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TIXOCONFORMAÇÃO E

HIDROCONFORMAÇÃO: UMA

REVISÃO DE LITERATURA SOBRE OS

PROCESSOS NÃO CONVENCIONAIS DE

CONFORMAÇÃO MECÂNICA

Christianne Lacerda Soares (UFMG )

[email protected]

Washington Moreira Cavalcanti (UFMG )

[email protected]

Na natureza, o homem foi capaz de identificar diversos materiais que

facilitassem o seu dia-a-dia. Dentre os materiais mais utilizados e com

maior versatilidade no processo industrial, encontra-se o metal. A

partir deste material e dos avannços significativos no campo das

ciências dos materiais, o homem foi capaz de classificar o metal e de

criar processos inúmeros que permitiriam a sua modificação

denominados processos de conformação mecânica. Dentre tais

processos, além de outras classificações, pôde-se distingui-los entre

processos convencionais e processos não convencionais de

conformação mecânica. Estes últimos, objeto de estudo deste trabalho,

contam com tecnologias avançadas que utilizam outras energias além

da mecânica para transformar o metal. Dentre tais tecnologias, o

estudo foca na tixoconformação e na hidroconformação. Neste

trabalho, o objetivo foi a realização de uma revisão bibliográfica

acerca dos processos de conformação mecânica, com foco nos

processos de tixoconformação e hidroconformação, e a identificação

de suas aplicações, vantagens e desvantagens em relação aos

processos convencionais de conformação mecânica. Ambas

apresentam-se como alternativas seguras na fabricação de peças com

geometria complexa, além de proporcionar excelente acabamento

superficial, elevados ganhos de produtividade e menor nível de falhas,

apresentando-se como mais indicadas para demandas tão específicas

como as que ocorrem no mercado atual.

Palavras-chaves: Tixoconformação, Hidroconformação, Processos não

convencionais, Metal, Conformação Mecânica

XXXIII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO A Gestão dos Processos de Produção e as Parcerias Globais para o Desenvolvimento Sustentável dos Sistemas Produtivos

Salvador, BA, Brasil, 08 a 11 de outubro de 2013.



2

1. Introdução à conformação dos metais

Na natureza, o homem foi capaz de identificar diversos materiais que facilitassem o seu dia-a-

dia. Dentre os materiais mais utilizados e com maior versatilidade no processo industrial,

encontra-se o metal definido como “Substância simples, com brilho próprio, boa condutora de

calor e de eletricidade” (FERREIRA, 2000, pág. 459). Apesar da definição simples, sem o

metal como parte fundamental do processo industrial, este último não teria alcançado o nível

de avanço tecnológico observado nos dias atuais.

Entretanto, apenas a identificação dos metais não possibilitaria tal nível de utilização. Assim,

após as descobertas significativas no campo das ciências dos materiais, o homem foi capaz de

classificar os metais e de criar processos inúmeros que permitiriam a sua modificação e

transformação para melhor lhe servir. Entre tais processos, surgiram aqueles denominados de

conformação mecânica, definida como o processo de modificação de um corpo metálico para

outra forma definida (FILHO et al., 2011). Pode-se ainda definir o processo de conformação

mecânica como “... qualquer operação durante a qual se aplica esforço mecânico [...]

resultando em uma mudança permanente das formas e dimensões.” (MORO; AURAS, 2007).

Schaeffer (1995) destaca a importância deste processo: “De todos os processos de fabricação,

a conformação mecânica tem um papel de grande importância porque é a forma de produzir

peças com excelentes propriedades mecânicas com uma perda mínima de material”.

Dentre os processos de conformação dos metais, em um universo variado de classificações,

pode-se distinguir: os processos convencionais e os processos não convencionais de

conformação mecânica. Os primeiros, já largamente utilizados na indústria contemporânea,

envolvem, entre outras, as tecnologias de extrusão, laminação, dobramento, trefilação,

forjamento e corte. Os últimos, que serão o objeto principal de estudo deste trabalho, fogem

do comum e envolvem tecnologias mais avançadas, como a hidroconformação e a

termoformagem. Este estudo tem como objetivos a realização de uma revisão bibliográfica

acerca dos processos de conformação mecânica dos metais, com foco nos processos não

convencionais, e a identificação de suas aplicações, vantagens e desvantagens.



3

2. Fundamentos da conformação plástica dos metais

A conformação plástica, de acordo com Cetlin e Helman (2005), é definida como a

modificação da forma de um corpo para outra, predefinida, com geometria e dimensões

controladas, pela aplicação de esforço mecânico. Os metais apresentam características

incomparáveis que os asseguraram preferência para uso em processos industriais. Dentre tais

características, pode-se citar:

Excelentes condutores térmicos e elétricos;

Maleáveis e adaptáveis a inúmeros processos industriais;

Detentores de propriedades elásticas e plásticas moldáveis.

Dentre essas características, este estudo terá como foco estas últimas, que possibilitarão o

entendimento mais claro dos processos não convencionais de conformação mecânica.

2.1 Elasticidade e Plasticidade

A elasticidade e a plasticidade são definidas por Moro e Auras (2007) como:

a) Elasticidade: capacidade que um material possui de se deformar quando se encontra

sob a aplicação de um esforço e de voltar à forma anterior quando este para de existir;

b) Plasticidade: capacidade que um material possui de se deformar quando se encontra

sob a aplicação de um esforço e de manter essa deformação mesmo quando se aumenta

a intensidade e o tempo do esforço.

A deformação plástica do metal possibilita a modelagem de distintos materiais e, por

conseguinte, o uso diversificado nas indústrias modernas.

Para se compreender as relações mais íntimas dos materiais que viabilizam sua conformação,

os mecanismos da plasticidade foram criados. Schaeffer (1995) assevera que: “Através da

metalurgia física esclarecem-se aspectos analisando monocristais e suas deformações.” Filho

et al. (2011) complementa: “Dois mecanismos estruturais básicos podem estar presentes no

cristal durante o processo de deformação plástica: escorregamento e maclação.” Estes

conceitos se esclarecem a seguir:



4

Quadro 1 - Descrição dos processos de escorregamento e maclação

Processo Descrição Figura

Escorregamento

ou Deslizamento

Uma parte do cristal move-se em

relação à outra segundo determinados

planos e direções cristalográficas

(planos e direções de escorregamento).

Os átomos, nesse movimento,

deslocam-se em distâncias múltiplas de

uma distância inter-atômica, mantendo

a continuidade do reticulado cristalino.

Estrutura cristalina

Escorregamento

Maclação

Uma parte do cristal inclina-se em

relação à outra parte a partir de um

plano limite das duas partes (plano de

maclação). Como um espelho, verifica-

se que uma parte do cristal torna-se

imagem gêmea da outra parte.

Na maclação, muitos planos se

movimentam mantendo uma

regularidade onde os átomos de um

plano deslocam-se de uma mesma

distância em relação aos átomos de

outro plano.

Estrutura cristalina

Maclação

Fonte: Os autores, adaptado de Filho et al., 2011, p. 100

Ambos Filho et al. (2011) e Filho (2010) concordam que o principal mecanismo e o mais

importante é o deslizamento. Filho (2010) assevera ainda que o processo de deslizamento se

parece com um baralho espalhado sobre a mesa, empurrando uma das extremidades,

elucidando com a Figura 1:

Figura 1 - Processo de deslizamento



5

Fonte: Filho, 2010, p. 14

No primeiro momento (a), os cristais encontram-se orientados antes do processo de

deslizamento. Em (b) é possível perceber a orientação após a aplicação da deformação sem

restrição. Por último, em (c) verifica-se a orientação após a aplicação da deformação com

restrições para o deslizamento (exemplo de um ensaio de tração com as extremidades fixadas

em garras, limitando a orientação do deslizamento) (FILHO, 2010).

Os mecanismos da plasticidade atuam de forma ordenada na modificação dos planos de

movimento do material, readequando-o à nova forma almejada. Para manter-se sobre o novo

plano de deformação, todavia, é mandatório que este material ultrapasse a região de

comportamento elástico, que é diferente para cada tipo de material. Assim, imprescindível se

torna compreender como os parâmetros de tensão e deformação influenciam e determinam o

comportamento de um metal durante a conformação.

2.2 Tensão x Deformação

A relação tensão versus deformação é de elevada importância para a compreensão do

comportamento do material diante de um estado de tensão. (Rocha, 2012). Inicialmente, os

conceitos de tensão e deformação devem ser esclarecidos:

a) Tensão: definida como o quociente entre carga atuante (força) e a área na qual a mesma

está aplicada (Rocha, 2012).



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b) Deformação: definida como o quociente das alterações de comprimento ou alterações

angulares entre os comprimentos iniciais e finais da peça (Schaeffer, 1995).

Por meio da curva gerada no gráfico tensão x deformação é possível perceber zonas ou áreas

específicas que possibilitam ao metal a deformação permanente:

Figura 2 - Diagrama Tensão x Deformação

Fonte: Rocha, 2012, p. 24

O diagrama acima representa um ensaio de tração onde uma barra cilíndrica é submetida a

uma carga de tração uniaxial crescente. Do ponto 0 até σp verifica-se a região de

comportamento elástico do material, ou seja, a tensão aplicada até σp possibilitaria que este

material retornasse à sua forma original. Entretanto, o mesmo foi elevado a esforços maiores.

Entre os pontos A e B constata-se a zona de deslizamento de discordâncias, iniciando-se o

processo de deformação plástica da barra. De U até F tem-se o início e fim do processo de

ruptura, até a ruptura total em F (Rocha, 2012). Portanto:

“Para um material de alta capacidade de deformação permanente, o diâmetro

do corpo de prova começa a decrescer rapidamente ao se ultrapassar a carga



7

máxima (ponto U). Assim, a carga necessária para continuar a deformação

diminui até a ruptura do material.” (ROCHA, 2012, p. 25).

Na Figura 2, é notável a influência desse diagrama na propriedade plasticidade dos metais. Ao

ultrapassar a zona de conformação elástica, o material passa pela zona de deformação plástica,

onde sua forma é modificada permanentemente. Caso os esforços aplicados permaneçam, o

material continuará a deformar até sua quebra ou ruptura.

3. Operação de conformação mecânica por deformação

A conformação mecânica dos metais, segundo Chiaverini (1986), é um campo de grande

importância dentro da área de técnicas de fabricação de peças metálicas e refere-se à mudança

de forma e de dimensões de metais através da aplicação de esforços mecânicos externos.

Dentre os vários processos de conformação mecânica, os componentes podem ser obtidos por

diferentes processos de fabricação e a melhor escolha implica no conhecimento dos esforços

aplicados, nas condições de trabalho, produtividade e do custo (Rocha, 2012).

Para Chiaverini (1986), por conformação mecânica são produzidas diversas formas de

materiais metálicos, perfis e peças acabadas. Os principais métodos de fabricação por meio da

deformação mecânica de metais são:

Quadro 2 - Descrição dos processos de conformação mecânica dos metais

Processo Descrição Ilustração

Laminação

Consiste na passagem de um corpo sólido (peça)

entre dois cilindros (ferramentas) que giram à

mesma velocidade periférica, mas em sentidos

contrários. Pode a frio ou a quente.

Forjamento

A forma desejada da peça é obtida por

martelamento ou aplicação gradativa de pressão.

Esse processo normalmente é efetuado a quente,

embora certos metais possam ser forjados a frio.



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Processo Descrição Ilustração

Extrusão O material sofre redução em sua área de seção

transversal pela aplicação de pressões elevadas e

escoamento através do orifício de uma matriz.

Trefilação

Realizada pela condução de um fio (uma barra ou

tubo) através de uma ferramenta (fieira) de

formato externo cilíndrico e que contém um furo

no centro por onde passa o fio. Esse furo, com

diâmetro decrescente, apresenta um perfil na

forma de funil curvo ou cônico.

Dobra ou

Repuxo

Realizado em ferramentas denominadas estampos

de dobramento. Esses estampos são formados de

uma parte superior (macho) e uma inferior

(fêmea). As máquinas de conformação podem ser

prensas excêntricas ou prensas viradeiras.

Embutimento

Uma ferramenta de embutimento de copo, por

disco ou esboço que se deseja embutir, é colocada

sob guia (ou prensa-chapas) o qual prende a chapa

pela parte externa. O equipamento de

conformação é uma prensa excêntrica para peças

pouco profundas ou uma prensa hidráulica para

embutimento profundo.

Estiramento Realizado pela operação de conduzir o material

por força de tração através de uma ferramenta

matriz de formato externo cilíndrico.

Corte ou

Cisalhamento

Pode ser por prensa ou guilhotina. Dependendo do

tipo de corte, são definidos diversos grupos de

operações da prensa, onde a operação de corte é

usada para preparar o material para posterior

estampagem (blank), ou na execução de furos em

prensa (piercing ou punching) ou na execução de

entalhes (notching).

Fonte: Os autores, adaptado de Chiaverini, 1986

Os processos supramencionados já são utilizados na indústria moderna em escala industrial.

As vantagens e desvantagens destes processos, em geral, são diferenciadas pela caracterização

do processo a frio ou a quente.



9

Os processos a frio proporcionam ao material conformado maiores limites de resistência,

melhor acabamento superficial, além de menor índice de rugosidade e aumento da resistência

mecânica de certos metais não-ferrosos (ROCHA, 2012). Já as desvantagens estão

relacionadas à necessidade de maquinário capaz de gerar grandes esforços mecânicos e

possibilidade de acontecer encruamentos (CHIAVERINI, 1986).

Nos processos a quente, as vantagens envolvem a necessidade de menos esforço mecânico,

melhora da tenacidade do material, aumento da resistência mecânica e capacidade de

alteração profunda, devido à recristalização contínua que ocorre durante o processo

(CHIAVERINI, 1986). Chiaverini (1986) cita também as desvantagens: possibilidade de

formação de cascas de óxido, necessidade de ferramental de boa resistência ao calor e

dificuldade de obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas.

4. Processos não convencionais de conformação mecânica

Os processos não convencionais de conformação mecânica ocorrem quando se utiliza uma

fonte de energia não tradicional, mais especificamente química, elétrica ou térmica, ao invés

da energia mecânica. Aplica-se quando os materiais metálicos a serem trabalhados são de

conformação dificultada, como os aços temperados, carbonetos, ferros fundidos e materiais

cerâmicos, segundo Kalpakjian e Schmid (2001, tradução nossa).

Cetlin e Helman (2005) relatam que diferentes processos nessa área são capazes de atender às

exigências de qualquer utilização, com base em dados técnicos ou parâmetros com dimensões

e tolerâncias definidas, associados a custos e prazos bastante competitivos, pois estes

processos dispensam o elevado investimento na confecção de ferramental e permitem o

trabalho em diversos tipos de materiais, inclusive temperados, mesmo em produções em

pequenas escalas.

Neste estudo, serão abordados os processos não convencionais denominados termoformagem

e hidroconformação. Estes processos têm se tornado populares, principalmente nas áreas

automobilísticas e aeroespaciais. Nos itens a seguir, os mesmos serão detalhados e suas

aplicações, vantagens e desvantagens serão identificadas.

4.1 Termoformagem ou Tixoconformação



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O processo de termoformagem, conhecido também como tixoconformação, é um processo de

fabricação relativamente novo que utiliza o material no estado semissólido para obtenção de

componentes e ligas metálicas (VIEIRA; FREITAS; FERRANTE, 2011).

Para que ocorra a tixoconformação, é necessário que a conformação da peça ocorra na faixa

de temperatura entre sólido e líquido. De acordo com Batalha (2003): “A temperatura é

escolhida em geral para uma proporção de ~ 60 % de fase sólida e ~ 40 % de fase líquida”. O

diagrama a seguir demonstra a aplicação desta afirmação:

Figura 3 - Diagrama de obtenção de peça por Tixoconformação

Fonte: Os autores, adaptado de Batalha, 2003

No trabalho de termoformagem ocorre uma recuperação parcial da ductilidade do material e a

tensão de conformação situa-se numa faixa intermediária entre a usinagem a firo e a quente

(KOBAYASHI, OH e ALTAN, 1989, tradução nossa).

No processo de conformação de ligas metálicas no estado semissólido, Vieira, Freitas e

Ferrante (2011) descrevem, que a tixoconformação é uma tecnologia na qual conformam-se

peças a uma temperatura onde coexistem líquido e sólido. Os mesmo autores afirmam que na

etapa em que o material for mais líquido, classifica-se como tixofundição. Porém, quando a

maior fração de material estiver em estado sólido dá-se o nome de tixoforjamento. Vieira,

Freitas e Ferrante (2011) asseveram ainda que se se partir da liga no estado líquido e houver o

resfriamento sob ação de agitadores até uma temperatura que permita a coexistência de estado

líquido e sólido, com a subsequente conformação, o processo será chamado de reofundição. O

diagrama a seguir ilustra estas três fases:



11

Figura 4 - Diagrama de obtenção de peça por Tixoconformação.

Fonte: Vieira, Freitas e Ferrante, 2011, p. 440

Ferraresi (1997) destaca que cada etapa do processo de conformação do metal é vital na

determinação da qualidade do produto final. Deve ser monitorada tanto a qualidade do

material utilizado, quanto os parâmetros de aquecimento, moldagem e esfriamento, para

obtenção de peças de alta qualidade. O Quadro 3 a seguir apresenta as vantagens e

desvantagens do processo de tixoconformação:

Quadro 3 - Vantagens e desvantagens da obtenção de peças por tixoconformação

Vantagens Desvantagens



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Vantagens Desvantagens

Curto tempo de processo;

Geometrias de peças complexas;

Near-Net-Shaping (fabricação próxima

da forma final);

Menor desgaste do ferramental, ligas de

alumínio são processadas com

temperatura de até 100ºC inferior à de

fusão;

Menor porosidade e segregação, estado

semissólido favorece difusão e

solubilidade;

Redução de trincas a quente, o menor

choque térmico durante o resfriamento

com relação aos componentes obtidos

por fundição.

Processo restrito apenas a ligas de

alumínio, ferro e algumas ligas de cobre;

Janela de aplicação do processo de

conformação estreita;

Elevada solicitação térmica da ferramenta;

Custos tecnológicos elevados para

manutenção do sistema mecânico

simultaneamente com o controle de

temperatura operacional;

Quando necessário, dificuldade de

controle da velocidade de agitação para

homogeneizar o metal.

Fonte: Os autores, adaptado de Batalha, 2003

Para Alves, Vieira e Oliveira (2012) esta é uma técnica economicamente viável por propiciar

aumento da vida útil das matrizes, alta produtividade, propriedades mecânicas, redução no

volume de defeitos no produto e acabamento final com elevado padrão de qualidade.

4.2 Hidroconformação

A hidroconformação conceitua-se com um processo de conformação de peças metálicas por

meio da aplicação de forças de deformação combinadas com pressões exercidas por fluidos.

Esta tecnologia é muito parecida com a estampagem, diferenciando-se desta por, entre outros

aspectos, necessitar somente de uma matriz. A hidroconformação teve suas primeiras

aplicações entre os anos de 1940 e 1950, sendo a tecnologia patenteada por Fred Leuthesser,

Jr. e John Fox da Companhia Schaible em Cincinnati, Ohio, Estados Unidos da América.

O processo de hidroconformação “[...] consiste na obtenção de peças metálicas por

conformação a partir da aplicação simultânea de pressão hidrostática de fluido e esforços de

compressão sobre o material a ser conformado.” (PONCE, BORTOLUSSI, BATALHA,

2005). Já Teixeira (2007) assevera que a hidroconformação incide na aplicação de uma

pressão hidráulica agregada à restrição do movimento, utilizando um molde, de forma a

conceber o material de acordo com a geometria pretendida no molde.



13

Segundo Dohmann e Hartl (1997, tradução nossa), o processo de hidroconformação é

relativamente novo e vem sendo utilizado em escala industrial desde o final da década de

sessenta para a produção de peças hidráulicas e no setor automotivo.

A hidroconformação de tubos “[...] é um processo de conformação plástica dos metais a frio;

permite a fabricação de peças com geometrias complexas com variações nas seções transversais e

nas linhas de centro, através da aplicação de elevadas pressões hidráulicas no interior do tubo"

(CALDIN; BUTTON, 2007). No processo de hidroconformação de chapas, pode-se utilizar

somente um equipamento de punção ou uma matriz, o que permite eliminar ajustes necessários

entre a matriz e o punção existentes nas ferramentas utilizadas na estampagem convencional.

(ZHANG, 1999, tradução nossa).

Assim, é possível a obtenção de peças com geometria complexa e boa qualidade a custos não

tão altos. A informação é confirmada por Teixeira:

“As vantagens [...] surgem pela possibilidade de obtenção de peças de

geometria complexa, com um menor número de operações de processo,

quando comparadas às tecnologias convencionais [...]. [...] a redução do

contacto com ferramentas (punções, lâminas de corte, ...) permitem um

melhor acabamento superficial, além de, reduzir situações de tensões

residuais provocadas pelo processos de conformação por impacto.”

(TEIXEIRA, 2007, p. 11).

Outras vantagens do processo de hidroconformação incluem sua aplicação em diversos

campos, aumentos significativos da relação resistência mecânica/peso e da economia de mão

de obra e de material (PONCE, BORTOLUSSI, BATALHA, 2005). Além destas, esta

tecnologia pode ser utilizado em qualquer metal que possa ser estampado incluindo alumínio,

bronze, carbono, inox, cobre e ligas de alta resistência; possui ainda baixos custos de

desenvolvimento e tempo reduzido de ciclo, gerando produtividade (Jones Metal Product

Company, 2011, tradução nossa).

Em contrapartida, as desvantagens deste método estão associadas ao desgaste das ferramentas

por efeito das elevadas pressões e a defeitos como enrugamento, estricção e ruptura; além

destes, o material a ser hidroconformado deve ter elevada capacidade de resistência a esforços

multiaxiais e possuir boa ductilidade (Teixeira, 2007). Ponce, Bortolussi e Batalha (2005)

citam as mesmas limitações e acrescentam a necessidade de se ter um sistema com controles

rápidos, precisos e ágeis já que este é um processo de alta precisão baseado em fenômenos

complexo como a plasticidade dos materiais.



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5. Considerações Finais

A necessidade mercadológica faz com que o homem, a cada dia, seja criativo e inove nas

soluções industriais. Neste trabalho, foi possível identificar a aplicação de algumas dessas

tecnologias inovadoras e que cada vez mais, impulsionam o progresso industrial.

Frente ao mercado cada vez mais exigente em termos de produtividade e qualidade e a

necessidade de fabricação de peças cada vez mais complexas com aplicações intrínsecas e

formatos exclusivos, os processos não convencionais de conformação mecânica se mostram

favoritos para atender a essa demanda. Suas desvantagens foram igualmente apresentadas;

porém, ainda assim, se sobressaem em termos de capacidade, produtividade e custo.

O objetivo fundamental deste artigo foi apresentar os processos não convencionais de

conformação mecânica existentes e identificar suas aplicações, vantagens e desvantagens. Os

processos identificados como não convencionais mostraram-se muito eficientes na fabricação

de insumos e peças para a manufatura com elevado ganho de produtividade e superior

qualidade dimensional. Além disso, os mesmos permitem um maior nível de deformação e

menor nível de falhas em relação aos produtos obtidos nos processos convencionais de

conformação mecânica.

Esta revisão de literatura, focada principalmente nos processos de Termoformagem e

Hidroconformação, mostra que estes processos são capazes de superar, em casos específicos,

a estampagem convencional. Apesar da limitação em relação a sua aplicação restrita somente

para alguns tipos de metais, para aqueles que procuram soluções exclusivas para a manufatura

de peças com geometria complexa, alta qualidade e baixo custo, os processos não

convencionais de conformação mecânica se mostram como os mais indicados.

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TIXOCONFORMAÇÃO E HIDROCONFORMAÇÃO: UMA REVISÃO DE ...abepro.org.br/biblioteca/enegep2013_TN_STO_177_013_22495.pdf · geometria complexa, além de proporcionar excelente acabamento