Corte_Arrombamento.pdf

Tecnologia Mecânica 1

TECNOLOGIA MECÂNICA

Temas abordados:

•• Corte por arrombamentoCorte por arrombamento

•• ForjamentoForjamento

•• HydroformingHydroforming



CORTE POR ARROMBAMENTO


Corte por arrombamento


• Corte de chapa, varão, tubo, etc.• Normalmente realizado a frio• Espessuras máximas de 6 a 8 mm

Aplicações:− Carroçarias de automóveis e de camiões;− Fuselagens dos aviões;− Painéis das carruagens;− Móveis de escritório;− Computadores;− Electrodomésticos;− Utensílios de cozinha;− Discos para cunhagem de moeda;




• Punção e matriz que definem os contornos interior do furo efectuado na chapa e exterior da peça, respectivamente;

• Folga entre o punção e a matriz – 5% a 10% da espessura da chapa;

• Processa-se por deformação plástica seguida de rotura

• Devido a tensões de corte distribuídas ao longo da espessura, segundo o perímetro de corte

F

ττ γ

F

j



superfície polida e brilhante

superfície irregular originada pela fissuração

rebarbaempeno

zona de repuchamento

Início daPenetração

Repuchamento

Secção resistente fissuração

CORTE POR ARROMBAMENTO CONVENCIONAL

– Qualidade das superfícies



CORTE POR ARROMBAMENTO CONVENCIONAL– Força de corte

hp ,F Rmax σ= 80

Cone de rotura

Deslo cam

en to

Força

h

Fmax2/3 Fmax




– Redução da força de corte:• Inclinação das arestas de corte do punção ou da matriz:

• Decalagem de punções:




• Ferramentas de corte progressivo - Na primeira fase executam-se os cortes interiores, enquanto que na segunda fase são feitos os cortes exteriores

porta-punçõespunções

arco

matriz

base

piloto

arco



CORTE POR ARROMBAMENTO – Aplicação

Rotor e estator de um motor eléctrico



CORTE POR ARROMBAMENTO – Prensas mecânicas de excêntrico



CORTE FINO ou de PRECISÃO

• Foi desenvolvido nos anos 20 (Séc. 20) na indústria relojoeira Suíca

• Produz peças na forma final com superfícies lisas e polidas, sem as irregularidades características do corte por arrombamento convencional -geradas sem aparecerem mecanismos de fissuração

• As folgas variam entre 0,5~1% da espessura a cortar

Vantagens:• Elevada qualidade das superfícies cortadas – Elimina a necessidade de

se recorrer a operações de acabamento;

• Peças planas;

• Repetibilidade e tolerâncias dimensionais apertadas;

• Redução significativa do choque e consequente redução do ruído e vibrações;



CORTE FINO ou de PRECISÃO – FerramentaElementos complementares com que as ferramentas de corte fino estão dotadas:

• encostadores com anéis de retenção;• encostador/desembainhador

encostador ou desembainhador

punção

matriz

porta-punção

guia do punção

encostador comanel de retenção

hpCF Rfmax σ=

fC varia entre 0.9 e 1.2

Força máxima de corte

Força no anel de retenção – 30% e 50% da força máxima de corte

Força no encostador/desembainhador – 10% e 25% da força máxima de corte



CORTE FINO ou de PRECISÃO – Mecanismo de corte



CORTE por ARROMBAMENTO CONVENCIONAL vs. CORTE FINO ou de PRECISÃO

– Morfologia e Qualidade das Superfícies



CORTE FINO ou de PRECISÃO – Ferramentas progressivasO seu custo é superior às de corte por arrombamento convencional

Lubrificação!

Revestimento das ferramentas -TiN



CORTE FINO ou de PRECISÃO – Prensas hidráulicasAs cadencias de funcionamentos são inferiores às das prensas utilizadas no corte por arrombamento convencional

Prensa Hidráulica CNC de Corte FinoForça Nominal: 4000 kNCadência Máxima: 50 golpes/min



CORTE FINO ou de PRECISÃO – Linha de produção automática

Prensa Hidráulica CNC de Corte FinoForça Nominal: 14000 kN



CORTE FINO ou de PRECISÃO – Aplicações na indústria automóvel

Caixa de velocidades automática de um automóvel ligeiro

Componentes utilizados na indústria automóvel



FORJAMENTO


Forjamento

FORJAMENTO• Processos tecnológicos de deformação

plástica na massa de materiais metálicos;

• A frio, a morno ou a quente;

• Efectuado por forças de compressão aplicadas através de matrizes;

APLICAÇÕES:

• indústria automóvel• indústria aeroespacial;• indústria militar de defesa, agrícola, mineira,

de ferramentas manuais e de equipamentos industriais em geral, etc.


Forjamento

FORJAMENTO – Vantagens dos componentes forjados

• Os forjados são produzidos a partir de pré-formas simples, geralmente sob a forma de varão ou barra;

• Quase todos os metais e ligas metálicas podem ser forjados;

• Existam poucas restrições ao tamanho dos componentes forjados

Divisória de titânio do avião F-22ProjécteisCubos e biela


Forjamento

FORJAMENTO – Vantagens dos componentes forjados

• Produzem-se componentes com tolerâncias apertadas;

• Os componentes são recicláveis;

• Assegura o fabrico de peças com excelentes propriedades mecânicas, nomeadamente:

• Boa resistência mecânica;

• Boa ductilidade;

• Boa tenacidade

• Boa resistência à fadiga;

• Eficiente em termos do aproveitamento da matéria-prima e da diminuição dos desperdícios;

• O controlo da sequência de fabrico assegura uma elevada taxa de repetitibilidade das peças forjadas;

• Os custos de produção são em geral baixos;


Forjamento

FORJAMENTO – Classificação em função da temperatura de trabalho

Temperatura

Frio < 0.3 Tfusão

Morno 0.3 a 0.5 Tfusão

Quente > 0.6 Tfusão


Forjamento

FORJAMENTO EM MATRIZ ABERTA


Forjamento

FORJAMENTO EM MATRIZ FECHADA• Peças com maior grau de complexidade e com tolerâncias mais apertadas

Forjamento convencional Componentes obtidos por forjamento de precisão


Forjamento

FORJAMENTO EM MATRIZ FECHADA• Forjamento convencional - a quente ou a morno, para fabrico de peças com

complexidade de forma e tolerâncias geométricas que se enquadrem nos padrões gerais de fabrico.

• Forjamento de precisão - a frio ou a morno, utilizado para produzir grandes séries de peças na forma final ou quase final, com tolerâncias de fabrico mais apertadas do que as habitualmente conseguidas no forjamentoconvencional.

Componentes da indústria automóvel, obtidos por forjamento de precisão


Forjamento

FORJAMENTO CONVENCIONAL

Sequência de fabrico - Biela

Rebarba!


Forjamento

FORJAMENTO DE PRECISÃO

• Sequência de fabrico de um eixo de secção variável


Forjamento

FORJAMENTO – Na indústria automóvel• A indústria do forjamento emprega cerca de 32 mil pessoas na Europa;

• Cerca de 50% da sua produção destina-se ao mercado dos veículos -automóveis, camiões, máquinas agrícolas, máquinas de movimentação de terras, etc.;

• 25% à indústria aeroespacial;

• E a parcela remanescente na indústria de construção metalo-mecânica em geral.

• 80% da produção mundial do forjamento de precisão (exceptuando os Estados Unidos da América) tem por destino o automóvel


Forjamento

FORJAMENTO – Na indústria automóvel

Em média um automóvel ligeiro de passageiros incorpora mais de 250componentes forjados:

• Componentes do motor: Válvulas, árvore de cames, cambota, bielas etc.

• Componentes da transmissão: Engrenagens cónicas, carretos, anéis sincronizadores, juntas, eixos, cubos de embraiagem, etc.

• Componentes do chassis e da suspensão: Pernos, cubos da roda, braços e triângulos de suspensão, etc.

• Componentes da direcção: Colunas, rótulas, barras de torsão, eixos de direcção, etc.

• Êmbolos de travão

• Componentes para os motores eléctricos: Carretos do motor de arranque, "driver" e "pole rotor", etc. ;


Forjamento

FORJAMENTO – Casos de estudo

Socket plate (prato de encaixe)

– Processo de fabrico: Forjamento em matriz fechada;

– Dimensões: 108 × 95 × 17 mm– Peso: 0.14 kg– Material: Alumínio KN432– Tensão de rotura: 345 MPa– Tensão limite de elasticidade: 215 MPa– Dureza (HB): 100-199– Operações secundárias: Maquinagem– Tratamento térmico: T4– Processo de fabrico alternativo: Fundição– Produção anual superior a 3 000 000


Forjamento


Dobradiça de um automóvel desportivo

– Processo de fabrico: Forjamento em matriz fechada a quente;

– Dimensões: 120 × 220 mm– Peso: 0.8 kg– Material: Alumínio AISI 7075– Tensão de rotura: 480 MPa– Tensão limite de elasticidade: 415 MPa– Operações secundárias: Maquinagem– Tratamento superficial: Revestimento com pós– Processo de fabrico alternativo: Fundição– Produção anual: 5 000


Forjamento


Braço (triângulo) de suspensão superior

– Processo de fabrico: Forjamento a frio e forjamento a quente;

– Dimensões: 241 × 1255 × 2– Peso: 3.73 kg– Material: SAE 1541– Tensão de rotura: 800 MPa– Tensão limite de elasticidade: 620 MPa– Operações secundárias: Mandrilagem e

perfuração, – Tratamento superficial: Pintura– Processo de fabrico alternativo:

Estampagem– Produção anual: Superior a 1 400 000


Forjamento


Olhal para macaco hidráulico agrícola

– Processo de fabrico: Forjamento a quente;– Peso: 1 kg– Material: Aço AISI 1045– Operações secundárias: Mandrilagem,

torneamento e facejamento, – Processo de fabrico alternativo:

Maquinagem– Produção anual: Entre 10 000 e 12 000– Inicialmente este componente era

produzido através de 13 operações diferentes de maquinagem


Forjamento


Cambota para motor de alta performance V6

– Processo de fabrico: Forjamento em matriz fechada a quente;

– Comprimento: 510 mm– Peso: 26 kg– Material: Aço microligado– Tensão de rotura: 825 MPa– Tensão limite de elasticidade: 495 MPa– Operações secundárias: Acabamento

por maquinagem e furação– Processo de fabrico alternativo:

Fundição


Forjamento


Engrenagem

– Processo de fabrico: Forjamento de precisão;

– Dimensões (mm): φ76 a φ432– Peso: 3.73 kg– Material: Aço AISI 8620– Tensão de rotura: 635 MPa– Tensão limite de elasticidade: 355 MPa– Operações secundárias: Calibração e

rectificação, – Tratamento térmico: Normalização;– Processo de fabrico alternativo:

Forjamento da pré-forma e fresagem para abertura de dentes;

– Produção anual: 5 000 a 7 000.


Forjamento


Biela

– Processo de fabrico: Forjamento em matriz fechada a quente sem rebarba;

– Comprimento: 210 mm– Peso: 2.9 kg– Material: Aço E4340– Tensão de rotura: 1240MPa– Tensão limite de elasticidade: 1095 MPa– Operações secundárias: Acabamento por

maquinagem– Tratamento térmico: Recozimento ou

arrefecimento controlado– Processo de fabrico alternativo:

Pulverotecnologia– Produção anual: 2 000 000



HYDROFORMING


Hydroforming

HYDROFORMING - Estampagem através de elementos líquidos, aplica-se a :

– CHAPA• Quase exclusivamente utilizada em protótipos

– TUBOS• Largamente utilizada ao nível industrial

APLICAÇÕES:

• indústria automóvel• indústria aeronáutica


Hydroforming

HYDROFORMING DE CHAPA – Metade da ferramenta é substituída por um meio flexível.

• Adequado à produção de pequenas ou médias séries;

• Permite redução dos custos e tempo de produção;

• Adequado à estampagem de componentes de forma irregular e complexa (não é necessário alinhamento entre os vários componentes);

Existem dois tipos de ferramentas de Hydroforming de Chapa:

– Contacto directo do fluido com a chapa;

– Existência de uma membrana elástica (FLEXFORMING) - fronteira entre o fluido e o material.


Hydroforming

HYDROFORMING DE CHAPA através do contacto directo do fluidocom a chapa:

Sequência do processo:

1. Com a prensa aberta a câmara épreenchida com líquido até à posição inicial;

2. A chapa é colocada e pressionada pelo encostador, de modo a garantir a selagem da câmara;

3. O processo é iniciado com o movimento do punção, e a sua penetração na chapa, aumentando a pressão do líquido na câmara;

4. Após atingir a profundidade desejada a pressão na câmara é libertada;


Hydroforming

HYDROFORMING DE CHAPA através da utilização de um membrana elástica como fronteira entre o fluido e o material (FLEXFORMING):

1. A chapa é colocada sobre a meia ferramenta rígida que se encontra sobre a mesa da prensa;

2. O fluido actua sobre a membrana, forçando-a a envolver a chapa em torno da meia ferramenta rígida;

3. A pressão do fluido é elevada e uniformede modo a assegurar tolerâncias de fabrico apertadas;

Fluido sob pressão Membrana elástica

Meia ferramenta rígida

Chapa

Reentrância

Zona da membrana a funcionar como encostador

Sequência do processo - posicionamento, pressurização e descompressão:

Nota: Obtêm-se reentrâncias que seriam impossíveis de se obter por estampagem convencional.

1. posicionamento 2. pressurização 3. descompressão


Hydroforming

FLEXFORMING – Equipamento

Tempos de ciclo: 1 a 3 min.Pressões máx: 140 MPaEspessura: 0,1 a 16 mm

1- Mesa móvel para ferramentas 6- Intensificador de pressão 11- Enrolador da borracha de “desgaste”

2- Pré-tensionado com quilómetros de fiode aço enrolado 7- Equipamento hidráulico 12- Painel de controle do operador

3- Sistema de pressão de fios enroladosmóvel 8- Cabine isoladora do som 13- Estação de carregamento da mesa

4- Mesa da prensa com a unidade da “fluid cell” 9- Compartimento de controle eléctrico 14- Entrada de óleo

5- Tubulação de enchimento de altapressão 10- Centro de controle do motor


Hydroforming

HYDROFORMING DE CHAPA

Vantagens• A obtenção de profundidades de estampagem superiores, com melhor

distribuição de extensões, comparativamente com a estampagem convencional;

• A estampagem de formas complexas em apenas uma operação;• A redução dos custos das ferramentas, pelo facto de apenas ser utilizado

um componente rígido de materiais económicos;• Obtenção de excelente acabamento superficial da chapa que está em

contacto com o meio líquido.

Desvantagens• Tempos de ciclo elevados → protótipos ou pequenas séries


Hydroforming

APLICAÇÕESProjecto ULSAB – UltraLight Steel Auto Body - Consórcio foi composto por fabricantes de aço de todo o mundo e a Porsche Engineering Services, Inc. para fazer frente à crescente utilização de ligas de alumínio na indústria automóvel.

Objectivo: Reduzir o peso da estrutura automóvel, feita de aço, mantendo o seu desempenho e acessibilidade → 25% de redução do peso


Hydroforming

SHEET HYDROFORMING – Aplicações para a indústria automóvel


Hydroforming

SHEET HYDROFORMING – Aplicações para a indústria automóvel


Hydroforming

TUBE HYDROFORMING

• Expansão tubular de tubos metálicos, através utilização de um fluido pressurizado injectado para o interior do tubo;

• A pressão é suficientemente elevada para que o tubo se deforme plasticamente e se ajuste à cavidade da matriz;

• Pré-formas tubulares (dobradas ou não).

Características das peças:• Elevada tensão de cedência;

• Elevada rigidez;

• Peso optimizado;

• Rigor geométrico.


Hydroforming

TUBE HYDROFORMING – Sequência do processo

A pré-forma tubular, dobrada ou não, é colocada no interior da ferramenta, sob a matriz (que define o contorno da peça a obter);

As matrizes são fechadas e o interior do tubo é enchido com o fluido pressurizador. São utilizados dispositivos de selagem para evitar perdas de pressão. A pressão éaumentada até ao valor pretendido;


Hydroforming


Movimento dos cilindros axiais, regulação da pressão do fluido: o material sofre expansão, os punções de selagem comprimem as extremidades do tubo e o material escoa no interior das matrizes;

Abertura da prensa e extracção do componente final;


Hydroforming



Hydroforming

TUBE HYDROFORMING – Pressões

• “Low Pressure Hydroforming – LPH” - Pressões até 35 MPa.

• “High Pressure Hydroforming - HPH” - (maioria das aplicações

automóveis) - 105 a 210 MPa. Poderão existir aplicações com cerca de 690

MPa.

• “Pressure Sequence Hydroforming – PSH” - Neste processo a pressão é

aumentada progressivamente à medida que se fecha a matriz, contribuindo

para uma redução do atrito entre as paredes do tubo e da matriz. No final

quando a matriz já se encontra fechada é aplicada uma pressão mais

elevada para definir melhor as arestas da peça e anular a recuperação

elástica.


Hydroforming

TUBE HYDROFORMING

VANTAGENS:

• Rácio integridade estrutural/peso das peças

• Precisão dimensional e repetibilidade do processo

• Integração de operações:

o Redução do número de componentes e peso

o Redução da quantidade de matéria-prima e sucata

o Melhoria da resistência mecânica e da rigidez

o Menor número de ferramentas => Menor custo

DESVANTAGENS:

• Elevado tempo de ciclo (20 s)• Elevado custo dos equipamentos• Pouco conhecimento do processo por ser uma tecnologia recente


Hydroforming

TUBE HYDROFORMING – Operações subsequentes de furaçãoExecutadas na matriz de hydroforming

A operação de furação (HydroPiercing) pode ser realizada de diversas formas:

- cavidade na matriz;

- saliência na matriz;

- extracção do rombo;

- sem extracção do rombo.


Hydroforming

TUBE HYDROFORMING - Aplicações

A. Componente estrutural do tejadilhoB. Suporte para o painel de instrumentosC. Suporte de radiador

D. Corpo de apoio do motorE. Componente estruturalF. Componente estrutural lateral


Hydroforming

Chassis deArquitectura “Spaceframe”

VolvoMaio de 2001

Audi Space FrameASF – A8 (1994)

ASF – A2(2000)


Hydroforming

TUBE HYDROFORMING – Equipamento

Linha completamente automatizada de produção de suportes de motor - AdamOpel AGCadência - 1 milhão de Peças/Ano

Etapas:1.Dobragem do tubo2.Verificação a laser de fendas na dobragem3.Pré-Forma4.Na prensa de hydroforming – 2000 kN5.Hydroforming e Hydropiercing (22 furos)6.Fc = 35.000 kN7.P = 1500 bar – 150 MPa8.Maquinagem das extremidades do tubo9.Lavagem e secagem10.Transferência para armazém


Hydroforming

TUBE HYDROFORMING – Equipamento

Suporte de radiador

Vari-Form (350.000 Peças/Ano)Alimentação manual das peças após dobragem


Hydroforming

TUBE HYDROFORMING – Casos de estudo

Corpo do Assento dos Passageiros Porsche Boxter

Suporte de radiador (Dodge Ram Pickup)

Suporte de motor

Diversos tubos do sistema de escape


Hydroforming

TUBE HYDROFORMING – Casos de estudo

Honda Civic, 2002

MG ZT, 2002

Rover 75, 2002

Opel Astra, 2002

Opel Corsa, 2002

Lancia Thesis, 2002

Componentes do motor Componentes estruturais

Jaguar S Type, 2003

Jaguar XJ Type, 2003

Dodge Dakota, 2003

Chrylser PT Cruiser, 2002

BMW 3 series, 2002

Audi A2, 2002

Suspensão Dodge, 2003

Jeep Grand Cherokee, 2003BMW Mini, 2002 Ford Mondeo, 2002

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