Conformação de pós. Aula 5 de PMT PMT 2412 em 2006 aula 5

Transcrição

1 Conformação de pós Aula 5 de PMT 2412

2 Objetivos da etapa de Conformação Produzir um objeto com a forma geométrica final do produto (mas não a dimensão final) Compactação uniaxial, comp.isostática, Densificar o material por compressão Densidade aparente, densidade a verde Obter resistência mecânica suficiente para a manipulação da peça antes da sinterização: a resistência a verde. Pode exigir adição de ligante Garantir ausência de defeitos trincas Condicionar outras características Orientação das partículas (em ímãs) Minimizar desgaste do ferramental Uso de lubrificantes Minimizar tempo do processo

3 Compactação: A maneira como compacta-se o pó influencia a distribuição da densidade ao longo da peça Simples ação: Linha neutra deslocada para baixo Dupla ação: Linha neutra centralizada Imagem cedida por Dorst Press

4 A linha neutra e o gradiente de densidade ao longo do comprimento Linha neutra é uma região da peça cuja densidade é menor que o restante, Pois ali a pressão de compactação foi menor. É importante entender a existência da linha neutra E outras questões da compactação, É necessário entender as tensões e deformações

5 É importante entender o que acontece com as tensões e deformações durante a compactação.

6 Tensões e deformações na compactação Líquidos comprimidos transferem mesma tensão em Todas as paredes: pressão hidrostática. Sólidos não. A compressão tende a causar uma expansão lateral (coeficiente de Poisson) Que cria uma tensão radial Que causa o atrito durante a compressão PMT 2100 Na deformação por tração, normalmente ocorre: alongamento ao longo do eixo de aplicação da força; contração ao longo dos dois outros eixos, E vice-versa para compressão. Para Deformações Elásticas: COEFICIENTE DE POISSON : = - ( x / ) = - ( y / ) onde x = y = (d o - d) / d o = d / d o.l

7 Numa situação de compressão simples ficaria εr = - νσa / E Quando a deformação radial é contida, o estado triaxial de tensões Torna a situação mais complexa, Pois a deformação numa direção depende das tensões nas 3 direções

8 Para simplificar a situação, Se supusermos que O material da matriz tem módulo de elasticidade muito maior que do pó Podemos supor que a deformação radial é praticamente nula = = 0 Portanto na etapa em que o material responde elasticamente, no interior da matriz, a tensão radial é A partir de um certo valor de tensão axial, inicia-se a deformação plástica. Isso ocorre, na verdade, quando se atinge a tensão de cisalhamento crítica tau0. A tensão de cisalhamento máxima na região elástica é Como então

9 Portanto, a partir de quando ocorre deformação plástica Trecho A; elástico Trecho B, plástico Atinge tensão máxima Quando começa a descarregar Até que a tensão axial decresce tanto que o Material volta ao regime elástico: Nessa região, Ao final, quando a tensão axial vai a zero, a tensão raial é sigma 0.

10 A tensão axial cai Com a distância da face Do punção, devido à tensão associada Às forças de atrito. Essa é a razão mecânica Que explica a linha neutra.

11 Defeitos: baixa densidade aparente pontes formadas por aglomerados podem dificultar o preenchimento, especialmente quando a cavidade é estreita se comparada com o tamanho das partículas. Figura Pontes que podem ser formadas na alimentação da matriz.

12 Conformação Compactação Uniaxial a Frio Figura Microestrutura típica de material compactado. Fratura (a) e seção polida (b). Ocorre deformação plástica no interior das partículas

13 Classes de dificuldade na compactação de componentes classe Níveis na peça Razão altura/largura Direções de compactação 1 1 Baixa alta Qualquer 2 4 vários qualquer 2

14 Identifiquem as Classes de complexidade dessas peças

15 Compactação: Peças com vários níveis exigem ferramentais com maior número de componentes. Desta forma, a distribuição da densidade é melhor controlada (posição da linha neutra). Punção superior matriz Linha Neutra Macho Punções inferiores Aloisio Klein - UFSC Imagem fornecida por Aloisio Klein - UFSC ; Qualisinter ; Metaldyne ; Mahle-Miba

16 Compactação - Ferramental: O ferramental de compactação, dependendo do produto, pode ser simples ou extremamente complexo, porém em todos os casos exige-se: - Acabamento polido em todas as superfícies que terão contato com o pó. - Tolerâncias de montagem milesimais entre os componentes. - Alta resistência ao desgaste e alta tenacidade. - Prensas com grande precisão dimensional. Imagens fornecidas por Dorst Press e Mahle-Miba

17 Fabricação do ferramental

18 Compactação - Ferramental: Simulação e Projeto Imagens fornecidas por Qualisinter e Dorst Press

19 Compactação - Ferramental: Simulação e Projeto Pré-Montagem Setup da Prensa - A complexidade do ferramental está diretamente ligada à complexidade da peça. - Cada sinterizador trabalha com padrões próprios, o que muitas vezes inviabiliza o uso do ferramental por outro sinterizador. - O projeto do ferramental também deve levar em conta a prensa em que será utilizado. Determinadas prensas apresentam recursos que outras não tem. - Grande parte das quebras em ferramental ocorrem no setup do equipamento, ou seja, a mão de obra para o trabalho deve ser especializada e bem treinada. Imagens fornecidas por Qualisinter e Dorst Press

20 Conformação Compactação Uniaxial a Frio Devido aos atritos envolvidos na compactação, observa-se um gradiente de densidade ao longo da altura da peça. Se o punção móvel é apenas o superior, é comum dizer que existe uma zona neutra de densidade próxima ao punção inferior. Para minimizar este gradiente é pratica comum projetar ferramentas e utilizar prensas que, ou tenham movimento dos dois punções ou simulem isto através de matrizes flutuantes Figura Compactação com movimentação apenas do punção superior (a), com matriz flutuante (b) e com movimento de ambos os punções (c).

21 Movimentos da prensa

22 Conformação Compactação Uniaxial a Frio Figura Compactação em 4 estágios para produção de cilindros vazados.

23 Conformação Compactação Uniaxial a Frio Uma maneira para melhorar a alimentação seria através de recuo do punção inferior Figura Alimentação com recuo do macho.

24 Conformação Compactação Uniaxial a Frio Durante a extração há normalmente restauração de deformação elástica, o que pode causar problemas como trincas e o defeito denominado por laminação. Para minimizar o problema da trinca não deve haver movimento relativo entre os punções, como por exemplo se eles subirem conjuntamente. Figura Restauração de deformação elástica durante extração causando trincas.

25 Conformação Compactação Uniaxial a Frio Figura Liberação de deformação elástica durante extração causando laminação (a). A introdução de raio de curvatura (b) na matriz minimiza o problema.

26 Conformação Compactação Uniaxial a Frio Flange e furo cego associados necessitam de até 8 etapas de compactação conforme Figura Ciclo de compactação para peça vazada cega com flange. Em (a) ocorre a alimentação, em (b) e (c) transferência sem densificação, em (d) tem-se a densificação, e de (e) até (f) ocorrem etapas relativas à extração da peça.

27 Equipamentos Prensas mecânicas ou hidráulicas Hidráulicas: mais lentas, no máximo 10 peças/min Mecânicas fazem de 10 a 60 peças/min Gasbarre faz mecânicas de até 800ton e hidráulicas de até 1500t. Hidráulicas tem maior precisão dimensional,

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29 Conformação Compactação Isostática a Frio Na compactação isostática a frio, o pó é colocado num recipiente de borracha que é então selado. O recipiente vai para um vaso de pressão onde o óleo lá contido é comprimido, transferindo pressão para o pó. Pressões de até MPa podem ser usadas. Figura Esquema para compactação isostática a frio.

30 Conformação Compactação Isostática a Frio É uma técnica utilizada para pós de baixa compressibilidade, como de materiais cerâmicos e intermetálicos. Figura Vista de equipamento para compactação isostática a frio da Divisão de Metalurgia do IPT.

31 Conformação Compactação Uniaxial a Quente a combinação de pressão e temperatura permite a obtenção de materiais com densidade próxima de 100%. Figura Esquema para compactação uniaxial a quente.

32 Conformação Compactação Isostática a Quente Figura Esquema para compactação isostática a quente.

33 Conformação Moldagem de Pós por Injeção Na MPI o pó é misturado a um ligante (polímero base, constituintes de baixo peso molecular e aditivos), com o objetivo de conferir características de fluidez adequadas à injeção e resistência suficiente para o manuseio do componente injetado. Para a obtenção da peça final são necessárias basicamente duas outras etapas: a remoção do ligante e a sinterização. Figura Etapas do processamento por Moldagem de Pós por Injeção MPI

34 Conformação Moldagem de Pós por Injeção Figura Nicho de aplicação da Moldagem de Pós por Injeção MPI

35 Conformação Extrusão de Pós Figura Três formas de condicionamento para extrusão. Figura Detalhe do encapsulamento e da extrusão.

36 literatura Rodrigues, D. Metalurgia do Pó, apostila. German, R. Chiaverini Carvalho Ferreira, JMG re.htm