8/8/2019 Curso bsico de Metalurgia do P - Mdulo 2
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MINI CURSOMINI CURSO MMDULO 2DULO 2
METALURGIA DO PMETALURGIA DO PMERCADO &MERCADO &DESIGN & COMPARADESIGN & COMPARAO COMO COM
PROCESSOS CONCORRENTESPROCESSOS CONCORRENTES
M. PALLINIM. PALLINI
O material aqui apresentado poder ser parcialmente ou totalmente copiado. Poder tambm sereditado para montagem de outras apresentaes porm em todos os casos o nome e/ou logotipo doautor devero ser preservados. A identificao da Recomp - Rede Cooperativa da Metalurgia do
P tambm dever ser citada como fonte do material apresentado.
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Histria do Uso dos Metais
6000AC 5000AC 4000AC 3000AC 2000AC 1000AC 1 1000 2000 1000 1500 2000
Ouro Prata
Chumbo
Ferro
Cobre
Estanho
Mercrio
Em 7700 anos somente 12 Metais eram usados
Um total de 24 Metais
Foram descobertos at 1800
M/P~1925
Imagem cedida por Metaldyne
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Imagem cedida por Metaldyne
SNTESE
DESEMPENHO PROPRIEDADES
MICRO-ESTRUTURA
Princpio Bsico da Metalurgia
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Imagem EPMA traduzida por Cofap-M. Marelli
Metalurgia do P (M/P) Convencional - Fluxograma de Processo
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Fonte: P/M Science R.M. German
Processos da Metalurgia do P
FERRAMENTAIS
ENSAIOS
MISTURA DE PS
PROCESSAMENTO
PROPRIEDADES
Microestrutura
Composio Qumica
Rota de Fabricao
Tamanho
Forma
Empacotamento
Compactao (C, WC, HIP)
Laminao
ExtrusoInjeo
Asperso
Sinterizao (C/RC/HTS)Forjamento
Densidade
Dutilidade
Magnetismo
Resistncia
Condutividade
Microestrutura
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Imagem cedida por IPT
A densidade tempapel fundamental
nas propriedades dosaos sinterizados;
O carbono oelemento de liga mais
comum, e como nosaos trabalhados, omais efetivo noaumento da tenso
de escoamento eruptura.
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Econmicas:Um componente sinterizado com qualidade comparvel a
um fundido ou trabalhado normalmente mais barato queestes. M/P tipicamente usa mais de 97% da matria primaoriginal na pea acabada;Produz peas com excelente acabamento superficial;
M/P adequada a componentes com alto volume deconsumo (permite automao), com formas intrincadas,com tolerncias dimensionais fechadas;Apresenta consistncia de processo (alto Cpk), econsequentemente baixo scrap;Peas sinterizadas tem bom desempenho em aplicaescrticas de longa durao.
Fonte: EPMA e P/M Science
Razes para usar M/P
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Imagem cedida por LabMat-UFSC
NNmero de pemero de peas iguais em sas iguais em srierie
1000010000 50000500002500025000 7500075000 100000100000
Metalurgia do pMetalurgia do p
usinagemusinagem
Cust
orelativoporpe
Cust
orelativo
porpeaa
M/P comparada com outros processos
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Processo nico:Permite as mais variadas combinaes de elementosqumicos (ligas) e consequentemente microestruturas;
Prov controle da porosidade, adequadas paraaplicaes como filtros (baixssima densidade) atcomponentes com densidade terica da liga (Bielas);Compsitos (metais reforados com cermicos, SMC...);Habilidade de formar conjuntos utilizando peassinterizadas com formas e/ou composies diferentes.
Razes para usar M/P
Ideal para algumas aplicaes:Componentes eletrnicos (Capacitores de tntalo poroso,mas, Ncleos Ferrite, Microencapsulados,etc...).
Fonte: EPMA e P/M Science
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Imagem cedida por Metaldyne
Exemplos
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Razes para usar M/P
Fonte: EPMA e P/M Science-Randall M. German
Processo Cativo:Materiais refratrios com alto ponto de fuso no
podem ser obtidos economicamente por outrosprocessos (filamentos de tungstnio para lmpadas,metal duro, etc...);Produz formas complexas que seriam impossveis ouimpraticveis por outro processo de transformaomecnica.
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Imagens cedidas por Metaldyne e Hgans
Exemplos
Base de vlvula recirculadorade gases montada com 02componentes com composiesqumicas distintas
Estator de motor eltricofabricado com SMC (softmagnetic composite),substituindo pacote delaminas estampadas.
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Formas Complexas!
Imagem cedida por Metaldyne
M/P convencional(Compactao + Sinterizao)
Moldagem por injeo
+ Sinterizao
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DICAS BSICAS DE PROJETO DE UMA PEA SINTERIZADA
Ao Simples
Ao Dupla
Matriz Flutuante
Todos detalhes da pea que esto no sentido da moldagempodem ser fabricados;
Existir uma variao de densidade ao longo da pea, de acordo
com o processo de prensagem escolhido (vide abaixo).
Imagem cedida por Metaldyne
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Peas com vrios degraus demandam punes mltiplos
MatrizPuno 1Punco 2Punco 3
Macho
Pea
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996
Este tipo deferrramentalnormalmente
caro!
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Mltiplos degraus com matriz com projeo (Shelf Die)
Shelf die
1,5 mm mnimo!
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996
Este tipo deferramental uma
alternativa economicaao anterior, porm
dificulta o controle dadensidade ao longo
da pea
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Dicas de Projeto: Cantos vivos e raios
Vista deVista de topotopo
Possvel Prefervel
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996
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Dicas de Projeto: Chanfros de M/P
PunoPea
30a 45
W mn. = 0,125 mmW tpico = 0,250 mm
H
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996
Canto vivo naferramenta causaquebra prematura!
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Dicas de Projeto: Raios / Acabamentos
Punco
R REsta paredefina no punovai fraturar
rapidamenteem servio! 0,25 mmtpico
Evite Prefervel
A linha de
juno pode sereliminada por
tamboreamentoposterior, caso
necessrio
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996
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Dicas de Projeto: furo cego
Evite Prefervel Prefervel
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996
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Dicas de Projeto: Rebaixos
Evite Prefervel
Deve serusinado
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996
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Dicas de Projeto: Sadas / Conicidade2 min
7 min
Evite
PrefervelEvite
PrefervelThe Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996
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Automotivo70%70%
Recreao,Hobby,Ferr. Manuais
12%12%
Outros 6%6%
Motores/ControladoresIndustriais, hidrulica3%3%
Hardware2%2%
Eletrodomsticos 5%5%
EquipamentosEscritrio2%2%
Imagem cedida por Metaldyne
Distribuio de Mercado da M/P em 2003
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3.5 kg3.5 kg
6 kg6 kg
5.0 kg5.0 kg15 kg15 kg
Peas Sinterizadas em Carros - 1995
Imagem cedida por Metaldyne
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6 kg6 kg
12 kg12 kg
10 kg10 kg22 kg22 kg
Peas Sinterizadas em Carros - 2004
Imagem cedida por Metaldyne
EM 2006 O BRASIL PRODUZIREM 2006 O BRASIL PRODUZIR ~3.000.000~3.000.000DE VEDE VECULOS.CULOS.
QUE GRANDE OPORTUNIDADE DEQUE GRANDE OPORTUNIDADE DE
CRESCIMENTO!CRESCIMENTO!
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Imagem cedida por Metaldyne
Peas Sinterizadas em Carros
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Bielas S/FPistes e Guias deAmortecedores
PlanetriosSinterizados/Brazados
Componentes deCaixa de Cmbio
Mancais deGirabrequim
Coras e Polias
Imagens cedidas por Metaldyne
Exemplos de Peas Sinterizadas em Veculos
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Imagem cedida por IPT
M/P comparada com outros processos: Volume e Complexidade
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Fonte: MPIF P/M Design Book atualizado por M. Pallini
M/P comparada com outros processos: Resistncia
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Fonte: EPMA, Metals Handbook, MPIF- Compilado por Qualisinter
norebarbamentonoMuito Boa0% a 1%Mdia10g a 300g20.000 a 1.000.000MdioExtruso a frio
norebarbamentonoBaixa1 a 2%Mdia1g a 1Kg1.000 a 100.000BaixoInjeo sob presso
norebarbamentonoBoa10% a 50%Baixa1g a 500g20.000 a 2.000.000BaixoEstampado
MdiolimpezanoBoa20% a 80%Baixa5g a 2Kg1.000 a 100.000AltoUsinado (CNC)
norebarbamentonoMuito Boa5%Mdia5g a 2Kg1.000 a 100.000AltoForjado
MdiorebarbamentonoBoa5%Alta5g a 2Kg500 a 500.000MdioMicrofundido
PoluenterebarbamentonoBoa10 a 20%Alta10g a 80Kg200 a 200.000MdioFundido
noPea sai acabada *SimBoa1 a 2%Baixa1g a 2Kg2.000 a 1.000.000BaixoSinterizado
!
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M/P comparada com outros processos
* Em mais de 90% dos casos
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M/P comparada com outros processos
Fonte: P/M Science R.M. German
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Fonte: P/M Science R.M. German
M/P comparada com outros processos
: 2 212
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1 ;
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Fonte: Precitec
Tolerncias
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Tolerncias
Fonte: Precitec
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Fonte: Ames / Metaldyne
6
>(>(?>(>>(@A(BA(A(? A(>A(@ C.
5DB
5EDB
5BB
5BDB
FBBADB
>BB?DBEBB Fe
Fe-C;Fe-C
u-C
Fe-Ni-Cu-C
Fe-P-C
u;Fe-P
Fe-C
-Cu
(harde
ned)
Fe-Ni
-Cu-M
o
Fe-Cr
-Mo
Fe-C-Ni
-Cu-M
o
Fe-C
-Cr-M
o
Fe-C-Ni
-Cu
(hardene
d)
Gray Iron
NodularIron
CarbonSteel
Alloy Steel
SpeedSteel
Comparao de Resistncia Mat. Convencional vs. M/P
OBS: Aos ferramentasinterizados apresentamresistncia superior aos
convencionais!
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Normas
As normas de materiais contm informaesnecessrias para fabricao e caracterizao do
produto:- Composio qumica do material: %Ferro, %Cobre, %Carbono,
- Propriedades fsicas: Densidade, condutibilidadeeltrica,
-Propriedades mecnicas: Dureza, resistncia ruptura,resistncia ao impacto, alongamento, res. fadiga, ...
-Propriedades magnticas: Fora coerciva, Induomagntica, Permeabilidade magntica,
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Normas relacionadas a M/P
- MPIF EUA ( a norma completa e a mais utilizada atualmente)
- SAE - EUA
- ASTM - EUA- DIN (SINT) - Alemanha
- JIS - Japo
- BS - (Gr Bretanha)- ISO - (Internacional)
- EN - (Comunidade Europia)
e tambm normas criadas pelo prprio cliente, fundamentadas ouno em normas internacionais.
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Fonte: DIN-EN 30910-4-2005-05
Norma Din SINT Tolerncias muito abertas!
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Fonte: MPIF35-2003
Norma MPIF35
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Fonte: MPIF35-2003
Norma MPIF35
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Fonte: MPIF35-2003
Norma MPIF35
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Fonte: MPIF35-2003
Norma MPIF35
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Fonte: MPIF35-2003
Norma MPIF35
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Exemplos de Converses
Pino guia: Laminado + usinado + ToTo parasinterizado auto-temperante
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Exemplos de Converses
Ncleo magntico: de forjado + usinado parasinterizado
Imagens cedidas por Metaldyne
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Exemplos de Converso
Rotor:
De: usinado (torno, fresa, brocha, retfica + ToTo - 05 operaes);
Para: sinterizado (moldar + sinterhardening 02 operaes). O sistemaque utiliza o componente apresentou melhoria de desempenho aps a
adio de bolsas de leo no final dos canais.Imagens cedidas por Metaldyne
Sinterizado
Usinado
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Flange: projeto completamente modificado. Deusinado para sinterizado.
Imagens cedidas por Metaldyne
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Recado aos Engenheiros de Produto & Projetistas
REALIDADE-Um novo componente normalmente j est definido pela engenhariaantes da rea comercial iniciar as cotaes;
-Nem sempre a M/P considerada no primeiro momento;-As tolerncias de projeto e/ou montagem no so bem estudadas. Omesmo aplica-se s propriedades de resistncia;
RECOMENDAO:
-Contatar o fabricante de sinterizado no incio do projeto docomponente;
-Considerar as limitaes e vantagens da M/P, escolhendo a melhor
relao entre requerimentos tcnicos e de montagem.
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