Capitulo 1_MEMec_2013

1

1

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

Lisbon-Portugal

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO TECNOLOGIA MECÂNICA

2

Apresentação

Corpo docente

Paulo Martins (Prof. Catedrático) [email protected] ext.: 3006

Beatriz Silva (Profª. Auxiliar) [email protected] ext.: 1560

Programa da disciplina

Introdução aos processos de fabrico

Teoria da plasticidade

Tecnologia da deformação plástica (Forjamento, Arrombamento,

Estampagem)

Tecnologia dos processos de corte (Corte Ortogonal)

Avaliação

1º Exame

2º Exame

Horário de dúvidas

A divulgar na página da disciplina

Localização

Tecnologia Mecânica, Pavilhão de Física, Piso 0

2

3

Apresentação

Bibliografia

Rodrigues J. e Martins P., Tecnologia Mecânica vol. 1 e 2, Escolar Editora, 2010.

Gouveia B., Rodrigues J. e Martins P., Tecnologia Mecânica , vol. 3. Escolar

Editora, 2011.

Rodrigues J. e Martins P., Enunciados de Exercícios Complementares, 2013.

(download na página da disciplina)

Martins P., Corte por arranque de apara (transparências e enunciados de

problemas disponibilizados aos alunos na página da disciplina)

4

Planeamento

Semana Dias Teóricas Práticas Auto estudo Laboratórios

1 13 Fev. – 15 Fev. Apresentação

Capítulo 1

(1 aula)

3.2 3.3/3.6

2.1/2.2

Constituição dos grupos em cada

turma

2 18 Fev. – 22 Fev.

Capítulo 1

(1 aula)

Capítulo 5

(1 aula)

1.4/1.5

5.4

1.6/1.7/1.8/ 1.12

Ensaio de Compressão e Ensaio de Anel

3 25 Fev. – 01 Mar.

Capítulo 5

(1 aula)

Problema 5.1

Capítulo 4

(1 aula)

2.3

5.3/5.5

1.1/1.3/1.9/ 1.10/1.11/

1.13

Ensaio de Compressão e Ensaio de Anel

4 04 Mar. – 08 Mar. Capítulo 4

(2 aulas)

2.11

4.1/4.4

4.10

2.4/2.5/

2.7/2.8

Ensaio de Tracção e Ensaio de Torção

5 11 Mar. – 15 Mar.

Problema 2.12 e 2.9

Capítulo 6

(2 aulas)

Problema 3.5 e 3.6

4.6

2.10

1.16/2.13/

2.14/2.15

Ensaio de Tracção e Ensaio de Torção

6 18 Mar. – 22 Mar.

Capítulo 7

(2 aulas)

Problema 4.4

Forjamento

Capítulo 14

Filmes

3.1/3.2 3.3/3.4/3.7/

3.8/3.9

Forjamento Cruzetas e Fullering

7

25 Mar. – 26 Mar. Forjamento

Capítulo 14

(1 aula)

4.1/4.3

7.1/7.7/7.9/

7.10

4.2/4.5/4.6


27 Mar. – 29 Mar. Férias Páscoa

Livro de Tecnologia Mecânica Vol. I – Fundamentos teóricos

Livro de Tecnologia Mecânica Vol. II – Aplicações industriais

Livro de Tecnologia Mecânica Vol. III – Exercícios resolvidos

Enunciados no Fénix

3

5

Planeamento

Semana Dias Teóricas Práticas Auto estudo Laboratórios

8

01 Abr. – 2 Abr. Férias Páscoa

3 Abr. – 5 Abr. Forjamento

Capítulo 14

(1 aula)

4.1/4.3

7.1/7.7/7.9/

7.10

4.2/4.5/4.6


9 08 Abr. – 12 Abr.

Forjamento

Capítulo 14

(1 aula)

Problema 14.1

Capítulo 17

(1 aula)

Filmes Arrombamento

14.2

7.4 7.3

Arrombamento e Guilhotina

10 15 Abr. – 19 Abr. Capítulo 17

(2 aulas)

Problema 3

7.1

1 7.2/7.6

Arrombamento e Guilhotina

11 22 Abr. – 26 Abr. (25 Abril Feriado)

Capítulo 22

(1 aula)

Filmes Estampagem

17.1

1/2

10.1/10.2/

10.3/10.6 Estampagem

12 29 Abr. – 03 Mai. (1 Maio Feriado)

Capítulo 22

(2 aulas)

Problema 11.1

22.1

1 22.2/22.3 Estampagem

13 06 Mai. – 10 Mai.

Capítulo 22

(1 aula)

Corte Arranque de Apara

(1 aula)

Filmes

11.6 11.3

Maquinagem do Parafuso e Corte

Ortogonal

14 13 Mai. – 17 Mai.


(2 aulas)

Exercício 1.2

1.1/1.3 1.4

Maquinagem do Parafuso e Corte

Ortogonal

15 20 Mai. – 24 Mai.


(2 aulas)

Exercício 2.3

Revisões Revisões

6


Materiais

Os recursos do planeta Terra

27.7

8.1

53.62.82.6

2.1

0.44

1.06

46.6

Silício AlumínioFerro CálcioSódio PotássioMagnésio TitânioOutros Elementos Oxigénio

http://www.solarviews.com/cap/earth/bluemarblewest.htm

4

7


Materiais

A selecção de um material para uma aplicação específica:

Requisitos de natureza técnica (propriedades físicas, químicas e mecânicas)

Requisitos de natureza económica (custo – extracção/transformação/processamento de

matérias primas)

Exemplos: densidade, temperatura de fusão, resistência à corrosão, toxicidade, dureza,

ductilidade.

8


Materiais

A selecção de materiais pode ser efectuada através de diagramas que relacionam diferentes

propriedades físicas, químicas e mecânicas. Contudo uma boa utilização destes diagramas só

é possível através de conhecimentos de base de ciência e engenharia de materiais que

interessa recordar.

5

9

aços microligadosligas alumínio-lítio

compósitos de matriz cerâmica

materiais biocompatíveis

colas

aços ligados

papel

semicondutores de silício

borracha natural

ligas leves

cermets

conhecimentos científicos

Evolução com base nos

termoplásticos

Materiais naturais Evolução com base na

experiência adquirida

ferro fundido

superligas

elastómeros

1990

1980

1960

1900

1800

1500

1940

cimento

vidro

silex

ouro

0

500

0 A

.C.

100

00

A.C

.

couromadeira

100

00

0 A

.C.

pedra

cerâmicos tradicionais

1000

materiais supercondutores

compósitos de matriz metálica

2000

e no progresso das tecnologias

de processamento e transformação

alumínio

titânio

ligas de titânio e zircónio

2010

compósitos de matriz polimérica

termoendurecíveis

aços

ferro

cobre natural

bronze

cerâmicos técnicos


Materiais

10


Metálicos

Poliméricos

Cerâmicos

Compósitos

Materiais - classificação

http://www.designinsite.dk/htmsider/kb0038.htm














6

11


Materiais metálicos

São substâncias inorgânicas que contêm um ou mais elementos metálicos

que podem possuir igualmente alguns elementos não metálicos,

como é o caso, por exemplo, do carbono, do azoto ou do oxigénio.

Os materiais metálicos possuem uma estrutura cristalina, na qual os átomos se dispõem de um

modo ordenado em arranjos do tipo CCC (cúbica de corpo centrado), CFC (cúbica de faces

centradas) e HC (hexagonal compacta).

CFC CCC HC

Alumínio

Chumbo

Cobre

Ouro

Prata

Crómio

Ferro (CFC a 910ºC)

Zinco

Magnésio

Titânio (CCC a 883ºC)

12



As estruturas cristalinas CFC e HC são arranjos compactos,

na medida em que os átomos estão empilhados uns nos outros

o mais próximo que é possível.

A estrutura CCC não é uma estrutura cristalina de máxima

compacidade.

A deformação plástica dos materiais metálicos processa-se

ao nível microscópico através de deslocamentos atómicos

segundo planos e direcções cristalográficas bem determinados

e que são habitualmente designados por sistemas de escorregamento.

Os planos e direcções de escorregamento são os mais compactos no interior da estrutura

cristalina. Como a estrutura CFC é a estrutura cristalina de máxima compacidade que possui

mais sistemas de escorregamento activos, pode concluir-se que os metais que possuem este tipo

de estrutura devem ser aqueles que apresentam maior deformabilidade a frio.

CFC CCC HC

Alumínio

Chumbo

Cobre

Ouro

Prata

Crómio

Ferro (CFC a 910ºC)

Zinco

Magnésio

Titânio (CCC a 883ºC)

http://www.designinsite.dk/htmsider/mbd000.htm

7

13



Os materiais metálicos agrupam-se habitualmente em ferrosos e não ferrosos.

O grupo dos metais ferrosos inclui os aços carbono, os aços ligados, os aços inoxidáveis, os

aços para ferramentas e os ferros fundidos. Estes materiais caracterizam-se por possuírem

uma percentagem de ferro elevada.

Os aços contêm teores em carbono inferiores a 2%,

enquanto que os ferros fundidos possuem em geral

entre 2 a 4% de carbono e 0.5 a 3% de silício.

Na composição quer dos aços, quer nos ferros

fundidos podem igualmente estar presentes

outros elementos de liga, com o objectivo de

controlar ou modificar algumas das propriedades

mecânicas, físicas ou químicas.

Um dos exemplos mais notáveis é o papel que o

crómio desempenha nos aços inoxidáveis, dando

origem à formação de uma fina película superficial

de óxido de crómio, caracterizada por uma excelente

resistência à corrosão quando comparada com a

generalidade dos aços.

O grupo dos metais não ferrosos inclui as ligas de alumínio, de magnésio, de cobre, de titânio,

de níquel, e os demais materiais metálicos que não contenham ferro ou em que o ferro surja

apenas em pequena quantidade.

Eutectóide

Eutéctico

14



Série

(Designação AISI) Tipo de aço

1000 Aços carbono (1000-1200)

Aços de baixa liga carbono-manganês (1300)

4000

Aços ligados

Crómio-molibdénio (4100)

Crómio-molibdénio-níquel (1.83% Ni) (4300, 4700)

Molibdénio (4400)

Molibdénio-níquel (4600, 4800)

5000 Aços ligados

Crómio (5000-5200)

6000 Aços ligados

Crómio-vanádio (6100)

8000 Aços ligados

Crómio-molibdénio-níquel (0.55% Ni) (8600-8800)

Principais tipos de aços carbono e aços ligados

Custo:

Aços carbono – 0.65 €/kg

Aços ligados – 1.5 a 8.0 €/kg

Aços inoxidáveis – 4 a 6.5 €/kg

Densidade típica: 7.8 g/cm3



8

15



Série

(Designação AISI) Tipo de aço

2xx

Austeníticos

Crómio – 15 a 30% ; Níquel – 6 a 20% ; Manganês ; (CFC)

Não-temperáveis, não-magnéticos, excelente formabilidade

Ex: 201 a 205

3xx

Austeníticos

Crómio – 15 a 30% ; Níquel – 6 a 20% ; (CFC)

Não-temperáveis, não-magnéticos

Ex: 304, 316

4xx

Ferríticos

Crómio – 12 a 18% ; Carbono – 0.10% ; (CCC)

Não-temperáveis, magnéticos

Ex:409, 430

Martensíticos

Crómio – 12 a 18% ; Carbono – 0.15 a 1.0%

Temperáveis, magnéticos

Ex: 410, 420, 440

Principais tipos de aços inoxidáveis

Custo:

Aços carbono – 0.65 €/kg

Aços ligados – 1.5 a 8.0 €/kg

Aços inoxidáveis – 4 a 6.5 €/kg


16



Principais tipos de ligas de alumínio

Custo: 2.4 €/kg


Série

(Designação Aluminum Association) Tipo de ligas de alumínio

1000 Teor em alumínio superior a 99.0%

2000 Ligas alumínio-cobre

3000 Ligas alumínio-manganês

4000 Ligas alumínio-silício

5000 Ligas alumínio-magnésio

6000 Ligas alumínio-magnésio-silício

7000 Ligas alumínio-zinco

8000 Ligas alumínio-outros elementos (ex. alumínio-lítio)

9000 Série livre


9

17



Comparando os metais com os restantes materiais utilizados industrialmente pode afirmar-se

que as densidades dos metais são geralmente muito superiores. Embora com algumas

excepções, os metais são muito bons condutores térmicos e eléctricos e podem suportar

deformações plásticas elevadas, pois possuem uma boa ductilidade à temperatura ambiente.

Ligas de Mo

Ligas de W ( máx. 3400 C)

Ligas de Ta (máx. 3000 C)

Ligas de Ni

Aços

Ligas de Ti

Ligas de Cu

2500

2000

1500

1000

Ligas de Mg

Madeiras ederivados

Ligas de Pb

3

15

Polímeros

Ligas de Al

105

Densidade (g/cm )

500

0

0

20

Tem

pera

tura

de fusão (

ºC)

Cerâmicos

Ferros fundidos

Densidade (g/cm )

Resis

tên

cia

mecânic

a (

MP

a)

10

Plásticos

0 5

Elastómeros

Ligas de Al

10000

100

1000

Ligas de Ti

derivados

Ligas de Mg

Madeiras e

Compósitos

Ligas de Pb

15103

20

Ligas de W

Ligas de Cu

Ligas de Mo

Ligas de Ni

Aços

Ligas de Ta

18



Selecção de materiais para aplicações de engenharia.

Requisitos:

Densidade, vida útil, tolerância ao dano, custo.

te

e

e CC

loglog

10

19



Requisitos da metade superior da asa:

Resistência à compressão, resistência à fadiga, tenacidade à fractura, custo. Escolhas: Ligas de Alumínio de elevada resistência ex: Série 7000.

20



Requisitos da metade superior da asa:

Resistência à compressão, resistência à fadiga, tenacidade à fractura. Escolhas: Ligas de Alumínio-Zinco da série 7000; AA 7449-T7651, AA 7055-T7751, AA 7150-T7751

11

21


Materiais poliméricos

Os materiais poliméricos constituem actualmente o grupo mais

importante de materiais não metálicos utilizados em aplicações

industriais. Os materiais poliméricos são constituídos por cadeias longas

ou redes de moléculas orgânicas que formam estruturas não-cristalinas.

Os materiais poliméricos podem ser classificados em plásticos e elastómeros (ou borrachas).

O grupo dos plásticos inclui os termoplásticos e os termoendurecíveis.

Os termoplásticos são formados por cadeias muito longas de

moléculas orgânicas simples ligadas covalentemente entre si. Estas

cadeias designadas por macromoléculas ligam-se umas às outras

através de ligações secundárias mais fracas do que as ligações

primárias existentes no seio de cada macromolécula.

Os termoendurecíveis possuem uma estrutura molecular reticulada

de ligações primárias covalentes e de ligações cruzadas covalentes

que se formam durante o processo de cura através de reacções

químicas entre moléculas iguais ou diferentes, contendo grupos

funcionais característicos (por exemplo CHO, N2H ou CH2).

O encadeamento transversal característico da estrutura em rede é

responsável por algumas das propriedades mecânicas mais

significativas: estabilidade dimensional, rigidez elevada, ausência de

ductilidade e grande fragilidade.

22



Os elastómeros são materiais poliméricos que podem sofrer grandes

deformações elásticas quando submetidos a esforços mecânicos e que

recuperam completamente a geometria inicial (não deformada), depois

de retirada a solicitação aplicada (derivando o seu nome precisamente

desta propriedade).

A estrutura molecular dos elastómeros é formada por cadeias longas

que se encadeiam transversalmente, mas com um grau de

encadeamento substancialmente inferior aquele que se verifica nos

polímeros termoendurecíveis. É precisamente através desta

particularidade estrutural que se consegue efectuar o

desemaranhamento e o desenrolamento das macromoléculas,

indispensável para a acomodação durante as deformações elásticas.

Custo:

ABS (termoplástico) – 1.6 €/kg

PF – fenólicos/baquelite (termoendurecível) – 1.3 €/kg

Elastómeros – 1.3 a 2.7 €/kg

Densidades típicas dos polímeros: 0.9 a 2.2 g/cm3

http://www.designinsite.dk/htmsider/mbd200.htm

12

23



Termoplásticos Termoendurecíveis Elastómeros

ABS

Nylon (poliamidas)

Polietileno

Plexiglass

PVC

Resinas de ureia

Poliuretano

Resinas fenólicas

(baquelite)

Resinas

epoxídicas

Borracha natural (látex da árvore da borracha)

Silicone

Poliisopreno (borracha sintética)

24



A densidade dos materiais poliméricos é geralmente baixa e

próxima da densidade da água, contudo, estes materiais

apresentam uma elevada resistência à corrosão, baixo coeficiente

de atrito e baixa condutividade térmica e eléctrica. Como aspectos

negativos haverá que referir o elevado coeficiente de dilatação, a

reduzida resistência mecânica ou o facto da sua estabilidade

dimensional ser muito influenciada pela temperatura. Todavia, a

principal desvantagem advém do facto destes materiais não

poderem ser utilizados a temperaturas superiores a 100ºC.

13

25


Materiais cerâmicos

Os materiais cerâmicos são substâncias inorgânicas constituídas por

elementos metálicos (ou semi-metálicos) e não metálicos ligados

quimicamente entre si por ligações iónicas e/ou covalentes. A estrutura

física destes materiais pode ser cristalina, não-cristalina ou mista.

Os materiais cerâmicos podem ser agrupados em cerâmicos tradicionais e

cerâmicos técnicos.

Os materiais cerâmicos tradicionais são obtidos a partir das seguintes

matérias primas: argila Al2Si2O5(OH)4, sílica SiO2 e feldspato KAlSi3O8.

Exemplo: Porcelana (densidade 2.5 g/cm3)

Os materiais cerâmicos técnicos obtêm-se artificialmente a partir de

compostos puros, ou quase puros, de óxidos, carbonetos e nitretos.

Referem-se como exemplo o óxido de alumínio Al2O3, o carboneto de silício

SiC, o nitreto de silício Si3N4 e a zircónia ZrO2.

Exemplos:

Carboneto de titânio (custo: 47 €/kg densidade: 4.9 g/cm3)

Nitreto de silício (custo: 13.5 a 94 €/kg densidade: 3.4 g/cm3)

26


Materiais cerâmicos

Numa perspectiva das aplicações em engenharia, a

importância dos materiais cerâmicos deriva da sua

grande abundância na natureza e ainda do facto das

suas propriedades físicas e químicas serem muito

diferentes das que habitualmente se encontram nos

metais. Na verdade, os materiais cerâmicos possuem

baixa densidade, são duros, frágeis e apresentam

uma resistência ao impacto muito baixa. São bons

isoladores térmicos e eléctricos, não oxidam,

possuem uma boa resistência ao desgaste e um

baixo coeficiente de atrito. O conjunto destas

propriedades torna os materiais cerâmicos

especialmente adequados para aplicações onde as

temperaturas e os desgastes sejam elevados. As

modernas aplicações de materiais cerâmicos

técnicos têm uma grande importância na indústria

aeroespacial, aeronáutica e no fabrico de

componentes para motores.

Argila Al2Si2O5(OH)4

14

27


Materiais compósitos

Os materiais compósitos são misturas ou combinações de dois ou mais

materiais que podem ser agrupados em três grupos distintos: polímero-

cerâmico, metal-polímero e metal-cerâmico.

compósitos metal-polímerocompósitos metal-cerâmico

compósitos polímero-cerâmico

Metais

Cerâmicos Polímeros

partículas fibras contínuas fibras curtas descontínuas

A estrutura característica de um compósito é formada por um material ligante (que serve de

matriz) e por um material de reforço (ou de enchimento). O material de reforço pode ser

incluído na estrutura sob a forma de partículas, de fibras contínuas ou de fibras descontínuas.

28



CMP (matriz polimérica) CMM (matriz metálica) CMC (matriz cerâmica)

Epoxy reforçada com aramido (custo 37.5 €/kg, densidade 1.34 g/cm3)

Epoxy reforçada com carbono (custo 48 €/kg, densidade 1.53 g/cm3)

Resinas de poliéster reforçadas com fibras de vidro (custo 2 a 4 €/kg, densidade 1.8 a 2 g/cm3)

Matriz metálica de alumínio reforçada com partículas de carbono

Fibra/partículas de carbono (custo 67€/kg, densidade 1.75 g/cm3)

30% carboneto de titânio (TiN) e 70% de óxido de alumínio (Al2O3)

Fibras de Al2O3 numa matriz de ZrO2

15

29



A importância dos materiais compósitos resulta da combinação de dois ou mais materiais

diferentes, com a finalidade de se produzir um material cujas propriedades sejam, em alguns

aspectos, superiores às propriedades individuais dos materiais que o constitui. As

propriedades físicas e mecânicas dos materiais compósitos são extremamente influenciadas

pelas percentagens relativas dos seus componentes elementares e pelo modo como esses

componentes estão dispostos entre si. Por exemplo, a resistência mecânica de um compósito

é maior segundo a direcção paralela às fibras e menor numa direcção que lhe seja

perpendicular.

30


Materiais – resumo de propriedades



16

31


Materiais – resumo de aspectos económicos

Automóveis e electrodomésticos

Bicicletade corrida

neveSkis de

10000Implantes

1000

100

10

1

Civil

Particular

Automóvelde corrida

Torradeira

Secador

Automóvel Familiar

de ténisRaquete

de lavarMáquina

Produtos

normalBicicleta Produtos de desporto

Aviação

Biomedicina

Próteses

Militar

1000

Cermets

Ligas de Ni

Polímeros

Cerâmicos

Ligas de Ti

Materiais

Ligas de Pb

Madeiras

Ligas de Al

100

10

1

-110

Cu

sto

(E

uro

/Kg)

Aço baixa liga

Aço carbono

Aço ferramenta

Aço inoxidável

Ligas de Zn

Ligas de W

Prata

Navio detransporte

Pontemetálica

Iate de luxo

32


Processos de fabrico e de alteração de propriedades

A transformação dos materiais (matéria-prima) em produtos faz-se através dos processos de

fabrico e de alteração de propriedades.

Matéria prima

Produto

de ligação

Processos

de corte

Processos

plástica

Deformação

Pulverotecnologia

Processamento

de plásticos

Fundição

Processos de fabrico

composição

Alteração de

Revestimentos

estruturas

Alteração de

Processos de alteração

de propriedades

http://greenbmun57.files.wordpress.com/2009/01/oranges_ambersweet.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Hamburger_sandwich.jpg

17

33


Processos de fabrico - fundição

A tecnologia da fundição permite fabricar peças através do vazamento de metais no estado

líquido em moldes. Os processos de fundição são habitualmente classificados em função do

tipo de molde utilizado, distinguindo-se entre os que utilizam moldes permanentes e os que

utilizam moldes não permanentes e em função do método de vazamento, distinguindo-se entre

os que se realizam por gravidade, e os que se realizam sob pressão.

No grupo dos processos que usam moldes não permanentes destaca-se a fundição em molde

de areia. A fundição em molde de areia é uma técnica simples e versátil que permite fabricar

peças numa gama muito variada de formas geométricas. Os moldes utilizados na fundição em

molde de areia não são utilizáveis após a desmoldagem da peça, embora a areia a partir da

qual foram feitos possa ser reaproveitada.

34


Processos de fabrico – fundição

No grupo dos processos que utilizam moldes permanentes destaca-se a fundição por

gravidade, na qual o metal é vazado no topo de um molde metálico (também designado por

coquilha) e alimentado até à cavidade através de gitos semelhantes aos da fundição em areia,

e a fundição injectada na qual o metal em fusão é forçado a entrar e a preencher as cavidades

do molde metálico por acção de uma pressão elevada.

A tecnologia da fundição permite fabricar componentes mecânicos numa gama muito

diversificada de complexidade geométrica e de qualidade final, que varia desde a

especificação de projecto mais grosseira à mais rigorosa. Interessa ainda salientar que a

tecnologia da fundição é o processo de fabrico mais utilizado para a transformação do ferro

fundido, o qual não pode ser forjado ou laminado.

http://www.designinsite.dk/htmsider/pb0201.htm

18

35


Processos de fabrico – processamento de plásticos

O processamento de polímeros consiste na transformação dos granulados e das peletes de

plástico em folha fina, varão, tubo, perfis ou peças acabadas. A tecnologia utilizada para a

transformação dos plásticos é muito dependente do tipo de material. Os plásticos

termoendurecíveis podem ser moldados por compressão, por transferência ou por injecção.

Os termoplásticos podem ser moldados por injecção ou por sopro.

Moldação por injecção:

36


Processos de fabrico – processamento de plásticos

Os moldes para o processamento de plásticos devem possuir bons acabamentos, devendo ser

eliminadas todas as rebarbas, riscos e marcas de ferramentas de corte através de operações

finais de rectificação e de polimento. Só desta forma se consegue assegurar que o

escoamento do material se efectua de um modo adequado e que a qualidade superficial das

peças seja boa. Os moldes podem ser sujeitos a tratamentos superficiais (ex. aplicação de

revestimentos) com o objectivo de aumentar a sua resistência ao desgaste e à abrasão e de

melhorar a sua resistência química relativamente a determinados tipos de materiais

corrosivos, como é o caso, por exemplo, do PVC.

Moldação por sopro:

19

37


Processos de fabrico – processos de deformação plástica

Nos processos de deformação plástica a alteração de forma é feita no

estado sólido, conseguida com ferramentas que promovem o escoamento

do material em regime plástico. Esta característica torna os processos de

deformação plástica muito eficientes no aproveitamento da matéria-prima e

na consequente diminuição dos desperdícios, em oposição ao que se passa

noutros processos tecnológicos.

É habitual classificar os processos de deformação plástica em dois grupos

distintos; os processos de deformação na massa e os processos de

deformação de chapa.

Processos de deformação na massa:

38


Processos de fabrico – processos de deformação plástica

Processos de deformação de chapa:





20

39


Processos de fabrico – processos de corte

Os processos de corte são operações que removem os excessos de

material da matéria prima ou da peça inicial, de modo a que a forma

resultante adquira a geometria desejada. Numa classificação geral, podem

incluir-se nestes processos de fabrico os processos de corte por arranque

de apara (maquinagem), corte por acção da temperatura (ou corte térmico),

corte por jacto de água, corte por laser, corte por arrombamento, e corte

por electro-erosão.

40


Processos de fabrico – processos de corte (por arranque de apara)

A importância do corte por arranque de apara no âmbito das tecnologias de fabrico deriva não

só da sua versatilidade, como do facto de uma grande parte das peças, quer sejam fabricados a

partir de metais ou não, incluírem no seu ciclo produtivo operações de corte por arranque de

apara.

21

41


Processos de fabrico – processos de corte (por arrombamento)

Os processos de corte por arrombamento aplicam-se na produção de peças ou recortes

obtidos a partir de chapa, barra ou perfis.

42


Processos de fabrico – pulverotecnologia

A pulverotecnologia consiste em transformar pós de materiais

ou ligas metálicas e não metálicas em peças resistentes

aplicando pressão e calor, sem que nunca se atinja a

temperatura de fusão.

A pulverotecnologia envolve a mistura prévia dos pós, para que se assegure um volume de

material com composição homogénea, a compressão da mistura, destinada à obtenção de

uma peça compactada com uma forma geométrica próxima da do produto final (designada

por compacto verde) e o aquecimento da peça compactada num forno sob atmosfera

controlada a uma temperatura inferior à do ponto de fusão do material (geralmente entre 0.7 e

0.9 Tfusão)

sintering.gif

22

43


Processos de fabrico – processos de ligação

Os processos de ligação agrupam um conjunto muito variado

de tecnologias que incluem os processos de soldadura (nos

quais se incluem, para efeitos de classificação, a brasagem e a

soldobrasagem, os processos de ligação mecânica (caso por

exemplo das ligações com parafusos, rebites e por cravação),

os processos de ligação através de adesivos/colas estruturais

e os processos de ligação híbridos (ex. soldocolagem).

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Processos de alteração de propriedades – alteração de estrutura

Os processos de alteração de propriedades incluem um conjunto muito variado de

procedimentos destinados a alterar as estruturas, a composição química e a revestir (ou

recobrir) as superfícies dos materiais.

Os processos de alteração de estrutura podem ser divididos em tratamentos mecânicos e

tratamentos térmicos. Através dos tratamentos mecânicos modifica-se o estado de tensão da

superfície do material a tratar por intermédio de solicitações de natureza mecânica. Citam-se

como exemplos a martelagem e o bombardeamento com microesferas, destinados a

endurecer as superfícies e a libertar as tensões residuais, e a projecção de abrasivos, utilizada

fundamentalmente para eliminar os óxidos, a calamina e outros produtos originados pela

corrosão.

abrasivo

peça

+ agente de limpeza

antes depois

23

45


Processos de alteração de propriedades – tratamentos térmicos

Os tratamentos térmicos, como são os casos por exemplo do recozimento, da têmpera, do

revenido e da normalização, modificam a estrutura metalúrgica do material através da

alteração do tamanho de grão e da transformação de fases, e têm por finalidade melhorar as

características iniciais dos materiais tratados. No caso concreto do tratamento térmico por

têmpera de um aço originam-se transformações de fases, das quais resultam estruturas

perlíticas, bainíticas ou martensíticas. A estrutura martensítica é particularmente importante na

medida em que corresponde ao nível máximo de dureza que um material pode adquirir por

tratamento térmico.

esferoidizaçãoRecozimento de

Ponto eutectóide (0.8% C)

zona 4 - acima dos 500 ºCzona 3 - entre 300 e 500 ºCzona 2 - entre 200 e 300 ºC

723 ºC

zona 1 - abaixo dos 200 ºC

alívio de tensões

Recozimento completo

900

800

700

Normalização

1.2

Recozimento de

3Fe C

1.00.6 0.8

500

0.40.20

400

Revenido (100 - 650 ºC)

% de Carbono

Tem

pera

tura

(ºC

)

600

Austenite (estável)

1

Martensite

Têmpera em água

300

Tem

pera

tura

(ºC

)

100

0

0

200

Mf

Ms

500

400

700

600

800

50

grosseira

+5

Martensite + Perlite

10 100

Tempo (s)

Têmpera em óleo

Bainite

10

Perlite fina

+310

1 h

+410

1 dia

Perlite

Austêmpera

70

60

Normalização

Fim da transformação

Recozimento completo

Início da transformação

20

Dure

za (

HR

C)

40

30

46


Processos de alteração de propriedades – alteração da composição química &

deposição de revestimentos

Os processos de alteração da composição química incluem os

tratamentos superficiais por difusão, por acção química e físico-química e

por bombardeamento iónico. Os tratamentos por difusão recorrem à

utilização de temperaturas elevadas e ambientes especiais para

modificarem a composição química da superfície das peças. Estes

tratamentos tomam geralmente a designação do meio químico que é

usado na câmara de tratamento. Citam-se, como exemplo, a carburação

(também designada por cementação), a nitruração, a carbonitruração e a

anodização.

A deposição de revestimentos consiste em recobrir a superfície das peças

com películas muito finas de materiais diferentes, conferindo-lhes

melhores propriedades superficiais. Os revestimentos têm funções muito

variadas, destacando-se a protecção das superfícies contra a corrosão, a

oxidação e o desgaste, enquanto que noutros casos são aplicados apenas

com finalidades estéticas.

É frequente classificar os

processos de deposição de

revestimentos em dois grupos

distintos: os revestimentos

metálicos e os revestimentos não

metálicos.

24

47


Especificações para o fabrico

1) As características físico–químico-mecânicas dos materiais, sendo de destacar o tipo

de material, a temperatura de fusão, a condutividade térmica, a condutividade

eléctrica, a resistência mecânica e a dureza.

2) A geometria e dimensões do produto, designadamente a área, a espessura, o volume,

o peso e a complexidade geométrica.

3) A precisão dimensional (tolerâncias dimensionais, alinhamentos, planezas e

concentricidades) e o acabamento superficial (rugosidade) exigido ao componente.

4) A dimensão da série de fabrico e a cadência de produção. Recorda-se que

habitualmente se identifica série unitária, pequena série (até 100 unidades), série

média (até 10.000 unidades) e série grande ou produção em massa (superior a 10.000

unidades).

5) O custo dos materiais, das ferramentas e da utilização ou aquisição de máquinas

ferramenta.

Para seleccionar o processo de fabrico mais adequado à produção de um determinado

componente deve atender-se às especificações de projecto e às características dos

materiais e dos processos de fabrico que se encontram disponíveis. De uma forma geral,

nesta escolha, devem ser ponderados os seguintes atributos principais:

48



Extrusão a quente

+4

Áre

a (

m

)2

Pulverotecnologia

Espessura (mm)

-11010 -2

10-4

1

(moldes permanentes)

10010

80 g

1010

Fundição

+3

-210

10-3

-110

Forjamento/Extrusão

1 a frio

10

800 Kg

80 Kg

8 Kg

800 g

Forjamento a quente

(matriz fechada)

8 Ton

80 Ton

10

Forjamento a quente

Arranque de apara

Laminagem100

+3

Fundição(moldes não permanentes)

(matriz aberta)

64

Arranque de apara

Espelhos

10

Tole

rância

s d

e fabrico, T

(m

m)

10-3

10 -2

10 -1

1

10

Notas :

c +

Fundições

Rugosidade Superficial (RMS), R ( m )

100 0.1 mm T = 0.2 mm

Cilindros, Pistons

Orgãos máquinas

10-2 -1

Rolamentos

Polimento+-

ba

Orgãos não activos

1 10

R = dc2

n

a +2 b +

100

d22

Extrusão e

matriz aberta

Laminagem

a quente32

Rectificação

Pulverotecnologia

Extrusão, Forjamento e

Laminagem a frio

T = 2

- 4

x R

Forjamento a quente

Factor d

e custo

matriz fechada

16

8

24

25

49



1

Tem

pera

tura

de fusão (

ºC)

102

103

10

Dimensão da série de fabrico (No. de unidades)

10 103102 104 105

104

Processos de ligação

Processos de corte

Processos de deformação plástica ePulverotecnologia

Fundição

Processamento de polímeros

Polímeros

Metais

Cerâmicos

50


Auto estudo

Resolução dos problemas 2.1 ao 2.2 (Livro de exercícios resolvidos)

Revisões de matéria anterior - Cap. 3 Elasticidade

Resolução dos problemas 3.3 e 3.6

Capitulo 1_MEMec_2013

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