Dissertacao Gilmar

7/24/2019 Dissertacao Gilmar

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

Curso de Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica e de Minas

Dissertao de Mestrado

Substituio das Etapas de Usinagem pela

Conformao Mecnica na Fabricao de

Contatos para Soldagem por Resistncia

Autor: Gilmar Cordeiro da Silva

Orientador: Prof. Paulo Roberto Cetlin

Dezembro/2003


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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAISCurso de Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica e de Minas

Gilmar Cordeiro da Silva

SUBSTITUIO DAS ETAPAS DE USINAGEM PELA CONFORMAO

MECNICA NA FABRICAO DE CONTATOS PARA SOLDAGEM POR

RESISTNCIA

Proposta de Dissertao de Mestrado apresentado ao Curso de

Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica e de Minas da

Universidade Federal de Minas Gerais

rea de Concentrao: Metalurgia de Transformao

Orientador: Prof. Paulo Roberto Cetlin

Belo Horizonte

Escola de Engenharia da UFMG2003


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III

minha Me pela dedicao e carinho.

Ao meu Pai pelo exemplo de luta. in memorian.

Ao amigo Tarcsio Jos de Almeida.

A minha amada Elizangla de Souza Prado.

Aos meus Irmos Agmar, Agna, Wagna, Gislene e

Viviane.


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IV

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela oportunidade e perseverana dadas a mim para a realizao deste trabalho.

Aos Professores Paulo Roberto Cetlin e Maria Teresa Paulino Aguilar pela orientao,

amizade e ensinamentos transmitidos.

Ao amigo Carlos Augusto dos Santos, Elaine Carbalho Siqueira Corra e demais

colegas pelo apoio e troca de conhecimentos.

Ao Departamento de Engenharia Metalrgica e a Coordenao do Curso de Ps

Graduao em Engenharia Metalrgica da UFMG, pelo apoio na realizao deste

trabalho.

A Brasiao Indstria e Comrcio pelo apoio, incentivo e reconhecimento

A Elizngela de Souza Prado pelo apoio na realizao deste trabalho

A Tarcsio Jos de Almeida pelo apoio e ensinamentos.

Aos Amigos e Professores da PUC M.G. em especial Jos Eduardo Brando, Wisley

Falco Sales, Jos Rubens Carneiro e a Rmulo Albertini Rigueira.

Ao Renato Righi pela boa vontade e competncia no suporte tcnico e fotografias.

A todos que, de alguma forma, colaboraram para a concretizao deste trabalho.


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V

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS..................................................................................................VIIILISTA DE TABELAS ....................................................................................................XI

LISTA DE NOTAES............................................................................................... XII

RESUMO.....................................................................................................................XIV

ABSTRACT..................................................................................................................XV

1. INTRODUO ............................................................................................................1

2. OBJETIVOS .................................................................................................................3

3. REVISO BIBLIOGRFICA......................................................................................43.1. Soldagem por Resistncia.......................................................................................4

3.1.1. Soldagem por Costura......................................................................................5

3.1.2. Soldagem a Ponto ............................................................................................6

3.1.2.1. Variveis do processo de soldagem a ponto .............................................7

3.1.2.2. Caractersticas Exigidas da Ponta Intercambivel ..................................10

3.2. Usinagem..............................................................................................................11

3.2.1. Processos Convencionais de Usinagem.........................................................11

3.2.1.1. Processos Convencionais de Usinagem por Cisalhamento.....................11

3.2.1.2. Processos Convencionais de Usinagem por Abraso..............................14

3.2.2. Processos No Convencionais De Usinagem ................................................15

3.2.3. Usinagem na Fabricao dos Contatos ..........................................................22

3.3. Conformao Mecnica........................................................................................23

3.3.1. Forjamento .....................................................................................................24

3.3.1.1. Forjamento Livre.....................................................................................25

3.3.1.2. Forjamento em Matriz.............................................................................25

3.3.1.3. Material para Confeco de Matrizes .....................................................27

3.3.2. Ironing............................................................................................................28

3.4. Modelagem dos Processos de Conformao Mecnica........................................33

4. MATERIAIS E MTODOS .......................................................................................39

4.1. Etapa preparatria.................................................................................................39

4.1.1. Caracterizao do Material ............................................................................39

4.1.2. Corte do Tarugo Inicial..................................................................................40


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VI

4.1.3. Pr- Projeto ....................................................................................................41

4.1.4. Curva Tenso Verdadeira Versus Deformao Verdadeira..........................42

4.2. Simulaes Numricas .........................................................................................424.2.1. Simulao do pr-projeto inicial....................................................................45

4.2.1.1. Simulao da primeira etapa do pr- projeto inicial ...............................45

4.2.1.2 Simulao da segunda etapa do pr- projeto inicial.................................45

4.3. Validao Experimental Pr-Projeto Inicial.........................................................46

4.3.1. Validao Experimental do Corte do Tarugo Inicial .....................................46

4.3.2. Validao Experimental da primeira Etapa do Pr-Projeto Inicial................46

4.3.3. Validao Experimental da Segunda Etapa do Pr-Projeto Inicial................464.4. Simulao da Modificao da Segunda Etapa do Primeiro Pr-Projeto ..............47

4.5. Segundo Pr-Projeto.............................................................................................47

4.5.1. Simulao do Segundo Pr-Projeto ...............................................................48

4.6. Validao Experimental do Segundo Pr-projeto ................................................49

4.7. Construo dos Matrizes ......................................................................................49

4.8. Teste dos Conjuntos de Matrizes em Prensa........................................................51

5. RESULTADOS E DISCUSSO................................................................................53

5.1. Dados de Entrada para a Simulao .....................................................................53

5.1.1. Composio Qumica do Material .................................................................53

5.1.2. Curva Obtida no Ensaio de Trao ................................................................53

5.1.3. Pr- Projeto Inicial .........................................................................................54

5.2. Resultados da simulao do pr-projeto inicial, 1 e 2 etapas.............................56

5.2.1 Resultado da Simulao da 1 Etapa do Pr-Projeto Inicial............................56

5.2.2. Resultado da Simulao da 2 Etapa do Pr-Projeto Inicial...........................60

5.2.3. Modificao da Matriz Inferior da Segunda Etapa do Primeiro Pr-

Projeto......................................................................................................................61

5.3. Resultados da Confeco do Estampo de Corte do Tarugo Inicial ......................62

5.4. Resultado da Validao Experimental do Pr-Projeto Inicial ..............................63

5.4.1. Resultado da Primeira Etapa Experimental do Pr-Projeto Inicial................63

5.4.2. Resultado da Segunda Etapa Experimental do Pr-Projeto Inicial................65

5.5. Segundo Pr-Projeto.............................................................................................66

5.6. Resultados da Simulao do Segundo Pr Projeto ...............................................68


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VII

5.6.1. Segundo Pr Projeto 1 Etapa........................................................................68

5.6.2. Segundo Pr Projeto 2 Etapa.........................................................................71

5.6.3. Segundo Pr Projeto 3 Etapa........................................................................745.6.4. Segundo Pr Projeto 4 Etapa........................................................................77

5.7. Resultados das Etapas Experimentais do Segundo Pr-Projeto ...........................80

5.7.1. Resultado da Primeira Etapa Experimental do Segundo Pr-Projeto............80

5.7.2. Resultado da Segunda Etapa Experimental do Segundo Pr-Projeto............82

5.7.3. Resultado da Terceira Etapa Experimental do Segundo Pr-Projeto ............84

5.7.4. Resultado da Quarta Etapa Experimental do Segundo Pr-Projeto...............86

5.8. Anlise Econmica...............................................................................................886. CONCLUSES...........................................................................................................91

7. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ......................................................92

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS............................................................................93

Anexo A Equipamentos pertencentes Brasiao e utilizados no experimento .........102

Anexo B Desenhos das Matrizes................................................................................105


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VIII

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1 Processos de soldagem por costura...............................................................5

Figura 3.2 Esquema de solda a ponto.............................................................................6

Figura 3.3 Esquema de resistncias eltricas hmicas...................................................8

Figura 3.4 - Esquema de refrigerao da ponta intercambivel........................................9

Figura 3.5 Formas de trajetrias de torneamento.........................................................12

Figura 3.6 Processos convencionais de furao...........................................................13

Figura 3.7 Necessidades que motivaram a criao e evoluo dos processos no

convencionais de usinagem. ....................................................................................16Figura 3.8 Principais processos de usinagem...............................................................17

Figura 3.9 Conjunto de operaes para confeco da ponta no processo de usinagem

convencional. ...........................................................................................................22

Figura 3.10 Formas tpicas de deformao no forjamento...........................................24

Figura 3.11 Recalque entre ferramentas planas. ..........................................................25

Figura 3.12 Forjamento em matriz por cunhagem.......................................................26

Figura 3.13 Desenho esquemtico do processo de ironing. .....................................29

Figura 3.14 Desenho esquemtico da trefilao de tubos com mandril passante........30

Figura 3.15 Ilustrao do processo de embutimento e ironing.................................30

Figura 3.16 Ilustrao do processo de ironing seguido de bojamento atravs de

puno de borracha ..................................................................................................31

Figura 4.1 Fluxograma esquemtico dos mtodos utilizados no trabalho...................40

Figura 4.2 Forma e dimenses da ponta intercambivel..............................................41

Figura 4.3 Desenho inicial para obter a ponta intercambivel.....................................42

Figura 4.4 Figura Inicial do Segundo Pr-Projeto. ......................................................48

Figura 5.1 Fotografia do corpo de prova antes e aps o ensaio. ..................................53

Figura 5.2 Curva Tenso efetiva x Deformao efetiva plstica para a liga Cu-Cr.....54

Figura 5.3 Pr- projeto inicial da primeira etapa..........................................................55

Figura 5.4 Pr-Projeto Inicial Segunda Etapa..............................................................56

Figura 5.5 Preenchimento da matriz na simulao da 1 etapa do pr- projeto inicial.57

Figura 5.6 Grfico carga x deslocamento na l etapa do pr- projeto inicial..............58


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IX

Figura 5.7 Critrio de dano Cockroft & Latham normalizado obtido na simulao da l

etapa pr-projeto inicial. ..........................................................................................59

Figura 5.8 Tenso (MPa) na matriz superior (objeto3); inferior (objeto 1) da 1 etapa

do pr- projeto inicial...............................................................................................59

Figura 5.9 Posio Inicial da segunda etapa do pr-projeto inicial..............................60

Figura 5.10 Rompimento do Material..........................................................................61

Figura 5.11 Simulao da segunda etapa do pr-projeto inicial com modificao

angular. (a) posio inicial do puno, (b) posio final do puno. ......................61

Figura 5.12 - Fotografia do estampo e da barra utilizada: (a) desmontado; (b) montado

na prensa. .................................................................................................................62Figura 5.13 Tarugos obtidos atravs do procedimento de corte. .................................63

Figura 5.14 Vista de cima do estampo da primeira etapa do pr-projeto inicial. ........64

Figura 5.15 forma de sino primeira etapa do pr-projeto inicial..................................64

Figura 5.16 Peas rompidas na segunda etapa do pr-projeto inicial. .........................65

Figura 5.17 - Primeira etapa segundo pr-projeto. (a) posio inicial, (b) posio final.

.................................................................................................................................66

Figura 5.18 - Segunda etapa do segundo pr-projeto. (a) posio inicial, (b) posio

final. .........................................................................................................................67

Figura 5.19 -Terceira etapa do segundo pr-projeto. (a) posio inicial, (b) posio final.

.................................................................................................................................67

Figura 5.20 - Quarta etapa do segundo pr-projeto. (a) posio inicial, (b) posio final.

.................................................................................................................................68

Figura 5.21 Resultado da simulao da etapa de calibrao do tarugo inicial.............69

Figura 5.22 Grfico carga versus deslocamento..........................................................69

Figura 5.23 Critrio de dano Cockroft & Latham normalizado obtido na simulao da

etapa de calibrao do tarugo inicial........................................................................70

Figura 5.24 Tenso (MPa) na matriz superior (objeto3); inferior (objeto 1) da 1 etapa

do pr- projeto inicial...............................................................................................70

Figura 5.25 Resultado da simulao da etapa de pr-forma. .......................................71

Figura 5.26 Grfico carga versus deslocamento da etapa de pr-forma. .....................72


etapa de pr-forma. ..................................................................................................72


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X

Figura 5.28 Tenso (MPa) na matriz superior (objeto3); inferior (objeto 1) da etapa de

pr-forma. ................................................................................................................73

Figura 5.29 Resultado da simulao da etapa de forma cnica. ..................................74

Figura 5.30 Grfico carga versus deslocamento da etapa de pr-forma. .....................75

Figura 5.31 Critrio de dano Cockroft & Latham normalizado etapa de forma cnica.

.................................................................................................................................75

Figura 5.32 Tenso (MPa) na matriz superior (objeto3); inferior (objeto 1) da etapa de

forma cnica. ...........................................................................................................76

Figura 5.33 Resultado da simulao da etapa de ironing. ........................................77

Figura 5.34 Grfico carga versus deslocamento da etapa de ironing. ......................78Figura 5.35 Tenso (MPa) na matriz superior (objeto3); inferior (objeto 1) da etapa de

ironing. .................................................................................................................78


etapa de forma cnica. .............................................................................................79

Figura 5.37 Irregularidades no tarugo inicial...............................................................80

Figura 5.38 - Estampo utilizado para calibrao do tarugo inicial. ................................81

Figura 5.39 Fotografia do tarugo inicial aps a etapa de calibrao (a) (vista por cima)

e (b) (vista lateral)....................................................................................................81

Figura 5.40 Fotografia do estampo para a segunda etapa do segundo pr-projeto......82

Figura 5.41 Estampo da segunda etapa do segundo pr-projeto, montado em prensa.83

Figura 5.42 Foto do produto da segunda etapa do segundo pr-projeto......................83

Figura 5.43- Vista de cima do estampo da terceira operao do segundo pr-projeto. ..84

Figura 5.44 Estampo da terceira etapa do segundo pr-projeto montado em prensa

excntrica.................................................................................................................85

Figura 5.45 Foto do produto obtido na terceira etapa do segundo pr-projeto............85

Figura 5.46 Foto do estampo da etapa de ironing vista de por cima. ........................86

Figura 5.47 - Foto do sistema de extrao do estampo da etapa de ironing. ...............87

Figura 5.48 - Foto do estampo da etapa de ironingmontado em prensa hidrulica. ....87

Figura 5.49 Foto do produto obtido aps o teste do estampo de ironing. ................88


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XI

LISTA DE TABELAS

Tabela III.1 Listagem dos processos em relao aos materiais ..................................20

Tabela III.2 Listagem dos processos com relao a vrias operaes.........................20

Tabela III.3 Capabilidade dos processos......................................................................21

Tabela III.4 Aspectos econmicos dos processos........................................................21

Tabela III.5 Valores dekcf ...........................................................................................27

Tabela IV.1 Dados do equipamento.............................................................................44

Tabela IV.2 Condies de Contorno............................................................................45Tabela IV.3 Tempo em cada passo simulao do segundo pr-projeto.......................48

Tabela IV.4 Relao do Material Utilizado para a confeco das Matrizes................50

Tabela IV.5 Composio Qumica dos Aos Ferramenta............................................50

Tabela IV.6 Caractersticas das prensas excntricas....................................................51

Tabela IV.7 Caracterstica da Prensa Hidrulica Automtica/semi-automtica..........52

Tabela V.1 Composio Qumica................................................................................53

Tabela V.2 Valores de densidade, massa e volume da liga Cu-Cr ..............................54

Tabela V.3 Dimenses necessrias na fabricao por pea.........................................89

Tabela V.4 Taxas de produo e maquinrio utilizado em cada etapa do forjamento.89

Tabela V.5 Custo total e parcial da ponta fabricada por usinagem e forjamento, em

valores relativos a unidade.......................................................................................90


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XII

LISTA DE NOTAES

A tima;

Ac rea do cilindro;

AJM usinagem por jato abrasivo;

Ap rea de superfcie cunhada;

AWJM usinagem por jato de gua abrasivo;

B boa;

C fraca;

CF custo de fabricao;CM custo do material;

CT custo total;

CHM usinagem qumica;

CNC controle numrico;

D no aplicvel;

De densidade de corrente;

Dtp deslocamento total do puno;

d espessura do copo;

d1 dimetro inicial do copo;

d2 dimetro final do copo;

EBM usinagem por feixe de eltrons;

ECM usinagem eletroqumica;

EDM usinagem por descarga eltrica;

ECG esmerilhamento eletroqumico;

EDG esmerilhamento por eletrodescarga;

e espessura da chapa;

F fora requerida para conformao por cunhagem;

Fd fora necessria para a deformao;

Fe fora requerida;

HV dureza Vickers;

h altura;

IBM usinagem por feixe de ons;


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XIII

J constante;

kcf resistncia do material ao fim da conformao;

L comprimento furo;

LAG esmerilamento a laser;

LAU ultra-snico realizado a laser;

P permetro da rea de corte;

Pc mxima presso mostrada no visor do manmetro durante o teste;

PCHM usinagem fotoqumica;

PBM usinagem por feixe de plasma;

PCU processos convencionais de usinagem;Q energia para fuso;

R somatrio das resistncias hmicas;

Re resistncia ao cisalhamento do material;

R1 resistncia de contato entre eletrodo e chapa superior;

R2 resistncia de contato entre eletrodo e chapa inferior;

R3 resistncia de contato entre chapas;

R4 resistncia de chapa superior;

R5 resistncia de chapa inferior;

R(a) rugosidade;

RUM usinagem ultra-snica com rotao;

T temperatura em Kelvin;

Th temperatura homloga;

Tf temperatura de fuso;

tp tempo em cada passo;

TRM tolerncia dimensional;

t0 espessura inicial;

tf espessura final;

Vp velocidade do puno;

V1 velocidade inicial;

V2 velocidade final;

ZAC zona afetada pelo calor;

- ngulo de ironing.


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XIV

RESUMO

A solda a ponto consiste em unir duas ou mais chapas metlicas pela aplicao de

presso sobre as mesmas e conseqente aquecimento. Este aquecimento gerado pela

resistncia do metal ao fluxo de corrente eltrica elevada imposta atravs dos contatos

que pressionam as chapas. Dentre os elementos de controle do processo, destacam-se os

contatos intercambiveis que permitem a passagem de corrente eltrica e exercem

presso nas chapas. Esses contatos so hoje fabricados pelo processo de usinagem, que

envolve alto custo de material e de fabricao. A conformao a frio apresentavantagens econmicas sobre a usinagem, tais como: economia de material,

produtividade e custo operacional. O presente estudo empregou a modelagem numrica

via elementos finitos e mtodos experimentais, para verificar a viabilidade da

substituio da usinagem pela conformao a frio, na fabricao dos contatos

intercambiveis de solda a ponto.


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XV

ABSTRACT

Spot welding consists joins two or more metal sheets by the application of pressure and

heating. The heating is generated by the metal resistance to the flow of high a electric

current through contacts that press the metal sheets. Among the control elements of the

process the interchangeable contacts are important. They allow the electric current to

flow and cause pressure on the foils. Today these contacts are manufactured by a

machining process which involves high material and fabrication costs. The cold metal

forming presents economic advantages over the machining process such as: material

savings, productivity and lower operating costs. The present case study utilized thenumeric modelling by finite elements and experimental methods to analyze the

replacement of the maching process by cold metal forming in the production of

interchangeable contacts for spot welding.


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1

1. INTRODUO

A unio de componentes metlicos atravs do processo de soldagem por resistncia

eltrica desempenha um importante papel dentre os modernos mtodos de fabricao(1)

.

Esse processo utilizado em vrios setores de construo e manuteno de produtos,

tais como funilaria, suspenso de veculos, trocadores de calor em transformadores de

alta tenso e ponteamento de chapas finas.

Comumente so utilizados dois tipos de soldagem por resistncia: a soldagem por

costura e a soldagem a ponto. A soldagem por costura caracterizada por pontos desolda que so executados repetidamente, de modo a formar um cordo de solda

contnuo. Uma de suas aplicaes na fabricao de trocadores de calor e de tubos com

costura. O acesso a locais de difcil soldagem e o empenamento reduzido torna a

soldagem a ponto, mais vantajosa em relao soldagem por costura.

A solda a ponto consiste em se aplicar uma corrente eltrica sob presso em uma ponta

condutora intercambivel, em contato com o material a ser soldado. Essas pontas so

elementos que devem conduzir elevada corrente eltrica para as chapas. Devem ter alta

condutividade eltrica de modo a evitar perdas e superaquecimento gerados pela

passagem de corrente eltrica elevada e boa resistncia ao desgaste (elevada dureza) a

temperaturas elevadas, para que no ocorra amolecimento mesmo quando submetidas a

longo tempo em temperatura elevada. Tambm devem ter fcil trabalhabilidade para

que possam ser fabricadas com geometrias retas ou curvas em funo do acesso ao local

de ponteamento. O material que apresenta tais caractersticas, e que comumente usado

na confeco das pontas, o cobre.

A fabricao das pontas intercambiveis tem sido realizada no Brasil atravs de vrias

etapas de usinagem. Esse processo requer tempo, custo operacional, ferramentas e

consumo de materiais elevados. Em funo disso seria interessante substituio das

etapas deste processo de fabricao. Uma alternativa para as etapas de usinagem pode

ser a fabricao das pontas utilizando apenas processos de conformao a frio. Uma

vantagem fundamental do uso dos processos de produo por conformao est na


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2

possvel economia de material, devido a no gerao de cavacos, a grande repetibilidade

dimensional, a adequao das formas, e na construo mais leve, em comparao com

os costumeiros mtodos de torneamento, fresamento e outros(2)

. Nesse sentido este

trabalho se prope a avaliar a possibilidade da substituio das etapas de usinagem por

conformao a frio na fabricao das pontas intercambiveis.

As etapas de conformao mecnica a frio necessrias sero definidas atravs de uma

modelagem utilizando elementos finitos (Programa Deform 2D) de modo a minimizar

as etapas experimentais feitas por tentativa e erros. Sendo assim o trabalho consiste do

estabelecimento das etapas de conformao a frio e da validao experimental dosmesmos.


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3

2. OBJETIVOS

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a possibilidade de fabricao de contatos

intercambiveis para a soldagem por resistncia a ponto utilizando apenas processos de

conformao mecnica a frio, ou seja, avaliar a possibilidade de se eliminar as etapas de

usinagem presente nos processos atuais.


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4

3. REVISO BIBLIOGRFICA

Abordou-se neste captulo tpicos referentes soldagem por resistncia, usinagem,

conformao mecnica e mtodo de elementos finitos aplicados na conformao

mecnica.

3.1. Soldagem por Resistncia

O processo de soldagem por resistncia eltrica um processo de unio autgena, ou

seja, processo no qual h ausncia de metal de adio. A soldagem por resistncia

consiste na unio de materiais metlicos atravs de uma fuso localizada na regio a ser

soldada(3)

. Esta fuso gerada pelo aquecimento localizado das peas. O aquecimento

ocorre em funo da passagem de uma elevada corrente eltrica atravs do eletrodo e da

resistncia eltrica nos pontos de contatos entre as peas. Esse contato ocorre devido ao

pressionamento de uma pea contra a outra por meio dos eletrodos, chamados de pontas

intercambiveis. Os materiais normalmente soldados por resistncia eltrica so aos ao

carbono, inclusive os zincados, baixas ligas e inoxidveis; cobre, nquel, alumnio,

magnsio, titnio e suas ligas.

A soldagem por resistncia eltrica utilizada em processos de fabricao, em vrios

setores da construo civil e na manuteno de produtos como funilaria, suspenso de

veculos, trocadores de calor em transformadores de alta tenso e ponteamento de

chapas finas. So dois os tipos de soldagem comumente utilizados: a soldagem por

costura e a soldagem a ponto.


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5

3.1.1. Soldagem por Costura

o processo no qual a presso entre os contatos e o calor gerado pela passagem decorrente eltrica entre os mesmos produz repetidamente os pontos de solda de modo a

formar a costura soldada. O processo de soldagem por costura pode ser classificado

como roll spot welding, reinforced roll spot welding e leak-tight seam welding (4). O

primeiro possui como caracterstica grande vazio entre os pontos de solda, o segundo

apresenta pequeno vazio e o terceiro apresenta pontos de solda sobrepostos.

No processo de soldagem por costura os eletrodos de forma circular so rotacionados

em sentidos opostos proporcionando o deslocamento contnuo do material a ser soldado

(figura 3.1). A soldagem por costura utilizada amplamente na indstria

automobilstica, na fabricao de trocadores de calor, tubos com costura e tanques de

gasolina, assim como em vrios outros segmentos de fabricao.

Soldagem por costura entre roletes Soldagem de tubos por costura

Figura 3.1 Processos de soldagem por costura.

(b)(a)

Tubo

Junta

Eletrodo


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3.1.2. Soldagem a Ponto

A soldagem a ponto consiste em unir duas ou mais chapas metlicas, pela aplicao depresso mecnica e corrente eltrica. O processo realizado utilizando um dispositivo

que aplica uma corrente eltrica atravs de chapas metlicas sobrepostas, na regio onde

ser realizada a unio. Um transformador impe ao sistema uma elevada corrente

eltrica associada a uma baixa diferena de potencial. A passagem do fluxo de corrente

eltrica elevada atravs dos contatos que pressionam as chapas gera um aquecimento

localizado levando fuso parcial das chapas metlicas. A figura 3.2 (a) ilustra o

transformador e a figura 3.2 (b) ilustra o sistema de presso.

Transformador (a) Sistema de Presso (b)

Figura 3.2 Esquema de solda a ponto.

Algumas das vantagens da solda a ponto so: a ausncia de escria, baixo nvel de

contaminao, empenamento reduzido e tempo de operao menor. O processo pode ser

operado de forma manual, mecnica ou automtica.

Transformador

Sistema de aplicaode presso

Solda

chapas

Presso

Presso

Pontasintercambiveis

decobre


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3.1.2.1. Variveis do processo de soldagem a ponto

As variveis fundamentais no processo de solda a ponto so a energia para fuso, otempo de soldagem, a densidade da corrente, a refrigerao e a fora exercida sobre a

ponta intercambivel.

Energia para fuso e tempo de soldagem

Para que a solda ocorra, a regio da interface entre as peas deve ser a primeira a

alcanar a temperatura de fuso dos metais base(1)

.

A energia necessria para tal fuso e formao do ponto de solda gerada nas pontas

intercambiveis e nas peas. A mesma pode ser obtida segundo a seguinte equao (lei

de Joule):

=

=

=1

0

21b

a

dt.R.IJ

Q (3.1)

onde: dt o intervalo de tempo de passagem da corrente; I a corrente passando pelos

eletrodos e peas; J constante e de valor igual a 4,185; e R a somatria das

resistncias eltricas hmicas (R1, R2, R3, R4 e R5) (1, 3).

Na figura 3.3. verifica-se que R1 e R2 so as resistncias de contato entre eletrodos e

chapas, R3 resistncias de contato entre chapas, R4 e R5 resistncias das peas a serem

soldadas. A resistncia R3 diretamente proporcional raiz quadrada da razo entre as

durezas das peas, nas temperaturas de trabalho e ambiente (1, 4, 5).


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8

Figura 3.3 Esquema de resistncias eltricas hmicas.

Somente uma frao de calor gerado consumida para a soldagem propriamente dita.

Grande parte perdida ou transmitida pelas pontas intercambiveis para a gua de

refrigerao, ou dissipada pelas chapas. As perdas so mximas no incio da solda. A

quantidade total de perdas proporcional raiz quadrada da durao do tempo de solda.

O rendimento do processo definido como o volume de material fundido

correspondente a uma determinada quantidade de calor pelo volume que poderia ser

fundido se no houvesse perdas (1)

. Portanto, soldas realizadas num menor tempo

apresentaro um maior rendimento trmico.

Densidade da Corrente

Apesar do maior rendimento trmico ocorrer em soldas realizadas num curto perodo de

tempo, existem limites para a densidade de corrente, os quais dependem da intensidade

de corrente, a espessura e do tipo dos materiais envolvidos (6). Se essa intensidade de

corrente for insuficiente, nunca ocorrer fuso, mesmo em um longo tempo. Entretanto,

sendo a mesma excessiva, a ponta penetrar na pea, pois grande parte ou a totalidade

da espessura estar na fase fundida. Assim, para uma dada fora de aplicao das

pontas, h uma corrente mxima, acima da qual o metal sob os mesmos expulso

violentamente provocando soldas com defeito. Praticamente, para o processo ocorrer no

R

5R

R2

4

Sistema de aplicao

1R

R3

de presso


24/123

9

menor tempo possvel e produzir pontos com a mais alta resistncia mecnica, usual

se determinar densidade de corrente mxima exatamente anterior quela que provoca

essa expulso. Tal densidade pode ser estimada pela seguinte frmula deduzidaempiricamente (6):

De= 192 + 480.EXP-e (A/mm2) (3.2)

onde: De a densidade corrente mxima e e a espessura da chapa mais fina em mm.

Refrigerao

As pontas intercambiveis so refrigeradas utilizando gua, que conduzida at as

mesmas por um tubo que vai prximo extremidade da ponta intercambivel e retorna

pela seco em forma de coroa circular externa ao tubo e interna a ponta (figura 3.4).

distncia da extremidade do tubo e do final do furo de refrigerao da ponta

fundamental para a obteno do resfriamento adequado da ponta intercambivel (7).

Tubos de circulao muito longos dificultam a circulao de gua, e os muito curtos,

levam formao de vapor, ambos dificultando a refrigerao.

Figura 3.4 - Esquema de refrigerao da ponta intercambivel.


25/123

10

Fora exercida sobre a ponta intercambivel

A fora aplicada na ponta intercambivel varia ao longo do ciclo do processo, em

funo dos perodos de aquecimento, de soldagem, pssoldagem e tempo total. No que

diz respeito ao perodo de aquecimento a fora aplicada deve ser suficiente para

pressionar as peas a serem soldadas uma contra a outra e possibilitar a passagem de

corrente pela regio a ser soldada. No devem ser geradas centelhas a fim de se evitar

danos nas peas a serem soldadas. Durante o perodo de soldagem, as foras devem ser

suficientes para que o material aquecido forme uma ligao metlica perfeita. No

perodo de ps-soldagem, ou seja, aps trmino da passagem da corrente, o eletrododeve ainda manter a presso nas pontas intercambiveis at que a solda tenha resfriado

suficientemente.

3.1.2.2. Caractersticas Exigidas da Ponta Intercambivel

As pontas intercambiveis trabalham em condies desfavorveis. Devem ter

qualidades eltricas e mecnicas, pois conduzem corrente eltrica de grande intensidade.

No devem estar expostas a um aquecimento demasiado, devem resistir a presses

elevadas durante a soldagem, sem sofrerem desgaste excessivo, como tambm s devem

perder a dureza aps um certo perodo de trabalho. As principais caractersticas

necessrias ao bom desempenho das pontas intercambiveis so: alta condutividade

eltrica e trmica; elevada dureza e resistncia ao desgaste a elevadas temperaturas; e

pequena tendncia para formar liga com material a ser soldado. Alta condutividade

eltrica necessria para evitar perdas e superaquecimento. O material deve possuirelevada condutividade trmica para melhor conduzir o calor gerado, principalmente nos

pontos de contato entre a ponta intercambivel e a pea, mantendo as superfcies de

contato relativamente frias. Dever ter elevada dureza e resistncia ao desgaste a altas

temperaturas, para evitar-se o amolecimento depois de submetido durante longo tempo

temperatura elevada. Apequena tendncia para formar liga com material a ser soldado

necessria a fim de evitar que o material fique aderido ponta intercambivel. As ligas

que atendem a tais requisitos so de cobre(8)

. As mais utilizadas so cobre-cromo,

cobre-zircnio, cobre-cdmio e cobre-berlio.


26/123

11

3.2. Usinagem

o processo que promove o arrancamento controlado de material, com o objetivo deproduzir peas com formas e caractersticas superficiais especificadas (9). Para a

compreenso das diferentes grandezas relacionadas com a usinagem dos metais, tais

como o desgaste de ferramentas e suas causas, a fora de corte e arestas postias,

necessrio um estudo minucioso do processo de formao do cavaco. Limitar-se- neste

trabalho a uma apresentao dos processos convencionais e no convencionais de

usinagem.

3.2.1. Processos Convencionais de Usinagem

Desde h muito tempo, todos os processos de usinagem usavam o contato fsico entre a

ferramenta e a pea para o arrancamento de cavacos utilizando basicamente dois

mecanismos: o do cisalhamento e a da abraso.

3.2.1.1. Processos Convencionais de Usinagem por Cisalhamento

Durante a usinagem, devido penetrao da ferramenta na pea, uma pequena poro

de material (ainda solidria pea) recalcada contra a superfcie de sada da

ferramenta. O material recalcado sofre uma deformao plstica, a qual aumenta

progressivamente at que as tenses de cisalhamento se tornem suficientemente

grandes, de modo a se iniciar um deslizamento (sem que haja com isto uma perda de

coeso) entre a poro de material recalcada e a pea. Esse deslizamento se realizasegundo os planos de cisalhamento dos cristais da poro de material recalcado.

Durante a usinagem, esses planos instantneos definem uma certa regio entre a pea e

o cavaco, dita regio de cisalhamento. Dentre os processos convencionais de usinagem

por cisalhamento destacam-se: o torneamento, aplainamento, furao, alargamento,

mandrilhamento, fresamento, serramento, brochamento e o rosqueamento.

O torneamento o processo mecnico de usinagem destinado a obteno de superfciede revoluo com o auxlio de uma ou mais ferramentas monocortantes. Para tanto a


27/123

12

pea gira em torno do eixo principal de rotao da mquina (torno mecnico), e a

ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetria coplanar com o referido

eixo. Quanto forma da trajetria, o torneamento pode ser retilneo ou curvilneo. O

torneamento curvilneo o processo de torneamento, no qual a ferramenta se desloca

segundo uma trajetria curvilnea. Quanto finalidade, as operaes de torneamento

podem ser classificadas ainda em torneamento de desbaste e torneamento de

acabamento. Entende-se por acabamento a operao de usinagem destinada a obter na

pea as dimenses finais, ou um acabamento superficial especificado, ou ambos. O

desbaste a operao de usinagem, anterior a de acabamento, que visa obter na pea a

forma e dimenses prximas das finais. O torneamento retilneo se classifica emcilndrico, cnico, radial, e perfilado. No cilndrico a ferramenta se desloca segundo

uma trajetria paralela ao eixo principal de rotao da mquina. No torneamento cnico

a ferramenta se desloca segundo uma trajetria retilnea, inclinada em relao ao eixo

principal de rotao da mquina. No torneamento radial a ferramenta se desloca

segundo uma trajetria retilnea, perpendicular ao eixo principal de rotao da mquina.

No torneamento por perfilamento a ferramenta se desloca segundo uma trajetria

retilnea radial ou axial, visando obteno de uma forma definida, determinada pelo

perfil da ferramenta. A figura 3.5 ilustra formas de trajetrias de torneamento.

Figura 3.5 Formas de trajetrias de torneamento.

Um segundo processo de usinagem convencional por cisalhamento o aplainamento,

que destinado a obteno de superfcies regradas, geradas por um movimento retilneo

alternativo da pea ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou vertical.

Quanto finalidade, as operaes do aplainamento podem ser classificadas ainda em

aplainamento de desbaste e de acabamento.

Torneamento Curvelinio Torneamento Cilndrico Externo Torneamento Cnico Externo


28/123

13

Ao lado do torneamento e do aplainamento, se coloca o processo convencional de

furao que destinado obteno de um furo geralmente cilndrico numa pea, com

auxlio de uma ferramenta geralmente multicortante (figura 3.6). Para tanto a ferramenta

ou a pea giram e simultaneamente, a ferramenta ou a pea se deslocam segundo uma

trajetria retilnea, coincidente ou paralela ao eixo principal da mquina. Um tipo de

processo de furao o rebaixamento (escareamento).

Furao no torno Furao com pr-furo

Figura 3.6 Processos convencionais de furao.

O alargamento destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilndricos ou

cnicos, com auxlio de ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta

ou a pea giram e a ferramenta ou a pea se deslocam segundo uma trajetria retilnea,

coincidente ou paralela ao eixo de rotao da ferramenta. O alargamento pode ser de

desbaste ou acabamento.

O mandrilhamento destinado obteno de superfcies de revoluo com auxlio de

uma ou vrias ferramentas de barra. Nessa etapa a ferramenta gira, e a pea ou a

ferramenta se deslocam em uma trajetria determinada. O mandrilhamento pode ser

cilndrico, radial, cnico e de superfcies especiais. Quanto finalidade, s operaes de

mandrilhamento podem ser classificadas ainda em desbaste e de acabamento.

O fresamento destinado obteno de superfcies quaisquer com o auxlio de

ferramentas geralmente multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a pea ou a

ferramenta se deslocam segundo uma trajetria qualquer. Distinguem-se dois tipos

bsicos de fresamento, o cilndrico tangencial e o frontal.


29/123

14

O serramento destinado ao seccionamento ou recorte com auxlio de ferramentas

multicortantes de pequena espessura. Para tanto, a ferramenta gira ou se desloca, ou

executa ambos os movimentos e a pea se desloca ou se mantm parada. O serramento

pode ser retilneo ou circular. No serramento retilneo a ferramenta se desloca segundo

uma trajetria retilnea alternativa; no segundo caso, o serramento retilneo contnuo.

No serramento circular a ferramenta gira ao redor de seu eixo e a pea ou ferramenta se

desloca.

O brochamento destinado obteno de superfcies quaisquer com auxlio de

ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a pea se deslocam segundo umatrajetria retilnea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta. O brochamento

classifica-se em interno ou externo.

O rosqueamento destinado obteno de filetes, por meio de abertura de um ou vrios

sulcos helicoidais de passo uniforme, em superfcies cilndricas ou cnicas de

revoluo. Para tanto, a pea ou a ferramenta gira e uma delas se desloca

simultaneamente segundo uma trajetria retilnea paralela ou inclinada ao eixo de

rotao. O rosqueamento classifica-se em interno ou externo.

3.2.1.2. Processos Convencionais de Usinagem por Abraso

Denomina-se usinagem por abraso o processo mecnico de usinagem no qual so

empregadas ferramentas abrasivas constitudas de gros abrasivos soltos ou ligados por

aglutinante, com formas e dimenses definidas(9)

. A ferramenta abrasiva com forma e

superfcie de revoluo adaptvel a um eixo denominada rebolo abrasivo. Dentre osprocessos convencionais de usinagem por abraso destacam-se: a retificao, o

brunimento e superacabamento, polimento, lixamento, jateamento e afiao.

A retificao o processo de usinagem por abraso destinado obteno de superfcies

com o auxlio de ferramenta abrasiva de revoluo. Para tanto, a ferramenta gira e a

pea ou a ferramenta se desloca segundo uma trajetria determinada, podendo a pea

girar ou no. A retificao pode ser tangencial ou frontal. Quanto ao avano automtico

da ferramenta ou da pea, a retificao cilndrica pode ser com avano longitudinal da


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15

pea, com avano radial, circular ou longitudinal do rebolo. Quanto ao avano

automtico da ferramenta ou da pea, a retificao cnica pode ser com avano

longitudinal da pea, com avano radial, circular ou longitudinal do rebolo.

O brunimento e o superacabamento so empregados no acabamento de furos cilndricos

de revoluo e peas respectivamente, no qual todos os gros ativos da ferramenta

abrasiva esto em constante contato com a superfcie da pea e descrevem trajetrias

helicoidais. Para tanto, a ferramenta ou a pea gira e se desloca axialmente com

movimento alternativo.

No polimento a ferramenta constituda por um disco ou conglomerado de discos

revestidos de substncias abrasivas.

O lixamento o processo mecnico de usinagem por abraso executado por abrasivo

aderido a uma tela e movimentado com presso contra a pea.

No jateamento as peas so submetidas a um jato abrasivo, para serem rebarbadas,

asperizadas ou receberem um acabamento.

Na afiao dado o acabamento das superfcies da cunha cortante da ferramenta, com o

fim de habilit-la a desempenhar sua funo. Desta forma, so obtidos os ngulos finais

de ferramenta.

3.2.2. Processos No Convencionais De Usinagem

Desde h muito tempo, todos os processos de usinagem utilizavam o contato fsico entre

a ferramenta e a pea para o arrancamento de cavacos, utilizando basicamente dois

mecanismos: o do cisalhamento (torneamento, fresamento, furao, alargamento,

brochamento) e a da abraso(retificao, brunimento, polimento, lapidao). Apesar de

todo o avano tecnolgico ocorrido nas ltimas dcadas, esses processos tm srias

limitaes principalmente em casos de utilizao de materiais duros e quando se deseja

a obteno de formas complexas. Por outro lado, a necessidade humana levou ao

desenvolvimento de novos materiais normalmente de difcil usinagem por processos


31/123

16

convencionais. Surgiram novos aos-liga, as superligas (de Fe, Ni e Ti), as cermicas

finas, os compsitos, entre outros, que facilmente ultrapassam a dureza de 1000HV, e

que passaram a exigir novos processos especiais de fabricao. Paralelamente, novasgeometrias e formas mais complexas e diminutas foram sendo exigidas pelo mercado.

Com isso, mais um motivo passou a existir para que novos processos fossem

desenvolvidos. A figura 3.7 apresenta os principais motivos que inspiraram o

desenvolvimento dos assim chamados processos no convencionais de usinagem.

Figura 3.7 Necessidades que motivaram a criao e evoluo dos processos no

convencionais de usinagem.

As diferenas fundamentais entre os processos no convencionais e os convencionais(10)

so as formas de energia empregadas e os mecanismos de retirada de material da pea.

Como se pode notar pelo diagrama da figura 3.8, onde os principais processos de

usinagem so apresentados, os processos diferem quanto natureza da energia

empregada, ao mecanismo de ao e, conseqentemente, quanto s aplicaes prticas.

Formas Complexas

PROCESSOSNO

CONVENCIONAISDE USINAGEM

NovosMateriais Superfcies de

Qualidade

Miniaturizao


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17

Figura 3.8 Principais processos de usinagem. (10)

Natureza daEnergia

Mecanismo Ferramenta Processo Aplicaes

Mecnica

Cisalhamentoabraso

Geometriadefinida

PCUOperaes diversas,materiais de fcil

usinagem.

Eroso AJMPartculas emalta velocidade

Corte, Furao,Limpeza

WJMAbraso e

Eroso Ferramenta

vibratria eabrasivos Materiais

frgeis, condutoresou no.

USM

Eletroqumica Corrosoeletroqumica

Materiaiscondutoresde difcilusinagem.

ECMEletrodo-ferramenta eons dissociaciados

Trmica Fuso

Vaporizao Descargaseltricas

Bombardeiode Eltrons

Luz intensa

Corte

Bombardeiode ons

Plasma

Micro-usinagem

EDM

EBM

LBM

PBM

IBM

Qumica Corrosoqumica

Reagente(Etching)

Usinagem depeas delicadas

CH

PCUProcessosConvencionais de UsinagemAJMAbrasive JetMachiningWJMWater Jet MachiningUSMUltrasonic MachiningECMElectrochemicalMachining

CHMChemical MachiningEDMElectrodischargeMachiningEBMElectron BeamMachiningLBMLaser BeamMachiningPBMPlasma BeamMachiningIBMIon Beam Machining

PCUProcessos Convencionaisde UsinagemAJMUsinagem por JatoAbrasivoWJMUsinagem por Jato deguaUSMUsinagem Ultra SnicaECMUsinagem EletroQumica

CHMUsinagem QumicaEDMUsinagem por DescargaEltricaEBMUsinagem por Feixe deEltronsLBMUsinagem por Feixe deLaserPBMUsinagem por Feixe dePlasmaIBMUsinagem por Feixe deIons


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18

Cada processo tem seu nicho no moderno mundo da usinagem, e dificilmente

concorrem entre si. Para se estabelecer o campo de aplicao de cada processo

necessrio que se conhea detalhadamente a natureza da usinagem que se pretende

realizar. Deve ser levado em conta que:

os processos no convencionais no devem competir, via de regra, com os

convencionais;

um processo particular adequado a uma situao especfica, pode no ser

igualmente eficiente sob outras condies.

Em virtude desse segundo aspecto, outros processos tm sido desenvolvidos,

geralmente obtidos por combinao com os processos no convencionais bsicos da

figura 3.8. Desta forma, desenvolveram-se, por exemplo, os processos AWJM

(Usinagem por Jato de gua Abrasivo), ECG (Esmerilhamento Eletroqumico), EDG

(Esmerilhamento por Eletrodescarga), LAU (Ultra-snico Realizado a Laser), LAG

(Esmerilhamento a Laser), PCHM (Usinagem Fotoqumica), e muitos outros, ainda em

fase de laboratrio, que esto por surgir(11)

.

Para bem selecionar um processo, preciso levar em conta o que a pesquisa e

experincia prtica j concluiu para cada um deles em termos dos seguintes aspectos:

materiais a serem usinados;

forma da pea (ou operaes mais indicadas para o processo);

capabilidade do processo: taxa de remoo do material (TRM), tolerncia

dimensional, acabamento superficial e zona afetada pelo calor (ZAC);

consideraes econmicas.


34/123

19

As tabelas III.1 a III.4 apresentadas a seguir servem para uma abordagem preliminar

com vistas seleo do melhor processo(12)

. Analisando-se as referidas tabelas, nota-se

que cada processo responde diferentemente a cada situao. Por exemplo, a Tabela III.1

indica para usinagem de vidro, os processos USM e AJM. No entanto, conforme Tabela

III.2, o AJM seria mais indicado para corte enquanto que o USM seria mais apropriado

para a produo de cavidades.

Embora as tabelas em questo sejam vlidas para as dcadas de 70 e 80, sabe-se que

houve uma extraordinria evoluo na dcada de 90 e possvel que algumas situaes

tenham se modificado. Por exemplo, sabe-se que o USM diminuiu muito de preo, omesmo acontecendo com o EDM. Talvez estejam no nvel A ao lado do PBM.

Seguramente, os valores da TRM e das tolerncias dimensionais melhoraram muito na

ltima dcada, em funo de incorporao de novas tecnologias que otimizaram o

desempenho das mquinas. Assim sendo, o uso de controle adaptativo melhorou muito

o EDM, enquanto que o uso de mancais aerostticos possibilitou o desenvolvimento do

RUM (Rotary Ultrasonic Machining), uma variante muito mais produtiva do USM.

Se o custo do ferramental um dos problemas da ECM (onde curiosamente o nico

em que a ferramenta no se desgasta), devido complexidade da mesma, espera-se que

num futuro bem prximo este problema seja sobrepujado com o uso do CNC em ECM

em que a ferramenta se tornar apenas uma esfera de pequenas dimenses(13)

.


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20

Tabela III.1 Listagem dos processos em relao aos materiais (12)

Processo MATERIAL

AI Ao Superligas Ti Refratrios Plsticos Cermica VidroUSM C B C B A B A A

AJM* B B A B A B A A

ECM B A A B B D** D** D**

CHM A A B B C C C B

EDM B A A A A D** D** D**

EBM B B B B A A A B

LBM B B B B C A A BPBM A A A B C D D D

A - tima; B - Boa; C - Fraca; D - No Aplicvel * Vale tambm para WJM

** S se aplicam a estes materiais se forem condutores eltricos.

Tabela III.2 Listagem dos processos com relao a vrias operaes (12)

Furos Cavidades CorteProcessoPrecisos Normais Precisas Normais

Contor-namento Fino Grosso

0,025

L/

20

USM - - A C A A C C -

AJM* - - B C C B - A -

ECM - - A A B A B - -CHM B B - - C B - A -

EDM - - A B A A A A B

LBM A A B C C C - A B

PBM - - B C C C - A A

EBM A A A B C C B A B

A - tima; B - Boa; C - Fraca; D - No Aplicvel * Vale tambm para WJM


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21

Tabela III.3 Capabilidade dos processos (12)

Processo TRM

(mm3/min)

Tolerncia

(m)

Rugosidade

(Ra,m)

ZAC

(m)USM 300 7,5 02-0,5 25

AJM 0,8 50 0,5-1,2 25

ECM 1500 50 0,1-2,5 5

CHM 15 50 0,4-2,5 50

EDM 800 15 0,2-12,5 125

LBM 1,6 25 0,4-2,5 250

EBM 0,1 25 0,4-1,25 125PBM 75000 125 Rugoso 500

PCU 50000 50 0,4-5,0 2,5

A - tima; B - Boa; C - Fraca; D - No Aplicvel *Vale tambm para WJM

Tabela III.4 Aspectos econmicos dos processos (12)

Processo Investimento

de Capital

Ferramental Potncia Eficincia Consumo de

FerramentasUSM A B B D C

AJM* A B B D B

ECM E C C B A

CHM B B C C A

EDM B A B D D

EBM D B B E A

LBM C B A E APBM A B A A A

PCU B B B A B

A - tima; B - Boa; C - Fraca; D - Ruim; E - Pior *Vale tambm para WJM


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22

3.2.3. Usinagem na Fabricao dos Contatos

A fabricao dessas peas tem sido realizada no Brasil por usinagem convencional. Esse

processo exige operaes de torneamento cnico externo, sangramento, furao,

torneamento cnico interno e utilizao de maquinrio dependente de operaes

conjuntas, conforme esquema apresentado na figura 3.9. A usinagem requer tempo,

custo operacional, ferramentas e consumo de materiais elevados e, em funo disso,

tem-se considerado a substituio deste processo de fabricao. Uma alternativa para a

usinagem seria a conformao a frio, que proporciona vantagens como economia de

material, controle do processo, produtividade e eliminao das operaes subseqentes

citadas acima.

Figura 3.9 Conjunto de operaes para confeco da ponta no processo de usinagem

convencional.

Etapa de Furao Etapa de Torneamento Cnico

Etapa de sangramentoEtapa de Torneamento Cnico Externo


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23

3.3. Conformao Mecnica

A conformao mecnica consiste na deformao de um corpo metlico rgido que levado forma desejada pelo deslocamento relativo das partculas do slido mantendo

sua coeso(2)

. Uma vantagem fundamental dos processos de produo por conformao

mecnica est na possvel economia de material, devido adequao das formas e na

construo mais leve (14, 15).

O comportamento dos metais durante a conformao mecnica fortemente

influenciado por sua temperatura. Os processos de conformao podem ser classificados

em funo de uma temperatura homloga, definida pela razo entre a temperatura de

processamento do metal e sua temperatura de fuso, ambas em Kelvin (K) (16):

(3.3)

onde: Th a temperatura homloga, T a temperatura da pea e Tf a temperatura de

incio de fuso do material.

Classicamente, o processo considerado trabalho a quente quando Th0,5, trabalho a

morno quando 0,3 < Th < 0,4 e trabalho a frio quando Th 0,3(18)

. Nas faixas de

temperatura de trabalho a frio, a resistncia ao escorregamento nos planos cristalinos

cresce com o prprio escorregamento; isto conduz a um aumento da resistncia com

reduo da ductilidade do metal, podendo ainda promover uma anisotropia de

propriedades. O aumento da resistncia com a deformao (encruamento) ocasionado

pela interao das discordncias entre si e com outras barreiras, como os contornos de

gros, que impedem seu movimento atravs da rede cristalina. O trabalho a frio

possibilita obter um produto com alta qualidade intrnseca, rapidez de entrega e razovel

custo(17)

.

Os processos de conformao mecnica tambm podem ser subdivididos em processos

de conformao de chapas e de conformao de volumes. Dentre os processos de

f

hT

TT =


39/123

24

conformao a frio destacam-se o forjamento a frio, no tocante conformao de

volume, e o Ironing no que diz respeito conformao de chapas e volume.

3.3.1. Forjamento

O forjamento uma das tcnicas de conformao mais antigas. definida como uma

operao de transformao dos metais numa forma adequada, atravs da deformao

plstica obtida por processos de prensagem ou martelamento (18, 19). responsvel pela

produo de grande parte dos elementos mecnicos, principalmente depois do

desenvolvimento do forjamento de preciso.

O processo de forjamento envolve a aplicao de um estado de compresso direta, com

a deformao ocorrendo basicamente por recalque, alargamento e ascenso (20),

conforme esquema da figura 3.10. No recalque, a altura original da pea reduzida

com escasso alargamento, sem que ocorram escorregamentos substanciais nas paredes

da matriz. No alargamento o material flui predominantemente em direo perpendicular

ao movimento das matrizes. Na ascenso o material impelido em oposio aomovimento das ferramentas. De acordo com a geometria da pea a ser forjada tem-se

uma combinao de alargamento e ascenso. Pode-se dividir o processo de forjamento

em forjamento livre e forjamento em matrizes.

Figura 3.10 Formas tpicas de deformao no forjamento.

Recalque Alargamento Ascenso


40/123

25

3.3.1.1. Forjamento Livre

No forjamento livre o material conformado entre ferramentas geometricamentesimples podendo escoar na direo das superfcies-limite. No forjamento de um corpo

cilndrico a seo transversal permanece circular, mesmo aps a deformao. O

recalque a operao mais simples, pois a conformao ocorre entre duas ferramentas

planas (figura 3.11 (a)). O desdobramento da deformao limitado somente pelo o

atrito na superfcie de contato o que produz um arqueamento da pea. Quando o corpo a

recalcar muito delgado (figuras 3.11 (b) e (c)), os arqueamentos se formam,

inicialmente, prximos aos extremos. O recalque livre s possvel em peas cuja altura

(h) no exceda 1,5 vezes a sua espessura (d)(2)

. Para as peas mais delgadas pode

ocorrer a flambagem.

Figura 3.11 Recalque entre ferramentas planas.

3.3.1.2. Forjamento em Matriz

Neste processo o produto ser determinado pela forma da matriz. A pea inicial

geralmente obtida pelo forjamento livre; de acordo com a forma do bloco inicial pode-

se estabelecer uma diviso do processo em diversos procedimentos, como forjamento a

partir de uma barra, palanquilhas e elementos estampados(2)

.

h

d

(a) (b) (c)


41/123

26

O forjamento a partir de uma barra utilizado predominantemente para peas

alongadas, com peso variado de 2 a 3 kg, at um dimetro de 50 mm. O forjamento em

palanquilhas faz-se necessrio quando a pea se torna muito grande ou pesada. utilizada como forma inicial um bloco cisalhado ou serrado da barra. J o forjamento de

elementos estampados utilizado para produo de pequenas peas delgadas. A forma

inicial estampada a partir de uma tira de chapa praticamente sem perda de material.

Dentre os tipos de forjamento em matriz destaca-se a cunhagem, que um processo de

forjamento a frio mais econmico que a usinagem, na qual se divide em cunhagens

simples e macia. Na cunhagem simples, a espessura da pea permanece praticamenteinalterada, ao longo de toda a superfcie, antes e aps a conformao. Na macia, a

espessura do material modificada (figura 3.12). O fluxo do material se caracteriza por

alargamentos e ascenses. As ferramentas utilizadas na cunhagem so placas planas

temperadas, cujo desgaste reduzido dado s pequenas deformaes.

Figura 3.12 Forjamento em matriz por cunhagem.

Como as peas a cunhar possuem espessuras variveis, em virtude das inevitveis

tolerncias de execuo, cada pea, praticamente, recalcada a uma dimenso diferente.

Da resultam, para cada pea, diferentes graus de deformao os quais conduzem a

utilizao de diferentes foras de conformao. A mxima fora requerida para a

conformao por cunhagem obtida, a partir da equao (2):

Cha aCunha em Sim les Cunhagem Macia


42/123

27

F = kcf Ap (3.4)

onde, F a fora requerida em kg, kcf a resistncia oposta pelo material ao fim da

conformao em kg/mm2 e Ap a superfcie cunhada em mm2. Na tabela III.5 so

dados alguns valores de kcf.

Tabela III.5 Valores dekcf(2)

Material Cunhagem simples

kg/mm2

Cunhagem macia

kg/mm2

Alumnio 99% 5 a 8 8 a 12

Ligas de alumnio At 15 at 35

Lato 63 20 a 30 150 a 180

Cobre macio 20 a 30 80 a 100

Cobre duro 30 a 50 100 a 150

Nquel puro 30 a 50 160 a 180

Prata alem 30 a 40 180 a 220

Ao Ust 12-13 30 a 40 120 a 150

Ao inoxidvel 18-8 60 a 80 250 a 320

Prata - 150 a 180

Ouro - 120 a 150

3.3.1.3. Material para Confeco de Matrizes

Na conformao em matriz, as elevadas presses exigidas so supridas pelas matrizes,

superior e inferior. As mesmas podem estar submetidas a tenses radiais, tenses de

compresso, solicitao trmica e ao desgaste. Em funo do tipo da solicitao

resultam os seguintes requisitos sobre o material da matriz:

alta dureza, tenacidade, resistncia fadiga, alto limite de escoamento e

alongamento;


43/123

28

alta resistncia a quente e insensibilidade contra oscilaes trmicas de curta

durao;

alta resistncia ao desgaste.

Como materiais para matrizes, utilizam-se os aos ligados com um teor de carbono entre

0,3 e 0,55%, com cromo, nquel, vandio, molibdnio e tungstnio como elementos de

liga. Os aos cromo-nquel e cromo-nquel-molibdnio possuem uma elevada

tenacidade e so preferidos na conformao de metais leves. Os aos ligados ao

tungstnio, pelo contrrio, em virtude de sua elevada resistncia quente, so utilizados

predominantemente no forjamento do ao em matriz. Maior dureza e resistncia compresso podem ser conseguidas com matrizes com insertos de metal duro.

3.3.2. Ironing

O processo de ironing consiste em forar a passagem de um copo previamente

embutido atravs de um puno por um anel cnico. Como resultado ocorre diminuio

da espessura da parede do copo e o aumento do seu comprimento (21, 22). O processo

pode ser repetido seguidas vezes para que se consiga uma parede bastante fina. Na

figura 3.13, onde o processo apresentado esquematicamente, podem-se observar

redues da espessura inicial (t0) para a final (tf) e do dimetro inicial (d1) para o final

(d2). Constata-se, tambm, um aumento no comprimento e na velocidade de sada do

material atravs da matriz cnica de semi-ngulo sem alterao no dimetro interno

do produto.


44/123

29

Figura 3.13 Desenho esquemtico do processo de ironing. (73)

O processo de ironing pode ser descrito como uma combinao dos processos de

estampagem e trefilao(23)

. Nesse processo de fabricao uma prensa aplica uma fora

a um puno que entra empurrando um copo pela cavidade de uma matriz. No entanto,

analisando-se um esquema do processo, v-se que, na realidade, o que a parede do copo

est sofrendo assemelha-se muito com o processo de trefilao de tubos com mandril

passante (figura 3.14). Nas operaes de estampagem tem-se uma mudana pouco

significativa de espessura da chapa original para o produto. No ironing entretanto, a

espessura da parede pode ser reduzida entre 25 e 70% (24). Na operao de ironing, o

fundo do copo no tensionado. O transporte do material do copo pelo anel de

ironing, se d principalmente pelo atrito entre o puno e o copo. A literatura

apresenta resultados que indicam que somente o atrito existente na zona II responsvel

pela quase totalidade da carga do processo(25)

.

d2

V1

V2

tf

to

Zona II

Zona III

Zona I

Matriz

Copo Inicial

d1


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30

Figura 3.14 Desenho esquemtico da trefilao de tubos com mandril passante. (73)

Nos dias atuais, o mtodo de conformao por embutimento seguido de ironing o

principal processo utilizado na fabricao de latas, (figura 3.15). possvel obter uma

produo de mais de 800 latas por hora, ou uma velocidade relativa entre o copo e o

anel de at 10m/s (26, 27). Porm, vrios outros tipos de produtos podem ser obtidos por

ironing: instrumentos mdicos, componentes eletro-eletrnicos, pelculas eletro-

ticas, discos magnticos, pelculas fotossensveis, vasos de presso, extintores de

incndio, e peas de painis de automveis (28, 29). Em funo das caractersticas do

processo de ironing, pode se vislumbrar vrias outras aplicaes para este processo,

onde a profundidade deve ser elevada, o acabamento superficial muito bom e a

espessura da parede muito reduzida.

Figura 3.15 Ilustrao do processo de embutimento e ironing. (73)

Tubo

Mandril Passante

67

66

58 0,290,29

0,23

0,18

0,095

0,29

125Matriz

deReembutimento

1 2 3

anis de "ironing"


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31

No desenvolvimento de uma variao do processo de ironing, realizada atravs da

substituio do puno metlico por um puno de borracha observou se que (30):

1-

O processo de ironing, com puno de borracha praticamente vivel para

materiais no-ferrosos e com espessura variando entre 2 e 4 mm.

2-

O aumento do atrito entre o puno e o copo no processo de ironing, diminui a

tenso na parede do copo e facilita a conformao com grandes redues de rea.

3- A dureza do puno de borracha influencia muito no processo.

4-

Teoricamente e no experimento, o ngulo timo para o anel de ironing foi de

aproximadamente 12 .5-

O processo pode ser combinado com uma operao de bojamento.

O uso diferenciado do processo de ironing mostrou se bastante promissor na

associao bojamento ironing, pois atravs do bojamento no final do processo pode-

se conseguir peas no cilndricas ou, at mesmo, peas assimtricas. A figura 3.16

apresenta um esquema do ironing com puno de borracha seguido de bojamento.

Figura 3.16 Ilustrao do processo de ironing seguido de bojamento atravs de

puno de borracha. (73)

Antes da carga Depois da carga

Puno de borracha

Puno

Retentor

Anl de "ironing"

Matriz de bojamento

Copo


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32

O processo de ironing tem sido modelado por vrios pesquisadores. De modo geral os

modelos avaliam a carga na conformao, o coeficiente de atrito e a razo de reduo no

processo. As propriedades mecnicas, o controle dimensional e o acabamento

superficial da pea pronta no so estudados. Um modelo analtico para o processo,

utilizando o mtodo dos blocos, apresentou uma faixa para o ngulo timo de anel de

ironing que vai de 12 a 20 (31). Outros pesquisadores tambm modelaram, com

relativo sucesso, o processo de ironing, utilizando pacotes comerciais de programas

de elementos finitos, como o programa DEFORM de origem norte americana(23 - 26)

, e o

PLAST2, de origem europia(26)

. Ambas modelagens foram feitas considerando o

ironing envolvendo deformaes no estado plano. Os resultados obtidos pelos doisgrupos de pesquisadores foram satisfatrios, porm, no citam o ngulo de anel

utilizado. Os estudiosos so unnimes em relatar que o atrito elevado entre o puno e

o copo essencial para o sucesso do processo e para o bom acabamento superficial, que

um baixo atrito entre o copo e o anel de ironing reduz a carga no processo e melhora o

acabamento superficial da pea pronta. Outras concluses importantes so que, no

ironing, podem ser atingidas altssimas redues de parede, que a afinidade entre o

metal do copo e do anel de ironing deve ser evitada e que podem ser conseguidas

peas no cilndricas e assimtricas pelo processo de ironing seguido de bojamento.


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33

3.4. Modelagem dos Processos de Conformao Mecnica

Os principais mtodos de anlise de processos de Conformao Plstica so os mtodosdos blocos, das linhas de escorregamento, do limite superior e dos elementos finitos.

O mtodo dos blocos (1933) e o mtodo das linhas de escorregamento (1953) baseiam-

se em hipteses simplificadoras que, embora sejam indispensveis ao tratamento

matemtico, lhes restringem a aplicabilidade a formas geomtricas e condies

operatrias relativamente simples.

As primeiras aplicaes do mtodo do limite superior anlise de processos de

conformao plstica foram efetuadas por Kudo (32, 33), Halling e Mitchell (34) e por

Avitzur(35)

no mbito de estudos terico-experimentais relacionados com forjamento,

extruso e laminao.

Os primeiros programas de computador, destinados simulao numrica de processos

de conformao plstica foram desenvolvidos no incio da dcada de 70, e se baseavam

na aplicao do mtodo do limite superior. Este esforo de informatizao estimulou o

aperfeioamento de algumas das tcnicas que ainda hoje se utilizam na construo e

otimizao de campos de velocidade cinematicamente admissveis(36 40)

.

Embora no incio da dcada de 80 se tenha assistido substituio do mtodo do limite

superior pelo mtodo dos elementos finitos, enquanto tcnica principal de anlise de

processos de conformao plstica, a utilizao do mtodo do limite superior ainda

apresenta algumas vantagens das quais se destacam; a capacidade explcita de

interpretao dos fenmenos fsicos e a necessidade de recursos informticos limitados.

O desenvolvimento do mtodo dos elementos finitos data do final da dcada de 50,

ligado aos trabalhos de Turner et al (41), Argyris e Kelsey (42) e Clough (43), o qual

introduziu pela primeira vez o termo elemento finito.


49/123

34

As primeiras aplicaes do mtodo foram sobretudo efetuadas na resoluo de

problemas de anlise estrutural, tendo as aplicaes no domnio das tecnologias de

fabricao sido apenas iniciadas nos anos 60. Os primeiros trabalhos devem-se a Maral(44), Yamada (45), Zienkiewicz (46), Kobayashi (47) e colaboradores, que aplicaram o

mtodo dos elementos finitos na resoluo de vrios problemas elasto-plsticos em

deformao plana ou axissimtrica, dos quais se destacam: a indentao, a compresso

simples e a extruso.

Os programas desenvolvidos na dcada de 60 baseavam-se na formulao slida para

deformaes infinitesimais, e eram na sua maioria os resultados da generalizao deprogramas existentes para anlise estrutural. Contudo, rapidamente se concluiu que esta

formulao no servia para analisar as no-linearidades associadas geometria e ao

material decorrentes das grandes deformaes plsticas caractersticas dos processos de

conformao plstica. Efetivamente, a formulao slida para deformaes

infinitesimais apenas permitia simular corretamente as operaes de fabricao em que

os nveis de deformao e de rotao pudessem ser desprezados.

No incio dos anos 70, Lee e Kobayashi (48)

, Cornfield e Johnson (49)

, e Zienkiewicz e

Godbole (50), desenvolveram uma formulao alternativa, denominada formulao de

escoamento plstico (flow formulation), que caracteriza o escoamento dos metais em

deformao plstica de forma anloga ao escoamento dos fluidos viscosos

incompreensveis. As extenses elsticas so desprezadas, o que admissvel em face

das elevadas deformaes plsticas que as peas sofrem durante as operaes de

fabricao por conformao plstica, os materiais so descritos atravs de leis de

comportamento rgido-plsticas/viscoplsticas e as relaes entre a tenso e a

velocidade de deformao, se baseiam nas equaes constitutivas de Levy-Mises.

Esta formulao tem sido aplicada no estudo de processos de conformao plstica em

massa bidimensionais e tridimensionais e serve de base a alguns programas comerciais

(DEFORM 2D (3D), FORGE 2 (3), QFORM e FINEL).


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35

A extenso da formulao rgido-plstica a problemas de conformao plstica de chapa

foi iniciada no final da dcada de 70 (51 54). A polmica em torno desta extenso tem

originado inmeras discusses, na medida em que a simplificao decorrente do fato da

componente elstica da deformao ser desprezada implicar alteraes na geometria

final da chapa e conseqentemente nas tenses residuais associadas(55, 56)

.

Hibbit, Maral e Rice (57)

introduziram em 1970 a primeira formulao slida de

elementos finitos aplicada a grandes deformaes elasto-plsticas/viscoplsticas. Esta

formulao foi designada de formulao Lagrangiana total e caracteriza-se por

descrever a deformao do material relativamente ao estado inicial no deformado. Asaplicaes da formulao slida simulao numrica de processos de conformao

plstica so, na sua maioria, baseadas na formulao Lagrangiana atualizada a qual

utiliza o estado deformado como estado de referncia(58)

. A aplicao desta formulao

aos processos de conformao plstica vem referenciada em inmeros trabalhos

publicados na literatura da especialidade e est na base de alguns programas comerciais

de elementos finitos (ABAQUS implicit, MARC).

Trabalhos de simulao computacional de processos de conformao plstica baseados

na utilizao de formulaes dinmicas (59, 60) tm sido apresentados, contudo, ainda

existem muitos problemas numricos por resolver, dos quais se destacam: a necessidade

de se utilizarem incrementos de tempo excessivamente baixos (da ordem dos 10-6

segundos) e a possibilidade de se obterem solues fisicamente impossveis. Este ltimo

problema conseqncia direta dos processos de conformao plstica no serem, na

sua essncia, processos dinmicos. DYNA3D, PAMStamp e ABAQUS explicit so

exemplos de programas comerciais que se baseiam em formulaes dinmicas.

Esta nota histrica relativa ao desenvolvimento do mtodo dos elementos finitos

aplicados simulao de processos de conformao plstica, no poderia terminar sem

uma referncia aos avanos que, ao longo das ltimas duas dcadas se registraram, ao

nvel dos geradores automticos de malha, dos procedimentos para regenerao

adaptativa, dos algoritmos de contato, dos acoplamentos termo-mecnicos, dos modelos

de atrito, dos critrios de conformabilidade e das tcnicas de animao computacional,


51/123

36

sem os quais no teria sido possvel desenvolver os sofisticados programas de

modelagem computacional que se dispe na atualidade.

Para finalizar o enquadramento histrico relativo ao mtodo dos elementos finitos, deve

fazer uma referncia especial ao trabalho desenvolvido por Brnnberg e Mackerle (61)

que entre 1988 e 1994 identificaram mais de 1100 publicaes relacionadas com a

aplicao do mtodo dos elementos finitos a processos de fabricao e, em particular, a

processos de conformao plstica.

A utilizao de tcnicas experimentais para a anlise de processos de conformaoplstica um assunto muito vasto que se perde na memria dos tempos.

Conseqentemente, torna-se pouco razovel, seno mesmo impossvel, proceder a um

enquadramento histrico em moldes semelhantes ao que foi efetuado para os mtodos

tericos.

Os desenvolvimentos que se tm vindo a registrar nos equipamentos e nos

procedimentos utilizados nos ensaios de caracterizao mecnica, de atrito e de

conformabilidade, bem como os avanos conseguidos ao nvel dos sistemas de

aquisio e tratamento de dados e, ainda, as melhorias verificadas no controle e

comando das mquinas ferramenta, permitem que as atuais condies de realizao de

trabalho experimental sejam muito diversas das que se verificavam nas dcadas de 60 e

70.

Em face do exposto, adotou-se para critrio de enquadramento histrico, o de apenas

incluir as principais tcnicas relacionadas com a determinao experimental das

variveis de campo, indispensveis compreenso da mecnica do material em

deformao plstica e, conseqentemente, ao suporte e validao dos mtodos de

anlise tericos.

De entre estas tcnicas experimentais merece destaque especial o mtodo da

visioplasticidade, desenvolvido na dcada de 60 por Thomsen, Shabaik e colaboradores

(62 64). Este mtodo permite a determinao dos campos de velocidade, velocidade de


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37

deformao, extenso e tenso a partir da anlise experimental do escoamento do

material, sendo muito utilizado no estudo de processos de conformao em massa. O

escoamento do material caracterizado atravs da marcao de grelhas de crculos ou

de quadrados e da respectiva medio antes e aps deformao plstica. O mtodo

apresenta como principal desvantagem o fato de estar limitado a processos de fabrico

para os quais seja possvel secionar a pr-forma por um ou mais planos de simetria.

O mtodo da visioplasticidade foi sofrendo diversos melhoramentos ao longo das

dcadas de 70 e 80. Um destes melhoramentos deve-se ao trabalho de Barata Marques

(40)

que ao propor a utilizao direta das linhas de corrente do material aps deformao,simplificou consideravelmente no s o procedimento de leitura, como tambm a

anlise e o tratamento dos resultados. A combinao deste procedimento com a

utilizao de funes potenciais sugerida por Steck (65)

, possibilitou o desenvolvimento

de um mtodo robusto, para a determinao experimental do campo de tenses sob

condies de deformao plana ou axissimtrica.

A utilizao de grelhas de crculos ou de quadrados est igualmente na base da

determinao experimental das trajetrias de deformao e do estabelecimento das

curvas limite de estampagem para os processos de deformao de chapa. A noo de

curva limite de estampagem foi introduzida no decorrer da dcada de 60(66, 67)

, e tem-se

revelado um instrumento muito importante para a anlise da conformabilidade dos

processos de conformao de chapa.

A modelagem fsica de processos de conformao plstica com plasticinas ou ceras foi

introduzida no final da dcada de 50 (68)

. Esta tcnica experimental uma variante do

mtodo da visioplasticidade para a determinao da distribuio das principais variveis

de campo na regio em deformao plstica. A utilizao de plasticinas ou ceras faz-se

geralmente atravs de dois procedimentos experimentais distintos; um baseia-se na

marcao e medio de grelhas de crculos ou de quadrados em corpos de prova

monocromticos, enquanto que o outro recorre utilizao de corpos de prova

policromticos (habitualmente com duas cores) (69). O primeiro procedimento na sua

essncia semelhante ao que se utiliza no mtodo da visioplasticidade, tendo, portanto


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39

4. MATERIAIS E MTODOS

Avaliou-se a possibilidade de substituio das etapas de usinagem por conformao a

frio na fabricao das pontas intercambiveis para a solda a ponto. Para isto, foram

estabelecidas as etapas de conformao atravs de modelagem, utilizando o programa

de elementos finitos comercial Deform-2D, cujos resultados foram validados

experimentalmente.

O material utilizado para confeco das pontas intercambiveis por conformao a frio

foi o comumente empregado no mercado: a liga de cobre-cromo na forma de barrastrefiladas de dimetro 0,016m e comprimento de 3m.

Para o estabelecimento das etapas do processo de fabricao da ponta intercambivel

conjugaram-se atividades de simulaes numricas e experimentos, de modo a otimizar

o processo de construo das matrizes a serem utilizadas. Essas atividades e suas

interaes so descritas a seguir e podem ser visualizadas no fluxograma da figura 4.1.

4.1. Etapa preparatria

Nesta etapa caracterizou-se o material (liga de Cu-Cr), realizou-se o corte do tarugo

inicial, o pr-projeto inicial das etapas de conformao da ponta intercambivel e

obteve-se a curva tenso verdadeira versus deformao verdadeira do material.

4.1.1. Caracterizao do Material

A partir de limalhas do material utilizado nos experimentos, foi feita a determinao da

composio qumica atravs de anlise por espectrometria de absoro atmica no

Laboratrio do Departamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais da

Universidade Federal de Minas Gerais.


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40

Figura 4.1 Fluxograma esquemtico dos mtodos utilizados no trabalho.

4.1.2. Corte do Tarugo Inicial

Para o corte do tarugo inicial, primeiramente foram definidas a forma e as dimenses da

ponta intercambivel desejada, conforme figura 4.2.

no

Etapa preparatria

Simulao

Etapa 1Simulao

Etapa NAnlise

1

Anlise

N

nosim

Experimentos

Anlise de

Experimentos/ Simulao

Pea

Pronta

Modificao na

Simulao sim

no

sim


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41

Figura 4.2 Forma e dimenses da ponta intercambivel.

Os valores descritos na figura 4.2 permitiram calcular o volume do tarugo inicial

considerando a densidade e a massa da ponta modelo, depois que a mesma foi obtida

atravs do processo convencional de usinagem. O corte do tarugo a partir da barra

trefilada, foi por cisalhamento atravs de estampo de corte.

4.1.3. Pr- Projeto

O pr-projeto consistiu em se determinar uma seqncia de etapas de deformao a frio

para se obter a ponta intercambivel. A seqncia estabelecida foi o ponto de partida

para a simulao no programa de elementos finitos. A partir do tarugo inicial (figura

4.3a) analisou-se a melhor seqncia para se obter a ponta intercambivel atravs de

desenhos esquemticos das etapas que foram necessrias, sendo os mesmos utilizados

como referncia para posterior desenho no pr

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