Introdução. Instituto Tecnológico de Aeronáutica Divisão de Engenharia Mecânica MT-717: Introdução a materiais e processos de fabricação

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1 Instituto Tecnológico de Aeronáutica Divisão de Engenharia Mecânica MT-717: Introdução a materiais e processos de fabricação Introdução Dr. Ronnie Rego Dr. Alfredo R. de Faria

2 Agenda Introdução Processos de Conformação Fechamentos 2

3 Motivação: Contexto Tecnológico Específico Aplicações na Indústria Aeronáutica 3

4 Motivação: Contexto Tecnológico-Científico Aplicações na Indústria Aeronáutica Assentos (fixação) Fresamento Fuselagem Revestimento Cintas de emenda Furação Fresamento Revestimento da asa Furação Nervuras Fresamento e Furação Longarina Fresamento e Furaçao Componentes de turbina a jato Componentes de Trem de pouso Fresamento, Torneamento, Furação Rotor, engrenagens, eixos, mancais Fresamento, Torneamento, Furação, Retífica, Manufatura Aditiva 4

5 Motivação: Contexto Tecnológico-Científico Desafios na Indústria Aeronáutica Fonte: Mitsubishi 5

6 Processos de Fabricação: DIN 8580 Processos de Manufatura Criação de Alteração de Alteração de forma volume Propriedade Criação de Volume constante Redução de Volume Aumento de Volume volume Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 Grupo 6 Fonte: DIN8550(2013) 6

7 Processos de Fabricação: Conformação Como fabricar elementos de máquinas de grande volume? 7

8 Processos de Fabricação: Conformação 8

9 Processos de Fabricação: Conformação 9

10 Processos de Fabricação: Soldagem a Ponto VISTA SUPERIOR SEÇÃO TRANSVERSAL (a) (b) (c) Zona termicamente afetada (ZTA) Zona fundida (ZF) Metal base (MB) Indentação (d) (e) (f) Penetração do nugget Indentação (g) (h) (i) Marca do eletrodo na superfície Largura do nugget 10

11 Processos de Fabricação: Metalurgia do Pó 11

12 Processos de Fabricação I (MT-717): Estrutura do Curso Plasticidade Fundamentos da Conformação Tecnologias de Conformação Processos Não-Convencionais Comportamento mecânico Tipos de Falhas Análise de tensão e deformação Relações plásticas Escoamento plástico Classificação Modelos preditivos Influências: atrito, temperatura; taxa de deformação e anisotropia. Ensaios de conformabilidade Trefilação Laminação Forjamento Extrusão Estampagem Estiramento Repuxamento Soldagem a Ponto Metalurgia do Pó F dx 12

13 Processos de Fabricação I (MT-717): Literatura de Referência 1. DIETER, G. E. Mechanical Metallurgy-SI MetricEdition. McGraw-HillBook Co., Singapore, CETLIN, P.R.; HELMAN, H. Fundamentos da conformação mecânica dos metais. 2.ed. Artliber editora, São Paulo, HOSFORD, W.F.; CADDELL, R.M. Metal Forming Mechanics and Metallurgy. Prentice-Hall Inc., Toronto, DOEGE, E.; BEHRENS, B. Handbuch Umformtechnik Grundlagen, Technologien, Maschinen. Springer, Berlin, DOWLING, N.E. Mechanical Behavior of Materials: Engineering Methodsfor Deformation, Fracture and Fatigue. 4.ed. Pearson Education Limited, Essex,

14 Agenda Introdução Processos de Conformação Fechamentos 14

15 Processos de Fabricação: Estrutura do Curso Plasticidade Fundamentos da Conformação Tecnologias de Conformação Processos Não-Convencionais Comportamento mecânico Tipos de Falhas Análise de tensão e deformação Relações plásticas Escoamento plástico Classificação Modelos preditivos Influências: atrito, temperatura; taxa de deformação e anisotropia. Ensaios de conformabilidade Trefilação Laminação Forjamento Extrusão Estampagem Estiramento Repuxamento Soldagem a Ponto Metalurgia do Pó F dx 15

16 Tópicos 1. Introdução 2. Comportamento dos Materiais Metálicos 3. Tipos de Falhas 4. Laminação e Trefilação 5. Extrusão e Forjamento 6. Relações Tensão Deformação 7. Escoamento Plástico 8. Conformação de Chapas 9. Conformação: Efeitos (µ, T, R, ε) 10. Fabricação de Componentes Aeronáuticos 11. Introdução a Compósitos 16

17 Objetivo da aula Introduzir os conceitos fundamentais sobre processos de conformação mecânica dos metais Objetivos Específicos 1. Apresentar os processos de conformação de maior importância 2. Definir como são classificados os processos de conformação 17

18 Alteração de forma com volume e massa conservados Forjamento Laminação Trefilação Calandragem Extrusão Embutimento (Estampagem profunda) Estiramento Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material Dobramento Cisalhamento 18

19 Forjamento (Matriz aberta) Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 19

20 Forjamento (Matriz fechada) Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 20

21 Laminação Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 21

22 Trefilação Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 22

23 Calandragem Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 23

24 Extrusão Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 24

25 Embutimento (Estampagem Profunda) Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 25

26 Estiramento Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 26

27 Dobramento Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 27

28 Cisalhamento (Corte) Movimento da ferramenta Movimento do material Esforço no material 28

29 Motivação: Contexto Tecnológico Específico Aplicações na Indústria Aeronáutica 29

30 Agenda Introdução Processos de Conformação Fechamentos 30

31 1. Temperatura 2. Estado de Tensões 3. Deformação 4. Natureza da Deformação 5. Aplicação 6. Tipo de Força 31

32 1. Temperatura A quente: T mat > 0,6 T fusão. A frio: T mat < 0,5 T fusão. A morno: 0,5 T fusão <T mat < 0,6 T fusão Quente, Frio ou Morno? 32

33 1. Temperatura A quente: T mat > 0,6 T fusão A frio: T mat < 0,5 T fusão A morno: 0,5 T fusão <T mat < 0,6 T fusão Fenômenos microestruturais Recuperação: reorganização das discordâncias de sinal oposto (aniquilação) Recristalização: formação de novos grãos ( Ductilidade e Resistência Mecânica) Crescimento de Grão: aumento do tamanho de grão 33

34 1. Temperatura A quente: T mat > 0,6 T fusão. Recuperação e recristalização Laminação, Forjamento, Extrusão, trefilação A frio: T mat < 0,5 T fusão. Recuperação e Recristalização não-efetivos Embutimento, Cisalhamento, Dobramento A morno: 0,5 T fusão <T mat < 0,6 T fusão Apenas Recuperação Forjamento 34

35 2. Estado de tensões Simples: Tração (estiramento); Tração/Compressão(dobramento); Cisalhamento (corte); Complexo: Tração e compressão em vários pontos (estampagem); Tração e compressão em pontos diferentes (trefilação). σ y σ y Simples σ z σ x Complexo 35

36 3. Deformação Local: concentrada em uma região (Corte, dobramento) Geral: observada em todo o material (Laminação, extrusão) 36

37 4. Natureza da deformação Uniforme(ou estacionário): velocidade e tensão não variam Laminação, extrusão, trefilação Não-uniforme: Distribuição de tensão e deformação variam Forjamento, estampagem profunda 37

38 5. Aplicação Primário: produção de tarugos/lingotes-> barras/chapas Laminação, forjamento, extrusão Secundário: produção de formas acabadas Estampagem profunda, trefilação 38

39 6. Tipo de força Compressão direta: material escoa perpendicularmente à direção de compressão Compressão indireta: forças desenvolvidas pela reação da matriz Trativo: material abraça uma geometria de molde enquanto é tracionado Dobramento: momento de flexão da chapa Cisalhamento: força de cisalhamento éalta o suficiente para romper no plano de cisalhamento 39

40 Exemplo: Forjamento (matriz fechada) # Critério Classificação 1 Temperatura 2 Estado de Tensões 3 Deformação 4 Natureza da Deformação 5 Aplicação 6 Tipo de Força Quente (usualmente) Complexo Geral Não-uniforme Primária Compressão Direta 40

41 Agenda Introdução Processos de Conformação Fechamentos 41

42 Objetivos Específicos 1 Apresentação dos Processos 2 Classificação dos Processos 42