Processos de Fabricação II - Conformação - Parte 1 - REV(1)

7/21/2019 Processos de Fabricao II - Conformao - Parte 1 - REV(1)

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CURSO DE ENGENHARIA MECNICACURSO DE ENGENHARIA MECNICA

DISCIPLINA: Processos de Fabricao II

PROFESSOR: Humberto Farneze

PROCESSOS DE CONFORMAO

PARTE 1

CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICACELSO SUCKOW DA FONSECAUnED Itagua


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DEFINIOModificao da forma de um corpo para outra, pr-definida, com geometria e

dimenses controladas, pela aplicao de esforo mecnico.

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Na fabricao mecnica, aproximadamente 80% de todos os produtos so submetidos

conformao em um ou mais estgios do processo de fabricao.

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CLASSIFICAO DOS PROCESSOS DE CONFORMAO

Quanto ao tipo de esforo predominante: Compresso direta (forjamento e laminao) Compresso indireta (trefilao, extruso, embutimento)

Trao (estiramento de chapas) Flexo ou dobramento (dobramento e calandragem)

Cisalhamento (corte de chapas)

Quanto temperatura de trabalho: Trabalho mecnico a frio (cold working) Trabalho mecnico aquecido (warm working)

Trabalho mecnico a quente (hot working)Trabalho isotrmico (Isothermal forming)

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Trabalho Mecnico a Frio (Cold Working)-Temperatura ambiente ou levemente aquecido- Encruamento

- Preciso dimensional

- Qualidade superficial e dimensional- Empregado para produtos acabados

- Equipamentos e ferramentas mais robustos- Maiores potncias

Trabalho mecnico a morno (warm working)- Aquecimento abaixo da temperatura de recristalizao, mas superior a 0,3.Tf- Deformao plstica facilitada com o aumento da temperatura

- Menor necessidade de potncia, comparado ao trabalho a frio- Geometrias mais complexas

- Necessidade de recozimento minimizada ou eliminada

- Rene caractersticas dos trabalhos mecnicos a frio e a quente

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Trabalho mecnico a quente (Hot working)- Aquecimento acima da temperatura de recristalizao e abaixo de Tf ( TR < T < 0,7 Tf)- Sem encruamento

- Aplicado a produtos semi-acabados (grandes deformaes)

- Menor qualidade superficial e dimensional- Oxidao

- Menor necessidade de potncia- Aplicvel a materiais frgeis

Trabalho isotrmico (Isothermal working)- Trabalho a quente, com pea e ferramenta com temperaturas prximas- Minimiza a transferncia de calor entre pea e ferramenta

- Vida da ferramenta menor- Aplicado a materiais que apresentem dureza a quente (aos rpidos, ligas de titnio e

certas ligas de nquel)

- Algumas vezes realizado a vcuo

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Os processos de conformao, especialmente a laminao, so frequentementeutilizados como tratamentos termomecnicos dos materiais. O controle das

variveis como taxa e magnitude de deformao, em conjunto com o ciclo

trmico imposto, o segredo para a construo das propriedades do ao.

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Outros Critrios de Classificao

Quanto forma do produto final Chapas, perfis: Laminao, Estampagem Tubos e fios: Trefilao, extruso

Quanto ao tamanho da regio deformada Deformao localizada: Laminao, Trefilao e Extruso Deformao generalizada: estampagem profunda e forjamento

Quanto ao tipo de fluxo de deformao Fluxo contnuo ou quasi-estacionrio (movimento constante):Laminao,Trefilao e Extrusoa quente Fluxo intermitente: Estampagem e Forjamento

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ATRITO E LUBRIFICAO

Uma das foras predominantes

Desgaste da ferramenta ou matrizDefeitos de forma ou dimenso

Dificulta o fluxo do metal

Aumenta a exigncia de potncia para a conformaoFat = . N

Fora normal atinge grandes intensidadesMaterial aquecido e no regime plstico: altos valores de coeficiente de atrito

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O atrito exerce grande influncia nas operaes de conformao plstica, no podendo ser

desprezado em muitos casos. Em geral, o atrito excessivo entre as ferramentas e o materialconformado tem efeito negativo sobre a trabalhabilidade, uma vez que pode provocar

superaquecimento, aderncia metal-ferramenta, modificao do estado de tenses, ocorrncia

de trincas e defeitos superficiais e aumento da carga (fora) necessria para conformao.

Lubrificantes- Trabalho a frio: leos minerais, emulses a base de gua, sabes- Trabalho a quente: leos minerais, grafite e vidro fundido

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DEFORMAO PLSTICA DOS METAIS

Solicitaes mecnicas acima do limite de escoamento do material: deformao

permanenteDois mecanismos:

- Escorregamento- Maclao

Deformao por escorregamento

- Esforos de cisalhamento (trao oucompresso)

- Deslizamento de blocos cristalinos, uns

sobre os outros Clculos demonstram que a energia

necessria seria mais alta do que ocorre

na realidade

- Mecanismo mais real: Escorregamento

por movimento de discordncias

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Deformao por maclao (maclagem)- Inclinao de parte do reticulado cristalino a partir de um plano, formando configuraesespeculares

- Maclao mais comum em CCC e HC: cargas de choque e temperaturas decrescentes

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Deformao plstica: movimentao de discordncias (mecanismo mais comum)

-Multiplicao de discordncias durante a deformao- Acmulo de discordncias: aumento da resistncia

- Presena de impurezas e/ou elementos de liga: idem

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DEFORMAO EM ESTRUTURAS POLICRISTALINAS

Resposta a esforos mecnicos mais complexa e com maior dificuldade de previso do que

para monocristais

Fatores de maior influncia:- Contornos de gro

- Poligonizao

- Solues slidas

- Segundas fases

Contornos de gro

- Regio de transio entre gros: estrutura

deformada, maior energia, maiores espaosinteratmicos

- Movimento de discordncias dificultado: grosapresentam diferentes orientaes cristalinas

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Quanto maior for a quantidade de contornos de gro, ou quanto menor o tamanho

do gro, maior a resistncia do material deformao

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Poligonizao

Formao desubgrosno interior de um gro pelo movimento e acmulo de discordncias, gerando

obstculos para a posterior movimentao das mesmas.

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Solues slidas

Solues slidas, intersticiais ou substitucionais, provocam o tensionamento da estrutura cristalina

pela distoro da mesma, dificultando o movimento das discordncias.

Segundas fases

A precipitao de fases na matriz metlica pode apresentar influncia sobre a resposta do material solicitaes mecnicas. O tipo de precipitado, quantidade, forma e tamanho das partculas tem papel

preponderante. Exemplo clssico: envelhecimento e

super-envelhecimento.

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ENCRUAMENTO Elevao da resistncia do material deformao plstica Influenciado por diversos fatores:- Tipo de estrutura cristalina- Composio qumica

- Grau de pureza

- Orientao cristalina dos gros

- Temperatura

- Forma e tamanho dos gros- Condies superficiais dos gros

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O encruamento produz deformao da estrutura cristalina e modificao das propriedadesdo material

A movimentao de discordncias se torna mais intensa durante o processo de encruamento,com acmulo das mesmas em determinadas regies, tais como contornos de gro e precipitados

A condutividade eltrica e a resistncia corroso diminuem

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Ocorre aumento no nmero de discordncias:

- Metal no estado recozido: 106 a 108 discordncias / mm2- Metal severamente encruado: 1012 discordncias / mm2

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RECRISTALIZAO Temperatura de recristalizao (ou recozimento): 50%Tf Eliminao do encruamento (e de seus efeitos)

Tratamento trmico de recozimento: 3 etapas

- Recuperao

- Recristalizao- Crescimento de gro

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RECRISTALIZAOAlterao intensa da microestrutura (nucleao de cristais que absorvem os grosdeformados)Recuperao de todas as propriedades

CRESCIMENTO DE GROAumento do tamanho e diminuio do nmero de gros do materialFenmeno indesejvelMovimentao de tomos em direo s superfcies cncavas dos contornos degro (maior estabilidade)Gros menores: maior convexidade

Proporcional temperaturaA diminuio da temperatura diminui ouinterrompe o processo, mas no o inverte

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FATORES DE INFLUNCIA SOBRE A RECRISTALIZAO

Percentual de deformao (ou encruamento) inicial

Temperatura e tempo temperatura

Tamanho de gro inicial

Composio qumica

Quanto menor for o percentual de encruamento, maior deve ser a temperatura para

ocorrer a recristalizao

Tempos maiores exigem menores temperaturas para a recristalizao, e vice-versa

Altos nveis de encruamento e pequenas temperaturas produzem estruturas refinadas

O grau de pureza do metal inversamente proporcional temperatura: quanto mais

puro o metal, menor a temperatura necessria para a recristalizaoLigas do tipo soluo slida apresentam maiores temperaturas de recristalizao

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TEXTURA E ANISOTROPIA

Textura: orientao preferencial dos planos cristalogrficos da estrutura

policristalina na direo de mxima deformao.

A ocorrncia de textura em um metal produz diferentes nveis de propriedadesmecnicas em funo do sentido do esforo mecnico e orientao cristalina.

Em outras palavras, um material texturizado apresenta comportamento

anisotrpico.

A forma mais comum e utilizada para a determinao da textura de um metal

a tcnica de difrao de raios-X.

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Entre os fatores que afetam a ocorrncia de textura em estruturascristalinas de metais, pode-se citar:

- Tipo de estrutura cristalina

- Composio qumica do metal

- Grau de deformao

- Temperatura de trabalho

- Existncia de textura prvia

- Processo de conformao: modo de escoamento, estado de tenses

A ocorrncia de textura evidencia variaes no mdulo de

elasticidade, limite de escoamento, elongao e outras propriedades

relacionadas deformao plstica.

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Um material isotrpico (no texturizado) apresenta deformabilidade igual emtodas as direes.

A deformabilidade do material determinada, via de regra, em ensaios de

trao onde se ensaia o material em diferentes direes referentes direo

de alinhamento da estrutura cristalina.

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ndice (ou coeficiente) de anisotropia plstica (R): razo entre e deformao nalargura (w) e na espessura (t)

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ndice (ou coeficiente) de anisotropia mdio: resistncia ao afinamento

durante a estampagem.

Um valor de ndice de anisotropia mdio maior do que 1 indica que a

deformabilidade da chapa na direo da espessura menor do que nalargura, o que vantajoso para operaes de embutimento (chapa reforada

por textura). No caso contrrio, diz-se que a chapa est amolecida por

textura. Metais do tipo CCC, como o ao, atingem valores at 2,0. Metais

HC, como o titnio, atingem valores da ordem de 5 a 6.

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ndice (ou coeficiente) de anisotropia planar: probabilidade de formao deorelhas durante o embutimento profundo.

Um material isotrpico apresentaria R0 = R45 = R90 =1. Quandoesta relao se apresenta diferente de 1, tem-se a anisotropianormal. Quando estes valores diferem entre si podero ocorrer

problemas de orelhamento no embutimento profundo.

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A ocorrncia de textura no metal pode ser utilizada a favor do

projeto e fabricao de equipamentos. Um exemplo seria a utilizao

de chapas finas de ferro-silcio na fabricao de transformadores deenergia, onde a orientao da estrutura cristalina minimiza as perdas

de energia. No embutimento profundo, a maior resistncia da chapa

na direo da espessura diminui o risco de afinamento das paredes.Por outro lado, pode causar o surgimento de orelhas nas chapas

embutidas.

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O termo forjamento utiliza-se para designar a famlia de processostecnolgicos de deformao plstica na massa para os quais a alteraode forma realizada atravs das foras de compresso exercidas por

ferramentas atuadas pormartelos de queda ou por prensas hidrulicas,mecnicas ou de frico.

H dois grandes grupos de processos de forjamento:-Forjamento em matriz aberta este grupo integra as operaes deforjamento em que o escoamento do material no , ou apenas ligeiramente,constricto lateralmente. As matrizes possuem geometrias simples.

-Forjamento em matriz fechada este grupo integra as operaes deforjamento em que o escoamento do material constrangido lateralmente.

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Grande importncia industrial

Variados setores industriais (automobilstico, aeroespacial, etc.)

A mais antiga forma de transformao de metais ( 5.000 A.C.)Maioria das operaes: a quente

Forjamento a frio (tenacidade; encruamento)

Lato, alumnio, aos-carbono, aos-liga, aos ferramenta,

inoxidveis, titnio e cobre.

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ETAPAS DA PRODUO DE PEAS FORJADAS:

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Ferramentas planas ou de formato

simples

Escoamento perpendicular aplicaoda foraPeas de grandes dimenses ou pr-

conformaoProduo em pequena escala

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Forjamento em Matriz Fechada

Fatores importantes a serem considerados nafabricao de matrizes para forjamento:

- Concordncia de cantos: evitar cantos vivos, paraque no haja trincamento, tanto da pea forjada,quanto da prpria matriz;- ngulos de sada de 5 a 8o.

- Sobremetal para usinagem, devido oxidao edescarbonetao superficial- Sistema de alinhamento das sedes.- Exemplos de mateirais empregados: aoferramenta para trabalho a quente (srie H), ou ao

ferramenta resistente ao choque (srie S).

Fonte: Notas de Aula - Prof. Srgio Souto Maior - UFF 44


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Utiliza moldes (matrizes) usinados para conferir

forma desejada pea

Matriz bi-partida

Geometrias mais complexasBoa tolerncia dimensional

Custo elevado da matriz (altas taxas deproduo)Forjamento em etapas: matrizes usinadas em

um mesmo bloco

Calhas para rebarba

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Rebarba

Rebarba atua como vlvula de segurana: controla a presso no

interior da matriz.

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MQUINAS PARA FORJAMENTO

Classificadas de acordo com o princpio de operao:

- Martelos

- Prensas

Martelos de forjamento

- Carga fornecida pelo impacto de massa cadente- Gravidade ou gravidade + acelerao adicional

- Converso de energia cintica em mecnica

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Martelo de queda livre

- Base com colunas, fixada ao piso

- Sistema de elevao da massa cadente at a altura

desejada- Mecanismo de elevao operado por pedais

(operador tem as mos livres)

- Elevao por ar comprimido ou rolos de atrito e

prancha

- 60 a 150 pancadas/minuto

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Martelo de dupla ao (martelo mecnico)

- Peso da massa + fora adicional

- Ar comprimido ou vapor- Carga pode chegar a at 20 vezes o peso da

massa cadente (regulvel)

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Martelo de contragolpe- Duas massas colidindo no meio do percurso,

com mesma energia

- Energia do impacto no dissipada no piso:

maior eficincia de absoro de energia pela

pea

- Menores vibraes: tolerncias mais

precisas- Maiores despesas com manuteno e

alinhamento

- Impossibilidade de manipulao da pea

durante o forjamento

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PRENSAS PARA FORJAMENTO

- Mecnicas ou hidrulicas

- Menos utilizadas (custo maior)- Aplicao de carga lenta e progressiva

- Vida til das matrizes mais longa

- Maior tempo de contato entre pea e matriz: maiores perdas de calor- Taxas de produo similares aos martelos: fora maior, velocidade menor

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PRENSAS MECNICAS

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PRENSAS HIDRULICAS

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TRATAMENTOS TRMICOS

- Prtica comum ps-forjamento

- Remoo ou minimizao de tenses internas

- Homogeinizao de propriedades e estrutura

- Melhoria de usinabilidade- Recozimento e normalizao

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Fonte: Notas de Aula - Prof. Srgio Souto Maior - UFF 60


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A laminao um processo de deformao plstica no qual o material

forado a passar entre dois rolos (cilindros) que rodam no sentido oposto, com

a mesma velocidade perifrica, e esto distanciados entre si de um valor

inferior espessura do material que vai ser deformado. A propulso do

material durante a laminao feita pelas foras de atrito, embora possamtambm ser aplicadas foras exteriores criando tenses frente e r.

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Laminao a Quente


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Laminao a Quente

Lingotes fundidos

Placas e tarugos

Temperatura superior temperatura de recristalizao do material

Operaes iniciais (Desbaste) Grandes deformaes

Grandes dimenses

geometrias complexas Recuperao da estrutura

Ausncia de encruamento

Baixa preciso dimensional

Baixo acabamento superficial Casca de xidos (carepa)

Produtos semi-acabados

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Laminao a Frio


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Laminao a Frio

Matria-prima: chapas e barras laminadas a quente

Aplicado a peas semi-acabadas

Pequenas deformaes

Operaes de acabamento

Temperatura abaixo da temperatura de recristalizao do material

Melhor acabamento superficial

Superfcies regulares Melhor preciso dimensional e geomtrica

Encruamento

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Terminologia


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Terminologia

Bloco: Seo quadrada, 36 pol2 (23.225

mm2), produto de primeira reduo

Tarugo: Seo retangular, resultado depassagem posterior.

Placa: Seo retangular, rea maior do que 16

pol2, largura pelo menos 3 vezes maior do que a

espessura. Chapa: Seo retangular, espessura maior do

que 1/4 de pol.

Folha, chapa fina ou tira laminada:Espessura menor do que 1/4 de pol. Tiras, em

geral, tem largura inferior a 24 polegadas

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Laminadores


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LaminadoresLaminador de dois rolos (duo e duo-reversvel): composto de dois

cilindros de eixo horizontal, com o mesmo dimetro, colocados verticalmente

um sobre o outro e rodando em sentidos opostos com a mesma velocidade. O

laminador diz-se reversvel no caso em que os cilindros possam inverter o seusentido de rotao. A reversibilidade uma caracterstica que faz com que se

possa aumentar significativamente a produtividade.

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Laminador de trs rolos (trio): Neste laminador o material passa inicialmente


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Laminador de trs rolos (trio): Neste laminador o material passa inicialmente

entre os cilindros superior e mdio e retorna para passar entre os cilindros mdio einferior. A passagem do material de um conjunto de cilindros para o outro geralmente efetuada por meio de mesas elevatrias ou basculantes.

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Laminador quadruo: Este tipo de laminador composto por quadro rolos


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Laminador quadruo: Este tipo de laminador composto por quadro rolos

colocados verticalmente uns sobre os outros. Os rolos de trabalho possuem umdimetro menor do que os rolos de suporte (ou de encosto). Esta configurao

minimiza os efeitos decorrentes da flexo dos rolos de laminao, induzida pela

fora de separao.

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L i d S d i i Q d l d t b lh it d fl ti


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Laminador Sendzimir: Quando os rolos de trabalho so muito pequenos podem fletir

tanto na direo vertical como na direo horizontal, devendo, por isso, ser apoiados,

em ambas as direes. Assim, a concepo do laminador Sendzimir tem por objetivo

melhorar o desempenho j conseguido com os laminadores de 4 rolos, principalmente

laminao de chapas finas e/ou de materiais de alta resistncia mecnica.

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Laminadores de produtos no planos: Englobam-se neste grupo todos os laminadores


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p p g g p

que so utiizados na produo de produtos no planos, tais como perfis estruturais,barras redondas e quadradas, trilhos e tubos.

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Cilindros de Laminao


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