Conformação MecânicaTiago HorstmannThierry Luna

Campina Grande, 21/03/2014

Índice1. Introdução2. Classificações da conformação mecânica3. Extrusão4. Forjamento5. Laminação6. Trefilação7. Estampagem

INTRODUÇÃO Processos Mecânicos

Usinagem Conformação Plástica → 80% dos manufaturados

Processos Metalúrgicos Solidificação Sinterização

CONFORMAÇÃO MECÂNICAClassificação quanto ao (a):

Forma do produto final

Região deformada

Escoamento do material

Produtos obtidos

Tipo de esforço predominante.Temperatura de trabalho.

Chapas,perfis: laminação, extrusão, trefilação.Tubos,fios,barras: laminação, trefilação, extrusão.

Localizada: laminação, extrusão, trefilação.Generalizada: forjamento, estampagem.

Contínuos: laminação, extrusão, trefilação.Intermitentes: forjamento, estampagem.

Semi-acabados: processos primários.Acabados: processos secundários ou finais.

CONFORMAÇÃO MECÂNICACompressão direta

Compressão indireta

Tração

Cisalhamento

Flexão

TIPO DE ESFORÇO DOMINANTE:

TEMPERATURA DE TRABALHO

Onde: Th é a temperatura homóloga (adimensional);

Tt é a temperatura de trabalho (K);

Tf é a temperatura de fusão do material (K).

A FRIO • Encruamento• δ < 10%

A QUENTE• Recristalização

dinâmica• δ > 10%

Th < 0,6 0,6≤ Th ≤ 0,85

𝑻 h=T tT f

Conformação a QUENTEVantagens

• Menor energia de deformação.

• Melhor ductilidade e tenacidade (escoa sem romper).

• Elimina bolhas e poros.

• Homogeneização química das estruturas brutas de fusão (eliminação de segregações) em virtude da rápida difusão atômica interna;

Desvantagens

• Equipamentos especiais, resistentes ao calor (fornos, manipuladores,etc).

• Maior energia para o aquecimento.

• Baixa qualidade dimensional e superficial.

• Problemas de contração térmica, crescimento de grão e oxidação.

• Reações do metal com a atmosfera, levando a perdas de material por oxidação (descarbonetação).

Trabalho a QUENTE

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA

Conformação a FRIOVantagens

• Aumenta resistência mecânica e dureza (encruamento), inclusive de ligas não-ferrosas não endurecíveis por TT.

• Boa precisão dimensional.

• Bom acabamento superficial.

Desvantagens

• Alta potência e forças de deformação.

• Baixa ductilidade .

• Necessidade de recozimento.

• Possibilidade de surgimento de trincas.

Trabalho a FRIO

EXTRUSÃO• Processo no qual modifica-se a geometria/dimensões de um corpo metálico pela sua passagem por uma matriz que lhe confere sua forma e dimensões finais

• Produtos com comprimento limitado ao volume do tarugo de partida

EXTRUSÃOExtrusão DIRETA : Bloco de grafite e falso

pistão. Com ou sem casca; Custo do equipamento; Tamanho limitado pelo

tarugo. Atrito grande.

Extrusão INDIRETA: Flambagem do êmbolo; Tamanho limitado do

produto; Custo do equipamento; Atrito baixo;

EXTRUSÃO

Extrusão HIDROSTÁTICA: Grandes reduções a frio; Tamanho limitado ao tarugo; Custo do equipamento; Atrito ínfimo;

EXTRUSÃO

Extrusão de cabos elétricos

Extrusão de tubos

EXTRUSÃO

EXTRUSÃO

Força de extrusão:

EXTRUSÃO

Equipamentos de extrusão:• Prensas hidráulicas (horizontais para extrusão a quente e verticais para extrusão a frio) com capacidade de 1000 a 8000 T • Pistão ou êmbolo sujeito a grandes esforços e elevadas temperaturas - -Aço-liga resistente ao calor

Variáveis do processo:• Tipo de extrusão; • Razão de Extrusão: R = A0/Af

- Aços R = 20:1 - Alumínio R = 200:1

• Temperatura de trabalho Fragilidade a quente; • Velocidade de Extrusão; • Condições de atrito;

• Container sujeito a altas temperaturas e atrito - Aço-liga resistente ao calor

Extrusão

Riscos de extrusão irregularidades superficiais na ferramenta ou por resíduos de óxidos metálicos retidos na sua superfície;

Bolhas superficiais provenientes de gases retidos na fundição do lingote; Manchas ou perda de cor decorrentes da oxidação e contaminação

superficial com substâncias estranhas ou provenientes do lubrificante.

DEFEITOS

Franjas de óxido Depois de L=2/3 extrudado parte oxidada entra no processo; Furo axial Depois de L=1/4 de D extrudado Escoamento Rápido; Trincamento superficial ou rasgos Resistência a deformação superficial;

Zona morta atrito alto e utilização de matriz de face plana;

Extrusão

FORJAMENTO

• Livre ou em matriz.

• A quente.

• Martelo de queda. Martelo de dupla ação. Martelo de contra-golpe.

• Prensas excêntricas ou hidráulicas

Recalcadoras

• Matrizes

Forjamento livre ou em matriz aberta

• Formas regulares (anéis, eixos).

• Peças de grande dimensões.

• Baixa produtividade.• Martelos de forjamento.

Operações de forjamento e esforço do martelo:

P =

Forjamento em matriz fechada

• Geometrias complexas.• Alta produtividade.• Homogeneidade estrutural.• Qualidade dimensional• Prensas

Etapas do forjamento em matriz fechada

Forno Esboçadora Formadora Calibradora Rebarbação

Rebarba

Região mais tensionada.

Garante preenchimento completo.

Aumenta resistência da peça.

Escoa material em excesso.

Acomodar defeitos de forjamento.

Principais defeitos de forjamento:

Falta de redução.

Trincas internas, superficiais ou na rebarba.

Gota fria.

Oxidação.

5. Laminação

Definição: Processo de conformação de metais que passam entre dois rolos giratórios que os comprimem, e têm sua espessura diminuída e seu comprimento aumentado.

Laminação a quente• Operações iniciais• Grandes reduções de secções

Laminação a frio• Operações de acabamento• Obtenção da estrutura desejada

5.1 Tipos de laminadores

5.2 Órgãos mecânicos de um laminador

5.3 Relações Geométricas para laminadores

Comprimento do arco de contato

Ângulo de contato

Condição para mordida

Força

Potência

5.4 Laminação de tubos com costura e sem costura

5.5 Problemas e defeitos de laminação

Falta de redução

Falta de Planicidade

Trincamento

Fendilhamento

Casca de Laranja

Segregações, Impurezas, vazios e gotas frias

5.6 Imagens

6.Trefilação

Definição: A trefilação é um processo de conformação plástica que se realiza pela operação de conduzir um fio (ou barra ou tubo) através de uma ferramenta denominada fieira, de formato externo cilíndrico e que contém um furo em seu centro, por onde passa o fio.

6.1 Processos de trefilação

Trefilação de barras

Trefilação de arames

Trefilação de tubos• Sem suporte interno • Com plugue • Com mandril passante

6.2 Máquinas de trefilação Máquina de trefilar sem

deslizamento

Máquinas de trefilar com deslizamento

6.3 Esforços atuantes na trefilação

Esforços em um elemento cônico:

Força de arraste:

Tensão de arraste:

6.4 Ferramentas de Trefilação (Fieiras)

EQUIPAMENTOS AUXILIARES• Afinadoras de ponta • Soldadoras topo-a-topo • Tanques de Decapagem • Fornos para recozimento (contínuo ou estático) • Linhas de revestimento superficial

6.5 Defeitos típicos de produtos trefilados

Zona morta Descascamento Rupturas Centrais  

Os defeitos relacionados à fieira que podem provocar marcas nos fios são:

anéis de trefilação   marcas de trefilação trincas

6.6 Produtos Trefilados

A classificação é dada pelo tipo de produto: barra, tubo e arame ou fio.

7. Estampagem A estampagem é um processo de conformação mecânica, que

compreende um conjunto de operações, por intermédio das quais uma chapa plana é submetida a transformações de modo a adquirir uma nova forma geométrica, plana ou oca. Basicamente, podemos dividir o processo de estampagem nas 3 operações a seguir:

Corte Dobramento Estampagem profunda

7.1 Corte

Plano de corte

A distância da peça até as bordas da chapa é de 2e.

A distância entre peças é também 2e, mas se as peças se tocam em um único ponto, a distância entre elas é de apenas e.

Disposição das peças

Disposição paralela – Quando a peça a ser cortada pode ser circunscrita em um quadrado ou retângulo

Disposição obliqua – Quando a peça a ser cortada pode ser circunscrita em um triângulo

Disposição invertida – Neste caso ou a chapa passa duas vezes pela matriz, ou utiliza-se dois punções

Estabelece-se o valor da folga entre o punção e a matriz. E é dada de acordo com o material:

Material mole : f= e/14 Material duro : f = e/16 Material muito duro: f = e/20

Esforço de corte – A equação que permite determinar o esforço de corte é a seguinte:

Q = p . e .σc

Q -> Esforço de corte ou de cislhamento P-> Perimeto da peça a ser cortada e -> espessura da chapa σc-> Tensão de cisalhamento do mateiral

7.2 Dobramento

Definição: O dobramento é um processo de conformação que transforma segmentos retos em curvos.

Deve-se sempre evitar cantos vivos, para isso devem ser fixados raios de curvatura de seguinte maneira: e a 2e - Materiais moles 3e a 4e – Materiais duros

Fator de correção:

Esforço para dobramento:

7.3 Estampagem profunda ou embutimento A estampagem profunda é o processo de fabricação utilizado

para modelar chapas planas em artigos com forma de copo tais como banheiras, cápsulas e para-lama de automóveis.

7.3.1 Reestampagem

Uma vez que a redução máxima na estampagem profunda é da ordem de 50%, é necessário empregar operações sucessivas de estampagem denominadas reestampagem.

Classificação dos produtos estampados A classificação é muito simples e se baseia na forma da peça

e, conseqüentemente, no tipo do processo de conformação aplicado, como foi descrito no item referente aos conceitos iniciais do processo.

Defeitos na estampagem profunda pregas, furos alongados, estrias, diferenças de espessuras

nas laterais da peça, e rompimento do fundo da peça.

Propriedades dos produtos estampados resistência mecânica (encruamento). Nessa região, a peça

apresentará