Aula 13. Processos de Fabricação Não Convencionais

(1)

Processos de fabrica

ç

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ão

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não convencionais

(2)

Processos não convencionais

  



Jato de

á

ááá

gua

  



Jato de

á

ááá

gua com abrasivo

  



Ultra

-

---

som

  



Eletroqu

í

ííí

mica

  



Eletro

-

---

erosão

  



Laser

  



Plasma

  

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Processos não convencionais

  



Jato de

á

ááá

gua

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

Jato de

á

ááá

gua com abrasivo

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Ultra

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som

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Eletroqu

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mica

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Eletro

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erosão

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

Laser

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

Plasma

  

(4)

Classifica

ç

çç

ão de acordo com a

natureza energ

(5)

Campos de aplica

(6)

(7)

Jato de

Jato de á

água

gua

 Processo de fabricação onde o jato com alta pressão é expelido

pelo bocal em direção ao material.

 O corte ocorre quando a força do jato supera a resistência à

compressão do material.

 Dependendo das características do material a ser cortado, o corte

pode resultar de erosão, cisalhamento ou tensão localizada.

 Um sistema de movimentação permite manipular o jato em

torno da peça. Esses movimentos são realizados por motores elétricos controlados por computador. Outra possibilidade de corte é a movimentação manual da peça sobre uma mesa

(8)

Processo



Tratamento da água



Elevação da pressão da água (4000 bar)



Agregação de material abrasivo



Corte do material

(9)

Pressão entre 400 MPa e 1400 MPa.

Diâmetro da saída entre 0.05 mm e 1 mm.

Fluxo de 0.5 l/min até 25 l/min.

 Velocidade do jato entre 590-914 m/s.

(10)

(11)

Variáveis que afetam o corte por jato de

água com abrasivo

 Pressão - Quanto maior a pressão, mais fácil fica vencer a força de coesão das moléculas do material que se pretende cortar.

 Fluxo - O fluxo de água determina o índice de remoção do material. Há dois modos de aumentar o fluxo de água: aumentando a pressão da água ou aumentando o diâmetro do orifício da safira

 Diâmetro do jato – O diâmetro do bico de corte para sistemas de corte por água pura varia de 0,5 mm a 2,5 mm. Jatos de diâmetros menores também podem ser produzidos, para

aplicações específicas. Para o corte de papel, o diâmetro do jato é de 0,07 mm. Quando se trata do corte por jato de água e abrasivo, os menores diâmetros situam-se em torno de 0,5 mm.

 Abrasivo – A velocidade de corte do sistema é aumentada quando se aumenta o tamanho da granulação do abrasivo. Em compensação, abrasivos com menores tamanhos de grãos produzem uma superfície cortada com melhor qualidade. Porém, partículas muito finas de abrasivo são praticamente ineficientes.

 Distância e velocidade de corte – À medida que sai do bico, o jato de água se abre. O jato de água com abrasivo apresenta maior abertura, por ser menos uniforme. Isso explica porque a distância entre o bico e o material é sempre muito pequena, abaixo de 1,5 mm. A

abertura do jato pode ser reduzida, com a diminuição da velocidade de saída do fluido, com conseqüente diminuição da velocidade de corte.

(12)

Vantagens



Não produz problemas de efeito térmico



É uma tecnologia “limpa”, que não polui o meio

ambiente e é aplicável a uma vasta gama de materiais,

permitindo fazer o corte em qualquer direção e nas

mais variadas formas.



É a tecnologia ideal para cortar certos materiais duros,

como placas blindadas ou alguns materiais cerâmicos,

que normalmente levam a grande desgaste de

ferramentas nos sistemas de corte tradicionais.



Pode ser aplicado sem problemas a materiais do tipo

sanduíches de múltiplas camadas, como laminados de

madeira, sem produzir delaminação.

(13)

Desvantagens



Velocidade do processo



O abrasivo escolhido deve ser mais duro que o

material que irá cortar.



Chapas de metal de pequena espessura tendem a

sofrer esforços de dobramento, apresentando

rebarbas na face de saída.



Vidros temperados, projetados para quebrar a

baixas pressões, também não podem ser

cortados por esse sistema.

(14)

(15)

(16)

Ultra

Ultra--som

som



Na usinagem por ultra-som, uma ferramenta é posta

para vibrar sobre uma peça mergulhada em um meio

líquido com pó abrasivo em suspensão, numa

freqüência que pode variar de 20 kHz a 100 kHz.



Não há contato entre a ferramenta e a peça. A

usinagem é feita pelos grãos finos e duros do material

abrasivo, que atacam a superfície da peça.



Utilização de grãos abrasivos (carboneto de boro,

(17)

Na máquina de ultra-som para usinagem, a parte mais

importante da cabeça ultra-sonora, que funciona segundo o princípio da magnetostrição, é constituída por uma haste em liga de níquel, que é envolvida por uma bobina, percorrida por uma corrente de alta freqüência.

O campo magnético gerado pela passagem da corrente através da bobina provoca a vibração da haste metálica, no

sentido do eixo.

Magnetostrição ou magnetostricçãoé a deformação de estruturas cristalinas devido à

aplicação de campos magnéticos, observada tanto em monocristais como em policristais do tipo ferromagnético.

(18)

(19)

(20)

 Utilizado em usinagem de materiais frágeis e duros

 Exemplos de materiais de peça: vidro, cerâmica técnica, metal

duro, grafite, silício etc.

 Aplicações: componentes de joalheria, plaquetas de circuitos

eletrônicos, furos em insertos para alocação de sensores etc.

 Excitação dos grãos pela da ferramenta de forma, que vibra

ultrasonicamente através da utilização de sonotrodos e transdutores

 O indentamento dos grãos sobre a superfície da peça gera sobre

esta microlascamentos e microfissuras, que somadas no tempo levam à remoção de suas partículas

 Em vista dos altos impactos, os grãos abrasivos devem ter

uma dureza superior à do material da peça e alta resistência à

quebra

 As ferramentas de forma normalmente são de materiais ferrosos,

o que induz suas deformações elástica e plástica

 Materiais mais duros para as ferramentas de corte têm menos

(21)

Desgaste do Meio de Lapidação



Caracterizado pela diminuição do tamanho médio dos

grãos abrasivos e arredondamento dos seus gumes



Tanto o cegamento quanto o lascamento dos gumes

dos grãos influem na redução da remoção de material

da peça



Em vista do acréscimo de dejetos do material da peça e

da ferramenta de forma ao meio de lapidação, este deve

ser renovado em intervalos regulares

(22)

Desgaste da Ferramenta de Forma



Por ser feita de material dútil, há deformações elástica e

plástica da ferramenta de forma, com uma remoção de

cavacos muito menor do que da peça, dura e frágil



Há desgaste por encruamento e fadiga sobre a face da

ferramenta, região mais solicitada



A abrasão causa o arredondamento dos cantos e

(23)

Características do equipamento

Uma máquina de ultra-som para usinagem é constituída, basicamente, pelos seguintes componentes:

 um gerador de corrente de baixa freqüência;

 um conversor eletroacústico que consiste de um transdutor

eletroacústico, isto é, um dispositivo que transforma as oscilações elétricas em ondas ultrasonoras;

 um amplificador, feito geralmente de titânio, que tem por

função transmitir e aumentar as amplitudes das vibrações do transdutor sobre o qual está fixado;

 uma ferramenta de usinagem, facilmente intercambiável, que

(24)

Considerações

 Embora furos, ranhuras e formas irregulares possam ser usinadas

por ultrasom em qualquer material, pesquisadores sugerem que o processo seja aplicado, preferencialmente, em materiais duros e quebradiços, envolvendo áreas de superfícies inferiores a 1000 mm2_{, onde devem ser produzidas cavidades rasas e cortes.}

Exemplos de aplicação

 Usinagem de óxido de alumínio, para a fabricação de circuitos

eletrônicos. Os furos produzidos têm diâmetros entre 0,15 e 0,5 mm.

 Produção de furos com 1 mm de diâmetro e 0,3 mm de

profundidade em pastilhas reversíveis para a alocação de termopares

(25)

(26)

Feixe de el

Feixe de elé

étrons

trons



O processo de remoção ocorre através do

impacto de

um feixe concentrado de elétrons sobre a superfície da peça



Em vista da colisão do feixe,

ocorre fusão e

vaporização do material da peça

no ponto de

incidência, chamado “ponto focal”, formando um furo



Com a combinação de um movimento de avanço

transversal, o furo acompanha tal deslocamento



Na geração de furos, estes apresentam certa conicidade,

(27)



A convergência do feixe pode ser ajustada por meio de

lentes magnéticas.



Dependendo do modo como o feixe é aplicado sobre a

peça, pode ser usado para outras finalidades, além da

soldagem, como o tratamento térmico, o corte de

materiais e a microusinagem.

(28)

Equipamento básico para produção do

feixe de elétrons

(29)

 As taxas de remoção de material na usinagem por feixe de

elétrons são usualmente avaliadas de acordo com o número de pulsos requeridos para evaporar uma certa quantidade de

material.

 O uso de contadores de elétrons para registrar o número de

pulsos permite pronto ajuste do tempo de usinagem, para produzir a profundidade de corte requerida.

 Industria aeroespacial, a aeronáutica e a eletrônica são exemplos

de áreas que já vêm utilizando este processo com resultados positivos na produção de múltiplos microfuros, litografia em semicondutores e microusinagem de peças complexas.

(30)

Welding of 3 dissimilar clad metals

(31)

Laser

 É gerado na amplificação de luz pela emissão estimulada de

irradiação

 Além do processo de corte, é empregado para soldagem e

tratamento superficial

 Em vista das suas propriedades ópticas, o feixe de laser é

adequado para o corte dos mais diversos materiais

 Utilizado largamente na fabricação de formas complexas, sem

concorrência com outros processos em muitas aplicações da indústria automobilística

(32)

Tipos de laser



EXCIMER - baixa taxa de remoção, utilizado na

microusinagem de polímeros e materiais

cerâmicos



Nd:YAG - laser com até 500 W de potência,

com aplicação ampla



CO2 - possibilidade de corte com laser de vários

(33)

(34)

Corte por fusão



Fusão contínua e expulsão do material da fenda

de trabalho por sopro de um gás inerte ou um

gás inativo



O fluxo de gás (argônio, nitrogênio ou hélio)

evita a oxidação na fenda de corte

(35)

Corte por oxidação



Aquecimento do material a temperatura de

ignição pela adição de oxigênio



Formação de óxido de ferro com liberação

complementar de energia, que é soprado para

fora da fenda de corte

(36)

Corte por sublimação



Evaporação do material na região do corte e

expulsão dos vapores pela adição de gases

inertes



O fluxo de gás no corte tem a função de

expulsar o material evaporado para evitar que

este se condense novamente na zona periférica

(37)

(38)

Características



As velocidades de corte obteníveis são

aproximadamente proporcionais à potência do

LASER e inversamente proporcionais à

espessura do material



Com o aumento do teor dos elementos de liga

no material cortado, por regra, há diminuição da

velocidade de corte

(39)

O laser também pode ser utilizado para:

 Soldagem.

 Tratamento térmico localizado e em pequena escala de metais e

cerâmicas para modificar as propriedades mecânicas e tribológicas da superfície.

 Na marcação de peças, com letras, números e códigos. A

marcação pode também ser feita por processos tais como: tinta, dispositivos mecânicos como punções, pinos, ou estampos e por gravação. Apesar da utilização do laser para marcação é mais cara que os métodos tradicionais, ela tem sido utilizada em relação de melhorias na: precisão, reprodutibilidade, flexibilidade, facilidade de automação.

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Vantagens

 Por ser uma forma de energia concentrada em pequena área, o corte a laser

proporciona cortes retos, pequena largura de corte, zona mínima afetada pelo calor, mínima distorção e arestas de excelente qualidade.

 Por ser uma luz, não entra em contato direto com a peça, não causando

distorções e não se desgastando.

 É um sistema de fácil automatização, permite cortar peças de formas

complexas e não requer a troca de “ferramenta de corte” cada vez que é substituído o material a ser cortado.

Desvantagens

 o alto custo inicial do sistema;

 a pequena variedade de potências disponíveis, que limitam o corte a

espessuras relativamente baixas e a materiais que apresentem baixa reflexão da luz;

 a formação de depósitos de fuligem na superfície, no corte de materiais

não-metálicos, como madeira e couro; a formação de produtos tóxicos (ácido clorídrico), no corte de PVC.

(41)

(42)

Plasma

O plasma é um condutor elétrico, e quanto menor for o local em que ele se encontrar, tanto maior será sua temperatura.

(43)

Características do arco plasma

As características do arco plasma variam de

acordo com:



o tipo de gás de corte;



a quantidade de vazão;



o diâmetro do bocal (bico de corte);

(44)



Se é usada uma baixa vazão de gás, o jato de

plasma apresenta alta temperatura e concentra

grande quantidade de calor na superfície. Esta é

a situação ideal para soldagem.



Se a vazão de gás é aumentada, a velocidade do

jato de plasma é tão grande que empurra o metal

fundido através da peça de trabalho, provocando

o corte do material.

(45)

(46)

Eletroerosão

 A eletroerosão baseia-se na destruição de partículas metálicas por

meio de descargas elétricas.

 Na usinagem por eletroerosão, a peça permanece submersa em

um líquido e, portanto, há rápida dissipação do calor gerado no processo.

 Na eletroerosão não existe força de corte, pois não há contato

entre a ferramenta e a peça. Por isso não se formam as tensões comuns dos processos convencionais de usinagem.

 No processo de eletroerosão, é possível um controle rigoroso da

ação da ferramenta sobre a peça usinada, graças a um

servomecanismo que reage rapidamente às pequenas variações de intensidade de corrente.

(47)

Quando o espaço entre a peça e a ferramenta é diminuído até uma

distância determinada, o dielétrico passa a atuar como condutor, formando uma “ponte” de íons entre o eletrodo e a peça.

Produz-se, então, uma centelha que superaquece a superfície do material

dentro do campo de descarga, fundindo-a. Estima-se que,

dependendo da intensidade da corrente aplicada, a temperatura na região da centelha possa variar entre 2.500°C e 50.000°C.

(48)



O processo de erosão ocorre simultaneamente na peça

e no eletrodo. Com ajustes convenientes da máquina, é

possível controlar a erosão, de modo que se obtenha

até 99,5% de erosão na peça e 0,5% no eletrodo.

O tamanho do GAP pode determinar a rugosidade da superfície da peça.

Com um GAP alto, o tempo de

usinagem é menor, mas a rugosidade é maior.

 Já um GAP mais baixo implica

maior tempo de usinagem e menor rugosidade de superfície.

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Usinagem

Usinagem qu

quíímica

mica



Processo de usinagem dos metais pela sua dissolução

em uma solução agressiva, ácida ou básica.

Etapas do processo

As principais etapas de execução da usinagem química

são:



preparação da superfície do metal



confecção da máscara e revestimento da peça



usinagem química propriamente dita e

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Vantagens

 Proporciona peças sem rebarbas, sem deformação e

estruturalmente íntegras, pois esse método de usinagem não se baseia no impacto ou no arranque de material à força.

 O tempo de produção de uma peça frágil, de formas complexas,

com tolerâncias apertadas, é muito menor por usinagem química que por meio mecânico

Desvantagens

 Recorte não é rigorosamente perpendicular à superfície e os

ângulos obtidos são mal reproduzidos.

 A execução da máscara, nas dimensões ideais, é uma tarefa

complicada, que só chega a bom termo após várias tentativas e aproximações

(51)

Usinagem

Usinagem eletroqu

eletroquíímica

mica

Cuba cheia de eletrólito (solução aquosa de cloreto de sódio) com dois eletrodos de ferro, mergulhados na solução

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