Corte por arrombamento Forjamento Hydroforming- fazer slides file2

TECNOLOGIA MECÂNICA

Temas abordados:

•

•

Corte por arrombamento

Corte por arrombamento

•

•

Forjamento

Forjamento

•

TECNOLOGIA MECÂNICA

Corte por arrombamento

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CORTE POR ARROMBAMENTO

• Corte de chapa, varão, tubo, etc.

• Normalmente realizado a frio

• Espessuras máximas de 6 a 8 mm

Aplicações

:

− Carroçarias de automóveis e de camiões;

− Fuselagens dos aviões;

− Painéis das carruagens;

− Móveis de escritório;

− Computadores;

− Electrodomésticos;

Corte por arrombamento

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CORTE POR ARROMBAMENTO

• Punção e matriz que definem os

contornos interior do furo efectuado na chapa e exterior da peça,

respectivamente;

• Folga entre o punção e a matriz – 5% a 10% da espessura da chapa;

• Processa-se por deformação plástica seguida de rotura

• Devido a tensões de corte distribuídas ao longo da espessura, segundo o perímetro de corte

F

τ τ γ

F j

Corte por arrombamento

superfície polida e brilhante

superfície irregular originada pela fissuração

rebarba empeno zona de repuchamento Início da Penetração Repuchamento

Secção resistente fissuração

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CORTE POR ARROMBAMENTO CONVENCIONAL

Corte por arrombamento

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CORTE POR ARROMBAMENTO CONVENCIONAL

– Força de corte

h

p

,

F

= 8

0

σ

Corte por arrombamento

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CORTE POR ARROMBAMENTO CONVENCIONAL

– Redução da força de corte:

• Inclinação das arestas de corte do punção ou da matriz:

Corte por arrombamento

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CORTE POR ARROMBAMENTO CONVENCIONAL

• Ferramentas de corte progressivo -

Corte por arrombamento

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CORTE POR ARROMBAMENTO

– Aplicação

Rotor e estator de um motor eléctrico

Corte por arrombamento

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CORTE POR ARROMBAMENTO

– Prensas mecânicas de

excêntrico

Corte por arrombamento

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CORTE FINO ou de PRECISÃO

• Foi desenvolvido nos anos 20 (Séc. 20) na indústria relojoeira Suíca

• Produz peças na forma final com superfícies lisas e polidas, sem as irregularidades características do corte por arrombamento convencional

-geradas sem aparecerem mecanismos de fissuração • As folgas variam entre 0,5~1% da espessura a cortar

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Vantagens

:

• Elevada qualidade das superfícies cortadas – Elimina a necessidade de se recorrer a operações de acabamento;

• Peças planas;

• Repetibilidade e tolerâncias dimensionais apertadas;

• Redução significativa do choque e consequente redução do ruído e vibrações;

Corte por arrombamento

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CORTE FINO ou de PRECISÃO

– Ferramenta

Elementos complementares com que as ferramentas de corte fino estão dotadas:

• encostadores com anéis de retenção;

• encostador/desembainhador encostador ou desembainhador punção matriz porta-punção guia do punção encostador com anel de retenção h p C F_max = _f σ_R f C varia entre 0.9 e 1.2

Força máxima de corte

Força no anel de retenção – 30% e 50% da força máxima de corte

Força no

encostador/desembainhador – 10% e 25% da força máxima de corte

Corte por arrombamento

Corte por arrombamento

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CORTE por ARROMBAMENTO CONVENCIONAL vs. CORTE FINO

ou de PRECISÃO

Corte por arrombamento

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CORTE FINO ou de PRECISÃO

– Ferramentas progressivas

O seu custo é superior às de corte por arrombamento convencional

Lubrificação!

-Corte por arrombamento

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CORTE FINO ou de PRECISÃO

– Prensas hidráulicas

As cadencias de funcionamentos são inferiores às das prensas utilizadas no corte por arrombamento convencional

Prensa Hidráulica CNC de Corte Fino Força Nominal: 4000 kN

Corte por arrombamento

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CORTE FINO ou de PRECISÃO

– Linha de produção

automática

Prensa Hidráulica CNC de Corte Fino Força Nominal: 14000 kN

Corte por arrombamento

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CORTE FINO ou de PRECISÃO

– Aplicações na indústria

automóvel

Caixa de velocidades automática de um automóvel ligeiro

Componentes utilizados na indústria automóvel

TECNOLOGIA MECÂNICA

Forjamento

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FORJAMENTO

• Processos tecnológicos de deformação plástica na massa de materiais metálicos;

• A frio, a morno ou a quente;

• Efectuado por forças de compressão aplicadas através de matrizes;

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APLICAÇÕES

:

• indústria automóvel

• indústria aeroespacial;

• indústria militar de defesa, agrícola, mineira, de ferramentas manuais e de equipamentos industriais em geral, etc.

Forjamento

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FORJAMENTO

– Vantagens dos componentes forjados

• Os forjados são produzidos a partir de pré-formas simples, geralmente sob a forma de varão ou barra;

• Quase todos os metais e ligas metálicas podem ser forjados;

• Existam poucas restrições ao tamanho dos componentes forjados

Divisória de titânio do avião F-22 Projécteis

Forjamento

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FORJAMENTO

– Vantagens dos componentes forjados

• Produzem-se componentes com tolerâncias apertadas;

• Os componentes são recicláveis;

• Assegura o fabrico de peças com excelentes propriedades mecânicas, nomeadamente:

• Boa resistência mecânica;

• Boa ductilidade;

• Boa tenacidade

• Boa resistência à fadiga;

• Eficiente em termos do aproveitamento da matéria-prima e da diminuição dos desperdícios;

• O controlo da sequência de fabrico assegura uma elevada taxa de repetitibilidade das peças forjadas;

Forjamento

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FORJAMENTO

– Classificação em função da temperatura

de trabalho

Temperatura

Frio < 0.3 T_fusão

Morno 0.3 a 0.5 T_fusão

Forjamento

Forjamento

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FORJAMENTO EM MATRIZ FECHADA

• Peças com maior grau de complexidade e com tolerâncias mais apertadas

Forjamento convencional Componentes obtidos por

Forjamento

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FORJAMENTO EM MATRIZ FECHADA

• Forjamento convencional - a quente ou a morno, para fabrico de peças com complexidade de forma e tolerâncias geométricas que se enquadrem nos padrões gerais de fabrico.

• Forjamento de precisão - a frio ou a morno, utilizado para produzir grandes séries de peças na forma final ou quase final, com tolerâncias de fabrico mais apertadas do que as habitualmente conseguidas no forjamento convencional.

Componentes da indústria automóvel, obtidos por forjamento de precisão

Forjamento

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FORJAMENTO CONVENCIONAL

Sequência de fabrico - Biela

Forjamento

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FORJAMENTO DE PRECISÃO

Forjamento

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FORJAMENTO

– Na indústria automóvel

• A indústria do forjamento emprega cerca de 32 mil pessoas na Europa;

• Cerca de 50% da sua produção

destina-se ao mercado dos veículos -automóveis, camiões, máquinas

agrícolas, máquinas de movimentação de terras, etc.;

• 25% à indústria aeroespacial;

• E a parcela remanescente na indústria de construção metalo-mecânica em geral.

• 80% da produção mundial do forjamento de precisão (exceptuando os Estados Unidos da América) tem por destino o automóvel

Forjamento

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FORJAMENTO

– Na indústria automóvel

Em média um automóvel ligeiro de passageiros incorpora mais de 250

componentes forjados:

• Componentes do motor: Válvulas, árvore de cames, cambota, bielas etc.

• Componentes da transmissão: Engrenagens cónicas, carretos, anéis

sincronizadores, juntas, eixos, cubos de embraiagem, etc.

• Componentes do chassis e da suspensão: Pernos, cubos da roda, braços e

triângulos de suspensão, etc.

• Componentes da direcção: Colunas, rótulas, barras de torsão, eixos de

direcção, etc.

• Êmbolos de travão

• Componentes para os motores eléctricos: Carretos do motor de arranque,

Forjamento

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FORJAMENTO

– Casos de estudo

¾

Socket plate (prato de encaixe)

– Processo de fabrico: Forjamento em matriz fechada;

– Dimensões: 108 × 95 × 17 mm – Peso: 0.14 kg

– Material: Alumínio KN432 – Tensão de rotura: 345 MPa

– Tensão limite de elasticidade: 215 MPa – Dureza (HB): 100-199

– Operações secundárias: Maquinagem – Tratamento térmico: T4

– Processo de fabrico alternativo: Fundição – Produção anual superior a 3 000 000

Forjamento

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FORJAMENTO

– Casos de estudo

¾

Dobradiça de um automóvel desportivo

– Processo de fabrico: Forjamento em matriz fechada a quente;

– Dimensões: 120 × 220 mm – Peso: 0.8 kg

– Material: Alumínio AISI 7075 – Tensão de rotura: 480 MPa

– Tensão limite de elasticidade: 415 MPa – Operações secundárias: Maquinagem

– Tratamento superficial: Revestimento com pós – Processo de fabrico alternativo: Fundição

Forjamento

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FORJAMENTO

– Casos de estudo

¾

Braço (triângulo) de suspensão superior

– Processo de fabrico: Forjamento a frio e forjamento a quente;

– Dimensões: 241 × 1255 × 2 – Peso: 3.73 kg

– Material: SAE 1541

– Tensão de rotura: 800 MPa

– Tensão limite de elasticidade: 620 MPa – Operações secundárias: Mandrilagem e

perfuração,

– Tratamento superficial: Pintura – Processo de fabrico alternativo:

Estampagem

Forjamento

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FORJAMENTO

– Casos de estudo

¾

Olhal para macaco hidráulico agrícola

– Processo de fabrico: Forjamento a quente; – Peso: 1 kg

– Material: Aço AISI 1045

– Operações secundárias: Mandrilagem, torneamento e facejamento,

– Processo de fabrico alternativo: Maquinagem

– Produção anual: Entre 10 000 e 12 000 – Inicialmente este componente era

produzido através de 13 operações diferentes de maquinagem

Forjamento

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FORJAMENTO

– Casos de estudo

¾

Cambota para motor de alta performance V6

– Processo de fabrico: Forjamento em matriz fechada a quente;

– Comprimento: 510 mm – Peso: 26 kg

– Material: Aço microligado – Tensão de rotura: 825 MPa

– Tensão limite de elasticidade: 495 MPa – Operações secundárias: Acabamento

por maquinagem e furação

– Processo de fabrico alternativo: Fundição

Forjamento

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FORJAMENTO

– Casos de estudo

¾

Engrenagem

– Processo de fabrico: Forjamento de precisão;

– Dimensões (mm): φ76 a φ432 – Peso: 3.73 kg

– Material: Aço AISI 8620 – Tensão de rotura: 635 MPa

– Tensão limite de elasticidade: 355 MPa – Operações secundárias: Calibração e

rectificação,

– Tratamento térmico: Normalização; – Processo de fabrico alternativo:

Forjamento da pré-forma e fresagem para abertura de dentes;

Forjamento

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FORJAMENTO

– Casos de estudo

¾

Biela

– Processo de fabrico: Forjamento em matriz fechada a quente sem rebarba;

– Comprimento: 210 mm – Peso: 2.9 kg

– Material: Aço E4340

– Tensão de rotura: 1240MPa

– Tensão limite de elasticidade: 1095 MPa – Operações secundárias: Acabamento por

maquinagem

– Tratamento térmico: Recozimento ou arrefecimento controlado

– Processo de fabrico alternativo: Pulverotecnologia

TECNOLOGIA MECÂNICA

Hydroforming

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HYDROFORMING

- Estampagem através de

elementos líquidos,

aplica-se a :

– CHAPA

• Quase exclusivamente utilizada em protótipos

– TUBOS

• Largamente utilizada ao nível industrial

9

APLICAÇÕES:

• indústria automóvel

Hydroforming

9

HYDROFORMING DE CHAPA

– Metade da ferramenta é substituída

por um meio flexível.

• Adequado à produção de pequenas ou médias séries;

• Permite redução dos custos e tempo de produção;

• Adequado à estampagem de componentes de forma irregular e complexa (não é necessário alinhamento entre os vários componentes);

9 Existem dois tipos de ferramentas de Hydroforming de Chapa: – Contacto directo do fluido com a chapa;

– Existência de uma membrana elástica (FLEXFORMING) - fronteira entre o fluido e o material.

Hydroforming

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HYDROFORMING DE CHAPA

através do

contacto directo do fluido

com a chapa:

Sequência do processo:

1. Com a prensa aberta a câmara é preenchida com líquido até à posição inicial;

2. A chapa é colocada e pressionada pelo encostador, de modo a garantir a selagem da câmara;

3. O processo é iniciado com o movimento do punção, e a sua penetração na chapa, aumentando a pressão do líquido na câmara;

4. Após atingir a profundidade desejada a pressão na câmara é libertada;

Hydroforming

9

HYDROFORMING DE CHAPA

através da utilização de um

membrana

elástica

como fronteira entre o fluido e o material (FLEXFORMING):

1. A chapa é colocada sobre a meia ferramenta rígida que se encontra sobre a mesa da prensa;

2. O fluido actua sobre a membrana, forçando-a a envolver a chapa em torno da meia ferramenta rígida;

3. A pressão do fluido é elevada e uniforme de modo a assegurar tolerâncias de fabrico apertadas;

Fluido sob pressão Membrana

elástica Meia ferramenta rígida Chapa Reentrância Zona da membrana a funcionar como encostador

Sequência do processo - posicionamento, pressurização e descompressão:

Nota: Obtêm-se reentrâncias que seriam impossíveis de se obter por estampagem convencional.

Hydroforming

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FLEXFORMING

– Equipamento

Tempos de ciclo: 1 a 3 min. Pressões máx: 140 MPa Espessura: 0,1 a 16 mm

1- Mesa móvel para ferramentas 6- Intensificador de pressão 11- Enrolador da borracha de “desgaste”

2- Pré-tensionado com quilómetros de fio

de aço enrolado 7- Equipamento hidráulico 12- Painel de controle do operador

3- Sistema de pressão de fios enrolados

móvel 8- Cabine isoladora do som 13- Estação de carregamento da mesa

4- Mesa da prensa com a unidade da “fluid

Hydroforming

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HYDROFORMING DE CHAPA

Vantagens

• A obtenção de profundidades de estampagem superiores, com melhor

distribuição de extensões, comparativamente com a estampagem convencional;

• A estampagem de formas complexas em apenas uma operação;

• A redução dos custos das ferramentas, pelo facto de apenas ser utilizado um componente rígido de materiais económicos;

• Obtenção de excelente acabamento superficial da chapa que está em contacto com o meio líquido.

Desvantagens

Hydroforming

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APLICAÇÕES

Projecto ULSAB – UltraLight Steel Auto Body - Consórcio foi composto por

fabricantes de aço de todo o mundo e a Porsche Engineering Services, Inc. para fazer frente à crescente utilização de ligas de alumínio na indústria automóvel.

Objectivo: Reduzir o peso da estrutura automóvel, feita de aço, mantendo o seu desempenho e acessibilidade → 25% de redução do peso

Hydroforming

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SHEET HYDROFORMING

– Aplicações para a indústria

automóvel

Hydroforming

9

SHEET HYDROFORMING

– Aplicações para a indústria

automóvel

Hydroforming

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TUBE HYDROFORMING

• Expansão tubular de tubos metálicos, através utilização de um fluido pressurizado injectado para o interior do tubo;

• A pressão é suficientemente elevada para que o tubo se deforme plasticamente e se ajuste à cavidade da matriz;

• Pré-formas tubulares (dobradas ou não).

Características das peças

:

• Elevada tensão de cedência;

• Elevada rigidez;

• Peso optimizado;

Hydroforming

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TUBE HYDROFORMING –

Sequência do processo

9 A pré-forma tubular, dobrada ou não, é colocada no interior da ferramenta, sob a matriz (que define o contorno da peça a obter);

9 As matrizes são fechadas e o interior do tubo é enchido com o fluido pressurizador. São utilizados dispositivos de selagem para evitar perdas de pressão. A pressão é aumentada até ao valor pretendido;

Hydroforming

9

TUBE HYDROFORMING –

Sequência do processo

9 Movimento dos cilindros axiais, regulação da pressão do fluido: o material sofre expansão, os punções de selagem comprimem as extremidades do tubo e o material escoa no interior das matrizes;

9 Abertura da prensa e extracção do componente final;

Hydroforming

Hydroforming

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TUBE HYDROFORMING –

Pressões

• “Low Pressure Hydroforming – LPH” - Pressões até 35 MPa.

• “High Pressure Hydroforming - HPH” - (maioria das aplicações automóveis) - 105 a 210 MPa. Poderão existir aplicações com cerca de 690 MPa.

• “Pressure Sequence Hydroforming – PSH” - Neste processo a pressão é aumentada progressivamente à medida que se fecha a matriz, contribuindo para uma redução do atrito entre as paredes do tubo e da matriz. No final quando a matriz já se encontra fechada é aplicada uma pressão mais elevada para definir melhor as arestas da peça e anular a recuperação elástica.

Hydroforming

9

TUBE HYDROFORMING

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VANTAGENS:

• Rácio integridade estrutural/peso das peças

• Precisão dimensional e repetibilidade do processo • Integração de operações:

o Redução do número de componentes e peso

o Redução da quantidade de matéria-prima e sucata o Melhoria da resistência mecânica e da rigidez

o Menor número de ferramentas => Menor custo

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DESVANTAGENS:

• Elevado tempo de ciclo (20 s) • Elevado custo dos equipamentos

Hydroforming

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TUBE HYDROFORMING –

Operações subsequentes de furação

Executadas na matriz de hydroforming

A operação de furação (Hydro Piercing) pode ser realizada de diversas formas:

- cavidade na matriz; - saliência na matriz; - extracção do rombo;

Hydroforming

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TUBE HYDROFORMING

- Aplicações

A. Componente estrutural do tejadilho B. Suporte para o painel de instrumentos C. Suporte de radiador

D. Corpo de apoio do motor E. Componente estrutural

Hydroforming

Chassis de

Arquitectura “Spaceframe”

Volvo Maio de 2001

Audi Space Frame ASF – A8 (1994)

ASF – A2 (2000)

Hydroforming

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TUBE HYDROFORMING

– Equipamento

Linha completamente automatizada de produção de suportes de motor - Adam Opel AG

Cadência - 1 milhão de Peças/Ano

Etapas:

1.Dobragem do tubo

2.Verificação a laser de fendas na dobragem 3.Pré-Forma

4.Na prensa de hydroforming – 2000 kN 5.Hydroforming e Hydropiercing (22 furos) 6.Fc = 35.000 kN

7.P = 1500 bar – 150 MPa

8.Maquinagem das extremidades do tubo 9.Lavagem e secagem

Hydroforming

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TUBE HYDROFORMING

– Equipamento

Suporte de radiador

Vari-Form (350.000 Peças/Ano)

Alimentação manual das peças após dobragem

Hydroforming

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TUBE HYDROFORMING

– Casos de estudo

Suporte de radiador (Dodge Ram Pickup)

Diversos tubos do sistema de escape

Hydroforming

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TUBE HYDROFORMING

– Casos de estudo

Honda Civic, 2002 MG ZT, 2002 Rover 75, 2002 Opel Astra, 2002 Opel Corsa, 2002 Lancia Thesis, 2002

Componentes do motor

Componentes estruturais

Jaguar S Type, 2003 Jaguar XJ Type, 2003 Dodge Dakota, 2003 Chrylser PT Cruiser, 2002 BMW 3 series, 2002 Audi A2, 2002

Suspensão