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PROCESSOS ESPECIAIS

DE FABRICAÇÃO

PROF. MST. ANTONIO CARLOS PIRES DIAS

UNISOCIESC

ENGENHARIA MECÂNICA

2014/1

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO II

Sumário:

Definição de conformação Mecânica: suas vantagem

Física do processo de conformação: fenomenologia associada,

Definições relacionadas com a conformação plástica dos metais,

Critérios de classificação,

Classificação dos processos,

Variáveis importantes associadas à conformação plástica,

Aplicações.

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BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

ALTAN, T., OH, S., GEGEL, H. Conformação Plástica dos Metais: Fundamentos eAplicações. Publicação EESC‐USP, 1999.

HELMAN, H. CETLON, P.R. Fundamentos da Conformação Mecânica dos Metais.Editora ARTLIBER, 2005.

SCHAEFFER, L. Conformação de Chapas Metálicas. Editora Imprensa Livre, 2007.

AHRENS, C. H. ,Introdução a moldagem de polímeros,UFSC,2004

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTAR

HOSFORD,W.F.; CADDEL, R.M.,Metal Forming: Mechanics and Metallurgy,Prentice‐Hall, 1993.

DIETER, G. E. , Metalurgia Mecânica, 2 ed., Editora Guanabara Dois,1981.

MEYERS, M. A.; CHAWLA, K.K. , Princípios de Metalurgia Mecânica, Editora EdgardBlücher Ltda,1982.

BRESCIANI, F., E., e Col. Conformação Plástica dos Metais. Editora UNICAMP, 1997.

SCHAEFFER, L. Conformação Mecânica. Porto Alegre: Imprensa Livre, 1999.

SANGUINETTI FERREIRA, R.A. Conformação Plástica: Fundamentos Metalúrgicos eMecânicos. Editora Universitária UFPE, 2006.

SOUZA, A. F.; ULBRICH, C. B. L. Engenharia integrada por computador e sistemasCAD/CAM/CNC ‐ princípios e aplicações. Editora Artliber, 2009.

BLASS, A., Processamento de Polímeros, Editora UFSC, 1988.

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“Modificação da forma/dimensões de um corpo pela ação de tensões mecânicas sem que haja remoção de

material”.

PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO

Cerca de 80% dos produtos manufaturados sofrem uma ou mais operações de conformação plástica.

Quais as vantagens da conformação?

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO VANTAGENS

• Economia de material em relação a peças que seriam somente usinadas;

• Produtividade;

• Melhores propriedades mecânicas devido a criação de uma estrutura texturizada na direção da aplicação dos esforços.

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SISTEMA DE UM PROCESSO DE DEFORMAÇÃO

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DEFINIÇÕES

• Grau de Deformação (“strain”): unidade de mudança no tamanho ou forma deum corpo devido a ação de esforços em relação à sua forma ou tamanho inicial.

0

0

ln lnAL

L A

• Encruamento (“strain-hardening”): aumento na resistência mecânicadevido à deformação plástica realizada abaixo da temperatura de recristalização.

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DEFINIÇÕES

• Coeficiente de Encruamento, n (“strain-hardening coefficient”): comoexpoente da equação de Hollomon, quantifica o aumento da resistência aoescoamento devido ao encruamento. É numericamente igual à deformação realuniforme.

. npH

Percentual de trabalho a frio

100%0

0 xA

AATF d

A0 e Ad – área da seção transversal antes e depois da deformação, respectivamente.

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DEFINIÇÕES

• Taxa de Deformação (“strain-rate”): é definida como o diferencial do grau dedeformação em relação ao tempo.

d

dt

10-3 s-1→ máquinas universais de ensaio102 s-1 → martelos para forjamento livre

• Sensibilidade à Taxa de Deformação (“strain-rate sensitivity”): relacionada aoaumento na tensão de escoamento (σLE) devido ao aumento da taxa de deformaçãopara um dado grau de deformação e temperatura.

,T

dm

d

Característica de grande parte dos materiaismetálicos quando deformados plásticamente acimada temperatura de recristalização.

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DEFINIÇÕES

•Temperatura de Recristalização (TREC): temperatura na qual o material demorapelo menos uma hora para completar o processo de recristalização. De uma maneiraaproximada, pode-se afirmar que essa temperatura é inferior à metade da temperaturade fusão do metal.

•Recozimento (“annealing”): tratamento térmico realizado com o objetivo de reduzirou eliminar os efeitos do encruamento.

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DEFINIÇÕES

Deformação

Tratamento Térmico

Evolução das propriedades mecânicas com o tratamento termomecânico

Percentual de trabalho a frio

100%0

0 xA

AATF d

A0 e Ad – área da seção transversal antes e depois da deformação, respectivamente.

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO CRITÉRIOS DE CLASSIFICAÇÃO

1 - TIPO DE ESFORÇO PREDOMINANTE

2 - TEMPERATURA DE TRABALHO

3 - FORMA DO PRODUTO FINAL

4 - TAMANHO DA REGIÃO DE DEFORMAÇÃO

5 - ESCOAMENTO DO MATERIAL

6 - PRODUTOS OBTIDOS

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CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO:1 - TIPO DE ESFORÇO PREDOMINANTE

PERFIL PULTRUDADO

• COMPRESSÃO DIRETA → predomina a solicitação externapor compressão sobre a peça de trabalho.

FORJAMENTO

LAMINAÇÃO

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CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO:1 - TIPO DE ESFORÇO PREDOMINANTE

PERFIL PULTRUDADO• COMPRESSÃO INDIRETA as forças externas aplicadas

sobre as peças podem ser tanto de tração como de compressão.

TREFILAÇÃO

EXTRUSÃO

EMBUTIMENTOPROFUNDO

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CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO:1 - TIPO DE ESFORÇO PREDOMINANTE

PERFIL PULTRUDADO• TRAÇÃO a peça toma a forma da matriz através da

aplicação de forças de tração.

• CISALHAMENTO envolve forças cisalhantes suficientesou não para romper o metal no seu plano cisalhante.

ESTIRAMENTO DE CHAPAS

CORTE DE CHAPAS

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CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO:1 - TIPO DE ESFORÇO PREDOMINANTE

PERFIL PULTRUDADO

• FLEXÃO as modificações de forma são obtidas mediante aaplicação de um momento fletor.

CALANDRAGEM

DOBRAMENTO

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CLASSIFICAÇÃO QUANTO À:2 – TEMPERATURA DE TRABALHO

PERFIL PULTRUDADO

• A FRIO Quando a temperatura de trabalho é menor que atemperatura que provoca a recristalização do metal.

→ pequenas deformações;→ encruamento;→ elevada qualidade dimensional e superficial;→ normalmente empregado para acabamento;→ recuperação elástica;→ equipamentos e ferramentas mais rígidos.

• A QUENTE Quando a temperatura de trabalho é maior que atemperatura que provoca a recristalização do metal.

→ grandes deformações;→ recozimento;→ baixa qualidade dimensional e superficial;→ normalmente empregado para desbaste;→ peças grandes e de formas complexas;→ contração térmica, crescimento de grãos e oxidação.

T RECT T

T RECT T

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CLASSIFICAÇÃO QUANTO À:2 – TEMPERATURA DE TRABALHO

PERFIL PULTRUDADO

T RECT T

• MORNO → Quando a temperatura de trabalho é maior que atemperatura que provoca a recristalização do metal.

→ reúne as características vantajosas dos trabalhos a frio e a quente;

• ISOTÉRMICO → Quando a temperatura de trabalho é maiorque a temperatura que provoca a recristalização do metal econstante.

→ reúne as características do trabalho a quente;→ peça e ferramentas apresentam temperaturas próximas;→ possibilidade de grandes deformações a taxas de deformação reduzidas.

T RECT T

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CLASSIFICAÇÃO QUANTO À:

• chapas, perfis → Laminação, Estampagem• tubos, fios, barras → Trefilação, Extrusão

4 – TAMANHO DA REGIÃO DE DEFORMAÇÃO• localizada → Laminação, Trefilação, Extrusão

• generalizada → Estampagem, Forjamento

5 – ESCOAMENTO DO MATERIAL

6 – PRODUTOS OBTIDOS

• contínuos → Laminação, Trefilação, Extrusão• intermitentes → Estampagem, Forjamento

• semi-acabados → Processos primários• acabados → Processos secundários ou finais

3 – FORMA DO PRODUTO FINAL

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CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS

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VARIÁVEIS IMPORTANTES NA CONFORMAÇÃO

PERFIL PULTRUDADO

MATERIAL DE PARTIDA

• conformabilidade• condições superficiais• propriedades físicas/térmicas• composição química e microestrutura inicial

• efeitos da modificação da microestrutura

INTERFACE FERRAMENTA/PEÇA

• escoamento do metal

• aplicação e remoção• velocidades, e, e, T

.

• lubrificante• temperatura • capacidade de lubrificação

• tensão de escoamento sLE (e , e , T , microestrutura) .

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VARIÁVEIS IMPORTANTES NA CONFORMAÇÃO

PERFIL PULTRUDADO

FERRAMENTAS

• geometria • condições superficiais• dureza/tenacidade• temperatura• rigidez e precisão

EQUIPAMENTOS

• geometria• qualidade dimensional

• rigidez e precisão

PRODUTO

• velocidade/produtividade• capacidade de força/energia

• qualidade superficial

• microestrutura

• propriedades mecânicas

• ser humano• poluição

AMBIENTE

• controle, utilidades

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PEÇAS FORJADAS

Tarugo cortado e esboçado Primeiro forjamento Forjamento Final Peça rebarbada

Fonte: Catálogo de Prensas Schuler S.A.

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ESTAMPAGEM PROGRESSIVA

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LAMINAÇÃO

Placas Blocos Tarugos

Chapas

Folhas

Tubos

Perfis Trilhos Barras

Barras

Trefilados

Tubos

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PEÇAS CONFORMADAS

Fonte: FACEM Spa – Itália.

Fonte: AçoPeças Ltda.