CONFORMAO MECNICACONCEITOS GERAIS CARACTERSTICAS Os processos de conformao mecnica alteram a geometria do material atravs de foras aplicadas por ferramentas adequadas que podem variar desde pequenas matrizes at grandes cilindros, como os empregados na laminao. Em funo da temperatura e do material utilizado a conformao mecnica pode ser classificada como trabalho a frio, a morno e a quente. Cada um destes trabalhos fornecer caractersticas especiais ao material e pea obtida. Estas caractersticas sero funo da matria prima utilizada como composio qumica e estrutura metalrgica (natureza, tamanho, forma e distribuio das fases presentes) e das condies impostas pelo processo tais como o tipo e o grau de deformao, a velocidade de deformao e a temperatura em que o material deformado. PRINCIPAIS PROCESSOS DE CONFORMAO O nmero dos diferentes processos unitrios de conformao mecnica, desenvolvidos para aplicaes especficas, atinge atualmente algumas centenas. No obstante, possvel classific-los num pequeno nmero de categorias, com base em critrios tais como: o tipo de esforo que provoca a deformao do material, a variao relativa da espessura da pea, o regime da operao de conformao, o propsito da deformao. Basicamente, os processos de conformao mecnica podem ser classificados em: - FORJAMENTO: conformao por esforos compressivos tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada matriz ou estampo. - LAMINAO: conjunto de processos em que se faz o material passar atravs da abertura entre cilindros que giram, modificando-lhe (em geral reduzindo) a seo transversal; os produtos podem ser placas, chapas, barras de diferentes sees, trilhos, perfis diversos, anis e tubos. - TREFILAO: reduo da seo transversal de uma barra, fio ou tubo, puxando-se a pea atravs de uma ferramenta (fieira, ou trefila) com forma de canal convergente. - EXTRUSO: processo em que a pea empurrada contra a matriz conformadora, com reduo da sua seo transversal. A parte ainda no extrudada fica contida num recipiente ou cilindro (container); o produto pode ser uma barra, perfil ou tubo. - CONFORMAO DE CHAPAS: Compreende as operaes de: - Embutimento; - Estiramento; - Corte; - Dobramento.

ASPECTOS DE TEMPERATURA NA CONFORMAOTemperatura na Conformao Os processos de conformao so comumente classificados em operaes de trabalho a quente, a morno e a frio. O trabalho a quente definido como a deformao sob condies de temperatura e taxa de deformao tais que processos de recuperao e recristalizao ocorrem simultaneamente com a deformao. De outra forma, o trabalho a frio a deformao realizada sob condies em que os processos de recuperao e recristalizao no so efetivos. No trabalho a morno ocorre recuperao, mas no se formam novos gros (no h recristalizao). No trabalho a quente, devido intensa vibrao trmica -que facilita muito a difuso de tomos e a mobilidade e aniquilamento das discordncias - o encruamento e a estrutura distorcida dos gros produzida pela deformao, so rapidamente eliminados pela formao de novos gros livres de deformao, como resultado da recristalizao. possvel conseguir grandes nveis de deformao, uma vez que os processos de recuperao e recristalizao acompanham a deformao. Ela ocorre a uma tenso constante. E como a tenso de escoamento plstico decresce com o aumento da temperatura,ver figura, a energia necessria para a deformao geralmente muito menor para o trabalho a quente do que para o trabalho a frio ou a morno.

VARIAO DA TENSO DE COMPRESSO COM A DEFORMAO EM FUNO DA TEMPERATURA PARA UM AO DE BAIXO CARBONO

No trabalho a frio, como o encruamento no aliviado, a tenso aumenta com a deformao. Assim a deformao total que possvel de se obter sem causar fratura menor no trabalho a frio do que no trabalho a quente e a morno. Exceto quando se realizam tratamentos trmicos de recozimento para aliviar os efeitos do encruamento. No trabalho a morno ocorre uma recuperao parcial da ductilidade do material e a tenso de conformao situa-se numa faixa intermediria entre o trabalho a frio e a quente. Costuma-se definir, para fins prticos, as faixas de temperaturas do trabalho a quente, a morno e a frio baseadas na temperatura homloga, que permite a normalizao do comportamento do metal, ver figura. Em um metal puro, que no sofre transformao de fase no estado slido, os pontos de referncia em termos de temperatura so: o zero absoluto e o ponto de fuso. Estes pontos, traduzidos em graus Kelvin, estabelecem os extremos da escala homloga de temperaturas.

REPRESENTAO DA TEMPERATURA HOMLOGA E DAS FAIXAS DE TEMPERATURA : trabalho a frio (TF), a morno (TM) e a quente (TQ).

Em termos de conformao mecnica, chama-se de trabalho a quente (TQ) aquele que executado em temperaturas acima de 0,5Tf trabalho a morno (TM), executado na faixa compreendida (grosseiramente) entre 0,3 e 0,5 Tf e trabalho a frio (TF) aquele que executado entre 0 e 0,3 Tf . importante compreender que a distino bsica entre TQ e TF portanto, funo da temperatura em que se d a recristalizao efetiva do material. Assim, embora para muitas ligas comerciais a temperatura do TQ seja realmente elevada em relao ambiente, para metais como Pb e Sn, que se recristalizam rapidamente temperatura ambiente aps grandes deformaes, a conformao temperatura ambiente TQ. Por outro lado, a conformao a 1100oC TF para o tungstnio, cuja temperatura de recristalizao superior a esta, embora seja TQ para o ao.

Gerao de Calor na Conformao Mecnica Nos processos de conformao, tanto a deformao plstica quanto o atrito contribuem para a gerao de calor. Da energia empregada na deformao plstica de um metal, apenas 5 a 10% ficam acumulados na rede cristalina, sob a forma de energia interna, sendo os restantes 90 a 95% convertidos em calor. Em algumas operaes de conformao contnua, como extruso e trefilao, efetuadas em altas velocidades, a temperatura pode aumentar de centenas de graus. Uma parte do calor gerado dissipada (transmitido s ferramentas ou perdido para a atmosfera), mas o restante permanece na pea, elevando-lhe a temperatura. Em condies idealmente adiabticas e sem atrito, o mximo acrscimo terico de temperatura devido deformao plstica dado pela expresso:

Para uma deformao e = 1,0 tem se DTmx igual a 74oC para alumnio, 277oC para ferro e 571oC para o titnio. Se a velocidade de um dado processo alta, a perda do calor gerado ser pequena e o aumento efetivo da temperatura ser prximo do valor terico. Faixas de Temperaturas Permissveis no Trabalho a Quente O limite inferior de temperatura para o trabalho a quente de um metal a menor temperatura para a qual a taxa de recristalizao rpida o bastante para eliminar o encruamento quando o metal est submetido quela temperatura. Para um dado metal ou liga metlica a menor temperatura de trabalho a quente depender de fatores tais como a quantidade de deformao e o tempo em que o material estar submetido a temperatura em questo. Uma vez que quanto maior o nvel de deformao menor a temperatura de recristalizao, o limite inferior de temperatura para o trabalho a quente diminuir para grandes deformaes. Um metal trabalhado com elevada velocidade de deformao e resfriado rapidamente ir requerer uma temperatura de trabalho a quente maior do que se este for deformado e resfriado vagarosamente, para a obteno de um mesmo nvel final de deformao. O limite superior de trabalho a quente determinado pela temperatura em que ocorre o incio de fuso ou o excesso de oxidao. Geralmente, a temperatura mais elevada de trabalho a quente limitada bem abaixo do ponto de fuso devido a possibilidade de fragilizao quente (existncia de compostos com menor ponto de fuso). Basta uma pequena quantidade de um filme de constituinte com baixo ponto de fuso nos contornos de gro para fazer um material desagregar-se quando deformado (fragilidade a quente). Geralmente emprega-se Tmax Tf 55oC (ou Tf 100oF) para evitar esta possibilidade. Para uma dada condio de presso e temperatura de trabalho haver uma quantidade mxima de deformao que pode ser fornecida pea (limitao esta baseada na resistncia ao escoamento, e no na ductilidade), como mostrado na figura. Se a temperatura de pr - aquecimento do tarugo inicial aumenta, a resistncia diminui e a deformao aumenta para uma dada presso aplicada; assim, as curvas "isobricas" aumentam com a temperatura, que obviamente ser sempre inferior linha solidus. A fragilizao a quente limita a temperatura de trabalho a valores inferiores temperatura solidus. E visto que com taxas de deformao altas ficar retido mais calor na pea. A temperatura da pea dever ser menor para evitar que ela atinja a faixa de fragilidade a quente.

DIAGRAMA ESQUEMTICO DOS EFEITOS DE TEMPERATURA, PRESSO E TAXA DE DEFORMAO SOBRE A FAIXA DE TRABALHO PERMISSVEL NA CONFORMAO A QUENTE

TRABALHO A FRIOO trabalho a frio acompanhado do encruamento (ingls "strain hardening") do metal, que ocasionado pela interao das discordncias entre si e com outras barreiras tais como contornos de gro que impedem o seu movimento atravs da rede cristalina. A deformao plstica produz tambm um aumento no nmero de discordncias, as quais, em virtude de sua interao, resultam num elevado estado de tenso interna na rede cristalina. Um metal cristalino contm em mdia 106 a 108 cm de discordncias por cm3, enquanto que um metal severamente encruado apresenta cerca de 1012 cm de discordncias por cm3. A estrutura caracterstica do estado encruado examinada ao microscpio eletrnico, apresenta dentro de cada gro, regies pobres em discordncias, cercadas por um emaranhado altamente denso de discordncias nos planos de deslizamento. Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento de resistncia e dureza e num decrscimo da ductilidade do material (ver figura). Num ensaio de trao, isso se traduz no aumento da tenso de escoamento, Y, e do limite de resistncia, Sr, bem como no decrscimo do alongamento total (alongamento na fratura), ef.

AUMENTO DO LIMITE DE ESCOAMENTO E DE RESISTNCIA TRAO E DIMINUIO DO ALONGAMENTO (e reduo de rea na fratura)COM O ENCRUAMENTO DEVIDOS AO TRABALHO A FRIO

A figura mostra que o limite de escoamento, Y, cresce mais rapidamente e se aproxima do limite de resistncia, Sr, enquanto que a ductilidade expressa aqui como ef cai de modo bastante brusco aps uma limitada quantidade de trabalho a frio. A microestrutura tambm muda, com os gros se alongando na direo de maior deformao, podendo o material como um todo desenvolver propriedades direcionais (anisotropia).

LaminaoO que laminao - o processo de conformao mecnica que consiste em modificar a seo transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, ou tira, etc., pela passagem entre dois cilindros com geratriz retilnea (laminao de produtos planos) ou contendo canais entalhados de forma mais ou menos complexa (laminao de produtos no planos), sendo que a distncia entre os dois cilindros deve ser menor que a espessura inicial da pea metlica. Uso - vantagens o processo de transformao mecnica de metais mais utilizado pois, apresenta alta produtividade e um controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso. Esforos envolvidos - na laminao o material submetido a tenses compressivas elevadas, resultantes da ao de prensagem dos rolos e a tenses cisalhantes superficiais, resultantes do atrito entre os rolos e o material. As foras de atrito so tambm responsveis pelo ato de "puxar" o metal para dentro dos cilindros. Etapas - A reduo ou desbaste inicial dos lingotes em blocos, tarugos ou placas realizada normalmente por laminao a quente. Depois dessa fase segue-se uma nova etapa de laminao a quente para transformar o produto em chapas grossas, tiras a quente, vergalhes, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais. A laminao a frio que ocorre aps a laminao de tiras a quente produz tiras a frio de excelente acabamento superficial, com boas propriedades mecnicas e controle dimensional do produto final bastante rigoroso. Laminadores Um laminador consiste basicamente de cilindros (ou rolos), mancais, uma carcaa chamada de gaiola ou quadro para fixar estas partes e um motor para fornecer potncia aos cilindros e controlar a velocidade de rotao. As foras envolvidas na laminao podem facilmente atingir milhares de toneladas, portanto necessria uma construo bastante rgida, alm de motores muito potentes para fornecer a potncia necessria. O custo, portanto de uma moderna instalao de laminao da ordem de milhes de dlares e consome-se muitas horas de projetos uma vez que esses requisitos so multiplicados para as sucessivas cadeiras de laminao contnua (tandem mill). Utilizam-se variadas disposies de cilindros na laminao, o mais simples constitudo por dois cilindros de eixo horizontais, colocados verticalmente um sobre o outro. Este equipamento chamado de laminador duo e pode ser reversvel ou no. Nos duos no reversveis, figura a), o sentido do giro dos cilindros no pode ser invertido e o material s pode ser laminado em um sentido. Nos reversveis, figura b), a inverso da rotao dos cilindros permite que a laminao ocorra nos dois sentidos de passagem entre os rolos. No laminador trio, figura c), os cilindros sempre giram no mesmo sentido. Porm, o material pode ser laminado nos dois sentidos, passando-o alternadamente entre o cilindro superior e o intermedirio e entre o intermedirio e o inferior. A medida que se laminam materiais cada vez mais finos, h interesse em utilizar cilindros de trabalho de pequeno dimetro. Estes cilindros podem fletir, e devem ser apoiados por cilindros de encosto, figura d). Este tipo de laminador denomina-se qudruo, podendo ser reversvel ou no. Quando os cilindros de trabalho so muito finos, podem fletir tanto na direo vertical quanto na horizontal e devem ser apoiados em ambas as direes; um laminador que permite estes apoios o Sendzimir, figura e). Um outro laminador muito utilizado o universal, que dispe de dois pares de cilindros de trabalho, com eixos verticais e horizontais, figura f). Existem outros tipos de laminadores mais especializados, como o planetrio, passo peregrino, Mannesmann, de bolas, etc.

ARRANJOS TPICOS DE CILINDROS: ( a) - laminador duo; ( b) - laminador duo reversvel; (c) - laminador trio; (d) - laminador qudruo, (e) - laminador Sendzimir e ( f ) - laminador universal.

Os cilindros de laminao so de ao fundido ou forjado, ou de ferro fundido, coquilhados ou no; compem-se de trs partes, figura abaixo: a mesa, onde se realiza a laminao, e pode ser lisa ou com canais; os pescoos, onde se encaixam os mancais; os trevos ou garfos de acionamento. Os cilindros so aquecidos pelo material laminado a quente e de grande importncia um resfriamento adequado deles, usualmente atravs de jatos de gua. Os mancais dos cilindros servem de apoio a estes cilindros; eventuais deformaes destas peas provocariam variaes dimensionais nos produtos, o que altamente indesejvel. Trs tipos de mancais so usados em laminadores: mancais de frico, onde o pescoo gira sobre casquilhos de bronze, madeira, etc., devidamente lubrificados; mancais de rolamento; mancais a filme de leo sob presso (tipo Morgoil).

Partes de um cilindro de laminao

Laminao a QuenteQuando o ao lingotado convencionalmente, a primeira operao de laminao ocorre em um laminador desbastador (blooming, slabbing mill), que usualmente um duo reversvel cuja distncia entre os rolos pode ser variada durante a operao. Na operao de desbaste utiliza-se tambm laminadores universais, o que permite um melhor esquadrinhamento do produto. Os produtos desta etapa so blocos (blooms, seo quadrada) ou placas (slab, seo retangular). As placas so laminadas at chapas grossas (material mais espesso) ou tiras a quente. Na laminao de chapas grossas utilizam-se laminadores duos ou qudruos reversveis, sendo este ltimo o mais utilizado. Na laminao de tiras, comumente utilizam laminadores duos ou qudruos reversveis numa etapa preparadora e um trem contnuo de laminadores qudruos. A figura abaixo mostra esquematicamente um trem contnuo de laminao. O material, aps a laminao ento, bobinado a quente, decapado e oleado indo a seguir para o mercado ou para a laminao a frio. Deve-se observar que, com o lingotamento contnuo, produzem-se placas e tarugos diretamente da mquina de lingotar, evitando-se uma srie de operaes de laminao, em especial a laminao desbastadora. As indstrias de transformao de no ferrosos operam com uma diversidade muito grande de produtos, portanto os equipamentos utilizados na laminao a quente desses materiais so muito menos especializados do que os empregados na laminao a quente de aos. Os lingotes de materiais no ferrosos so menores e as tenses de escoamento so normalmente mais baixas do que as dos materiais ferrosos, o que permite o uso de laminadores de pequeno porte. Laminadores duos ou trios so normalmente usados para a maioria dos metais no ferrosos na laminao a quente, entretanto, laminadores qudruos contnuos so usados para as ligas de alumnio.

Laminao a FrioA laminao a frio empregada para produzir folhas e tiras com acabamento superficial e com tolerncias dimensionais superiores quando comparadas com as tiras produzidas por laminao a quente. Alm disso, o encruamento resultante da reduo a frio pode ser aproveitado para dar maior resistncia ao produto final. Os materiais de partida para a produo de tiras de ao laminadas a frio so as bobinas a quente decapadas. A laminao a frio de metais no ferrosos pode ser realizada a partir de tiras a quente ou, como no caso de certas ligas de cobre, diretamente de peas fundidas. Trens de laminadores qudruos de alta velocidade com trs a cinco cadeiras so utilizados para a laminao a frio do ao, alumnio e ligas de cobre. Normalmente esses trens de laminao so concebidos para terem trao avante e a r. A laminao contnua tem alta capacidade de produo, o que resulta num custo de produo baixo. A reduo total atingida por laminao a frio geralmente varia de 50 a 90%. Quando se estabelece o grau de reduo em cada passe ou em cada cadeira de laminao, deseja-se uma distribuio to uniforme quanto possvel nos diversos passes sem haver uma queda acentuada em relao reduo mxima em cada passe. Normalmente, a porcentagem de reduo menor feita no ltimo passe para permitir um melhor controle do aplainamento, bitola e acabamento superficial. A eliminao do limite de escoamento descontnuo nas tiras de ao recozido um problema prtico muito importante, pois a ocorrncia deste fenmeno provoca uma deformao heterognea em posterior processamento (linhas de Lders). Isto devido ao alongamento descontnuo do limite de escoamento. A prtica normal dar uma pequena reduo final a frio no ao recozido, chamada de passe de encruamento superficial, que elimina o alongamento descontnuo do limite de escoamento. Esse passe de acabamento tambm resulta numa melhora da qualidade superficial e controle dimensional. Outros mtodos podem

ser utilizados na melhoria do controle dimensional das tiras ou folhas laminadas, entre estes esto o aplainamento por rolos e o desempeno por trao.

Laminao de Barras e PerfisBarras de seo circular e hexagonal e perfis estruturais como: vigas em I, calhas e trilhos so produzidos em grande quantidade por laminao a quente com cilindros ranhurados, conforme mostrado abaixo.

A laminao de barras e perfis difere da laminao de planos, pois a seo transversal do metal reduzida em duas direes. Entretanto, em cada passe o metal normalmente comprimido somente em uma direo. No passe subseqente o material girado de 90o. Uma vez que o metal se expande muito mais na laminao a quente de barras do que na laminao a frio de folhas, o clculo da tolerncia necessria para a expanso um problema importante no planejamento dos passes para barras e perfis. Um mtodo tpico para reduzir um tarugo quadrado numa barra alternando-se passes atravs de ranhuras ovais e quadradas. O planejamento dos passes para perfis estruturais muito mais complexo e requer bastante experincia. A maioria dos laminadores de barras equipada com guias para conduzir o tarugo para as ranhuras e repetidores para inverter a direo da barra e conduzi-la para o prximo passe. Os laminadores desse tipo podem ser normalmente duos ou trios. A instalao comum para a produo de barras consiste em uma cadeira de desbaste, uma cadeira formadora e uma cadeira de acabamento.

Processamento TermomecnicoNa indstria de fabricao do ao as dimenses externas de muitos produtos comerciais so resultado da deformao a quente, como na laminao, enquanto que, as propriedades mecnicas so obtidas pela adio de elementos de ligas e por tratamento trmico aps laminao a quente. Melhoria nas propriedades mecnicas acima das obtidas pelo efeito dos elementos de liga so frequentemente obtidas por tratamento trmico. No processamento do ao, por exemplo, por laminao, algumas vezes so obtidas melhorias de propriedades mecnicas do material quando comparadas com materiais mecanicamente processados e normalizados. Alm desse fato, as propriedades mecnicas obtidas por tmpera imediatamente aps laminao e revenido so algumas vezes melhores do que as do material laminado, resfriado ao ar e ento temperado e revenido. Nestes casos, a deformao a quente torna-se um constituinte necessrio do tratamento trmico e mudanas metalrgicas ocasionadas pela deformao a quente resultam em um efeito benfico adicional s propriedades mecnicas dos aos aps resfriamento ou aps tratamento trmico. O processamento termomecnico a tcnica desenvolvida para melhorar as propriedades mecnicas dos materiais atravs do controle do processo de deformao quente. Laminao controlada, resfriamento acelerado e tmpera direta, so exemplos tpicos de processamentos termomecnicos. Estes processos economizam energia na produo do ao pela minimizao ou at mesmo eliminao do tratamento trmico aps deformao quente, portanto, aumentam a produtividade na fabricao de aos de maior resistncia. Os tratamentos termomecnicos geralmente ocasionam uma mudana no projeto de composio qumica do ao e reduo na produtividade do processo de deformao quente, mas, tornam possveis redues na quantidade total de elementos de liga, melhoram a soldabilidade, aumentam a tenacidade e algumas vezes produzem novas e benficas caractersticas no ao.

ForjamentoO que : Forjamento o nome genrico de operaes de conformao mecnica efetuadas com esforo de compresso sobre um material dctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho. Ferramentas: Na maioria das operaes de forjamento emprega-se um ferramental constitudo por um par de ferramentas de superfcie plana ou cncava, denominadas matrizes ou estampos. Usos: A maioria das operaes de forjamento executada a quente; contudo, uma grande variedade de peas pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhes, etc., so produzidas por forjamento a frio. Histrico: O forjamento o mais antigo processo de conformar metais, tendo suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos sculos antes de Cristo. A substituio do brao do ferreiro ocorreu nas primeiras etapas da Revoluo Industrial. Atualmente existe um variado maquinrio de forjamento, capaz de produzir peas das mais variadas formas e tamanhos , desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas at rotores de turbinas e asas de avio. Classificao dos processos: O forjamento pode ser dividido em dois grandes grupos de operaes: Forjamento em matriz aberta ou Forjamento livre e Forjamento em matriz fechada

Tipos de Forjamento e Ferramentas Forjamento em Matriz AbertaO material conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente no se tocam (ver figura) .

usado geralmente para fabricar peas grandes, com forma relativamente simples (p. ex., eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, ncoras, alavancas, excntricos, ferramentas agrcolas, etc.) e em pequeno nmero; e tambm para pr-conformar peas que sero submetidas posteriormente a operaes de forjamento mais complexas.

Forjamento em Matriz FechadaO material conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo-relevo, impresses com o formato que se deseja fornecer pea (ver figura). A deformao ocorre sob alta presso em uma cavidade fechada ou semifechada, permitindo assim obterse peas com tolerncias dimensionais menores do que no forjamento livre.

Nos casos em que a deformao ocorre dentro de uma cavidade totalmente fechada, sem zona de escape, fundamental a preciso na quantidade fornecida de material: uma quantidade insuficiente implica falta de enchimento da cavidade e falha no volume da pea; um excesso de material causa sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinrio. Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, mais comum empregar um pequeno excesso. As matrizes so providas de uma zona oca especial para recolher o material excedente ao trmino do preenchimento da cavidade principal. O material excedente forma uma faixa estreita (rebarba) em torno da pea forjada. A rebarba exige uma operao posterior de corte (rebarbao) para remoo.

Equipamentos e MtodosOs equipamentos comumente empregados incluem duas classes principais: (a) Martelos de forja, que deformam o metal atravs de rpidos golpes de impacto na superfcie do mesmo; e (b) Prensas, que deformam o metal submetendo-o a uma compresso contnua com velocidade relativamente baixa. Os processos convencionais de forjamento so executados tipicamente em diversas etapas, comeando com o corte do material, aquecimento, pr-conformao mediante operaes de forjamento livre, forjamento em matriz (em uma ou mais etapas) e rebarbao.

Aplicaes

De um modo geral, todos os materiais conformveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a produo de peas forjadas so os aos (comuns e ligados, aos estruturais, aos para cementao e para beneficiamento, aos inoxidveis ferrticos e austenticos, aos ferramenta), ligas de alumnio, de cobre (especialmente os lates), de magnsio, de nquel (inclusive as chamadas superligas, como Waspaloy, Astraloy, Inconel, Udimet 700, etc., empregadas principalmente na indstria aeroespacial) e de titnio. O material de partida geralmente fundido ou, mais comumente, laminado - condio esta que prefervel, por apresentar uma microestrutura mais homognea. Peas forjadas em matriz, com peso no superior a 2 ou 3 kg, so normalmente produzidas a partir de barras laminadas; as de maior peso so forjadas a partir de tarugos ou palanquilhas, quase sempre tambm laminados, e cortados previamente no tamanho adequado. Peas delgadas, como chaves de boca, alicates, tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirrgicos, etc., podem ser forjadas a partir de recortes de chapas laminadas.

Forjamento Livre Operaes UnitriasO que so: So operaes relativamente simples de conformao por forjamento, empregando matrizes abertas ou ferramentas especiais, podendo ter as finalidades de: - produzir peas acabadas de feitio simples - redistribuir a massa de uma pea bruta para facilitar a obteno de uma pea de geometria complexa por posterior forjamento em matriz.

Operaes unitrias mais comuns Recalque ou recalcamentoCompresso direta do material entre um par de ferramentas de face plana ou cncava, visando primariamente reduzir a altura da pea e aumentar a sua seco transversal.

Estiramento

Visa aumentar o comprimento de uma pea s custas da sua espessura

Encalcamento (ingl. fullering)

Variedade de estiramento em que se reduz a seco de uma poro intermediria da pea, por meio de uma ferramenta ou impresso adequada.

Rolamento

Operao de distribuio de massa ao longo do comprimento da pea, mantendo-se a seco transversal redonda enquanto a pea girada em torno do seu prprio eixo.

Alargamento

aumenta a largura de uma pea reduzindo sua espessura.

Furao

Abertura de um furo em uma pea, geralmente por meio de um puno de formato apropriado.

Forjamento em Matriz GeneralidadesPeas de formas complexas ou de preciso no podem ser obtidas por tcnicas de forjamento livre, exigindo matrizes especialmente preparadas que contenham o negativo (ou contorno) da pea a ser produzida. Tais matrizes so caras, exigindo na maioria das vezes, alta produo para justificar seu custo. A obteno de um formato complexo normalmente no possvel com uma nica etapa de trabalho, exigindo uma ou mais etapas de pr-forjamento. As etapas de pr-forjamento podem ser efetuadas com o auxilio de superfcies especialmente usinadas no prprio bloco das matrizes, ou em equipamento separado, ou mesmo por meio de outros processos como a laminao. O objetivo do pr-forjamento redistribuir o metal para posies mais adequadas ao forjamento subseqente. A pr-forma assim obtida pode ser conformada para uma configurao mais prxima da final em uma matriz de esboo ("blocker die"), que assegura uma distribuio adequada de metal, mas ainda no na forma final.

Diante da dificuldade para se distribuir precisamente o material nas etapas de operaes unitrias, utilizase na maioria dos casos um certo excesso de material, que j na etapa de esboamento se permite escapar por entre as duas matrizes, formando uma rebarba que por vezes removida (cortada) antes do forjamento final nas matrizes de acabamento ("finishing dies") . Na etapa de acabamento o excesso de material tambm forma rebarba, que tem de ser fina para assegurar o preenchimento total da matriz e tolerncias rigorosas. Isto porque uma rebarba fina, em presena de atrito, gera alta presso de conformao.Veja o caso de distribuio de presso nas cavidades das matrizes, no caso de forjamento de uma p de turbina Para evitar um aumento excessivo desta presso as matrizes so usualmente projetadas de tal modo que a rebarba fica reduzida sua espessura mnima somente em uma largura pequena (garganta ou costura flash land) sendo permitido ao restante escoar livremente dentro da calha ou bacia ("flash gutter").Ver figura abaixo.

A decomposio da conformao de uma pea complexa entre diversas etapas de trabalho e ferramentas permite em muitos casos economizar energia e material, reduzir o desgaste das ferramentas e aumentar a preciso do forjado.

Mtodos do Forjamento em MatrizAs operaes de obteno das formas intermedirias de uma pea constituem a conformao intermediria, que se compe normalmente de trs etapas: (i) distribuio de massas; (ii) dobramento (se for o caso); (iii) formao da seo transversal. Na etapa de distribuio de massas se procede retirada de material das pores nas quais a seo transversal deva ser reduzida, e o acmulo do material nas posies onde a seo deva ser aumentada (fase (b) da figura abaixo). As operaes mais empregadas para esta etapa so: o estiramento, o encalcamento, o alargamento, a laminao, a extruso e o rolamento, sendo o recalque usado para aumentar a seco transversal. O dobramento (segunda etapa), pode ser executado durante o forjamento, sem um estgio especial, quando for paralelo ao movimento da ferramenta. Em caso contrrio, efetuado numa etapa especfica durante (fase (c) da figura abaixo) ou mesmo aps o forjamento da pea. Pode envolver ou no uma reduo da seo transversal da pea e uma defasagem do eixo da mesma como o caso do forjamento de virabrequins (ver Dobramentos Intermedirios abaixo).

A formao da seo transversal, ou esboamento a ltima etapa da conformao intermediria, na qual as sees transversais so aproximadas das seces definitivas da pea, de modo que as ferramentas acabadoras imprimam a forma e dimenses exatas da pea, com um consumo mnimo de energia. Esta etapa envolve uma distribuio de massa perpendicularmente ao eixo longitudinal da pea (ver fase (d) da figura acima). Observao: Por vezes necessrio mais de um estgio de esboo, quando uma nica ferramenta no capaz de estabelecer o fluxo adequado de metal ou exige um consumo de energia alm da capacidade do equipamento disponvel.

Formao da Rebarba- FunesNa etapa de conformao final, ao iniciar-se a formao da rebarba, em virtude da presena do estrangulamento ou garganta da rebarba entre as duas matrizes, as tenses compressivas na cavidade das matrizes elevam-se consideravelmente e causam o preenchimento de todos os recessos dessa cavidade. As funes da rebarba, portanto, so duas: Atuar como "vlvula de segurana" para o excesso de metal na cavidade das matrizes; e Regular o escapamento do metal, aumentando a resistncia ao escoamento do sistema de modo que a presso cresa at valores elevados, assegurando que o metal preencher todos os recessos da cavidade. A figura abaixo uma curva tpica da variao da presso ou carga de forjamento em funo do avano das matrizes.

TrefilaoO que : a trefilao uma operao em que a matria-prima estirada atravs de uma matriz em forma de canal convergente (FIEIRA ou TREFILA) por meio de uma fora trativa aplicada do lado de sada da matriz. O escoamento plstico produzido principalmente pelas foras compressivas provenientes da reao da matriz sobre o material. Forma resultante: simetria circular muito comum em peas trefiladas, mas no obrigatria. Condies trmicas: normalmente a frio. Uso - produtos mais comuns:

Os Tubos podem ser trefilados dos seguintes modos: sem apoio interno (REBAIXAMENTO ou AFUNDAMENTO)(fig.a) com mandril passante (fig.b) com plug (bucha) interno (fig. c) com bucha flutuante (fig.d)

Vantagens: O material pode ser estirado e reduzido em seco transversal mais do que com qualquer outro processo; A preciso dimensional obtenvel maior do que em qualquer outro processo exceto a laminao a frio, que no aplicvel s bitolas comuns de arames; A superfcie produzida uniformemente limpa e polida; O processo influi nas propriedades mecnicas do material, permitindo, em combinao com um tratamento trmico adequado, a obteno de uma gama variada de propriedades com a mesma composio qumica

Dispositivo Bsico : a FieiraA fieira o dispositivo bsico da trefilao e compe todos os equipamentos trefiladores Geometria da fieira: dividida em quatro zonas (ver figura abaixo) (1) de entrada (2) de reduo ( = ngulo de abordagem) (3) (guia) de calibrao-zona cilndrica (acabamento crtico) (4) de sada

Material: os materiais dependem das exigncias do processo (dimenses, esforos) e do material a ser trefilado. Os mais utilizados so: Carbonetos sinterizados (sobretudo WC) widia, Metal duro,etc. (figura abaixo) Aos de alto C revestidos de Cr (cromagem dura) Aos especiais (Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-W, etc.) Ferro fundido branco Cermicos (ps de xidos metlicos sinterizados) Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras)

EquipamentosPode-se classificar os equipamentos para trefilao em dois grupos bsicos: bancadas de trefilao utilizadas para produo de componentes no bobinveis como barras e tubos trefiladoras de tambor utilizada para produo de componentes bobinveis, ou seja, arames Bancadas de Trefilao Na figura abaixo pode-se observar o aspecto esquemtico de uma bancada de trefilao, com os respectivos componentes.

Trefiladoras de Tambor As trefiladoras de tambor podem ser classificadas em tres grandes grupos, a saber: Simples (1 s tambor)- para arames grossos Duplas para arames mdios Mltiplas (contnuas) para arames mdios a finos. Veja abaixo exemplos destes modelos de mquina. Mquina dupla de trefila Mquina de treifilar contnua

Os elementos das mquinas de trefilao dependem das caractersticas de cada mquina. Existem entretanto componentes bsicos que ususalmente sempre esto presentes nas trefiladoras. Eles so: Carretel alimentador Porta-fieira Garra ou mordaa para puxar a primeira poro do arame Tambor para enrolar o arame trefilado Sistema de acionamento do tambor

Trefilao dos arames de aoUm dos usos mais corriqueiros da trefilao a produo de arames de ao. Por esta razo especificam-se abaixo algumas das principais caractersticas deste processo. Etapas do processo Os passos a percorrer so discriminados no esquema abaixo . Observe que a trefilao propriamente dita precedida por vrias etapas preparatrias que eliminam todas as impurezas superficiais, por meios fsicos e qumicos.

Matria-prima: fio-mquina (vergalho laminado a quente) Descarepao: Mecnica (descascamento): dobramento e escovamento. Qumica (decapagem): com HCl ou H2S04 diludos. Lavagem: em gua corrente Recobrimento: comumente por imerso em leite de cal Ca(OH)2 a 100C a fim de neutralizar resduos de cido, proteger a superfcie do arame, e servir de suporte para o lubrificante de trefilao. Secagem (em estufa) - Tambm remove H2 dissolvido na superfcie do material. Trefilao - Primeiros passes a seco.Eventualmente: recobrimento com Cu ou Sn e trefilao a mido.

Tratamentos trmicos dos aramesDepois da trefilao os arames so submetidos a tratamentos trmicos para alvio de tenses e/ou obteno de propriedades mecnicas desejadas. Abaixo, os principais tratamentos utilizados Recozimento: Indicao: principalmente para arames de baixo carbono Tipo: subcritico, entre 550 a 650C Objetivo: remover efeitos do encruamento. Patenteamento: Indicao:aos de mdio a alto carbono (C> 0,25 %) Tipo: aquecimento acima da temperatura crtica (regio g) seguido de resfriamento controlado, ao ar ou em banho de chumbo mantido entre 450 e 550C. Objetivo: obter uma melhor combinao de resistncia e ductilidade que a estrutura resultante (perlita fina ou bainita) fornece. Observao Para cada reduo dada existe um valor timo do ngulo de trefilao,a *, que aquele que minimiza a carga e conseqentemente o trabalho total de trefilao Correlao da geometria de fluxo com o semi-ngulo da fieirra

Defeitos em Trefilados Podem resultar: - de defeitos na matria-prima (fissuras,lascas, vazios, incluses); - do processo de deformao. Exemplo de defeito:Trincas internas em ponta de flecha ("chevrons")- veja figura abaixo

Quando a reduo pequena e o ngulo de trefilao relativamente grande (tipicamente, quando D/L > 2) a ao compressiva da fieira no penetra at o centro da pea. Durante a trefilao as camadas mais internas da pea no recebem compresso radial, mas so arrastadas e foradas a se estirar pelo material vizinho das camadas superficiais, que sofrem a ao direta da fieira. Tal situao (deformao heterognea) gera tenses secundrias trativas no ncleo da pea, que pode vir a sofrer um trincamento caracterstico, em ponta de flecha. A melhor soluo diminuir a relao D/L, o que pode ser feito empregando-se uma fieira de menor ngulo (), ou ento aumentando-se a reduo no passe (em outra fieira com sada mais estreita) .

ExtrusoO que : na extruso o material forado atravs de uma matriz, de forma similar ao aperto de um tubo de pasta de dentes. Formas resultantes: Praticamente qualquer forma de seo transversal vazada ou cheia pode ser produzida por extruso. Como a geometria da matriz permanece inalterada, os produtos extrudados tem seo transversal constante. Caractersticas: dependo da ductilidade do material a extrudar o processo pode ser feito a frio ou a quente, em altas temperaturas. Cada tarugo extrudado individualmente, caracterizando a extruso como um processo semi-contnuo. O produto essencialmente uma pea semi- acabada. A extruso pode ser combinada com operaes de forjamento, sendo neste caso denominada extruso fria.

Uso - produtos mais comuns: quadros de janelas e portas, trilhos para portas deslizantes, tubos de vrias sees transversais e formas arquitetnicas. Produtos extrudados podem ser cortados nos tamanhos desejados para gerarem peas, como maanetas, trancas e engrenagens, como mostrado na figura abaixo. Em operao combinada com forjamento pode gerar componentes para automveis, bicicletas, motocicletas, maquinrio pesado e equipamento de transporte. Materiais: Aluminio, cobre, ao, magnsio e chumbo so os materiais mais comumente extrudados. Tipos de Extruso No processo bsico, denominado direto um tarugo cilndrico colocado numa cmara e forado atravs de uma abertura de matriz atravs de um pisto hidrulico. A abertura da matriz pode ser circular ou de outro formato. A extruso tambm pode ser indireta, hidrosttica ou por impacto.

Destacam-se os mtodos mais usuais: Extruso Indireta (reversa, invertida) : a matriz se desloca na direo do tarugo

Extruso Hidrosttica: o dimetro do tarugo menor que o dimetro da cmara, que preenchida por um fluido . A presso transmitida ao tarugo atravs de um pisto. No h frico nas paredes da cmara. Extruso Lateral : o material do tarugo forado atravs de abertura lateral da cmara.Os eixos do

puno e da pea tem diferentes direes ( ngulo reto).

Parmetros da Extruso Parmetros Geomtricos Os parmetros geomtricos da extruso so:

O ngulo da matriz a

relao de extruso que o quociente entre a reas das sees transversais do tarugo A0 e do produto extrudado Af O dimetro do crculo circunscrito DCC que o dimetro do menor crculo no qual se inscreve a seo transversal.

A complexidade da extruso medida pela relao entre o permetro da seo do produto extrudado e a rea da seo transversal. Esta relao demominada fator de forma

Parmetros Fsicos Fora de extruso A fora requerida para o processo depende da resistncia do material, da relao de extruso, da frico na cmara e na matriz, e outras variveis como a temperatura e a velocidade de extruso. A fora pode ser estimada pela frmula:

Os valores de k so dados na figura abaixo, para o campo usual de temperaturas.

Outras Variveis do Processo Tem papel de influncia no processo outras variveis, entre as quais citamos: a temperatura do tarugo, a velocidade de deslocamento do pisto e o tipo de lubrificante. Fluxo do metal O fluxo do metal determina a qualidade e as propriedades mecnicas do produto final. O fluxo do metal comparvel ao escoamento de um fluido num canal. Os gros tendem a alongar-se formando uma estrutura com orientao preferencial. O fluxo inadequado pode causar inmeros defeitos. A tcnica de observao do fluxo consiste em seccionar o tarugo ao longo de seu comprimento e marcar uma das faces com um quadriculado. As duas metades so ento colocadas juntas na cmara e extrudadas. Aps a extruso as partes so novamente separadas para exame. Na figura abaixo pode ser observado o resultado desta tcnica, para trs situaes tpicas da extruso direta para matriz quadrada ( ngulo da matriz de 90 ) .

Observe as zonas mortas nas figuras b) e c) , onde o metal fica praticamente estacionrio nos cantos. A situao similar ao escoamento de fluido num canal com cantos vivos e curvas. Velocidades As velocidades do pisto podem chegar at 0,5m/s . Geralmente , velocidades menores so recomendadas para o alumnio, magnsio e cobre, e velocidades mais altas para aos, titnio e ligas refratrias. Tolerncias As tolerncias na extruso esto na faixa de 0,25 - 2,5 mm e aumentam com as dimenses da seo transversal.

Extruso a Quente feita em temperatura elevada para ligas que no tenham suficiente ductilidade a temperatura ambiente, de forma a reduzir as foras necessrias. Caractersticas A extruso a quente apresenta alguns problemas como todo o processo de alta temperatura: O degaste da matriz excessivo. O esfriamento do tarugo na cmara pode gerar deformaes no-uniformes. O tarugo aquecido coberto por filme de xido ( exceto quando aquecido em atmosfera inerte) que afeta o comportamento do fluxo do metal por suas caractersticas de frico e pode gerar um produto de pobre acabamento superficial.

Algumas medidas preventivas podem sanar ou minorar o efeito dos problemas mencionados acima: Para reduzir o efeito de esfriamento e prolongar a vida da ferramenta, a matriz pode ser praquecida. Para melhorar o acabamento superficial, a camada de xido removida atravs do uso de uma placa, com dimetro inferior ao da cmara, posicionada sobre o pisto. Ao extrudar o tarugo, uma casca cilndrica contendo a camada de xido permanece " colada " parede da cmara. Com isto elimina-se a presena de xidos no produto. A casca posteriormente removida da cmara.

Veja o campo de temperaturas para extruso de vrios metais:

Extruso a FrioDesenvolvida nos anos 40 o processo que combina operaes de extruso direta, indireta e forjamento. O processo foi aceito na indstria particularmente para ferramentas e componentes de automveis , motocicletas, bicicletas, acessrios e equipamento agrcola. O processo usa tarugos cortados de barras laminadas, fios ou chapas. Os tarugos menores que 40mm de dimetro so cisalhados e tem suas bordas ajustadas por retificao. Dimetros maiores so usinados a partir de barras, com comprimentos especficos. Embora componentes extrudados a frio sejam em geral mais leves, fabricam-se componentes de at 45 kg e com commprimentos de at 2m. Metais obtidos por metalurgia do p so tambm extrudados a frio.

Vantagens em relao a extruso a quente melhores propriedades mecnicas resultantes do encruamento, desde que o calor gerado pela deformao no recristalize o metal controle das tolerncias, requerendo pouca ou nenhuma operao posterior de acabamento melhor acabamento superficial, devido em parte pela no existncia de camada de xido, desde que a lubrificao seja eficiente eliminao do pr-aquecimento do tarugo Taxas de produo e custos competitivos com outros mtodos. Alguma mquinas so capazes de produzir mais de 2000 partes por hora.

Desvantagens A magnitude da tenso no ferramental de extruso muito alta, especialmente para trabalhar peas de ao. A dureza do puno varia de 60 a 65 HRc e a da matriz de 58 a 62 HRc.

Extruso por Impacto similar a extruso indireta e freqentemente includa na categoria da extruso a frio. O puno desce rapidamente sobre o tarugo que extrudado para trs. A espessura da seo extrudada funo da folga entre o puno e a cavidade da matriz.

Incluem os tubos de pastas e assemelhados que so peas descartveis. Podem-se obter dimetros de at 150mm . A maioria dos metais no ferrosos podem ser extudados por impacto , usando-se prensas verticais e taxas de produo de at duas peas por segundo. O processo permite produzir sees tubulares de paredes muito finas ( relaes de dimetro/ espessura da ordem de 0,005) Por esta razo a simetria da pea e concentricidade do puno so fatores importantes.

Extruso HidrostticaA presso para a operao de extruso proveniente de um meio fluido que envolve o tarugo. No existe frico entre parede e tarugo.

As presses usadas so da ordem de 1400 Mpa.

O mtodo foi desenvolvido nos anos 50 e evoluiu para o uso de uma segunda cmara pressurizada mantida a uma presso mais baixa. a chamada extruso fluido a fluido, que reduz os defeitos do produto extrudado. A extruso por presso aumenta a ductilidade do material , portanto materiais frgeis podem se beneficiar desta forma de extruso. Entretanto as vantagens essenciais do mtodo so: baixa frico pequenos ngulos de matriz altas relaes de extruso

Podem ser extrudados por este mtodo uma grande variedade de metais e polmeros, formas slidas, tubos e outras formas vazadas como favo de abelha e perfis. A extruso hidrosttica realizada usualmente a temperatura ambiente , em geral usando leo vegetal como meio fluido, combinando as qualidades de viscosidade e lubrificao. Pode-se tambm trabalhar em alta temperatura. Neste caso ceras , polmeros ou vidro so usados como fluido, que tambm tem a funo de manter o isolamento trmico do tarugo durante o procedimento de extruso. Defeitos da Extruso Dependendo das condies e do material extrudado podem ocorrer vrios tipos de defeitos, que afetam a resistncia e qualidade do produto final. Os principais defeitos so:

trinca superficial : ocorre quanto a temperatura ou a velocidade muito alta. Estas causam um aumento significativo da temperatura da superfcie, causando tricas e rasgos. Os defeitos so intergranulares. Ocorrem especialmente em ligas de alumnio, magnsio e zinco, embora possam ocorrer em ligas de alta temperatura. Estes defeitos podem ser evitados reduzindo-se a velocidade de extruso e diminuindo a temperatura do tarugo. cachimbo: padro de fluxo que tende a arrastar xidos e impurezas superficiais para o centro do tarugo, como num funil. Este defeito conhecido como defeito cachimbo ( ou rabo de peixe) . O defeito pode se estender at um tero do comprimento da parte extrudada e deve ser eliminado por corte. O defeito pode ser minimizado alterando-se o padro de fluxo para um comportamento mais uniforme., controlando a frico e minimizando os gradientes de temperatura. Alternativamente o tarugo pode ser usinado ou tratado quimicamente antes da extruso, removendo-se as impurezas superficiais. trinca interna: o centro do tarugo pode desenvolver fissuras que so conhecidas como trincas centrais, fratura tipo ponta de flecha ou chevron. O defeito atribudo tenso hidrosttica de trao na linha central , similar situao da regio de estrico em um corpo em ensaio de trao. A tendncia formao de fissuras centrais aumenta com o crescimento da frico e da relao de extruso . Este tipo de defeito tambm aparece na extruso de tubos.

Conformao de chapasO que : Conformao de chapas o processo de transformao mecnica que consiste em conformar um disco plano ("blank") forma de uma matriz, pela aplicao de esforos transmitidos atravs de um puno. Na operao ocorrem : alongamento e contrao das dimenses de todos os elementos de volume, em trs dimenses. A chapa , originalmente plana, adquire uma nova forma geomtrica. Classificao dos Processos: A conformao de chapas metlicas finas pode ser classificada atravs do tipo de operao empregada . Assim pode-se ter : estampagem profunda, corte em prensa, estiramento, etc.

Mtodos de Conformao- Mquinas e Ferramentas Mquinas utilizadasA maior parte da produo seriada de partes conformadas a partir de chapas finas realizada em prensas mecnicas ou hidrulicas. Nas prensas mecnicas a energia geralmente, armazenada num volante e transferida para o cursor mvel no mbolo da prensa. As prensas mecnicas so quase sempre de ao rpida e aplicam golpes de curta durao, enquanto que as prensas hidrulicas so de ao mais lenta, mas podem aplicar golpes mais longos. As prensas podem ser de efeito simples ou de duplo efeito. Algumas vezes pode ser utilizado o martelo de queda na conformao de chapas finas. O martelo no permite que a fora seja to bem controlada como nas prensas , por isso no adequado para operaes mais severas de conformao. OBS: As mquinas de conformar sero tratadas mais detalhadamente em seo especfica.

Ferramental AcessrioAs ferramentas bsicas utilizadas em uma prensa de conformao de peas metlicas so o puno e a matriz. O puno, normalmente o elemento mvel, a ferramenta convexa que se acopla com a matriz cncava. Como necessrio um alinhamento acurado entre a matriz e o puno, comum mant-los permanentemente montados em uma subprensa, ou porta matriz, que pode ser rapidamente inserida na prensa. Geralmente, para evitar a formao de rugas na chapa a conformar usam-se elementos de fixao ou a ao de grampos para comprimir o "blank" contra a matriz. A fixao conseguida por meio de um dispositivo denominado anti-rugas ou prensa-chapas, ou ainda, em prensas de duplo efeito por um anel de fixao. A seguir especificam-se alguns dos conjuntos tpicos do ferramental usado em processos especficos, a saber: estampagem profunda, conformao progressiva (corte/perfurao), processo Guerin e repuxamento. A figura abaixo mostra esquematicamente uma prensa e o ferramental de estampagem profunda.

Freqentemente, matrizes e punes so projetados para permitir que os estgios sucessivos de conformao de uma pea sejam efetuados na mesma matriz, a cada golpe da prensa. Este procedimento conhecido como conformao progressiva. Um exemplo a matriz para recorte e perfurao de arruelas planas, figura abaixo. A tira metlica alimentada, deslizando at a primeira posio de corte. O furo da arruela puncionado . Segue-se um segundo deslizamento, aps o que a arruela recortada. Durante o corte da arruela o puno executa o furo central da prxima pea.

O processo Guerin uma variao do processo convencional de matriz e puno. Neste processo, ver figura, uma "almofada" de borracha serve como matriz. O puno fixado base de uma prensa hidrulica de efeito simples a camada de borracha fica numa caixa retentora, na trave superior da prensa. O disco (ou blank) colocado sobre o bloco de modelar (puno), e pressionado contra a borracha. Uma presso aproximadamente uniforme conseguida entre a borracha e o disco (blank). Este processo permite a fcil produo de peas rasas flangeadas, com flanges estirados.

O repuxamento um mtodo empregado para a fabricao de fundos para tanques de ao e outras peas profundas de simetria circular. O "blank" fixado contra um bloco de modelagem que gira em alta velocidade. O blank conformado progressivamente contra o bloco por intermdio de uma ferramenta manual ou atravs de roletes, ver figura abaixo.

Corte de Chapas CaractersticasDestina-se obteno de formas geomtricas, a partir de chapas submetidas ao de presso exercida por um puno ou uma lmina de corte. Quando o puno ou a lmina inicia a penetrao na chapa, o esforo de compresso converte-se em esforo cisalhante (esforo cortante) provocando a separao brusca de uma poro da chapa. No processo, a chapa deformada plasticamente e levada at a ruptura nas superfcies em contato com as lminas. A aresta de corte apresenta em geral trs regies: uma rugosa (correspondente superfcie da trinca da fratura), uma lisa (formada pelo atrito da pea com as paredes da matriz) e uma regio arredondada (formada pela deformao plstica inicial). A qualidade das arestas cortadas no a mesma das usinadas, entretanto quando as lminas so mantidas afiadas e ajustadas possvel obter arestas aceitveis para uma grande faixa de aplicaes. A qualidade das bordas cortadas geralmente melhora com a reduo da espessura da chapa. No corte por matriz e puno (piercing ou blanking) no existe uma regra geral para selecionar o valor da folga, pois so vrios os parmetros de influncia. A folga pode ser estabelecida com base em atributos, como: aspecto superficial do corte, imprecises, operaes posteriores e aspectos funcionais. Se no houver nenhum atributo especfico desejado para superfcie do blank, a folga selecionada em funo da fora mnima de corte.

Fora e Potncia de CorteNa figura abaixo podem ser identificados os parmetros envolvidos no corte . Admite-se o clculo simples da fora pelo produto da rea pela tenso de ruptura em cisalhamento. Observe que a profundidade (s) adotada para este clculo representa a penetrao do puno na chapa no momento da ruptura. A potncia necessria para o corte calculada pelo produto entre a fora do puno e a velocidade da lmina.

OBS: A fora necessria para o corte pode ser bastante reduzida construindo-se as bordas da ferramenta em plano inclinado em relao ao plano da chapa, de maneira que apenas uma pequena frao do comprimento total do corte seja feita de uma s vez.

Tipos de CorteDependendo do tipo de corte, so definidos diversos grupos de operaes da prensa,conforme listagem abaixo: A operao de corte usada para preparar o material para posterior estampagem ("blank"). A parte desejada cortada (removida) da chapa original. A fabricao de furos em prensa (piercing ou punching) caracteriza uma operao de corte em que o metal removido descartado. A fabricao de entalhes (notching) nas bordas de uma chapa pode ser feita em prensa atravs do puncionamento destas regies. O corte por guilhotina uma operao que no retira material da chapa metlica.

A rebarbao (trimming) uma operao que consiste em aparar o material em excesso (rebarbas) da borda de uma pea conformada. A remoo de rebarbas de forjamento em matriz fechada uma operao deste tipo. Existe um processo relativamente recente de corte fino de "blanks" (fine blanking), que se caracteriza pelo emprego de folgas muito pequenas (0,0002 pol.), com prensas e jogo de matrizes muito rgidos (para evitar dobramento da chapa). Com este equipamento possvel produzir "blanks" com superfcies de corte quase isentas de defeitos. As peas produzidas podem ser empregadas como engrenagens, cames, etc., sem que seja necessria a usinagem das bordas cortadas.

DobramentoCaractersticas Nesta operao, a tira metlica submetida a esforos aplicados em duas direes opostas para provocar a flexo e a deformao plstica, mudando a forma de uma superfcie plana para duas superfcies concorrentes, em ngulo, com raio de concordncia em sua juno. A figura mostra os esforos atuantes e a forma adquirida por uma tira submetida a dobramento.

Raio de Dobramento Para a operao de dobramento existe um raio de dobramento abaixo do qual o metal trinca na superfcie externa. o raio mnimo de dobramento, expresso geralmente em mltiplos da espessura da chapa. Um raio de dobramento de 3t indica que o metal pode ser dobrado formando um raio de trs vezes a espessura da chapa sem que haja o aparecimento de trincas. O raio mnimo de dobramento portanto um limite de conformao, que varia muito para os diversos metais e sempre aumenta com a prvia deformao a frio do metal. Alguns metais muito dcteis apresentam raio mnimo de dobramento igual a zero. Isto significa que as peas podem ser achatadas sobre si mesmas, mas geralmente no se utiliza este procedimento para evitar danos no puno ou na matriz. Efeito mola A operao de dobramento exige que se considere a recuperao elstica do material (efeito mola), para que se tenham as dimenses exatas na pea dobrada. A recuperao elstica da pea ser tanto maior quanto maior for o limite de escoamento, menor o mdulo de elasticidade e maior a deformao plstica. Estabelecidos estes parmetros, a deformao aumenta com a razo entre as dimenses laterais da chapa e sua espessura. O efeito mola ocorre em todos os processos de conformao, mas no dobramento mais facilmente detectado e estudado. O raio de curvatura antes da liberao da carga ( Ro) menor do que aps a liberao ( Rf ). O efeito mola ( ver figura abaixo) representado pelo smbolo K .

EstiramentoCaractersticas a operao que consiste na aplicao de foras de trao, de modo a esticar o material sobre uma ferramenta ou bloco (matriz). Neste processo, o gradiente de tenses pequeno, o que garante a quase total eliminao do efeito mola. Como predominam tenses trativas, grandes deformaes de estiramento podem ser aplicadas apenas para materiais muito dcteis. Para estes materiais, almeja-se altos valores de coeficiente de encruamento. Ferramental: O equipamento de estiramento consiste basicamente de um pisto hidrulico (usualmente vertical), que movimenta o puno. Duas garras prendem as extremidades da chapa. Na operao, no existe uma matriz fmea. As garras podem ser mveis permitindo que a fora de trao esteja sempre em linha com as bordas da chapa (figura). Garras fixas devem ser usadas somente para conformao de peas com grandes raios de curvatura, evitando-se com isto o risco de ruptura da chapa na regio das garras.

O estiramento uma das etapas de operaes complexas de estampagem de chapas finas. Na conformao de peas como partes de automveis ou de eletrodomsticos, comum haver componentes de estiramento. A Estrico no Estiramento O limite de conformao no estiramento pode ser estabelecido pelo fenmeno da estrico. A estrico a reduo das dimenses da seo transversal, provocada pelas cargas de trao do processo. No estiramento deve ser evitada estrico localizada, comumente conhecida por empescoamento. Base Terica Em um ensaio de trao uniaxial, a estrico localizada acontece quando (d/ ) = dz, o que significa que assumindo uma lei potencial entre tenso e deformao (Equao de Hollomon,a maior deformao verdadeira iguala-se ao coeficiente de encruamento (n)). Nas operaes de estiramento uniaxial e biaxial, a estrico localizada acontece para as condies especificadas abaixo:

Assim, o empescoamento s acontecer quando Zu=2n . Ou seja, estrico muito mais difusa, implicando em um "amolecimento" geomtrico, com a diminuio de espessura ao longo de toda a pea. Isto no constitui limitao para a operao. Contudo, assim que ocorre a estrico localizada, facilmente detectada nas superfcies expostas, segue-se a fratura. Logo, a estrico localizada um limite de conformao. comum haver gradientes de deformao em operaes de estiramento. A regio que deforma mais se torna mais encruada e a deformao transferida para o elemento de volume vizinho. Se o coeficiente de encruamento for suficientemente grande, haver a redistribuio das deformaes ao longo de toda a pea e esta suportar mais deformaes, antes que a estrico localizada se inicie. Ento, para operaes que exigem altos graus de estiramento, exigem-se materiais com altos valores de n.

Operaes de Estampagem Profunda ou EmbutimentoCaractersticas o processo utilizado para fazer com que uma chapa plana (blank) adquira a forma de uma matriz (fmea), imposta pela ao de um puno (macho). O processo empregado na fabricao de peas de uso dirio (pra-lamas, portas de carros; banheiras, rodas, etc.). A distino entre estampagem rasa (shallow) e profunda arbitrria. A estampagem rasa geralmente se refere conformao de um copo com profundidade menor do que a metade do seu dimetro com pequena reduo de parede. Na estampagem profunda o copo mais profundo do que a metade do seu dimetro. Para melhorar o rendimento do processo, importante que se tenha boa lubrificao. Com isto reduzemse os esforos de conformao e o desgaste do ferramental. Os leos indicados normalmente so para extrema presso, devendo garantir boa proteo contra a corroso da chapa, ser de fcil desengraxe e no levar oxidao do material (devido s reaes de subprodutos dos gases formados no aquecimento do metal). Geralmente, so leos minerais com uma srie de aditivos (Cl, Pb, P, gorduras orgnicas, etc.).

Outros Aspectos Deve-se ainda estudar a presso a ser aplicada no prensa-chapas: se esta for muito pequena, surgem rugas nas laterais da pea; se, por outro lado, for muito elevada, pode ocorrer a ruptura da pea na prensa. Cuidado deve se ter com o ferramental, para que haja folga suficiente entre a matriz e o puno que permita o escoamento do material para o interior da matriz, sem que surjam tenses cisalhantes ocasionadas pelo atrito e que levem ruptura do metal em prensa. s vezes, o dimetro do "blank" muito superior ao dimetro da pea a estampar, sendo que esta deve atingir uma profundidade de copo muito elevada. A fabricao poder exigir uma sequncia de operaes de estampagem, utilizando uma srie de ferramentas, com dimetros decrescentes (da matriz e do puno). O nmero de operaes depende do material da chapa e das relaes entre o disco inicial e os dimetros das peas estampadas.