Prof. José B. Marcomini

SMM0333 - SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA PROJETO MECÂNICO

Processos e Seleção de Processos

• Processo é um método de dar forma, união ou acabamentopara um material.

• É muito importante a escolha correta de uma rota deprocessamento no estágio inicial do projeto, antes que sejamuito custoso fazer a troca do processo.

• A escolha do processo, para um dado componente dependedo material do qual ele será fabricado, do tamanho, da formae precisão e do número de peças a ser produzido. Enfim,depende dos requisitos do projeto.

• Cada processo é caracterizado por um conjunto de atributos:o material ao qual pode ser aplicado, as dimensões e formasque ele pode produzir e sua precisão.

Processo

• O objetivo é encontrar a melhor correspondência entreatributos de processo e requerimentos do projeto.

• Não se deve esquecer que o material, forma e processointeragem.

Seleção de Processo

As propriedades do material e a

forma limitam a escolha do

processo:

-materiais dúteis podem ser

forjados, laminados e estampados;

- materiais frágeis devem ser

moldado de outras formas;

• Materiais que fundem em temperaturas moderadas podemser fundidos;

• A forma tem que ser considerada na escolha do processo.Peças delgadas podem ser produzidas por laminação ouestampagem, mas não por fundição;

• O processo afeta as propriedades. A laminação eforjamento afetam a dureza e a textura dos metais, alinhaminclusões, podem promover incremento de resistência eredução de dutilidade;

• Como outros aspectos do projeto, a seleção do processo éum procedimento interativo. A primeira interação forneceuma ou mais possíveis rotas de processamento;

• O projeto deve ser repensado para adaptá-lo, à rota maisviável no intuito de facilitar e reduzir o custo de fabricação;

CONSIDERAÇÕES: TAMANHO, FORMA, TOLERÂNCIA

DIMENSIONAL, ACABAMENTO SUPERFICIAL (TENSÃO

RESIDUAL E RUGOSIDADE) E PROPRIEDADES.

• A escolha final é baseada na comparação do custo doprocesso, exigindo o uso de modelos de custo, e nasinformações suporte: história de casos, experiênciadocumentada e exemplos de rotas de processamento usadasem produtos correlatos;

• As informações suporte podem ajudar também com oacoplamento entre processo e propriedades do material;

• O processo influencia as propriedades, algumas vezes deforma desejável (tratamentos térmicos) ou de formaindesejável (defeitos de fundição). Esta interação não podeser descrita por simples atributos de processo, masnecessitam caracterizações empíricas ou modelagem deprocesso;

• A MODELAGEM E SELEÇÃO POR MÉTODOS TEÓRICOS ÉA PRIMEIRA ABORDAGEM. ANTES DA ESCOLHA FINAL,SÃO NECESSÁRIOS ENSAIOS, SE POSSÍVEL, COMSIMULAÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO.

CONSIDERAÇÕES

Classificação dos ProcessosProcessos primários

Processos

secundários

Para estruturar os atributos de processos para a triagem,precisaremos uma classificação hierárquica das famílias deprocessos, similar aquela realizada para os materiais

Dependendo da família, deve-se estender parcialmente,devido ao número de processos!

Metalurgia do pó

Taplicada < Tfusão Taplicada > Tfusão

Processos de fabricação

Matéria prima metálica

Mecânicos

(emprego de tensão)

Metalúrgicos

(emprego de temperatura)

Tratamentos térmicos

UsinagemFundição

Soldagem

Lingotamento

aplicada > ruptura aplicada < ruptura

Trefilação

Laminação

Extrusão

Forjamento

MHRobert

Processos: Fundição

FUNDIÇÃO:

• METAL FUNDIDO FLUI POR AÇÃO DE FORÇA DE GRAVIDADE

OU OUTRA, PARA DENTRO DE UM MOLDE E SOLIDIFICA-SE

NA FORMA DA CAVIDADE DO MESMO;

VANTAGENS:

• GEOMETRIAS COMPLEXAS;

• NET SHAPE OU NEAR NET SHAPE;

• PEÇAS GRANDES (>100 ton) E PEQUENAS (<1kg);

• GRANDE LEQUE DE COMPOSIÇÕES;

• USO DE SUCATA.

DESVANTAGENS:

• PROPRIEDADES MECÂNICAS;

• CONTROLE DE DEFEITOS (POROSIDADE);

• ALGUNS PROCESSOS: ACABAMENTO SUPERFICIAL;

• PERICULOSIDADE;

• DESCARTE: PROBLEMAS AMBIENTAIS.

FUNDIÇÃO

FUNDIÇÃO

OUTRA DEFINIÇÃO:

Conformação de metais e ligas a partir do material

líquido, vazado em moldes apropriados onde, ao

solidificar-se, toma-lhe a forma; resultando em:

• produtos acabados (peças, componentes);

• semi-acabados;

• matéria prima para processamento mecânico

(tarugos, lingotes, chapas).

MHRobert

FUNDIÇÃO

FUNDIÇÃO

HISTÓRIA

5000 aC: facas, pontas de lança, moedas, artefatos

domésticos em Cu, bronzes (Cu/Sn);

2000 aC: ferrosos;

500 aC: bronzes, esculturas religiosas (cera perdida);

500 aC: ampliou-se para uso em armamentos, escudos;

habilidade de produção com qualidade;

Desde então a fundição se desenvolveu como ciência.

MHRobert

FUNDIÇÃO

Rômulo e Remo – 500 aC

Perseu – B, Cellini– 1500-1571 Pensador – Rodin– 1840-1917

FUNDIÇÃO

APLICAÇÃO DA FUNDIÇÃO:

- Partes e corpos de motores;

- Turbinas (hidráulicas, de aviões);

- Equipamentos e ferramentas para indústria mecânica e

metalúrgica;

- Laminadores;

- Propulsores para navios, hélices etc;

- Válvulas de alta e baixa precisão;

- Sapatas de freios;

- Milhares de tipos de componentes para indústria

automobilística;

- Milhares de tipos de componentes e artefatos para uso

doméstico.

FUNDIÇÃO

Fluxograma de produção por fundição

modelaçãomoldagem e

macharia

fusão

vazamento desmoldagem

rebarbação,

limpeza, corte

de canais

inspeção/testes

insp

eção

visu

al

recuperação

expedição

refugos

FUNDIÇÃO

MOLDAGEM:

• Fabricação do molde com a cavidade que será

preenchida. Deve-se levar em consideração a

contração do metal na solidificação;

• Molde de areia: cavidade-modelos de madeira em torno

do qual a areia é conformada;

• Moldes metálicos: cavidade é usinada;

• Partes ocas – machos-peças de areia aglomerada (com

ligantes)-dentro do molde – etapa de macharia;

• No molde: canais de alimentação, respiro, etc.

FUNDIÇÃO

24

MACHO

MATERIAIS ESPECIAIS – FUNDIÇÃO A VÁCULO

FORNO POR INDUÇÃO

• Aquecimento é por efeito Joule da corrente induzida por

um campo eletromagnético de alta frequência;

• Capacidade de 50kg a 100 ton;

• Potencia de 1500kW para um forno de 35 ton;

• Velocidade de fusão de 2,5 t/h e temperatura de trabalho

de 600 a 1750ºC.

• Provoca grande agitação-favorece a homogeneização;

• Forno por indução a vácuo: ligas especiais.

FUNDIÇÃO - FUNDAMENTOSFORNO DE

INDUÇÃO A

VÁCUO

27

FILME DIE CASTING

28

EXEMPLO DE SIMULAÇÃO:

MAGMA

A MODELAGEM E SELEÇÃO POR MÉTODOS TEÓRICOS É

A PRIMEIRA ABORDAGEM. ANTES DA ESCOLHA FINAL,

SÃO NECESSÁRIOS ENSAIOS, SE POSSÍVEL, COM

SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO.

29

O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO AÇO INFLUENCIA AS

PROPRIEDADES E DEVE SER SELECIONADO:

• ALTO-FORNO OU ACIARIA ELÉTRICA;

• UTILIZAÇÃO DE COQUE OU CARVÃO VEGETAL;

• LINGOTAMENTO CONVENCIONAL OU CONTÍNUO;

• TOTALMENTE ACALMADO OU SEMI-ACALMADO;

• TRATADO COM Al OU NÃO;

• DESGASEIFICADO A VÁCUO OU NÃO.

HEMATITA Fe2O3. xH2O

MAGNETITA(Fe3O4)

WUSTITA (FeO)LIMONITA (Fe2O3.H2O)

SIDERITA (FeCO3)

ILMENITA(FeTiO3)

PIRITA(FeS2) – “OURO DE

TOLO”

DESENFORNAMENTO

ALTO-FORNO

SOLEIRA DO ALTO-FORNO

38

Planta de Dessulfuração

DESCARREGAMENTO DO GUSA PARA OS CONVERSORES

FABRICAÇÃO DO AÇO

Conversão do gusa

ACIARIA

ELÉTRICAFABRICAÇÃO DO AÇO

AÇO SAE 1045 PRODUZIDO POR ACIARIA ELÉTRICA RESPONDE

DIFERENTE AO TRATAMENTO DE TÊMPERA E REVENIMENTO.

FORNO - PANELA

SOLIDIFICAÇÃO

(Colpaert)

SOLIDIFICAÇÃO

(Colpaert)

49

Processos: Moldagem

Processos: Conformação

FORJAMENTO

FORJAMENTO EM MATRIZ

FECHADA.

FORJAMENTO EM MATRIZ

ABERTA.

FIBRAMENTO

55

EXEMPLO DE SELEÇÃO DE

PROCESSOS:

MELHORIA CONTÍNUA

Bielas SAE 1541 X 27MnSiVS6: Metalurgia,Processo de Forjamento,Usinabilidade,Propriedades Mecânicas e Atendimentos aos Requisitos

Operacionais

Alessandro Teixeira Neto

Antônio José de Araujo Pôrto

Edward Werninghaus

José Benedito Marcomini

Mauro Valadão

tk

Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp

Automotive

Company

CROSS WEDGE ROLLING

tk

Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp

Automotive

Company

Fibramento CWR e convencional

CROSS WEDGE ROLLING

tk

Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp

Automotive

Company

tk

Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp

Automotive

Company

Resultados

da análise

de MEF.

tk

Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp

Automotive

Company

tk

Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp

Automotive

Company

NA PIOR CONDIÇÃO, SE O CARRO FICASSE LIGADO ININTERRUPTAMENTE, LEVARIA

MAIS DE 300 ANOS PARA FALHAR POR FADIGA.