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Aula 4 - conformação mecânica - ver.1

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Academic year: 2020

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(1)

LAMINAÇÃO

Processo de fabricação

CONFORMAÇÃO MECÂNICA

(2)

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

(3)

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

(4)
(5)

Laminador

O laminador é constituído por:

Estrutura metálica (gaiola ou

quadro)

CilindrosMancaisMotor.

(6)

Tipos de Laminador

Laminador duo:

Laminador duo reversível:

(7)

Tipos de Laminador

Rolos de menor diâmetro

Rolos de menor diâmetro

Vantagens

Menor carga de

laminação

Desvantagens

Possuem menor

rigidez e resistência a

(8)

Tipos de Laminador

Laminador quadruo Laminador quadruo

(9)

Tipos de Laminador

É uma combinação de cilindros horizontais e verticais empregados na laminação de perfilados pesados.

(10)

Tipos de Laminador

Laminador mandrilador (mannesmann):

Os cilindros são inclinados fazendo

com que o material gire e seja

(11)

Tipos de Laminador

Laminação de roscas

(12)

Tipos de Laminador

Laminação de perfis

Barras de seção circular e hexagonal e perfis estruturais

(13)

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:

(14)

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.

(15)

Processo de fabricação

CONFORMAÇÃO MECÂNICA

TREFILAÇÃO

(16)

Conceitos iniciais

Trefilação

É uma operação em que a matéria-prima é estirada através de

(17)

Principais Produtos

(18)

Equipamentos

Bancada de trefilação

Máquina de trefilar sem deslizamentoMáquina de trefilar com deslizamento.

(19)

Equipamentos

Bancada de trefilação

Utilizadas para a produção de componentes não bobináveis como barras e tubos - comprimento limitado

(20)

Equipamentos

Máquina de trefilar sem deslizamento

(21)

Equipamentos

(22)

Fieira

Cone de entrada – ângulo de entradaCone de trabalho Região de deformaçãoRegião de calibração – zona cilindricaCone de saída - ângulo de saída

(23)

Fieira

Carbonetos sintetizados (sobretudo WC) – widiaAços 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)

(24)

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

(25)

Características da Trefilação

Comumente realizado a frio

Propriedades mecânicas controladas

Pequenas reduções de seção por passe

Ótima precisão dimensional

(26)

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 térmicosAumento na resistência a fadiga.

(27)

Trefilação de tubos Sem apoio interno (REBAIXAMENTO ou AFUNDAMENTO)(fig.a)

Com mandril passante (fig.b)

Com plug (bucha) interno (fig. c)

(28)

Processo de fabricação

CONFORMAÇÃO MECÂNICA

EXTRUSÃO

(29)

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.

(30)

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.

(31)

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.

(32)

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

(33)

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) :

(34)

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

(35)

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:

(36)

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 matrizaltas relações de extrusão

(37)

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:

(38)

Outros parâmetros do processo

Temperatura do tarugo

Velocidade de deslocamento

do pistão e

Tipo de lubrificante

(39)

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.

(40)

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.

(41)

Extrusão a frio

(42)

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.

(43)

Processo de fabricação

CONFORMAÇÃO MECÂNICA

FORJAMENTO

(44)

Conceitos iniciais

Forjamento

É o processo de conformação através do qual se

(45)

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.

(46)

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.

(47)

Equipamentos - martelos

Martelo de

queda livre

Martelo de

dupla-ação

Martelo de

(48)

Equipamentos - Prensas

(49)
(50)

Classificação

Forjamento livre

Uso de ferramentas planas e simplesPeças de grande porte

Pequenos lotesPré-conformação

Forjamento em matriz

A peça adquire a forma da matrizGrande volume de produção

(51)

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;

(52)

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.

(53)

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

(54)

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

(55)

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.

(56)

Matriz aberta ou livre

Estiramento:

Visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da sua espessura

(57)

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

(58)

Matriz aberta ou livre

Alargamento:

(59)

Matriz aberta ou livre

Furação

Abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de um punção de formato apropriado

(60)

Matriz aberta ou livre

Caldeamento

Visa produzir a soldagem de duas superfícies metálicas limpas, postas em contato, aquecidas e submetidas a compressão.

(61)

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

(62)

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)

(63)

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”.

(64)

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,

(65)

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

(66)

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;

(67)

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