PMR 3203 PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO Parte I - 2020

PMR 3203

- PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO –

- Parte I -

2020.1

2PMR-3203

Tópicos da aula A4

✓ Introdução

➢ Fundamentos da conformação mecânica

➢ Processo de forjamento

➢ Processo de laminação

Fundamentos da conformação mecânica

O ponto de partida para o estudo da conformação, está na

compreensão de como os materiais respondem, ou com se

deformam sob a ação de carregamentos.

As propriedades mecânicas mais importantes são:

➔ tensão máxima,

➔ tensão de escoamento,

➔ tensão de cisalhamento,

➔ outras; dureza, rigidez e ductilidade

3PMR-3203

Revisão de Engenharia de Materiais

◆ Sob carregamentos os materiais podem assumir quaisquer

uma das seguintes formas:

Tração

F

lo

qq

q

Compressão Cizalhamento Torção

lo

lf

lf

F

F

F

F

FF

F

4PMR-3203

Deformação Plástica

5PMR-3203

Deformação Elástica

➔ Elasticidade representa a capacidade dos

materiais de retornarem ao seu estado de

deformação inicial após retirado o

carregamento aplicado sobre ele

➔ A elasticidade pode ser linear e não linear


➔ A partir do ponto limite de deformação

elástica tensão e deformação não são mais

proporcionais

➔ A deformação plástica não é mais reversível

➔ Limite elástico é o ponto onde a curva

tensão deformação torna-se não linear, ou

seja, a deformação passa não ser mais

proporcional a tensão

➔ A tensão e a deformação neste ponto são

denominadas de limites proporcionais

➔ A partir desse ponto a Lei de Hooke não é

mais válida para determinar a relação de

proporcionalidade entre tensão e

deformação em tração ou cisalhamento

6PMR-3203

Elástico

Te

nsã

o

Deformação e

Plástico

P

Limite elástico

Limite Elástico

Relação de Poisson

7PMR-3203

➔Quando sob tensão (Z) o corpo de prova

torna-se maior e mais fino, ou seja,

contração na largura (X) e profundidade (Y)

➔Na compressão ele se torna mais “gordo”

➔A relação de Poisson define quando e

deformação lateral ocorre nas direções x e Y,

quando ocorre deformação na direção Z

➔Valores típicos giram em torno de 0,2 a

0,55mm2

➔Para materiais isotrópicos

➔Para materiais anisotrópicos E e G variam

com a direção

Módulo de Elasticidade

O Módulo de Elasticidade nos informa quanto alguma coisa vai

se deformar elasticamente quando sob carregamento, ou seja a

rigidez do material

8PMR-3203

OBS.: De forma geral o

Módulo de Elasticidade

diminui com o aumento

da temperatura

Ensaio de tração

9PMR-3203

https://www.youtube.com/watch?v=D8U4G5kcpcM

Nesse vídeo é interessante observar o comportamento de matérias dúcteis e

frágeis durante o ensaio de tração.A maior parte do parâmetros relacionado

ao comportamento dos materiais vem deste ensaio.

https://www.youtube.com/watch?v=D8U4G5kcpcM


➔ A deformação ocorre pelo rearranjo das ligações atômicas

➔ Em materiais cristalinos primariamente ocorrem pelo

deslocamento das discordâncias

PMR-3203 10

discordância

Plano de escorregamento

Tensão cisalhante

Tensão cisalhante

Tensão cisalhante

11PMR-3203

Divisão dos processos de fabricação

Conformação do material

➔ Processo de fabricação no qual ocorre modificação tri-

dimensional da forma por meio da conformação plástica, sem

contudo alterara a massa ou a coesão do material

➔ Ao contrário da usinagem a conformação é o método pelo qual

se da forma com geometria controlada

➔ Conformação plástica: Modificação da forma/dimensões de um

corpo metálico pela ação de tensões mecânicas sem que haja

remoção de material

➔ Cerca de 80% dos produtos manufaturados na indústria metal

mecânica sofrem uma ou mais operações de conformação

plástica.

12PMR-3203

Classificação dos Processos de Conformação Mecânica

13PMR-3203

Conformação Mecânica

Quanto ao tipo de esforço predominante

➔ compressão direta

➔ compressão indireta

➔ tração

➔ flexão

➔ cisalhamento

Quanto a temperatura de trabalho

➔ frio Tt < Trecr

➔ quente Tt > Trecr

➔ morno Tt ~ Trecr

➔ isotérmico Tt > Trecr constante

Onde:

Tt = temperatura de trabalho

Trecr = temperatura de recristalização

Conformação sobre condições compressivas

Classificação

➔ Laminação

➔ Forjamento em matriz aberta

➔ Forjamento me matriz fechada

➔ Cunhagem

➔ Estrusão / trefilamento

14PMR-3203


Vídeos exemplo

15PMR-3203

https://www.youtube.com/watch?v=XTU0Z-FkhtU

https://www.youtube.com/watch?v=13dUL9OQFvw

Esse é um vídeo mostrando o processo de laminação contínua.

Esse é um vídeo mostrando alguns exemplos de processo de forjamento em matriz aberta. Interessante é observar a

dimensão das peças

https://www.youtube.com/watch?v=XTU0Z-FkhtU

https://www.youtube.com/watch?v=13dUL9OQFvw

Conformação sobre condições combinadas de tração e compressão

◆ Classificação

➔Embutimento profundo

➔ Flangeamento

16PMR-3203

Conformação sobre condições de tração

Classificação

➔ Estiramento

➔ Expansão

➔ Expansão por estiramento

17PMR-3203

Conformação por dobramento

Classificação

➔ Dobramento linear

➔ Dobramento circular

18PMR-3203

Conformação sobre condições de cizalhamento

Classificação

➔ Torçionamento

➔ Estampagem

19PMR-3203

20PMR-3203

Efeito da temperatura no metais

Os cristais plasticamente deformados têm mais energia que os

cristais não-deformados, devido a existência de grande

quantidade de discordâncias.

A permanência do material a uma temperatura

suficientemente elevada faz com que a vibração térmica dos

átomos permita maior mobilidade das discordâncias.

A recristalização permite restaurar a ductilidade pelo

aquecimento acima da temperatura de recristalização, nesta a

estrutura cristalina deformada se rearranja formando novos

grãos com baixa densidade de discordâncias. Os grãos se

desenvolvem até que toda a estrutura toda esteja

rearranjada, e a microestrutura resultante é equiaxial.

21PMR-3203

Efeito da temperatura no metais

Mudança de propriedades e estrutura com a recuperação e a recristalização (fonte: Shackelford).

Crescimento de grão durante recristalização (Gulhaév, pág. 103)

22PMR-3203


➔ frio Tt < Trecr



➔ isotérmico Tt > Trecr e constante

Características dos processos em função da temperatura

de trabalho (Tt)

23PMR-3203


➔ frio Tt < Trecr





de trabalho (Tt)

➔ Pequenas deformações

(relativamente)

➔ Encruamento

➔ Elevada qualidade dimensional e

superficial

➔ Normalmente empregado para

“acabamento”

➔ Recuperação elástica

➔ Equipamentos e ferramentas mais

rígidos

24PMR-3203


➔ frio Tt < Trecr





de trabalho (Tt)

➔ grandes deformações

➔ recozimento

➔ baixa qualidade dimensional e

superficial

➔ normalmente empregado em

operações grosseiras

➔ peças grandes e de formas

complexas

➔ contração térmica, crescimento

de grãos, oxidação

25PMR-3203


➔ frio Tt < Trecr





de trabalho (Tt)

➔ reúne as características

vantajosas do trabalho a

frio e a quente

26PMR-3203


➔ frio Tt < Trecr





de trabalho (Tt)

➔reúne as características do

trabalho a quente

➔ peça e ferramentas

apresentam temperaturas

próximas

➔ possibilidade de grandes

deformações a taxas de

deformação reduzidas

Diagrama de fases Fe-C com microestruturas representativas de aços, do ferro-a e do ferro-g. MO corresponde a microscopia óptica

(adaptado de CALLISTER JÚNIOR, 2007) 27PMR-3203

Diagrama TTT para um aço carbono. Simbologia: A = austenita; P = perlita; B = bainita; M= martensita; MO = Microscopia Óptica; MET = Microscopia

Eletrônica de Transmissão.

(adaptado de CALLISTER JÚNIOR, 2007) 28PMR-3203

Tribologia na interface

29PMR-3203

situações de contato:

(a) com baixa pressão de contato nas asperezas (baixa conformidade);

(b) com pressão de contato moderada nas asperezas (média conformidade);

(c) com alta pressão de contato nas asperezas (total conformidade).

Operação de recalque:

(a-) disposição de um tarugo entre duas matrizes;(b-) deformação da peça sem a presença de atrito na interface;(c-) deformação da peça com a presença de atrito na interface.

onde: D=matriz; B= tarugo; F= força aplicada.

(ASM INTERNATIONAL, 1995) 30PMR-3203

Ensaio do Anel

Efeito do atrito sobre a deformação do material metálico no teste de compressão

Tensão de escoamento do material no ensaio é definida como:

razão de aspecto padrão 6:3:2 (diâmetro interno: diâmetro externo:altura).

31PMR-3203

𝜎 = 50,3 1 +𝜀

0,05

0,26

[𝑀𝑃𝑎]

Ensaio do Anel

Curva de calibração ou curvas de fator de atrito

32PMR-3203

Variáveis mais significativas nos processos de conformação

Ferramental

• Geometria das ferramentas

• Condições superficiais

• Material, dureza, tratamento térmico

• Temperatura

• Rigidez e precisão do conjunto

Condições na interface peça ferramenta

• Tipo de lubrificante e temperatura de trabalho

• Isolação e características de resfriamento na camada interface

• Lubrificação e tensão de cisalhamento ao atrito

• Características relacionadas a aplicação e remoção do lubrificante33PMR-3203


Zona de deformação

• Mecanismo de deformação

• Modelo usado na análise

• Fluxo de metal, velocidade, taxa de deformação, cinemática da

deformação

• Tensões (variações durante a deformação)

• Temperaturas

Equipamentos usados

• Velocidade/razão de produção

• Força/capacidade de conversão de energia

• Rigidez e precisão34PMR-3203


Produto/Peça

• Geometria

• Precisões dimensionais, geométricas e tolerâncias

• Acabamento superficial

• Micro estrutura, propriedades mecânicas e metalúrgicas

Ambiente

• Capacidade da mão de obra disponível

• Poluição do ar, sonora e emissão de resíduos

• Controle da produção

• Equipamentos disponíveis para controle da produção

(metrológicos e metalúrgicos)35PMR-3203

Divisão dos processos de fabricação

36PMR-3203

Forjamento

Definição

➢ Processo de fabricação onde a forma final do componente é obtida

através da deformação plástica resultante da aplicação de pressão ou

impacto promovido por uma prensa ou martelo

37PMR-3203

Forjamento - Classificação

Forjamento

Matriz fechada

Matriz aberta

A quente

A frio

A quente

A frio

38PMR-3203

Forjamento – Tipos básicos de operações quando o enchimento

Compressão

Orientação

Preenchimento

Compressão

Espalhamento Fechamento

39PMR-3203

Forjamento – com e sem rebarba

➔ O forjamento com rebarba permite que o excesso de material do blank

escoe para fora, através da folga na matriz onde esta fica como uma

continuidade a forma da peça.

➔ O forjamento sem rebarba o volume de material é exato, não havendo

escoamento de material para fora do molde

40PMR-3203

forjamento com rebarba

forjamento sem rebarba

extrator no moldemolde molde

rebarba

peçapeça

Contra moldeEstampo

Aplicação da força

Aplicação da força

Forjamento

- Sequência de forjamento

41PMR-3203

• a primeira etapa confere pré-forma ao blank e é realizada a parte da sequência de conformação principal

⚫ as fase intermediárias otimizam a distribuição da massa, antes que a forma final seja forjada.

⚫ a seleção de uma sequência depende da interpretação dos diferentes métodos de conformação, e comos estes permitem as reduções nas formas intermediárias.

⚫ a divisão em vários estágios de formação reduz as tensões na matriz, permitindo a distribuição de forças e reduzindo o desgaste da matiz

⚫ o preenchimento escalonado pode influenciar positivamente na qualidade do forjado

⚫ peças de grande volume podem ser forjadas com cargas menores => econômia


Vídeos exemplo

42PMR-3203

Esse é um vídeo mostrando vários exemplos de processos de forjamento. Atentem as diferente

máquinas empregas, que vão desde de martelos de forjamento a prensas hidráulicas.

Esse é um vídeo é muito legal. Ele mostra não só processo de forjamento a quente de virabrequins em matriz fechada, mas também mostra todo o processo de usinagem e controle de qualidade (dimensional), em uma linha de produção integrada. Tópicos vistos

nas aulas A1, A2 e A3.

https://www.youtube.com/watch?v=SIAWSiz-Bz8

https://www.youtube.com/watch?v=G60llMJepZI

https://www.youtube.com/watch?v=SIAWSiz-Bz8

https://www.youtube.com/watch?v=G60llMJepZI

43PMR-3203

Interação entre as variáveis no forjamento em matrizes

Forjamento

➢ Fases

▪ A primeira fase e definir se o forjamento será feito em uma ou

várias fases.

▪ Seguindo o planejamento da produção de peças forjadas em

matrizes

▪ Esta atividade posteriores devem considerar o alto custo

relativo ao projeto e fabricação de uma matriz, e os requisitos

funcionais do componente a ser forjado.

44PMR-3203

➢ Desvantagens

➔ Custos de máquinas

➔ Projeto e custo das ferramentas

devem ser amortizados em função

do número de peças a serem

produzidos

➔ Automatização simples

➔ O desempenho é definido por

unidade de tempo e deve ser menor

para o processo automatizado

45PMR-3203

Forjamento

➢ Vantagens

➔ Resistência das peças

➔ Produtividade relativa. Serve tanto

para produção em massa quanto

peças de lote único

➔ Equipamento relativamente

simples (prensa)

➔ Pode ser feito sem a necessidade

de ferramental especial (forjamento

em matriz aberta)

Forjamento

➢ Etapas necessárias

➔ Projeto do componente para forjamento

➔ Projeto da sequência do forjamento

➔ Testes e otimização do projeto (via CAD e FEM)

➔ Aplicação modelos computacionais de forjamento

➔ Try-out

46PMR-3203

➢ Martelo pneumático

➢ Prensa excêntrica

➢ Prensa hidráulica

47PMR-3203

Tipos de Forja

➢ Martelo de queda livre

➢ Martelo de queda livre de

dupla ação

Máquina para Forjamento Velocidade [m.s-1]

Martelo de queda livre 3,6-4,8

Martelo de dupla ação 3,0-9,0

Prensa hidráulica 0,05-0,3

Prensa mecânica 0,06-1,5

48PMR-3203

forjabilidade

Laminação

49PMR-3203

Laminação

50PMR-3203 https://www.nssmc.com/en/product/plate/process/

Laminação

➢ Definição

processo de conformação mecânica que consiste em modificar a

seção transversal ou a dimensão de um corpo por compressão

direta aplicada por cilíndros

Em geral o material metálico, mas pode se vidro ou polímeros.

Aços e materiais não ferros são mais comums em laminação.

Forma de entrada em geral é barra, lingote, placa, tira, ou

similares a estes

51PMR-3203

52PMR-3203

Laminação

As deformações plásticas são provocadas pela pressão dos cilíndros sobre o

material

O arraste do corpo é dado pela atrito entre cilíndros e corpo


Vídeos exemplo

53PMR-3203

https://www.youtube.com/watch?v=jXwxeJ-RAj4

https://www.youtube.com/watch?v=JIM_t9QH8J8

Esse vídeo mostra o efeito da laminação na estrutura cristalina do material

Esse vídeo mostra aspectos gerais da laminação até a obtenção de bobinas de aço

https://www.youtube.com/watch?v=jXwxeJ-RAj4

https://www.youtube.com/watch?v=JIM_t9QH8J8

Laminação

54PMR-3203

Laminação

Tipos de produtos

• Planos

• Placas

• Chapas

Não planos

• Barras

• Perfis

• Trilhos

• Vergalhões

• Tubos

55PMR-3203

Laminação

de chapas



Laminação

de chapas especiais

Laminação

de perfiz


Laminação a quente

lingote fundidosPlacastarugos lingotadoslaminados

Semi acabados

Grandes deformações Geometrias complexas

Grandes dimensõesEntrada

59PMR-3203

Laminação a frio

Chapas de açoPlacasbarras

Produtos acabados

Pequenas

deformações Superfícies regulares

Operações de

acabamento

Entrada

Chapas de açoPlacasbarras

60PMR-3203

Mecânica da Laminação

parâmetros principais

61PMR-3203

➔ Ponto neutro: pressão máxima dos cilindros sobre a peça

➔ Arco de contato

➔ Ângulo de laminação: ângulo de contato, ângulo de ataque, ângulo de

mordida

➔ Forças de atrito: no sentido da laminação até o ponto neutro e contrário

a partir dele → tendência de movimento para trás e para frente da peça a

laminar

➔ Carga de laminação: força de separação dividida pela área de contato →

Tensão de laminação

62PMR-3203

Laminação

parâmetros principais

Ponto neutro

Ângulo de contato

Laminação

– Percentual de redução

- Deformação convencional

Tomando um ponto qualquer de altura h, admitindo deformação homogênea na espessura, tem-se:

%red=t o−t f

t o

∗100

%red=10−1,6

10∗100=84%red

63PMR-3203

Laminação – Carga

Fatores de influência sobre a carga de laminação

➔ aumento da área de contato entre cilindro e chapa

➔ redução da espessura inicial da chapa e;

➔ aumento do coeficiente de atrito do processo.

64PMR-3203

Laminação – influência da temperatura

65PMR-3203

Tipos de laminadores

1 - Laminador DUO reversível, rolos com inversão de rotação

2 - Laminador TRIO – 3 cilindros

3 - Laminador QUADRUO – 4 cilindros

4 - Laminador SENDZIMIR – cilindros de trabalho finos suportados por vários outros cilindros mais grossos

5 - Laminador UNIVERSAL – 2 Rolos verticais e 2 rolos horizontais

6 - Outros

66PMR-3203


1 - Laminador DUO reversível usado na laminação a quente para

“desbaste” de lingotes e para esboço

2 - Laminador TRIO usado na laminação a quente para chapas e

placas

3 - Laminador QUADRUO usado em laminação a quente e

laminação a frio para chapas grossas e planos

➔ linhas contínuas: chapas de espessura média e fina a quente

4 - Laminador SENDZIMIR mais grossos usado na laminação a frio

para chapas finas

5 - Laminador UNIVERSAL67PMR-3203


6 - Mannesmann usado na LQ e LF de tubos sem costura, com o uso de mandris

7 - Sequêncial: usado na LQ e LF de perfis e tubos com costura a partir de tiras

68PMR-3203

Laminação sequêncial

69PMR-3203

Laminadores de tubos com costura

Empregado na fabricação de tubos com diâmetro interno entre 10 e 114 mm e espessura de parede entre 2 e 5 mm

70PMR-3203

Laminação de tubos sem constura

Processo mannesman Fabricação de tubos sem cosrtura comdiâmetro interno variando de 57 a 426 mm,e espessura entre 3 e 30 mm

71PMR-3203

Rolos oblíquos

Rolos oblíquos

Linguotehaste

Tubo formado

Defeitos em produtos laminados

➔ desvios de forma

➔ Irregularidades de superfície: trincas, fissuras, cascas,

carepas

➔ internos: trincas, escamas

➔ chapa curva-se

➔ espessura uniforme sobre a largura e ao longo do

comprimento

➔ planeza da chapa

➔ diferença no alongamento

➔ ondulações em chapas finas

72PMR-3203


Tensões compressivas altas

Ação da prensagem dos rolos

Tensões cisalhantes superficiais

Tração entre os rolos e o material

73PMR-3203


74PMR-3203


75PMR-3203


76PMR-3203


77PMR-3203


78PMR-3203

- Fim da Aula 04 -

79PMR-3203

PMR 3203 PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO Parte I - 2020

Documents

Transcript of PMR 3203 PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO Parte I - 2020