadores habilidosos e com a ajuda de várias ferramentas auxiliares, pode-se produzir formatos relativamente complexos em matrizes abertas. Entretanto, como estas operações levariam muito tempo, elas se tornariam muito caras. Portanto, forjados complexos só são obtidos em matrizes abertas em circunstâncias especiais.

A maioria dos forjados em matrizes abertas tem os seguintes formatos: seções redondas, quadradas, retangulares, hexagonais e octogonais, forjadas a partir de um tarugo. O esquema de obtenção de um esboço de um parafuso é mostrado na figura 55.

Esboço de um parafuso

4.4. O Forjamento com Matrizes Fechadas No forjamento em matrizes fechadas, o fluxo do metal é contido pelas paredes das matrizes, que formam uma cavidade com o formato da peça. Este tipo de forjamento é economicamente empregado para produção de peças em grande quantidade com peso de até 350 Kgf. As matrizes são feitas geralmente em aços liga e tem um custo relativamente elevado, principalmente devido ao trabalho de usinagem das cavidades. A peça obtida exige pouco trabalho de usinagem para obtenção do produto acabado. Como o fluxo do metal que está sendo deformado é restringido pelas cavidades das matrizes, a pressão será distribuída em toda massa do metal e não somente na superfície, fazendo com que o alinhamento das fibras seja mais propício aumentando, portanto, as propriedades do forjado. Durante o forjamento de uma peça em matrizes fechadas, temos geralmente duas operações: o forjamento e a rebarbação. Peças simples podem ser forjadas de uma só vez em matrizes com uma única cavidade e depois rebarbadas. Vive a figura 56.

Figura 56 Na cavidade da matriz inferior coloca-se o produto inicial, previamente aquecido e, através da pressão exercida pela matriz superior, o metal irá preencher toda a cavidade do estampo, com o excesso de metal (rebarba) sendo comprimido em uma cavidade especial. As rebarbas representam 15 a 20% do peso do forjamento e constituem a garantia de não faltar metal para o preenchimento de


38 .

toda matriz e obtenção de uma peça sã. As cavidades do estampo devem ter paredes inclinadas formando ângulos de 5 graus a 8 graus, de maneira a facilitar a extração da peça. Deve-se também evitar cantos vivos, que podem causar acúmulo de tensões e, conseqüentemente, trincas. No projeto da matriz não se deve esquecer que a peça ao ser formada esta acima da temperatura de recristalização do metal e, portanto, o metal irá se contrair até atingir a temperatura ambiente. Assim, a matriz deve ser construída maior para que a peça, ao se resfriar, fique nas dimensões projetadas. Depois da obtenção da peça na matriz fechada, o forjado é levado a uma prensa para o corte da rebarba em uma matriz especial, após o que pode ser usinado para obtenção das dimensões finais. Peças mais complicadas são forjadas em várias matrizes ou em uma matriz com várias cavidades, onde a peça é obtida por etapas progressivas, como é o caso da biela mostrada na figura 57..

Figura 57

4.5. Máquinas para Forjamento Inicialmente o forjamento era executado pelo homem com o malho e a bigorna. Com a entrada da era industrial apareceram os primeiros martelos forjadores mecânicos. Posteriormente, devido a crescente necessidade de produtos mais precisos, e da produção em grande série, surgiram as prensas, que deformam os metais sem choque, somente por pressão. Atualmente, dos equipamentos utilizados em forjarias, podemos distinguir os seguintes: marteletes, martelos, prensas mecânicas e prensas hidráulicas, dos quais apresentamos alguns exemplos a seguir. 4.5.1 Forjamento em marteletes São usados para peças de tamanho pequeno e caracterizam-se pelo peso das massas que dão o golpe sobre a peça que está sendo forjada (até 1t). • Martelete pneumático

A figura 58, mostra um martelete pneumático de dupla ação. Este martelete consta de dois cilindros: O de trabalho 1 e o de compressão 2. Pelo cilindro de trabalho corre o êmbolo-massa 3 com o estampo 4 preso a ele. O êmbolo do cilindro de compressão 5 que é posto em movimento pelo mecanismo de virabrequim e biela 6, comprime o ar que é bombeado alternadamente para os orifícios superior e inferior do cilindro de trabalho, provocando assim o movimento do êmbolo e o conseqüente martelamento. A admissão e o escapamento de ar no cilindro de trabalho efetua-se por meio de válvulas 8 que são comandadas por alavancas ou pedais. As válvulas permitem realizar golpes individuais ou trabalhar automaticamente e parar a massa na posição superior. O peso das peças de golpe varia de 50 a 1000 Kgf dando até 190 golpes por minuto. Este martelete é usado para forjamento de peças de até 20 Kgf.

Figura 58 4.5.2 Forjamento em martelo - pilão


39

Os forjados de peso médio são obtidos em martelos-pilões de ação simples ou dupla, a vapor. Na figura 59 é mostrado um martelo pilão a vapor, de dupla ação e com dois apoios. Na parte superior da armação 1 está preso o cilindro de trabalho 2 pelo qual corre o êmbolo com o braço 3. O extremo inferior do braço está ligado à massa 4, com a matriz intercambiável 5, que martela o metal que se acha sobre a matriz inferior 6. Esta vai colocada sobre a bigorna 7 que é uma peça moldada maciça. Por meio da alavanca 8 é manejado o mecanismo de distribuição, que pode também ser manobrado automaticamente. Nos martelos - pilões a vapor com um único apoio, o peso das peças de golpe (êmbolo, braço, massa e matriz) tem que ser inferior a 2 toneladas. Os martelos de peso maior (até 5t) possuem uma armação de dois apoios e guias para a massa, o que exclui a possibilidade do desvio do braço durante o trabalho. Os martelos - pilões são de fácil manejo, podem dar golpes com forças diferentes, manter suspensa a massa e dar golpes seguidos. Estes martelos são utilizados para os mais diversos trabalhos de forja, partindo de tarugos de até uma tonelada.

Figura 59

4.5.3 Forjamento em prensas mecânicas A estampagem a quente em matrizes fechadas pode ser realizada por martelos e marteletes mas, preferencialmente, é feita em prensas. As vibrações e a violência dos choques não permitem o uso de martelos mecânicos para o forjamento com matrizes progressivas. Outra vantagem das prensas é que elas permitem uma regulagem mais fácil e, por conseguinte, produzem um trabalho mais preciso. Finalmente, uma única pancada de uma prensa produz tanto trabalho quanto várias pancadas de um martelo-pilão, eliminando a necessidade de reaquecimento da peça. • Prensa excêntrica O forjamento com matrizes fechadas pode ser feito por prensas excêntricas com capacidade entre 500 e 18.000 tf e com velocidades de recalcamento entre 0,5 a 0,8 m/s. Praticamente não há carga de impacto não sendo, portanto, necessárias fundações pesadas para sua instalação. A deformação penetra mais profundamente, o que melhora a qualidade do forjado. Considerando que a deformação é executada em um único curso do cabeçote, que as posições extremas do cabeçote são precisamente localizadas e que o número de cursos por minuto pode ser tão alto quanto o do martelo, teremos para a prensa uma maior capacidade produtiva e uma maior precisão do forjado (tolerância entre 0,2 e 0,5 mm). Além disso, os ângulos de saída da matriz podem ser reduzidos a 2 ou 3 graus, considerando-se a possibilidade da aplicação de extratores nas matrizes. Prensas excêntricas permitem ampla mecanização e mesmo automatização. Vide a figura 60.


40 .

• Prensa excêntrica Principais componentes: 1 - Volante 2 - Guias do cabeçote 3 - Excêntrico 4 - Biela 5 - Mesa regulável 6 - Volante regulador

Figura 60

4.5.4 Forjamento em prensas hidráulicas São empregadas prensas hidráulicas para forjamento pesados em lingotes com peso entre 1 e 250 t. Diferentemente dos martelos-pilões as prensas deformam o metal sem dar golpes, aplicando uma carga estática. As prensas hidráulicas usadas para forjamento com matriz aberta podem ter entre 500 e 15000 tf e as usadas para matriz fechada até 50000 tf. A figura 61 mostra o esquema de uma prensa hidráulica.

A armação da prensa é constituída por quatro colunas 1, que estão presas na base metálica 2 e no suporte superior 3. Neste suporte estão montados o cilindro de trabalho 4 e o cilindro de elevação 5. As colunas da prensas servem de guias para o suporte móvel 6 onde é presa a matriz superior 7. A matriz inferior 8 é presa na base metálica. O suporte móvel está unido com o pistão 9 do cilindro de trabalho e preso por meio das barras 10 ao balancim 11 do cilindro de elevação. Para o funcionamento da prensa, a pressão do fluido não deve ser menor que 200 atm.

Figura 61


41

4.6. Relações entre os Parâmetros que atuam na Deformação por Forjamento 4.6.1. Cálculo da força de forjamento

Figura 62

Considerando-se uma força de deformação P atuando sobre a superfície de um corpo metálico, como o da figura 62, podemos dizer que, quando a mesma executar uma deformação elementar dh, neste corpo teremos a realização de um trabalho elementar dT, onde: dT = Pdh Sabemos que o corpo oporá uma resistência à sua deformação, que dependerá basicamente do material, da temperatura, da velocidade da deformação e das condições de vinculação desse corpo

ao molde (matriz aberta ou fechada). Chamaremos esta resistência de rd, onde: rd PS

= , sendo S a

área da superfície que está sendo deformada, ou seja, o produto das dimensões a x b (comprimento x largura). Assim teremos: dT = rd.S.dh Por outro lado sabemos que durante a deformação o volume do corpo permanecerá constante, pois não haverá alteração em sua densidade, alterando-se apenas, proporcionalmente, suas dimensões, assim: Vo = V = V1 = cte. (V = a.b.h)

Portanto, multiplicando e dividindo por h, teremos: dT rd V dhh

= . .

Para determinarmos o trabalho para a realização da deformação total, devemos integrar dT.

Assim teremos: T =h

hfrd V dh

h0∫ . . = rd V hohf

. .ln

Por outro lado, se chamarmos a deformação total ho - hf = e, teremos T = P.e

Portanto, igualando em T, teremos: Prd V ho

hfe

=. .ln

rd é uma resistência ideal à deformação. Na prática teremos uma resistência real Rd =rdµ

, onde µ

é o rendimento.

Assim a força necessária para a deformação do material será: PRd V ho

hfe

=. . ln

Rd é tabelado por material. A tabela 5 indica o valor de Rd para a deformação a quente de aço, em matrizes abertas. Nos casos de matrizes fechadas Rd, aumenta entre 30% a 60%, dependendo do formato da cavidade.

Percentual de deformação

Rd (MPa) Martelo

Rd (MPa) Prensa

0 a 10 100 a 150 40 a 60 10 a 20 150 a 200 60a 120 20 a 40 200 a 300 120a 220 40 a 60 300 a 360 220a 280

Acima de 60 360 a 500 280a 380 Tabela 5

4.6.2. Dimensionamento de um martelo para execução de uma determinada deformação.


42 .

• Martelo em queda livre

Figura 63

Se considerarmos um martelo de massa Q executando uma determinada deformação e, como mostrado na figura 63, podemos dizer que:

T m v=

. .2

2µ , onde:

v = velocidade final da massa de peso Q m = Q/g, onde g é a aceleração da gravidade µ = rendimento, pois parte da energia do choque é absorvida pela máquina.

Por outro lado: v g= 2. .C , onde C = curso livre do martelo (altura da queda de Q)

Assim: v2 = 2gC, portanto podemos dizer que: T Q g Cg

=. . ..22

µ

∴ =T Q C. .µ Como: T P e= . , podemos igualar em T: PQ Ce

=. .µ

Como : PV Rd ho hf

e=. . ln

, igualando-se em P , finalmente, vem: QV Rd ho hf

C=. . ln

.µ• Martelo de Dupla Ação

Figura 64

Em um martelo de dupla ação, como o da figura 64,teremos: T Q C p A C= +. . . . .µ µ Onde: p = pressão de ar ou vapor no pistão do martelo (usualmente de 7000 a 9000 MPa).

A = área da cabeça do pistão. A d=

π . 2

4

C = curso livre do martelo (altura de queda) Q = peso da massa do martelo Com o mesmo raciocínio feito para o martelo de simples ação, podemos deduzir que:

QV Rd ho hf p A C

C=

−. . ln . . ..

µµ


43

• Exercício: Dimensionar um martelo de duplo efeito para executar, em uma única pancada, uma deformação de 10 mm em um bloco de 250 mm de altura e base de 150 x 200 mm. Dados: material: aço pressão do pistão: p = 7000 MPa diâmetro do pistão: 300 mm rendimento do sistema: 0,8 curso livre do martelo:C = 600 mm

Solução:

QV Rd ho hf p A C

C=

−. . ln . . ..

ηη

V = 150 x 200 x 250 = 7.500.000 mm3 Determinação de Rd:

Porcentual de deformação: 250 10010

→→ x

∴ =x 4% , da tabela vem Rd = 120 MPa

ln ln ,hohf

= =250240

0 0408

A D mm= = =π π. . . .

2 22

43004

70 686

10,7006.28,0600

8,0600686.7007,00408,0120000.500.7=

××××−××

=Q

Q = 27000 N 5. Extrusão 5.1. Introdução

Figura 65

No processo de extrusão, o metal é comprimido acima de seu limite em uma câmara, sendo forçado a escoar através de uma matriz que irá determinar a seção do produto resultante. A extrusão pode ser a frio ou a quente, porém, para a maioria dos metais, utiliza-se extrusão a quente, de modo a reduzir as forças necessárias para o processo, eliminar os efeitos do trabalho a frio e reduzir as propriedades direcionais. O metal é normalmente comprimido por um êmbolo, para frente ou para trás, e forçado a passar através da matriz, dando origem a um produto que pode ser sólido ou oco. Os metais mais usados para a extrusão são o chumbo, o alumínio, o magnésio e o cobre e suas ligas, devido as suas resistências ao escoamento e temperaturas de extrusão serem relativamente baixas. O aço é mais difícil para ser extrudado, devido a sua alta resistência ao escoamento e sua tendência de soldar-se às paredes da câmara da matriz, nas condições de alta temperatura e pressão necessárias à extrusão. Na figura 65 são mostrados perfis de alumínio obtidos por extrusão.


44 .

Figura 66

5.2. Extrusão a Quente As altas temperaturas e pressões que podem atingir até 7000 atmosferas são os maiores problemas da extrusão a quente. São necessárias lubrificação e proteção da câmara, do êmbolo e da matriz para evitar-se desgaste prematuro ou um emperramento da extrusora. Para baixas temperaturas, é usual a aplicação de óleo grafitado como lubrificante; para altas temperaturas, como as alcançadas na extrusão do aço, usa-se vidro líquido como lubrificante. Além disso, os êmbolos podem possuir sistema de refrigeração por água, quando não estão em operação. Entretanto, a melhor garantia para o equipamento é deixar o metal o mínimo tempo possível na câmara, através de uma alta velocidade de extrusão,que pode alcançar até 2m/s. A maioria das extrusões a quente são efetuadas em prensas hidráulicas horizontais, com capacidade entre 250 e 6.000 tf. A tabela 6 indica a temperatura de extrusão para alguns metais.

METAL TEMPERATURA DE EXTRUSÃO (ºC) AÇO 1200 a 1320

MAGNÉSIO 350 a 430 ALUMÍNIO 420 a 480

LIGAS DE COBRE 650 a 900 Tabela 6

5.2.1 Aplicações da extrusão a quente A extrusão é mais cara que a laminação para a produção de grandes quantidades. Portanto, para perfis com formatos que possam ser obtidos por laminação, a escolha dependerá de um estudo econômico. Entretanto, quando se tratar da obtenção de formas com saliências e reentrâncias, que não poderiam ser obtidas por laminação, a alternativa mais interessante é a extrusão. A extrusão também é bastante usada para a obtenção de tubos, geratrizes de engrenagens, cápsulas de projéteis, peças para aviação, etc. 5.2.2 Fabricação de tubos de aço sem costura, por extrusão a quente Os tubos extrudados feitos de aços ligados e ligas não ferrosas são obtidos a partir de tarugos redondos laminadas ou forjados. Normalmente esses são perfurados antes da extrusão. Para tubos de pequeno diâmetro interno escolhe-se um diâmetro do furo um pouco maior que o mandril interno a ser utilizado. Para tubos de grande diâmetro interno prevê-se um furo menor, o qual é alargado a quente para o diâmetro interno final desejado. Além disto, todos os tarugos são arredondados na face de prensagem com um determinado raio. Estes tarugos perfurados são aquecidos à temperatura de prensagem, tanto para o alargamento de seu diâmetro interno quanto para a prensagem, em fornos de banho de sal ou fornos elétricos de indução. A seguir, o tarugo perfurado aquecido é recoberto interna e externamente com vidro derretido, e introduzido na câmara de extrusão. Na saída desta encontra-se uma matriz, provida de material lubrificante, que determina o diâmetro externo do tubo, enquanto que o mandril introduzido no tarugo determina o seu diâmetro interno. O êmbolo da prensa atua sobre um anel de prensagem colocado sobre o tarugo. Após a conclusão do processo de prensagem, cortasse o disco de material remanescente na câmara, com auxilio de uma serra ou tesoura. A figura 67 mostra esquematicamente o processo de prensagem por extrusão, no qual a direção de prensagem pode ser tanto vertical quanto horizontal. No caso da prensagem vertical ocorre sob a prensa um desvio do tubo de 90 graus, cortando-se a seguir o mesmo em comprimentos de fabricação.


45

Figura 67

5.3. Extrusão a Frio

Figura 68

Certos metais tais como o chumbo, o estanho, o zinco, o alumínio, o cobre, o níquel e suas ligas apresentam alta plasticidade sendo adequados para a extrusão a frio, além disso, a rápida aplicação de pressão libera uma quantidade de calor que eleva a temperatura do metal extrudado, o que facilita a mesma. A figura 68 mostra o esquema para a produção de tubos para pasta dental. Para sua obtenção é colocada no fundo de uma câmara fechada uma pastilha (cortada a partir de uma chapa), a qual é atingida por um punção em alta velocidade. O metal é obrigado a conformar-se em torno do punção formando o tubo, que é descarregado quando o punção recua. Por este processo, consegue-se uma produção de até 80 tubos por minuto. As pressões exercidas neste processo variam de 1 a 3 vezes o limite de escoamento do metal. A lubrificação é feita através de óleos, graxas ou sabões. Para aderência do lubrificante no metal é interessante que este seja fosfatizado, pois a camada de fosfatos é porosa e retém o lubrificante.

Para a extrusão a frio, são normalmente utilizadas prensas mecânicas verticais devido a sua rapidez de operação. Prensas hidráulicas são usadas para peças maiores ou para metais que apresentam maior resistência à deformação. Os fatores fundamentais para uma boa extrusão a frio são: O material possuir alta maleabilidade e plasticidade (sempre deve se usar material recozido), a força de extrusão ser aplicada rapidamente e ter intensidade constante e as peças terem seção simétrica. Os defeitos mais comuns que apresentam as peças extrudadas a frio são: Rasgos, rugas e espessura de parede irregular. Esses defeitos normalmente são provenientes de falhas nas pastilhas, descentralização do punção em relação à matriz ou, ainda, desnivelamento da matriz. Vide a figura 69.


46 .

Figura 69 5.3.1 Aplicações da extrusão a frio A extrusão a frio visa tanto melhorar as propriedades mecânicas de um metal, como produzir formas específicas. Sua rapidez e um dos motivos que torna este processo vantajoso para a obtenção de latas, carcaças de extintores de incêndio, pistões de alumínio para motores, cilindros, tubos, geratrizes de engrenagens, etc. A extrusão a frio torna-se bastante interessante para metais moles e formas simples. A extrusão a frio é competitiva com a estampagem profunda de chapas, pois exige menor número de operações para a obtenção da peça estampada e devido ao menor custo das ferramentas, embora exijam prensas mais potentes para execução da operação. 5.4. Cálculo das dimensões da pastilha para extrusão O formato da pastilha deverá coincidir com o do fundo da peça. As dimensões da pastilha que dará origem à peça extrudada é calculada pela igualdade de volumes, uma vez que o volume da pastilha será igual ao da peça, pois não há perda de material, nem alteração de sua densidade. • Exemplo: Calcular as dimensões da pastilha que dará origem a um copo cilíndrico, numa extrusão a frio.

• Solução: a) Cálculo do volume da peça:

) ) ](([V D d H ef D e= − − + fπ4

2 2 2. .

b) Cálculo do volume da pastilha: Sabemos que o diâmetro da pastilha coincide com o diâmetro externo da peça. Assim teremos:

Vo D h=π . .

2

4

Igualando-se as duas expressões teremos o valor de h:

h =

Pastilha ) )((D d H ef D ef

D

− − +2 2 2

2

. .


47

5.5 Determinação da força de extrusão De acordo com Dipper, a força necessária para a extrusão de determinado metal pode ser obtida através da seguinte fórmula:

)(Fe

Sp Kfm h e=

+. . ,2 0 25η

Onde: Sp = área da seção transversal do punção Kfm = fator de estabilização médio (resistência oposta pelo material à deformação), que varia com o metal e com o grau de deformação. η = rendimento da deformação que varia de 0,6 a 0,8 para materiais moles, tais como o chumbo e o alumínio e entre 0,5 a 0,7 para materiais mais duros. h = altura da pastilha de extrusão e = espessura da parede da peça pronta.

O grau de deformação, representado por δg , é calculado como: δg SoS

= ln

Sendo: So = área da base da pastilha de extrusão. S = área da seção transversal da peça pronta. • Exemplo:

Determinar a força necessária para a extrusão de um copo cilíndrico, sabendo-se: Material: Alumínio 99,5% Diâmetro da pastilha: D = 26 mm Altura da pastilha: h = 20 mm Espessura final de parede: e = 3,0 mm Espessura final do fundo: e = 2,0 mm Solução:

)(Fe

Sp Kfm h e=

+. . ,2 0 25η

a) Determinação de Sp:

Sp d mm= = =π π. int .2 2

2

4204

314

b) Determinação de Kfm:

δg SoS

= = =ln ln ,531217

0 9

No gráfico 1, na curva do alumínio 99,5%, com grau de deformação de 0,9, tiramos: Kfm = 10 Kgf/mm2. b) η adotado igual a 0,8 devido à simplicidade da peça e por se tratar de material macio. Portanto, teremos:

)(Fe kgf=

× × + ×=

314 10 2 0 25 20 30 8

14 400,

,.

p


48


.

δg

Kfm

(kg/

mm

²)

Gráfico 1

1

O SISTEMA DE PRODUÇÃO

Figura 1

A fabricação de um produto industrial é feita através de um “sistema industrial”. Esse sistema é composto internamente pelas diversas áreas que compõem a empresa e que, nos dias atuais são fundamentais para que a indústria possa funcionar adequadamente. Externamente ele é complementado pelos fornecedores de matéria-prima e componentes necessários para a fabricação do produto e pelos clientes que adquirem os produtos da empresa. No centro desse sistema encontra-se o “sistema de produção”, que é onde acontecem os processos de transformação que adicionam valor à matéria-prima transformando-a em um produto útil ao cliente. Essa área, conhecida também como engenharia de fábrica é composta por diversos serviços essenciais para que o processo de transformação aconteça dentro do padrão proposto, produzindo as quantidades demandadas no prazo desejado. A área onde encontram-se as máquinas e homens que executam o processo de transformação é chamada de “chão de fábrica”. Vide o esquema constante da figura 1.

Figura 2

O processo de transformação da matéria-prima em produto normalmente envolve o processamento em várias máquinas, muitas vezes envolvendo também tratamento térmico, pintura, ajustagem, montagem, embalagem, etc. Um esquema de produção de um produto é apresentado na figura 2. A esse processo de transformação da matéria-prima em produto final chama-se “processo para fabricação de um produto”.


2

Figura 3

Ao conjunto de máquinas e ferramentas que usa os mesmos princípios de produção, para modificar determinada matéria-prima chama-se de “Processo de Fabricação”. Um exemplo de um processo de fabricação, a usinagem, que processa a peça através da retirada de cavacos, é mostrado na figura 3.

NOÇÕES SOBRE NORMALIZAÇÃO TÉCNICA

O sistema de produção industrial que permite a fabricação de produtos padronizados, que atendem especificações de fabricação e de qualidade só é possível graças a normalização técnica. 1. O que são Normas Técnicas? Normas Técnicas são documentos que contêm especificações técnicas ou outros critérios precisos, que servem como regras, guias, procedimentos ou definições de características, de forma a assegurar a conformidade de matérias-primas, produtos, processos e serviços. As Normas também contribuem para tornar a vida mais simples, aumentando a repetibilidade e eficiência dos produtos e serviços que usamos. Os principais objetivos da normalização constam da tabela 1. Economia Proporcionar a redução da crescente variedade de produtos

e procedimentos. Comunicação Proporcionar meios mais eficientes na troca de informação

entre o fabricante e o cliente, melhorando a confiabilidade das relações comerciais e de serviços.

Segurança Proteger a vida humana e a saúde. Proteção do Consumidor Prover a sociedade de meios eficazes para aferir a

qualidade dos produtos. Eliminação de Barreiras Técnicas e Comerciais

Evitar a existência de regulamentos conflitantes sobre produtos e serviços em diferentes países, facilitando assim, o intercâmbio comercial.

Tabela 1 2. Tipos de Normas Técnicas Os principais tipos de normas técnicas são: Procedimento, Especificação, Padronização, Terminologia, Simbologia, Classificação e Método de Ensaio. 2.1. Procedimento As normas de procedimento orientam a maneira correta de empregar materiais e produtos, executar cálculos e projetos, instalar máquinas e equipamentos e realizar o controle dos produtos. A NBR 6875, por exemplo, fixa as condições exigíveis e os procedimentos de inspeção para fios de cobre de seção retangular. 2.2. Especificação As normas relativas à especificação fixam padrões mínimos de qualidade para os produtos. A Norma NBR 10105, por exemplo, indica as condições ou especificações exigidas para a fabricação de fresas de topo, com haste cilíndrica para rasgo, conforme a mostrada na figura 4.


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Figura 4

2.3. Padronização As normas de padronização fixam formas, dimensões e tipos de produtos, como porcas, parafusos, rebites, pinos e engrenagens, que são utilizados com muita freqüência na construção de máquinas, equipamentos e dispositivos mecânicos. Com a padronização, evita-se a fabricação de produtos com variedades desnecessárias tanto de formas quanto de dimensões. A Norma NBR 6415 padroniza as aberturas de chaves e suas respectivas tolerâncias de fabricação para chaves de boca fixa e de encaixe, utilizadas para aperto e desaperto de porcas e parafusos, como pode ser visto na figura 5.

Figura 5

2.4. Terminologia As normas sobre terminologia definem, com precisão, os termos técnicos aplicados a materiais, máquinas, peças e outros artigos. A Norma NBR 6176, por exemplo, define os termos empregados para identificação das partes das brocas helicoidais. 2.5. Simbologia As normas de simbologia estabelecem convenções gráficas para conceitos, grandezas, sistemas, ou parte de sistemas etc., com a finalidade de representar esquemas de montagem, circuitos, componentes de circuitos, fluxogramas etc. A Norma NBR 5266 define os símbolos gráficos de pilhas, acumuladores e baterias utilizados na representação de diagramas de circuitos elétricos em desenhos técnicos, como pode ser visto na figura 6.

Elemento de pilha ou acumulador

Figura 6

2.6. Classificação As normas de classificação têm por finalidade ordenar, distribuir ou subdividir conceitos ou objetos, bem como critérios a serem adotados. A Norma NBR 8643, por exemplo, classifica os produtos siderúrgicos de aço. segundo os critérios fixados: Quanto ao estágio de fabricação: brutos, semi-acabados e acabados. Quanto aos processos de fabricação: lingotado, moldado e deformado plasticamente. Quanto aos produtos acabados: planos e não planos. 2.7. Métodos de Ensaio


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As normas relacionadas a métodos de ensaios determinam a maneira de se verificar a qualidade das matérias-primas e dos produtos manufaturados. A verificação é feita por meio de ensaios. A norma descreve como eles devem ser realizados para a obtenção de resultados confiáveis. A Norma NBR 8374 determina as condições para realização dos ensaios que avaliam a eficiência e qualidade dos medidores de energia. 3. Nível de Aplicação

Nível Internacional: Aplicadas nos países membros de uma entidade normativa internacional. Exemplos: IEC, ISO. Nível Regional: Aplicadas nos países membros de uma entidade normativa regional.

Exemplos: AMN, COPANT. Nível Nacional: Aplicadas em um determinado país. Exemplos: ABNT, AFNOR, ANSI, BSI,

DIN, JIS. Nível Setorial: Aplicadas em um determinado setor de atividade técnica. Exemplos: ASME,

ASTM, SAE. Nível Empresarial: Aplicadas dentro de uma determinada empresa. Exemplos: FORD, GM,

OPEL, CATERPILLAR. 4. Associações Normativas

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. A ABNT é uma entidade privada, independente e sem fins lucrativos, fundada em 1940, que atua na área de normalização e certificação. É reconhecida pelo governo brasileiro como Fórum Nacional de Normalização, além de ser um dos fundadores e único representante da ISO (International Organization for Standardization), no Brasil. Além disso, é credenciada pelo INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial). A ABNT é responsável pela elaboração das normas brasileiras (NBR). O trabalho é feito pelas Comissões de Estudos que elaboram o projeto, o qual é submetido à Votação Nacional pelos associados da ABNT e demais interessados. As sugestões são analisadas e aprovadas pelo Conselho Técnico da ABNT, surgindo então a Norma Brasileira (NBR).

ISO – International Organization for Standardization A ISO é uma federação mundial integrada por Organismos Nacionais de Normalização, sendo somente um representante por país. É uma organização não governamental estabelecida em 1947, da qual a ABNT é membro fundador, contando atualmente com 130 membros. Sua missão é promover o desenvolvimento da normalização no mundo, com vistas a facilitar o intercâmbio comercial e a prestação de serviços entre os países.

CMN – Comitê Mercosul de Normalização Constituído em 1991, o CMN tem por objetivo criar Normas voluntárias para os produtos e serviços que circulam no bloco. O CMN tem vínculo de cooperação com o Mercosul e se relaciona através do Subgrupo de Trabalho de Regulamentos Técnicos. Com sede em São Paulo, coordena os trabalhos de 19 Comitês Setoriais de Normalização (70% liderados por entidades brasileiras. Outras entidades normativas internacionais de grande importância:

SAE – Society of Automotive Engineers. ASTM - American Society for Testing and Materials ASME - American Society of Mechanical Engineers DIN – Deutsches Institut für Normung

5. Documentos Necessário para a Fabricação e Controle da Produção de um Produto


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O desenho técnico é o elemento essencial para o projeto e produção de qualquer produto. Podemos dizer que ele é a linguagem do engenheiro. Mas, além dele existem outros documentos que são extremamente necessário para elaboração do fluxo de produção, para o planejamento e controle da produção e para melhoria do processo produtivo. São eles:

A Ordem de Serviço (OS) Cotem os dados essenciais à produção de determinado produto, tais como: Quantidade, número do desenho, normas técnicas que devem ser seguidas, número do procedimento padrão de produção, nome do cliente, prazo de fabricação etc.

Folha de Processo Informa todas as operações necessárias, descreve essas operações, informa qual máquina deve ser usada para determinada operação e fornece outros dados necessários para o processamento do produto. Um exemplo de folha de processo pode ser visto na figura 7.

Figura 7 Lista de Materiais

Contém todos os componentes que são necessários para a montagem do produto final e é elaborada em forma de árvore, mostrando a dependência existente entre os diversos componentes. Um exemplo é mostrado na figura 8.

Figura 8

Digrama de Fluxo do Processo

O diagrama de fluxo do processo mostra a seqüência de processamento de um produto destacando as operações que adicionam ou não valor ao produto. É uma ótima ferramenta para otimização do processo com aumento de produtividade. Um exemplo é mostrado na figura 9.


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Figura 9

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

A seguir são apresentados de forma sucinta os principais processos de fabricação mecânica. O objetivo desse trabalho não é de forma alguma esgotar o assunto, mas sim dar uma idéia sobre os princípios básicos de cada um deles informando suas principais características e aplicações. Informações mais detalhadas deverão ser procuradas em bibliografia dedicada especificamente a cada um dos processos citados.

PROCESSOS DE FUNDIÇÃO 1. Introdução Fundição é o processo para obter-se objetos vazando metal fundido em um molde preparado com o formato da peça, deixando -se o material solidificar-se por resfriamento. A fundição é um dos processos mais antigos no campo de trabalho dos metais e data de aproximadamente 4.000 AC, tendo sido empregados desde esta época inúmeros métodos para obtenção da peça fundida. 1.1. Importância da Fundição Praticamente todo metal é inicialmente fundido. O lingote que dá origem a um metal trabalhado por laminação ou forjamento, é inicialmente fundido em uma lingoteira. Peças fundidas tem propriedades específicas importantes em engenharia, que podem ser: metalúrgicas, físicas ou econômicas. Por exemplo: • As peças fundidas são muito mais baratas que as peças forjadas ou conjuntos obtidos por solda, desde que a produção passe de um certo limite mínimo, que compense o investimento no modelo necessário para a execução do molde para fundição. • As peças fundidas são obtidas já na sua forma final ou próximo dela, economizando tempo e material. • As peças fundidas, adequadamente projetadas, possuem propriedades mecânicas homogêneas. Assim, a sua resistência à tração, por exemplo, é a mesma em todas as direções, o que é uma característica desejável para algumas engrenagens, anéis de pistão, camisas para cilindros de motores, etc. • O metal líquido possui a capacidade de escoar em seções finas, de projeto complicado, possibilitando assim a obtenção de formatos que seriam bastante difíceis de obter-se por outro processo. 2. Processos de Fundição O processo mais tradicional é o da fundição em areia, que até hoje é dos mais usados. Este processo é o mais adequado para o ferro e o aço que têm altas temperaturas de fusão, podendo também ser usado, para o alumínio, latão, bronze e magnésio. Outros processos que se destacam pela sua utilização são: • Fundição em casca (Shell Molding); • Fundição em moldes metálicos (por gravidade ou sob pressão);


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• Fundição centrífuga; • Fundição contínua; • Fundição de precisão (cera perdida, moldes cerâmicos). 3. Fundição em Areia Verde

Para se fundir uma peça em areia necessitamos, inicialmente, preparar o molde para vazamento do metal fundido e, para isso, precisamos ter: o modelo da peça, os respectivos machos e a areia misturada de forma adequada para elaboração do molde. Na figura 10 é mostrado um esquema da seqüência de etapas do processo de fundição em areia verde.

Modelo da Peça

Preparação dos Machos

Preparação do Molde

Preparação da Areia

Montagem da Caixa

Vazamento

do Metal

Desmoldagem da Peça

Corte de Canais

Inspeção da Peça

Usinagem da Peça

Tratamento Térmico

Rebarbação da Peça

Quando necessário.

Peça Pronta

Figura 10 3.1. Modelos e Caixas de Macho Um modelo é uma “cópia” da peça feita de madeira, metal ou outro material adequado (plásticos, resina epóxi, cera, gesso, etc.) sobre o qual é compactado o material de moldagem, dando forma à cavidade do molde que receberá o material fundido. O modelo é feito de acordo com o desenho da peça a ser fundida, com as seguintes modificações: • Aumento nas dimensões para compensar a contração do metal durante seu resfriamento no estado sólido. • Aumento nas dimensões, de forma a deixar o sobremetal necessário nas superfícies que deverão ser usinadas posteriormente.


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• Inclinação nas paredes verticais, chamada de ângulo de saída, para propiciar a fácil retirada do modelo de dentro do molde, sem arrastar areia. • Quando a peça contiver furos, criar saliências, chamadas marcações de machos, que deixarão buracos na areia do molde, para fixação dos machos, que darão origem aos furos. Opcionalmente, pode ser acrescentado ao modelo da peça, o sistema de alimentação (canais e massalotes). 3.1.1. Classificação dos modelos Os modelos podem ser classificados nos tipos apresentados na figura 11

• Modelo Solto Monobloco É o tipo mais simples. Geralmente apresenta uma superfície plana que servirá de apoio na moldagem. Os canais e massalotes podem ser acrescentados como apêndices ou serem cortados à mão, no molde.

É usado apenas para peças simples ou pequenas séries de produção, devido ao baixo rendimento na moldagem.

• Modelo Solto Múltiplo Este tipo é usado para peças mais complexas onde, para que o modelo seja retirado do molde sem arrastar a areia, há necessidade de sua divisão em três ou mais partes exigindo, portanto, caixas de moldagem com mais de duas partes.

• Modelo tipo Chapelona A chapelona consiste de um gabarito, que reproduz uma seção da peça, feito com uma prancha de madeira, reforçada nas beiradas e fixada à uma haste metálica, que permite a obtenção de moldes circulares ao girar-se a prancha em volta da haste. A chapelona é usada para peça de formato circular, que não exijam grande precisão dimensional.

• Modelo em placa Neste caso o modelo é fixado à uma placa, visando, uma maior precisão na moldagem, já que as placas apresentam geralmente pinos ou furos que servem como guias para fixação nas respectivas caixas de moldagem. Além disso, este tipo de modelo permite a utilização de máquinas de moldar, o que resulta em um grande aumento na velocidade de obtenção dos moldes.

• Modelo Solto Bipartido É feito em duas partes que podem ser ou não iguais. A superfície que as separa será a linha de divisão do molde (tampa e fundo da caixa). O alinhamento entre as duas partes do modelo é obtido através de encaixe por cavilhas. Sempre que possível a superfície de separação entre as duas partes do modelo deverá ser plana, de forma a permitir sua colocação sobre uma placa, para facilitar a moldagem.

Placa Peça

Meio-Molde

Figura 11

3.1.2. Material para construção dos modelos A decisão sobre o material que se deve utilizar no modelo depende de vários fatores, tais como: • Quantidade de peças a serem fundidas • Precisão dimensional necessária e acabamento superficial desejado


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• Tamanho e formato do fundido Os principais materiais usados para a fabricação de modelos são a madeira, o alumínio, as resinas plásticas, o aço, o isopor e o gesso entre outros. 3.1.3. Contração de solidificação Como é sabido, todo metal ou liga fundido ao solidificar-se sofre contração. A contração pode ser dividida em duas: • Aquela observada quando o material resfria-se ainda no estado líquido (contração líquida). • Aquela observada durante o resfriamento do material já no estado sólido (contração sólida). Para compensar a líquida devem ser previstos massalotes e para compensar a contração sólida o modelo deverá ter suas dimensões aumentadas, em relação às da peça que se quer obter. A tabela 2 dá o índice percentual de contração sólida de alguns metais.

MATERIAL CONTRAÇÃO Aços 1,5 a 2,0%

Ferro fundido cinzento 0,8% Ferro fundido dúctil 0,8 a 1,0% Alumínio 355 e 356 1,5%

Alumínio 13 1,0% Cobre-Cromo 2,0%

Bronze ao Estanho 1,0% Bronze ao Silício 1,0%

Bronze ao Manganês 1,5% Bronze Alumínio 1,5%

Tabela 2

3.1.4. Ângulos de saída Ângulo de saída é a tolerância que se dá às paredes laterais do modelo para poder extraí-lo do molde sem o arraste de areia. Numericamente o ângulo poderá variar entre 0,5º e 2º e, em alguns casos, como em marcações de machos, poderá chegar a 5º 3.1.5. Machos A função básica de um macho é ocupar espaços no molde, não permitindo a entrada do metal, dando origem assim a furos e outras partes ocas da peça, como pode ser visto na figura 12. Entretanto, um macho também pode ser usado para completar uma parte mais delicada de um molde, que não poderia ser produzida com a areia verde do molde, por ser esta menos resistente que as empregadas na fabricação de machos.Vide a figura 13. Os machos são feitos de areias endurecidas e podem ser reforçados com estruturas de arame, quando necessário. Eles devem, também, permitir a contração das peças quando do resfriamento do metal e não devem apresentar dificuldades para serem removidos da peça pronta.

Figura 12


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Figura 13 3.3. Areias para Confecção de Moldes e Machos 3.3.1. Principais propriedades As areias devem reunir uma série de propriedades que garantam a obtenção de peças fundidas isentas de defeitos. As principais são as seguintes: • Moldabilidade: Capacidade que deve ter a areia de moldagem de adotar fielmente a forma do modelo, e de mantê-la durante o processo de fundição. • Refratariedade: É a capacidade do material de moldagem de resistir à temperatura de vazamento do metal sem que haja fusão dos grãos de areia. • Estabilidade Térmica Dimensional: O material de Moldagem não deve sofrer variações dimensionais quando submetido às mudanças de temperatura que ocorrem nos moldes por ocasião do vazamento do metal fundido. • Inércia química em relação ao metal líquido: Em princípio, o material de moldagem não deve reagir com o metal líquido ou com os gases presentes na cavidade do molde. • Permitir esmagamento: É a qualidade que deve ter a areia de moldagem de ceder, quando submetida aos esforços resultantes da contração da peça ao solidificar-se. Se o molde (ou o macho) não permitir o esmagamento poderá ocorrer o rompimento das peças ou a formação de "trinca à quente”. • Resistência mecânica à quente: As paredes do molde e machos devem manter a resistência mecânica, mesmo quando aquecidas, para resistir aos esforços devidos ao impacto e empuxo exercidos pela massa de metal que enche o molde. • Permeabilidade aos gases: É a propriedade, que deve ter o molde de deixar passar o ar, os gases e os vapores existentes ou gerados em seu interior, por ocasião do vazamento do metal. Os gases presos no interior dos moldes podem dar origem a defeitos, tais como as cavidades originadas por bolhas. • Desmoldabilidade: É a facilidade com que se pode retirar uma peça do interior do molde, de modo a obter-se um fundido isento de resíduos e material de moldagem. 3.3.2. Composição das areias de moldagem


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• Tipos de areia para a confecção de moldes As areias de sílica são as mais utilizadas nas operações de moldagem. Elas são compostas basicamente de sílica, um aglutinante e água. Vide a figura 14. A sílica (SiO2) tem grãos arredondados de vários tamanhos. Sua permeabilidade diminui quanto mais fino for o grão e quanto mais variados forem os tamanhos de grão.

Figura 14

Para uma boa porosidade a sílica deve ter grãos uniformes e não muito finos. A proporção de sílica varia de 80 a 95% nas areias de moldagem e seu ponto de fusão é de 1.650ºC. Os aglutinantes mais usados são a argila e a bentonita. As argilas, que são silicatos de alumina que formam ao umedecer-se, uma massa plástica que liga os grãos de sílica. A resistência da areia aumenta com a proporção da argila, mas sua porosidade diminui, pois a massa formada pela argila é impermeável. Seu ponto de fusão é de 1.250ºC. Por motivos de permeabilidade e temperatura de fusão as areias muito argilosas são utilizadas apenas para fundição de metais de baixo ponto de fusão, tais como o alumínio (700ºC). A proporção de umidade varia entre 5 a 10%. Esse conteúdo de água influencia na plasticidade, permeabilidade e resistência dos moldes e, portanto, deve ser constantemente verificado e mantido dentro do nível ideal. A bentonita é um mineral que se encontra sob forma de um pó finíssimo, que umedecido forma uma massa muito compacta. A quantidade de bentonita para preparação da areia é muito menor que de argila (1 a 5%), o que torna a permeabilidade da areia muito maior. • Tipos de areia para a confecção de machos Para a fabricação de machos, além da sílica e da bentonita são juntados outros aglutinantes para favorecer o endurecimento da areia. Estes aglutinantes podem ser: • Óleos (principalmente óleo de linhaça) e materiais cereais (farinha de trigo, de milho, etc.). Os machos preparados com esses aglutinantes são endurecidos em estufa, apresentando boa resistência e fácil desmoldagem. São conhecidas como areias estufadas • Resinas sintéticas (uréia, fenólica ou furânica), conhecido, também como macho de shell A aplicação de resina sintética como aglutinante permite maior rapidez de preparação do macho (menos tempo de estufa), facilidade de retirada dos machos, eliminação de gases e melhor acabamento. • Silicato sódico + Anidrido Carbônico (CO2) Consiste em misturar-se sílica seca com um aglutinante a base de silicato sódico, preencher as caixas de machos com este preparado e seca-lo em seguida, de forma contínua, fazendo passar CO2 pela massa. O CO2 provoca uma reação química que endurece a areia pela formação de um gel coloidal de silício. Esse processo elimina a necessidade de estufa e possui uma grande rapidez de preparação, eliminando também, devido a sua grande resistência, a necessidade de suportes e armaduras interiores. Vide a figura 15. Existem mais uma série de tipos de areia para aplicações especiais, que não serão objeto deste trabalho.


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CO2

Caixa de macho

Figura 15 3.3.3. Preparação das areias de moldagem As areias, por estarem em contato com o metal fundido, perdem suas propriedades, de forma que constantemente elas devem ser recicladas. A areia que se utiliza normalmente é composta de: areia velha, areia nova, água e pó de carvão. O pó de carvão é usado para impedir a formação de uma capa superficial de óxido sobre a peça fundida, além de aumentar a porosidade e melhorar o acabamento. Estas areias devem ser preparadas em máquinas misturadoras e são utilizadas como areias de moldagem propriamente ditas, para cobrir o modelo, distinguindo-se das areias de enchimento, que são usadas unicamente para encher as caixas e, como não estão em contato direto com o modelo não influem no acabamento das peças fundidas. As areias de enchimento podem ser de qualidade inferior, ou mesmo areia velha. A areia de fundição pode ser reciclada, com aproveitamento quase total. 3.3.4. Misturadores de areia São equipamentos utilizados para o preparo das areias de moldagem, através da mistura de todos seus componentes. A areia é introduzida em uma caçamba, onde é revolvida por um conjunto de facas e misturada através dos mós (rodas) podendo ser, a seguir, transferida para uma segunda caçamba onde é homogeneizada a mistura. Essa mistura vai saindo de forma contínua e em altas quantidades.

3.4. Métodos de Moldagem

3.4.1. Manual

A moldagem manual é um método mais lento, porém eleé ainda usado para moldagem em bancada ou no chão,quando se têm modelos soltos, ou ainda quando se estáproduzindo peças experimentais ou muito grandes. Videa figura 16.

Figura 16


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3.4.2. Moldagem à Máquina

Figura 17

• Máquina de moldar por impacto e compressão Nessa máquina, como podemos observar na figura 17, todo o conjunto é elevado por um pistão pneumático que o deixa cair no fim do curso, em queda livre, dando-se a compactação da areia através do impacto. Em seguida, é completada a quantidade de areia necessária para encher a caixa e uma prensa termina o trabalho de compactação da areia. Para a moldagem, o modelo em placa é preso à mesa da máquina e a caixa do molde é encaixada sobre ele, através de pinos guias. Após repetidas operações do pistão e da ação da prensa, a areia fica compactada e a caixa com o molde é retirada da máquina através de pinos extratores.

• Máquina de Moldar por Projeção de Areia Indicada especificamente para peças de grandes dimensões que não podem ser moldadas pelas máquinas de impacto e compressão. Este processo provoca uma certa abrasão no modelo e, portanto é aconselhável que a areia de faceamento seja socada manualmente. Vide a figura 18.

Figura 18 3.5. Sistema de Alimentação A função de um sistema de alimentação é a de permitir o enchimento completo da cavidade do molde, prevenindo a ocorrência de defeitos tais como: inclusão de areia ou escória e falhas internas na peça. O sistema de alimentação deve ser projetado de maneira que a solidificação do metal se processe do ponto mais distante da alimentação para o ponto mais próximo. Vide a figura 19. 3.5.1. Elementos básicos

Figura 19

• Bacia de vazamento


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Tem a função de permitir o vazamento do metal líquido da panela sem que haja derramamento. Por este motivo possui uma seção maior. Além disso ela ficará sempre cheia, permitindo que ocorra uma separação entre a escória e o metal, por diferença da densidade. • Canal de descida Além de permitir a passagem do metal líquido, ele procura diminuir a turbulência do metal durante a descida, daí seu formato cônico. Ele deve ter altura suficiente para que todo o molde seja preenchido com o metal fundido. • Canal de distribuição Tem a função de distribuir o metal pelos vários canais de ataque. Possui um prolongamento após o último canal de ataque que serve para conter o primeiro metal líquido que entra no molde e que carrega consigo sujeira e areia. Assim esse metal não atinge nenhum canal de ataque e não irá estragar a peça com inclusões. • Canais de ataque ou alimentação A sua correta distribuição por vários pontos da peça é que garantirá um gradiente favorável de temperatura evitando distorções por diferenças de temperatura nos diversos pontos. • Massalotes O massalote é colocado no sistema de alimentação para conter o “rexupe” (vazio interno), que de outra forma estaria localizado na peça. O rexupe ocorre devido à peça se solidificar de fora para dentro. Assim forma-se uma casca que passa a impedir o fluxo de metal líquido para o interior da peça, não permitindo a compensação da diminuição do volume de metal, que ocorre devido à contração no estado líquido. O metal vazando na cavidade do molde deve começar a solidificar-se a uma distância extrema dos massalotes. Desta maneira os vazios devido à contração de resfriamento movem-se progressivamente pela peça até atingir os massalotes, que devem ser a última região a solidificar-se e, portanto, conter o rexupe devido à contração do metal líquido. 3.5.2. Localização da entrada do canal de alimentação no molde À princípio o metal poderá encher o molde entrando por três posições diferentes: Por cima, por baixo ou na altura da divisão das caixas, conforme mostrado na figura 20. Cada uma delas tem suas vantagens e desvantagens, como comentado a seguir:

Figura 20 • Alimentação por cima Há a formação de um gradiente favorável de temperatura, porém o jato de metal tende a erodir o fundo do molde. • Alimentação na divisão das caixas Maior facilidade para a abertura do canal. Entretanto é preciso cuidado para não dirigir o jato de metal contra paredes do molde ou dos machos. • Alimentação por baixo A favor temos o escoamento laminar do metal e o enchimento do molde de baixo para cima, que não causa problemas de erosão. Por outro lado, é mais difícil de ser cavado o canal e o gradiente de temperatura é desfavorável, favorecendo a formação de "rexupe" na peça.


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3.5.3. Resfriadores Quando, por causa da complexidade da peça, a solidificação não puder ser dirigida adequadamente para o massalote, pode-se utilizar resfriadores. Estes são pedaços de metal inseridos no molde que, em contato com metal fundido, irão diminuir sua temperatura e acelerar a solidificação daquele ponto da peça. Os resfriadores podem ser externos, quando não farão parte da peça, ou internos, quando são do mesmo metal da peça e serão incorporados à mesma. 3.5.4. Ventilações São pequenos furos feitos na areia do molde, com arame ou estilete, para facilitar a saída de gases e vapores, sempre que a permeabilidade da areia não for suficiente para isso. 3.5.5. Simulação de resfriamento

Existem softwares que simulam o resfriamento dentro do molde, de uma determinada peça, permitindo através da diferenciação de cores, determinar-se a melhor localização dos canais de alimentação, massalotes, etc. Dessa forma podemos otimizar o projeto do sistema de alimentação, garantindo menor gasto de metal e ótima qualidade para a peça. Vide a figura 21

Figura 21 3.6. Desmoldagem A retirada da peça de dentro do molde deve ser feita após sua solidificação, não sendo obrigatório o resfriamento até a temperatura ambiente. Normalmente usam-se máquinas de desmoldar, que consistem de uma grelha vibratória aonde o molde é colocado. Com a vibração a areia solta-se da peça e cai, através da grelha, sobre uma esteira rolante, que a conduz para ser preparada para novo uso. 3.7. Remoção de Canais e Massalotes Os canais e massalotes são cortados da peça através de impacto, serras, discos abrasivos ou chama oxiacetilênica, dependendo do caso. 3.8. Rebarbação e Limpeza Peça pequenas normalmente são rebarbadas através da colocação das mesmas em tambores rotativos juntamente com material abrasivo. Peças maiores podem ser jateadas com areia ou granalha de aço, ou esmerilhadas com rebolos e pontas montadas. 3.9. Tratamento Térmico Quando se deseja melhorar a usinabilidade do material e aliviar as tensões originadas durante o resfriamento das peças fundidas, elas devem ser submetidas a um tratamento de recozimento. 3.10. Usinagem Furos de dimensões reduzidas, roscas, detalhes complexos, maior precisão dimensional e melhor acabamento devem ser obtidos através de usinagem. Para tanto devem ser previstos sobremetal e marcações de referência para balizamento da usinagem.


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4. Fundição em Casca - "Shell Moulding" Este método de moldagem é feito usando-se um molde de paredes delgadas. Este é uma espécie de envoltório (casca), feito de uma mistura composta de areia de quartzo de granulometria fina aglomerada com resina fenólica ou furânica. A mistura tem a propriedade de sinterizar-se formando uma casca permeável, ao entrar em contato com a superfície do modelo metálico aquecido a cerca de 200 graus C. 4.1. Preparação do Molde O preparo do molde empregando este método consiste em preparar-se a casca, sempre feita em duas metades e, em seguida, uni-las através de cola ou grampos, formando o molde. A figura 22 dá a seqüência esquemática para a elaboração de um molde tipo casca.

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Figura 22 Seqüência da operação: • No recipiente da máquina carrega-se a mistura de moldagem (1). • A placa de modelar metálica, devidamente aquecida até uma temperatura de 150º a 230º C é presa sobre o recipiente da máquina (2). • O recipiente gira de 180ºC, com a mistura de moldagem ficando sobre o modelo metálico aquecido. Permanece nesta posição durante 15 a 20 segundos. Durante este período de tempo forma-se na superfície do modelo uma casca de 6 a 10 mm de espessura .(3). • O recipiente gira novamente voltando a sua posição anterior. A casca permanece aderida ao modelo e o excesso de mistura de moldagem volta para o fundo do recipiente (4). • A placa de modelar com a casca formada, é retirada do recipiente e colocada no forno de cocção, onde é mantida durante 30 a 40 segundos a uma temperatura entre 250º a 300ºC (5). • A casca sinteriza-se e solidifica-se, sendo retirada da placa com a ajuda de pinos extratores. • Os moldes são obtidos através da colagem ou colocação de presilhas, que unem suas duas partes (6). • No caso de peças maiores, os moldes devem ser mergulhados em areia ou granalhas de ferro, ou ainda mantidos entre guarnições metálicas, a fim de contrabalançar a pressão hidrostática exercida pelo metal fundido. 4.2. Vantagens e Aplicações do Processo Com o Shell Molding podem-se obter peças de ferro fundido, aço e metais não ferrosos com pesos desde dezenas de gramas até aproximadamente 200 Kg. A precisão do processo, que varia de 0,2 a 0,5 mm, aliada a um excelente acabamento superficial, permite que, em muitos casos, a usinagem posterior seja dispensada. Além disso a superfície da peça moldada fica tão limpa que não necessita de tratamento mecânico de limpeza. Peças fundidas de paredes delgadas e com muitos detalhes, também são facilmente obtidas por este processo. Os moldes de shell podem ser preparados com antecedência e estocados por longo


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tempo. Trata-se de uma tecnologia simples e fácil de mecanizar e automatizar, daí sua crescente aplicação. 5. Fundição em Moldes Permanentes Denomina-se fundição em molde permanente a qualquer processo de fundição em que o metal líquido é vertido em molde, geralmente metálico, que possa ser utilizado um grande número de vezes, sendo por isso denominado permanente, ao contrário dos processos vistos anteriormente (areia e shell), onde o molde é usado uma única vez. Existem dois processos básicos para a fundição em moldes permanentes: • Por gravidade • Sob pressão 5.1. Fundição em Moldes Metálicos Alimentados por Gravidade Também conhecido pelo nome de fundição em coquilha, neste processo o molde metálico é preenchido unicamente pela ação da gravidade. Neste caso a matriz (molde) pode ser aberta e fechada manualmente ou automaticamente. Os machos usados podem ser metálicos ou de areia. Os de areia são usados quando, devido a sua complexidade, fica difícil sua retirada da peça pronta, ou quando não se exige grande precisão e acabamento do furo. 5.1.1. O Processo Os moldes são geralmente feitos de ferro fundido, aço ou bronze, dependendo da durabilidade esperada e da temperatura de fusão do metal da peça. A vida de um molde varia entre 3.000 a 10.000 peças para fundição de ferro, e pode chegar até 100 mil peças para fundição de metais moles. Para a fundição em coquilha o molde deve ser aquecido previamente, a fim de evitar-se o choque térmico que resultaria de um resfriamento muito rápido. É também aplicado um desmoldante interno que, além de facilitar a posterior desmoldagem e melhorar o acabamento da peça, poderá controlar o resfriamento da mesma. Assim, existem dois tipos de revestimento: Os comuns, a base de grafite e os isolantes a base de argila. Esse último impede o rápido resfriamento de paredes muito finas, diminuindo os riscos de trincas provocadas pela contração brusca da peça. 5.1.2. Aplicações e vantagens Atualmente a fundição em coquilha é amplamente usada para metais não ferrosos (chumbo, zinco, alumínio, magnésio, estanho, cobre e suas ligas) e, em menor intensidade, para ferro fundido. O tamanho das peças geralmente não ultrapassa 25 Kgf, podendo no entanto atingir até cerca de 200 Kgf. As peças obtidas nos moldes metálicos têm uma estrutura de grão fino e propriedades mecânicas elevadas, mas devido ao resfriamento rápido surgem tensões nas camadas superficiais das peças, tornando necessário, na maioria das vezes, submetê-las a um tratamento térmico de recozimento. O acabamento obtido é perfeito, conseguindo-se precisão da ordem de 0,1 mm. Os gases formados devem escapar do molde através de orifícios capilares colocados na emenda das duas partes do mesmo. A peça deve ser desmoldada imediatamente após a sua solidificação para evitar que sua contração aconteça no interior do molde, o que poderia provocar trincas na peça, pois o molde metálico não é deformável, para poder acompanhar a contração da peça. A coquilha pode usar machos de areia, ou metálicos, conforme a necessidade. A figura 23 mostra uma coquilha para fundição por gravidade de um pistão para motor de combustão interna, de liga de alumínio. No exemplo o macho metálico é desmontável a fim de poder ser retirado depois da fundição da peça.


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Figura 23

5.2. Fundição sob Pressão A fundição sob pressão, como no processo de fundição em moldes permanentes por gravidade, utiliza moldes metálicos pré-aquecidos, também chamados de matrizes, só que a alimentação do metal fundido é feito sob pressão. A pressão assegura um bom preenchimento da cavidade do molde com o metal, reproduzindo seções bastante finas e detalhadas, garantindo a isenção de porosidade nas seções da peça. A produtividade desse processo é extremamente elevada, podendo chegar a produzir até 1000 peças por hora.

5.2.2. O Processo A fundição sob pressão é sempre feita através de máquinas apropriadas, que fecham e travam as matrizes, injetam o metal sob pressão para dentro dos moldes, enquanto que os gases que estavam em seu interior são expulsos através de ventilações na emenda das duas partes, que compõem o molde. Logo que a peça se solidifica, as matrizes se abrem e o fundido é ejetado através de pinos extratores. Enquanto as matrizes estão abertas elas são limpas e lubrificadas para a próxima operação. 5.2.3. Máquinas para obtenção de peças por fundição sob pressão

Figura 24

Máquinas de câmara quente

Estas máquinas são empregadas para obtenção de peças de ligas metálicas, com temperatura de fusão mais baixo. A figura 24 mostra uma máquina de ação por êmbolo, usada para a fusão de chumbo, estanho, zinco e ligas de ponto de fusão até cerca de 450° C. No recipiente de ferro fundido despeja-se o metal líquido, cuja temperatura é mantida constante através de aquecimento do banho. O metal líquido enche a cavidade do cilindro e do canal de alimentação, através de orifício existente. Com a descida do êmbolo do cilindro pneumático, o metal é pressionado para dentro do molde. Quando a peça solidifica-se o êmbolo levanta-se e o metal líquido desce novamente para seu nível original. A última operação da máquina é a abertura das matrizes e a ejeção da peça. O rendimento dessas máquinas é elevado e elas podem ser totalmente automatizadas. A pressão sobre o metal pode variar de 6 a 100 atm.


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A desvantagem deste tipo de máquina é que suas peças estão em parte mergulhadas no metal fundido, o que limita os metais que podem ser fundidos, uma vez que temperaturas acima de 500ºC, favorecem a formação de películas de óxido nas paredes do cilindro, impedindo o livre movimento e causando grande desgaste do cilindro e do êmbolo.

Máquinas com câmara fria. Essas máquinas podem ser usadas para ligas de alta temperatura de fusão, tais como as de cobre, ou para ligas que atacam o ferro como as de alumínio ou magnésio. Nesta máquina o metal fundido não está em contato com a câmara de pressão de forma contínua, mas unicamente é introduzida em cada injeção a quantidade necessária de metal em estado pastoso. O cilindro transmite a pressão necessária para a injeção e serve para a manobra de fechamento e abertura da matriz. A pressão nesse tipo de máquina pode variar entre 200 e 2000 atm e a produção pode atingir 500 peças por hora. Vide a figura 25.

Figura 25 5.2.4. Aplicações e vantagens do processo Com este processo produzem-se pequenas peças para a indústria de eletrodomésticos, automobilística, eletrônica, aeronáutica, etc., a partir de ligas de chumbo, alumínio, estanho, magnésio, cobre e principalmente zinco (ZAMAK) devido a seu baixo custo, baixo ponto de fusão e boas propriedades mecânicas. A peça extraída do molde não exige elaboração mecânica adicional, podendo-se obter orifícios finos e roscas de precisão, devido ao excelente acabamento, e da precisão conseguida no processo, que varia de 0,1 a 0,01 mm. A estrutura do metal das peças moldadas, em conseqüência do rápido resfriamento no molde metálico, é de grão fino, com elevadas propriedades mecânicas. Consegue-se obter paredes bastante finas, de até 1 mm de espessura. O peso do fundido é limitado, geralmente não passando de 5 Kgf. Como foi visto este processo é adequado para alta produção, pois de outra maneira torna-se antieconômico, devido ao preço do ferramental e maquinaria.

6. Fundição Centrífuga Neste processo o metal líquido é introduzido no molde, que gira com rapidez e, sob a ação da força centrífuga, é pressionado contra suas paredes. Desta maneira o processo não deixa de ser um tipo de fundição sob pressão, onde essa é controlada pela velocidade da rotação do molde.

6.1. O processo Na fundição centrífuga o eixo de rotação pode estar na posição vertical ou horizontal.


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Posição Vertical

Neste caso haverá a formação de um “furo cônico” (efeito de Corolis) no centro do molde. Daí este processo só ser usado para a produção de peças de pequena altura, quando o efeito é minimizado, ou para a produção de um conjunto de pequenas peças, quando então o centro do molde é ocupado pelo sistema de alimentação, conforme mostrado na figura 26.

Figura 26

• Posição Horizontal Com o eixo de rotação na posição horizontal as paredes da peça cilíndrica tornam-se de espessura igual em todo seu comprimento, mas para que isso aconteça é necessário um determinado número de rotações. O número de rotações não deve ser inferior ao dado pela seguinte fórmula:

Figura 27

n > 5520/√ γ.R

Onde: n é a rotação mínima em rpm; R é o raio da peça em cm e γ é o peso específico em g/cm3. Este processo é usado principalmente na fundição de tubos de ferro e aço fundido, pois o tubo é formado sem a necessidade de macho. Vide a figura 27.

6.2. Aplicações e Vantagens do Processo A aplicação mais racional da fundição centrífuga é na elaboração de peças metálicas ocas que têm formas simples de corpos de revolução (tubos, cilindros, blanks para engrenagens, etc.). Neste tipo de fundição podem ser usados moldes metálicos ou de cerâmica. As peças obtidas através de moldes metálicos, geralmente devem ser submetidas a recozimento para alívio de tensões.

7. Fundição de Precisão (Processo da Cera Perdida) É um processo de moldagem que utiliza um molde produzido por um modelo de cera, o qual é derretido e retirado do molde durante o seu cozimento em forno.


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Figura 28 7.1. O Processo O primeiro passo para obtenção da peça fundida consiste em fazer-se o modelo em cera. Para isto injeta-se cera líquida em uma matriz de madeira ou metálica e espera-se até que a mesma endureça por resfriamento. Uma vez obtido o modelo, reveste-se o mesmo com uma pasta refratária especial para a confecção deste tipo de molde. O molde é então levado ao forno, onde a pasta endurece ao mesmo tempo em que a cera derrete e evapora-se deixando livre o oco do molde para o vazamento do metal. Este molde é usado uma única vez, visto que, para retirada da peça pronta é preciso quebrá-lo. Vide a seqüência do processo na figura 28. 7.2. Aplicações e Vantagens do Processo Ideal para peças pequenas (até 5 Kgf) e complexas que exijam ótimo acabamento e boa precisão dimensional. Consegue-se uma produção relativamente elevada, com um mínimo de investimento em equipamento e ferramental.


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8. Fundição Contínua

Figura 28 8.1. O Processo

O metal é vazado, de forma contínua, através de uma bica de enchimento e desce por um veio, até atingir uma coquilha de grafite resfriada, que dá o formato desejado ao metal e, ao mesmo tempo, promove a sua solidificação. O perfil obtido dessa forma avança até uma tesoura de corte, onde é cortado em tamanho apropriado. 8.2. Aplicações e Vantagens do Processo Usado para a produção de barras e perfis fundidos que, normalmente, serão usados como matéria-prima para a produção de peças usinadas.

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