Trabalho processos de fabricação

Processos de Processos de fabricaçãofabricação

Conformação MecânicaConformação Mecânica

Introdução• Por volta de 1890 teve início a industrialização. Ela é recente se

comparada às épocas primitivas em que uma determinada forma de trabalho podia durar muitos anos sem aperfeiçoamento.

• Surgiram as primeiras fábricas, dando início a fase industrial na história do homem. Com o desenvolvimento das indústrias, foi intensificada a utilização de novos materiais e de novos processos de fabricação.

Conformação Mecânica• Conformação é o nome dos processos em que se aplica uma força

externa sobre a matéria prima, obrigando-a a tomar forma e dimensões desejadas por deformação plástica. O volume e a massa do metal se conservam nestes processos.

• As principais vantagens são: bom aproveitamento da matéria prima; rapidez na execução; possibilidade de melhoria e controle das propriedades mecânicas do material, de par com a homogeneização da microestrutura.

• Os processos de conformação são inúmeros e variados podemos destacar os principais:

• Forjamento;

• Extrusão;

• Trefilação;

• Estampagem;

• Calandragem.

• Esses processos têm em comum o fato de que, para a produção da peça, algum esforço do tipo compressão, tração, dobramento, tem que ser aplicado sobre o material.

• Os produtos produzidos pelo processo de conformação podem ser: placas, chapas, barras de diferentes seções, trilhos, perfis diversos, anéis e tubos.

FORJAMENTO

Definição

• Processo de conformação mecânica, que resulta em uma mudança permanente nas dimensões finais e nas características metalúrgicas de uma peça.

• O material forjado é deformado por martelamento ou por prensagem e é usado para se obter produtos com alta resistência mecânica porque refina a estrutura metalúrgica do metal.

• Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por um par de ferramentas de superfície plana ou côncava, denominadas matrizes ou estampos, que dão formato às peças.

Definição

Forjamento de uma barra.

Forjamento por Martelamento

• O forjamento por martelamento é feito aplicando-se pancadas (golpes ou batidas) rápidas e sucessivas no metal.

• A pressão aplicada na peça, no momento em que existe o contato do martelo de forja e a peça metálica, é absorvida pelo metal que se deformando muito rapidamente.

• Exemplo de peças que são fabricadas por este processo são as Pontas de Eixo e os Virabrequins na Indústria Automotiva.

Forjamento por Martelamento

Cilindro, haste do pistão, êmbolo e bigorna.

Forjamento por prensagem

• O metal recebe uma força de compressão em baixa velocidade e a pressão atinge seu grau máximo antes de ser retirada, de modo que até as camadas mais profundas da estrutura do material são atingidas, conformando-se mais homogeneamente e melhorando ainda as características metalúrgicas.

• São usadas prensas hidráulicas para realizar esta função, onde as forças aplicadas podem ser absurdamente elevadas.

• As operações de forjamento são realizadas a quente, em temperaturas superiores às de recristalização do metal. É importante que a peça seja aquecida uniformemente e em temperatura adequada.

• Alguns metais não-ferrosos podem ser forjados a frio.

Forjamento por prensagem

Cilindro de Pressão, êmbolo, peça, base de prensa.

Os processos convencionais de forjamento são executados tipicamente em diversas etapas, começando com o corte do material, aquecimento, pré-conformação mediante operações de forjamento livre, forjamento em matriz (em uma ou mais etapas) e rebarbação.

O forjamento para poder realizar suas operações, e a peça adquirir o formato final desejado, utiliza matrizes (ferramentas ou moldes).

As matrizes devem ser especiais e com um elevado cuidado na sua fabricação, pois são elas que recebem todo o impacto e moldam a peça, suportando altas pressões de trabalho, tendo que agüentar enormes variações térmicas em ciclos produtivos contínuos e repetitivos, por milhares e até milhões de vezes, normalmente sendo feitas de aços especiais, recebendo apurado tratamento térmico e muito caras.

Forjamento em Matrizes Abertas (Forjamento Livre)

• As matrizes normalmente têm formatos de geometria básica e bem simples.

• Uma parte da matriz fica presa na parte superior do martelo de forja e a outra parte fica fixa na parte inferior do equipamento, não havendo nenhuma outra parte nas laterais da peça que venha a restringir ou impedir o processo, deixando este espaço livre para a deformação do metal.

• Quando for possível e o processo for por martelamento, dá-se o golpe, vira-se a peça a 90º e volta-se a bater. Quando for por prensagem, a deformação ocorre um único aperto.

• São utilizadas para a produção de peças grandes e em lotes produtivos pequenos.

Forjamento em Matrizes Abertas (Forjamento Livre)

Forjamento em Matrizes Fechadas

• Uma parte da matriz fica presa na parte de cima do martelo de forja e a outra parte fica fixa na parte de baixo do equipamento, só que neste caso, a matriz se fecha por completo quando forjamento ocorre, enclausurando completamente o metal que será forjado e fazendo-o adquirir a forma que foi esculpida na matriz, recebendo esforço e se deformando em todas as direções, inclusive nas laterais.

• Neste tipo de forjamento deixa-se uma região pré-determinada na matriz para receber o excesso de material (rebarba) que é deslocado para essa cavidade extra e posteriormente eliminado.

• Este tipo de forjamento exige muito mais das matrizes, porque esforços são aplicados, sobre as mesmas, em todas as direções, necessitando que essas matrizes apresentem alta dureza, elevada tenacidade, resistência à fadiga, alta resistência mecânica a quente e alta resistência ao desgaste, sendo muito mais caro que o anterior.

Forjamento em Matrizes Fechadas

Matriz de uma Biela.

• Falta de Redução: Preenchimento incompleto do metal na cavidade da ferramenta. Isto ocorre porque o metal não fluiu como planejado na cavidade da matriz e não completou a peça, faltando partes da mesma, ou porque a força aplicada não foi suficiente para fazer isso.

• Trincas Superficiais: Rachaduras que aparecem na superfície da peça, que se deve ao excessivo trabalho na superfície da peça em temperatura baixa ou por fragilidade a quente inerente ao material (metal).

• Trincas nas Rebarbas: Rachaduras que aparecem nas regiões das rebarbas, após o rebarbamento (retirada do excesso de metal do forjamento). Aparecem porque o metal apresenta impurezas oriundas da fundição ou porque quando ao se rebarbar o esforço aplicado é muito lento, não cortando, mas sim arrancando a rebarba.

• Trincas Internas: Rachaduras que aparecem na parte interna da peça, ocorrendo devido às tensões originárias por grandes deformações, elevadas temperaturas de trabalho e impurezas presentes no metal.

• Gota Fria: Aparente rachadura que apresenta o formato de uma ruga na superfície da peça e pode ser mais ou menos profunda. Isto ocorre devido a baixa temperatura de forjamento do metal ou da baixa temperatura de trabalho da matriz.

Defeitos

aplicações• Todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a

produção de peças forjadas são os aços, ligas de alumínio, de cobre, de magnésio, de níquel e de titânio.

• Peças forjadas em matriz, com peso não superior a 2 ou 3 kg, são normalmente produzidas a partir de barras laminadas. As de maior peso são forjadas a partir de tarugos ou palanquilhas, quase sempre também laminados, e cortados previamente no tamanho adequado.

• Peças delgadas, como chaves de boca, alicates, tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirúrgicos, entre outras, podem ser forjadas a partir de recortes de chapas laminadas.

Vantagens e desvantagens

Vantagens:• Controlando a deformação durante o processo de forjamento, pode-

se melhorar as propriedades mecânicas da peça produzindo um alinhamento direcional, melhorando assim propriedades de tensões, ductibilidade, impacto e resistência a fadiga;

• As fibras podem ser alinhadas na direção em pontos onde ocorrem máximas tensões;

• Menor custo de fabricação, pois se tem a mínima perda de material.

Desvantagens:• As peças a serem forjadas geralmente necessitam de usinagem

antes do processo de forjamento;• Os equipamentos são muito caros.

ExtrusãoExtrusão é um processo de conformação mecânica que consiste na compressão de um cilindro sólido,

por exemplo, de metal alumínio (chamado de Tarugo ou Billet) de encontro a um orifício existente em uma matriz (molde ou ferramenta), com o intuito de fazer o material fluir por esse orifício e formar um

perfil extrudado, sob o efeito de altas pressões e elevadas temperaturas de trabalho.

Tipos de Extrusão• Extrusão Direta, trata-se do processo onde a matriz (ferramenta) fica fixa. O tarugo

é colocado em um container (camisa) móvel. Os dois (camisa e tarugo) são aproximados e posicionados contra a matriz e um êmbolo (pistão) comprime este tarugo contra a matriz formando o perfil.

 • Extrusão Indireta ou Inversa, trata-se do processo de extrusão onde a matriz, que

é fechada, e o container, estão fixos. O pistão, que dará o aperto no tarugo de alumínio que será extrudado, sempre é móvel, no entanto no processo de extrusão inversa o metal ao invés de escoar pela parte interna da matriz e sair do seu lado posterior, retorna sobre o pistão formando um copo ou um cartucho, por exemplo.

Descrição básica do processo

• Todo o processo de extrusão ocorre com o metal no estado sólido. A extrusão pode ser a frio ou a quente, sendo que normalmente quando é a quente o processo ocorre com o metal aquecido a uma faixa de temperatura que está diretamente ligada ao metal e a liga que será extrudada.

• Uma extrusora basicamente comprime o metal aplicando elevadas Forças, geralmente em temperaturas também elevadas, contra uma matriz. Estas Forças dependem muito da geometria do produto a ser extrudado (se tubular ou maciço), do diâmetro (tamanho), da liga, e da quantidade de peças que serão extrudadas.

Etapas do processo

• Processo a quente: A extrusão a quente, é semelhante ao processo de injeção, onde o produto é injetado a alta pressão e temperatura numa forma vazada ou passa através de um molde de injeção contínua, tomando a forma de peça sólida semi acabada ou também a forma de vergalhão, para ser cortado (fatiado) no comprimento desejado.

• Processo a frio: É semelhante ao processo de extrusão a quente e é a ductilidade do material a que dirá que tipo de processo será aplicado (quente ou frio). Nesse processo o material endurece por encruamento durante a deformação porque os grãos do material se quebram e assim continuam aumentando as tensões na estrutura e, consequentemente na sua dureza.

Ferramental - Matrizes• Tarugo ou Billet: cilindro sólido (por exemplo, de metal alumínio), que vai

de encontro a um orifício existente em uma matriz (molde ou ferramenta)

• Matriz (molde ou ferramenta): é transversal e vazada, mas também pode ser cheia. Em função de sua construção sólida e resistente, a geometria da matriz não se altera pelo uso contínuo, tendo assim uma vida útil longa. O grande segredo da extrusão está no correto desenvolvimento da matriz (ferramenta) que será utilizada para realizar o desenvolvimento do perfil extrudado. Normalmente são feitas de aço ligado, temperado, revenido e perfeitamente polido. Além disso, pode receber tratamento superficial de Nitretação Gasosa ou deposição de camadas protetivas como Nitretos de Titânio e Oxido de Alumínio, para reduzir o atrito que se dá entre o metal base da matriz (aço) e o metal que será extrudado (alumínio, por exemplo).

Defeitos de Extrusão

• Apesar de todos os possíveis controles operacionais existentes, defeitos podem aparecer, são eles:

1) DEFEITOS SUPERFICIAIS

-  Trinca a quente - originária de temperaturas elevadas de trabalho. 

- Arrancamento - originária da trinca da camada que fica estacionária dentro

da "camisa" e que fica aderida na matriz.

2) ANEL DE ÓXIDOS (CORING) Como o centro do tarugo move-se mais rápido que a superfície, gera-se uma zona de

imperfeição que pode se apresentar no perfil no final da extrusão. No centro está o metal mais "limpo", com o mínimo de impurezas se comparado a superfície. Na superfície do tarugo existe uma camada de óxidos oriunda do resfriamento do tarugo, quando de sua fabricação e/ou solubilização.

3) BOLHAS  As bolhas podem ser originárias de vários motivos, desde de a retenção de hidrogênio ou ar

aprisionado no metal quando de sua fundição para a formação do tarugo, como de ar que fica aprisionado entre a matriz e a frente da pastilha de aço, ambos dentro da camisa.

4) CASCA DE LARANJA A função do estiramento é de esticar e endireitar o perfil extrudado, trazendo-o para dentro das

tolerâncias dimensionais exigidas por norma, ou pelo cliente, este estiramento se for feito em exageradamente, pode acarretar diferentes tensões entre a superfície do metal e seu interior, um deformando-se mais do que o outro, havendo assim um "enrrugamento" do perfil.

5) SOLDA TRANSVERSAL  Trata-se da existência de óxidos superficiais indesejados na junção superfície de contato

matriz e superfície de contato do tarugo. Esta superfície oxidada de alumínio, pode-se extender por toda a peça extrudado gerando pontos fragilizantes em peças com elevada responsabilidade mecânica e deve ser evitada. Proteção atmosférica seria uma alternativa, outra seria a usinagem. Deve-se minimizar ou eliminar qualquer tipo de óxido superficial existente no processo.

6) SOLDA LONGITUDINAL Este tipo de defeito ocorre quando os óxidos, sejam eles oriundos do tarugo ou de

alumínio que foi reaquecido em uma matriz, alinha-se longitudinalmente em todo o perfil extrudado. Este defeito é muito comum e visível em perfis tubulares redondos, onde no momento da extrusão o tarugo de alumínio é subdividido no interior da matriz, levando com ele em cada parte, um pouco de óxido (normalmente da superfície do tarugo) que quando do momento do caldeamento (soldagem) não deixa que o metal realmente forme uma massa sólida e homogênea, gerando uma linha de óxidos em toda a extensão da peça extrudada.

7) MANCHAS ESCURAS QUE ESFARELAM Este tipo de defeito refere-se a impurezas oriundas do interior do tarugo de alumínio.

Quando a impureza é fina, espalha-se sobre a superfície do perfil extrudado, ao longo de todo ele ou em pontos isolados, deformando-o. Quando esta impureza é grosseira, deposita-se parcialmente na superfície do perfil deformando-o ou deposita-se na superfície da matriz não deixando com que o perfil se forme em sua totalidade. A alumina (óxido de alumínio) é muito mais dura que o aço e dependendo de como este óxido se aloja na matriz, pode deformá-la definitivamente.

8) ONDAS INDESEJADAS NA SUPERFÍCIE DO PERFIL Observa-se este defeito, logo após a extrusão e antes do estiramento. Trata-se da

oscilação da pressão, no momento da extrusão, que deixa sua marca no perfil de alumínio. O perfil extrudado fica com um aspecto superficial de pequenas e infinitas lombadas e mini-calombos. O estiramento normalmente corrige este defeito de processo produtivo.

Processo de Trefilação

Processo de Trefilação

Definição:

Processo em que a matéria-prima é estirada (esticada) é usado para a fabricação de arame e barras finas de metal. É um processo que acarreta na redução da seção transversal (largura) e respectivo aumento no comprimento do material

Processo de Trefilação

Vantagens:

Por este processo é possível obter produtos de grande comprimento contínuo, seções pequenas, boa qualidade de superfície e excelente controle dimensional

Processo de Trefilação

Etapas do Processo:

•Laminação e usinagem para a produção do fio máquina

•Decapagem mecânica ou química que retira os óxidos presentes na superfície do fio máquina

•Trefilação

•Tratamento Térmico de recozimento, quando é necessário restabelecer o ductilidade do material

Processo de Trefilação

A matéria-prima para trefilação, comumente denominado fio-máquina, é o arame laminado a quente que não se fabrica em diâmetros menores que 5,5 mm. Por outro lado, ao longo das etapas de trefilação o material é encruado, ou seja, sua resistência mecânica cresce à medida que a redução de área aumenta. Desta forma, em função das características do fio-máquina laminado a quente, das características finais do produto ou da necessidade de uma maior redução de área, faz-se necessário um tratamento térmico de recozimento.

Matéria prima empregada pela trefilação:

Processo de Trefilação

Trefilação a Frio:

O processo de deformação a frio consiste em reduzir a secção transversal do tubo através de uma força de tração, utilizando ferramental externo (fieira) e interno (mandril). O tubo a trefilar primeiramente recebe um tratamento térmico, depois é decapado, fosfatizado e lubrificado antes da trefilação.Entre o diâmetro interno da fieira e o externo do mandril forma-se uma coroa circular, que corresponde a espessura da parede desejada, através da qual se traciona o tubo a trefilar. Neste processo, se reduz o diâmetro e a espessura, como também melhora a superfície interna e externa. Através da trefilação a frio, ocorre um encruamento do material, isto é: o limite de escoamento, a dureza e a resistência à tração aumentam e o alongamento diminui.

Processo de Trefilação

Trefilação a quente:

Essa trefilação aplica-se a metais de rede CCC (Cúbico de Corpo Centrado) e raramente em metais de rede HC (Hexagonal Compacto). Por esses metais serem pouco maleáveis, é necessário aquecê-los até uma temperatura adequada em que obterão empacotamento igual às redes CFC, para poderem, então, serem trefilados. Após resfriamento recuperam sua característica original.

Processo de Trefilação Defeitos:

Podem resultar: - de defeitos na matéria-prima (fissuras, lascas, vazios, inclusões); - do processo de deformação.Quando a redução é pequena e o ângulo de trefilação é relativamente grande (tipicamente, quando D/L > 2) a ação compressiva da fieira não penetra até o centro da peça.Durante a trefilação as camadas mais internas da peça não recebem compressão radial, mas são arrastadas e forçadas a se estirar pelo material vizinho das camadas superficiais, que sofrem a ação direta da fieira.Tal situação (deformação heterogênea) gera tensões secundárias trativas no núcleo da peça, que pode vir a sofrer um trincamento característico, em ponta de flecha.A melhor solução é diminuir a relação D/L, o que pode ser feito empregando-se uma fieira de menor ângulo (a), ou então aumentando-se a redução no passe (em outra fieira com saída mais estreita)

Processo de Estampagem

Estampagem

• Estampagem é um processo de conformação mecânica, geralmente realizada a frio, que engloba um conjunto de operações, onde a chapa plana adquire uma nova forma geométrica, plana ou oca. Esse processo só é possível devido à plasticidade dos metais.

Fatores levados em consideração nesse processo:

• Material

• Qualidade da chapa, que pode ser através de:

Composição Química;Propriedades mecânicas;Especificações dimensionais.

Tipos e Operações

• As operações são realizadas por meio de prensas que podem ser mecânicas ou hidráulicas, dotadas ou não de dispositivos de alimentação automática das chapas, tiras cortadas, ou bobinas.

• Os tipos podem ser:Corte;Dobramento;Estampagem profunda ou “repuxo”.

Prensas

Prensa hidráulica Prensa mecânica

Corte

• O corte é a operação de cisalhamento de um material na qual uma ferramenta ou punção de corte é forçada contra uma matriz por intermédio da pressão exercida por uma prensa.

Dobramento

• No dobramento a chapa sofre uma deformação por flexão em prensas que fornecem a energia e os movimentos necessários para realizar a operação.A forma é conferida mediante o emprego de punção e matriz específicas até atingir a forma desejada

• E para obter os variados formatos que o dobramento proporciona, realizam-se as seguintes operações:

Dobramento simples ou duplo;

Dobramento em anel (aberto ou fechado);

Nervuramento; Corrugamento.

Estampagem profunda ou “repuxo”

• O repuxo ou embutimento é uma operação de estampagem onde uma chapa, inicialmente plana, é transformada em um corpo oco sem que haja aparecimento de rugas e trincas.

• Por esse processo pode ser produzidos:pára-lamas; Capô;Portas; E peças como cartucho e refletores parabólicos.

Matriz simples para estampagem profunda

Ferramental

• O ferramental é constituído basicamente por:Punção (macho)Matriz• Classificação das ferramentas de acordo com o

tipo de operação:Ferramentas para corte;Ferramentas para dobramento;Ferramentas para estampagem profunda.

Prensa, o punção geralmente é preso na parte superior que executa os movimentos verticais de subida e descida.

Matriz é presa na parte inferior constituída por uma mesa fixa.

Estampo são fabricados com aços ligados, chamados de aços para ferramentas e matrizes.

Fio de corte da ferramenta é muito importante e seu desgaste, com o uso, provoca rebarbas e contornos pouco definidos das peças cortadas.

Defeitos

• A maioria dos defeitos em três classes principais:

Erros de forma e dimensionaisDefeitos no produto final ou na sua

superfície.Propriedades mecânicas insatisfatórias.

Vantagens e Desvantagens• Vantagens: Alta produção; Reduzido custo por peça; Acabamento bom, não necessitando processamento

posterior; Maior resistência das peças devido à conformação, que

causa o encruamento no material; Baixo custo de controle de qualidade devido à uniformidade

da produção e a facilidade para a detecção de desvios.• Desvantagens: Podemos destacar o alto custo ferramental, que só pode

ser amortizado se a quantidade de peças a produzir for elevada.

Aplicações

• Lubrificador; • Dedal de costura;• Cartucho.

CalandragemA chapa a ser calandrada é introduzida na calandra, um sistema de cilindros que pode ser constituído de 3 ou 4 cilindros, paralelos uns aos outros, formando um triangulo (ou um losango no caso de 4 cilindros).

Defeitos• Por ser um processo

de conformação mecânica a peça é submetida a esforços, e esses esforços podem causar trincas se a conformação não for aplicada, já que a calandragem faz com que a peça sofra compressão em alguns pontos, e tensão em outros.