terça-feira, 9 de novembro de 2010

TREFILAÇÃO

Trefilagem, ou Trefilação, é o processo de fabricação de arame e barras finas de metal. É um processo industrial que acarreta na redução da seção transversal (largura) e respectivo aumento no comprimento do material. Consiste na Tração da peça através de uma matriz chamada fieira ou trefila, com forma de canal convergente. O processo de trefilação consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída da matriz. A maior parte do escoamento plástico é causada por esforços de compressão resultantes da reação do metal com a matriz. Geralmente a parte metálica apresenta simetria circular, embora isto não seja um requisito necessário. Existem muitas aplicações para a trefilagem como produção de fios elétricos, cabos, clipes de papel, corda para instrumentos musicais e raio para rodas.


Da redução sucessiva de diâmetro de uma barra metálica maciça podem resultar barras, vergalhões e arames, dependendo do diâmetro do produto final. Por outro lado, a trefilação pode também ser realizada em tubos ocos e, neste caso, existem diversas técnicas empregadas, com a utilização, ou não, de um mandril interno ao tubo que permite um melhor controle da espessura final. Geralmente os processos de trefilação são realizados à temperatura ambiente; todavia, uma vez que as deformações envolvidas são normalmente grandes, ocorre um aumento considerável de temperatura durante a operação.

Processos
Trefilação a Frio
Esse tipo de trefilação é usado para metais de rede CFC (Cúbico de Face Centrado). O fio é preparado de forma que se prenda na tarracha da trefila, sendo então 'puxado'. A medida que o fio é puxado através da tarracha, o seu volume permanece o mesmo, o diâmetro diminui e o seu comprimento aumenta. Geralmente, são usadas mais de uma tarracha seguidas umas das outras, reduzindo sucessivamente o diâmetro. A área de redução da seção transversal de fios finos varia entre 15 e 25 % e fios grossos entre 20 e 45 %. É importante que a tarracha gire eventualmente deixando o fio deslizar com menos resistência a uma velocidade constante com o objetivo de não deixar que o fio agarre, o que poderia enfraquecer ou até mesmo quebrar o fio. A velocidade em que o fio deve ser trefilado varia de acordo com o material e a dimensão da redução. O fato de 'puxar' o material sem aquecimento prévio, exige maior força da máquina. Logo, pode causar exaustão antecipada do equipamento e fadigas no metal. Pra diminuir os efeitos da exaustão, existe a lubrificação. Além de garantir mais durabilidade para as tarrachas, a lubrificação faz com que o acabamento da trefilagem fique melhor. A seguir, alguns tipos de lubrificação:
trefilação úmida: as fieiras e o fio ficam completamente imersos no lubrificante.
trefilação seca: o fio ou barra passa entre um reservatório de lubrificante o que deixa a superfície preparada para a trefilação.
cobertura metálica: o fio é coberto com uma camada de metal que funciona como um lubrificante sólido.
vibração ultrasônica: as fieiras e os mandris, ou carcaças de aço, são vibrados, o que ajuda a reduzir os esforços mecânicos e permitir maiores reduções por passada.
Existem vários tipos de lubrificantes. Um dos métodos é mergulhar o fio numa solução de Sulfato de cobre (II) fazendo com que uma camada de cobre fique depositada formando uma espécie de lubrificante. Em alguns tipos de fio, o cobre continua envolvendo o fio prevenindo contra oxidação ou então para permitir uma boa separação dos fios.
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.
Fieiras para a trefilagem
As fieiras, ou trefilas, utilizadas na trefilação são compostas de uma carcaça de aço e um núcleo feito de material bastante duro. O núcleo é geralmente feito de Carbeto de tungstênio ou diamante industrial. O diamante sintético, ou industrial, é usado geralmente nas etapas iniciais de trefilagem enquanto que as fieiras feitas de diamante natural são utilizadas nas etapas finais. Para trefilar fios muito finos um cristal simples de diamante é utilizado.

Produtos

Os principais produtos são fios e barras, apesar de estas serem mais comumente produzidas com a Extrusão .







LAMINAÇÃO

Processo de reduzir a espessura de uma chapa, barra ou perfil metálico por meio de sua passagem entre 2 cilindros girantes, com separação menor que a espessura de entrada. A barra é "puxada" pelos cilindros devido às forças de atrito entre as superfícies. O montante da redução é limitada pelas potências dos motores, e resistência mecânica dos cilindros, mancais, eixos cardans e redutores.


Divide-se em 2 grandes ramos: Laminação de produtos planos e não planos.
Laminação de produtos planos: O objetivo é produzir chapas de determinada espessura a partir de chapas mais grossas, ou de blocos ou lingotes. A redução é progressiva, em vários passes e sempre num mesmo plano, cada passe reduzindo a espessura num certo percentual. Os esforços chegam a milhares de toneladas devido às grandes áreas envolvidas. Os cilindros de trabalho, que entram em contato com o material, são suportados por cilindros de encosto, de maior diâmetro o que evita que aqueles se quebrem. De todo modo a deformação elástica resulta em uma deflexão maior no meio que nas extremidades dos cilindros. Para evitar que as chapas tenham espessura diferente ao longo da largura, os diâmetros dos cilindros de trabalho são maiores no meio que nas extremidades.
Laminação de produtos longos (não planos): O objetivo é produzir barras (redondas, quadradas, chatas) ou perfis (cantoneiras, vigas U e I, trilhos, dormentes metálicos, etc). Para isso é necessário que a deformação seja muitas vezes alternada entre 2 planos, de modo que a largura e espessura sejam reduzidas. Ao contrário dos cilindros usados para chapas, aqui eles recebem sulcos (canais) usinados, por onde passam as barras e perfis, que são assim obrigados gradualmente, passe a passe, a mudar da seção inicial ( por exemplo: quadrada) até o perfil final.



Laminação a quente
Processo de conformação do aço, pelo qual uma placa de aço apos ser reaquecida em fornos de reaquecimento com temperaturas acima dos 1000 graus passa através de grandes cilindros que comprimem a espessura e a largura da placa através dos chamados passes de laminação.











Laminação a Frio
Normalmente é a última parte do processo de laminação. Como mencionado anteriomente, também por compressão de rolos laminadores, comprime-se o material, só que agora a frio (temperatura ambiente, ou abaixo da temperatura de recristalização), para dar-lhe as características de resistência mecânica desejada e acabamento superficial final, com isso, consegue uma excelente superfície de laminação.
A laminação a quente destroi, por completo, a estrutura metalúrgica da fundição (bruta de fusão , que é uma estrutura ruim e fragilizante), refina e alonga o grão do metal que foi laminado, aumentando as suas propriedades mecânicas e melhorando as propriedades metalúrgicas, no sentido da laminação.

Resumidamente, as principais características metalúrgicas afetadas pela laminação são: o tamanho do grão, alinhamento deste grão, a textura, a resistência mecânica, a estabilidade térmica, a tendência a recristalização, a trabalhabilidade a frio e o acabamento superficial.

Na laminação a frio, conseque-se um aumento da resistência mecânica da chapa laminada por encruamento e um excelente acabamento superficial (até polido se desejado).

Apesar da definição acima aparentar simplicidade, o processo de laminação não é um processo simples de ser projetado, ajustado e colocado em campanha produtiva, pois diversos fatores devem ser avaliados, tais como: Definição do correto Processo de Laminação, Tipos de Laminadores a serem utilizados, Aspectos Metalúrgicos a serem Considerados, as Relações Geométricas na Laminação (Região de Deformação, Coeficientes de Deformação, Arco de Contato, Ângulo de Mordida, Fatores Geométricos que Afetam a Mordida e o Arraste, Ângulo Neutro e Plano e Neutro e Deslizamento), ainda tem, a Mordida do Esboço pelos Cilindros, A Carga de Laminação, O Alargamento na Laminação, a Velocidade de Deformação, o Cálculo da Resistência à Deformação a Quente e a Frio, a Correta Lubrificação, o Atrito, a Instrumentação necessária para Controle do Processo Produtivo, a Medição da Espessura e Largura, a Medição das Forças e Esforços Envolvidos, a Medição e Controle da Temperatura, da Velocidade de Trabalho e da Planicidade da Chapa, bem como, a quantidade de Recozimentos Necessários, a correta determinação de onde eles devem estar inseridos e muito mais, o trabalho técnico é amplo. 
Elasticidade
Elasticidade é a propriedade que o material metálico tem de se deformar, se um esforço é aplicado sobre ele, e de voltar a forma anterior quando o esforço aplicado parar de existir.

Plasticidade
Plasticidade é a propriedade que o material metálico tem de manter uma determinada deformação, se um esforço for aplicado sobre ele, e permanecer deformado quando o esforço parar de existir. Normalmente este esforço aplicado ao metal é maior e mais prolongado, do que na descrição anterior.

Resumindo:
Propriedade de Elasticidade deforma e volta a forma anterior.
Propriedade de Plasticidade deforma e não volta a forma anterior.
Estas propriedades dependem de como os átomos do metal estão arranjados, onde situações estruturais permitem maiores ou menores deformações, requerendo mais ou menos energia e esforço para se deformar um material metálico.
Alguns materiais são mais fáceis de serem deformados, podemos citar o alumínio e o cobre como bons exemplos disso, mas qualquer metal pode ser deformado até espessuras muito finas pelo processo de conformação por laminação.

Principais Defeitos do Processo
São inúmeros os possíveis defeitos ocasionados aos materiais laminados pelo processo de laminação, vamos citar os mais comuns:
Vazios: São locais onde aparecem "buracos" no produto laminado, este defeito podem ser oriundos de rechupes ou dos gases retidos no metal, quando da sua fundição. Este tipo de defeito reduz a resistência mecânica do produto.
Gotas Frias: São os pingos de metal que se solidificam na parede da lingoteira, durante o vazamento do metal na fundição e quando o líquido chega neste ponto para preencher e formar o bloco que será laminado, adere ao mesmo e forma o defeito.
Trincas: São rachaduras que aparecem nas peças laminadas e principalmente são oriundas de temperaturas inadequadas quando o metal é laminado.
Dobras: São oriundas de reduções de espessura muito elevadas.
Inclusões: São oriundas do processo de fundição, normalmente são óxidos, cinzas, escórias, pedaços da parede do forno de fundição, ou qualquer outro tipo de contaminação sólida inadequada no metal a ser laminado. Normalmente são óxidos metálicos e por serem muito mais duros que os rolos laminadores, provocam a deformação ou marcam os mesmos, chegando a deformá-los definitivamente. Por exemplo, os óxidos de alumínio, as inclusões de alumínio, são extremamente duras, mais duras até que o aço, material de que são feitos os rolos laminadores. Além disso o material laminado pode ficar empenamento, retorcido e fora de seção.

FORJAMENTO



Forja Pesada
Trata-se de prensas de enormes proporções, que exigem elevado número de operadores, além de uma mão de obra especializada, motivos pelos quais são apropriadas apenas para produção de peças de grandes dimensões para uso bastante específico. A força das prensas utilizadas em forja pesada varia entre 3000 e 15000 toneladas. Uma prensa de 6000 toneladas pode estirar lingotes com cerca de 2,5 m de diâmetro e 120 toneladas.

Forja Média
As ferramentas da forja média são as prensas de forjamento de 1000 a 1500 toneladas. Diferem das forjas pesadas por suas dimensões reduzidas e maior rapidez de trabalho. Podem dar de 30 a 150 golpes por minuto conforme sua capacidade.

Forjas de pequeno porte
Dividido basicamente em estampagem e prensas mecânicas horizontais. A estampagem consiste na conformação através de choques ou na aplicação de pressão sobre o metal contra uma matriz entalhada.

Temperaturas de Forjamento
Forjamento a quente
 - Formação de rebarba
 - Exige acabamento final
No forjamento a quente, o processo ocorre a uma temperatura acima da temperatura de recristalização do material. Na etapa de conformação final, ocorre a formação de rebarba, devido ao excesso de material.
No forjamento convencional a quente o peso do forjado pode atingir o dobro do usinado, e sua rebarba representa de 20 a 40% de seu peso, aumentando os custos com a compra de material, sua manipulação, armazenagem, aquecimento até temperatura de forjamento e usinagem.
O processo de forjamento a quente geralmente começa pelo corte das barras, em guilhotina, para obtenção dos tarugos. Os tarugos passam por um forno contínuo para serem aquecidos e posteriormente forjados em prensa. O forjamento deverá ocorrer em duas ou mais etapas que permitam o preenchimento adequado das matrizes. As rebarbas do forjado são retiradas, em uma operação de corte, imediatamente após o forjamento. Após o corte, os forjados são tratados termicamente para obter-se uma microestrutura adequada à usinagem.

Forjamento a frio
- Não há remoção de material - Elevada precisão dimensional
Forjamento a Frio
Forjamento a Frio de um Eixo Dentado no Aço 16 MnCr5. (Temperatura em Kelvin) O forjamento a frio consiste em um amassamento de um corpo rígido, que é levado a uma forma desejada pelo deslocamento relativo das partículas do material sólido. O volume do material que participa da conformação permanece inalterado, portanto não há perda de material.






Extrusão ou Recalque
Extrusão é um processo de conformação na qual um bloco metálico é posto em uma matriz e por meio de um estampo, sujeito a uma compressão tão elevada que o material é forçado a escoar através de um orifício. Recalque consiste em uma operação mais simples de forjamento, onde que duas ferramentas planas compactam o bloco metálico até assumir as formas da matriz.

O Forjamento
Economia do Material: Uma das vantagens fundamentais deste processo de produção está na economia de material, devido às formas finais, em comparação aos costumeiros métodos de usinagem (torneamento, fresagem, etc…), principalmente quando são usados materiais não-ferrosos com alumínio e suas ligas, cobre e suas ligas.
Precisão: Conceitualmente, no forjamento a frio a peça assume a forma da matriz, com o desenvolvimento de novas técnicas de fabricação de ferramentas e processos de fabricação obtém-se precisão de até 0,01 mm.
Rugosidade: A precisão é diretamente ligada ao grau de precisão da ferramenta, já a rugosidade é ligada diretamente ao polimento da matriz e qualidade do lubrificante. A rugosidade chega a 10 micros, ou seja lapidado.
Matéria – Prima: Para a utilização dos processos de extrusão a frio servem todos os materiais metálicos que apresentam bom potencial de conformabilidade e destacada plasticidade.
Eles devem suportar os maiores graus de deformação sem romper. Entre eles se incluem os não-ferrosos como o chumbo, o estanho, o cobre e suas ligas.

Forjamento em Matriz Aberta ou Forjamento Livre
O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam. É usado geralmente para fabricar peças grandes, com forma relativamente simples (p. ex., eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, excêntricos, ferramentas agrícolas, etc.) e em pequeno número; e também para pré-conformar peças que serão submetidas posteriormente a operações de forjamento mais complexas. Como exemplos de peças produzidas por este processo têm-se eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, etc.
O forjamento livre se divide em operações unitárias e operações unitárias mais comuns.

Operações Unitárias
São operações relativamente simples de conformação por forjamento, empregando matrizes abertas ou ferramentas especiais, podendo ter as finalidades de: - Produzir peças acabadas de feitio simples - Redistribuir a massa de uma peça bruta para facilitar a obtenção de uma peça de geometria complexa por posterior forjamento em matriz.

a) Recalque ou recalcamento: Compressão direta do material entre um par de ferramentas de face plana ou côncava, visando primariamente reduzir a altura da peça e aumentar a sua secção transversal.
b) Estiramento: Visa aumentar o comprimento de uma peça à custa da sua espessura.
c) Encalcamento: Variedade de estiramento em que se reduz a secção de uma porção intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão adequada.
d) Rolamento: Operação de distribuição de massa ao longo do comprimento da peça, mantendo-se a secção transversal redonda enquanto a peça é girada em torno do seu próprio eixo.
e) Caldeamento: Visa produzir a soldagem de duas superfícies metálicas limpas, postas em contato, aquecidas e submetidas a compressão. Como por exemplo, a confecção de elos de corrente.
f) Alargamento Aumenta a largura de uma peça reduzindo sua espessura.
g) Furação:
Abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de um punção de formato apropriado.
Operações unitárias mais comuns
a) Extrusão: O material é forçado a passar através de um orifício de secção transversal menor que a da peça.
b) Laminação de forja: Reduz e modifica a secção transversal de uma barra passando-a entre dois rolos que giram em sentidos opostos, tendo cada rolo um ou mais sulcos de perfil adequado, que se combina com o sulco correspondente do outro rolo.
c) Cunhagem: Geralmente realizada a frio, empregando matriz fechada ou aberta, visa produzir uma impressão bem definida na superfície de uma peça, sendo usada para fabricar moedas, medalhas talheres e outras peças pequenas, bem como para gravar detalhes de diversos tipos em peças maiores.
d) Fendilhamento: Consiste em separar o material, geralmente aquecido, por meio de um mandril de furação provido de gume; depois que a ferramenta foi introduzida até a metade da peça, esta é virada para ser fendilhada do lado oposto.
e) Expansão: Visa alargar uma fenda ou furo, fazendo passar através do mesmo uma ferramenta de maiores dimensões ; geralmente se segue ao fendilhamento. Como etapas de forjamento podem ser ainda executadas operações de corte, dobramento, curvamento, torção, entalhamento, etc.

Forjamento em Matriz Fechada
O material é conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo-relevo, impressões com o formato que se deseja fornecer à peça.
A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semi-fechada, permitindo assim obter-se peças com tolerâncias dimensionais menores do que no forjamento livre.

Nos casos em que a deformação ocorre dentro de uma cavidade totalmente fechada, sem zona de escape, é fundamental a precisão na quantidade fornecida de material: uma quantidade insuficiente implica falta de enchimento da cavidade e falha no volume da peça; um excesso de material causa sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinário.
Dada à dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno excesso. As matrizes são providas de uma zona oca especial para recolher o material excedente ao término do preenchimento da cavidade principal. O material excedente forma uma faixa estreita (rebarba) em torno da peça forjada. A rebarba exige uma operação posterior de corte (rebarbação) para remoção.
Quanto às propriedades mecânicas dos produtos forjados estão limitadas à temperatura de trabalho, isto é, entre os forjados a frio e a quente. Verificou-se anteriormente que o trabalho a frio proporciona ao produto conformado limites de resistências maiores e ductilidades menores. Os forjados a frio se apresentam com índice de rugosidades bem menor.

Equipamentos utilizados para forjar
Basicamente existem duas grandes famílias de equipamentos para forja, as prensas e os martelos e cada um deles se subdividem de forma genérica em alguns tipos peculiares.

Prensas de fuso

São constituídas de um par porca/parafuso, com a rotação do fuso, a massa superior se desloca, podendo estar fixada no próprio fuso ou então fixada à porca que neste caso deve ser móvel, dando origem a dois sub-tipos de prensas; as de fuso móvel; e as de porca móvel Ligado ao fuso há um disco de grande dimensão que funciona como disco de inércia, acumulando energia que é dissipada na descida. O acionamento das prensas de fuso podem ser de três tipos:
através de discos de fricção;
por acoplamento direto de motor elétrico;
acionado por engrenagens.

Prensas excêntricas ou mecânicas

Depois do martelo de forja, a prensa mecânica é o equipamento mais comumente utilizado. Pode ser constituído de um par biela/manivela, para transformar um movimento de rotação, em um movimento linear recíproco da massa superior da prensa.
Para melhorar a rigidez deste tipo de prensa algumas variações do modelo biela/manivela foram propostos assim nasceram as prensas excêntricas com cunha e as prensas excêntricas com tesoura conforme mostra a figura Prensas excêntricas com cunha e com tesoura que tem a finalidade de serem mais rígidas que uma prensa excêntrica convencional.
O curso do martelo neste tipo de prensa é menor que nos martelos de forjamento e nas prensas hidráulicas. O máximo de carga é obtido quando a massa superior está a aproximadamente 3mm acima da posição neutra central. São encontradas prensas mecânicas de 300 a 12.000 toneladas. A pancada de uma prensa é mais uma aplicação de carga crescente do que realmente um impacto. Por isto as matrizes sofrem menos e podem ser menos maciças. Porem o custo inicial de uma prensa mecânica é maior que de um martelo.


Prensas hidráulicas

As prensas hidráulicas são máquinas limitadas na carga, na qual a prensa hidráulica move um pistão num cilindro. A principal característica é que a carga total de pressão é transmitida em qualquer ponto do curso do pistão. Essa característica faz com que as prensas hidráulicas sejam particularmente adequadas para operações de forja do tipo de extrusão. A velocidade do pistão pode ser controlada e mesmo variada durante o seu curso.
A prensa hidráulica é uma máquina de velocidade baixa, o que resulta em tempos longos de contato com a peça que pode levar a problemas com a perda de calor da peça a ser trabalhada e com a deterioração da matriz. Por outro lado. a prensagem lenta de uma prensa hidráulica resulta em forjamento de pequenas tolerâncias dimensionais. As prensas hidráulicas são disponíveis numa faixa de 500 a 18.000 toneladas, já tendo sido construídas, também, prensas hidráulicas de 50.000 toneladas. O custo inicial de uma prensa hidráulica é maior do que o de uma prensa mecânica da mesma capacidade. São disponíveis na literatura técnica fatores para conversão entre a capacidade das prensas e dos martelos de forja.







Martelo Prensador
A peça mais comumente usada dos equipamentos de forja é o martelo de forja. Os dois tipos básicos de martelo são: martelo de queda livre com prancha e o martelo de duplo efeito. No martelo de queda com prancha, a matriz superior e a massa cadente são elevadas por rolos de atrito engrenados à prancha, correntes ou outros mecanismos. Quando a prancha é liberada, a massa cadente cai sob a influência da gravidade para produzir a energia da pancada. A prancha é imediatamente elevada para nova pancada. O forjamento com um martelo é normalmente feito com pancadas repetidas. Os martelos podem atingir entre 60 e 150 pancadas por minuto dependendo do tamanho e capacidade. A energia suprida pelas pancadas é igual à energia potencial devido ao peso da massa cadente e da altura de queda. Os martelos de queda são classificados pelo peso da massa cadente.
Entretanto, uma vez que o martelo é uma máquina limitada energeticamente. no qual a deformação se processa até que a energia cinética é dissipada pela deformação plástica da peça de trabalho ou pela deformação elástica das matrizes e da máquina, é mais correto classificar essas máquinas em termos da energia transmitida.
Uma capacidade maior de forja é atingida com um martelo de duplo efeito no qual o martelo é acelerado no seu curso descendente por pressão de vapor ou ar comprimido em adição à gravidade. O vapor ou ar comprimido podem também serem usados para elevar o martelo no seu curso ascendente. Nos martelos de queda o choque produzido pela queda da massa é transmitido para toda a estrutura da máquina, bem como para as fundações. O que é um grande transtorno.
Para amenizar este fato foram desenvolvidos os martelos de contragolpe, em que a chabota se movimenta ao mesmo tempo que a massa superior encontrando-se ambas no meio do percurso. Desta forma a reação do choque praticamente inexiste e não é transmitida para a estrutura da máquina e fundações. Mas dada a configuração deste tipo de martelo temos como desvantagens:
·         Maior desalinhamento entre as partes superior e inferior da matriz;
·         a força de forjamento deve estar localizada no meio da matriz para evitar grandes atritos entre as massas e as guias;
·         não é possível manipular a peça durante o movimento do martelo;
·         maiores despesas de manutenção
Uma característica comum aos martelos é que em função do forjamento ser feito por meio de golpes, o martelo adquire grande flexibilidade, pois enquanto as prensas são limitadas em termos de força (só podem ser aplicadas se a força requerida for menor que a disponível), nos martelos esta limitação não existe uma vez que o martelo aplicará golpes sucessivos até que a conformação desejada se processe. Desta forma os martelos são mais indicados para o uso com matrizes de múltiplas cavidades em que em um único bloco existem as cavidades para pré - conformação e conformação final.
Um outro aspecto relativo aos martelos é que estes requerem em média 400% mais energia, que as prensas, para executar a mesma deformação

Defeitos no processo de Forjamento
Os produtos forjados também apresentam defeitos típicos. Eles são:
Falta de redução – caracteriza-se pela penetração incompleta do metal na cavidade da ferramenta. Isso altera o formato da peça e acontece quando são usados golpes rápidos e leves do martelo.
Trincas superficiais – causadas por trabalho excessivo na periferia da peça em temperatura baixa, ou por alguma fragilidade a quente.
Trincas nas rebarbas – causadas pela presença de impurezas nos metais ou porque as rebarbas são pequenas. Elas se iniciam nas rebarbas e podem penetrar na peça durante a operação de rebarbação.
Trincas internas – originam-se no interior da peça, como conseqüência de tensões originadas por grandes deformações.
Gotas frias – são descontinuidades originadas pela dobra de superfícies, sem a ocorrência de soldagem. Elas são causadas por fluxos anormais de material quente dentro das matrizes, incrustações de rebarbas, colocação inadequada do material na matriz.
Incrustações de óxidos – causadas pela camada de óxidos que se formam durante o aquecimento. Essas incrustações normalmente se desprendem ma, ocasionalmente, podem ficar presas nas peças.
Descarbonetação – caracteriza-se pela perda de carbono na superfície do aço, causada pelo aquecimento do metal.
Queima – gases oxidantes penetram nos limites dos contornos dos grãos, formando películas de óxidos. Ela é causada pelo aquecimento próximo ao ponto de fusão.

Defeitos de Forjados
Defeito Descrição Problema Descontinuidade superficial Abertura superficial decorrente de projeto ou moldes inadequados Iniciação de trincas
Inclusão de Areia Preparação inadequada do molde Usinagem dificultada, iniciação de trincas Porosidade Inadequação de moldagem de macharia ou de fusão Aparência inadequada, perda de resistência
Trinca a Quente Projeto inadequado, molde e/ou macho muito rígidos Iniciação de trincas Rechupes Projeto inadequado de fundição Quebra Junta Fria Metal com Fluidez deficiente Perda de Resistência Granulação Grosseira Superaquecimento, dimensão inadequada do lingote, projeto de ferramental inadequado Quebra Suscetibilidade à fadiga, perda de propriedades dependendo da direção do esforço Dobras Caldeamento deficiente das superfícies gerando descontinuidade Aparecimento de concentradores de tensões podendo ocasionar trincas
Trincas Descontinuidade interna/externa com diversas possibilidades de origem Quebra
Vantagens e Desvantagens do Processo de Forjamento
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

Aplicações
De um modo geral, todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a produção de peças forjadas são os aços (comuns e ligados, aços estruturais, aços para cementação e para beneficiamento, aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos, aços ferramenta), ligas de alumínio, de cobre (especialmente os latões), de magnésio, de níquel (inclusive as chamadas superligas, como Waspaloy, Astraloy, Inconel, Udimet 700, etc., empregadas principalmente na indústria aeroespacial) e de titânio.
O material de partida é geralmente fundido ou, mais comumente, laminado - condição esta que é preferível, por apresentar uma microestrutura mais homogênea. 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, etc., podem ser forjadas a partir de recortes de chapas laminadas.

quinta-feira, 19 de agosto de 2010

MÉTODOS DE CONFORMAÇÃO



Antes de 4000AC os homens das cavernas empregavam ouro e cobre nativos e meteoritos ricos em ferro, sem fundi-los, para a confecção de pequenos artefatos metálicos. Este metais eram martelados para adquirirem a forma desejada e endurecerem (encruarem). Deste Tempo até a atualidade os processos de conformação mecânica evoluíram muito e estão presentes em praticamente tudo que utilizamos. Atualmente, são fabricados desde pequenas peças como agulhas e pregos até navios, onde as chapas utilizadas são feitas por conformação mecânica.
Características
Os processo de conformação mecânica altera a geometria do material através de forças aplicadas por ferramentas adequadas que podem variar desde pequenas matrizes até grandes cilindros, como os empregados na laminação. Em função da temperatura e do material utilizado a conformação mecânica pode ser classificada como trabalho a frio, a morno e a quente. Cada um destes trabalhos fornecera características especiais ao material e à peça obtida. Estas características serão função da matéria prima utilizada como composição química e estrutura metalúrgica (Natureza, Tamanho, forma e distribuição das fases presentes) e das condições impostas pelo processo tais como o tipo e o grau de deformação, a velocidade de deformação e a temperatura em que o material é deformado.
Conformação é o processo mecânico onde se obtém peças através da compressão de metais sólidos em moldes, utilizando a deformação plástica da matéria-prima para o preenchimento das cavidades dos moldes.
O processo pode ou não ser executado com o aquecimento da matéria-prima, para facilitar o processo ou para modificar das características mecânicas da peça final.
Com conformação a quente pode-se conformar peças com menos gasto de energia (maior produtividade) e não tornando necessário um tratamento térmico, pois a conformação a quente é feita com temperaturas acima do ponto critico do diagrama ferro-carbono, logo a essa temperatura a estrutura se recristaliza simultaneamente com deformação sofrida.
Na conformação a frio temos a vantagem de ter um melhor acabamento final na peça, e o material da peça fica encruado, isso ajuda a aumentar a resistência mecânica, mas diminui a ductilidade.

PRINCIPAIS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
O número dos diferentes processos unitários de conformação mecânica, desenvolvidos para aplicações específicas, atinge atualmente algumas centenas. Não obstante, é possível classificá-los num pequeno número de categorias, com base em critérios tais como: o tipo de esforço que provoca a deformação do material, a variação relativa da espessura da peça, o regime da operação de conformação, o propósito da deformação. Basicamente, os processos de conformação mecânica podem ser classificados em:


Forjamento: conformação por esforços compressivos tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada matriz ou estampo.






Laminação: conjunto de processos em que se faz o material passar através da abertura entre cilindros que giram, modificando-lhe (em geral reduzindo) a seção transversal; os produtos podem ser placas, chapas, barras de diferentes seções, trilhos, perfis diversos, anéis e tubos.


Trefilagem: redução da seção transversal de uma barra, fio ou tubo, “puxando-se” a peça através de uma ferramenta (fieira ou trefila) com forma de canal convergente.






Extrusão: processo em que a peça é “empurrada” contra a matriz conformadora, com redução da sua seção transversal. A parte ainda não extrudada fica contida num recipiente ou cilindro (container); o produto pode ser uma barra, perfil ou tubo.



Estampagem: o processo de transformação mecânica, geralmente realizado a frio, onde através de ferramentas adequadas à prensa, submetemos os material ao processo de moldagem de formas geralmente propostas a chapas
 
Conformação de chapas: Compreende as operações de:
Embutimento;
Estiramento;
Corte;
Dobramento.

MÁQUINAS UTILIZADAS             
A maior parte da produção seriada de partes conformadas a partir de chapas finas é realizada em prensas mecânicas ou hidráulicas.
Nas prensas mecânicas a energia é geralmente, armazenada num volante e transferida para o cursor móvel no êmbolo da prensa. As prensas mecânicas são quase sempre de ação rápida e aplicam golpes de curta duração, enquanto que as prensas hidráulicas são de ação mais lenta, mas podem aplicar golpes mais longos. As prensas podem ser de efeito simples ou de duplo efeito.
Algumas vezes pode ser utilizado o martelo de queda na conformação de chapas finas. O martelo não permite que a força seja tão bem controlada como nas prensas, por isso não é adequado para operações mais severas de conformação.
OBS: As máquinas de conformar serão tratadas mais detalhadamente em seção específica.

FERRAMENTAL ACESSÓRIO
As ferramentas básicas utilizadas em uma prensa de conformação de peças metálicas são o punção e a matriz.
O punção, normalmente o elemento móvel, é a ferramenta convexa que se acopla com a matriz côncava. Como é necessário um alinhamento acurado entre a matriz e o punção, é comum mantê-los permanentemente montados em uma subprensa, ou porta matriz, que pode ser rapidamente inserida na prensa.
Geralmente, para evitar a formação de rugas na chapa a conformar usam-se elementos de fixação ou a ação de grampos para comprimir o "blank" contra a matriz. A fixação é conseguida por meio de um dispositivo denominado anti-rugas ou prensa-chapas, ou ainda, em prensas de duplo efeito por um anel de fixação.
A seguir especificam-se alguns dos conjuntos típicos do ferramental usado em processos específicos, a saber: estampagem profunda, conformação progressiva (corte/perfuração), processo Guerin e repuxamento.
Freqüentemente, matrizes e punções são projetados para permitir que os estágios sucessivos de conformação de uma peça sejam efetuados na mesma matriz, a cada golpe da prensa. Este procedimento é conhecido como conformação progressiva.
Um exemplo é a matriz para recorte e perfuração de arruelas planas, figura abaixo. A tira metálica é alimentada, deslizando até a primeira posição de corte. O furo da arruela é puncionado . Segue-se um segundo deslizamento, após o que a arruela é recortada. Durante o corte da arruela o punção executa o furo central da próxima peça.
O processo Guerin é uma variação do processo convencional de matriz e punção. Neste processo, ver figura, uma "almofada" de borracha serve como matriz. O punção é fixado à base de uma prensa hidráulica de efeito simples a camada de borracha fica numa caixa retentora, na trave superior da prensa. O disco (ou blank) é colocado sobre o bloco de modelar (punção), e pressionado contra a borracha. Uma pressão aproximadamente uniforme é conseguida entre a borracha e o disco (blank). Este processo permite a fácil produção de peças rasas flangeadas, com flanges estirados.           
O repuxamento é um método empregado para a fabricação de fundos para tanques de aço e outras peças profundas de simetria circular. O "blank" é fixado contra um bloco de modelagem que gira em alta velocidade. O "blank" é conformado progressivamente contra o bloco por intermédio de uma ferramenta manual ou através de roletes, ver figura abaixo.