ESTAMPAGEM (Mar 2007)

1. IntroduçãoEstampagem: conformação mecânica de chapas, geralmente a frio.Tipos de operação:

- corte- dobramento e encurvamento- estampagem profunda (as vezes a quente)

2. CorteUtilização de prensa, matriz e punção de corte.

Experimentalmente percebe-se que para melhor acabamento a espessura da chapa deve ser menor que o diâmetro do punção.

Pode-se obter diversas formas utilizando punção e matriz adequados (geometria similar à peça). Procura-se otimizar a distribuição de peças sobre a chapa.

É necessário estabelecer um valor de folga entre punção e matriz. Na figura abaixo, cada curva é relativa a um tipo de material. A curva superior se refere a aço duro, a do meio a aço doce e latão e a inferior a alumínio.

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Esforço necessário para o corte:

Q= pec

Q: esforço de corte ou cisalhamentop: perímetro da figura da peçae: espessura da chapac : resistência ao cisalhamento, igual a 3/4 a 4/5 de e

Exemplo:

c=30Kgf /mm2 , e=2mm , d=100mm

Resposta:

3. Dobramento e encurvamento

Espessura da chapa é mantida aproximadamente constante.

3.1 Raios de curvatura e ângulos

Deve-se evitar cantos vivos e utilizar raios de curvatura de:- 1 a 2 vezes a espessura da chapa (materiais moles)- 3 a 4 vezes a espessura da chapa (materiais duros)

O ângulo de dobramento na matriz deve ser mais acentuado que o ângulo final da peça pois a chapa tente a voltar para forma anterior.

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Dobramento Encurvamento

3.2 Linha Neutra

Linha neutra: não há deformaçãoComprimento necessário antes da dobra: igual ao comprimento da linha neutra do elemento

dobrado.

c=ab/2 r y

y=e/2 para chapas de até 1mm

y=e/3 para chapas maiores

3.3 Força de Dobramento

P=2 f be

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3 l; f=2e

Onde:P: força de dobramentob: largura da placae: espessura da chapal: distância entre apoios f : tensão de flexão necessáriae : tensão de escoamento

Note que a tensão de dobramento necessária é igual a duas vezes a tensão de escoamento para melhor conformação da chapa.

Exemplo:l=75mm ,b=50mm ,e=3mm , e=40Kgf /mm2

Resposta:

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4. Estampagem profunda

Chapas são conformadas na forma de copo.

Fundo do copo não sofre alteração, lateral cilíndrica é deformada. A altura final do copo é maior que a dimensão h0 inicial.

A figura a seguir mostra estágios da estampagem profunda. Note que é necessário utilizar um disco de retenção na parte superior (em torno do punção) para evitar enrugamento da chapa.

4.1 Diâmetro do disco inicial

D=d 24dh

D: diâmetro do disco iniciald: diâmetro do cilindro do copoh: altura do copo

Cálculo aproximado, necessidade de verificação prática das dimensões obtidas. Para formas variadas, chapa inicial é obtida basicamente por tentativa e erro.

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5. Reestampagem

Para estampagem de peças mais complexas ou para estampagem profunda de copos com altura maior que o diâmetro é necessário realizar mais de um passe.

Perguntas:1. Quais são os tipos de operação de estampagem?

2. Ordene os processos em função do esforço necessário na prensa: forjamento por prensagem, dobramento de chapas, corte de chapas.

3. Para que serve o disco de retenção na estampagem profunda?

EXTRUSÃO

1. Introdução

Bloco de metal é forçado a passar por orifício de uma matriz (utiliza-se prensas horizontais com capacidade de 1500 a 5000 toneladas).

Produção de barras, tubos ou outras formas.Realizado tanto a quente como a frio (dependendo do material e do grau de deformação)

2. Tipos de extrusão

- direta: êmbolo empurra e movimenta material para interior da matriz- indireta: êmbolo empurra e movimenta matriz contra o material (menor esforço devido à

redução do atrito, mas de difícil implementação).

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Pode-se obter tubos sem costura por extrusão.

ESTIRAMENTO (TREFILAÇÃO)

Obtenção de fios (elétricos) e arames (construção) a partir do fio-máquina (produto semi-acabado de aproximadamente 6,4 mm de diâmetro, obtido por laminação).

Fio-máquina é forçado a passar por matriz que reduz seu diâmetro. Diferentemente da extrusão, forças de tração são aplicadas no produto que está saindo da matriz.

Aplica-se forças de até 100 toneladas e velocidades variantes entre 9 e 1500 m/min.Estiramento seco: aplica-se lubrificante (graxa ou pó de sabão) sobre o fio.Estiramento úmido: fio é submerso em fluido lubrificante.

Ocorre o encruamento do material, melhorando as propriedades de resistência e dureza. Mas a tenacidade é diminuída, então pode ser realizado um recozimento, se desejado.

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1. Quais as diferenças entre as geometrias das peças extrudadas e estiradas?

2. O que ocasiona o efeito de encruamento? Quais são as conseqüências em relação as propriedades mecânicas das peças? Esse efeito é desejado para peças estiradas?

3. É possível fazer tubos sem costura por extrusão?

OUTROS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO

1. Cunhagem

Prensagem a frio em matrizes de alta precisão. Aplicada a peças semi-prontas para obtenção de medalhas, moedas, talheres, etc.

Materiais passíveis à cunhagem: aços de baixo carbono (até 0,30%), aços inoxidáveis, cobre, prata, outro, etc.

2. Repuxamento

Conformação de chapas em cilindros, cones, semi-esferas, sinos, em que a peça sofre movimento de rotação enquanto é conformada.

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3. Conformação com três cilindros

Encurvamento a frio de barras, chapas e tubos pela passagem entre três cilindros

4. Mandrilagem

Outro método para obtenção de tubos sem costura. Utilizado também para modificar diâmetro de tubos sem costura. Note que existe limitação física no comprimento do tubo (limitado ao comprimento da haste do mandril).

METALURGIA DO PÓ (SINTERIZAÇÃO)

1. Introdução

Transformação de pó de metais em peças pela aplicação de pressão e calor (sem fusão do metal base).

Etapas do processo:- obtenção dos pós metálicos- mistura de pós (possivelmente de diferentes metais ou materiais)- compressão da mistura em matrizes (chamada compactação)- aquecimento para produzir ligação entre partículas (chamada sinterização)

Possibilidade de obtenção de peças de metais de alta dureza como o tungstênio e combinação de materiais metálicos com não metálicos.

Fabricação de mancais porosos auto-lubrificantes, filtros metálicos, disco de fricção (à base de cobre ou ferro misturado com substâncias de alto coeficiente de atrito), escovas de corrente elétrica (motores elétricos).

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Limitações:- alto custo das matrizes e prensas, viabilidade técnica e econômica apenas para peças

relativamente pequenas (até 15Kg)- furos laterais, roscas e reentrâncias só podem ser obtidos por usinagem posterior- paredes mínimas de 0,7mm e impossibilidade de variações abruptas de espessura de parede

e cantos vivos- limite máximo entre altura e largura da peça: 3 para 1 (baixas densidades no centro)

2. Matéria-prima

Pós-metálicos e não metálicos.

2.1 Características do pós a serem controladas

Tamanho das partículas- 0,1 a 400 microns- peneiramento para seleção de tamanhos

Formas das partículas: esféricas, gotas, angular, outras.Porosidade da partículaEstrutura da partícula (tamanho de grãos cristalinos, melhor compressibilidade de grãos

finos)Superfície específica: número de pontos de contato entre partículasDensidade aparente: densidade do pó, antes da compactaçãoVelocidade de escoamento: escoamento do pó para interior da matriz (maior velocidade

indica também maior possibilidade de enchimento completo da matriz)Compressibilidade: relação entre densidade de um bloco simplesmente comprimido e

densidade do pó.Composição química e pureza (pode chegar a 99%)

2.2 Métodos para obtenção do pó metálico

Moagem: realizada em moinhos de bola (esferas de metal de alta dureza)

Atomização: pulverização de metal fundido que se solidifica formando o pó

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Eletrolítica: precipitação eletrolítica de soluções (bom controle do tamanho de grãos com controle da corrente elétrica, temperatura e concentrações químicas)

3. Mistura dos pós

Mistura pós de diferentes metais constituintes da peça a ser formada de maneira uniforme. Utilização de moinhos de bola, misturadores de pás e outros.

4. Compactação dos pós

Formação da geometria da peça em matrizes. Resulta no compactado verde.

Pressões de compactação são da ordem de 5 t /cm2

Prensas automáticas possuem capacidade de produção de até 100 peças por minuto.

Matrizes são fabricadas em aço de alto carbono e alto cromo, temperado e revenido e são revestidas com cromo. Alto custo, devem durar pela fabricação de centenas de milhares de peças.

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5. Sinterização

Aquecimento de peças já compactadas a temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal base.

Sinterização sólida: nenhum dos metais é fundidoSinterização líquida: metal secundário é fundido no aquecimento

Existe uma sinterização líquida chamada sinterização com infiltração metálica em que o metal líquido é absorvido por capilaridade pelo metal sólido (não há mistura prévia dos pós).

A sinterização é realizada em fornos contínuos com atmosfera protetora composta de hidrogênio ou amônia dissociada (75% hidrogênio, 25% nitrogênio) ou outras.

Na sinterização ocorre recristalização, crescimento de grãos e, principalmente, a união de contornos de grãos de partículas metálicas vizinhas.

Perguntas:1. Quais são as etapas do processo de sinterização

2. Quais são as características e as aplicações de peças sinterizadas?

3. Por que a sinterização deve ser realizada sob atmosfera controlada (inerte)?

4. Quais são as limitações do processo de metalurgia do pó (técnicas e econômicas)?

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6. Dupla compactação

Variedade do procedimento simples de metalurgia do pó em que realiza-se compactação, pré-sinterização, nova compactação (definitiva) e sinterização final.

Obtém-se melhores propriedades mecânicas.

7. Compactação a quente

Outra variedade em que a compactação e a sinterização são realizadas simultaneamente.

Produz-se peças com densidade mais elevada e melhor condutibilidade elétrica

8. Forjamento-sinterização

Produz-se compactado verde com dimensões próximas às dimensões finais, realiza-se a sinterização, comprime-se a peças ainda quente numa matriz e resfria-se a peça em atmosfera protetora (evita oxidação).

Vantagens: alta escala de produção e bom acabamento superficial.

9. Esquema geral da metalurgia do pó

As etapas básicas da metalurgia do pó podem ser encadeadas e repetidas de diversas maneiras conforme a necessidade de obtenção de melhores propriedades mecânicas, melhores tolerânicas dimensionais, etc. Mas deve-se lembrar que a repetição de etapas aumenta o custo de obtenção da peça.

Na figura a seguir estão esquematizados alguns procedimentos (observação: operações de calibragem nada mais são que recompactações).

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, 1986- Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, 2000- Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall, 1996

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