2. Conformação mecânica: deformação plástica do material.

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1 CONFORMAÇÃO (Mar 2007) 1. Processos de conformação podem ser classificados em: - processos de compressão direta (forjamento, laminação) - processos de compressão indireta (trefilação, extrusão, estampagem profunda) - processos de tração - processos de dobramento - processos de cisalhamento 2. Conformação mecânica: deformação plástica do material. 3. Tipos de trabalho: - primário: realizado sobre lingotes para obter placas, tarugos, etc. - secundário: realizado sobre placas, tarugos, etc, para obter formas definitivas (arames, fios, peças forjadas, peças estampadas) 4. Objetivo principal do trabalho mecânico: conformar peças. Objetivo secundário: melhorar propriedades mecânicas das peças (encruamento). 5. Quanto à temperatura de trabalho: - a quente (acima da temperatura de recristalização) - a frio (abaixo da temperatura de recristalização) 1

2 + - A QUENTE - menor esforço mecânico - aumenta tenacidade do material - deformação profunda (contínua recristalização) elimina porosidades - formação de casca de óxido - pior acabamento superficial e tolerâncias - ferramental deve resistir ao calor A FRIO - ferramental não necessita resistir ao calor - aumenta resistência e dureza - melhores tolerâncias e acabamentos superficiais - maior esforço mecânico - tenacidade diminui - deformação superficial - pode produzir anomalias (casca de laranja) LAMINAÇÃO 1. Placa metálica é forçada a passar por dois cilindros Espessura diminui e comprimento aumenta (largura aproximadamente constante). 2. Forças na laminação Força normal (deformação) e tangencial (atrito, movimento). 2

3 Manutenção do volume: b h 0 v 0 =b h 1 v 1 Como a espessura h 1 é menor que h 0, tem-se que a velocidade v 1 é maior que v 0 Existe somente um ponto do material com velocidade igual à velocidade periférica dos cilindros, chamado ponto neutro. Antes do ponto neutro: atrito empurra material no sentido do movimento Depois do ponto neutro: atrito empurra material no sentido oposto ao movimento 3. Tipos de laminadores Laminadores: máquinas que executam a laminação. Compostas pelas estruturas (gaiolas), cilindros, mancais, etc. O conjunto é denominado cadeira de laminação. Classificação quanto às condições de trabalho: - a quente - a frio Classificação quanto à quantidade de cilindros, seus diâmetros e disposição: - Duo: dois cilindros de mesmo diâmetro girando em sentidos opostos - com retorno por cima (sempre mesmo sentido de rotação) - reversível (sentido de rotação é invertido a cada passe) 3

4 - conjunto de duos: laminação contínua - Trio: três cilindros laminadores. Peça avança entre cilindros inferior e médio mas retorna entre cilindros superior e médio (não é necessário reverter o sentido de giro dos cilindros) - Quádruo: quatro cilindros, dois de trabalho e dois de apoio. Obtém espessura uniforme em toda a seção transversal - Laminador Universal: combinação de cilindros horizontais e verticais. Por exemplo o tipo Grey (laminação de perfilados duplo T). Cilindros verticais conformam material mas são rotacionados pelo próprio movimento do material. 4

5 - laminador Sendzimir: dois cilindros de trabalho suportados por dois cilindros de apoio cada um. Permite maiores reduções de espessura por passe. Perguntas: 1. Quais as vantagens e desvantagens e se utilizar cadeiras de laminação do tipo duo com retorno por cima, duo reversível, trio e quádruo? 2. Para laminação contínua, todas as cadeiras de laminação devem rotacionar na mesma velocidade? 4. Operações de Laminação 4.1 Desbaste e acabamento - desbaste (laminador primário): laminação a quente - acabamento (laminador acabador/secundário): iniciado a quente, finalizado a frio. 5

6 4.2 Cilindro com canais passe. Cilindro de laminação pode ser liso ou apresentar vários canais, cada um relativo a um Cilindros com vários canais (nesse caso, do tipo trio) 6

7 4.3 Chapas A partir de lingotes, realiza-se vários passes (parte-se do lingote reaquecido acima da temperatura de recristalização): - passe por laminador tipo duo para quebra de casca de óxido (sob jato d'água de alta pressão) - passes de desbaste em laminadores do tipo quádruo (quatro passes, por exemplo) - outro passe por laminador tipo duo para quebra de casca de óxido - passes de acabamentos em laminadores do tipo quádruo (seis passes, por exemplo) No acabamento pode-se realizar reduções de 50%, 40%, 40%, 35%, 15%, 10%. Placa com 28mm no início do acabamento ficaria com 2,5 mm ao final do acabamento. Depois de acabadas as chapas são enroladas em bobinas por bobinadeiras. A laminação continua a frio em laminadores quádruos mas antes as bobinas passam por processo de decapagem (remoção química da casca de óxido em solução de ácido sulfúrico). Espessura final: 0,20 0,35 mm Bobinas podem ser recozidas (aquecidas acima da temperatura de recristalização) para aumentar a tenacidade das chapas (se desejável). Perguntas: 1. Em que tipo de operação de laminação realiza-se maior redução de espessura: desbaste ou acabamento? Por que? 2. O que é decapagem? FORJAMENTO 1. Introdução Forjamento: conformação mecânica pelo martelamento ou prensagem. Tipos de equipamentos: - martelo de forja: golpes rápidos e sucessivos, deformação superficial - prensas: compressão a baixa velocidade, deformação profunda e regular Geralmente são realizadas a quente (acima da temperatura de recristalização, mas não muito acima para não acelerar o processo de oxidação 800 a 1000 C para aços). 2. Processos de forjamento 2.1 Prensagem Utilizado na deformação inicial de lingotes, forjamento de grandes eixos (navio), forjamento de peças simétricas. Prensas são acionadas hidraulicamente (ou mecanicamente) e podem atingir toneladas. Pressão controlada, ausência de choque, menor manutenção que martelamento 7

8 Em matrizes fechadas conforma-se apenas metais e ligas não ferrosas. Pressões geralmente aplicadas (t/cm2) - latão: 0,7 a 2,8 - alumínio: 1,4 a 2,8 - aço: 2,1 a 4,2 - titânio: 2,8 a 5,6 2.2 Forjamento livre (ou simples) Operação preliminar de forjamento, esboça formas. Exemplos: esmagamento, conformação de flange, dobramento de barra e de chapa, dobramento de peça previamente esboçada, corte (com auxílio de cunha), estiramento, perfuração a quente, estrangulamento de barra e de chapa. Esmagamento Conformação de flange 8

9 Dobramento de barra e chapa Dobramento de peça já esboçada Corte Estiramento Perfuração Estrangulamento 2.3 Forjamento em Matriz Forjamento em matrizes fechadas: forma definida e precisa Metade da matriz é presa na bigorna, outra metade no martelo de queda que aplica golpes sucessivos. Cavidade periférica existe para conter excesso de material, que deve ser previsto para preenchimento total da matriz. Há formação de rebarba. Corte de rebarba é realizado em matrizes de corte. 9

10 Corte de rebarba Forjamento em Matriz Cuidados a serem tomados: - deixar sobre metal para posterior usinagem - fazer peças com conicidade (aprox 7 graus para permitir retirada da matriz) - evitar cantos vivos (para evitar fissuras) - estabelecer tolerâncias de deslocamento entre matrizes 10

11 - prever a contração do metal (pois é conformado a quente, aproximadamente 1% de contração linear) - utilizar sistemas de referência para alinhamento das matrizes (formatos macho e fêmea) - prever canais de rebarba 2.4 Forjamento Rotativo Redução da área da seção transversal de barras e tubos por aplicação de golpes radiais. Ou a peça, ou a matriz possui movimento de rotação. Peça avança para o interior da matriz enquanto que a matriz realiza o martelamento. 11

12 Perguntas: 1. Qual são as diferenças de movimentação da ferramenta nos forjamentos por prensagem e forjamentos por martelamento (livre e matriz)? O que isso implica na durabilidade das ferramentas? 2. Em que tipo de operação de forjamento são utilizados canais de rebarba? Para que servem esses canais? 3. O se faz para evitar o desalinhamento das duas partes de uma matriz de forjamento em matriz? 3. Forças de Forjamento 3.1 Prensagem Deduz-se a fórmula da força de prensagem pelo trabalho realizado por essa força na deformação da peça. P= V c R d ln h 0 /h 1 h 0 h 1 Onde: - P: força de prensagem -Vc: volume da peça (constante) - Rd: resistência à deformação à prensagem - h0 e h1: alturas inicial e final da peça Exemplo: peça de entrada: 100mm altura, 100mm de diâmetro peça de saída: 50mm de altura. Material: aço, Rd = 25 Kgf/mm2 Resposta: 12

13 3.3 Martelamento Transferência de energia cinética do martelo para energia de deformação plástica da peça. H = V c R d ln h 0 /h 1 Q Onde: - H: altura de queda -Vc: volume da peça (constante) - Rd: resistência à deformação ao martelamento - h0 e h1: alturas inicial e final da peça - : rendimento - Q: massa do martelo Exemplo: Cubo: h0 = 70mm, h1 = 65 mm, Rd = 15 Kgf/mm2 Martelo: Q = 1000Kg, rendimento=0,7 Resposta: Obs: para martelamento com matriz fechada multiplicar o Rd por coeficiente (1,3 a 1,5). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4 th ed, Addison Wesley, Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall,