Processos da Indústria Mecânica. Aula 1

(1)

Processos da Indústria Mecânica

Aula 1

(2)

DIETER, G.E. DIETER, G.E. Metalurgia Mecânica.Metalurgia Mecânica. Rio de Janeiro: Guanabara Rio de Janeiro: Guanabara

Dois, 1981. Dois, 1981.

HELMAN, H. e CETLIN, P. RHELMAN, H. e CETLIN, P. R., Fundamentos da Conformaç., Fundamentos da Conformação ão

Mecânica dos Metais

Mecânica dos Metais, Ed. Artliber, Ed. Artliber, 2005., 2005.

RODRIGUES, J. RODRIGUES, J. Tecnologia MecânicaTecnologia Mecânica. Volumes 1 e 2, Ed. Escolar, . Volumes 1 e 2, Ed. Escolar,

2005. 2005.

BRESCIANI FILHO, E. BRESCIANI FILHO, E. ConformaConformação Plção Pláástica dos Metaisstica dos Metais. .

Volumes 1 e 2. Campinas: UNICAMP. Volumes 1 e 2. Campinas: UNICAMP.

Diniz,A.E.; Marcondes,F.C;CoppiniDiniz,A.E.; Marcondes,F.C;Coppini, , N.L.Tecnologia da UsinagemN.L.Tecnologia da Usinagem

dos Materiais

dos Materiais. Ed. Artliber. Ed. Artliber Ltda, 270p., 2013Ltda, 270p., 2013

Bibliografia Básica

(3)

Bibliografia Complementar

CALLISTER, W. D. CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma

Introdução.

Introdução. Rio de Janeiro: LTC, 1999.Rio de Janeiro: LTC, 1999.

M P Groover. Fundamentals of Modern Manufacturing 4/e John

Wiley & Sons, Inc., 2010.

Horiochi, L.N. Materiais Metálicos. Curso SENAI CIMATEL aula 3,

2010. Internet: Internet: http://xa.yimg.com/kq/groups/24030724/1730564209/name/Aula+03_ MM_Deforma%C3%A7%C3%A3os.ppt www.cimm.com.br www.cimm.com.br http://me.emu.edu.tr/majid/4. http://me.emu.edu.tr/majid/4.pptppt

(4)

Tradicionais Processos de Fabricação

Conformação Primária: fundição, extrusão por fusão, metalurgia do Conformação Primária: fundição, extrusão por fusão, metalurgia do

pó. pó. ⇒

⇒ _{Sem forma inicial e forma final bem definida.}_{Sem forma inicial e forma final bem definida.}

Usinagem: serra, torno fresa, etc.Usinagem: serra, torno fresa, etc.

⇒ ⇒⇒ ⇒

⇒ ⇒⇒

⇒ _{A forma}_{A forma}_é_é _{obtida por remo}_{obtida por remo}_ç_ç_{ão de material}_{ão de material}_._.

Junção ou união:Junção ou união:

Metalúrgica: solda,

Metalúrgica: solda, brasagembrasagem

Mecânica: rebites, acoplamento, etc. Mecânica: rebites, acoplamento, etc.

Tratamento do metal: Tratamento térmico; Tratamento superficial.Tratamento do metal: Tratamento térmico; Tratamento superficial.

⇒

⇒ _{sem mudan}_{sem mudan}_{ça de forma, mas mudan}_ç_{a de forma, mas mudan}_{ça nas propriedades e na}_ç_{a nas propriedades e na} aparência.

aparência.

Conformação Mecânica: Laminação, trefilação, forjamento, Conformação Mecânica: Laminação, trefilação, forjamento,

extrusão, etc. extrusão, etc. ⇒ ⇒⇒ ⇒ ⇒ ⇒⇒

(5)

Vantagens da Conformação mecânica como

um processo de fabricação

Pouca ou nenhuma geração de sucataPouca ou nenhuma geração de sucata

Obtenção da forma final em curto espaço de tempoObtenção da forma final em curto espaço de tempo

Melhores propriedades mecânicas e metalúrgicas (resistência, Melhores propriedades mecânicas e metalúrgicas (resistência,

tenacidade, tamanho de grão, etc.) tenacidade, tamanho de grão, etc.)

(6)

Tensões na Conformação Mecânica

Tensões aplicadas para deformar plasticamente o material são Tensões aplicadas para deformar plasticamente o material são

geralmente compressivas. geralmente compressivas. ⇒

⇒ _{Laminação, Forjamento, Trefilação, Extrusão.}_{Laminação, Forjamento, Trefilação, Extrusão.}

Além disso, em alguns processos de conformação, outros tipos de Além disso, em alguns processos de conformação, outros tipos de

solicitações podem estar predominando: solicitações podem estar predominando: ⇒

⇒ _{Estiramento (tra}_{Estiramento (tra}_ç_ç_ão)_ão) ⇒

⇒ _{Dobramento (tra}_{Dobramento (tra}_ç_ç_{ão e compressão)}_{ão e compressão)} ⇒

(7)

(8)

Definições

Processos de deformação plástica:

Processos de deformação plástica: operações que induzem mudança operações que induzem mudança de forma numa peça por meio de forças aplicadas em várias ferram

de forma numa peça por meio de forças aplicadas em várias ferramentas e entas e matrizes.

matrizes.

Processos de deformação localizada Processos de deformação localizada

Esses processos envolvem larga quantia de deformação plástica. A

Esses processos envolvem larga quantia de deformação plástica. A razão razão seção transversal área/volume é pequena Para a maioria das opera

seção transversal área/volume é pequena Para a maioria das operações, a ções, a condições a quente ou a morno são preferidas apesar de que algum

condições a quente ou a morno são preferidas apesar de que algumas as operações serem executadas à temperatura ambiente.

operações serem executadas à temperatura ambiente.

Ex. Laminação, extrusão, trefilação, forjamento

Processos de conformação de chapas Processos de conformação de chapas

Em operações de conformação de chapas o material está sujei

Em operações de conformação de chapas o material está sujeito somente a to somente a mudança de forma, ou seja, o processo envolve deformação general

mudança de forma, ou seja, o processo envolve deformação generalizada. izada. A razão seção transversal área/volume é muito alta. São operaçõe

A razão seção transversal área/volume é muito alta. São operações s realizadas à frio.

realizadas à frio.

Ex. estampagem.

(9)

Processo

com

deformação

localizada

Laminação

Laminação: Processo de compressão indireta na qual a espessura de uma : Processo de compressão indireta na qual a espessura de uma chapa é reduzida pela ação de espremer a peça entre rolos cilínd

chapa é reduzida pela ação de espremer a peça entre rolos cilíndricos ricos rotativos.

rotativos.

Forjamento

Forjamento: conformação por esforços compressivos tendendo a fazer o : conformação por esforços compressivos tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada

material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada matriz ou matriz ou estampo.

estampo.

Extrusão

Extrusão: conformação por compressão indireta em o material trabalhado é: conformação por compressão indireta em o material trabalhado é forçado através de um matriz contendo a sua forma de seção final

forçado através de um matriz contendo a sua forma de seção final. .

Trefilação

Trefilação: conformação por compressão indireta em que o diâmetro do fio o: conformação por compressão indireta em que o diâmetro do fio ou u da barra é reduzido puxando

da barra é reduzido puxando--se a peça através de uma ferramenta (Fieira ou se a peça através de uma ferramenta (Fieira ou trefila

(10)

Propriedades

do Material

na

Conformação

Propriedades

desejáveis

do material:

Baixa

tensão

de

escoamento

e

alta

ductilidade

.

Essas

propriedades

são

afetadas

pela

temperatura

:

Ductilidade

aumenta

e a

tensão

de

escoamento

diminui

com o

aumento

da

temperatura

.

Outros

fatores

a

considerar

:

(11)

Os materiais podem ser solicitados por tensões de compressão, Os materiais podem ser solicitados por tensões de compressão,

tração ou de cisalhamento. tração ou de cisalhamento.

Como a maioria dos metais são menos resistentes ao cisalhamentoComo a maioria dos metais são menos resistentes ao cisalhamento

que à tração e compressão e como estes últimos podem ser que à tração e compressão e como estes últimos podem ser decompostos em componentes de cisalhamento, pode

decompostos em componentes de cisalhamento, pode--se dizer que se dizer que os metais se

os metais se deformam pelo cisalhamentodeformam pelo cisalhamento plástico ou pelo plástico ou pelo escorregamento de um plano cristalino

escorregamento de um plano cristalino em relação ao outro.em relação ao outro.

O escorregamento de planos atômicos envolve o movimento de O escorregamento de planos atômicos envolve o movimento de

discordâncias. discordâncias.

Deformação plástica

(12)

Em uma escala microscópica a deformação plástica é o Em uma escala microscópica a deformação plástica é o

resultado do movimento dos átomos devido à tensão aplicada. resultado do movimento dos átomos devido à tensão aplicada. Durante este processo ligações são quebradas e outras

Durante este processo ligações são quebradas e outras refeitas;

refeitas;

Nos sólidos cristalinos a deformação plástica geralmente Nos sólidos cristalinos a deformação plástica geralmente

envolve o escorregamento de planos atômicos, o movimento envolve o escorregamento de planos atômicos, o movimento de discordâncias e a formação de

de discordâncias e a formação de maclas;maclas;

Então, a formação e movimento das discordâncias têm papel Então, a formação e movimento das discordâncias têm papel

fundamental para o aumento da resistência mecânica em fundamental para o aumento da resistência mecânica em

muitos materiais. A resistência mecânica pode ser aumentada muitos materiais. A resistência mecânica pode ser aumentada restringindo

restringindo--se o movimento das discordâncias.se o movimento das discordâncias.

Deformação plástica e discordâncias

(13)

A habilidade de um material se deformar plasticamente está relacionado com a habilidade das discordâncias se

movimentarem

Metais deformados plasticamente

(14)

Trabalho a Quente e a Frio

Classificação das faixas de Temperatura de operação em Conformação mecânica

T_A é a temperatura ambiente

(15)

Ocorre abaixo da temperatura de recristalização (próximo da temperatura Ocorre abaixo da temperatura de recristalização (próximo da temperatura

ambiente); ambiente);

Ocorre o fenômeno do Ocorre o fenômeno do ENCRUAMENTOENCRUAMENTO, (“, (“strainstrain hardeninghardening”)”)

Os grãos alongam-Os grãos alongam-se na direção do esforço mecânico aplicado (menos se na direção do esforço mecânico aplicado (menos

intensamente na laminação a frio e mais intensamente quando seve

intensamente na laminação a frio e mais intensamente quando severamente ramente estirado

estirado –– trefilação).trefilação).

Trabalho a Frio

(16)

Representação esquemática do efeito do encruamento na

estrutura metálica

Encruamento

(17)

Efeitos do encruamento nas

características mecânicas de metais

380 380 9% 9% 129,0 129,0 Laminado Laminado a a a a friofrio Aço Aço inoxidável inoxidável 165 165 60% 60% 77,0 77,0 normal normal Aço Aço inoxidável inoxidável 265 265 2% 2% 91,0 91,0 Trabalhado Trabalhado a frio a frio Aço doce Aço doce (1010) (1010) 120 120 38% 38% 33,6 33,6 normal normal Aço doce Aço doce (1010) (1010) Brinell Brinell % % Kgf/mm Kgf/mm²² Dureza Dureza Alongamento Alongamento Resist Resist. a . a tração tração Estado Estado Liga Liga

(18)

Antes da deformação

Depois da deformação

(19)

ExpressaExpressa-se o grau de deformação plástica com um percentual de -se o grau de deformação plástica com um percentual de

trabalho a frio; trabalho a frio;

O percentual de trabalho a frio (%TF) é definido comoO percentual de trabalho a frio (%TF) é definido como

:

Em que,

Em que, AA_o_o: área original da seção reta;: área original da seção reta; A

A_F_F: área final, após deformação;: área final, após deformação;

Ao Af

Trabalho a Frio

Ao Af

Secção retangular Secção circular

100 % 0 0 _x A A A TF F _      ₋ =

(20)

(21)

Vantagens: Vantagens:

Melhor controle dimensional;Melhor controle dimensional;

Melhor acabamento superficial;Melhor acabamento superficial;

Aumento da resistência mecânica e dureza do material;Aumento da resistência mecânica e dureza do material;

Desvantagens: Desvantagens:

Maior energia para deformar;Maior energia para deformar;

Menor deformação;Menor deformação;

O material após a conformação apresenta elevado estado de tensões O material após a conformação apresenta elevado estado de tensões

(<ductilidade); (<ductilidade);

Exige ferramental que suportem maiores tensões.Exige ferramental que suportem maiores tensões.

Trabalho a Frio

(22)

Costuma-Costuma-se distinguir o “trabalho mecânico a frio” do “trabalho se distinguir o “trabalho mecânico a frio” do “trabalho

mecânico a quente” por uma temperatura indicada como “temperatur mecânico a quente” por uma temperatura indicada como “temperatura a de recristalização”.

de recristalização”.

Temperatura de recristalizaçãoTemperatura de recristalização –– A menor temperatura na qual uma A menor temperatura na qual uma

estrutura deformada de um metal trabalhado a frio é restaurada o estrutura deformada de um metal trabalhado a frio é restaurada ou u substituída por uma estrutura nova, livre de tensões, após a

substituída por uma estrutura nova, livre de tensões, após a permanência nessa temperatura por um tempo determinado”. permanência nessa temperatura por um tempo determinado”.

(23)

As propriedades e a estrutura do metal alteradas pelo

trabalho a frio podem ser recuperadas ou devolvidas ao

estado anterior ao encruamento mediante um

tratamento térmico de recristalização ou “recozimento”.

Com isso a elevada energia interna do encruamento

tende a desaparecer e o metal tende a voltar a condição

de energia livre, resultando num amolecimento (queda

de dureza) e isenção paulatina das tensões internas.

Encruamento x Recozimento

(24)

Três etapas:

1. 1.

Recuperação

2. 2.

Recristalização

3.

Aumento do tamanho de grão

Processo de recozimento

(25)

Etapas de Recozimento

(26)

Influência da temperatura de recozimento nas

propriedades mecânicas e estrutura uma liga

(27)

Há um alívio das tensões internas armazenadas durante

a deformação devido ao movimento das discordâncias

resultante da difusão atômica;

Nesta etapa há uma redução do número de

discordâncias e um rearranjo das mesmas;

Propriedades físicas como condutividade térmica e

elétrica voltam ao seu estado original (correspondente

ao material não

-

deformado).

Recuperação

(28)

Recristalização

Depois da recuperação, os grão ainda estão

tensionados;

O número de discordâncias reduz mais ainda;

As propriedades mecânicas voltam ao seu estado

original.

(29)

Modificação das propriedades mecânicas e do tamanho

de grão pela recuperação, recristalização e crescimento

de grão

Propriedades x Temperatura de recozimento

(30)

Aumento da resistência pela diminuição do

tamanho de grão

O contorno de grão funciona como um barreira para a

continuação do movimento das discordâncias devido as

diferentes orientações presentes e também devido às

inúmeras descontinuidades presentes no contorno de

grão.

(31)

A temperatura continuando a aumentar, os grãos

cristalinos, agora inteiramente livres de tensões, tendem

a crescer. Este crescimento de grão é também

favorecido pela permanência a temperaturas acima da

de recristalização. Com isso os grãos menores são

engolidos pelos maiores.

Desse modo, a única maneira de diminuir ou refinar o

tamanho de grão consiste em deformar plasticamente os

grãos existentes e iniciar a formação de novos grãos.

Crescimento de Grão

(32)

Os fenômenos de aumento de dureza causado pela

deformação e o amolecimento, devido ao recozimento,

ocorrem simultaneamente

à

temperatura acima da

recristaliza

ç

ão.

Trabalho a Quente

(33)

Características Características::

É a primeira etapa do processo metalúrgico de conformação mecânica;É a primeira etapa do processo metalúrgico de conformação mecânica;

A energia para deformar é menor;A energia para deformar é menor;

O metal adquiri maior capacidade de deformar-O metal adquiri maior capacidade de deformar-se sem fissuração;se sem fissuração;

Algumas heterogeneidades das peças (ou lingotes) como porosidades, Algumas heterogeneidades das peças (ou lingotes) como porosidades,

bolhas, etc., são praticamente eliminadas pelo trabalho a quente bolhas, etc., são praticamente eliminadas pelo trabalho a quente;;

A estrutura granular, grosseira de peças fundidas, é rompida e A estrutura granular, grosseira de peças fundidas, é rompida e

transformada em grãos menores; transformada em grãos menores;

Alguns metais dificilmente são deformados a frio sem fissurar; Alguns metais dificilmente são deformados a frio sem fissurar;

exemplos: tungstênio, molibdênio e outros; exemplos: tungstênio, molibdênio e outros;

Ocorre o recozimento: crescimento grãos.Ocorre o recozimento: crescimento grãos.

Trabalho a Quente

(34)

Vantagens:

Permite emprego de menor esforço mecânico para a mesma Permite emprego de menor esforço mecânico para a mesma

deformação (máquinas de menor capacidade comparado com o trabalh deformação (máquinas de menor capacidade comparado com o trabalho o a frio);

a frio);

Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a

tenacidade; tenacidade;

Elimina porosidades;Elimina porosidades;

Deforma profundamente devido a recristalização.Deforma profundamente devido a recristalização.

Desvantagens:

Exige ferramental resistente ao calor (>custo);Exige ferramental resistente ao calor (>custo);

O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos;O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos;

Não permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas.Não permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas.

Trabalho a Quente

(35)

Trabalho a quente

•

grandes deformações; • recozimento;

• baixa qualidade dimensional e superficial; • normalmente empregado para “desbaste”; • peças grandes e de formas complexas;

•contração térmica, crescimento de grãos, oxidação.

Trabalho a frio

• pequenas deformações (relativamente); • encruamento;

• elevada qualidade dimensional e superficial; • normalmente empregado para “acabamento” • recuperação elástica;