Etapa de Etapa de PrensagemPrensagem

Considerações Técnicas

Daniel F. S. PereiraZaine Aline Alves

Prof. Marcio Roberto de Freitas

Tópicos AbordadosTópicos Abordados

1. Prensagem2. Preenchimento da cavidade do molde3. Compactação da Massa4. Tipos de Prensagem5. Prensas e Moldes6. Extração da Peça7. Defeitos8. Conclusão

O que é prensagem?O que é prensagem?Operação de conformação baseado na

compactação de um pó granulado (massa) contido no interior de uma matriz rígida ou de um molde

flexível, através da aplicação de pressão.

Constituída por 3 etapas ou fases:Constituída por 3 etapas ou fases:

1. Preenchimento da cavidade do molde;2. Compactação da Massa;3. Extração da Peça.

A Prensagem é o procedimento de A Prensagem é o procedimento de conformação mais utilizado pela indústria conformação mais utilizado pela indústria cerâmica devido:cerâmica devido:

Alta resistência a flexão a cru; Elevada produtividade; Facilidade de secagem; Facilidade de automação, Deformação mínima; Compactação uniforme; Redução de defeitos de prensagem; Controle apurado da espessura final; Capacidade de produzir peças de formas e tamanhos

variados. Maior qualidade do produto de um modo geral.

Principal Objetivo:Principal Objetivo:• Obter peças uniformes, de acordo com as dimensões e

geometria pré – estabelecidas;• Contribuir na obtenção de uma microestrutura adequada

às características finais desejadas.

Fase I: Preenchimento das Cavidades do Fase I: Preenchimento das Cavidades do MoldeMolde

Preparação da massa e aditivos de Prensagem:Preparação da massa e aditivos de Prensagem:

Têm por objetivos:

• Proporcionar uma mistura íntima e homogênea das matérias – primas (bem como dos aditivos);

• Adequar a massa para a etapa de prensagem.

É imprescindível que a massa possua as seguintes características:

•Uma elevada fluidez, para que durante a fase de preenchimento das cavidades do molde, cuja dosagem se realiza por medida de volume, a massa escoe rapidamente e preencha o molde de maneira homogênea e reprodutível;

•Uma elevada densidade de preenchimento, para que a quantidade de ar a ser expulsa durante a fase de compactação seja mínima;

A massa deverá ser constituída por:

o Grânulos de geometria esférica ou aproximadamente esférica;o Tamanho superior a 60 μm;o Textura o mais lisa possível.

Os grânulos:Os grânulos:

Não devem ser:

o Frágeis;o Moles;o Deformáveis :

•a ponto de se romperem, deformarem ou aglomerarem durante as operações que antecedem a etapa de prensagem.

• Devem apresentar:

o Características mecânicas adequadas:• Dureza;• Resistência Mecânica;• Plasticidade.

o Ser suficientemente moles e deformáveis:• Para que em pressões

moderadas se deformem plasticamente facilitando o deslizamento das partículas.

Características mecânicas dos grânulos: Características mecânicas dos grânulos: • Da mesma forma que nas peças conformadas, dependem:

o Porosidade;o Tamanho das partículas primárias;o Natureza e resistência das ligações químicas estabelecidas.

• A última propriedade pode ser alterada mediante o emprego de aditivos.

Os AditivosOs Aditivos

• Deverão ser definidos tendo em vista:

o Efeito exercido sobre o comportamento dos grânulos e da peça conformada.

Aditivos mais empregados pela indústria cerâmicaAditivos mais empregados pela indústria cerâmica

• As massas são obtidas através de secagem por atomização de uma suspensão de matérias – primas (via úmida), a qual se adicionam normalmente:

o Defloculantes:• Ajudar na dispersão do pó;• Redução de líquido da suspensão para formação dos grânulos.

o Ligantes Orgânicos:• Conferir ao grânulo e a peça conformada, suficiente resistência mecânica;• Empregados em proporções inferiores a 5% em peso.

o Plastificantes:• Aumentam a deformabilidade do ligante;• Reduzem sua capacidade de absorção da umidade ambiente.

o Lubrificantes (em alguns casos):• Reduzir a fricção entre os grânulos da massa e da parede do molde;• Reduzir o atrito entre a peça conformada e a parede do molde durante a

etapa de extração da peça;• Podem ser adicionados durante ou após a formação dos grânulos.

Fase II: Compactação da MassaFase II: Compactação da Massa• Quando o volume do material granulado contido no interior de uma

matriz (rígida ou flexível) é submetido a uma tensão de compressão suficientemente elevada (unidirecional ou isostática) podem se dar os seguintes processos, fenômenos ou trocas:

o Consolidação permanente do material :• Aumento na compactação do corpo após retirada da carga.

o Compressão elástica das partículas, ligantes, lubrificantes líquidos e do gás presente no corpo.• Deformação se desfaz após retirada da carga.• Responsável pela expansão do material.

o Fluxo de líquidos e gases através dos poros do corpo por fluxo viscoso:• Gradientes de pressão estabelecidos ao longo da peça.

o Distribuição heterogênea da pressão de compactação no volume do material:• Prensagem uniaxial;• Fricção entre as partículas;• Fricção entre as partículas e as paredes do molde.

Estados e mecanismos de compactaçãoEstados e mecanismos de compactação

Na compactação da massa, a diminuição de volume dos poros e de seus tamanhos se dá através de 3 mecanismos:

•Mecanismo I: Redução do volume ocupado pelos poros intergranulares e de seu volume através do deslocamento e reordenação dos grânulos.

•Mecanismo II: Redução do volume e tamanho dos espaços intergranulares por deformação plástica e/ou destruição dos grânulos, dependendo das características mecânicas do grânulo (dureza, deformabilidade, resistência mecânica). Neste mecanismo se inclui o esmagamento de grânulos ocos, geralmente presentes nas massas cerâmicas.

•Mecanismo III: Diminuição de volume e tamanho dos poros intragranulares pelo deslizamento e reordenação das partículas buscando alcançar um empacotamento de mais denso.

• Com base nas mudanças estruturais (volume e tamanho dos poros, compactação) a que é submetido o corpo com aumento da pressão, a compactação de um material granulado pode ser dividida em três estágios:

o Estágio I ou Inicial:• Compactação do material – Grau máximo de

empacotamento.• Deslizamento e reordenação dos grânulos.

o Estágio II ou Intermediário:• Pressão de fluência (Início deformação/destruição dos

grânulos) – Pressão no qual a compactação do corpo coincide com a do grânulo.

o Estágio III ou Final:• Grau de compactação do corpo se iguala ao do grânulo.

• A compactação final da peça, por mais que se aumente a pressão de prensagem é sempre inferior a compactação que corresponderia ao empacotamento mais denso possível das partículas.

• Isto se deve a um dos seguintes motivos:

o A formação de empacotamentos irregulares e porosos de partículas que resistem às altas pressões devido a sua fragilidade e dureza, ainda existindo entre elas altíssimas forças de fricção.

o Em altas pressões, que correspondem a baixas porosidades, se o conteúdo de ligantes e plastificantes líquidos é elevado, pode ocorrer saturação dos poros da peça pelos mesmos, impedindo a compactação.

Tipos de PrensagemTipos de Prensagem

Distinguem-se duas grandes modalidades de prensagem:

Prensagem UniaxialPrensagem Uniaxial Prensagem IsostáticaPrensagem Isostática

Prensagem UniaxialPrensagem Uniaxial

• Compactação do pó realizada em uma matriz rígida;

• Pressão aplicada na direção axial, por punções rígidos.

• Utilizada para conformar peças que não apresentam relevo superficial na direção de prensagem.

• Cavidade rígida composta :

o Base móvel – denominada Punção Inferior,

o Paredes (móveis ou fixas) – matriz do molde.

• Técnicas de prensagem se diferenciam pela movimentação dos elementos básicos do molde:o Punção superior;o Punção inferior e matriz;o Elementos responsáveis pela aplicação da pressão.

Prensagem Uniaxial de Ação SimplesPrensagem Uniaxial de Ação Simples

• Pressão aplicada através do punção superior.• Introdução na cavidade que contém a massa:

o Matriz;o Punção inferior – imóveis nesta etapa.

Após compactação da peça:o Punção superior é retirado,o Deslizamento do punção inferior,o Extração da peça do molde,o Surgimento de gradientes de densidade devido à fricção entre

aglomerados e entre estes e a parede do molde.Prensagem uniaxial de ação simples:

o Obtenção de peças de geometria simples.o Espessura reduzida.

Prensagem Uniaxial de Dupla AçãoPrensagem Uniaxial de Dupla Ação

•Espessura muito grande para o emprego da ação simples;•Pressão aplicada pelo punção superior e inferior;

Após aplicação da carga:o Retirada do punção superior;o Movimento ascendente do punção inferior;o Extração da peça;o Distribuição de densidade simétrica.

Prensagem Uniaxial (por ação simples ou dupla) Prensagem Uniaxial (por ação simples ou dupla) com molde ou matriz móvelcom molde ou matriz móvel

•Compactação:o Matriz acompanha o movimento do punção superior;

•Na extração:o Punção superior é removido; o Matriz desce para facilitar a extração da peça.

• Prensagem Uniaxial de Prensagem Uniaxial de Dupla AçãoDupla Ação

Prensagem Uniaxial de Ação Prensagem Uniaxial de Ação SimplesSimples

Prensagem Uniaxial de Ação Prensagem Uniaxial de Ação Simples com Matriz MóvelSimples com Matriz Móvel

Prensas e MoldesPrensas e Moldes• Prensas do tipo Hidráulica:

• Pressão transmitida mediante um fluído pressurizado (óleo).

Sistema de alimentação e distribuição da massa. Prensa hidráulica para a fabricação de revestimentoscerâmicos.

Principais componentes de uma prensa são:

•Sistema de Alimentação:o Preencher as cavidades do molde;o Nivelar;o Extrair a peça compactada no ciclo anterior.

•Sistema Hidráulico, composto por:o Reservatório de óleo, localizado no interior da estrutura da prensa;o Motor elétrico;o Bomba de pistão;o Trocador de calor;o Sistema multiplicador da pressão.

•Sistema de Prensagem:o Compactação da massa e extração da peça.

•Sistema automatizado de controle, que regula eletronicamente o ciclo de prensagem.

Molde de prensas para a fabricação de revestimentos cerâmicos.

Defeitos e Problemas associados à Prensagem Defeitos e Problemas associados à Prensagem

UniaxialUniaxialAlguns dos problemas e defeitos que aparecem ao longo do processo devido a uma inadequada realização desta operação são:

o Compacidade inadequada da peça:

• Falta de controle na preparação da massa.• Variação no teor de umidade da massa modifica a compacidade da

peça prensada.

o Desgaste do molde por abrasão;

• Mudança nas dimensões da peça.• Deterioramento da textura superficial.

o Formação de trincas;

• Desenho inadequado do molde.• Excesso de ar aprisionado durante a fase de compactação.• Excessiva expansão da peça durante sua extração do molde.• Fricção elevada entre a parede do molde e a peça durante a extração.

o Falta de uniformidade da compacidade no interior da peça e/ou entre elas;

Variações excessivas na compacidade no interior de uma peça causam:• Deformações.• Distorções.• Quebra de peças durante a queima.

Alterações entre peças:• Falta de uniformidade entre os produtos queimados.

Para reduzir ou eliminar estes defeitos deve-se:

o Otimizar o programa de operação do preenchimento do molde.o Aumentar a fluidez da massa.

Prensagem IsostáticaPrensagem Isostática• Aplicação de pressão em todas as direções.• Grande uniformidade na compacidade das peças.

São empregados dois tipos de Prensagem Isostática:1. Molde Úmido.2. Molde Seco.

Técnica do Molde ÚmidoTécnica do Molde Úmido

• Introdução da massa no interior de um molde flexível e impermeável ao fluído pressurizado.

• Molde submerso no liquido (geralmente água), contido na câmara de pressão.

• Líquido deforma o molde flexível e transmite pressão à massa.

• Expansão do molde e da peça.• Remoção da peça.• O molde flexível é um elastômero – Poliuretano.

Vantagens:

• Obtenção de peças com distribuição de compacidade praticamente homogênea.

• Grande versatilidade de formas.• Baixo custo do molde.

Desvantagens:

• Excessiva duração do ciclo de prensagem.• Dificuldade de se automatizar a operação.• Elevado custo de mão-de-obra.

Prensagem isostática. Técnica do molde úmido. Fases da operação.

Técnica do Molde SecoTécnica do Molde Seco• Técnica desenvolvida para aumentar a velocidade de

produção da técnica de molde úmido.• Canais internos por onde circula o fluído pressurizado.• Maior dificuldade:

o Molde• Mecanicamente resistente;• Capaz de transmitir de maneira uniforme a pressão à massa.

Prensagem isostática. Técnica de molde seco. Fases de operação.

Fase III: Extração da PeçaFase III: Extração da Peça• A compressão elástica da massa:

o Início no estágio intermediário.o Aumento considerável no estágio final.

• Energia elástica começa a ser dissipada à medida que se retira a carga e extrai-se a peça.

• Aumento das dimensões.

• Expansão de extração:

o Se dá na direção em que se aplicou a carga durante a compactação.o Direção perpendicular à aplicação da carga.o Favorece o descolamento entre o punção e a peça durante a extração.o Problemas e defeitos nas peças.

Defeitos nos produtos cerâmicosDefeitos nos produtos cerâmicos• Parte dos defeitos no produto acabado têm origem na

prensagem, podendo ser:

• Laminado ou esfolheamento:o Incorporação de ar no corpo da peça;

• Trinca de extração; • Reprensagem; • Trinca Mecânica:

o Originada pela solicitação mecânica durante o transporte.• Fora de Esquadro; • Luneta:

o Gradiente de densidade aparente na peça crua.• Rebarbas; • Quebra de Aresta; • Estampo Sujo:

o Maior a umidade no pó, maior a tendência de sujar o estampo.

ConclusãoConclusão

A etapa de prensagem é de extrema importância para o desenvolvimento dos produtos cerâmicos.

O processo, que têm início na escolha da matéria-prima, deve ser acompanhado constantemente

para evitar a ocorrência de defeitos associados as técnicas de prensagem e demais etapas técnicas,

até a chegada do produto ao consumidor final.

Referências Bibliográficas:Referências Bibliográficas:

• http://www.eesc.sc.usp.br/smm/materiais/downloads/prensagem-i%20preenchimento%20do%20molde.pdf

• http://www.ceramicaindustrial.org.br/pdf/v05n06/v5n6_2.pdf

• http://www.ceramicaindustrial.org.br/pdf/v06n01/v6n1_2.pdf

• http://www.ceramicaindustrial.org.br/pdf/v06n02/v6n2_6.pdf

• http://nupet.daelt.ct.utfpr.edu.br/_ontomos/paginas/ontomos/operacaoPrensagemConsideracoes.pdf