Processos de Fabricação

Processos de Fabricao de Componentes de Vlvulas.

ENGENHEIRO PROJETISTA

PARA VLVULAS DE

APLICAO SUBMARINA

ENGENHEIRO DE PROJETO DE VLVULAS INDUSTRIAIS

Processos de Fabricao de Componentes de Vlvulas.

Isaac Niskier

[email protected]

Processos de Fabricao Mecnica ENDs.

Processos de Fabricao

Os processos de fabricao mecnica tm como objetivo a modificao

de um corpo metlico, com o fim de lhe conferir uma forma definida.

Os processos de fabricao podem ser divididos em dois grupos:

Processos Mecnicos, nos quais as modificaes de forma so provocadas pelas aplicaes de tenses externas;

Processos Metalrgicos, nos quais as modificaes de forma esto relacionados com altas temperaturas.

Processos de Fabricao.

FABRICAO DE SEMI-ACABADOS

Fundidos Conformados a quente ou a frio

Forjados Laminados planos Laminados no planos Extrudados Trefilados

FABRICAO MECNICA

Usinagem Soldagem Tratamentos trmicos

Processos de Fabricao

Processos de Fabricao Mecnica.

Exemplo de Processos Mecnicos:

Usinagem Torneamento, Fresamento, etc.

Conformao Plstica Forjamento, Laminao, etc.

Exemplo de Processos Metalrgicos:

Solidificao Fundio.

Sinterizao Metalurgia da P.

Principais Processos de Fabricao Mecnica.

USINAGEM;

FUNDIO;

CONFORMAO PLSTICA (Forjamento, Laminao, etc);

TRATAMENTOS TRMICOS (Normalizao, Tempera, etc)

Principais Processos de Fabricao Mecnica Usinagem.

Definio - Segundo a DIN 8580, aplica-se a todos os processos de

fabricao onde ocorre a remoo de material sob a forma de cavaco.

Usinagem - operao que confere pea forma, dimenses ou

acabamento, ou ainda uma combinao qualquer desses trs, atravz a

remoo de material sob a forma de cavaco.

Cavaco - poro de material da pea retirada pela ferramenta,

caracterizando-se por apresentar forma irregular.

O Estudo da usinagem baseado na mecnica (Atrito, Deformao),na

Termodinmica (Calor) e nas propriedades dos materiais.


Evoluo Histrica


Evoluo Histrica

Plaina Neoltica de 600 A.C.


Torno a Arco.


Os processos de usinagem podem ser classificados em trs categorias:

Corte: utilizando ferramentas de geometria definida; que podem ser: monocortante (por ex.: torneamento) ou multicortantes (por ex.:

fresamento);

Abrasivo: utiliza ferramentas de geometria no definida e materiais abrasivos. Ex.: retificao, lapidao, brunimento;

Outros mtodos de remoo de material: eltrico, qumico, trmico, hidrodinmico e laser.

Importncia do processo de Usinagem na Indstria

80% dos furos so realizados por

Usinagem

100% dos processos de melhoria da

qualidade superficial so feitos por usinagem

70% das engrenagem para transmisso de

portncia

90% dos componentes da industria aeroespacial



Torneamento: pode produzir superfcies cilndricas, cnicas ou segundo algum perfil, como exemplo de peas produzidas por este processo temos: eixos, pinos,etc.

Alguns exemplos de processos de usinagem:

Fresamento: produz uma superfcie

plana nas da pea ou pode ser utilizada

para gerar um canal circular neste caso

conhecida como sangramento axial.


Furao: Gera furos na direo axial no centro

da pea.

Brunir: Processo de usinagem por abraso que proporcionando uma geometria precisa do furo e

bom acabamento superficial.

Alargar: Consiste numa operao de desbaste para calibrar o furo e melhorar o acabamento

superficial originados pela furao com broca

helicoidal.



Retfica: Processo de usinagem que consiste na

remoo de material da pea mediante abrasivo constitudo de gros cortantes que removem cavacos muito pequenos de material, produzindo o acabamento superficial superior aos outros processos.


Lapidao: Processo de remoo que ocorre

a partir do deslizamento entre as superfcies

da pea e da ferramenta.


Seqncia processo de usinagem

Material Bruto Produto final

Velocidade de Corte - Vc

Avano - a

Profundidade de Corte - Pc

Parmetros Bsicos


Principais Processos de Fabricao Mecnica Conformao Plstica.

Para processos de conformao volumtrica tais como laminao e

forjamento, e so indicados especialmente materiais com grande

ductilidade.

Em funo das foras necessrias para a conformao, estes materiais

devem tambm possuir limites de escoamento a frio, e a quente,

relativamente baixos.


Aps o processo de conformao, para alguns materiais, a pea

produzida pode resultar endurecida (encruada).

A seleo do material deve auxiliar o desenvolvimento do produto.

Para isto devem ser servem entre outros o critrio:

Resistncia

Preo do material

Usinabilidade

Soldabilidade

Conformabilidade.

Diferentes estados de tenso;

Diferentes modos de deformao

Diferentes objetivos de deformao.


Forjamento - Fabricao atravs da

conformao com pr aquecimento de

uma pea .

Laminao - processo de conformao

continuo ou em etapas com uma ou

mais ferramentas rotativas (cilindros de

laminao).


Extruso Semelhante ao processo de Trefilao com diferena distribuio

de foras.

Trefilao - No processo de trefilao a ferramenta conformadora matriz cnica

convergente (fieira, no caso da trefilao),

atravs da qual a pea bruta empurrada ou

puxada.

Conformao Chapas - definida como a transio de uma dada forma de um semi

acabado plano em uma outra forma.


Dobramento.

Cisalhamento.

Embutimento .


Grandes Forjados

Processo de fabricao onde um metal ou liga metlica, no estado lquido,

vazado em um molde com formato e medidas correspondentes aos da

pea a ser produzida.

Caractersticas dos processos de Fundio:

Moldagem em uma nica etapa;

Liberdade nas possibilidades de formas que podem ser

fundidas;

Peas brutas e acabadas com preciso dimensional e

acabamentos superficiais medianos;

Formas complexas com paredes variveis so fabricveis.

Principais Processos de Fabricao Mecnica Fundio.


Principais processos de Fundio:

Fundio por gravidade;

Fundio sob presso;

Fundio por centrifugao;

Fundio de preciso;

Fundio por outros mtodos;


Exemplo de itens fundidos

Polias

Carcaas de vlvulas

Itens em geral


Principais vantagens

Podem apresentar formas externas e internas desde a mais

simples at a mais complexa;

Podem apresentar dimenses limitadas somente pelas restries

das instalaes onde sero produzidas;

Podem ser produzidas dentro de padres variados de acabamento

e tolerncia dimensional;

Possibilita grande economia de peso, porque permite a obteno

de paredes com espessuras quase ilimitadas.


Principais limitaes

Processo pode gerar defeitos internos incompatveis com utilizaes

futuras:


O molde o dispositivo no qual o metal

fundido colocado para que se obtenha a

pea desejada. Ele feito de material

refratrio composto de areia e aglomerante.

Esse material moldado sobre o modelo

que, aps retirado, deixa uma cavidade com

o formato da pea a ser fundida.

Moldes.


Fuso - Etapa em que acontece a fuso do metal.

Vazamento - O vazamento o enchimento do molde com o metal lquido.

Desmoldagem - Retirada do molde (desmoldagem) manualmente ou por processo mecnico.

Rebarbao - A rebarbao a retirada dos canais de alimentao, massalote e rebarbas que se formam durante

a fundio.

Principais Processos de Fabricao Mecnica Tratamentos Trmicos.

Os tratamentos trmicos empregados em metais ou ligas metlicas, so definidos como qualquer conjunto de operaes de aquecimento e

resfriamento, sob condies controladas de temperatura, tempo, atmosfera

e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar suas propriedades

ou conferir-lhes caractersticas pr determinadas.

Normalizao

Tmpera

Revenimento

Recozimento

Alvio de tenses

Principais Processos de Fabricao Mecnica Tratamentos Trmicos.

Remoes de tenses residuais decorrentes de processos mecnicos

de conformao ou trmicos (soldagem);

Refino da microestrutura (diminuio de tamanho de gro);

Alterao das propriedades mecnicas (LR/LE, dureza / tenacidade,

etc).

Remoo de gases aps operaes de recobrimento por meio de

processos galvnicos.

Principais objetivos:

Principais Processos de Fabricao Mecnica Soldagem.

Definio Soldagem um processo de unio de materiais por coalescncia dos mesmos atravs do aquecimento na temperatura de soldagem.

Processo bastante complexo do ponto de vista metalrgico, pois envolvem uma gama de fenmenos trmicos, que ocorrem rapidamente.

Pode ser considerado processo complementar aos

processos de conformao mecnica (Fundio, laminao,

forjamento, etc.)


Material Base o material que constitui as partes a unir.

Material de Adio o material de enchimento no processo de soldagem da mesma natureza das partes a serem unidas.


A Arco

o eletrodos revestidos ou tubulares

o eletrodos em atmosfera protetora MIG-MAG e TIG

A Chama

o oxi-acetilnica

Laser

Bombardeamento eletrnico

Resistncia eltrica

o por ponto

o por projeo

o por costura

o por centelhamento

Induo

Ultra-som

Atrito



Principais Processos:

Eletrodo Revestido: um processo muito usado pela sua versatilidade

na soldagem de aos. Caracteriza-se por varetas metlicas revestidas

com material anti-oxidante, em comprimentos e bitolas padronizados.


Principais Processos:

TIG;

MIG/ MAG;

Arco Submerso;

Arame tubular;

Eletro-escria;


O processo de soldagem com eletrodos revestidos (SMAW) um dos

processos de solda eltrica mais utilizados.


- Metalurgia da Soldagem.

Regies da junta soldada.


- Ensaios No Destrutivos.

So tcnicas aplicadas nas avaliaes da integridade dos

materiais, sem que hajam alteraes de suas caractersticas

originais, nem prejuzos com seu uso futuro.

Ensaio Visual;

Lquidos Penetrantes;

Partculas Magnticas;

Ultra Som;

Ensaio Radiogrfica ( Raios X e gama);

Eddy Corrent

Emisso Acstica;

Termografia;



LP

US

PM

RX


Finalidade para aplicao;

Mtodos de seleo;

Requisitos necessrios

(qualificaes);

Vantagens de utilizao;

Limitaes de cada mtodo.


Processos de Fabricao Mecnica Metrologia.

A cincia que trata das medies. A metrologia

abrange todos os aspectos tericos e prticos

relativos s medies, em quaisquer campos da

cincia ou da tecnologia.

Nesse sentido a Metrologia Cientfica e Industrial

uma ferramenta fundamental no crescimento e

inovao tecnolgica, promovendo a competitividade e

criando um ambiente favorvel ao desenvolvimento

cientfico e industrial em todo e qualquer pas.


Histrico: O homem como medida .

P

Polegada


Alguns aspectos sobre medies podem ser

lembrados:

No h medio sem erro.

A qualidade de uma medio depende da estimativa do erro.

O erro pode ser apenas estimado, porque no h instrumento ideal (perfeitamente exato) que indique o

valor verdadeiro.


Principais conceitos da Metrologia

Tipos de Erros ;

Incerteza;

Exatido;

Preciso;


Exemplos de instrumentos mais utilizados nas inspees de medidas.

Paquimetro: Medies de diam. ext.

e int., compr., esp. e profundidades

Micrometro ext.: Medies de

diam. ext. mais precisos

Rel. Comparadores: Medies

precisas de prof., acabamentos.

Parqumetro Digital de altura.

Goniometro. Medies precisas

de angulos

Processos de Fabricao Mecnica PCP.

O PCP responsvel pela

coordenao e aplicao dos recursos

produtivos de forma a atender da

melhor maneira possvel aos planos

estabelecidos em nveis estratgico,

ttico e operacional.

Planejamento e Controle da Produo / Fabricao.

Processos de Fabricao Mecnica FUNDIO.

Ciclo completo

Processo de fabricao onde um metal ou liga metlica, no estado lquido,

vazado em um molde com formato e medidas correspondentes aos da

pea a ser produzida.

Caractersticas dos processos de Fundio:


Moldagem em uma nica etapa;

Liberdade nas possibilidades de formas que

podem ser fundidas;

Peas brutas e acabadas com preciso

dimensional e acabamentos superficiais

medianos;

Formas complexas com paredes variveis

so fabricveis.

Os processos de Fundio se caracterizam como processos de

fabricao de grande importncia tcnica e econmica.

Podemos classificar como processos tpicos de fundio os seguintes:


Materiais Fundidos:


Aos Fundidos: %Carbono < 2,00% - Grande

aplicao nas construes mecnicas, por sua

possibilidade de alterao nas propriedades

mecnicas, que podem sofrer alteraes pela

adio de elementos de liga ou pela ao de

tratamentos trmicos posteriores.

Cr Eleva a resistncia mecnica e resistncia a

corroso;

Ni Eleva os limites de resistncia a trao e

escoamento, bem como a tenacidade de

material;


Ferros Fundidos: 2,00


Materiais Fundidos

Materiais Ferrosos

Ferros Fundidos Aos Fundidos

Materiais No Ferrosos

Ferro fundido cinzento Ferro fundido vermicular Ferro fundido branco

Ligas de Al Fundidas Ligas de Mg fundidas Ligas de Cu fundidas Ligas de Zn fundidas

Lingotamento convencional ou esttico


Lingotamento contnuo



Processo de solidificao

Curva de Solidificao de metal puro durante a fuso


Corte lateral

Processo de solidificao: A formao da morfologia da solidificao

depende da velocidade de solidificao. Quanto mais rpida a

solidificao, mais fina ser a microestrutura sugerida.

Corte topo

Lingotamento contnuo SEM agitao

Lingotamento contnuo COM agitao


Efeitos da Contrao- Rechupe



Fundio por gravidade;

Fundio sob presso;

Fundio por centrifugao;

Fundio de preciso;

Fundio por outros mtodos;


Exemplo de itens fundidos

Polias

Carcaas de vlvulas

Itens em geral


Principais etapas do processos de Fundio:

Confeco do modelo (modelao);

Confeco do molde (moldagem);

Confeco do macho (macharia);

Fuso do metal;

Vazamento do molde com metal lquido;

Desmoldagem, retirada do molde e macho;

Rebarbao e limpeza;

Controle da Qualidade, verificao da conformidade.



Confeco do modelo - Essa etapa consiste em construir um

modelo com o formato aproximado da pea a ser fundida. Esse

modelo vai servir para a construo do molde e suas dimenses

devem prever a contrao do metal quando ele se solidificar bem

como um eventual sobremetal para posterior usinagem da pea. Ele

feito de madeira, alumnio, ao, resina plstica e at isopor.

Confeco do Molde - O molde o dispositivo no qual o metal

fundido colocado para que se obtenha a pea desejada. Ele

feito de material refratrio composto de areia e aglomerante. Esse

material moldado sobre o modelo que, aps retirado, deixa uma

cavidade com o formato da pea a ser fundida.

Confeces Moldes e Modelos.

Nomenclaturas / definies importantes na Fundio

Molde Permanente (coquilhas):

So aproveitados para a produo contnua de

peas fundidas.

Molde Perdido:

Constitudo principalmente por areia, cera ou

aglomerado, destrudo na desmoldagem.

Machos :

Proporciona o surgimento de cavidades ocas e

arranjo do molde.




Areia verde

Processo de fundio que utiliza molde de areia. O mais conhecido e empregado a fundio em

areia verde.

A composio do agregado granular refratrio (molde) feita por

areia-base que pode ser silica (SiO2), cromita ou zirconita, mais argila (como aglomerante) e gua.

Os moldes so preparados compactando a mistura de areia numa caixa sobre um modelo com

formato da pea a ser fundida.


Molde em Casca (Shell molding):

As desvantagens do processo em areia verde levaram ao desenvolvimento de novos tipos de molde. E o

uso das resinas foi um grande aperfeioamento na utilizao de areia para a produo de moldes de

fundio.

A areia no precisa mais ser compactada porque o aglomerante, que como uma espcie de cola, tem a

funo de manter juntos os gros de areia.

A cura (secagem) pode ser a quente ou a frio. A cura a frio mais caro e utiliza substncias cidas e

corrosivas como catalisadores da reao qumica, que exigem muito cuidado na manipulao porque so

txicas. Por estas desvantagens pouco utilizado.


Cera perdida (fundio de preciso).

Tambm chamada de fundio de preciso, produz peas com peso mximo de 5 kg, formato complexo, melhor acabamento

superficial, tolerncias menores e geralmente sem macho. So produzidas ligas de alumnio, de nquel, de magnsio, de

cobre, de cobre-berlio, de bronze-silcio, lato ao silcio, ligas resistentes ao calor, alm do ao comum e inoxidvel.

Este processo bastante eficaz na produo de peas pequenas e aparentemente inviveis por outros processos (pelo

formato complexo e custo).

Os modelos para a confeco dos moldes so produzidos em cera a partir do vazamento de cera lquida em uma matriz

formada por uma cavidade com o formato e dimenses da pea desejada.

Lama

refratria

Modelo

de cera

Aquecimento

Remoo da

Cera derretida

Enchimento

do modelo

Quebra do Molde

Pea

pronta

Modelo


Processo

Cera

Perdida


Molde permanente

Dependendo da pea a ser fabricada, da quantidade e do tipo de liga metlica que ser fundida, a melhor

opo a fundio em molde permanente.

Este processo evita problemas comuns aos processos que utilizam moldes descartveis, como quebras e

deformaes dos moldes, incluses de material do molde, entre outros.

So utilizados moldes metlicos de ligas de ao ou ferro fundido, cuja vida til permite a fundio de at

100 mil peas. Mas sua utilizao est restrita a ligas metlicas com ponto de fuso mais baixo que ligas

de ao, como chumbo, zinco, alumnio, magnsio, bronze e excepcionalmente, o ferro fundido.

Comparado s peas produzidas em moldes de areia, apresentam maior uniformidade, melhor acabamento

superficial, tolerncias menores e melhores propriedades mecnicas. Por outro lado, as peas devem ser

de tamanho pequeno, produzidas em grande quantidade, e devem possuir formatos simples.


Fundio sob Presso - Injeo.

A fundio em molde permanente pode ser feita tambm sob presso (injeo). Consiste em forar a

penetrao do metal lquido na cavidade do molde, tambm chamado de matriz. A presso garante o

preenchimento total da matriz.

O processo automatizado, garantindo fechamento, presso do lquido, abertura e desmoldagem por

pinos ejetores. Muitas matrizes so refrigeradas gua, evitando superaquecimento e elevando sua

vida til.

So capazes de confeccionar entre 50 mil e 1 milho de injees.


Areia Verde Shell Moding Cera Perdida Injeo

Vantagens Baixo Custo Fcil reparo moldes Equip. mais simples

Bom acabamento superficial Molde estvel dimensional Automatizvel Adequado peas complexas

Produo seriada Geometrias complexas Maior preciso dimens.

Autom. produo Ps mais complexas

Desvantagens

Acabamento superficial Areia heterognea Maior deform. do molde

Custo elevado Dimenses mais limitadas

Peso Limitado (5Kg mx) Custo elevado

Limitaes de mat. Custo alto


Fundio por centrifugao.

O metal derretido derramado em um molde girando.

Neste processo de fundio o canal de vazamento est normalmente localizado junto ao

centro de rotao da pea. A fora centrfuga gerada pela rotao ajuda a que o metal

vazado sob presso preencha pequenas seces e mantenha um bom contato entre a

moldao e o metal.

Neste processo os elevados fluxos de calor que se escoam proporcionam uma reduo do

tempo de solidificao, resultando em melhores propriedades mecnicas dos fundidos.


Representao esquemtica do equipamento para Fundio por centrifugao.

Principais vantagens

Podem apresentar formas externas e internas desde a mais

simples at a mais complexa;

Podem apresentar dimenses limitadas somente pelas restries

das instalaes onde sero produzidas;

Podem ser produzidas dentro de padres variados de acabamento

e tolerncia dimensional;

Possibilita grande economia de peso, porque permite a obteno

de paredes com espessuras quase ilimitadas.


Limitaes:

As propriedades mecnicas de peas fundidas geralmente so inferiores s

propriedades de peas conformadas mecanicamente.

Incluso da areia do molde nas paredes internas ou externas da pea.

Heterogeneidades na composio da liga metlica (reas de segregao)

que causam o aparecimento de partculas duras indesejveis no material.

Rechupes, que a falta de material caudsado por projeto de massalote mal

feitos.


Defeitos tpicos do processo de Fundio.

Porosidade: Originada de gases no eliminados

durante o processo de vazamento e solidificao.

Rebarba de ngulo: Protuberncia metlica na

forma de lmina delgada que divide em dois um

ngulo entrante na areia do molde.

Ocasionada por Rachadura no molde ou no macho

produzida durante a estufagem, secagem ou no

vazamento;

Sem alterao na forma geomtrica da pea.



Rebarba metlica: Originada das folgas entre

machos e moldes ou entre machos e machos.

Veiamentos: So rebarbas em forma de veios,

geralmente perpendicular superfcie isolada ou

em rede e no situadas ao longo de cantos.

Ex. Causas:

Rachadura nos moldes no momento do vazamento

muito lento;

Fissura nos moldes que acompanham a expanso da

areia.


Com alterao na forma geomtrica da pea.

Levantamento de molde: Rebarba plana, que se

encontra ao longo da linha de diviso do molde, que

vem acompanhada com o corresponde aumento da

espessura da pea.

Ocasionada por excesso de presso do metal lquido, que produz um levantamento da parte superior do molde, sendo que sua carga no suficiente para evitlo.


Rechupes: Geralmente aparecem sob pontos de acmulo de material (pontos de variao da superfcie da pea, prximo nervuras e castelos de fixao), como uma depresso na superfcie da pea moldada se a contrao do material no for compensada. Ocasionada principalmente pela Contrao volumtrica como resultado da solidificao do metal.


Incluso de areia: Geralmente ocasionada por escrias oriundas do forno/panelas /bicas, etc, ou adies ao banho metlico no dissolvidas.

Podem ser evitadas com as seguintes aes: Colocar as partes usinadas, sempre que possvel, no molde do fundo; Usar cargas no forno com sucata limpa e no oxidadas; Limpar escrias do forno de fuso.


Tenses antes da desmoldagem

Exemplo de distribuio das tenses no processo de Fundio

Tenses aps desmoldagem


Exemplo da dissipao do calor no processo de Fundio


Metals Handbook vol. 15 Casting 9th edition-ASM-1988;

Moreira,M.F; Lebro,S.M.G Tratamentos trmicos Materiais- Dmc 733-E.E. Mau 2000;

Degarmo, Black,J.t;Kohser,A.R Materials and processes in Manufacturing-8 ed.-2005

Altan,T Conformao de metais-EESC-USP- So Carlos SP-1999

Aulas curso Prominp ministrado na USP em 2011;

Aulas curso sobre procedimentos de avaliao materiais Prof. Andr da Costa e Silva.

Bibliografia:

Mtodos de conformao dos aos

Para processos de conformao

volumtrica tais como laminao,

forjamento, etc, so indicados

especialmente materiais com

grande ductilidade.

Em funo das foras necessrias

para a conformao, estes

materiais devem tambm possuir

limites de escoamento a frio, e a

quente, relativamente baixos.

Processos de Fabricao Mecnica CONFORMAES PLSTICAS.

Aspectos da temperatura 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).

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;

Trabalho a frio (TF) aquele que executado entre 0 e 0,3 Tf (onde Tf a temp. de

fuso) .



TRABALHO A QUENTE.

O trabalho a quente a etapa inicial na conformao mecnica da maioria dos metais e ligas. Este

trabalho no s requer menos energia para deformar o metal e proporciona maior habilidade para

o escoamento plstico sem o surgimento de trincas como tambm ajuda a diminuir as

heterogeneidades da estrutura dos lingotes fundidos devido as rpidas taxas de difuso presentes

s temperaturas de trabalho a quente.

TRABALHO A FRIO.

O trabalho a frio acompanhado do encruamento, o que resulta no aumento do limite de escoamento

e de resistncia trao e diminuio do alongamento, normalmente aplicado a itens de pequenas

dimenses, tais como fixadores, soquete de ferramentas, discos, etc.

TRABALHO A MORNO.

Objetiva aliar as vantagens das conformaes a quente e a frio. Dos processos de conformao a

morno um dos mais difundidos e com maiores aplicaes industriais o forjamento.

O trabalho a morno consiste na conformao de peas numa faixa de temperaturas onde ocorre o

processo de recuperao portanto, o grau de endurecimento por deformao consideravelmente

menor do que no trabalho a frio.


VANTAGENS DESVANTAGENS

Homogeneizao qumica das estruturas

brutas de fuso, com a eliminao de

segregaes, em virtude da rpida difuso

atmica interna;

Necessidade de equipamentos especiais

(fornos, manipuladores, etc.) e gasto de

energia para aquecimento das peas;

Aumento da capacidade do material para

escoar sem se romper (ductilidade);

Formao de xidos, prejudiciais para o

acabamento superficial;

Menor energia requerida para deformar o

metal, j que a tenso de escoamento

decresce com o aumento da temperatura;

Necessidade de grandes tolerncias

dimensionais por causa de expanso e

contrao trmicas;

Aumento da tenacidade e ductilidade do

material trabalhado em relao ao bruto de

fuso.

Reaes do metal com a atmosfera do

forno, levando as perdas de material por

oxidao e descarbonetao superficial.

Eliminao de bolhas e poros por

caldeamento

Podem gerar heterogeneidades entre as

estrutura da superfcie e do centro da pea

em funo das taxas de resfriamento

diferenciadas.

TRABALHO A QUENTE.


Forjamento.

Sob forjamento entende-se a fabricao atravs da

conformao com pr aquecimento, corte (e juno) de

uma pea sem encruamento permanente.

Vantagens do processo de forjamento so entre outras

o elevado aproveitamento do material e a grande

capacidade de produo, que possvel atravs deste

processo, assim como uma elevada segurana do

processo e a boa reciclabilidade do produto.

A resistncia elevada das peas forjadas comparadas com a das peas

fundidas tem como consequncia as a possibilidade de reduo das

dimenses de um elemento de mquina.


O processo de forjamento dividido em vrios estgios.

O numero de estgios depende de alguns fatores como:

A complexidade da pea a ser forjada;

O material que constitui a pea.


Forjamento.

Gera estruturas com melhores caractersticas mecnicas quando comparados aos Fundidos.

Dendritas Conformada

Gera superfcies com melhor acabamento quando comparados aos Fundidos.

Pode produzir uma grande variedade de peas em diversos materiais, desde peas com

poucos milmetros at peas com alguns

metros;


Materiais utilizados no Forjamento.

SAE 8630 - Utilizado na fabricao de peas de dimenses mdias que necessitam de mdia

resistncia mecnica com boa soldabilidade e elevada tenacidade, particularmente na indstria de

explorao de petrleo .

SAE 4340 - Utilizado para fabricar peas de maior porte, de uso geral, que requerem alta dureza e/ou

resistncia mecnica, particularmente em indstrias siderrgicas, de minerao e de explorao de

petrleo.

Ligas Especiais:

Aos baixa liga:

ASTM B 160 - Utilizada em equipamentos para a indstria alimentcia e para manuseio de soda

castica, armazenamento de produtos qumicos e indstria eletroeletrnica.


Tipos de Forjamento.

Forjamento em Matriz aberta (forjamento livre).

O material conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente

no se tocam.

usado geralmente para fabricar peas grandes, com forma relativamente simples (ex.,

eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, ncoras, alavancas, etc.) e em

pequeno nmero; e tambm para pr-conformar peas que sero submetidas

posteriormente a operaes de forjamento mais complexas.


Forjamento em Matriz aberta (forjamento livre).

A pea conformada em uma ferramenta plana com um martelo em queda livre ou em

prensa. Matria prima so blocos fundidos ou laminados.


Forjaria Sala de controle da prensa.


Forjamento em Matriz fechada.

O material conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo-

relevo, impresses com o formato que se deseja fornecer pea.

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.

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.




Exemplo de pea sendo forjada .


Forjamento em Matriz fechada (com rebarbas).

O material excedente forma uma faixa estreita (rebarba) em torno da pea forjada. A

rebarba exige uma operao posterior de corte (rebarbao) para remoo


Desvantagens:

As peas a serem forjadas normalmente necessitam de operaes de conformao antes do processo de

forjamento.

Ferramentas dispendiosa (matrizes).

Controle do volume crtico.


Vantagens:

Controle da deformao durante o processo de forjamento; melhorando as propriedades

mecnicas da pea produzida(ductilidade,

tenso, resistncia);

Controle da produo de peas complexas.


Sequncia de trabalho no forjamento em matriz.

A sequncia neste caso ser:

corte do material preparao da seo transversal (geralmente forjamento livre) prensagem

o nmero de operaes intermedirias depender da complexidade da pea.

Operaes intermedirias mais comuns:

Recalque; Estiramento; Encalcamento; Rolamento; Alargamento; Furao; Extruso.


Recalque.

Compresso 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.

O Recalque pode ser classificado em:

Recalque a frio: peas pequenas, fora reduzida, alta preciso, bom acabamento;

Recalque a quente: peas grandes e complexas, reduo das foras atravs do aquecimento, acabamento superficial ruim, necessidade de retrabalho.


Encalcamento.

Variedade de estiramento em que se reduz a seco de uma poro intermediria da pea, por meio

de uma ferramenta ou impresso adequada.

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.

Rolamento.


Aumenta a largura de uma pea reduzindo sua espessura.

Alargamento.

Furao.

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


O material forado a passar atravs de um orifcio de seco transversal menor que a da pea.

Extruso.


Principais formas de fornecimento de Forjados


Forjamento de Anis.

Cilindros ocos forjados.


Filme Processo Forjamento (5 min).


Laminao.

Laminao um processo de conformao

continuo ou em etapas com uma ou mais

ferramentas rotativas (cilindros de laminao) e

com ou sem ferramentas adicionais (ex.:

mandris, calos ou hastes)

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

Os cilindros de laminao podem tanto ser motores ou ento movidos pelo

movimento do material que est sendo laminado.

Laminao.



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.

Laminao.


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.


Laminao.


O processo de laminao realizado em uma das muitas etapas do processo do

processo de fabricao. A laminao, como primeira etapa est ligada diretamente com a

usina siderrgica. L se realiza o processo de laminao a quente, aproveitando ainda a

temperatura do lingote diretamente.

Como produtos desta primeira etapa tm-se por exemplo, tiras, chapas, tubos e perfis.

Na laminao a quente empregada a laminao longitudinal e a oblqua.

Laminao a Quente.

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.

Limitaes:

Baixa preciso de espessura;

Baixa qualidade de acabamento;

Formao de carepa;

Laminao a Quente.



Laminao a Frio.

Geralmente so produzidas tiras e chapas espessas na laminao a quente e chapas

finas na laminao a frio.

As tiras e chapas laminadas a frio tm em contraste com as laminadas a quente

apresenta as seguintes propriedades:

Em alguns casos, resistncia mecnica nitidamente mais elevada.

Produz uma superfcie isenta de trincas e porosidades.

Rugosidade definida

Tolerncias de espessuras mais estreitas

O encruamento resultante da reduo a frio pode ser aproveitado para dar maior

resistncia ao produto final.

Vantagens:

Alta preciso de espessura;

Excelente acabamento superficial;

No h formao de carepa;

Limitaes:

Baixa taxa de deformao;

Necessidade de tratamento trmico (recozimento);

Necessita de alto esforo para conformao

Laminao a Frio.



Barras 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.

Laminao de Barras e Perfis.


Devido a laminao a frio estar condicionada a um forte encruamento torna se necessrio um

tratamento de recozimento acima da temperatura de recristalizao. Inclui-se tambm um tratamento

de laminao posterior para:

Melhorar a planitude da chapa.

Imprimir um padro de rugosidade sobre a chapa.

Corrigir o patamar de escoamento das chapas de ao, e eliminar defeitos de conformao.

Tratamento trmico ps laminao a frio.


Estampagem

As operaes de estampagem podem ser resumidas em trs bsicas:

Corte

Dobramento e encurvamento

Estampagem profunda ou repuxo.

Enquanto as estampagens em corte e dobramento so realizadas a frio, a profunda pode

eventualmente ser a quente, dependendo da necessidade.

Consiste na fabricao de peas a partir de chapas, por meio de corte, dobra e embutimento.

Normalmente utilizado em chapas para fabricar peas de baixa espessura.

Preferencialemnte utiliza-se aos baixo carbono, inoxidveis, alumnio, cobre e de diferentes

ligas no ferrosas com alta dutilidade.

Devido s suas caractersticas este processo de fabricao apropriado, preferencialmente,

para as grandes sries de peas (produo em srie).

Estampagem

Algumas vantagens:

produo em srie; custo baixo das peas; bom acabamento sem necessidade de posterior processo de usinagem; peas com grande resistncia; custo baixo do controle de qualidade devido uniformidade da produo e a facilidade para a deteco de desvios



Estampagem

Grande aplicao na indstria automobilstica Recursos de projeto com utilizao de Softwares

- Peas geometrias complexas.


Prensas de Estampagem / Corte


Sequencia de Corte

Contato Presso Cisalhamento Destaque Retorno


TREFILAO

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.


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.

TREFILAO


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) .

TREFILAO

Quando 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.


EXTRUSO

Processo de Conformao que tem por objetivo dar forma a um corpo metlico, a partir

da sua passagem por uma matriz, que lhe confere forma e dimenses finais.

Extruso

Direta

Extruso

Indireta


Material: 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.

Extruso a Quente:

feita em temperatura elevada para ligas que no tenham suficiente ductilidade a

temperatura ambiente, de forma a reduzir as foras necessrias.

EXTRUSO

A extruso a quente apresenta alguns problemas como todo o processo de alta temperatura:

O desgaste 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.


Extruso a Frio:

Desenvolvida 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.

EXTRUSO


CETLIN, P. R.; HELMAN, H. Fundamentos da Conformao. So Paulo: Artliber Editora, 2005; Plaut,R.L Curso da ABM Estampagem de aos -2006; Degarmo, Black,J.t;Kohser,A.R Materials and processes in Manufacturing-8 ed.-2005 Altan,T Conformao de metais-EESC-USP- So Carlos SP-1999 Aulas curso Prominp ministrado na USP em 2011; Aulas curso sobre procedimentos de avaliao materiais Prof. Andr da Costa e Silva.

Bibliografia:

Processos de Fabricao Mecnica USINAGEM.

Introduo.

As peas fabricadas por fundio, conformao ou soldagem podem em

alguns casos ser produzidas com as dimenses finais ou prximas a final

(near net shaping), mas normalmente estas peas precisam sofrer

operaes complementares para chegar as dimenses finais com a

tolerncia dimensional especificada, visando permitir o intercmbio das

peas.

Definio - segundo a DIN 8580, aplica-se a todos os

processos de fabricao onde ocorre a remoo de material

sob a forma de cavaco.

Usinagem - operao que confere pea forma, dimenses ou

acabamento, ou ainda uma combinao qualquer desses trs,

atravz da remoo de material sob a forma de cavaco.

Cavaco - poro de material da pea retirada pela ferramenta,

caracterizando-se por apresentar forma irregular.

O Estudo da usinagem baseado na mecnica (Atrito,

Deformao), na Termodinmica (Calor) e nas propriedades

dos materiais.



Os processos de usinagem podem ser classificados em trs

categorias:

Corte: utilizando ferramentas de geometria definida; que podem ser: monocortante Ex.: torneamento ou multicortantes. Ex.:

fresamento;

Abrasivo: utiliza ferramentas de geometria no definida e materiais abrasivos. Ex.: retificao, lapidao, brunimento;

Outros mtodos de remoo de material: eltrico, qumico, trmico, hidrodinmico e laser.


- Os processos de usinagem possuem as seguintes vantagens:

So relativamente mais precisos que os processos de conformao e fundio;

Produzem com geometrias complexas, difceis de serem obtidas por outros processos;

Se adquam a operaes posteriores aos tratamentos trmicos, corrigindo distores;

Podem gerar superfcies com padres especiais;

Dependem do lote, para lotes pequenos mais econmico usinar as peas.

- Limitaes ou desvantagens:

Gasto maior de matria-prima, trabalho, tempo e energia; No melhora e pode at degradar as propriedades mecnicas da pea;


Os processos de usinagem necessitam de um movimento relativo

entre pea e ferramenta.


Processos de usinagem

removem material da

superfcie da pea na

forma de cavaco


Os cavacos, basicamente podem ser classificados em trs tipos:

Contnuo: Forma-se na usinagem de materiais dcteis e homogneos com pequeno e mdio avano;

De cisalhamento: constitudo de grupos lamelares distintos e justapostos, cisalhados e parcialmente soldados em

seguida;

De ruptura: quando so constitudos de fragmentos arrancados da pea usinada. Forma-se na usinagem de materiais frgeis ou

heterogneos. Ex.: ferro fundido ou lato.


A formao do cavaco influencia diretamente diversos aspectos

relacionados s operaes de usinagem, podendo-se destacar os

seguintes:

-Econmicos: velocidade de corte, fludo de corte utilizado, vida til

da ferramenta, etc.

-Qualidade final da pea: acabamento superficial, esforos de corte,

etc.

- Segurana: Proteo do operador.

Materiais dcteis tendem a produzir cavacos longos e contnuos que

so os mais prejudiciais.

Materiais frgeis produzem cavacos em forma de pequenas

partculas.


O que ocorre no processo de corte e formao do cavaco ??


Altas foras de atrito

Alta Temperatura (1100C+)

Altos esforos mecnicos

Deformaes plsticas severas

Pea

Cavaco

Ferramenta

570 C

680

750

840

930

1100

1200

1300930

1100

1200

1100


Grandezas do processo de Usinagem:

Vc Velocidade de Corte (m/min)

ap Profundidade de corte (mm)

f - Avano

Foras (Ft, Fa, Fr)

Potncia (Hp)

Calor



Avano - a

Profundidade de Corte - Pc

Parmetros Bsicos


a velocidade perifrica da pea que gira, medido em metros por minutos (m/min).

a velocidade com que a pea passa pela Ferramenta (Torneamento)

a velocidade em que cada ponto perifrico se desloca a cada rotao (furao e fresamento)


Podemos encontrar indicaes de velocidade de corte nos catlogos

dos fabricantes de ferramentas ou em tabelas padronizadas.


A quantidade relativa de movimento da ferramenta na pea em cada revoluo, ciclo ou unidade de tempo. Normalmente

medido em milmetros por rotao (mm/rot.).

Avano - f

A distncia entre o fundo do corte e a superfcie da pea, medido perpendicularmente superfcie da pea em milmetros.

Profundidade de corte - ap


Fora de Corte - F

Ft = Fora tangencial (corte)


Fa = Fora axial (avano)

Fora de Corte - F


Fr = Fora radial (passiva)

Fora de Corte - F


Fora Resultante (fora de usinagem)

requer

Fora Potncia


Direes dos movimentos na Usinagem


Fora Resultante (fora de usinagem)


Fora de corte :

E o principal fator no clculo da potncia necessria a usinagem.

Fatores que influenciam na Fora de Corte:

Material: Quando diferentes tipos de materiais so usinados com parametros

constantes, as foras de corte resultantes so diferentes, e dependem das

propriedades dos materiais. Como aproximao inicial pode-se assumir que

com o aumento da tenso de ruptura ou a dureza a fora de corte aumenta.


Material da ferramenta.

- A escolha do material da ferramenta adequado e um dos fatores

decisivos que influenciam na foras de corte.


Fluido de corte.

- O uso de fludos de corte (lubrificantes ou refrigerantes) pode reduir as

foras de corte quando comparado com a usinagem a seco.


As foras e a potncia de usinagem devem ser conhecidas para permitir a

seleo adequada da mquina, ferramenta e para o projeto de dispositivos

de fixao ou de ferramentas.

Por causa de vrios fatores envolvidos,

Potncia:

Potncia proporcional a Profundidade de corte

Potncia proporcional a Velocidade de corte

Potncia NO linearmente proporcional ao avano


Potncia:

A potncia de corte Pc o mais

importante fator para selecionar

uma mquina. P - potncia [kW]

F - forca [N]

v - velocidade [m/min]

Se o torque e a velocidade so

utilizados para determinar a

potncia temos: P - potncia [kW]

Md - torque [N/m]

n - velocidade [rpm]


A potencia diretamente necessaria na

ferramenta determinada por:

Pc - potncia de corte [kW]

Fc - forca de corte [N]

vc - velocidade de corte [m/min]

A potncia de avano e calculada por:

Pf - potncia avano [kW]

Ff - forca de avano [N]

vf Velocidade de avano [mm/min]

Potncia:


Potncia efetiva:

Pe - potncia efetiva [kW]


Pf - potncia avanco [kW]

A potncia do motor e calculada por:

Pa - potncia do motor [kW]


n eficincia eletrica do motor [mm/min]

Potncia:


A Taxa de remoo de material Q mede a produtividade em termos da quantidade de material removido pela maquina-ferramenta em perodo

especfico de tempo ou volume especfico de material removido.

Taxa de remoo

Q Volume removido no tempo [cm3/min] A secao de usinagem [mm2] vc - velocidade de corte [m/min]


Ferramenta de corte.

As ferramentas de usinagem normalmente esto sujeitas as

seguintes solicitaes:

altas tenses localizadas;

altas temperaturas;

escoamento do cavaco ao longo da superfcie de sada ;

atrito entre a ferramenta e a superfcie usinada.

Estas solicitaes provocam o desgaste da ferramenta, ou seja, diminuem a vida til da

mesma, afetando tambm a qualidade da superfcie usinada, a preciso dimensional e

consequentemente a viabilidade econmica do processo so bastante influenciadas pela

vida da ferramenta.


A vida da ferramenta pode ser comprometida por deformao plstica com reduo da

resistncia do material pelo aquecimento e na usinagem de materiais com camadas de

xidos, nesse caso o desgaste pode ser bastante acentuado quando se usina a pea com

profundidade de corte suficiente para arrancar toda camada oxidada.

Vida da Ferramenta.

Em funo disso, essencial monitorar continuamente a

condio da ferramenta quanto ao desgaste ou fratura.

Em muitas mquinas modernas, a monitorao da

ferramenta integrada ao controle da mquina. As

tcnicas de monitoramento da ferramenta podem ser de

dois tipos: direto ou indireto.


Materiais utilizados nas Ferramentas de corte.

O material de ferramenta ideal

dever ter a dureza do

diamante natural, a tenacidade

do ao rpido e a inrcia

qumica da alumina

(Rocha e Silva, 1999).


Ao Rpido

Desenvolvido no final do sculo XIX por Taylor e White.

Assim chamados pelo salto nas velocidades de corte obtidos em sua introduo no

mercado. Atualmente, existem materiais bem mais rpidos.

Possui elevada tenacidade, resistncia ao desgaste e dureza a quente, quando comparado

aos aos carbono usados na fabricao de ferramentas.

Ao alta liga com microestrutura martenstica e incluses de carbonetos.

Elementos de liga: C, W, Mb, V, Nb, Cr, Co.

Metal Duro

Desenvolvido na dcada de 20, na Alemanha, propiciou o segundo grande salto nas

velocidades de corte;

Devido sua elevada dureza e resistncia ao desgaste, foi batizado de Widia (Wie

Diamond, em alemo, como o diamante).

Composto basicamente de carbeto de tungstnio e cobalto e processado pela metalurgia

do p, o que garante boa preciso dimensional das ferramentas.

Possui forte afinidade com o ao, motivo pelo qual, inicialmente, no pde ser usado na

usinagem deste.

Elementos de liga: Co, WC, TiC, TaC, NbC.



Exemplos de falhas X aes corretivas.


Materiais utilizados nas Ferramenta de corte.

A ferramenta de corte deve apresentar as seguintes propriedades:

Dureza: principalmente em temperaturas elevadas para garantir resistncia ao desgaste e

resistncia mecnica nas temperaturas de trabalho.

Tenacidade: a ferramenta deve resistir a impactos e esforos cclicos, comuns durante a

usinagem.

Resistncia ao desgaste: para garantir uma durabilidade compatvel com o processo.

Estabilidade qumica : no deve reagir com o material da pea ou contamin-lo.

Alguns materiais utilizados em ferramentas de usinagem:

Aos carbono e liga / Aos rpidos / Ligas fundidas / Metal duro / Revestidas / Cermicas /

Diamante.


Fludos de Corte.

So bastante utilizados na usinagem com o intuito de:

Reduzir o atrito e desgaste.

Reduzir foras e consumo de energia.

Resfriar a regio de corte

Auxiliar no transporte dos cavacos.

Proteger as superfcies usinadas da corroso.

Um fluido de corte pode ser um refrigerante e/ou um lubrificante. Dependendo do tipo de usinagem um efeito

mais importante de que outro. No caso de usinagem com velocidade de corte elevada o efeito refrigerante

mais importante, por outro lado, em operaes como furao, rosqueamento ou brochamento a

caracterstica lubrificante mais importante bem como o transporte dos cavacos.


Desenvolvimento dos fluidos de corte:

H cerca de trs dcadas atrs, motivado pelos constantes

problemas manifestados em operadores de mquinas de usinagem,

iniciaram-se estudos para avaliao do grau de agressividade (ao

homem e ao meio ambiente) dos fluidos de corte empregados nos

processos de fabricao. Com este estudo muitos produtos foram

proibidos pelo alto grau de toxidade, sendo outros produtos menos

txicos limitados as suas concentraes.

Outra questo importante e motivadora de estudos se d pelo

impacto que esses fldos podem causar a natureza, se no tratados

adequadamente.

No realmente uma propriedade, e sim o modo como o

material se comporta durante a usinagem.

Usinabilidade.


Algumas definies:


Usinabilidade.

A usinabilidade de um material normalmente definida por quatro fatores:

Acabamento superficial e integridade da pea usinada.

Vida da ferramenta.

Fora e potncia necessrias.

Tipo de cavaco.

Boa usinabilidade indica bom acabamento superficial e integridade, vida longa da

ferramenta, e baixa fora e potncia. E quanto ao tipo de cavaco o ideal em pedaos.


Para os aos, a usinabilidade pode aumentada pela adio de chumbo e enxofre obtendo-

se os aos denominados de usinagem fcil.

Usinabilidade dos materiais metlicos.

Quanto aos Ferros Fundido, esses apresentam grandes variaes. O ferro fundido

cinzento e o nodular so de fcil usinagem enquanto que o ferro fundido branco de

usinagem dificlima.

O Alumnio comercialmente puro apesar de extremamente dctil apresenta baixa

usinabilidade. As ligas mais resistentes com cobre tem usinabilidade razovel. As ligas

com silcio so mais difceis de usinar.


Usinabilidade dos materiais no metlicos.

Os termoplsticos podem ser usinados, mas como

apresentam baixa condutividade trmica, baixo

mdulo de elasticidade, e baixa temperatura de

amolecimento, a usinagem deve ser realizada com

ferramenta com ngulo de sada positivo, ngulo

de folga grande, pequena profundidade de corte e

avano, alta velocidade de corte e suporte

adequado para a pea. A refrigerao deve

garantir que os cavacos no se colem na pea ou

ferramenta.


Processos de fabricao de peas assimilveis a slidos de revoluo: O objeto ao ser girado em torno de um eixo x torna-se um slido de revoluo


Os processos apresentados a seguir produzem superfcies de revoluo em peas:

Torneamento: pode produzir superfcies cilndricas, cnicas ou segundo algum perfil, como exemplo de peas

produzidas por este processo temos: eixos, pinos,etc.

Perfilamento: utiliza ferramentas de forma para produzir peas com um determinado perfil.

Torneamento interno: gera superfcies no interior da pea, normalmente utilizado para alargar um furo ou

gerar um canal interno.

Furao: gera furos na direo axial no centro da pea.

Corte: utiliza uma ferramenta denominada bedame para cortar a pea.

Rosqueamento: produz roscas de parafuso interna ou externa.

Recartilhamento: utilizado para gerar um padro superficial.

Estas operaes normalmente so executadas em mquinas denominadas tornos, nestas

mquinas a pea gira enquanto que a ferramenta desloca-se num plano que passa pelo

centro de rotao da pea.


Torno universal.

Revlver.

Vertical.

Copiador.

Automtico.

CNC controlados por computador.

Os tornos normalmente so especificados pelo mximo dimetro que podem

usinar, mxima distncia entre pontas e comprimento do barramento.

Equipamentos utilizados - Tornos.


Equipamentos utilizados - Fresas.

Em complemento as operaes de

torneamento que produz sees circulares,

outras operaes de usinagem podem

produzir geometrias mais complexas com

ferramentas mono ou multi cortantes.

O processo de fresamento um processo

bastante verstil, neste processo a ferramenta

denominada fresa gira e desloca-se em vrias

direes e ngulos para cortar o material.


Equipamentos utilizados - Retficas.

A retificao um processo de fabricao

largamente utilizado na indstria metal

mecnica. Normalmente utilizado em

situaes onde h necessidade de timo

acabamento superficial, grande preciso

dimensional, ou ainda quando o material a

usinar muito duro.

Neste processo o material cortado por gro

abrasivos, estes gros so pequenos, tem

formato irregular, so duros e tem arestas

cortantes afiadas.


A usinagem qumica baseia-se no ataque

qumico de metais para remover pequenas

quantidades de metal da superfcie utilizando

reagentes como cidos e solues alcalinas.

Dos processos de usinagem no convencionais,

a usinagem qumica o mais antigo, sendo

utilizado para marcao de metais e pedras, e

mais recentemente na produo de placas de

circuitos impressos e chips de

microprocessadores.

Equipamentos utilizados Usinagem Qumica.


Equipamentos utilizados Eletroeroso.

Este processo de usinagem remove o material por eroso causada por

descargas eltricas. Apesar do princpio ser conhecido desde a

descoberta da eletricidade, somente em 1940 foi construda a primeira

mquina que utiliza este processo.

Uma mquina EDM basicamente composta de eletrodo, pea, fonte

CC e fluido dieltrico. Quando a diferena de potencial entre a pea e

o eletrodo suficientemente elevada, uma descarga acorre atravs do

fluido dieltrico removendo uma pequena quantidade de metal da

superfcie da pea. Este processo ocorre na freqncia entre 50 kHz e

500 kHz, com tenso entre 50 V a 380 V e corrente de 0,1 a 500 A .


Controle Numrico Computadorizado- CNC.

O CNC um sistema em que um microcomputador

utilizado para controlar a mquina, este computador

parte integrante do equipamento. O programa pode ser

preparado remotamente em sistema integrados de projeto

(CAD-D) e fabricao (CAM, CAPP), em sistemas deste

tipo, o operador pode simular o programa CNC para

verificar eventuais problemas que poderiam ocorrer

durante o processo real de usinagem. Tambm possvel

preparar o programa na prpria mquina que

normalmente dispe de teclado e tela.



Flexibilidade de operao, pode-se produzir formas complexas com boa preciso

dimensional, boa repetibilidade com alta produtividade.

Em alguns casos o custo de ferramentas diminudo, por exemplo no caso de perfis

complexos no h necessidade de modelo (gabaritos)

Calibrao da mquina facilitada pelos dispositivos eletrnicos.

Pode-se executar um nmero maior de operaes a cada preparao da mquina (setup)

e, o tempo de setup e usinagem menor.

Os programas podem ser preparados rapidamente, podem ser armazenados e recuperados

rapidamente, no h necessidade de papelada.

Podem ser utilizados para prototipagem rpida.

No depende tanto da habilidade do operador.

A usinagem CNC comparada a convencional tem as seguintes vantagens:


A rigidez e a folga em mquinas CNC devem ser controladas para maximizar a preciso,

as mquinas so construdas sobre estruturas bastante rgidas e as folgas nos fusos so

eliminadas atravs do uso de fusos de esferas recirculantes.

A usinagem CNC comparada a convencional tem as seguintes desvantagens:


Maior custo inicial;

Custo e tempo de programao,

Maior custo de manuteno

. De um modo geral, a utilizao de mquinas CNC apresenta um retorno financeiro maior.


Programao manual.

Programao do tipo APT.

Sistemas Grfico-interativos.

Sistemas CAD-CAM.

Nos dois primeiros tipos, o programador elabora o programa, que

geralmente verificado atravs de sistemas de simulao ou teste

na prpria mquina. Nos dois ltimos, a elaborao do programa

realizada com o auxlio do computador em situaes com

geometria totalmente definida onde todos os dados necessrios

so informados, mas a gerao final do programa feita pelo

sistema de programao assistida pelo computador.

Os mtodos de programao CNC podem ser classificados em 4 grupos:


Simulao CAD CAM


Filme maquina CNC

Processos de Fabricao Mecnica SOLDAGEM.

Definies:

Soldagem: o processo que tem como objetivo principal a unio de duas ou mais partes (metlicas ou no), assegurando a essa juno (junta

soldada) uma continuidade das propriedades fsicas e qumicas

necessrias ao seu desempenho.

Material Base: Material que constitui as partes a unir.

Material de Adio: o material de enchimento no processo de soldagem da mesma natureza das partes a serem unidas

Metalurgia da Soldagem: Cincia que estuda as transformaes metalrgicas ocorridas na zonas afetadas pelo calor (ZAT).


Principais processos de Soldagem por FUSO:

Processo de unio de metais que ocorre atravs da fuso tanto do metal de base quanto do metal de adio.

Soldagem a Arco:

Soldagem com eletrodo revestido (SMAW) Soldagem a Arco Metlico com Gs de Proteo (MIG/MAG - GMAW) Soldagem com eletrodo de tungstnio (TIG-GTAW) Soldagem arco Submerso (SAW) Soldagem com eletroescria (ESW)

Soldagem com feixe de alta energia:

Soldagem com feixe de eltrons (EBW) Soldagem a plasma (PAW) Soldagem com feixe LASER (LBW)


Soldagem por resistncia Eltrica:

Por pontos; Por projeo; Por costura; Por centelhamento.

Soldagem por Induo; Soldagem por Ultra-som; Soldagem por atrito.

Soldagem a Gs: Soldagem com chama Oxi-acetilnica (OAW)


Principais Processos de Soldagem :

As fontes de calor para os processos de soldagem por Fuso:

Arco eltrico Feixe de alta energia Chama


Nveis e distribuio das Tenses na junta soldada:


Importncia relativa dos processos de solda a arco.


Solda feita por aquecimento das peas com chama obtida de gases oxi

combustveis chamada de Solda a gs.

Soldagem a gs (oxi-acetilnica) OFW.


Como processo no requer eletricidade algumas vezes seu uso

indispensvel, principalmente onde no existe eletricidade.

Este processo foi introduzido industrialmente em 1903 e foi usado

extensivamente, aproximadamente, por meio sculo.


Seu maior risco a exploso dos cilindros.

Normalmente aplicado em soldagem de tubos de pequenos dimetros e

espessura, revestimentos resistentes abraso e chapas finas.



Sistema de Soldagem.


Vantagens:

Baixo custo;

Altamente porttil;

Solda em todas as posies;

Equipamento verstil;

Solda espessuras finas e mdias.

Limitaes:

Requer elevada habilidade do soldador; No indicado para grandes espessuras; Superaquecimento (ZTA grande) Baixa taxa de deposio.


um processo muito usado pela sua versatilidade na soldagem de

aos.

Caracteriza-se por varetas metlicas revestidas com material anti-

oxidante, em comprimentos e bitolas padronizados.

Soldagem por Eletrodo revestido SMAW (Shielded metal arc welding ).


Esse revestimento tem funo de gerar um gs para criar uma

camada protetora ao metal, transferir elementos de liga (Mn, Cr. Mo,

Ni, etc.) e permitir a gerao da escria protetora do depsito

possibilitando o ciclo trmico necessrio :


Soldagem por Eletrodo revestido SMAW.

A fuso do ncleo metlico do eletrodo e que formar parte do depsito

e preenchimento da junta;

A queima do revestimento da vareta que formar uma atmosfera

protetora e uma escria que ira cobrir o cordo de solda. Ambas

necessrias para a proteo da Poa de Fuso e do Cordo de Solda,

Durante a fase de solidificao a Escria responsvel pelo Ciclo

Trmico do Cordo de Solda e, junto com componentes do

revestimento e da alma metlica, pelas propriedades Metalrgicas e

Qumica do Metal de Solda.



Poa de Funo



O Revestimento tem as seguintes funes:


Gerar um gs para criar uma camada protetora ao metal;

Transferir elementos de liga (Mn, Cr. Mo, Ni, etc.) que

possibilite atender determinada propriedade metalrgica

(Mecnica e Qumica) do Metal de Solda ou Junta;

Permitir a gerao da escria protetora do depsito

possibilitando o ciclo trmico necessrio para um determinado

tipo de revestimento ou Classe de Eletrodo.



Baixo investimento em Equipamento;

O Sistema simples de operar e pode ser porttil;

No requer gs de proteo adicional;

Consumveis disponveis para a maioria dos Metais de Base e

Requisitos (Mecnicos, Qumicos, Especias);

Mo de Obra/Soldadores de localizao relativamente fcil

Vantagens do Processo de SMAW.


Limitaes do Processo de SMAW.

Baixa Razo de Depsito quando comparado com Processos Semi-

Automticos,

Elevada Gerao de Fumos e Gases prejudiciais a sude,

Geralmente apresenta dificuldade na remoo da escria,

Requer maior habilidade do Soldador, quando comparado com

Processos Semi-Automticos,

Dependendo da Classe do Eletrodo (principalmente os de Baixo

Hidrognio), requer custos elevados de manuseio, manuteno e

preservao,


Soldagem processo MIG/MAG GMAW (Metal Inerte/ Active Gas Gas Metal Arc Welding)

Soldagem a Arco Metlico com Gs de Proteo


Soldagem processo MIG/MAG GMAW .

Ativos

Argnio

Gs monoatmico pesado Elevado poder ionizante Usado com pureza de 99,995% Utilizado em finas e mdias espessuras e na soldagem de Al, Cu, Ti e Zr

Pode ser misturado ao CO2 em alguns casos

Hlio Gs monoatmico muito leve Elevada condutibilidade trmica Exige maior tenso para ionizao Pureza de 99,99% Maior rendimento, porm s usado em CC Mais usado em MIG, com Al e Cu

CO2

Promove proteo oxidante Dissocia em CO + O Usado com Mn e Si para evitar porosidade Arco violento, com muitos respingos

H2

adicionado ao Ar ou He para aumentar a temperatura do arco e promover

atmosfera levemente redutora

No deve ser utilizado em aos de alta resistncia

Pode causar porosidade em Al, Cu, Ni e inox austenticos

Inertes

Gases



Vantagens do Processo MIG/MAG.

Alta taxa de deposio;

Soldagem mais limpa (menos gs e fumos;

Alta versatilidade e ampla aplicao;

Limitaes do Processo de MIG/MAG.

Maior possibilidade de gerar falta de fuso;

Normalmente limitado a posies planas;


Soldagem processo Arco Submerso SAW.


Durante o processo, o arame n alimentado continuamente e funde-se no

arco voltaico sob a proteo de um fluxo de p.

Os ps utilizados so diferenciados pelo tipo de fabricao, composio e

granulao.

O arco recoberto por um banho de escria, que ao solidificar-se recobre o

cordo, protegendo-o contra a oxidao.

Como o arco enclausurado na escria lquida, o rendimento trmico

elevado, fatores que propiciam grande velocidade de fuso.





Principais aplicaes:

Vasos de Presso;

Tubos com costura

Tanques de armazenamento

Revestimentos resistentes

abraso e corroso

Limitaes:

Requer ajuste preciso das peas

Posicionamento limitado

Pode ter baixa tenaciade



Vantagens

Elevada taxa de deposio

Bom acabamento

Boa proteo contra porosidade


Soldagem a Arco com eletrodo permanente de Tungstnio.

Tungstnio Inerte Gs TIG.


Soldagem a Arco com eletrodo permanente de Tungstnio TIG.

Arco de alta concentrao de energia;

Gas de proteo inerte (argnio ou

hlio), mantem a poa de fuso livre de

imperezas;

Manual ou automatica;

Pode ser utiizada com ou sem metal de

adio.

Gera soldas de alta qualidade.


Aplicaes:

Soldagem a Arco com eletrodo permanente de Tungstnio TIG.


Aos baixa liga (4130, 4140);

Aluminio;

Aos Inox;

Titanium;

Ligas de Nquel;

Ligas de Cobre ou Bronze;

Ouro;

Prata;

Cobalto;

Ferro fundido.

Materiais soldados pelo processo TIG.

Solda mais metais e

ligas do que qualquer

outro processo.


Soldagem por arco de Plasma (PAW).

A elevada energia que promove a fuso produzida por um arco constrito estabelecido

entre um eletrodo no consumvel de tungstnio e o bocal constritor.

O eletrodo de tungstnio no consumvel, protegido por uma atmosfera gasosa, o principal

ponto em comum entre os processos TIG e plasma. A principal diferena encontra-se na

forma em que o arco eltrico se estabelece entre o eletrodo de tungstnio e a pea a ser

soldada.

A alta estabilidade do arco permite o uso de intensidade de

corrente muito baixa, adequada para soldagem de peas

de pequena espessura, difceis ou mesmo impossveis de

serem soldadas por outro processo a arco.



Corte a Plasma Introduzido em 1955 , na substituio de outros processos como corte para metais no-ferrosos e

aos inoxidveis.

O jato de Plama funde e expulsa o metal de base com

grande eficincia, resultando em excelentes acabamentos

superficiais e pequenas ZAT.


Vantagens:

Boa estabilidade de arco

Melhor controle de penetrao do que em outros processos de solda a arco eltrico

Altas velocidades de soldagem

Excelente qualidade de soldagem

Pode ser usado para soldar quase todos os metais


Limitaes:

Alto custo do equipamento

Tocha maiores que outros processos de solda a arco

Tende a restringir o acesso em algumas juntas


Soldagem por feixe de eletrons - (ELECTRON BEAM WELDING - EBW).

Feixe de eltrons - Calor gerado pelo impacto dos eltrons com o material a

trabalhar. Soldagem executado em cmara de vcuo.



Pistola (canho) de feixe de eltrons



ZAT reduzida em comparao a espessura

soldada.


Efeito do nvel de vcuo na propagao do feixe de eltrons.



VANTAGENS:

Baixo aporte trmico; Alta relao penetrao / largura; Grande penetrao; Pequena ZAT e baixa tenso residual; Altas velocidades de soldagem; No necessita de consumveis (gases ou fluxos).

LIMITAES:

Grande custo de ferramental e preparao da junta; Grande lead time para fazer vcuo; Necessita de proteo para Raios-x; Posicionamento da junta complicado; Tamanho limitado da pea cmara de vcuo.



Soldagem submarina molhada.

Sold

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