1 1. PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA Os processos de conformação mecânica são processos de fabricação que empregam a deformação plástica de um corpo metálico, mantendo sua massa e integridade. Alguns exemplos destes processos são apresentados na figura 1. Figura 1- Representação esquemática de alguns processos de conformação mecânica. Todos os processos podem ser realizados a quente (acima da temperatura de recristalização) ou a frio (abaixo da temperatura de recristalização). Os processos a quente são caracterizados pelo emprego de tensões de compressão menores, ausência de encruamento no produto e alta ductilidade da liga na temperatura de conformação. Por outro lado, os produtos apresentam superfícies contendo carepa, resultante da oxidação do metal em alta temperatura e tolerâncias dimensionais mais abertas. Entretanto, a característica mais relevante dos produtos conformados a quente é o seu elevado grau de sanidade interna. Produtos fundidos, geralmente, apresentam vazios de contração (rechupes) e/ou porosidades decorrentes de gases dissolvidos no metal. Se as superfícies destas cavidades estiverem limpas (isentas de óxidos), elas poderão ser fechadas por meio do caldeamento (soldagem por pressão) imposta pelo trabalho mecânico. Como resultado da operação mecânica, as partículas de segunda fase e inclusões, tenderão a assumir uma forma e uma distribuição que correspondem aproximadamente à deformação do metal. De fato, os processos de conformação mecânica provocam a formação de um "fibramento" na microestrutura dos metais e ligas. Este "fibramento" será formado pela deformação preferencial de fases e / ou inclusões, conforme ilustra a figura 2.
2 Figura 2- Exemplos do fibramento formado pela ação da conformação mecânica. Os processos de conformação realizados a frio são caracterizados por elevadas tensões de compressão, encruamento do produto e ductilidade da liga inferior à dos processos a quente. A qualidade superficial e a precisão dimensional dos produtos conformados a frio são superiores à obtida pelos processos a quente. 1.1 Forjamento O forjamento consiste na alteração da forma de um metal por meio de prensagem ou de martelamento. A maioria das operações de forjamento é realizada a quente, entretanto certas ligas podem ser forjadas a frio. Empregam-se duas classes de equipamentos para o forjamento: o martelo ou martelete de forjamento, que aplica golpes de impacto rápidos sobre a superfície do metal (velocidades entre 3,0 e 20 m/s) e prensas hidráulicas ou mecânicas de forjamento, que submetem a liga a forças compressivas aplicadas com velocidade lenta (velocidades entre 0,06 a 1,5 m/s). O forjamento pode ser apresentado em duas variantes: forjamento livre e forjamento em matriz fechada.
3 1.1.1 Forjamento livre O forjamento livre é realizado entre matrizes planas ou de formas muito simples. É empregado em peças de grande porte ou quando o número de componentes é pequeno. Freqüentemente, o forjamento livre é usado para preparar a forma da peça (esboço) para o forjamento em matriz. A figura 3 apresenta alguns exemplos de componentes obtidos por meio do forjamento livre. Figura 3- Exemplos de componentes obtidos por meio do forjamento livre. 1.1.2 Forjamento em matriz fechada No forjamento em matriz fechada, a peça é deformada entre duas metades de matriz que dão a forma desejada ao metal, sendo possível obter tolerâncias dimensionais mais estreitas que no processo de forjamento livre. A figura 4 apresenta alguns exemplos de componentes forjados em matriz fechada.
4 Figura 4- Componentes obtidos por meio do forjamento em matriz fechada. A matriz de forjamento é fabricada com blocos de aço ferramenta para trabalho a quente. As cavidades no bloco são produzidas por meio de usinagem, normalmente envolvendo a eletroerosão. Para justificar o emprego destas matrizes, é necessário um volume de produção elevado. Em geral, cada matriz possui diversas cavidades. As primeiras têm a função de desbastar e expandir a barra formando um esboço. Em seguida, este é forjado na cavidade de forja em bruto para atingir uma forma próxima à desejada, sendo que a maior parte da deformação ocorre nesta etapa. Depois, a peça é transferida à matriz de acabamento, onde atinge as dimensões finais e ocorre o corte da rebarba, conforme ilustra a figura 5.
5 Figura 5- Etapas envolvidas na fabricação de uma biela automotiva. As cavidades 1 e 2 realizam o desbaste e a expansão, a cavidade 3 realiza o forjamento bruto e as cavidades 4 e 5 o acabamento e a rebarbação, respectivamente. É importante que a quantidade de metal seja suficiente para preencher toda a cavidade da matriz. Como é difícil colocar a quantidade exata de metal nas posições corretas durante o desbaste e a expansão, é comum empregar uma quantidade de metal ligeiramente acima do necessário. Quando a matriz executa a etapa de acabamento, o excesso de metal forma uma rebarba de forjamento. A fim de evitar a formação de uma rebarba muito grande, a matriz de forjamento é projetada como uma calha de rebarba, conforme ilustra a figura 6. A etapa final no forjamento de uma peça é a remoção da rebarba em uma matriz ou uma cavidade denominada de rebarbação. Figura 6- Calha de rebarba em uma matriz de forjamento.
6 1.2 Laminação de chapas O processo de deformação plástica dos metais no qual o material passa entre rolos é conhecido como laminação. Na laminação, o metal é submetido a elevadas tensões de compressão, resultantes da ação de prensagem dos rolos, e tensões cisalhantes superficiais, resultantes da fricção entre os rolos e o material. Figura 7- Arranjos típicos de rolos em laminadores.
Processos de conformação mecânica 7
Processos de conformação mecânica 8 Detalhe do laminador a quente de tiras Detalhe da laminação a frio de tiras
1.3 Laminação de perfis Processos de conformação mecânica 9 1.5- Trefilação de barras e tubos
1.6- Extrusão Processos de conformação mecânica 10
11 1.7- Estiramento a frio