LAMINAÇÃO
Processo de fabricação
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Conceitos iniciais
LAMINAÇÃO
Processo de conformação
mecânica que consiste na passagem de um corpo sólido na forma de lingote, placa, tira, etc., entre dois cilindros que giram na mesma velocidade periférica, mas em sentidos diferentes
•Retilíneos (laminação de produtos
planos) redução da espessura
•Canais entalhados (laminação de
produtos não planos)
Processo de conformação
mecânica que consiste na passagem de um corpo sólido na forma de lingote, placa, tira, etc., entre dois cilindros que giram na mesma velocidade periférica, mas em sentidos diferentes
•Retilíneos (laminação de produtos
planos) redução da espessura
•Canais entalhados (laminação de
Etapas da laminação
Desbaste inicial
Realizada em lingotes, em blocos, tarugos ou placas
realizada normalmente por laminação a quente.
laminação a quente
para transformar o produto em chapas grossas, tiras a quente, vergalhões, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais.
Laminação a frio
excelente acabamento superficial
boas propriedades mecânicas
Laminador
O laminador é constituído por:
• Estrutura metálica (gaiola ou
quadro)
• Cilindros • Mancais • Motor.
Tipos de Laminador
Laminador duo:
Laminador duo reversível:
Tipos de Laminador
Rolos de menor diâmetro
Rolos de menor diâmetro
Vantagens
• Menor carga de
laminação
Desvantagens
• Possuem menor
rigidez e resistência a
Tipos de Laminador
Laminador quadruo Laminador quadruo
Tipos de Laminador
• É uma combinação de cilindros horizontais e verticais empregados na laminação de perfilados pesados.
Tipos de Laminador
Laminador mandrilador (mannesmann):
• Os cilindros são inclinados fazendo
com que o material gire e seja
Tipos de Laminador
Laminação de roscas
Tipos de Laminador
Laminação de perfis
• Barras de seção circular e hexagonal e perfis estruturais
Forças e relações geometrias na laminação
Como o volume de metal que passa em cada ponto é o mesmo:
Onde,
b = largura da chapa
Conclusão:
Velocidade de saída é maior que a velocidade de entrada
Conclusão:
Torque e Potência
A potencia é utilizada para
quatro objetivos:
Energia para deformar o material
Energia para vencer o atrito no rolamento
Energia desperdiçada no sistema de transmissão Perda elétrica nos motores e geradores
A carga pode ser considerada concentrada em um ponto.
Processo de fabricação
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
TREFILAÇÃO
Conceitos iniciais
Trefilação
• É uma operação em que a matéria-prima é estirada através de
Principais Produtos
Equipamentos
• Bancada de trefilação
• Máquina de trefilar sem deslizamento • Máquina de trefilar com deslizamento.
Equipamentos
Bancada de trefilação
• Utilizadas para a produção de componentes não bobináveis como barras e tubos - comprimento limitado
Equipamentos
Máquina de trefilar sem deslizamento
Equipamentos
Fieira
• Cone de entrada – ângulo de entrada • Cone de trabalho Região de deformação • Região de calibração – zona cilindrica • Cone de saída - ângulo de saída
Fieira
• Carbonetos sintetizados (sobretudo WC) – widia • Aços de alto C revestidos de Cr (cromagem dura) • Aços especiais (por exemplo, Cr-Ni, Cr-Mo e Cr-W) • Ferro fundido branco
• Cerâmicos (pôs de óxidos metálicos sintetizados) • Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras)
Trefilação dos arames de aço
Matéria-prima: fio-maquina (vergalhão laminado a quente)
Descarepação: Mecânica (descascamento):dobramento e escovamento Química: (decapagem): com HCl ou H2SO4 diluídos
Lavagem: em agua corrente
Recobrimento: comumente por imersão em leite de cal Ca(OH)2 a 100oC a fim de neutralizar resíduos de acido, proteger a superfície do arame e servir de suporte para o lubrificante de trefilação.
Secagem: (em estufa) – também remove H2 dissolvido na superfície
Características da Trefilação
Comumente realizado a frio
Propriedades mecânicas controladas
Pequenas reduções de seção por passe
Ótima precisão dimensional
Propriedades dos produtos
O processo de trefilação geralmente e a frio, logo o produto trefilado encontra-se “encruado”.
• Ha um aumento da resistência mecânica.
• Microestrutura adequada aos tratamentos térmicos • Aumento na resistência a fadiga.
Trefilação de tubos Sem apoio interno (REBAIXAMENTO ou AFUNDAMENTO)(fig.a)
Com mandril passante (fig.b)
Com plug (bucha) interno (fig. c)
Processo de fabricação
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
EXTRUSÃO
Conceitos iniciais
Extrusão
A extrusão é um processo de conformação plástica que consiste em fazer passar um tarugo ou lingote (de seção circular), colocado dentro de um recipiente, pela abertura existente no meio de uma ferramenta, colocada na extremidade do recipiente, por meio da ação de compressão de um pistão acionado pneumática ou hidraulicamente.
Características
Realizada a quente ou a frio dependendo da ductilidade do material
Cada tarugo é extrudado individualmente – processo semi-contínuo.
Visa obter perfis metálicos com propriedades mecânicas controladas e de comprimento limitado pelo volume inicial do lingote.
Produtos
Em geral a configuração das formas, chamadas de matrizes de extrusão, é transversal e vazada, mas também pode ser cheia.
Os produtos extrudados tem secção transversal constante com dimensões bastante precisas, podendo no caso de peças compridas serem cortadas ou fatiadas de acordo com a necessidade de uso.
Tipos de extrusão
• um tarugo cilíndrico é colocado numa câmara e forçado (empurrado)
através de uma abertura de matriz através de um pistão hidráulico. A abertura da matriz pode ser circular ou de outro formato.
EXTRUSÃO DIRETA
EXTRUSÃO DIRETA
Tipos de extrusão
• Emprega-se uma haste oca que empurra a matriz contra o
metal a extrudar. A matriz se desloca na direção do tarugo
EXTRUSÃO INDIRETA (REVERSA, INVERTIDA) :
Tipos de extrusão
Menor esforço de deformação e menor
atrito
Obtenção de produto mais homogêneo
maior complexidade do equipamento – pistão oco (menor resistência
à flambagem para grandes componentes VANTAGENS E DESVANTAGENS DA EXTRUSÃO INDIRETA EM RELAÇÃO A EXTRUSÃO DIRETA VANTAGENS E DESVANTAGENS DA EXTRUSÃO INDIRETA EM RELAÇÃO A EXTRUSÃO DIRETA
Tipos de extrusão
• A pressão para a operação de extrusão é proveniente de um meio fluido
que envolve o tarugo. Não existe fricção entre parede e tarugo.
EXTRUSÃO HIDROSTÁTICA:
Tipos de extrusão Extrusão hidrostática
As pressões usadas são da ordem de 1400 MPa.
Extrusão hidrostática é realizada usualmente a temperatura ambiente , em geral usando óleo vegetal como meio fluido, combinando as qualidades de viscosidade e lubrificação. Pode-se também trabalhar em alta temperatura. Neste caso ceras , polímeros ou vidro são usados como fluido, que também tem a função de manter o isolamento térmico do tarugo durante o procedimento de extrusão
Extrusão hidrostática é realizada usualmente a temperatura ambiente , em geral usando óleo vegetal como meio fluido, combinando as qualidades de viscosidade e lubrificação. Pode-se também trabalhar em alta temperatura. Neste caso ceras , polímeros ou vidro são usados como fluido, que também tem a função de manter o isolamento térmico do tarugo durante o procedimento de extrusão
as vantagens essenciais do método são:
• baixa fricção
• pequenos ângulos de matriz • altas relações de extrusão
Parâmetros físicos
Força de extrusão
A força requerida para o processo depende da resistência do material, da relação de extrusão, do atrito na câmara e na matriz, e outras variáveis como a temperatura e a velocidade de extrusão.
A força pode ser estimada pela fórmula: A força pode ser estimada pela fórmula:
Outros parâmetros do processo
Temperatura do tarugo
Velocidade de deslocamento
do pistão e
Tipo de lubrificante
Extrusão a quente
• É feita em temperatura elevada para ligas que não tenham suficiente
ductilidade a temperatura ambiente, de forma a reduzir as forças necessárias.
• É feita em temperatura elevada para ligas que não tenham suficiente ductilidade a temperatura ambiente, de forma a reduzir as forças necessárias.
Características: O desgaste da matriz é excessivo
O esfriamento do tarugo na câmara pode gerar deformações não-uniformes
O tarugo aquecido é coberto por um filme de óxidos que afeta o fluxo de metal por suas características de atrito e pode gerar um acabamento superficial pobre.
Extrusão a frio
Vantagens
•Melhores propriedades mecânicas
resultantes do encruamento, desde que o calor gerado pela deformação não recristalize o metal.
•Controle das tolerâncias, requerendo
pouca ou nenhuma operação posterior de acabamento.
•Melhor acabamento superficial,
devido em parte pela não existência de camada de óxido, desde que a lubrificação seja eficiente.
•Eliminação do pré-aquecimento do
tarugo.
Desvantagens
• A magnitude da tensão no ferramental
de extrusão é muito alta, especialmente para trabalhar peças de aço. A dureza do punção varia de 60 a 65 HRc e a da matriz de 58 a 62 HRc.
Extrusão a frio
Extrusão por impacto
É similar a extrusão indireta e frequentemente incluída na categoria da extrusão a frio. O punção desce rapidamente sobre o
tarugo que é extrudado para trás.
A espessura da seção extrudada é função da folga entre o punção e
a cavidade da matriz.
Processo de fabricação
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FORJAMENTO
Conceitos iniciais
Forjamento
•
É o processo de conformação através do qual se
Conceitos iniciais
Histórico: O forjamento é o mais antigo processo de conformar metais, tendo suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos séculos antes de Cristo.
Equipamentos
• Martelo de forjar: aplica golpes de impacto
rápidos sobre a superfície do metal.
• Prensas de forjar: submetem o metal a
uma força compressiva aplicada relativamente de uma forma lenta.
Equipamentos - martelos
Martelo de
queda livre
Martelo de
dupla-ação
Martelo de
Equipamentos - Prensas
Classificação
Forjamento livre
• Uso de ferramentas planas e simples • Peças de grande porte
• Pequenos lotes • Pré-conformação
Forjamento em matriz
• A peça adquire a forma da matriz • Grande volume de produção
Matriz aberta ou livre
É usado geralmente para fabricar peças grandes, com forma relativamente simples (ex.: eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, excêntricos, ferramentas agrícolas, etc.) e em pequeno número;
Matriz aberta ou livre
Regra geral:
O metal irá escoar mais facilmente para a superfície livre mais próxima porque esta representa a condição de menor atrito.
Regra geral:
O metal irá escoar mais facilmente para a superfície livre mais próxima porque esta representa a condição de menor atrito.
Matriz aberta ou livre
Matrizes simples e barato;
Grande faixa de tamanhos;
Boa resistência mecânica
Somente formatos simples; Difícil obter tolerâncias estreitas;
Usinagem requerida; Baixa taxa de produção; Pobre aproveitamento do material;
Maior habilidade requerida
Matriz aberta ou livre
Operações
Unitárias
Recalque
Recalque
Estiramento
Estiramento
Encalcamento
Encalcamento
Rolamento
Rolamento
Alargamento
Alargamento
Furação
Furação
Operações
unitárias mais
comuns
Extrusão
Extrusão
Laminação de forja
Laminação de forja
Matriz aberta ou livre
Recalque ou recalcamento
Compressão direta do material entre um par de ferramentas de face plana ou côncava, visando primariamente reduzir a altura da peça e aumentar a sua secção transversal.
Matriz aberta ou livre
Estiramento:
Visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da sua espessura
Matriz aberta ou livre
Encalcamento
Variedade de estiramento em que se reduz a secção de uma porção intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão adequada
Matriz aberta ou livre
Alargamento:
Matriz aberta ou livre
Furação
Abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de um punção de formato apropriado
Matriz aberta ou livre
Caldeamento
Visa produzir a soldagem de duas superfícies metálicas limpas, postas em contato, aquecidas e submetidas a compressão.
Matriz aberta ou livre
Cunhagem
Geralmente realizada a frio, empregando matriz fechada ou aberta, visa produzir uma impressão bem definida na superfície de uma peça, sendo usada para fabricar moedas, medalhas talheres e outras peças pequenas, bem como para gravar detalhes de diversos tipos em peças maiores
Forjamento em matriz fechada
DEFINIÇÃO: É um processo pelo qual o material sofre deformação por compressão e é impelido em direções determinadas pela forma da ferramenta (matriz)
Forjamento em matriz fechada
Rebarba
Forjamento sem rebarba:
• Deformação dentro de uma cavidade totalmente
fechada, sem zona de escape, é fundamental a precisão na quantidade fornecida de material:
• Quantidade insuficiente • Excesso de material.
Forjamento com rebarba
• Dada a dificuldade de dimensionar a
quantidade exata fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno excesso.
• O metal em excesso flui para fora da cavidade
da matriz e se aloja na zona oca chamada “bacia”.
Forjamento em matriz fechada
Rebarba
As funções da rebarba:
• Atuar como "válvula de segurança" para o
excesso de metal na cavidade das matrizes;
• Regular o escapamento do metal,
Forjamento em matriz fechada
Muitos produtos forjados são
produzidos por uma série
de cavidades
1ª impressão é chamada de bordadura, encalcamento ou dobramento
Impressões Intermediárias são para ajustar o metal para próximo da sua forma final
A forma final é obtida na operação de forjamento final
Forjamento em matriz fechada Melhor aproveitamento do material; Melhores propriedades; Boa precisão dimensional ;
Alta taxa de produção; Boa reprodutibilidade
Alto custo do ferramental para pequenas
quantidades;