SMM SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA PROJETO MECÂNICO. Prof. José B. Marcomini

Transcrição

1 SMM SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA PROJETO MECÂNICO Prof. José B. Marcomini

2 Processos e Seleção de Processos

3 Processo Processo é um método de dar forma, união ou acabamento para um material. É muito importante a escolha correta de uma rota de processamento no estágio inicial do projeto, antes que seja muito custoso fazer a troca do processo. A escolha do processo, para um dado componente depende do material do qual ele será fabricado, do tamanho, da forma e precisão e do número de peças a ser produzido. Enfim, depende dos requisitos do projeto. Cada processo é caracterizado por um conjunto de atributos: o material ao qual pode ser aplicado, as dimensões e formas que ele pode produzir e sua precisão.

4 Seleção de Processo O objetivo é encontrar a melhor correspondência entre atributos de processo e requerimentos do projeto. Não se deve esquecer que o material, forma e processo interagem. As propriedades do material e a forma limitam a escolha do processo: -materiais dúteis podem ser forjados, laminados e estampados; - materiais frágeis devem ser moldado de outras formas;

5 CONSIDERAÇÕES: TAMANHO, FORMA, TOLERÂNCIA DIMENSIONAL, ACABAMENTO SUPERFICIAL (TENSÃO RESIDUAL E RUGOSIDADE) E PROPRIEDADES. Materiais que fundem em temperaturas moderadas podem ser fundidos; A forma tem que ser considerada na escolha do processo. Peças delgadas podem ser produzidas por laminação ou estampagem, mas não por fundição; O processo afeta as propriedades. A laminação e forjamento afetam a dureza e a textura dos metais, alinham inclusões, podem promover incremento de resistência e redução de dutilidade; Como outros aspectos do projeto, a seleção do processo é um procedimento interativo. A primeira interação fornece uma ou mais possíveis rotas de processamento; O projeto deve ser repensado para adaptá-lo, à rota mais viável no intuito de facilitar e reduzir o custo de fabricação;

6 CONSIDERAÇÕES A escolha final é baseada na comparação do custo do processo, exigindo o uso de modelos de custo, e nas informações suporte: história de casos, experiência documentada e exemplos de rotas de processamento usadas em produtos correlatos; As informações suporte podem ajudar também com o acoplamento entre processo e propriedades do material; O processo influencia as propriedades, algumas vezes de forma desejável (tratamentos térmicos) ou de forma indesejável (defeitos de fundição). Esta interação não pode ser descrita por simples atributos de processo, mas necessitam caracterizações empíricas ou modelagem de processo; A MODELAGEM E SELEÇÃO POR MÉTODOS TEÓRICOS É A PRIMEIRA ABORDAGEM. ANTES DA ESCOLHA FINAL, SÃO NECESSÁRIOS ENSAIOS, SE POSSÍVEL, COM SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO.

7 Classificação dos Processos Processos primários Processos secundários

8 Para estruturar os atributos de processos para a triagem, precisaremos uma classificação hierárquica das famílias de processos, similar aquela realizada para os materiais

9 Dependendo da família, deve-se estender parcialmente, devido ao número de processos!

10 Processos de fabricação Matéria prima metálica Mecânicos (emprego de tensão) Metalúrgicos (emprego de temperatura) aplicada > ruptura aplicada < ruptura T aplicada < T fusão T aplicada > T fusão Usinagem Metalurgia do pó Fundição Lingotamento MHRobert Laminação Forjamento Soldagem Trefilação Extrusão Tratamentos térmicos

11 Processos: Fundição

12 FUNDIÇÃO: METAL FUNDIDO FLUI POR AÇÃO DE FORÇA DE GRAVIDADE OU OUTRA, PARA DENTRO DE UM MOLDE E SOLIDIFICA-SE NA FORMA DA CAVIDADE DO MESMO; VANTAGENS: GEOMETRIAS COMPLEXAS; NET SHAPE OU NEAR NET SHAPE; PEÇAS GRANDES (>100 ton) E PEQUENAS (<1kg); GRANDE LEQUE DE COMPOSIÇÕES; USO DE SUCATA. DESVANTAGENS: PROPRIEDADES MECÂNICAS; CONTROLE DE DEFEITOS (POROSIDADE); ALGUNS PROCESSOS: ACABAMENTO SUPERFICIAL; PERICULOSIDADE; DESCARTE: PROBLEMAS AMBIENTAIS.

13 FUNDIÇÃO

14 FUNDIÇÃO

15 FUNDIÇÃO OUTRA DEFINIÇÃO: Conformação de metais e ligas a partir do material líquido, vazado em moldes apropriados onde, ao solidificar-se, toma-lhe a forma; resultando em: produtos acabados (peças, componentes); semi-acabados; matéria prima para processamento mecânico (tarugos, lingotes, chapas). MHRobert

16 FUNDIÇÃO

17 FUNDIÇÃO HISTÓRIA 5000 ac: facas, pontas de lança, moedas, artefatos domésticos em Cu, bronzes (Cu/Sn); 2000 ac: ferrosos; 500 ac: bronzes, esculturas religiosas (cera perdida); 500 ac: ampliou-se para uso em armamentos, escudos; habilidade de produção com qualidade; Desde então a fundição se desenvolveu como ciência. MHRobert

18 Rômulo e Remo 500 ac

19 Perseu B, Cellini Pensador Rodin

20 FUNDIÇÃO

21 FUNDIÇÃO APLICAÇÃO DA FUNDIÇÃO: - Partes e corpos de motores; - Turbinas (hidráulicas, de aviões); - Equipamentos e ferramentas para indústria mecânica e metalúrgica; - Laminadores; - Propulsores para navios, hélices etc; - Válvulas de alta e baixa precisão; - Sapatas de freios; - Milhares de tipos de componentes para indústria automobilística; - Milhares de tipos de componentes e artefatos para uso doméstico.

22 FUNDIÇÃO Fluxograma de produção por fundição modelação moldagem e macharia fusão vazamento desmoldagem rebarbação, limpeza, corte de canais inspeção visual refugos inspeção/testes recuperação expedição

23 FUNDIÇÃO MOLDAGEM: Fabricação do molde com a cavidade que será preenchida. Deve-se levar em consideração a contração do metal na solidificação; Molde de areia: cavidade-modelos de madeira em torno do qual a areia é conformada; Moldes metálicos: cavidade é usinada; Partes ocas machos-peças de areia aglomerada (com ligantes)-dentro do molde etapa de macharia; No molde: canais de alimentação, respiro, etc.

24 MACHO 24

25 MATERIAIS ESPECIAIS FUNDIÇÃO A VÁCULO FORNO POR INDUÇÃO Aquecimento é por efeito Joule da corrente induzida por um campo eletromagnético de alta frequência; Capacidade de 50kg a 100 ton; Potencia de 1500kW para um forno de 35 ton; Velocidade de fusão de 2,5 t/h e temperatura de trabalho de 600 a 1750ºC. Provoca grande agitação-favorece a homogeneização; Forno por indução a vácuo: ligas especiais.

26 FUNDIÇÃO - FUNDAMENTOS FORNO DE INDUÇÃO A VÁCUO

27 FILME DIE CASTING 27

28 A MODELAGEM E SELEÇÃO POR MÉTODOS TEÓRICOS É A PRIMEIRA ABORDAGEM. ANTES DA ESCOLHA FINAL, SÃO NECESSÁRIOS ENSAIOS, SE POSSÍVEL, COM SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO. EXEMPLO DE SIMULAÇÃO: MAGMA 28

29 O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO AÇO INFLUENCIA AS PROPRIEDADES E DEVE SER SELECIONADO: ALTO-FORNO OU ACIARIA ELÉTRICA; UTILIZAÇÃO DE COQUE OU CARVÃO VEGETAL; LINGOTAMENTO CONVENCIONAL OU CONTÍNUO; TOTALMENTE ACALMADO OU SEMI-ACALMADO; TRATADO COM Al OU NÃO; DESGASEIFICADO A VÁCUO OU NÃO. 29

30 HEMATITA Fe 2 O 3. xh 2 O

31 MAGNETITA(Fe 3 O 4 ) WUSTITA (FeO) LIMONITA (Fe 2 O 3.H 2 O) SIDERITA (FeCO 3 )

32 ILMENITA(FeTiO 3 ) PIRITA(FeS 2 ) OURO DE TOLO

33

34 DESENFORNAMENTO

35 ALTO-FORNO

36 SOLEIRA DO ALTO-FORNO

37

38 Planta de Dessulfuração 38

39

40 FABRICAÇÃO DO AÇO Conversão do gusa DESCARREGAMENTO DO GUSA PARA OS CONVERSORES

41 FABRICAÇÃO DO AÇO ACIARIA ELÉTRICA

42 AÇO SAE 1045 PRODUZIDO POR ACIARIA ELÉTRICA RESPONDE DIFERENTE AO TRATAMENTO DE TÊMPERA E REVENIMENTO.

43 FORNO - PANELA

44

45

46 SOLIDIFICAÇÃO (Colpaert)

47

48 SOLIDIFICAÇÃO (Colpaert)

49 49

50 Processos: Moldagem

51 Processos: Conformação

52 FORJAMENTO FORJAMENTO EM MATRIZ FECHADA. FORJAMENTO EM MATRIZ ABERTA.

53 FIBRAMENTO

54

55 EXEMPLO DE SELEÇÃO DE PROCESSOS: MELHORIA CONTÍNUA 55

56 Bielas SAE 1541 X 27MnSiVS6: Metalurgia,Processo de Forjamento,Usinabilidade,Propriedades Mecânicas e Atendimentos aos Requisitos Operacionais Alessandro Teixeira Neto Antônio José de Araujo Pôrto Edward Werninghaus José Benedito Marcomini Mauro Valadão

57 tk CROSS WEDGE ROLLING A ThyssenKrupp Automotive Company Krupp Metalúrgica Campo Limpo

58 tk CROSS WEDGE ROLLING Fibramento CWR e convencional A ThyssenKrupp Automotive Company Krupp Metalúrgica Campo Limpo

59 tk A ThyssenKrupp Automotive Company Krupp Metalúrgica Campo Limpo

60 tk Resultados da análise de MEF. A ThyssenKrupp Automotive Company Krupp Metalúrgica Campo Limpo

61 tk A ThyssenKrupp Automotive Company Krupp Metalúrgica Campo Limpo

62 NA PIOR CONDIÇÃO, SE O CARRO FICASSE LIGADO ININTERRUPTAMENTE, LEVARIA MAIS DE 300 ANOS PARA FALHAR POR FADIGA. tk A ThyssenKrupp Automotive Company Krupp Metalúrgica Campo Limpo