Conformação mecânica por tixoconformação: Uma revisão bibliográfica / Mechanical conformation by thixoconformation: A bibliographic review

(1)

Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 8, p.62255-63260 aug. 2020. ISSN 2525-8761

Conformação mecânica por tixoconformação: Uma revisão bibliográfica

Mechanical conformation by thixoconformation: A bibliographic review

DOI:10.34117/bjdv6n8-672

Recebimento dos originais: 31/07/2020 Aceitação para publicação: 31/08/2020

Isadora Valadares Castelo Branco

Graduanda em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA) Instituição: Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)

Endereço: Rua Vale do Sol, 113 – Bairro Cidade Turística – Três Marias – MG, Brasil. CEP: 39205-000

E-mail: castellobrancoisa@gmail.com

Renan Gomes Amaral

Graduando em Engenharia Mecânica pela Universidade Anhembi Morumbi (UAM) Instituição: Universidade Anhembi Morumbi (UAM)

Endereço: Rua Coimbra, 408 apto. 33 – Parque Sete de Setembro – Diadema – SP, Brasil. CEP: 09910-120

E-mail: renamaral@gmail.com

Leandro Antônio Thesing

Doutor em Engenharia/ Processos de Fabricação pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Instituição: Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA) Endereço: Av. Tiarajú, 810 sala 228 – Ibirapuitã – Alegrete – RS, Brasil.

CEP: 97546-550

(2)

RESUMO

A tixoconformação é uma técnica conformação mecânica relativamente nova considerada não convencional, porém com várias vantagens em relação a outros métodos mais tradicionais, fazendo uso do material em estado semissólido. Este trabalho baseia-se em uma revisão bibliográfica, com o objetivo obter informações acerca do processo de tixoconformação, explicitando fatores que influenciam no procedimento e como este é utilizado na indústria. O tempo, o custo e o acabamento de uma peça conformada são quesitos que essa técnica atende com distinção, proporcionando em excelente produto final.

Palavras-Chave: Tixoconformação, Conformação Mecânica, Processos de Fabricação. ABSTRACT

Thixoconformation is a relatively new mechanical forming technique considered unconventional, but with several advantages over other more traditional methods, making use of the material in semi-solid state. This work is based on a bibliographic review, with the objective of obtaining information about the thixoconformation process, explaining factors that influence the procedure and how it is used in industry. The time, cost and finishing of a conformed part are requirements that this technique meets with distinction, providing an excellent final product.

(3)

1 INTRODUÇÃO

A área automobilística cresce cada dia mais, junto com esse crescimento há o avanço tecnológico no desenvolvimento de ligas de alumínio, material amplamente utilizado devido à necessidade de produção de peças com alta resistência. A indústria automobilística é uma das principais patrocinadoras para o incremento de novos processos de conformação não convencionais. 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).

A tixoconformação, ou conformação semissólida, é o processamento de ligas metálicas em um estado onde coexiste fase sólida e fase líquida. Estes materiais semissólidos apresentam características estruturais particulares, sendo assim, se diferenciando dos processos convencionais de conformação e fundição, tanto no aspecto de processamento como no morfológico.

Essa tecnologia induz a propriedades mecânicas sem defeitos como porosidade e aprisionamento de ar, é um processo econômico, que pode alcançar quase a mesma taxa de produção que o processo de fundição sob pressão, e é adequado para automação, segundo N.S. Kim, C.G. Kang, (1998).

Esse trabalho possui como finalidade obter informações acerca do processo de tixoconformação, explicitando fatores que influenciam no procedimento e como este é utilizado na indústria.

2 DESENVOLVIMENTO

As pastas metálicas no estado semissólido, apresentando fase sólida globular, originaram o processo de tixoconformação, usado amplamente na indústria automobilística.

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). Sendo assim, é preciso que a conformação da peça ocorra dentro da faixa de temperatura sólido e líquido.

Na etapa em que o material se encontra mais líquido, classifica-se como tixofundição, porém, quando a maior parte de material se for sólida dá-se o nome de tixoforjamento. A imagem a seguir ilustra estas três fases:

(4)

Figura 1 - Diagrama de obtenção de peça por Tixoconformação.

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

Segundo N.S. Kim, C.G. Kang (1998) essa tecnologia induz a propriedades mecânicas sem defeitos como porosidade e aprisionamento de ar.

Ferraresi (1997) mostra que cada etapa do processo de conformação do metal é de suma importância no que se diz respeito à qualidade do produto final. É necessário monitorar a qualidade do material utilizado, parâmetros de moldagem, aquecimento e resfriamento, obtendo assim peças de alta qualidade. O Quadro 1 mostra as vantagens e desvantagens do processo de conformação semissólida:

Quadro 1 - Vantagens e desvantagens da obtenção de peças por conformação semissólida

Vantagens Desvantagens

Curto tempo de processo Processo restrito apenas a ligas de alumínio, ferro e algumas ligas de cobre

Geometrias de peças complexas Janela de aplicação do processo de conformação estreita

Redução de trincas a quente, o menor choque térmico durante o resfriamento com relação aos componentes obtidos por fundição

Custos tecnológicos elevados para manutenção do sistema mecânico simultaneamente com o controle de temperatura operacional

Menor porosidade e segregação, estado semissólido favorece difusão e solubilidade

Elevada solicitação térmica da ferramenta

Menor desgaste do ferramental, ligas de alumínio são processadas com temperatura de até 100ºC inferior à de fusão

Quando necessário, dificuldade de controle da velocidade de agitação para homogeneizar o metal.

Fonte: Os autores, adaptado de Bresciani, 2011.

Mesmo que uma matriz possa ter formas complexas, o processo de conformação semissólida (SSF) pode fabricar produtos que podem competir com as propriedades mecânicas das peças de forjamento de alumínio. Além disso, as aplicações do processo SSF no campo de peças automotivas e peças eletrônicas compactas foram estudadas ativamente, porque o processo de SSF tem vantagens

(5)

sobre os processos convencionais de formação nas áreas de redução da força de conformação, aumento da vida útil da matriz, redução de defeitos de produto, e melhoria de processos.

Tietmann et al. (1992) relataram que produtos com melhores propriedades mecânicas poderiam ser obtidos aumentando substancialmente a pressão hidrostática durante a solidificação, para produtos de forma simples ou complexa através de tixoforjamento.

Por meio de ensaios Tietmann et al. (1992) constataram um aumento da resistência à tração final e resistência a escoamento com maior pressão aplicada. Isto deveu-se à melhoria da resistência de acordo com a densificação avançada da estrutura interna dos corpos de prova pela força da compressão. Desta forma, quanto maior a pressão aplicada, mais densa é a microestrutura e menores são os defeitos internos, como porosidade.

Tietmann et al. (1992) notaram também que a porosidade, que é um defeito interno, foi observada, particularmente em temperaturas mais baixas. No que diz respeito à velocidade do punção, para distribuir uniformemente as regiões de fase sólida e líquida ao redor da amostra na conformação, é necessário o aumento da velocidade.

Produtos típicos produzidos pela tecnologia SSF são componentes destinados à indústria automobilística, como distribuidores de combustível, eixo de comando de válvula da bomba injetora, cilindros mestres de freios, suportes de suspensão lateral, entre outras peças (IDEGOMORI, T. 1998).

3 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O aprimoramento dos processos de conformação mecânica levou ao desenvolvimento de processos onde o material encontra-se no estado semissólido e alcança propriedades mecânicas excepcionais se comparado a métodos tradicionais como fundição e forjamento. Para isso é exercido um alto controle de material, parâmetros dos moldes e da faixa de temperatura, pressão e velocidade do punção, a fim de se alcançar a máxima qualidade do produto final. Garantidos estes quesitos torna-se viável a obtenção de peças com geometrias muito complexas, com menos tempo de processo, economia de material, ótimo acabamento e menor desgaste das matrizes.

(6)

REFERÊNCIAS

KALPAKJIAN, S.; SCHMID, S. Manufacturing processes for engineering materials, 5a ed., Pearson Education, New Jersey, 2007.

N.S. Kim, C.G. Kang. An investigation of flow characteristics considering the effect of viscosity

variation in the thixoforming process. Journal of Materials Processing Technology. 103, 237 (2000) Ferraresi, D. Fundamentos da usinagem dos metais. v. 1. São Paulo, Editora Edgard Blucher Ltda, 1997.

Bresciani Filho, E.; Silva, I. B.; Batalha, G. F.; Button, S. T. Conformação plástica dos metais. EPUSP, 2011.

Kalpakjian, S.; Schmid, S. R. Manufacturing engineering and tecnology. 7. Ed. 2001.

Kang, C. G.; Kim, N. S. An investigation of flow characteristics considering the effect of viscosity variation in the thixoforming process. Journal of Materials Processing Technology. 1 p. 1998.

Vieira, E. A.; Freitas, E. R.; Ferrante, M. Influência do tempo de espera na fluidez da liga comercial A356 com estrutura globular no estado semi-sólido. Metalurgia e Materiais. Ouro Preto, vol. 64. 2011.

Tietmann, A.; Bremer, T.; Hirt, G.; Kopp, R. Preliminary results in thixoforming wrought aluminum alloys. Proceeding of the second international conference on sem-solid processing of alloys and