processos de fabricação produção de peças em chapa

Processos de FabricaçãoProdução de Peças em Chapa

Eng.º Aeronáutico André Aires de Abreu

20 Novembro 2015 - 9:00 Fabricação Aeronáutica - Departamento de Ciencias Aerospaciais da UBI 1

Sumário

• Introdução• Processo de produção de componentes em chapa• Características do Alumínio• Processos de recorte de chapa• Métodos de conformação de chapa• Tratamentos térmicos utilizados• Processos de limpeza e protecção de superfície • Processos de união em componentes de chapa


Produção de componentes em chapa

• Propriedades Físicas e Mecânicas do Alumínio– Ponto de Fusão: 660 °C– Densidade

• Al= 2,7 g/cm3• Cu= 8.9 g/cm3• Aço= 7.9 g/cm3

• Vantagem – Baixo peso específico e boa resistência mecânica.– Não na condição de puro - O Al puro (99,99%) tem baixa resistência

mecânica• Resistência à tração:

– Al puro= 6 kg/mm2– Al comercial= 9-14 kg/mm2

– Elementos de liga, trabalho a frio e tratamento térmico aumentam a resistência à tracção (60 kg/mm2)


Produção de Componentes em Chapa

• Ductilidade alta = HB: 17-20• Módulo de elasticidade baixo

– Al= 7000 Kg/mm2– Cu= 11.500 Kg/mm2– Aço= 21.000 Kg/mm2

• A condutividade eléctrica do Al é 61-65% da do Cu• Principais elementos de liga

– Cu, Mg, Si, Zn, Ni, Ti, Cr, Co, Pb, Sn• Elevada plasticidade – Laminados• Elevada resistência à corrosão




Proc

esso



Recorte e Furação Remoção de rebarbas

Limpeza e Desengorduramento Tratamento térmico

Camara FrigoríficaEnformação por

Membrana de óleo

Célula de produção em chapa

Componentes



Nesting – Aproveitamento da chapa


• Operações de recorte

– Por fresa

– Por lazer



• Operações de recorte

– Por puncionamento

– Por jacto de água


https://youtu.be/EU3SKaBFHIk


• Processos Alternativos– Punção e matriz

– Dobragem/ Quinagem

– Macho e fêmea



• Punção matriz– Parâmetros

• A forma da peça para configurar o punção e a matriz• A velocidade do processo, lubrificação e as tolerâncias

– O gráfico abaixo permite determinar a folga entre o punção e a matriz em função do tipo de material e a espessura


Aço Duro

Aço Macio e latão

Alumínio e metais leves


• Dobragem– Parâmetros

• A forma da peça para configurar o punção e a matriz• A velocidade do processo, lubrificação e as tolerâncias

– O gráfico abaixo permite determinar a folga entre o punção e a matriz em função do tipo de material e a espessura



• A determinação da tolerância da dobragem BA é feita de acordo com a fórmula

• BA = tolerância de dobragem (a tolerância de dobragem é o comprimento do arco da dobra medido ao longo do eixo neutro do material)

• A= Angulo de dobragem• R= Raio de dobragem



• Efeito mola (spring back):– Depois da deformação plástica há uma recuperação elástica– Pode ser calculada em função dos raios Ri e Rf– Ri/Rf = 4 ( Ri Y / ET )3 – 3 (Ri Y /ET) + 1

• Ri – Raio de dobragem• Rf – Raio após dobragem• Y – Tensão de cedência• E – Módulo de elasticidade • T – Espessura

– O efeito mola aumenta com a redução do módulo de elasticidade– Compensação por:

• Sobre dobragem• Estiragem durante• Bottoming/ compressão/Rectificador



• Força máxima de dobragem

P = KYLT2

W

K – constante 0.3-1.3 (configuração do molde)Y – tensão de cedênciaL- comprimento da dobragemT- espessura da chapaW- Abertura do molde



20 Novembro 2015 - 9:00

Conformação por rolos - Roll forming

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20 Novembro 2015 - 9:00

Dobragem de tubos



• Conformação por estiragem




Molde típico

Conformação por membrana de óleo - Hidroforming


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Conformação profunda por prensa


20 Novembro 2015 - 9:00

Conformação por rotação




Conformação por esferas - Peen Forming



Superplastic forming e Diffusion bondng



• Tratamentos térmicos em alumínios– O tratamento térmico do alumínio, inclui os processos básicos de

aquecimento e/ou arrefecimento controlados, com o objetivo de melhorar as características metal-mecânicas dos componentes produzidos

– Ligas tratáveis termicamente são as dos grupos 2XXX, 6XXX, 7XXX e 8XXX e as que só aumentam suas características metal-mecânicas após conformação, as ligas dos grupos 1XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX;

SÉRIE COMPOSIÇÃO1xxx ≥ 99,00% Al2xxx Alumínio – Cobre3xxx Alumínio – Manganês4xxx Alumínio – Silício5xxx Alumínio – Magnésio6xxx Alumínio – Magnésio e Silício7xxx Alumínio – Zinco8xxx Alumínio – outros elementos9xxx Alumínio - série livre


• Alivio de tensões– Tratamento para redução das tensões internas introduzidas por

têmpera, por enformação a frio ou por maquinação. O objectivo deste tratamento consiste em levar o metal a um estado de fácil deformação através de meios mecânicos ou térmicos.

• Envelhecimento– Transformação relativamente lenta, em que se dá a precipitação dos

elementos de liga (compostos metálicos) sob a forma de partículas muito finas, quer no interior dos cristais quer nas fronteiras de grão. Os elementos de liga precipitados e/ou dispersos, ao manterem os cristais agregados sobre os seus planos de escorregamento conferem maior resistência à deformação, aumentando a resistência mecânica e dureza do metal, diminuindo assim a sua ductilidade. Pode ocorrer espontaneamente à temperatura ambiente ou artificialmente a uma temperatura mais elevada. Pode ser evitado mantendo o material a temperaturas sub-zero.



• Sobre envelhecimento– O processo de envelhecimento é uma função do tempo e da

temperatura do ciclo térmico. O sobre envelhecimento dá-se quando se excede o tempo ou a temperatura de envelhecimento ou quando se sucedem vários ciclos repetidos de envelhecimento, provocando imediatamente uma queda na resistência e na dureza da liga. O sobre envelhecimento pode ser vantajoso para certas ligas como tratamento contra a susceptibilidade à corrosão

• Solubilização – Consiste no aquecimento do metal a uma temperatura próxima da

temperatura de fusão (cerca de 30ºC abaixo que correspondem aproximadamente a 0,9 da Temperatura de fusão ), durante um determinado intervalo de tempo, dependente da solubilidade das diferentes fases da liga metálica e da espessura do material.(condição W)



• Recozimento– Consiste num aquecimento a uma temperatura próxima da

temperatura de solubilização, seguido de um arrefecimento com velocidade controlada. Este tratamento tem em vista a eliminação total ou parcial do endurecimento produzido por tratamentos térmicos anteriores ou por trabalhos de deformação a frio.

• Tempera– Consiste num arrefecimento muito rápido, a velocidade controlada, a

partir da condição de solubilização. A velocidade de arrefecimento é directamente afectada pela espessura do material. Este tratamento permite, após solubilização, obter uma estrutura de solução sólida sobressaturada. Contudo, a condição pós-têmpera é extremamente instável e as fases metálicas com menor grau de solubilidade à temperatura ambiente vão dissolver-se.




Tratamentos térmicos nos Alumínios de liga


Tratamentos de superfície• Crómio Duro• Oxidação Anódica Sulfúrica • Oxidação Anódica Crómica• Conversão Química do Alumínio• Anodização do Titânio• Cadmiagem• Cadmiagem (baixa fragilização)• Passivação do Aço Inoxidável




• Preparação de superfícies• Remover camadas de superfície, matéria orgânica, óxidos

metálicos, para melhorar a superfície da peça que receberá o revestimento


• Revestimento – O material a depositar não reage quimicamente, ou reage pouco, com

o material da peça, que por isso não sofre modificações estruturais apreciáveis

• Ex. Metalização, Pintura• Tratamentos de conversão:

– Há uma transformação físico-química da camada superficial, podendo haver modificações estruturais ou não, conforme a conversão seja mais ou menos difusa. Podem obter-se por via química ou electroquímica, por meio sólido, líquido ou gasoso e por imersão em meio fundido.

• Conversão electrolítica:– Anodização; Oxidação anódica crómica; Oxidação anódica sulfúrica– TSA – Tartaric Sulfuric Anodizing


Protecções de superfície



Processo de Anodização



Verificação dos resultadosAtaque químico

Remoção da máscara nas zonas de ataque químico

Traçagem Secagem Aplicação de máscara

Protecção química

DecapagemLavagem alcalinaDesengorduramento

Remoção da mascara residual

Remoção decamada superficial

Outros Processos – Fresagem Química



• Processos de união – Colagem metal-metal– Colagem metal estrutura sandwich (metálico e orgânico)– Soldadura



Outros processos de união - Rebitagem automática

Semiautomática

Por robot Robot na linha de montagem final



Outros processos de união - Rebitagem

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