Seleção de Materiais. 1. Introdução. 1. Introdução

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1 Seleção Engenharia de Produção Faculdade de Engenharia de Bauru Grupo 8 Prof. Dr. Adilson Renófio 1. Introdução A SM é uma das principais tarefas do projeto, pois dela dependerá o sucesso do produto final ; A escolha dos materiais: Combinação de propriedades ou nova escolha a escolha de um material não pode ser feita sem levar em consideração os processos de fabricação exigidos (por exemplo, conformação, solda, etc), os quais também dependem das propriedades de uma material que possua melhores propriedades. 1. Introdução Para uma SM bem elaborada os elementos desse processo de seleção envolvem a decisão dos limites e das restrições do problema e, a partir desses limites, o estabelecimento de critérios que possam ser utilizados na SM para a maximização do desempenho destes. 1

2 Fluxograma das etapas para se chegar a um produto final 2. Elaboração da SM O fluxograma reforça a idéia de que a SM depende de diversas etapas e cada uma dessas etapas depende de informações diferentes. O fluxograma mostra os passos necessários para produzir determinado produto e ressalta quatro considerações principais: (1) a função o que o objeto deve fazer; (2) em que ambiente deverá operar; (3) por quanto tempo, e (4) qual o custo da solução encontrada e como este se compara com as expectativas 3. Diferentes Necessidades de SM Necessidade de substituir o material; Exigências de projeto; Exigências da sociedade: Consumo de energia; Preservação da vida e do meio ambiente. 2

3 3. Diferentes Necessidades de SM Prever a eficácia e a durabilidade; Quantificar a eficácia; Conhecer todo o universo de materiais. 3. Diferentes Necessidades de SM Os objetivos da seleção de materiais: Redução de custos. Economia com a troca de materiais. Ex.: Pedais em naylon reforçado com fibra de vidro. 3. Diferentes Necessidades de SM Os objetivos da seleção de materiais: Novas condições de serviço. Aumento de pressão e temperatura. Ex.: Equipamento de processo na industria química. Obs.: A não relevância desse fator pode gerar problemas imprevistos como recall. Ex.: câmeras digitais e baterias de notebooks. 3

4 3. Diferentes Necessidades de SM Os objetivos da seleção de materiais: Materiais versus processos. substituição para adoção de um processo mais econômico. Redução de peso. Requisito universal para qualquer produto móvel. Ex.: Industria automotiva. 3. Diferentes Necessidades de SM Redução de peso Material Igual rigidez Igual resistência Aço Base Base Aço microligado 0 18 Alumínio Diferentes Necessidades de SM Novos materiais Adoção de um novo material pode levar ao reprojeto completo do produto ou componente. 4

5 4. Índice de Mérito (IM) Permite julgar o desempenho dos diversos materiais para função específica desejada É uma fórmula algébrica que expressa um compromisso entre duas características ou propriedades. Em sua forma mais simples um IM é geralmente uma fração, tendo no numerador a propriedade que se quer maximizar e no denominador a que se deseja minimizar Para se deduzir o IM devem ser seguidas algumas etapas: Estabelecimento da função do produto ou componente - normalmente realizada por simples inspeção do objeto. Estabelecimento do objetivo principal - expressa o requisito imposto àquela etapa de seleção. Identificação da restrição - identificada com o desempenho e com a propriedade que o controla, no contexto do objetivo desejado. Analisando um estudo de caso: Considere o caso do projeto de um tirante que deve resistir a uma força de tração sem falhar por escoamento plástico, e que seja leve Representação de um tirante submetido à um carregamento trativo de uma força F; A é a área da seção transversal resistente do tirante. 5

6 Isolando m da fórmula de densidade: m =A.l. ρ (1) A é a área da seção transversal do tirante, l o comprimento do tirante e ρ a densidade do material do qual ele é feito. Calculando IM O comprimento l do tirante e a carga F são especificados pelo projeto e não podem ser modificados. O raio do tirante r é livre e vai determinar a seção resistente do tirante. A seção deve ser suficiente para suportar a carga F de modo que (2) Onde s f é a tensão de falha do material, e Sf, o fator de segurança Eliminando A das equações (1) e (2) chega-se a equação acima o lado direito tem um primeiro grupo de variáveis que caracterizam os parâmetros (os requerimentos) funcionais do projeto; um segundo grupo de parâmetros especificam a geometria do projeto; o terceiro grupo de parâmetros define as propriedades do material 6

7 A melhor solução para o projeto de um tirante leve é aquela que propõe um material com menor valor de (r/sf). O IM é exatamente o inverso dessa razão, assim, aquele que possui o máximo valor de M é uma material que possui alto nível de desempenho. 5. Mapas de Propriedades Diagrama de Seleção - Também conhecido por MPM; - É um espaço bi-dimensional; - Organiza e armazena as propriedades dos materiais; - De rápida comparação entre os materiais; - A representação gráfica é feita por sistema de coordenadas ortogonais; 5. Mapas de Propriedades Diagrama de Seleção - O exemplo a seguir mostra um Mapa de Propriedades; - Ele é o mapa de módulo de Young versus densidade; - Pode ser utilizado em processos de seleção objetivando minimização de massa em projetos regidos por elasticidade; 7

8 5. Mapas de Propriedades Diagrama de Seleção 5. Mapas de Propriedades Diagrama de Seleção - Para aplicação de um tirante leve, o mapa de propriedades de interesse é gerado em um espaço limite de escoamento (σ f ), versus densidade (ρ); - Como demonstrado na figura a seguir: 5. Mapas de Propriedades Diagrama de Seleção 8

9 5. Mapas de Propriedades Diagrama de Seleção - Este mapa é mostrado em escalas log log; - Para utilização do mapa de propriedades aplica-se logarítmo em ambos os lados da equação (já apresentada): log σ f = log σ + log M 5. Mapas de Propriedades Diagrama de Seleção - A equação apresentada mostra uma reta de coeficiente angular igual a 1 que pode ser traçada sobre o mapa; - Os materiais cujas envoltórias são cortadas pela reta que corresponde a um valor de M tem o mesmo valor de IM; - A princípio atenderão da mesma maneira ao critério estabelecido pelo modelo; 5. Mapas de Propriedades Diagrama de Seleção - No mapa são indicados alguns materiais que seriam aprovados pelo critério de IM M = σ f / ρ = 85 - São aqueles que são cortados ou se situam acima da reta M = 85; 9

10 5. Mapas de Propriedades Diagrama de Seleção - Outros critérios serão usados em etapas mais avançadas do projeto: - Como o processo de fabricação e o custo dos materiais. - Estes critérios deverão reduzir a escolha dos materiais até chegar-se a um único material selecionado; O custo do material O custo do material é uma consideração importante no processo de seleção Quando o fator econômico é levado em consideração, existe uma alteração significativa dentro do esquema de classificação dos materiais. Tabela É interessante construir uma tabela empregando os resultados dos vários critérios. Essa tabela coloca em perspectiva as questões que são realmente importantes e facilita o processo final de tomada de decisão. 10

11 6. Visão macroscópica e microscópica O afunilamento de um típico procedimento de seleção de materiais e alguns critérios de decisão ao longo do evento 7. Metodologias de Seleção Matrizes de Decisão os materiais candidatos; os requisitos; as propriedades dos materiais (inclusive custo); os fatores de proporcionalidade ou pesos. Diversas naturezas das matrizes de decisão Mercadológico Técnico Industriais e corporativos 11

12 8. Considerações Finais Ser viável ao ambiente; Propriedades advindas de características microscopias e ao processo ao qual o material deve ser submetido; Atender e obedecer a vários requisitos do mercado. Grupo 8: EDMAR EVELYN RITA RUBENS SUZY THIAGO CABRAL