Processos de fabricaoConformao MecnicaCOMPONENTES: Carla Bianca, Diego Almeida, Felipe Fernandes, Filipe Louzado, Joo Daniel e Joo Paulo.

IntroduoPor volta de 1890 teve incio a industrializao. Ela recente se comparada s pocas primitivas em que uma determinada forma de trabalho podia durar muitos anos sem aperfeioamento.Surgiram as primeiras fbricas, dando incio a fase industrial na histria do homem. Com o desenvolvimento das indstrias, foi intensificada a utilizao de novos materiais e de novos processos de fabricao.

Conformao MecnicaConformao o nome dos processos em que se aplica uma fora externa sobre a matria prima, obrigando-a a tomar forma e dimenses desejadas por deformao plstica. O volume e a massa do metal se conservam nestes processos.As principais vantagens so: bom aproveitamento da matria prima; rapidez na execuo; possibilidade de melhoria e controle das propriedades mecnicas do material, de par com a homogeneizao da microestrutura.

Os processos de conformao so inmeros e variados podemos destacar os principais:Forjamento;Extruso;Trefilao;Estampagem;Calandragem.

Esses processos tm em comum o fato de que, para a produo da pea, algum esforo do tipo compresso, trao, dobramento, tem que ser aplicado sobre o material.Os produtos produzidos pelo processo de conformao podem ser: placas, chapas, barras de diferentes sees, trilhos, perfis diversos, anis e tubos.

FORJAMENTO

DefinioProcesso de conformao mecnica, que resulta em uma mudana permanente nas dimenses finais e nas caractersticas metalrgicas de uma pea.

O material forjado deformado por martelamento ou por prensagem e usado para se obter produtos com alta resistncia mecnica porque refina a estrutura metalrgica do metal.

Na maioria das operaes de forjamento emprega-se um ferramental constitudo por um par de ferramentas de superfcie plana ou cncava, denominadas matrizes ou estampos, que do formato s peas.

DefinioForjamento de uma barra.

Forjamento por MartelamentoO forjamento por martelamento feito aplicando-se pancadas (golpes ou batidas) rpidas e sucessivas no metal.

A presso aplicada na pea, no momento em que existe o contato do martelo de forja e a pea metlica, absorvida pelo metal que se deformando muito rapidamente.

Exemplo de peas que so fabricadas por este processo so asPontas de Eixo e os Virabrequins na Indstria Automotiva.

Forjamento por MartelamentoCilindro, haste do pisto, mbolo e bigorna.

O metal recebe uma fora de compresso em baixa velocidade e a presso atinge seu grau mximo antes de ser retirada, de modo que at as camadas mais profundas da estrutura do material so atingidas, conformando-se mais homogeneamente e melhorando ainda ascaractersticas metalrgicas.

So usadas prensashidrulicas para realizar esta funo,onde as foras aplicadas podem ser absurdamente elevadas.

As operaes de forjamento so realizadas a quente, em temperaturas superiores s de recristalizao do metal. importante que a pea seja aquecida uniformemente e em temperatura adequada.

Alguns metais no-ferrosos podem ser forjados a frio.Forjamento por prensagem

Forjamento por prensagemCilindro de Presso, mbolo, pea, base de prensa.

Os processos convencionais de forjamento so executados tipicamente em diversas etapas, comeando com o corte do material, aquecimento, pr-conformao mediante operaes de forjamento livre, forjamento em matriz (em uma ou mais etapas) e rebarbao.O forjamento para poder realizar suas operaes, e a pea adquirir o formato final desejado,utiliza matrizes (ferramentas ou moldes).As matrizes devem ser especiais e com um elevado cuidado na sua fabricao, pois so elas que recebem todo o impacto e moldam a pea, suportando altas presses de trabalho,tendo que agentar enormes variaes trmicas em ciclos produtivos contnuos e repetitivos, por milhares e at milhes de vezes,normalmente sendo feitas de aos especiais, recebendo apurado tratamentotrmico e muito caras.

As matrizes normalmente tm formatos de geometria bsica e bem simples.

Uma parte da matriz fica presa na parte superior do martelo de forja ea outra parte fica fixa na parte inferior do equipamento, no havendo nenhuma outra parte nas laterais da pea que venha a restringir ou impedir o processo, deixando este espao livre para a deformao do metal.

Quando for possvel e o processo for por martelamento,d-se o golpe,vira-se a pea a 90 e volta-se a bater. Quando for por prensagem, a deformao ocorre um nico aperto.

So utilizadas para a produo de peas grandes e em lotes produtivos pequenos.Forjamento em Matrizes Abertas (Forjamento Livre)

Forjamento em Matrizes Abertas (Forjamento Livre)

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

Neste tipo de forjamento deixa-se uma regio pr-determinada na matriz para receber oexcesso de material (rebarba) que deslocado para essa cavidade extra e posteriormenteeliminado.

Este tipo de forjamento exige muito mais das matrizes, porque esforos so aplicados, sobre as mesmas, em todas as direes, necessitando que essas matrizes apresentem alta dureza, elevada tenacidade, resistncia fadiga, alta resistncia mecnica a quente e alta resistncia ao desgaste, sendo muito mais caro que o anterior. Forjamento em Matrizes Fechadas

Forjamento em Matrizes FechadasMatriz de uma Biela.

DefeitosFalta de Reduo: Preenchimento incompleto do metal na cavidade da ferramenta. Isto ocorre porque o metal no fluiu como planejado na cavidade da matriz e no completou a pea, faltando partes da mesma, ou porque a fora aplicada no foi suficiente para fazer isso.

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

Trincas nas Rebarbas: Rachaduras que aparecem nas regies das rebarbas, aps o rebarbamento (retirada do excesso de metal do forjamento).Aparecem porque o metal apresenta impurezas oriundas da fundio ou porque quando ao se rebarbar o esforo aplicado muito lento, no cortando, mas sim arrancando a rebarba.

Trincas Internas: Rachaduras que aparecem na parte interna da pea, ocorrendo devido s tenses originrias por grandes deformaes, elevadas temperaturas de trabalho e impurezas presentes no metal.

Gota Fria: Aparente rachadura que apresenta o formato de uma ruga na superfcie da pea e pode ser mais ou menos profunda. Istoocorre devido a baixa temperatura de forjamento do metal ou da baixa temperatura de trabalho damatriz.

Todos os materiais conformveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a produo de peas forjadas so os aos, ligas de alumnio, de cobre, de magnsio, de nquel e de titnio.

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

Peas delgadas, como chaves de boca, alicates, tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirrgicos, entre outras, podem ser forjadas a partir de recortes de chapas laminadas.aplicaes

Vantagens:Controlando a deformao durante o processo de forjamento, pode-se melhorar as propriedades mecnicas da pea produzindo um alinhamento direcional, melhorando assim propriedades de tenses, ductibilidade, impacto e resistncia a fadiga;As fibras podem ser alinhadas na direo em pontos onde ocorrem mximas tenses;Menor custo de fabricao, pois se tem a mnima perda de material.

Desvantagens:As peas a serem forjadas geralmente necessitam de usinagem antes do processo de forjamento;Os equipamentos so muito caros.Vantagens e desvantagens

ExtrusoExtruso um processo de conformao mecnica que consiste na compresso de um cilindro slido, por exemplo, de metal alumnio (chamado de Tarugo ou Billet) deencontro a um orifcio existente em uma matriz (molde ou ferramenta), com o intuito de fazer o material fluir por esse orifcio e formar um perfil extrudado, sob o efeito de altas presses e elevadas temperaturas de trabalho.

Tipos de ExtrusoExtruso Direta, trata-se do processo onde a matriz (ferramenta) fica fixa. O tarugo colocado em um container (camisa) mvel. Os dois (camisa e tarugo) so aproximados e posicionados contra a matriz e um mbolo (pisto) comprime este tarugo contra a matriz formando o perfil. Extruso Indireta ou Inversa, trata-se do processo de extruso onde a matriz, que fechada, e o container, esto fixos. O pisto, que dar o aperto no tarugo de alumnio que ser extrudado, sempre mvel, no entanto no processo de extruso inversa o metal ao invs de escoar pela parte interna da matriz e sair do seu lado posterior, retorna sobre o pisto formando um copo ou um cartucho, por exemplo.

Descrio bsica do processoTodo o processo de extruso ocorre com o metal no estado slido. A extruso pode ser a frio ou a quente, sendo quenormalmente quando a quente oprocesso ocorre com o metal aquecido a uma faixa de temperatura que est diretamente ligada ao metal e aliga que ser extrudada.

Uma extrusora basicamente comprime o metalaplicando elevadas Foras, geralmente em temperaturas tambm elevadas, contra uma matriz. Estas Foras dependem muito da geometriado produto a ser extrudado (se tubular ou macio), do dimetro (tamanho), da liga,e da quantidade de peas que sero extrudadas.

Etapas do processoProcesso a quente: A extruso a quente, semelhante ao processo de injeo, onde o produto injetado a alta presso e temperatura numa forma vazada ou passa atravs de um molde de injeo contnua, tomando a forma de pea slida semi acabada ou tambm a forma de vergalho, para ser cortado (fatiado) no comprimento desejado.Processo a frio: semelhante ao processo de extruso a quente e a ductilidade do material a que dir que tipo de processo ser aplicado (quente ou frio). Nesse processo o material endurece por encruamento durante a deformao porque os gros do material se quebram e assim continuam aumentando as tenses na estrutura e, consequentemente na sua dureza.

Ferramental - MatrizesTarugo ou Billet: cilindro slido (por exemplo, de metal alumnio), que vai deencontro a um orifcio existente em uma matriz (molde ou ferramenta)

Matriz (molde ou ferramenta): transversal e vazada, mas tambm pode ser cheia. Em funo de sua construo slida e resistente, a geometria da matriz no se altera pelo uso contnuo, tendo assim uma vida til longa. O grande segredo da extruso est no correto desenvolvimento da matriz (ferramenta) que ser utilizada para realizar o desenvolvimento do perfil extrudado. Normalmente so feitas de ao ligado, temperado, revenido e perfeitamente polido. Alm disso, pode receber tratamento superficial de Nitretao Gasosa ou deposio de camadas protetivas como Nitretos de Titnio e Oxido de Alumnio, para reduzir o atrito que se d entre o metal base da matriz (ao) e o metal que ser extrudado (alumnio, por exemplo).

Defeitos de ExtrusoApesar de todos os possveis controles operacionais existentes, defeitos podem aparecer, so eles:

1) DEFEITOS SUPERFICIAIS- Trinca a quente - originria de temperaturas elevadas de trabalho.- Arrancamento - originria da trinca da camada que fica estacionria dentro da "camisa" e que fica aderida na matriz.

2) ANEL DE XIDOS (CORING) Como o centro do tarugo move-se mais rpido que a superfcie, gera-se uma zona de imperfeio que pode se apresentar no perfil no final da extruso. No centro est o metal mais "limpo", com o mnimo de impurezas se comparado a superfcie. Na superfcie do tarugo existe uma camada de xidos oriunda do resfriamento do tarugo, quando de sua fabricao e/ou solubilizao.

3) BOLHAS As bolhas podem ser originrias de vrios motivos, desde de a reteno de hidrognio ou ar aprisionado no metal quando de sua fundio para a formao do tarugo, como de ar que fica aprisionado entre a matriz e a frente da pastilha de ao, ambos dentro da camisa.

4) CASCA DE LARANJA A funo do estiramento de esticar e endireitar o perfil extrudado, trazendo-o para dentro das tolerncias dimensionais exigidas por norma, ou pelo cliente, este estiramento se for feito em exageradamente, pode acarretar diferentes tenses entre a superfcie 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 existncia de xidos superficiais indesejados na juno superfcie de contato matriz e superfcie de contato do tarugo. Esta superfcie oxidada de alumnio, pode-se extender por toda a pea extrudado gerando pontos fragilizantes em peas com elevada responsabilidade mecnica e deve ser evitada. Proteo atmosfrica seria uma alternativa, outra seria a usinagem. Deve-se minimizar ou eliminar qualquer tipo de xido superficial existente no processo.

6) SOLDA LONGITUDINAL Este tipo de defeito ocorre quando os xidos, sejam eles oriundos do tarugo ou de alumnio que foi reaquecido em uma matriz, alinha-se longitudinalmente em todo o perfil extrudado. Este defeito muito comum e visvel em perfis tubulares redondos, onde no momento da extruso o tarugo de alumnio subdividido no interior da matriz, levando com ele em cada parte, um pouco de xido (normalmente da superfcie do tarugo) que quando do momento do caldeamento (soldagem) no deixa que o metal realmente forme uma massa slida e homognea, gerando uma linha de xidos em toda a extenso da pea extrudada.

7) MANCHAS ESCURAS QUE ESFARELAM Este tipo de defeito refere-se a impurezas oriundas do interior do tarugo de alumnio. Quando a impureza fina, espalha-se sobre a superfcie do perfil extrudado, ao longo de todo ele ou em pontos isolados, deformando-o. Quando esta impureza grosseira, deposita-se parcialmente na superfcie do perfil deformando-o ou deposita-se na superfcie da matriz no deixando com que o perfil se forme em sua totalidade. A alumina (xido de alumnio) muito mais dura que o ao e dependendo de como este xido se aloja na matriz, pode deform-la definitivamente.

8) ONDAS INDESEJADAS NA SUPERFCIE DO PERFIL Observa-se este defeito, logo aps a extruso e antes do estiramento. Trata-se da oscilao da presso, no momento da extruso, que deixa sua marca no perfil de alumnio. 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 Trefilao

Processo de TrefilaoDefinio:Processo em que a matria-prima estirada (esticada) usado para a fabricao de arame e barras finas de metal. um processo que acarreta na reduo da seo transversal (largura) e respectivo aumento no comprimento do material

Processo de Trefilao Vantagens:Por este processo possvel obter produtos de grande comprimento contnuo, sees pequenas, boa qualidade de superfcie e excelente controle dimensional

Processo de TrefilaoEtapas do Processo: Laminao e usinagem para a produo do fio mquina

Decapagem mecnica ou qumica que retira os xidos presentes na superfcie do fio mquina

Trefilao

Tratamento Trmico de recozimento, quando necessrio restabelecer o ductilidade do material

Processo de Trefilao

A matria-prima para trefilao, comumente denominado fio-mquina, o arame laminado a quente que no se fabrica em dimetros menores que 5,5 mm. Por outro lado, ao longo das etapas de trefilao o material encruado, ou seja, sua resistncia mecnica cresce medida que a reduo de rea aumenta. Desta forma, em funo das caractersticas do fio-mquina laminado a quente, das caractersticas finais do produto ou da necessidade de uma maior reduo de rea, faz-se necessrio um tratamento trmico de recozimento. Matria prima empregada pela trefilao:

Processo de TrefilaoTrefilao a Frio:O processo de deformao a frio consiste em reduzir a seco transversal do tubo atravs de uma fora de trao, utilizando ferramental externo (fieira) e interno (mandril). O tubo a trefilar primeiramente recebe um tratamento trmico, depois decapado, fosfatizado e lubrificado antes da trefilao. Entre o dimetro interno da fieira e o externo do mandril forma-se uma coroa circular, que corresponde a espessura da parede desejada, atravs da qual se traciona o tubo a trefilar. Neste processo, se reduz o dimetro e a espessura, como tambm melhora a superfcie interna e externa. Atravs da trefilao a frio, ocorre um encruamento do material, isto : o limite de escoamento, a dureza e a resistncia trao aumentam e o alongamento diminui.

Processo de TrefilaoTrefilao a quente:Essa trefilao aplica-se a metais de rede CCC (Cbico de Corpo Centrado) e raramente em metais de rede HC (Hexagonal Compacto). Por esses metais serem pouco maleveis, necessrio aquec-los at uma temperatura adequada em que obtero empacotamento igual s redes CFC, para poderem, ento, serem trefilados. Aps resfriamento recuperam sua caracterstica original.

Processo de Trefilao Defeitos: Podem resultar: - de defeitos na matria-prima (fissuras, lascas, vazios, incluses); - do processo de deformao.Quando a reduo pequena e o ngulo de trefilao relativamente grande (tipicamente, quando D/L > 2) a ao compressiva da fieira no penetra at o centro da pea.Durante a trefilao as camadas mais internas da pea no recebem compresso radial, mas so arrastadas e foradas a se estirar pelo material vizinho das camadas superficiais, que sofrem a ao direta da fieira.Tal situao (deformao heterognea) gera tenses secundrias trativas no ncleo da pea, que pode vir a sofrer um trincamento caracterstico, em ponta de flecha.A melhor soluo diminuir a relao D/L, o que pode ser feito empregando-se uma fieira de menor ngulo (a), ou ento aumentando-se a reduo no passe (em outra fieira com sada mais estreita)

Processo de Estampagem

EstampagemEstampagem um processo de conformao mecnica, geralmente realizada a frio, que engloba um conjunto de operaes, onde a chapa plana adquire uma nova forma geomtrica, plana ou oca. Esse processo s possvel devido plasticidade dos metais.

Fatores levados em considerao nesse processo:MaterialQualidade da chapa, que pode ser atravs de:Composio Qumica;Propriedades mecnicas;Especificaes dimensionais.

Tipos e OperaesAs operaes so realizadas por meio de prensas que podem ser mecnicas ou hidrulicas, dotadas ou no de dispositivos de alimentao automtica das chapas, tiras cortadas, ou bobinas.Os tipos podem ser:Corte;Dobramento;Estampagem profunda ou repuxo.

Prensas Prensa hidrulica Prensa mecnica

CorteO corte a operao de cisalhamento de um material na qual uma ferramenta ou puno de corte forada contra uma matriz por intermdio da presso exercida por uma prensa.

Dobramento No dobramento a chapa sofre uma deformao por flexo em prensas que fornecem a energia e os movimentos necessrios para realizar a operao. A forma conferida mediante o emprego de puno e matriz especficas at atingir a forma desejada

E para obter os variados formatos que o dobramento proporciona, realizam-se as seguintes operaes:Dobramento simples ou duplo;Dobramento em anel (aberto ou fechado);Nervuramento; Corrugamento.

Estampagem profunda ou repuxoO repuxo ou embutimento uma operao de estampagem onde uma chapa, inicialmente plana, transformada em um corpo oco sem que haja aparecimento de rugas e trincas.Por esse processo pode ser produzidos:pra-lamas; Cap;Portas; E peas como cartucho e refletores parablicos.

Matriz simples para estampagem profunda

FerramentalO ferramental constitudo basicamente por:Puno (macho)MatrizClassificao das ferramentas de acordo com o tipo de operao:Ferramentas para corte;Ferramentas para dobramento;Ferramentas para estampagem profunda.

Prensa, o puno geralmente preso na parte superior que executa os movimentos verticais de subida e descida.Matriz presa na parte inferior constituda por uma mesa fixa.Estampo so fabricados com aos ligados, chamados de aos para ferramentas e matrizes.Fio de corte da ferramenta muito importante e seu desgaste, com o uso, provoca rebarbas e contornos pouco definidos das peas cortadas.

DefeitosA maioria dos defeitos em trs classes principais:Erros de forma e dimensionaisDefeitos no produto final ou na sua superfcie.Propriedades mecnicas insatisfatrias.

Vantagens e DesvantagensVantagens:Alta produo;Reduzido custo por pea;Acabamento bom, no necessitando processamento posterior;Maior resistncia das peas devido conformao, que causa o encruamento no material;Baixo custo de controle de qualidade devido uniformidade da produo e a facilidade para a deteco de desvios. Desvantagens:Podemos destacar o alto custo ferramental, que s pode ser amortizado se a quantidade de peas a produzir for elevada.

AplicaesLubrificador; Dedal de costura;Cartucho.

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

DefeitosPor ser um processo de conformao mecnica a pea submetida a esforos, e esses esforos podem causar trincas se a conformao no for aplicada, j que a calandragem faz com que a pea sofra compresso em alguns pontos, e tenso em outros.