Conjunto de processos de manufatura que usa a deformação plástica para mudar a forma do material

Propriedades como baixa tensão de escoamento e alta ductilidade

Tensões compressivas, trativas, de dobramento ou de cisalhamento

Significante quantidade de deformações e grandes mudanças de forma

A razão área volume da peça é relativamente pequena

Operações correlatas em chapas, tiras, bobinas

Razão área superficial/volume da peça é alta

Constituídos pelos processos de conformação plástica e pelos processos de conformação por usinagem

Por compressão direta: forjamento e laminação

Por compressão indireta: trefilação, extrusão,
embutimento

Por cisalhamento: torção de barras e corte de chapas

Por flexão: dobramento livre, dobramento de matriz e calandragem

Provoca o aparecimento do encruamento (aumento da resistência mecânica com a deformação plástica)

Trabalho feito numa faixa de temperatura por um tempo em que o encruamento é eliminado pela recristalização do metal

Peça metálica tracionada: passa por deformação elástica posteriormente por deformação plástica

Tensão limite entre essas deformações: limite de escoamento (resistência mecânica)

Ductilidade: grau de deformação permanente antes da ruptura

Quando se atinge a tensão limite de escoamento (durante a solicitação mecânica de um corpo metálico) o corpo inicia a deformação plástica

Esta tensão pode ser subdividida em um componente de força normal (perpendicular) à superfície ou tangente a esta

Denomina-se a tensão normal aquela oriunda de uma força perpendicular a esta superfície e quando a força é tangente, denomina-se tensão cisalhante

É a razão entre a diferença das dimensões finais e iniciais de um material dividido (normalizado) pelo valor inicial desta dimensão

Relação entre o deslocamento de um material ao longo de um determinado comprimento por meio de uma tensão de cisalhamento

A deformação de engenharia é uma grandeza
adimensional e representa um valor médio específico da deformação tomado sobre a extensão do segmento observado

O conceito de conformabilidade plástica está
intimamente relacionado à capacidade de promover-se a modificação da forma de um material metálico sem acarretar defeitos que inviabilizem seu uso

Associa-se o termo conformabilidade às condições limites de deformação nas quais o material mantém-se íntegro

Equipamentos empregados no processo,
caracterizando o que se denomina de capacidade do processo

do tipo de material trabalhado (preponderantemente a morfologia granular e a presença e distribuição de partículas)

dos gradientes de deformação desenvolvidos

porcentagem, distribuição, morfologia, tamanho e natureza de precipitados e soluções sólidas

Deformação plástica é medida pelo ensaio mecânico de tração

Buscam avaliar quantitativamente as características dos materiais metálicos sob condições específicas de solicitação

A análise dos resultados obtidos fornece informações aproximadas do comportamento plástico quando conformados pelos diversos processos

Os ensaios podem ser classificados quanto ao tipo de processo que se deseja avaliar, caracterizando o que se denominou forjabilidade e estampabilidade

O estado de tensão presente é conhecido e pode ser adequadamente controlado, assim como a temperatura e taxa de deformação

Pode-se atingir níveis elevados de deformação e de taxa de deformação sem que se observe o “empescoçamento”

O atrito não influencia o comportamento do material ensaiado; isso faz com que a torção seja muito empregada em ensaios a quente

Como desvantagem tem-se no ensaio de torção uma grande reorientação do material quando submetido a grandes deformações

No ensaio de compressão, ou recalque, de cilindros, não há os efeitos de “empescoçamento” e de reorientação cristalina propiciando grandes
deformações até romper-se o material ensaiado

As condições de lubrificação na interface material ferramentas podem ser controladas de modo a uniformizar a deformação ao longo da altura do corpo-de-prova, evitando o efeito de “embarrilamento”

A grande dificuldade desse tipo de ensaio reside na manutenção de uma taxa de deformação constante, que exige o uso de equipamentos especiais

É empregado para caracterização de materiais a temperaturas elevadas: necessita de dispositivos para não ocorrer o resfriamento diferenciado ao longo do corpo-de-prova que causaria a localização de escoamento e consequente instabilidade plástica

O ensaio de dobramento é empregado para avaliar a conformabilidade de placas espessas e é normalmente realizado a frio

Pode-se determinar a ductilidade de um material metálico através do ângulo de dobramento atingido quando de sua falha

Apresentam uma maior complexidade de execução e em sua maioria, não se encontram normalizados

Esses ensaios buscam reproduzir as condições verificadas nos processos de conformação e por isso exigem equipamentos e dispositivos mais elaborados do que os universais empregados nos ensaios de laboratório

Ensaio de compressão sob deformação plana

Ensaio de tração secundária (modificado do anterior)

Ensaio de compressão de anéis útil para avaliação do coeficiente de atrito

tem grande influência na resistência mecânica (junto com a taxa de deformação)

Processos de conformação a altas temperaturas tem altas taxas de deformação

interação das discordâncias entre si com outras barreiras, que diminuem ou restringem o seu movimento através da rede cristalina

Propriedades podem voltar aos níveis originais

aquecimento a uma temperatura
específica por um determinado período de tempo

temperatura em que a recristalização completa ocorre em aproximadamente uma hora

temperatura continuar a aumentar os grãos recristalizados começam a crescer, excedendo os tamanhos dos originais

Decréscimo da dureza e aumento da ductilidade

Temperatura < 0,3 Tm (temperatura de fusão em Kelvin)

Boa precisão dimensional (inexistência da contração de resfriamento)

Bom acabamento (inexistência de oxidação)

Material aquecido abaixo da temperatura de
recristalização

Ocorre a recuperação dinâmica (tensões são aliviadas nos grãos)

Combinar vantagens da conformação a frio e a quente

Formas complexas sem oxidação excessiva

Temperatura acima da temperatura de recristalização

Limite de escoamento diminui, ductilidade aumenta

Metais que fraturam a frio podem ser trabalhados

Peça é isotrópica em relação às propriedades
mecânicas

Altas temperaturas eliminam ou reduzem as
heterogeneidades químicas

Defeitos, como poros, são reduzidos ou eliminados

Vida útil dos equipamentos e ferramentas de
conformação diminuídas

Chumbo, estanho, cádmo: em torno da temperatura ambiente

Atrito é o mecanismo pelo qual se desenvolvem forças de resistência superficiais ao deslizamento de dois corpos em contato

Alguns processos: 50% da energia é pra vencer o atrito

A causa primordial para o atrito entre materiais metálicos correlaciona-se com o contato entre pequenas regiões ao longo das superfícies deslizantes

Helman e Cetlin (1983) apontam que as forças de atrito parecem ter sua origem na resistência ao cisalhamento destas uniões

Estas forças podem também se originar como resultado deum processo de “arar” o metal mais duro sobre a superfície do mais macio

Facilitar o “agarramento” das ferramentas de
conformação com o metal a ser conformado

Aumento do consumo de energia necessária à deformação, diminuindo a eficiência

Ausência de reatividade com a superfície da peça

Modificar a seção transversal pela passagem do material entre dois cilindros com geratriz retilínea ou contendo canais entalhados

Distância entre os dois cilindros deve ser menor que a espessura inicial da peça metálica

Processo proporciona alta produtividade e controle dimensional

Forças de atrito: “puxam” o metal entre os cilindros

Material é submetido a tensões compressivas
elevadas: ação de prensagem dos rolos

Redução ou desbaste inicial: laminação a quente

Nova etapa: redução ainda com laminação a quente

Reduz heterogeneidades da estrutura do material

Forças podem atingir milhares de toneladas

Medida que se laminam materiais mais finos:
cilindros de trabalho de pequeno diâmetro

Minimizar o risco dos cilindros fletir: apoiar em
cilindros de encosto

Desenvolvido pelos irmãos Manesmann (1885) na Alemanha

“Sem costura”: diferenciar tubos originados de tiras soldadas

Passagem de uma barra redonda maciça entre dois rolos de dupla conicidade

Os eixos dos rolos se cruzam sob certo ângulo: estão inclinados em relação ao sentido de passagem da barra

A orientação dos rolos origina um momento torçor e um avanço em sentido axial

Rolos fazem com que a barra gire: compressão progressiva e cíclica no mandril

Estado de tensão no centro provoca ruptura de material nessa área: barra abre e contorna o perfil, formando o tubo

Diversas operações são feitas para ajuste dos diâmetros

Diâmetros entre 60 a 660 mm; espessura de paredes 3 e 125 mm

Conformar o arame laminado entre “pentes”

Pentes: ranhuras dos filetes (passo helicoidal)

Processo é feito a frio: filetes com elevada resistência mecânica e com tensões residuais compressivas (melhorando a resistência a fadiga)

Laminação seguida de tratamento térmico – têmpera e revenido

Usinagem: no caso da laminação é recomendada para altos lotes de produção

Redução de uma seção de peça retangular ou
cilíndrica para passagem em um conjunto de rolos que giram em direção oposta

Rolos possuem entalhe de acordo com as formas desejadas na peça

Entalhes causam fluxo plástico do material na
direção paralela aos rolos de laminação

Rolos rotacionam somente uma vez na parte da peça em que a deformação é desejada

É um processo “preliminar” como na fabricação de virabrequins

Ferramental: par de ferramentas de superfícies plana ou côncava denominada matriz ou estampo

Parafusos, pinos, porcas, etc.: forjamento a frio

Material é conformado entre matrizes: forjamento em matriz aberta que não se tocam

Metal aquecido é submetido ao impacto de um martelo

Acionado por sistema pneumático ou queda livre

Peças com grandes dimensões acabadas que sejam grandes, com geometria simples e pequena escala

Eixos de navios e de turbinas, ganchos, âncoras, correntes

Pode ser empregada como primeira de uma série de etapas

Facilitar a obtenção de geometria complexa através de matriz fechada ou usinagem

Material é conformado entre duas metades de
matriz que possuem impressões com o formato que se deseja fornecer a peça

Deformação ocorre sob alta pressão em cavidade fechada ou semifechada

Produção de peças com tolerâncias dimensionais menores

Matriz fechada: precisão na quantidade de material fornecida na cavidade

Matriz provida de zona oca nas laterais: recolher material excedente ao término do preenchimento da cavidade principal – rebarba

Formação da rebarba: matriz totalmente preenchida

Martelos de forja: deformam o material através de rápidos golpes de impacto

Prensas: deformam o material por compressão contínua com velocidade relativamente baixa

Uma parte cilíndrica da peça é aumentada em
diâmetro e reduzida em comprimento

Operação que visa a redução do diâmetro de um tubo ou cilindro sólido

Empregada geralmente em extremidades de peças para criar seção cônica ou afunilada

Conformação por compressão no qual o metal é forçado a fluir através de uma matriz com forma desejada para produzir seção reduzida

Classificação: perfis sólidos, perfis tubulares,
semitubulares

Utiliza-se mandril interno que move independente do pistão

tarugo cilíndrico é colocado numa câmara e
forçado através de uma abertura da matriz por um pistão hidráulico

É efetuada geralmente a temperatura ambiente; óleo vegetal como fluido

Atrito praticamente nulo; ponta do tarugo tem que ser cônica

é a razão da área inicial da seção transversal do tarugo com a área final da seção transversal depois da extrusão

40:1 para o aço (processo a quente) e 400:1 para o alumínio

é a razão entre a área da seção transversal do recipiente e a área da seção transversal do perfil multiplicado pelo número de furos

Ligas de alumínio de baixa dureza: valor ideal 70 para perfis sólidos e 60 para tubulares

não deve exceder a temperatura solidus, onde se inicia a formação de fase líquida – evitar fissuras

Não aquecer próximo a temperatura de fusão:
impurezas de fusão menores fundirão nos contornos de grão – “fragilidade a quente”

Atrito provoca aquecimento do tarugo: oxidação

Alta temperatura agravada pela redução do tempo para dissipação do calor gerado

Baixa velocidade: há grande dissipação de calor

Médio atrito: produz zona neutra de metal que sofre pequena deformação

Controle da velocidade de operação e o curso

Força pode ser mantida constante para um longo curso: extrusão de peças longas

extrusão a frio e por impacto; produção em série de pequenos componentes

operações de múltiplos estágios;
seção transversal progressivamente reduzida

Produtos longos com seção transversal uniforme

Peças estruturais, tubos de cobre, esquadrias

Barra: redução é de 50%; múltiplos passes: redução entre 20 – 25%

Limitação: redução máxima por passe ser limitada a aquela que mantenha as tensões abaixo da tensão de escoamento

Trefilação de arames: estiramento de bobina passando por uma série de matrizes

Deformação plástica ocorre pelas tensões de tração e pelas tensões de compressão oriundas da reação da matriz sobre o metal

Matéria prima é estirada em matriz em forma de canal convergente por meio de força trativa aplicada ao lado de saída da matriz

Dependendo do material: tratamento térmico antes da trefilação e/ou entre os vários passes

Usado para reduzir o diâmetro da parede de tubos sem costura

Possui sistema de tração do fio, constituído de anel tirante

Anel primeiro acumula o fio trefilado, depois permite o movimento para segunda fieira

Fio parte de uma bobina – desbobinadeira - roldana - primeira fieira – tracionado – alinhado com a segunda fieira – segunda fieira – etc

Máquinas com sistema de imersão – fieira e anéis permanecem imersos no líquido lubri-refrigerante

Máquinas com sistema de aspersão – fieira recebe um jato de líquido lubri-refrigerante

Condução elétrica, equipamentos eletrônicos, cabos, molas, instrumentos musicais, clips de papel, cercas, eletrodos para soldagem, etc.

Conformar uma chapa plana à forma de uma matriz, pela aplicação de esforços transmitidos através de um punção

Alongamento e contração das dimensões de todos
os elementos de volume

Chapa plana adquire uma nova forma geométrica

energia armazenada num volante e transferida para o cursor móvel no êmbolo da prensa

Punção: elemento móvel; ferramenta convexa que se acopla com a matriz

Necessidade de alinhamento: mantê-las montadas

Pressão exercida por punção ou uma lâmina de corte

Esforço de compressão converte-se em esforço cisalhante (esforço cortante)

Separação brusca de uma porção da chapa

Chapa é levada até a ruptura nas superfícies em contato com as lâminas

Uma rugosa (superfície da trinca da fratura)

Uma lisa (atrito da peça com as paredes da matriz)

Uma arredondada (deformação plástica inicial)

Qualidade das arestas cortadas não é a mesma das usinadas

Planejamento do corte: aproveitamento das chapas

Projeto de corte: folga entre o punção e a matriz – folga varia em função da espessura (e)

Tira metálica é submetida a esforços aplicados em duas direções opostas: provocar flexão e deformação plástica

Há um raio de dobramento abaixo do qual o metal trinca na superfície externa: raio mínimo de dobramento

Raio de dobramento 3: indica que o metal pode ser dobrado formando um raio de 3 vezes a espessura da chapa

Deve-se considerar a recuperação elástica do material (efeito mola) para se obter as dimensões finais

Recuperação elástica será maior quanto maior for o limite de escoamento, menor o módulo de elasticidade e maior deformação plástica

Chapa plana (“blank”) adquira a forma de uma matriz imposta pela ação de um punção

Rendimento do processo: lubrificação (reduzir esforços e desgaste do ferramental)

Indicados óleos para extrema pressão: óleos minerais com aditivos (Cl, Pb, P, gorduras orgânicas, etc.)

Deve haver folga suficiente entre a matriz e o punção

Profundidade de copos muito elevada: utilizar
sequência de operações com diâmetros decrescentes (da matriz e do punção)

chapa axialmente simétrica é gradualmente conformada sobre um mandril pela ação de uma ferramenta

Ferramenta aplica pressão bem localizada, no ponto de contato

Geometrias obtidas: cones, semiesferas, tubos e cilindros, etc.

Uma carga explosiva é usada para conformar uma chapa ou uma placa na cavidade da matriz

A chapa é fixa e selada na matriz, criando-se vácuo no espaço entre as mesmas

Chapa e matriz são mergulhados dentro de um tanque com fluído (água) com a carga explosiva a uma certa distância