Silva, Ribeiro, Dias, Sousa Desenho Técnico Moderno MATERIAIS E PROCESSOS DE FABRICO © LIDEL EDIÇÕES TÉCNICAS 1 Desenho Técnico Moderno, 4ª Ed. Capítulo

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noMATERIAIS E PROCESSOS DE FABRICO

© LIDEL EDIÇÕES TÉCNICAS 1

Desenho Técnico Moderno, 4ª Ed.

Capítulo 14 – Materiais e Processos de Fabrico

OBJECTIVOS Distinguir as várias famílias de materiais e as suas diferenças

fundamentais; Distinguir os conceitos associados às propriedades mecânicas; Escolher, para uma dada aplicação, o tipo de material mais

adequado. Reconhecer os diferentes processos de fabrico, de uma forma

genérica; Seleccionar um processo ou sequência de processos de fabrico

para uma peça a fabricar; Cotar e toleranciar as peças de acordo com os processos de

fabrico envolvidos.

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• O material é aquilo que existe entre o desenho e o produto final, ou seja, é aquilo que nos permite dar forma ao produto e possibilita que o produto realize a sua função.

FUNÇÃO

PROCESSO

FORMAMATERIAL

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• O universo dos materiais pode dividir-se em seis grandes famílias

POLIMEROS

ELASTÓMEROS VIDROS

CERÂMICOS

METAIS

COMPÓSITOS

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• Cada família pode desdobrar-se em classe, sub-classe e membro

FAMÍLIA

CERÂMICOS

VIDROS

METAIS

POLÍMEROS

ELASTÓMEROS

COMPÓSITOS

CLASSE

…

AÇOS

LIGAS AL

LIGAS CU

LIGAS TI

LIGAS NI

LIGAS ZN

…

SUB-CLASSE…

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000…

MEMBRO…

5005-O

5005-H4

5005-H6

5083-0

5083-H2

5083-H4

5154-0

5154-H2…

ATRIBUTO

…

DENSIDADE

MÓDULO

RESISTÊNCIA

TENACIDADE

CONDUTIVI.-T

EXPANSÃO-T

RESISTIVIDADE

CUSTO

CORROSÃO

OXIDAÇÃO

…

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Importância relativa dos materiais no tempo

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• Gama de variação de densidade para diversos grupos de materiais

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• Gama de variação de resistência para diversos grupos de materiais

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• Gama de variação de resistência específica para diversos grupos de materiais

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Ordenação de diversos materiais pela sua resistência e pela sua resistência específica

Resistência, Ranking Densidade, Ranking FAMÍLIA / TIPO MEMBRO

[MPa] resistência [kg/m^3] [mm] Fibras Aramid 3000 4 1310 229.01 1 Fibras Carbono HS 4140 2 1830 226.23 2 Fibras Vidro S-2 4770 1 2355 202.55 3 Fibras Vidro E 3620 3 2355 153.72 4 Fibras Carbono HM 2240 5 1830 122.40 5 Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( || ) 2000 6 1760 113.64 6 Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( || ) 1100 9 2000 55.00 7 Metais Titânio 6Al-4V 1096 10 4450 24.63 8 Metais Níquel Inconel X750 1800 7 8500 21.18 9 Metais Aluminio 2024-T4 469 11 2770 16.93 10 Metais Aço AISI 4340 1120 8 7850 14.27 11 Madeiras Balsa ( || ) 23 20 180 12.78 12 Madeiras Pinho ( || ) 55 16 510 10.78 13 Termoplásticos Nylon 80 13 1140 7.02 14 Termoplásticos ABS 50 17 1050 4.76 15 Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( |_ ) 80 14 1760 4.55 16 Termoendureciveis Epoxy 69 15 1650 4.18 17 Metais Aço AISI 1010 310 12 7850 3.95 18 Termoendureciveis Poliester 28 19 1200 2.33 19 Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( |_ ) 35 18 2000 1.75 20

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• Gama de variação de rigidez para diversos grupos de materiais

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• Gama de variação de rigidez específica para diversos grupos de materiais

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Ordenação de diversos materiais pela sua rigidez e pela sua rigidez específica

Ranking Rigidez, E Ranking Densidade, Ranking FAMÍLIA / TIPO MEMBRO [GPa] rigidez [kg/m^3] [mm]

Fibras Carbono HM 5 450 1 1830 24.59 1 Fibras Carbono HS 2 300 2 1830 16.39 2 Fibras Aramid 1 130 7 1310 9.92 3 Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( || ) 6 140 6 1760 7.95 4 Fibras Vidro S-2 3 86 9 2355 3.65 5 Fibras Vidro E 4 72 11 2355 3.06 6 Metais Aço AISI 4340 11 210 4 7850 2.68 7 Metais Aço AISI 1010 18 210 5 7850 2.68 8 Metais Aluminio 2024-T4 10 73 10 2770 2.64 9 Metais Níquel Inconel X750 9 213 3 8500 2.51 10 Metais Titânio 6Al-4V 8 110 8 4450 2.47 11 Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( || ) 7 45 12 2000 2.25 12 Madeiras Balsa ( || ) 12 3.2 18 180 1.78 13 Madeiras Pinho ( || ) 13 7.0 15 510 1.37 14 Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( |_ ) 16 10 13 1760 0.57 15 Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( |_ ) 20 8 14 2000 0.40 16 Termoplásticos Nylon 14 3.5 16 1140 0.31 17 Termoendureciveis Poliester 19 3.5 17 1200 0.29 18 Termoplásticos ABS 15 2.1 20 1050 0.20 19 Termoendureciveis Epoxy 17 3.0 19 1650 0.18 20

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• Gama de variação do custo relativo por unidade de volume para diversos grupos de materiais

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POLÍMEROS

• Termoplásticos ou termoendurecíveis

• Baixa rigidez• Baixa resistência• Baixa tenacidade• Atacados por

ultravioletas• Baratos• Fácil fabrico

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COMPÓSITOS

• Formado por dois materiais a nível macroscópico

• Enorme gama de propriedades

• Excelentes rigidez e resistência específicas

• Fibras e mariz cerâmicas resistem a altas temperaturas

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COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA

MATRIZ

Termoplásticos Termoendurec.

REFORÇO

Fibrasplásticas

FibrasCarbono

FibrasVidro Cerâmicos Metais

PETPPetc

EP, PFPEEKetc

PPAramid

HMHS

ES

SiCAl2O3

BArame

COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA

MATRIZ

Termoplásticos Termoendurec.

REFORÇO

Fibrasplásticas

FibrasCarbono

FibrasVidro Cerâmicos Metais

PETPPetc

EP, PFPEEKetc

PPAramid

HMHS

ES

SiCAl2O3

BArame

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CERÂMICOS E VIDROS

• Formados por óxidos, nitretos e carbonetos

• Elevada dureza e rigidez• Muito frágeis em tracção• Muito resistentes em

compressão• Resistentes ao desgaste• Suportam as mais

elevadas temperaturas

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AÇOS AO CARBONO E DE BAIXA LIGA

• Propriedades dependem do trat. térmico e % de deformação plástica

• Elevada rigidez• Podem atingir elevada

resistência e dureza• Material por excelência

para construção mecânica

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AÇOS DE ALTA LIGA(INOX E MARAGING)

• Elevadas percentagens de Crómio e/ou Níquel

• Elevada resistência à corrosão

• Boa resistência mecânica• Podem atingir elevada

resistência e dureza

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LIGAS METÁLICASNÃO FERROSAS

• Usadas em geral para:• Resistência à corrosão• Resistência ao

desgaste• Cond. eléctrica• Peso reduzido• Boa resistência e

rigidez específicas

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FUNDIÇÃO• Bloco de um motor de

combustão interna • Caixa de moldação (em duas

metades) em cima e exemplo de peça em madeira para moldação da areia do molde, em baixo

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FUNDIÇÃO

• Biela de um motor de combustão interna

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• Desenho de uma peça para fundição

• Desenho da mesma peça para posterior maquinagem e acabamento

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• Exemplo de uma máquina de injecção de polímeros (Cortesia Van Dorn Demag)

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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA• Perfis, barras e outras

pré-formas obtidas por deformação plástica

• Exemplo de uma peça formada por extrusão a frio

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• Prensa para estampagem e forjamento (cortesia do Lab. da Secção de Tecnologia Mecânica do Inst. Superior Técnico).

• Exemplo de peça estampada em chapa de alumínio

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

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• Exemplo de torno mecânico manual (em cima) e de torno de comando numérico (em baixo)

PROCESSOS DE CORTE

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• Operações típicas ao torno

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• Exemplo de uma peça para torneamento, sua cotagem e execução (próximo slide)

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Fases de operação da peça: A - montagem do varão na bucha do torno e facejamento dos topos (esta operação é precedida pelo corte com comprimento adequado de um varão de 40 mm de diâmetro); B - centragem dos dois topos com broca de pontos; C - montagem da peça entre pontos, seguida de desbaste (1), polimento (2), concordância (3), sangria (4) e chanfro (5); D - abertura de rosca; E - inverter a peça e proceder a desbaste (1), polimento (2), chanfro (3) e concordância (4)

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• Furação: engenho de furar, tipos de operações que se podem executar e maneira correcta de furar

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• Exemplo de peça com furos e sua execução

Sequência de operações: A - furo prévio com broca helicoidal de 18 mm nas duas localizações; B - alargamento dos furos com broca espiral de 20 mm nas duas localizações (pode também ser feito com broca helicoidal); C - rebaixo com rebaixador de guia (pode ser feito com fresa de topo); D - voltar a peça e escarear com broca de romã (pode também ser feito com broca helicoidal de diâmetro superior a 24 mm).

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• Exemplo de fresadora mecânica manual de eixo vertical, à esquerda, e de eixo horizontal, à direita

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• Exemplo de uma fresadora de comando numérico (cortesia Clausing Industrial Inc.)

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• Exemplo de peça para fresar, sua cotagem e execução (slide seguinte)

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Sequência de operações de fresagem: A - fresagem das quatro superfícies estreitas à esquadria e dimensões correctas, seguidas das superfícies maiores, com fresa de topo (em várias passagens); B - abertura dos rasgos laterais de 15 mm com fresa de topo; C - abertura do rasgo central de 30 mm com fresa de topo; D - abertura do rasgo a 45º com fresa cónica; E - corte dos bordos conforme o desenho

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• Esmerilagem: várias utilizações de pedras de esmeril: a, b, c, e d correspondem a rectificação de peças, enquanto e e f são operações de afiamento de um ferro de corte de torno e de uma fresa

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Fases de fresagem de uma peça. Da esquerda para a direita e de cima para baixo: fixação do “bruto” de maquinagem, ajuste dos planos de referência das ferramentas em relação à peça, feita pelo operador, desbaste de uma das faces, abertura do furo central, e troca de ferramenta para nova fase – note-se ainda a rebarba agarrada à ferramenta – e, por fim, a peça acabada (cortesia do Lab. da Secção de Tecnologia Mecânica do Instituto Superior Técnico).

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