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Processos de Conformação - Coggle Diagram

- - - - ensaios de laboratório
        
        O estado de tensão presente é conhecido e pode ser adequadamente controlado, assim como a temperatura e taxa de deformação
        
        Ensaios de: tração, compressão, torção
        
        Ensaios de torção
        
        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
        
        Ensaios de compressão
        
        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
        
        Ensaios de dobramento
        
        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
      - ensaios de fabricação
        
        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
        
        Destacam-se
        
        Ensaio de compressão sob deformação plana
        
        Ensaio de indentação em meia-largura
        
        Ensaio de tração secundária (modificado do anterior)
        
        Ensaio de compressão de anéis útil para avaliação do coeficiente de atrito
- - - - Constituídos pelos processos de conformação plástica e pelos processos de conformação por usinagem
    - - conformação por solidificação
        e conformação por sinterização
  - - - Por compressão direta: forjamento e laminação
      - Por compressão indireta: trefilação, extrusão,
        embutimento
      - Por tração: estiramento de chapas
      - Por cisalhamento: torção de barras e corte de chapas
      - Por flexão: dobramento livre, dobramento de matriz e calandragem
    - - Trabalho mecânico a frio
        
        Provoca o aparecimento do encruamento (aumento da resistência mecânica com a deformação plástica)
      - Trabalho mecânico a quente
        
        Trabalho feito numa faixa de temperatura por um tempo em que o encruamento é eliminado pela recristalização do metal
  - - - Escorregamento
      - Maclação
  - - - σ = lim (ΔA ->0) P/ΔA
  - - - Relação entre o deslocamento de um material ao longo de um determinado comprimento por meio de uma tensão de cisalhamento
  - - - a análise da integridade das ferramentas
      - 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)
      - da temperatura de trabalho
      - do estado de tensão
      - dos gradientes de deformação desenvolvidos
    - - relacionadas com o material trabalhado
        
        composição química
        
        tamanho e forma granular
        
        porcentagem, distribuição, morfologia, tamanho e natureza de precipitados e soluções sólidas
      - relacionadas ao processo de conformação
        
        grau de deformação
        
        taxa de deformação
        
        temperatura
        
        atrito
        
        estado de tensão
- - - - Conformação por compressão no qual o metal é forçado a fluir através de uma matriz com forma desejada para produzir seção reduzida
      - Geometria da matriz permanece inalterada
      - Classificação: perfis sólidos, perfis tubulares,
        semitubulares
      - Perfis tubulares
      - Utiliza-se mandril interno que move independente do pistão
      - Matriz tipo estrela
      - Tipos
        
        Direta
        
        tarugo cilíndrico é colocado numa câmara e
        forçado através de uma abertura da matriz por um pistão hidráulico
        
        Indireta
        
        tarugo é colocado em uma câmara e a
        matriz se desloca na direção do tarugo
        
        Hidrostática
        
        diâmetro do tarugo é menor do que o da
        câmara, que é preenchida por um fluido
        
        É efetuada geralmente a temperatura ambiente; óleo vegetal como fluido
        
        Atrito praticamente nulo; ponta do tarugo tem que ser cônica
    - - Razão de extrusão
        
        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
      - Fator de transformação
        
        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
      - Temperatura de trabalho
        
        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
      - Velocidade de extrusão
        
        maior velocidade gera maior
        taxa de deformação; maior temperatura
        
        Alta temperatura agravada pela redução do tempo para dissipação do calor gerado
        
        Baixa velocidade: há grande dissipação de calor
      - Condições de atrito
        
        Baixo atrito: presença de fluido
        
        Médio atrito: produz zona neutra de metal que sofre pequena deformação
        
        Alto atrito: desenvolve-se um plano de
        cisalhamento interno
    - - Prensas hidráulicas
        
        Controle da velocidade de operação e o curso
        
        Força pode ser mantida constante para um longo curso: extrusão de peças longas
        
        Prensas hidráulicas verticais
        
        extrusão a frio, menor
        capacidade, ocupam menos espaço
        
        Prensas excêntricas
        
        extrusão a frio e por impacto; produção em série de pequenos componentes
        
        Prensas especiais
        
        operações de múltiplos estágios;
        seção transversal progressivamente reduzida
    - - Produtos longos com seção transversal uniforme
      - Seção entre 1 a 100 mm; ligas de alumínio
      - 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
      - Carregamento: “compressão indireta”
      - 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
    - - Classificadas em três critérios
        
        Quanto aos sistemas de lubrificação
        
        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
        
        Quanto ao modo que exercem o esforço
        
        Sem deslizamento
        
        Possui sistema de tração do fio, constituído de anel tirante
        
        Anel primeiro acumula o fio trefilado, depois permite o movimento para segunda fieira
        
        Com deslizamento
        
        Fio parte de uma bobina – desbobinadeira - roldana - primeira fieira – tracionado – alinhado com a segunda fieira – segunda fieira – etc
        
        Quanto ao diâmetro dos fios trefilados
    - - Arames e fios que são empregados em
        
        Condução elétrica, equipamentos eletrônicos, cabos, molas, instrumentos musicais, clips de papel, cercas, eletrodos para soldagem, etc.
        
        Barras redondas: diâmetro superior a 5 mm
  - - - Ferramental: par de ferramentas de superfícies plana ou côncava denominada matriz ou estampo
      - Maioria das operações é efetuada a quente
      - 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
      - Fluxo do metal não é confinado
      - 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
    - - Etapas
        
        Corte do material
        
        Aquecimento
        
        Pré-conformação (forjamento livre)
        
        Forjamento em matriz fechada
        
        Rebarbação
      - Visão geral
        
        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
      - Considerações econômicas
        
        Lotes viáveis > 10.000 peças
        
        Prensas de até 33.000 toneladas
        
        Projeto: complexidade da peça
      - Equipamentos
        
        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
      - Matriz aberta ou fechada
      - Frio, morno ou a quente
      - Equipamento: recalcadora ou máquinas de
        forjamento por compressão
    - - 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
  - - - Conformar uma chapa plana à forma de uma matriz, pela aplicação de esforços transmitidos através de um punção
      - Na operação principal de conformação
        
        Alongamento e contração das dimensões de todos
        os elementos de volume
        
        Chapa plana adquire uma nova forma geométrica
    - - Mecânicas
        
        energia armazenada num volante e transferida para o cursor móvel no êmbolo da prensa
      - Hidráulicas
        
        são de ação mais lenta, mas com golpes
        mais longos e com maior força
    - - Punção: elemento móvel; ferramenta convexa que se acopla com a matriz
      - Matriz: elemento fixo, ferramenta côncava
      - 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
      - Aresta de corte apresenta três regiões
        
        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
      - exemplo
        
        pára-lamas, panelas, latinhas de alumínio
      - 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.)
      - Pressão no prensa chapas
        
        Pequena: rugas nas laterais da peça
        
        Grande: ruptura da peça
      - 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)
  - - - Visão geral
        
        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
        
        Formas: barra, lingote, placa, fio, tira, etc.
        
        Material é submetido a tensões compressivas
        elevadas: ação de prensagem dos rolos
      - Etapas
        
        Redução ou desbaste inicial: laminação a quente
        
        Nova etapa: redução ainda com laminação a quente
        
        Laminação a frio: produto com excelente
        acabamento superficial
      - trabalho a quente
        
        Requer menos energia mecânica
        
        Reduz heterogeneidades da estrutura do material
        
        Eliminação de bolhas de gás e porosidade
      - Laminador
        
        Cilindros, mancais, carcaça (gaiola), motor
        
        Forças podem atingir milhares de toneladas
        
        Construção rígida e motores potentes
        
        Duo, trio, quádruo
        
        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
      - Laminação de tubos sem costura
      - “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
      - Tensões de ruptura elevadas no seu centro
      - Estado de tensão no centro provoca ruptura de material nessa área: barra abre e contorna o perfil, formando o tubo
      - Temperaturas 1.200 a 1.300 °C
      - Diversas operações são feitas para ajuste dos diâmetros
      - Diâmetros entre 60 a 660 mm; espessura de paredes 3 e 125 mm
      - Comprimentos até 28 m
    - - 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)
      - Dependendo do produto
        
        Laminação seguida de tratamento térmico – têmpera e revenido
        
        Tratamentos superficiais - zincagem
      - Parafusos de aço carbono, aços ligas, aços
        inoxidáveis, ligas de alumínio e cobre
      - Usinagem: no caso da laminação é recomendada para altos lotes de produção
    - - Cross-rolling ou roll forming
      - 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
  - - - 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
- - - - Aumento da demanda de força e potência
      - Causa tensões residuais e defeitos
      - Elevação da temperatura
      - Fluxo do metal é retardado
      - Desgastes das ferramentas
      - Facilitar o “agarramento” das ferramentas de
        conformação com o metal a ser conformado
      - Aumento do consumo de energia necessária à deformação, diminuindo a eficiência
  - - - o que caracteriza um encruamento:
        
        deformação permanente
        
        aumento geral na resistência mecânica
        
        decréscimo da ductilidade
        
        interação das discordâncias entre si com outras barreiras, que diminuem ou restringem o seu movimento através da rede cristalina
      - Deformação plástica
        
        causa aumento no número de
        discordâncias (por cm³)
      - Taxa de encruamento
        
        quanto a taxa de resistência
        mecânica muda com a deformação plástica
      - Efeitos do encruamento são reversíveis
        
        Propriedades podem voltar aos níveis originais
    - - aquecimento a uma temperatura
        específica por um determinado período de tempo
    - - tensões nas regiões deformadas são
        aliviadas
    - - formação de grãos axiais livres
        substituindo os grãos originais deformados
    - - temperatura em que a recristalização completa ocorre em aproximadamente uma hora
      - Chumbo, estanho, cádmo: em torno da temperatura ambiente
      - Aço: acima de 900 °C
      - Fio de tungstênio: 1200 a 1500 °C
    - - temperatura continuar a aumentar os grãos recristalizados começam a crescer, excedendo os tamanhos dos originais
    - - Temperatura < 0,3 Tm (temperatura de fusão em Kelvin)
      - Temperatura ambiente
      - Alta potência e forças
      - Necessário (em alguns casos) recozimento
      - Boa precisão dimensional (inexistência da contração de resfriamento)
      - Bom acabamento (inexistência de oxidação)
    - - Temperatura 0,3 a 0,6 Tm
      - 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
      - Precisão dimensional e acabamento
      - Formas complexas sem oxidação excessiva
    - - Temperatura > 0,6 Tm
      - Temperatura acima da temperatura de recristalização
      - Limite de escoamento diminui, ductilidade aumenta
      - Benefícios
        
        Menores força e potência
        
        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
      - Limitações
        
        Precisão dimensional pobre
        
        Oxidação ou descarbonetação (aços)
        
        Alto consumo de energia
        
        Vida útil dos equipamentos e ferramentas de
        conformação diminuídas
  - - - Interface peça ferramenta: reduzir o atrito
      - Atuar como barreira térmica
      - Minimizar a corrosão
    - - Facilidade de aplicação e remoção
      - Ausência de toxidade, odor, flamabilidade
      - Ausência de reatividade com a superfície da peça
      - Molhabilidade
      - Fluidez
      - Custo
    - - Óleos minerais
      - Saponáceos
      - Grafite
      - Vidros fundidos
      - Serragem