Trabalho Processos de Fabricação1

5/16/2018 Trabalho Processos de Fabrica o1 - slidepdf.com

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Conformação Mecânica

COMPONENTES: Claudio Menezes, Eder Cruz, José Luis, LúcioSantana, Uilian Liberato, Valdemar Cardeal e Victor Diego



Introdução• Em um ambiente industrial, a conformação mecânica é

qualquer operação durante a qual se aplica esforço mecânicoem diversos materiais, resultando em uma mudançapermanente de formas e dimensões. Para a produção depeças, a conformação mecânica inclui um grande número de

processos: laminação, forjamento, trefilação, extrusão econformação de chapas.



Conformação Mecânica

• Conformação é o nome dos processos em que se aplica uma forçaexterna sobre a matéria prima, obrigando-a a tomar forma edimensões desejadas por deformação plástica. O volume e a massado metal se conservam nestes processos.

• As principais vantagens são: bom aproveitamento da matéria prima;rapidez na execução; possibilidade de melhoria e controle daspropriedades mecânicas do material, de par com ahomogeneização da microestrutura.



• Os processos de conformação sãoinúmeros e variados podemos destacar osprincipais:

• Forjamento• Laminação;• Extrusão;

•

Trefilação;• Estampagem;• Calandragem.



• Esses processos têm emcomum o fato de que,

para a produção da peça,algum esforço do tipocompressão, tração,dobramento, tem que seraplicado sobre o material.

• Os produtos produzidospelo processo deconformação podem ser:placas, chapas, barras de

diferentes seções, trilhos,perfis diversos, anéis etubos.



FORJAMENTO



Definição

Forjamento de uma barra.



Definição

• Processo de conformação mecânica, que resulta em uma mudançapermanente nas dimensões finais e nas características metalúrgicasde uma peça.

• O material forjado é deformado por martelamento ou por prensageme é usado para se obter produtos com alta resistência mecânicaporque refina a estrutura metalúrgica do metal.

•

Na maioria das operações de forjamento emprega-se umferramental constituído por um par de ferramentas de superfícieplana ou côncava, denominadas matrizes ou estampos, que dãoformato às peças.



Forjamento por Martelamento

• O forjamento por martelamento é feito aplicando-se pancadas(golpes ou batidas) rápidas e sucessivas no metal.

• A pressão aplicada na peça, no momento em que existe o contatodo martelo de forja e a peça metálica, é absorvida pelo metal que sedeformando muito rapidamente.

•

Exemplo de peças que são fabricadas por este processo sãoas Pontas de Eixo e os Virabrequins na Indústria Automotiva.



Forjamento por Martelamento

Cilindro, haste do pistão,

êmbolo e bigorna.



Forjamento por prensagem

• O metal recebe uma força de compressão em baixa velocidade e a pressãoatinge seu grau máximo antes de ser retirada, de modo que até ascamadas mais profundas da estrutura do material são atingidas,conformando-se mais homogeneamente e melhorando aindaas características metalúrgicas.

• São usadas prensas hidráulicas para realizar esta função, onde as forçasaplicadas podem ser absurdamente elevadas.

• As operações de forjamento são realizadas a quente, em temperaturas

superiores às de recristalização do metal. É importante que a peça sejaaquecida uniformemente e em temperatura adequada.

• Alguns metais não-ferrosos podem ser forjados a frio.



Forjamento por prensagem

Cilindro de Pressão, êmbolo,peça, base de prensa.



Os processos convencionais de forjamento são executados tipicamente emdiversas etapas, começando com o corte do material, aquecimento, pré-conformaçãomediante operações de forjamento livre, forjamento em matriz (em uma ou maisetapas) e rebarbação.

O forjamento para poder realizar suas operações, e a peça adquirir o formatofinal desejado, utiliza matrizes (ferramentas ou moldes).

As matrizes devem ser especiais e com um elevado cuidado na suafabricação, pois são elas que recebem todo o impacto e moldam a peça, suportandoaltas pressões de trabalho, tendo que agüentar enormes variações térmicas emciclos produtivos contínuos e repetitivos, por milhares e até milhões de

vezes, normalmente sendo feitas de aços especiais, recebendo apuradotratamento térmico e muito caras.



Forjamento em Matrizes Abertas

(Forjamento Livre)

• As matrizes normalmente têm formatos de geometria básica e bemsimples.

• Uma parte da matriz fica presa na parte superior do martelo de forja e a

outra parte fica fixa na parte inferior do equipamento, não havendonenhuma outra parte nas laterais da peça que venha a restringir ou impediro processo, deixando este espaço livre para a deformação do metal.

• Quando for possível e o processo for por martelamento, dá-se o golpe, vira-se a peça a 90º e volta-se a bater. Quando for por prensagem, a

deformação ocorre um único aperto.

• São utilizadas para a produção de peças grandes e em lotes produtivospequenos.



Forjamento em Matrizes Abertas

(Forjamento Livre)



Forjamento em Matrizes Fechadas

• Uma parte da matriz fica presa na parte de cima do martelo de forja e aoutra parte fica fixa na parte de baixo do equipamento, só que neste caso,a matriz se fecha por completo quando forjamento ocorre, enclausurandocompletamente o metal que será forjado e fazendo-o adquirir a forma quefoi esculpida na matriz, recebendo esforço e se deformando em todas asdireções, inclusive nas laterais.

• Neste tipo de forjamento deixa-se uma região pré-determinada na matrizpara receber o excesso de material (rebarba) que é deslocado para essacavidade extra e posteriormente eliminado.

• Este tipo de forjamento exige muito mais das matrizes, porque esforços sãoaplicados, sobre as mesmas, em todas as direções, necessitando queessas matrizes apresentem alta dureza, elevada tenacidade, resistência àfadiga, alta resistência mecânica a quente e alta resistência ao desgaste,sendo muito mais caro que o anterior.



Forjamento em Matrizes Fechadas

Matriz de uma Biela.



• Falta de Redução: Preenchimento incompleto do metal na cavidade da ferramenta.Isto ocorre porque o metal não fluiu como planejado na cavidade da matriz e nãocompletou a peça, faltando partes da mesma, ou porque a força aplicada não foisuficiente para fazer isso.

• Trincas Superficiais: Rachaduras que aparecem na superfície da peça, que sedeve ao excessivo trabalho na superfície da peça em temperatura baixa ou por

fragilidade a quente inerente ao material (metal).

• Trincas nas Rebarbas: Rachaduras que aparecem nas regiões das rebarbas, apóso rebarbamento (retirada do excesso de metal do forjamento). Aparecem porque ometal apresenta impurezas oriundas da fundição ou porque quando ao se rebarbar oesforço aplicado é muito lento, não cortando, mas sim arrancando a rebarba.

•

Trincas Internas: Rachaduras que aparecem na parte interna da peça, ocorrendodevido às tensões originárias por grandes deformações, elevadas temperaturas detrabalho e impurezas presentes no metal.

• Gota Fria: Aparente rachadura que apresenta o formato de uma ruga na superfícieda peça e pode ser mais ou menos profunda. Isto ocorre devido a baixa temperaturade forjamento do metal ou da baixa temperatura de trabalho da matriz.

Defeitos



aplicações

• Todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os mais utilizados para aprodução de peças forjadas são os aços, ligas de alumínio, de cobre, de magnésio,de níquel e de titânio.

• Peças forjadas em matriz, com peso não superior a 2 ou 3 kg, são normalmenteproduzidas a partir de barras laminadas. As de maior peso são forjadas a partir de

tarugos ou palanquilhas, quase sempre também laminados, e cortados previamenteno tamanho adequado.

• Peças delgadas, como chaves de boca, alicates, tesouras, tenazes, facas,instrumentos cirúrgicos, entre outras, podem ser forjadas a partir de recortes dechapas laminadas.



Vantagens e desvantagens

Vantagens:• Controlando a deformação durante o processo de forjamento, pode-

se melhorar as propriedades mecânicas da peça produzindo umalinhamento direcional, melhorando assim propriedades de tensões,ductibilidade, impacto e resistência a fadiga;

• As fibras podem ser alinhadas na direção em pontos onde ocorremmáximas tensões;

• Menor custo de fabricação, pois se tem a mínima perda de material.

Desvantagens:• As peças a serem forjadas geralmente necessitam de usinagem

antes do processo de forjamento; • Os equipamentos são muito caros.



Laminação



Definição

• É o processo no qual o material é conformado entrerolos, onde a deformação é o resultado de tensõescompressivas elevadas (Pr), combinadas com tensões

de cisalhamento superficiais (Fa) que sãoresponsáveis pelo puxamento do material



LAMINAÇÃO A QUENTE • A laminação pode ser classificada em Laminação a

quente e Laminação a Frio.

• A laminação a quente é constituída de diferentesetapas, mostradas na figura abaixo;



LAMINAÇÃO A QUENTE • Um lingote com estrutura bruta de solidificação é aquecido a

temperaturas superiores de recristalização ( 1,4Trec < TP <0,8TFUSÃO)

• Depois de aquecido, é submetido ao processo de desbaste comreduções severas. É no desbaste que a carepa de solidificação équebrada, alterando a microestrutura do lingote.

• Granulação grosseira é modificada pela deformação excessiva parauma estrutura de grãos equiaxiais de menor tamanho.



LAMINAÇÃO A QUENTE• Após o desbaste, o lingote, com a microestrutura já

ideal, é encaminhado aos laminadores intermediários.• O lingote é transformado em blocos ou tarugos

grandes, que servem de matéria prima para produçãode laminados planos (chapas grossas ou barras) enão-planos (vergalhões, trilhos, perfis)



LAMINAÇÃO A QUENTE • Após fase intermediária, o produto laminado é processado pelos

laminadores de acabamento.• Chapas grossas e/ou barras são transformadas em chapas finas

e/ou barras finas e placas. Vergalhões e trilhos têm suas dimensõesreduzidas.

• Vergalhões podem ainda ser transformados em fios-máquina oupequenos perfis.



LAMINAÇÃO A FRIO• É normalmente utilizada para acabamento de produtos

laminados.• Nesta fase final, as chapas finas laminadas

previamente a quente, sofrem alguns passos a friopara melhorar acabamento e ajustar suas dimensões.

• Como produto final, teremos chapas finas, fitas oufolhas com excelente acabamento superficial e combom controle dimensional



LAMINAÇÃO A FRIO• Em metais não-ferrosos (Cu e Al), a laminação pode

ser realizado toda a frio, contanto que em vez delingote o material seja solidificado como chapas (RollCasting*) e tenha uma estrutura granulométrica

adequada.• Uso de tratamentos térmicos intermediários caso

necessário intermediar a granulometria



LAMINAÇÃO A FRIO

• A laminação a frio tende a alongar osgrãos na direção da deformação:

• A textura gera anisotropia nas propriedadesmecânicas, uma vez que o encruamento ésignificamente maior na direção da laminação.



LAMINAÇÃO A FRIO

• Os esforços de cisalhamento ecompressão combinados agem nomaterial, tornando o escoamento mais

intenso na direção do cisalhamento,alongando o grão nesta direção.



TIPOS DE LAMINADORES• O laminador é constituído por cilindros de laminação, a

gaiola (onde são fixados mancais dos cilindros) e ummotor com velocidade controlada para fornecimento da

potência necessária ao processo

.



TIPOS DE LAMINADORES• Pelos altos esforços durante a laminação, a estrutura

do laminador deve ser robusta para suportar osesforços sem sofrer deformação plásticas quecomprometam a qualidade do produto. As pequenas

deformações elásticas compõem o chamado molejo.• Os laminadores são classificados pelo número de

rolos e pelo arranjo destes na gaiola;- Laminador duo- Laminador duo reversível- Laminador trio- Laminador Quádruo



TIPOS DE LAMINADORES - DUO

• O Laminador duo é o tipo mais simples,constituído de dois rolos.

• Os rolos giram em um único sentido, e omaterial, após a redução, pode retornarpara novas reduções através de calhastransportadoras.



TIPOS DE LAMINADORES - DUO• Para aumentar a produtividade usa-se motores que

gira nos dois sentidos (Duo reversível)• Os laminadores duos são limitados a pequenos

esforços Cilindros apoiados apenas nos mancaistendem a deformar por flexão, gerando geometriasdefeituosas comprometendo a qualidade do laminado.



TIPOS DE LAMINADORES - TRIO• Uma alternativa ao laminador duo é o laminador trio,

constituído por 3 rolos.• Somente os rolos superior e inferior são motorizados,

fazendo com que o intermediário gire por fricção.• A flexão sofrida nos rolos é menor que nos duo, mais

ainda é considerável para grandes reduções.



TIPOS DE LAMINADORES - TRIO• A principal aplicação do laminador trio é na área de

desbaste, onde o pequeno comprimento do lingote justifica a passagem em ida e volta do material.

• Grandes reduções geram grandes esforços e oempuxo produzido pelo material pode flexionar osrolos, comprometendo vida útil dos mancais e gerandoproduto defeituoso por falta de planicidade.

TIPOS DE LAMINADORES



TIPOS DE LAMINADORES -QUÁDRUO

• O laminadorquádruo surgiu comoalternativa para o

problema da flexão.• São dois rolos

menores motorizadose apoiados por rolos

de grandes diâmetrose resistência.




TIPOS DE LAMINADORES -QUÁDRUO

• O laminador quádruo é bastante versátil,aplicando-se a qualquer etapa dalaminação

• Pode ser empregado tanto na laminação aquente quanto na laminação a frio

• Em materiais não-ferrosos, pode ser

usado fazer primeiras reduções a frio, numprocesso equivalente ao desbaste nalaminação a quente de ligas ferrosas.




TIPOS DE LAMINADORES – AGRUPADO

• Para laminações de materiais com alta resistência, aflexão do rolo tende a ser obliqua em relação ao planode laminação

•

Neste caso, um rolo de apoio superior e inferior nãoresolverá o problema de planicidade, sendorecomendado um laminador agrupado para conter oempuxo q prejudica a planicidade.



DEFEITOS DE LAMINAÇÃO

• Podem ter origem – na matéria-prima; – por tensões induzidas pela geometria da

deformação; – falhas nos equipamentos de laminação.




DEFEITOS DE LAMINAÇÃO(MATÉRIA-PRIMA)

• Vazios;• Gotas Frias;•

Trincas;• Dobras;• Inclusões.




DEFEITOS DE LAMINAÇÃO(GEOMETRIA)

• Tensões residuais• As relações abaixo delimitam áreas de fluxo

• Quando > 0,6:




DEFEITOS DE LAMINAÇÃO(GEOMETRIA)

• Quando > 0,65:

• Deformação mais homogênea




DEFEITOS DE LAMINAÇÃO(FLEXÃO DOS LAMINADORES)

• Flecha positiva:

• Flecha negativa:

LUBRIFICAÇÃO NA



LUBRIFICAÇÃO NALAMINAÇÃO

• Óleos utilizados: Bases parafínicas (petróleo) ouóleos sintéticos. Uso também de aditivos (EP,ionol).

•

Viscosidade 1,75 cST e densidade 0,75kg/m³.• Reduzir atrito, uniformizar tensões e

arrefecimento dos cilindros.• Lubrificação por spray ou jateamento.

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