Conformação Plástica.

Processos de Industrialização Conformação Plástica. Fundição. Metalurgia do Pó. Prof. Dr. Omar Maluf omarramo@sc.usp.br Processos de Industrialização Conformação Plástica. Fundição. 1

CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS 3 CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS Sumário Introdução Geral Processos de Conformação Conformação de volume Laminação. Forjamento. Extrusão. Trefilação. Usinagem. Conformação de chapas. Corte. Dobramento. Calandragem. Rebordeamento. Prensagem. 4 2

CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO Por deformação plástica. Por remoção metálica ou usinagem. 5 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO 6 3

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA Corresponde à deformação permanente sofrida pelo material. Sempre ocorre após o limite de deformação elástica ser alcançado. Ocorre pelo deslizamento de planos cristalinos uns em relação aos outros. 7 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA Compressão direta. Exemplos: forjamento, laminação Compressão indireta. Exemplos: trefilação, extrusão, estampagem Trativo. Exemplo: estiramento Dobramento. Exemplo: calandragem. Cisalhamento (há ruptura). Exemplo: corte 8 4

CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A Quente - aquele que é executado em temperaturas acima de 0,5T f AMorno - executado na faixa compreendida (grosseiramente) entre 0,3 e 0,5 T f AFrio - aquele que é executado entre 0 e 0,3 T f 9 CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A QUENTE Características: Temperatura acima da de recristalização, o material é continuamente recristalizado. Não ocorre aumento da resistência do material, podendo-se aplicar grandes níveis de deformação. 10 5

CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A QUENTE Recristalizalão.swf 11 CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A QUENTE Vantagens: Cargas aplicadas relativamente baixas; Grandes níveis de deformação; Menor energia requerida para deformar o metal, já que a tensão de escoamento decresce com o aumento da temperatura; Aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade); Homogeneização química das estruturas brutas de fusão (por exemplo: eliminação de segregações) em virtude da rápida difusão atômica interna; Eliminação de bolhas e poros por caldeamento; Aumento da tenacidade e ductilidade do material trabalhado em relação ao bruto de fusão. 12 6

CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A QUENTE Desvantagens: Necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de energia para aquecimento das peças. Investimento (R$) fornos; Reações do metal com a atmosfera do forno, levando as perdas de material por oxidação e outros problemas relacionados (por exemplo, no caso dos aços, ocorre também descarbonetação superficial; metais reativos como o titânio ficam severamente fragilizados pelo oxigênio e tem de ser trabalhados em atmosfera inerte ou protegidos do ar por uma barreira adequada); Formação de óxidos, prejudiciais para o acabamento superficial; Desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é difícil; Necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa de expansão e contração térmicas; 13 CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A FRIO Características: Temperatura em torno da ambiente. Ocorre aumento da resistência mecânica do material e diminuição da ductilidade. Laminafrio.swf 14 7

CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A FRIO Vantagens: Melhor acabamento e dureza superficial. Maior precisão dimensional. Desvantagens: Quando o trabalho a frio é excessivo, o metal se fratura antes de alcançar a forma e o tamanho desejados. Cargas aplicadas relativamente altas. 15 VARIÁVEIS QUE INFLUEM NA CONFORMABILIDADE As relacionadas com o material trabalhado: composição química, tamanho e forma granular, porcentagem, distribuição, morfologia, tamanho e natureza de precipitados e soluções sólidas. Exceto a composição química, os outros fatores referem-se à microestrutura trabalhada, dependente da temperatura e da taxa de deformação. As relacionadas ao processo de conformação: grau de deformação, taxa de deformação, temperatura, atrito e estado de tensão. Essas variáveis determinam a microestrutura do material deformado, bem como o modo de escoamento durante o processo. 16 8

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA E DA TAXA DE DEFORMAÇÃO SOBRE A CONFORMABILIDADE 17 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA E DA TAXA DE DEFORMAÇÃO SOBRE A CONFORMABILIDADE Em ensaios com baixas taxas de deformação e temperaturas elevadas, o deslizamento dos contornos de grão é preponderante. 18 9

19 Introdução Vantagens e Desvantagens Esforços Envolvido A Quente A Frio Defeitos de Laminação Classificação dos Produtos Alguns Cálculos 20 10

Introdução: É o processo no qual o material é passado por entre dois rolos de um equipamento denominado de laminador, provocando uma redução da sua espessura. Laminação.swf 21 Introdução: Ao passar entre os cilindros, o material sofre deformação plástica. Por causa disso, tem redução da espessura e aumento tanto na largura quanto no comprimento. Como a largura é limitada pelo comprimento dos cilindros, o aumento do comprimento é sempre maior que o da largura. 22 11

Introdução: A laminação pode ser feita a quente ou a frio. É feita quando o material a ser conformado é difícil de laminar a frio ou quando necessita de grandes reduções de espessura. O aço, quando necessita de grandes reduções,é sempre laminado a quente porque,quando aquecido, sua estrutura cristalina apresenta a configuração CFC, que se presta melhor à laminação. Além disso, neste tipo de estrutura, as forças de coesão são menores, o que também facilita a deformação. 23 Introdução: As instalações de uma laminação são compostas por fornos de aquecimento e reaquecimento de lingotes, placas e tarugos, sistemas de roletes para deslocar os produtos, mesas de elevação e basculamento, tesouras de corte e, principalmente, o laminador. 24 12

Introdução: Os cilindros são as peças-chave dos laminadores, porque são eles que aplicam os esforços para deformar o metal. Eles podem ser fundidos ou forjados; são fabricados em ferro fundido ou aço especial, dependendo das condições de trabalho a que são submetidos. Podem ser lisos, para a produção de placas e chapas, ou com canais, para a produção de perfis. 25 Tipos de Laminadores: Duo composto de dois cilindros de mesmo diâmetro, que giram em sentidos opostos, na mesma velocidade Trio três cilindros dispostos uns sobre os outros. Quando o material passa pela primeira vez, passa entre o cilindro inferior e médio. Quando retorna passa entre o médio e o superior 26 13

Tipos de Laminadores: Quádruo apresenta quatro cilindros: dois internos (de trabalho) e dois externos (de apoio). Universal apresenta quatro cilindros combinados: dois horizontais e dois verticais. É utilizado para a laminação de trilhos. 27 Tipos de Laminadores: Sendzimir apresenta seis cilindros dos quais dois são de trabalho e quatro de apoio. 28 14

29 Vantagens: É o método mais eficiente e barato de reduzir a seção transversal de uma peça. Obtenção de espessuras uniformes ao longo de grandes comprimentos. Apresenta alta produtividade e um controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso. Desvantagem: Problema de flexão dos rolos que resultam na produção de chapas de espessura maior no centro do que nas bordas. 30 15

Esforços Envolvidos: Tensões: Compressivas O material é submetido a tensões compressivas elevadas, resultantes da ação de prensagem dos rolos. Cisalhantes O material é submetido a tensões cisalhantes superficiais, resultantes do atrito entre os rolos e o material. (As forças de atrito são também responsáveis pelo ato de "puxar" o metal para dentro dos cilindros) 31 A Quente: Na laminação a quente ou também chamada de laminação primária ocorre a redução ou desbaste inicial dos lingotes em blocos, tarugos ou placas. Isto é, transforma seções grandes de lingotes em seções menores de formatos diversos. Nesta etapa ocorre o refinamento da microestrutura dos lingotes e o caldeamento de bolhas e vazios Depois dessa fase segue-se uma nova etapa de laminação a quente para transformar o produto em chapas grossas, tiras a quente, vergalhões, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais. Laminação a quente-1.swf Laminaquente.swf 32 16

A Frio: A laminação a frio ocorre após a laminação primária a quente e é responsável por produtos de excelente acabamento superficial, com boas propriedades mecânicas, controle dimensional final bastante preciso, microestrutura de grãos alongados na direção de laminação que resulta em anisotropia de propriedades mecânicas. Laminafrio.swf 33 Placas Blocos Tarugos Laminação a quente Chapas Perfis Trilhos Barras Laminação a frio Tubos Folhas Barras Trefilados Tubos 34 17

35 Defeitos em produtos laminados: Desvios de forma. Irregularidades de superfície: trincas, fissuras e cascas (carepas). Internos: trincas, escamas. 36 18

Defeitos em produtos laminados: Muitos deles são devidos ao processo de obtenção do lingote, como: poros, inclusões, segregações, etc. Embora após a laminação exista uma melhora na homogeneidade e distribuição destes defeitos, quando se trata de inclusões estas se alinham de acordo com uma das direções principais de deformação (anisotropia). Como existe uma alta relação entre superfície/volume em produtos laminados, deve-se ter o cuidado com o acabamento superficial. Durante a laminação deve-se ter um controle da espessura da chapa que pode variar no sentido longitudinal quando se trata de material não homogêneo, ou no sentido transversal devido a flexão do cilindro. Muitas vezes a variação da espessura no sentido longitudinal pode ser ocasionada pela variação da velocidade de laminação ou variação na tensão de tração na chapa. 37 (a) (b) (a) (b) (c) (d) (c) (d) Defeitos da laminação inadequada e insuficiente. Defeitos excessiva. da laminação 38 19

Fratura das extremidades do laminado conhecida como boca de jacaré devido a presença de imperfeições metalúrgicas. 39 Classificação dos produtos. Planos: Chapas grossas > 6mm de espessura. Chapas finas a quente de 1,2 a 6mm. Chapas finas a frio de 0,3 a 2mm. Chapas galvanizadas laminadas com revestimento protetor de zinco(por imersão em zinco fundido(processo mais usado) ou por deposição eletrolítica. Chapas estanhadas (folha de flandres) laminados a frio com revestimento protetor de estanho ( por imersão ou deposição eletrolítica. 40 20

Classificação dos produtos. Não-Planos: Diversos tipos de perfis: T, Y, V, L duplo T... Tarugos de seção quadrada, redonda, sextavada... Ferros finos de seção quadrada, redonda, chata... Fio máquina (materiais ferrosos de seção redonda, condicionados em bobinas) 41 Alguns Cálculos Porcentagem de Redução de Laminação (r): r% = h 0 h h 0 f.100 h 0 = Espessura inicial h f = Espessura final 42 21

Alguns Cálculos Coeficiente de Alongamento (δ): δ = l f l 0 l 0 = Comprimento inicial da chapa l f = Comprimento da chapa laminada Volume Constante: w. l. h 0 0 l l f 0 0 = w w = w 0 f f. l. h. h 0 f f. h f w 0 = Largura inicial w f = Largura final 43 Alguns Cálculos Velocidade de Saída do Material (v f ): O acumulo de material entre os cilindros é zero, então por unidade de tempo no processo de laminação tem-se que todo: MATERIAL QUE ENTRA = MATERIAL QUE SAI Considerando que a largura praticamente não se altere e da condição de volume constante, temos: v 0. h0. w0 = v f. h f. w f = h 0 v f v0 hf v f > v 0 44 22

Alguns Cálculos Velocidade de Saída do Material (v f ): No ponto neutro, o material se encontra em repouso em relação ao cilindro (a velocidade superficial do rolo é igual a velocidade do material) velocidade V f v 1 v v 0 pto neutro α 45 EXERCÍCIOS - 1) Responda às seguintes questões.. a) O que é laminação? b) Qual a diferença entre um produto final e um produto intermediário? c) Por que o aço é sempre aquecido para ser laminado? 46 23

EXERCÍCIOS - 2) Responda às seguintes questões. a) Qual é a função do laminador?. b) Preencha os espaços em branco- - Apresenta quatro cilindros, dois horizontais e dois verticais:... - Apresenta dois cilindros de mesmo diâmetro:... - Apresenta seis cilindros, dois de trabalho e quatro de apoio:... - O material passa entre o cilindro inferior e o médio e volta passando entre o médio e o superior:... - Tem quatro cilindros, dois de trabalho e dois de apoio:... 47 24