Práticas De Processos De Natureza Mecânica (19046)-Livro php

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Indaial – 2020
Práticas de 
Processos de 
Natureza MecâNica
Prof.ª Vanessa Moura de Souza
2a Edição
Copyright © UNIASSELVI 2020
Elaboração:
Prof.ª Vanessa Moura de Souza
Revisão, Diagramação e Produção:
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI
Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri 
UNIASSELVI – Indaial.
Impresso por:
S729p
 Souza, Vanessa Moura de
 Práticas de processos de natureza mecânica. / Vanessa Moura de 
Souza. – Indaial: UNIASSELVI, 2020.
 174 p.; il.
 ISBN 978-65-5663-197-4
 ISBN Digital 978-65-5663-198-1
1. Conformação mecânica. - Brasil. Centro Universitário Leonardo Da Vinci.
CDD 671.3
aPreseNtação
Olá, acadêmico! É com grande satisfação que elaboramos o Livro 
Didático Práticas de Processos de Natureza Mecânica! Desejamos que você 
se aproxime desta disciplina e perceba quanto o seu estudo é indispensável 
na otimização de produtos, na implementação de novas tecnologias, na 
prevenção de falhas e melhorias de processos já existentes. 
Na Unidade 1, estudaremos os parâmetros fundamentais da 
conformação mecânica, lei da constância e volume, seus cálculos básicos e 
os principais processos: trefilação, laminação, forjamento e extrusão. Esses 
temas são importantes, pois são os principais processos de fabricação de peças 
nas grandes indústrias. Logo, provavelmente, você trabalhará ou pesquisará 
algum desses temas dentro da sua jornada acadêmica ou profissional.
A Unidade 2 abrangerá os processos de fabricação com remoção 
de cavaco, ou seja, processos de usinagem. Também serão abordados os 
seguintes temas: máquinas de comando numérico, CNCs e máquinas de 
corte a laser e fabricação de chapas. Com a evolução industrial, as máquinas 
convencionais foram atualizadas para máquinas de comando numérico 
computadorizadas.
Já a Unidade 3, por sua vez, contempla o conteúdo relacionado aos 
processos tecnológicos, como metalurgia do pó, fundição, estampagem 
e principais inovações da área. As empresas necessitam de profissionais 
com múltiplos conhecimentos, por isso, aprender a respeito dos processos 
inovadores pode trazer uma nova perspectiva e opções para processos já 
existentes, e você, como engenheiro, deve ser capaz de realizar essas análises. 
 Todos os cálculos, assim como o entendimento de cada um desses 
processos, serão importantes nos projetos de engenharia, nos trabalhos 
acadêmicos e nos seminários interdisciplinares. 
Bons estudos!
Profª. M.Sc. Vanessa Moura de Souza
Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para 
você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novi-
dades em nosso material.
Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é 
o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um 
formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. 
O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagra-
mação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui 
para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo.
Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, 
apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilida-
de de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. 
 
Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para 
apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assun-
to em questão. 
Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas 
institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa 
continuar seus estudos com um material de qualidade.
Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de 
Desempenho de Estudantes – ENADE. 
 
Bons estudos!
NOTA
Olá acadêmico! Para melhorar a qualidade dos 
materiais ofertados a você e dinamizar ainda mais 
os seus estudos, a Uniasselvi disponibiliza materiais 
que possuem o código QR Code, que é um código 
que permite que você acesse um conteúdo interativo 
relacionado ao tema que você está estudando. Para 
utilizar essa ferramenta, acesse as lojas de aplicativos 
e baixe um leitor de QR Code. Depois, é só aproveitar 
mais essa facilidade para aprimorar seus estudos!
UNI
Olá, acadêmico! Iniciamos agora mais uma disciplina e com ela 
um novo conhecimento. 
Com o objetivo de enriquecer seu conhecimento, construímos, além do livro 
que está em suas mãos, uma rica trilha de aprendizagem, por meio dela você 
terá contato com o vídeo da disciplina, o objeto de aprendizagem, materiais complemen-
tares, entre outros, todos pensados e construídos na intenção de auxiliar seu crescimento.
Acesse o QR Code, que levará ao AVA, e veja as novidades que preparamos para seu estudo.
Conte conosco, estaremos juntos nesta caminhada!
LEMBRETE
suMário
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA ............................................ 1
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS ........................................................................... 3
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 3
2 TENSÃO E DEFORMAÇÃO ............................................................................................................ 3
3 LEI DA CONSTÂNCIA E VOLUME E VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO......................... 7
4 CONDIÇÕES DE ESCOAMENTO .................................................................................................. 9
5 ATIVIDADE PRÁTICA – CURVAS DE ESCOAMENTO ......................................................... 12
5.1 ATIVIDADE PRÁTICA ................................................................................................................ 14
5.2 REFLEXÕES DA PRÁTICA ......................................................................................................... 14
RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 16
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 17
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO ............................................................................................................... 19
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 19
2 TREFILAÇÃO ..................................................................................................................................... 20
3 FORÇA DE TREFILAÇÃO ............................................................................................................... 25
4 LUBRIFICAÇÃO ................................................................................................................................ 32
5 ATIVIDADE PRÁTICA – TREFILAÇÃO ...................................................................................... 38
5.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ......................................................................................................... 38
RESUMO DO TÓPICO 2..................................................................................................................... 39
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 40
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO ............................................................................. 41
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 41
2 LAMINAÇÃO .....................................................................................................................................41
3 FORJAMENTO ................................................................................................................................... 46
4 ATIVIDADE PRÁTICA – ENSAIO DO ANEL ............................................................................ 52
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ......................................................................................................... 53
LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................ 55
RESUMO DO TÓPICO 3..................................................................................................................... 61
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 62
UNIDADE 2 — USINAGEM .............................................................................................................. 63
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS ............................................................................ 65
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 65
2 TORNEAMENTO .............................................................................................................................. 66
2.1 VELOCIDADE DE CORTE ......................................................................................................... 71
3 FRESAGEM ......................................................................................................................................... 75
4 ATIVIDADE PRÁTICA – USINAGEM DE PEÇA CILÍNDRICA ............................................ 82
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ......................................................................................................... 83
RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 85
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 86
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC) .... 87
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 87
2 COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO .................................................................. 87
3 PROGRAMAÇÃO DE CNC ............................................................................................................ 90
4 ATIVIDADE PRÁTICA – PROGRAMAÇÃO E USINAGEM POR CNC ............................ 102
4.1 REFLEXÃO DA PRÁTICA ........................................................................................................ 103
RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................... 105
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 106
TÓPICO 3 — MÁQUINAS DE CORTE ......................................................................................... 107
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 107
2 CORTE DE CHAPAS ....................................................................................................................... 107
3 MÁQUINA A LASER ...................................................................................................................... 110
4 ATIVIDADE PRÁTICA – CORTE A LASER .............................................................................. 111
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ....................................................................................................... 112
LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................................... 113
RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................... 115
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 116
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS ........................................................................................ 117
TÓPICO 1 — METALURGIA DO PÓ ............................................................................................. 119
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 119
2 METALURGIA DO PÓ ................................................................................................................... 120
3 TENDÊNCIAS DE FABRICAÇÃO ............................................................................................... 127
3.1 FILTROS DE ADESÃO .............................................................................................................. 127
3.2 ROTORES E ESTATORES DE MINIMOTOR ......................................................................... 128
3.3 TUBEIRA DE FOGUETE ........................................................................................................... 130
4 ATIVIDADE PRÁTICA – METALURGIA DO PÓ ................................................................... 131
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ....................................................................................................... 132
RESUMO DO TÓPICO 1................................................................................................................... 134
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 135
TÓPICO 2 — FUNDIÇÃO ................................................................................................................ 137
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 137
2 FUNDIÇÃO ....................................................................................................................................... 137
3 TEMPO DE SOLIDIFICAÇÃO ..................................................................................................... 147
4 ATIVIDADE PRÁTICA – PROJETO DE FUNDIÇÃO ............................................................. 150
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ....................................................................................................... 152
RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................... 153
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 154
TÓPICO 3 — ESTAMPAGEM .......................................................................................................... 155
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 155
2 ESTAMPAGEM PROFUNDA ....................................................................................................... 155
3 PROCESSOS ESPECIAIS .............................................................................................................. 159
4 ATIVIDADE PRÁTICA – ESTAMPAGEM DE PEÇA METÁLICA ....................................... 160
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA ....................................................................................................... 161
LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................................... 162
RESUMO DO TÓPICO 3...................................................................................................................166
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 167
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................... 169
1
UNIDADE 1 — 
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO 
MECÂNICA
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• entender e calcular os parâmetros fundamentais;
• conhecer os principais processos de conformação mecânica;
•	 estudar	os	processos	de	trefilação	e	laminação;
• realizar práticas interativas.
Esta unidade está dividida em três tópicos. No decorrer da unidade, 
você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo 
apresentado.
TÓPICO 1 – PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
TÓPICO 2 – TREFILAÇÃO
TÓPICO 3 – FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos 
em frente! Procure um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá 
melhor as informações.
CHAMADA
3
TÓPICO 1 — 
UNIDADE 1
PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
1 INTRODUÇÃO
Os diferentes métodos de fabricação de peças metálicas podem ocorrer 
conforme o tipo de esforço que provoca a deformação no material. Estes podem ser 
classificados	em:	separação	que	ocorre	na	usinagem;	junção	por	solda;	fundição;	
ou por conformação mecânica. Nesta unidade, estudaremos a conformação 
mecânica. 
A	definição	do	conceito	de	conformabilidade	é,	 em	geral,	 a	 capacidade	
de um material de não fraturar enquanto é conformado plasticamente. Quando a 
tensão aplicada é removida, o fenômeno é conhecido como recuperação elástica. 
Os processos de conformação plástica permitem a fabricação de peças, 
no estado sólido, com características controladas. De uma forma 
resumida,	o	objetivo	é	a	obtenção	de	produtos	finais	com	especificação	
de: a) dimensão e forma; b) propriedades mecânicas; c) condições 
superficiais,	 conciliando	 a	 qualidade	 com	 elevadas	 velocidades	 de	
produção e baixos custos de fabricação (BRESCIANI FILHO et al., 
2011, p. 12).
É	a	relação	entre	sua	resposta	ou	sua	deformação	a	uma	carga	ou	força	
aplicada que representa o comportamento mecânico de um material. 
Devem	 ser	 considerados	 fatores	 como	 a	 natureza	 da	 carga	 aplicada	 e	
sua	magnitude,	sendo	importante	determinar	as	tensões	e	suas	distribuições	em	
membros	que	estão	sujeitos	a	cargas	bem	definidas	(SCHAEFFER,	2009).	
Neste tópico, estudaremos os conceitos de tensão, deformação, condições 
de	escoamento	e	a	lei	da	constância	e	volume,	que	rege	os	processos	de	conformação	
mecânica.
2 TENSÃO E DEFORMAÇÃO 
Durante	 a	 conformação	 de	metais,	 é	 aplicada	 uma	 carga	 que,	 quando	
alterada,	 pode	mudar	 sua	 forma	 e	 o	 seu	 tamanho,	 especificada	 pelo	 conceito	
da	 deformação	 normal	 e	 por	 cisalhamento.	De	modo	 geral,	 as	mudanças	 não	
são	uniformes	 em	 todo	o	 seu	volume,	gerando	uma	variação	ao	 longo	do	 seu	
comprimento, pois elas dependem da orientação do ponto analisado.
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
4
Um	 corpo,	 quando	 submetido	 a	 um	 carregamento	 externo,	 tem	 sua	
forma	 modificada,	 e	 essas	 forças	 podem	 provocar	 deformações	 elásticas	 ou	
plásticas. Na conformação plástica de metais, as deformações impostas, as quais 
são	permanentes	em	decorrência	da	atuação	de	esforços,	são	grandes,	e	pode-se	
considerar que o volume permanece constante durante o processo de fabricação. 
A	 maioria	 dos	 projetos	 de	 engenharia	 envolve	 aplicações	 para	 as	 quais	 são	
permitidas somente pequenas deformações. Avaliando que estas ocorram no 
interior	de	um	corpo	e	sejam	quase	infinitesimais,	para	fins	de	cálculo,	considera-
se a análise de pequenas deformações.
Nos	ensaios	de	tração	e	compressão,	pode-se	calcular	os	valores	de	tensão	
e	deformação	do	material,	gerando	um	diagrama	que	pode	 ser	descrito	numa	
curva	 real	 ou	de	 engenharia.	No	gráfico	 convencional,	 é	 o	 quociente	 (divisão)	
da	 carga	 aplicada	 e	 a	 área	 original	 da	 secção	 transversal	 do	 corpo	 de	 prova,	
considera-se	que	a	tensão	é	constante	em	todos	os	pontos.	
Matematicamente,	na	Equação	1,	obtém-se	a	tensão	convencional,	ou	de	
engenharia,	expressa	em	Pascal	(N/m²),	por	meio	da	razão	entre	a	força	da	carga	
P (N) e a seção transversal inicial A0	 (m²).	Da	mesma	maneira,	considerando	a	
deformação	constante	em	todos	os	pontos	do	corpo	de	prova,	a	equação	de	ε,	
deformação, apresenta essa relação de forma adimensional, cuja deformação de 
engenharia	é	encontrada	se	dividindo	o	alongamento	total	da	barra	(δ),	que	é	a	
variação do comprimento de referência (L -L0), pelo comprimento inicial (L0).
Para	obter	a	tensão	e	a	deformação	real,	respectivamente,	utilizam-se	as	
equações	a	 seguir,	nas	quais	o	valor	 real	de	 tensão	é	 calculado	dividindo-se	a	
força	da	carga	P	(N)	pela	área	instantânea	da	seção	transversal	durante	o	teste	
A	(m²).	A	deformação	verdadeira	é	feita	pelo	logaritmo	natural	do	quociente	da	
largura	final	(L)	pela	largura	inicial	(L0).
A deformação de metais, durante os ensaios, ocorre em duas fases 
diferentes:	 inicialmente,	 a	 deformação	 homogênea,	 até	 chegar	 a	 uma	 força	
máxima,	e,	depois,	a	deformação	não	homogênea,	que	é	localizada	no	ponto	de	
estricção	(SCHAEFFER,	2009).
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
5
O	 gráfico	 de	 tensão-deformação	 é	 uma	 ferramenta	 importante	 na	
engenharia,	pois	dele	extraem-se	dados,	como	resistência	à	tração	ou	compressão.	
O eixo das abscissas demonstra o limite de deformação, enquanto, na ordenada, 
têm-se	os	valores	que	apontam	para	o	limite	de	tensão;	a	partir	da	plotagem	desses	
pontos,	obtém-se	a	curva	característica.	Os	mesmos	materiais	não	apresentarão	
diagramas	 iguais,	 em	 razão	 dos	 fatores	 que	 influenciam	 os	 resultados,	 como	
composição	 química,	 imperfeições	 microscópicas,	 fabricação,	 taxa	 de	 carga	 e	
temperatura utilizada no teste (SPIM; GARCIA; SANTOS, 2012).
Os	diagramas	real	e	convencional	podem	ser	considerados	coincidentes	
quando	 a	 modificação	 for	 pequena,	 pois	 as	 diferenças	 aparecem	 na	 faixa	 do	
endurecimento.	 Na	 maioria	 dos	 projetos	 de	 engenharia,	 considera-se	 a	 faixa	
elástica do material, na qual a distorção não é severa. Tensão e deformação reais 
do	 material	 são	 definidas	 ao	 se	 considerarem	 as	 medidas	 da	 área	 de	 secção	
transversal	e	do	comprimento	do	corpo	de	prova	no	instante	em	que	a	carga	é	
medida (CETLIN, 2006).
Uma	das	razões	do	uso	de	diagramas	tensão-deformação	convencionais,	
comparados	 aos	 valores	 reais,	 é	 que	 a	 deformação	 nos	 materiais	 rígidos	
permanecerá pequena até o limite de elasticidade, associando um erro pequeno 
de	 utilização	 de	 engenharia.	 Os	 valores	 da	 curva	 relativa	 são	 usados	 para	 o	
dimensionamento de componentes para máquina, mas não para a avaliação do 
comportamento de materiais em processo de conformação mecânica (SPIM, 2012). 
Segundo	 Hibbeler	 (2010),	 as	 características	 de	 uma	 curva	 tensão-
deformação convencional para um aço podem ser descritas por quatro momentos 
distintos:	 região	 elástica,	 escoamento,	 endurecimento	 e	 estricção,	 conforme	
descrito	a	seguir: 
•	 Região	 de	 comportamento	 elástico:	 corresponde	 à	 primeira	 região	 de	
deformação	do	corpo	de	prova.	Nessa	área,	observa-se	o	fenômeno	do	efeito	
elástico,	 em	 que,	 ao	 cessar	 a	 aplicação	 da	 carga,	 o	 corpo	 retorna	 para	 sua	
condição	original,	anterior	à	deformação.	
•	 Região	de	deslizamento	de	discordâncias	(escoamento):	corresponde	ao	início	
da deformação plástica do material, na qual a tensão pode sofrer oscilações que 
dependerão da acomodação das discordâncias no interior da rede cristalina 
do	material.	A	tensão	de	escoamento	é	o	valor	que	marca	a	passagem	da	zona	
elástica	para	a	plástica.	Quando	esse	valor	não	é	bem	definido,	traça-se	uma	
linha	paralela	à	região	linear	da	curva,	deslocando-a	0,2%	para	a	direita	(valor	
convencionado para aços), sendo aceitaa tensão de escoamento do material 
como o ponto de interseção entre a linha deslocada e a curva obtida no ensaio.
•	 Região	 de	 encruamento	 uniforme	 (endurecimento):	 corresponde	 ao	
encruamento	 propriamente	 dito,	 pois,	 à	 medida	 que	 os	 planos	 cristalinos	
escorregam	 entre	 si,	 eles	 são	 gradativamente	 travados	 pelas	 discordâncias	
que	atingem	os	contornos	de	grão,	exigindo	cada	vez	mais	tensão	para	que	a	
deformação continue atuando. 
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
6
•	 Região	 de	 encruamento	 não	 uniforme	 (estricção):	 é	 a	 última	 região	 de	
deformação, por meio da qual passa a existir o processo de ruptura do corpo 
de prova. O limite de resistência é a tensão máxima que o material suporta, 
situado	 na	 região	 de	 declividade	 nula	 do	 diagrama.	 Para	 um	 material	 de	
alta capacidade de deformação permanente, o diâmetro do corpo começa a 
decrescer,	 rapidamente,	 ao	 ultrapassar	 essa	 tensão	máxima.	Assim,	 a	 carga	
necessária para continuar a deformação diminui até a ruptura total. 
Em 1676, Robert Hooke descobriu que o aumento da tensão eleva, 
proporcionalmente, a deformação de materiais elásticos. Essa relação linear entre 
tensão	e	deformação	pode	ser	expressa	por	Thomas	Young,	em	1807,	como:
Na Equação 5, a constante de proporcionalidade (E) é o módulo de 
elasticidade	 ou	módulo	de	Young.	 Esse	 coeficiente	 angular	 da	parte	 linear	 do	
diagrama	tensão-deformação	(σ	x	ε)	representa	a	inclinação	da	reta.	Cada	material	
apresenta	valor	diferente,	dependendo	da	sua	composição;	para	aços,	em	geral,	
considera-se	convenção	um	valor	de	E	=	200	GPa	(HIBBELER,	2010).
Tendo em vista que apenas os materiais com comportamento elástico 
apresentam o módulo de elasticidade, importante propriedade mecânica que 
representa	 a	 sua	 rigidez,	 no	 diagrama	 tensão-deformação,	 verifica-se	 que,	
onde	ocorre	 a	 zona	 elástica,	 os	materiais	de	 engenharia	mostram	uma	 relação	
linear	entre	tensão	e	deformação.	O	grau	ao	qual	uma	estrutura	se	deforma	ou	
se	esforça	depende	da	magnitude	da	carga	imposta.	Para	a	maioria	dos	metais	
que são submetidos a uma tração em níveis relativamente baixos, a tensão e a 
deformação são proporcionais entre si, de acordo com a Lei de Hooke. Quando 
o	 comportamento	 do	material	 é	 linear,	 a	 tensão	 é	 proporcional	 à	 deformação	
da	 região	 elástica,	 caso	 em	que	 se	 aplica	 a	Lei	de	Hooke.	Pode-se	 expressar	 a	
densidade	de	energia,	em	termos	da	tensão	uniaxial,	como	módulo	de	resiliência,	
para	representar	sua	capacidade	de	absorver	energia	sem	sofrer	qualquer	dano	
permanente.
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
7
FIGURA 1 – TENSÃO-DEFORMAÇÃO
FONTE: Hibbeler (2010, p. 59)
O	módulo	de	 tenacidade	 indica	a	densidade	de	energia	de	deformação	
do material antes da ruptura, característica relevante para o projeto de elementos 
estruturais	que	podem	ser	sobrecarregados	acidentalmente.	Os	materiais	com	alto	
módulo	de	tenacidade	sofrerão	grande	distorção,	enquanto	os	com	baixo	valor	
podem	sofrer	ruptura	repentina.	As	ligas	metálicas	podem	mudar	a	resiliência	e	
a	tenacidade	do	material,	alterando	o	diagrama	tensão-deformação	quando	o	teor	
de	carbono	na	liga	é	modificado	(HIBBELER,	2010).
3 LEI DA CONSTÂNCIA E VOLUME E VELOCIDADE DE 
DEFORMAÇÃO
Considera-se	a	deformação	em	um	corpo	 (Figura	2),	 sendo	os	volumes	
inicial	e	final	de	um	corpo	dados	por:
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
8
FIGURA 2 – VARIAÇÃO DAS DIMENSÕES
FONTE: Schaeffer (2009, p. 5)
Isso	significa	que	o	volume	permanece	constante	durante	todo	o	processo	
de conformação, independentemente de mudar sua forma, isto é, a fabricação 
da peça altera o seu formato, porém, mantém o volume inicial. As deformações 
em	 largura,	 comprimento	 e	 altura	 são	 consideradas	 os	 três	 tipos	 principais,	
correspondendo a um sistema de eixos cartesianos (eixos x, y e z). Conhecendo 
as três deformações principais, é possível calcular a deformação equivalente 
utilizando	equação	a	seguir:
Segundo	 a	 Lei	 de	 Constância	 de	 Volume,	 o	 volume	 inicial	 do	 corpo	
equivale	ao	volume	final,	ou	seja,	durante	a	deformação	do	material,	o	volume	
não se altera. Portanto, quando a altura da peça é diminuída, tanto o comprimento 
quanto	a	largura	são	aumentados,	e	o	somatório	das	três	deformações	principais	
é	igual	a	zero:
A velocidade de deformação (𝜑)	pode	ser	definida	como	a	relação	entre	a	
velocidade da ferramenta (vf) e a altura instantânea (h):
� � � �eq b l h� � � �
2
3
2 2 2( )
� � �b l h� � � 0
�
.
[ ]b
fv
h
s� �1
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
9
A velocidade de deformação é utilizada para calcular a tensão de 
escoamento durante os processos de conformação, uma vez que há uma relação 
direta, ou seja, o aumento da velocidade de deformação provoca o aumento 
da tensão de escoamento. Normalmente, prensas mecânicas usam maiores 
velocidades da ferramenta, alcançando, consequentemente, maiores velocidades 
de deformação. Por outro lado, prensas hidráulicas usam baixas velocidades da 
ferramenta,	atingindo	velocidades	de	deformação	consideravelmente	baixas.	
4 CONDIÇÕES DE ESCOAMENTO
A tensão de escoamento é um dos principais parâmetros, e o seu 
conhecimento	é	indispensável	para	poder	calcular	força,	trabalho/energia,	prever	
o	 preenchimento	 das	 cavidades	 da	 matriz	 e	 os	 desgastes	 apresentados	 nas	
ferramentas etc.
A	 resistência	 ao	 escoamento	 é	 uma	 grandeza	 muito	 importante	 na	
conformação	 mecânica,	 sendo	 influenciada	 por	 material,	 microestrutura,	
temperatura,	 deformação	 e	 velocidade	 de	 modificação.	 Esse	 conhecimento	 é	
fundamental tanto para o cálculo de força e trabalho como para o dimensionamento 
de matrizes e o cálculo de parâmetros internos nos materiais conformados.
Grande	 parte	 das	 estruturas	 é	 construída	 para	 assegurar	 que	 ocorrerá	
deformação elástica apenas com a aplicação de uma tensão. Assim, é interessante 
conhecer onde a deformação plástica ou o fenômeno do escoamento tem início. O 
ponto de escoamento de metais, que experimentam essa transição elastoplástica 
gradual,	pode	ser	definido	no	local	em	que	há	afastamento	inicial	da	linearidade	
na	curva	tensão-deformação,	também	chamado	de	limite	de	proporcionalidade	
Young;	 é	 o	maior	 valor	 de	 tensão	 para	 o	 qual	 ainda	 é	 válida	 a	 Lei	 de	Hooke	
(TARDIN;	MATTEDI,	2008).
A	prática	usual	consiste	em	definir	a	tensão-limite	de	escoamento	como	
a	carga	necessária	para	produzir	uma	determinada	quantidade	de	deformação.	
A	 transição	 ocorre	 de	maneira	 abrupta	 e,	 normalmente,	 é	 bem	 definida	 para	
materiais dúcteis. 
Define-se	 tensão	de	 escoamento	 como	o	valor	 necessário	para	 iniciar	 a	
deformação plástica em um material, o qual pode endurecer até que os limites de 
escoamento	e	de	resistência	à	tração	sejam	iguais	e	que	não	haja	mais	ductilidade.	
No	ponto	final	da	curva	tensão-deformação,	quando	o	metal	não	pode	mais	ser	
alterado plasticamente, ocorre a fratura.
O	valor	máximo	da	tensão,	antes	de	romper,	é	denominado	resistência	à	
ruptura	do	material,	calculada	pela	divisão	da	carga	máxima	que	suporta,	antes	
da ruptura, pela área da seção transversal inicial do corpo de prova:
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
10
Os materiais dúcteis são os mais utilizados em projetos em decorrência 
de	 sua	 capacidade	de	 absorver	 choque	 ou	 energia.	Normalmente,	 apresentam	
grande	deformação	antes	de	falhar,	quando	submetidos	a	cargas.	A	ductilidade	de	
um material pode ser calculada por meio da deformação de ruptura do corpo de 
prova,	expressa	em	percentual	de	alongamento	ou	da	redução	da	área	no	instante	
de	 ruptura,	 dentro	 da	 região	 de	 estricção.	 Um	 metal	 com	 boa	 ductibilidade,	
quando rompido por tração, apresenta as características principais da fratura 
dúctil:	zona	fibrosa	no	centro	do	corpo	de	prova	(“taça”),	zona	radial	adjacente	
e	zona	de	cisalhamento	nas	bordas	(“cone”).	De	acordo	com	a	Figura	3	(letra	c),	
quanto	menos	dúctil	for	o	metal,	menor	seráo	tamanho	da	zona	fibrosa,	até	se	
tornar macroscopicamente nula, sendo a fratura considerada de caráter dúctil. 
FIGURA 3 – REPRESENTAÇÃO DE FRATURAS: (A) FRÁGIL; (B) MUITO DÚCTIL; (C) DÚCTIL
FONTE: Souza (1986, p. 85)
O	 formato	da	 curva	 tensão	verdadeira	 e	deformação	na	 região	plástica	
pode ser expresso pela equação de Hollomon, que descreve um comportamento 
elastoplástico com encruamento:
Em	que	C	é	o	coeficiente	de	resistência	ou	a	constante	plástica;	quando	
se	 considera	 a	 deformação	 (φ)	 igual	 a	 1,	 C	 é	 igual	 à	 tensão	 (kf),	 e	 o	 grau	 de	
encruamento (n) é obtido pela inclinação da reta. As equações relacionam a 
tensão verdadeira kf (MPa),	 sendo	a	 força	F(N)	a	área	 instantânea	A	(mm²)	e	a	
deformação	verdadeira	(φ)	obtida	pelo	logaritmo	natural	da	deformação	real	(ε)	
somado	a	1,	conforme	equações	a	seguir:
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
11
Com	a	definição	matemática,	considera-se	que	a	deformação	é	 igual	ao	
grau	de	encruamento	no	ponto	de	início	da	estricção,	valor	de	carga	máxima.	Em	
função	da	microestrutura,	que	é	sensível	ao	tamanho	do	grão	e	da	quantidade	
de	impurezas	contidas	no	material,	esse	valor	pode	ser	influenciado.	Entretanto,	
quanto	 maior	 o	 grau	 de	 homogeneização,	 melhor	 o	 material	 distribuirá	 as	
deformações	ao	longo	do	seu	volume.	
Essas equações descrevem o comportamento do material quando acima 
do limite de escoamento e são fundamentais para o cálculo da força, do trabalho 
de conformação e do dimensionamento de matrizes. São usualmente obtidas por 
meio de ensaios com estado de tensões uniaxial, como compressão. A equação de 
Hollomon	indica,	também,	que	o	coeficiente	n	é	uma	medida	da	ductilidade,	uma	
vez que indica a deformação verdadeira para a qual se inicia a estricção do metal. 
A equação da reta para a conformação a frio pode ser expressa como:
Quando ocorre uma deformação plástica, o material sofre um 
endurecimento	 decorrente	 da	 modificação	 permanente	 na	 rede	 cristalina,	 o	
encruamento. Ao transpor a curva de tensão verdadeira e deformação verdadeira 
na	escala	logarítmica,	em	que	a	maioria	dos	materiais	é	bem	definida,	obtém-se	
uma	reta,	cuja	inclinação	dá	o	grau	de	encruamento	obtido	por	Souza	(1986):
FIGURA 4 – GRAU DE ENCRUAMENTO
FONTE: ASM International (2002, p. 10)
A	maioria	dos	metais	apresenta	valores	de	n	entre	0,10	e	0,50,	considerando-
se	que,	se	n	=	0,	o	sólido	é	perfeitamente	plástico	e,	se	n	=	1,	o	sólido	é	elástico.	
Os	 valores	 propostos	 pela	 ASM	 International	 (2002),	 para	 o	 coeficiente	 de	
encruamento	(n)	e	tensão	verdadeira	(K),	são	expostos	a	seguir: 
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
12
Metais Condição n K (Mpa)
Aço 
carbono 
0,05%
Recozido 0,26 530
Aço SAE 
4340 Recozido 0,15 641
Aço 
carbono 
0,6%
Temperado e revenido 
a 540 °C 0,10 1572
Aço 
carbono 
0,6%
Temperado e revenido 
a 705 °C 0,19 1227
Cobre Recozido 0,54 320
Latão 
70/30 Recozido 0,49 896
TABELA 1 – VALORES DE N E K À TEMPERATURA AMBIENTE
FONTE: ASM International (2002, p. 10)
5 ATIVIDADE PRÁTICA – CURVAS DE ESCOAMENTO
A curva de escoamento descreve o comportamento do material durante 
o	 regime	 plástico	 (acima	 do	 limite	 de	 escoamento).	 O	 levantamento	 da	 curva	
de escoamento do material é fundamental para o cálculo de força e trabalho de 
conformação, assim como o dimensionamento de matrizes e parâmetros internos 
nos materiais conformados. É usualmente obtida por ensaios com estado de 
tensões uniaxial, mas é aplicada para qualquer estado de tensões.
A	tensão	de	escoamento	de	um	metal	é	influenciada	por	(SCHAEFFER,	
2009):
• Fatores explicitamente relacionados com o processo de deformação, como 
temperatura do material, deformação e velocidade de deformação.
• Fatores não relacionados com o processo, como composição química, estrutura 
metalúrgica,	 fases,	 tamanho	do	grão,	segregação	e	histórico	dos	tratamentos	
térmicos anteriores, ou seja, pela microestrutura do material.
Alguns	modelos	matemáticos:
• Deformação a frio – Hollomon:
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
13
Uma	 boa	 lubrificação	 é	 necessária	 para	 manter	 um	 estado	 de	 tensões	
uniaxial, evitando o embarrilhamento.
FONTE: A autora
FIGURA 5 – MATRIZ E AMOSTRA ANTES DO PROCESSO DE DEFORMAÇÃO
Você sabe o que é uma matriz? É uma ferramenta de modelagem da matéria, 
ou seja, tem o formato da peça que se deseja fabricar. Existem vários formatos de dimensões 
e materiais, variando conforme a necessidade do cliente.
NOTA
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
14
5.1 ATIVIDADE PRÁTICA
• Objetivo: construir a curva de escoamento de um determinado material 
ensaiado e obter a equação que descreve a resistência ao escoamento ( kf ) como 
função da deformação verdadeira no processo de deformação a frio. 
• Dados do ensaio: 
ᵒ	 Material:	AISI	1045.
ᵒ	 Dimensões	do	tarugo:	
 Diâmetro inicial (d0): 10 mm.
 Altura inicial (h0): 15 mm.
ᵒ	 Temperatura:	ambiente	(25	°C).
ᵒ	 Lubrificante:	óleo.
• Equipamentos:
ᵒ	 Prensa	hidráulica	EMIC	de	60	tonf.	
ᵒ	 Célula	de	carga	de	60	tonf.	
ᵒ	 Paquímetro.	
• Procedimentos:
ᵒ	 Medir	a	altura	inicial	(h0) e o diâmetro inicial (d0) em dois pontos diferentes. 
ᵒ	 Limpar	as	matrizes	e	o	tarugo.
ᵒ	 Realizar	a	lubrificação.
ᵒ	 Centrar	o	corpo	de	prova	na	prensa.
ᵒ	 Efetuar	a	compressão,	registrando	os	valores	de	carga	e	deslocamento.
ᵒ	 Medir	altura	e	diâmetro	finais	em	dois	pontos	diferentes.	
5.2 REFLEXÕES DA PRÁTICA
1 Determine a equação da resistência ao escoamento.
2	 Utilizando	 a	 Lei	 de	 Constância	 de	 Volume,	 pode	 ser	 determinada	 a	 área	
instantânea	do	corpo	de	prova	e,	por	meio	desses	dados,	obtêm-se	a	tensão	de	
escoamento verdadeira e a deformação verdadeira do material.
TÓPICO 1 — PARÂMETROS FUNDAMENTAIS
15
FONTE: A autora
GRÁFICO 1 – TENSÃO VERDADEIRA x DEFORMAÇÃO VERDADEIRA
16
Neste tópico, você aprendeu que:
•	 A	 deformação	 é	 definida	 como	 a	 quantidade	 geométrica	 medida	 por	
experimentos que determinam a tensão no corpo pelas relações entre as 
propriedades dos materiais.
•	 Um	 corpo,	 quando	 submetido	 a	 um	 carregamento	 externo,	 tem	 sua	 forma	
modificada;	essas	forças	podem	provocar	deformações	elásticas	ou	plásticas.
•	 O	gráfico	de	tensão-deformação	é	uma	ferramenta	importante	na	engenharia,	
pois	permite	extrair	dados,	como	a	resistência	à	tração	ou	à	compressão.
•	 O	módulo	 de	 tenacidade	 indica	 a	 densidade	 de	 energia	 de	 deformação	 do	
material antes da ruptura, característica relevante para o projeto de elementos 
estruturais	que	podem	ser	sobrecarregados	acidentalmente.
•	 Segundo	a	Lei	de	Constância	de	Volume,	o	volume	inicial	do	corpo	equivale	
ao	volume	final,	ou	seja,	durante	a	deformação	do	material,	o	volume	não	se	
altera.
•	 Define-se	 tensão	 de	 escoamento	 como	 o	 valor	 necessário	 para	 iniciar	 a	
deformação plástica em um material, o qual pode endurecer até que os limites 
de	 escoamento	 e	 de	 resistência	 à	 tração	 sejam	 iguais	 e	 que	 não	 haja	 mais	
ductilidade.
• A tensão de escoamento é um dos principais parâmetros e o seu conhecimento 
é	 indispensável	 para	 poder	 calcular	 força,	 trabalho/energia,	 prever	 o	
preenchimento	das	cavidades	da	matriz	e	os	desgastes.
RESUMO DO TÓPICO 1
17
1		Para	o	ensaio	de	compressão,	calcule	a	deformação	verdadeira	(ϕz	=	ϕh) e a 
deformação	relativa	(εz), sendo h0	=	20	mm	e	h1	=	10	mm,	com	um	diâmetro	
inicial	 igual	 a	 15	mm	 (d0	 =	 15	mm).	Calcule,	 também,	 a	deformação	nas	
outras duas direções principais e a deformação equivalente.
2 Para o ensaio de compressão de um corpo cilíndrico, calcule a velocidade 
no	início	e	no	final	do	ensaio,	e	a	velocidade	de	deformação	média	do	ensaio	
realizado.	A	velocidade	de	deformação	média	é	dada	por	|ϕh|	/	t.
AUTOATIVIDADE
3		Um	corpo	de	forma	geométrica	cilíndrica,	com	dimensões	h0	=	30	mm	e	d0	=	
20	mm,	é	submetido	a	uma	compressão	sem	atrito.	O	diagrama	mostra	um	
registro	da	força	x	deslocamento.	
 
a) Qual é o valor da tensão de escoamento inicialapós o término do teste? 
b) Qual é o valor da deformação equivalente de acordo com Tresca e com von 
Mises?
19
TÓPICO 2 — 
UNIDADE 1
TREFILAÇÃO 
1 INTRODUÇÃO
A	história	do	arame	é	 tão	antiga	quanto	a	história	da	 civilização	e	dos	
desenvolvimentos artesanal e industrial do mundo. Arames já eram usados pelos 
egípcios	 há	 5.000	 anos,	 para	 bordar	mantos	 com	fios	 de	 ouro	 e	 para	 iniciar	 o	
processo de fabricação de copos de vidro. 
A	 trefilação	 é	 um	 processo	 de	 fabricação	 que	 acontece	 por	 meio	 do	
alongamento	de	um	material	e	consequente	redução	em	área	de	seção	transversal,	
com	obtenção	pela	passagem	forçada	do	material	através	de	uma	fieira,	também	
chamada matriz cônica, mediante a aplicação de uma força de tração na ponta do 
material. 
A	deformação	ocorre	à	medida	que	o	material	 atravessa	a	fieira,	 tendo	
seu diâmetro reduzido. Esse processo é amplamente utilizado na indústria 
metalmecânica, na fabricação de barras, arames e tubos para a construção de eixos 
automotivos, componentes mecânicos, cabos de aço para a indústria pesqueira, 
trilhos	de	trem,	pregos,	parafusos	etc.	Pode	ser	considerado	o	principal	processo	
de	 conformação	 mecânica	 para	 gerar	 grandes	 quantidades	 de	 produtos	 de	
pequeno diâmetro e com excelente controle dimensional (SOUZA et al., 2015).
Um parâmetro muito importante a ser considerado é o atrito entre o 
material	 trefilado	 e	 a	fieira,	 ferramenta	 responsável	 pela	 redução	do	diâmetro	
do	material.	O	atrito	influencia	a	maioria	dos	processos	de	fabricação	e	surge	nas	
interfaces onde existe movimento relativo entre o material e a ferramenta. É um 
fenômeno	indesejável,	na	maioria	das	vezes,	por	exigir,	com	seu	aumento,	maior	
potência	para	 efetuar	 a	 operação,	 afetando,	 também,	o	 acabamento	 superficial	
da	peça,	e	influencia	na	deformação	do	material,	alterando	valores	de	força	e	a	
vida	 em	desgaste	das	 ferramentas.	Além	disso,	 é	 preciso	 que	 as	propriedades	
mecânicas	do	material,	como	acabamento	superficial,	limite	de	resistência	e	limite	
de ruptura, sejam controladas e melhoradas de modo a obter um produto de 
melhor qualidade. 
Outro	 parâmetro	 fundamental	 em	 um	 processo	 de	 trefilação	 é	 a	 força	
necessária	para	o	material	atravessar	a	fieira,	que	tem	uma	estreita	relação	com	
a	porcentagem	de	redução	do	material;	quanto	maior	é	a	redução,	maior	a	força	
necessária. Neste tópico, estudaremos todos esses aspectos.
20
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
2 TREFILAÇÃO
Como	 vimos,	 a	 trefilação	 é	 um	 processo	 de	 fabricação	 de	 fios,	 arames	
ou	barras	metálicas,	realizado	pelo	alongamento	de	um	material	e	consequente	
redução	da	 área	de	 seção	 transversal.	 Isso	 é	 obtido	pela	passagem	 forçada	do	
material	 através	 de	 uma	 fieira,	 também	 chamada	 matriz	 cônica,	 mediante	 a	
aplicação de uma força de tração na ponta do material. A deformação ocorre 
conforme	 o	material	 atravessa	 a	 fieira,	 o	 que	 gera	 diâmetro	 reduzido.	Assim,	
obtém-se	um	produto	de	área	de	seção	transversal	menor	e	comprimento	maior.	
As	 principais	 características	 do	 processo	 de	 trefilação	 incluem	 boas	
qualidades	superficial	e	dimensional	e	melhoria	das	propriedades	mecânicas.
Para visualizar melhor o processo de trefilação, assista ao seguinte vídeo: 
https://www.youtube.com/watch?v=apZsju2pjZ8.
DICAS
Esse	 processo	 pode	 ser	 feito	 com	 várias	 formas	 de	 seção	 de	 fieiras,	
como	 redondas,	 sextavadas,	 perfil	 T,	 quadradas	 etc.	 As	 fieiras	 de	 trefilação	
são construídas de material de elevada dureza, usualmente, o carboneto de 
tungstênio	 (WC),	 em	 virtude	 da	 sua	 grande	 durabilidade.	 São	 caracterizadas	
por	seu	diâmetro	de	entrada/saída	e	ângulo	de	trefilação,	também	chamado	de	
ângulo	do	cone.	A	região	da	entrada	é	construída	com	um	ângulo	maior	do	que	
o	ângulo	de	 trefilação,	para	 facilitar	a	 lubrificação.	Na	saída,	é	necessária	uma	
região	cilíndrica	por	razões	de	design,	manutenção	da	matriz	e	para	diminuir	a	
velocidade	do	desgaste	do	diâmetro	da	saída	da	fieira.	Além	disso,	caso	ocorra	
uma parada brusca no processo, isso evitará tanto o retorno elástico do material 
quanto	que	a	fieira	grude.	A	seguir,	será	apresentada	a	vista	lateral	de	uma	fieira.
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO 
21
FIGURA 6 – VISÃO LATERAL DE UMA FIEIRA COM NÚCLEO E CARCAÇA
FONTE: Cetlin (2006, p. 62)
O	objetivo	do	núcleo	é	resistir,	ao	máximo,	ao	desgaste	provocado	pela	
passagem	do	arame.	O	desgaste	da	fieira	aumenta	o	diâmetro	de	saída,	produzindo	
barras	e	arames	com	bitola	fora	da	especificação	e	péssimo	acabamento	superficial.	
Durante	a	trefilação,	a	passagem	do	material	desenvolve	forças	resistivas	no	furo	
do núcleo, tendendo a aumentar o diâmetro da ferramenta. Por ser muito duro, o 
núcleo pode quebrar durante o processo.
FIGURA 7 – ESQUEMATIZAÇÃO DO DESGASTE QUE OCORRE NA FIEIRA
FONTE: Cetlin (2006, p. 63)
Para	evitar	a	quebra	do	núcleo,	deve-se	envolvê-lo	com	uma	carcaça	de	
aço comum, o que o ajuda a suportar a pressão interna do material. O núcleo 
entra prensado no furo da carcaça. Para aumentar, ainda mais, a compressão da 
carcaça	sobre	o	núcleo,	às	vezes,	aquece-se	a	carcaça	antes	de	prensar	o	núcleo,	
que	está	frio.	Quando	a	carcaça	esfria,	ela	contrai	e	aperta	o	núcleo,	que	fica	ainda	
mais	protegido	contra	a	quebra.
22
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
A	maior	dureza	que	um	aço	trefilado	pode	ter	é	cerca	de	600	a	700	Vickers	
(HV).	O	núcleo	de	carboneto	de	tungstênio	é	muito	mais	duro,	porém,	quando	
se	 deseja	 uma	 resistência	 muito	 grande	 ao	 desgaste,	 utilizam-se	 núcleos	 de	
diamante. Os núcleos mais comuns são os de diamante policristalino, fabricados 
a	partir	de	pequenos	grãos	de	diamante	sintético	(diâmetro	de	0,004	mm	a	0,025	
mm) e misturados com cobalto, que podem ser utilizados para materiais com 
diâmetro	de	até	20	mm.	Quando	os	grãos	de	diamante	são	grandes,	a	resistência	
ao	desgaste	é	alta,	mas	o	material	é	difícil	de	polir	e	o	arame	fica	com	acabamento	
ruim.	Quando	os	grãos	de	diamante	são	pequenos,	o	desgaste	do	núcleo	é	maior,	
mas	 o	 acabamento	 do	 arame	 fica	melhor.	 Para	 arames	 finos	 (entre	 0,5	mm	 e	
1,0	mm),	podem	ser	usados	núcleos	de	diamante	 formados	por	um	só	grão,	o	
diamante monocristalino, que pode ser sintético ou natural.
Existem	quatro	regiões	de	importância	na	fieira:	o	raio	de	entrada,	o	cone	
de	trabalho,	o	cone	de	calibração	e	o	cone	de	saída	(Figuras	8	e	9).
FIGURA 8 – REGIÕES DE UMA FIEIRA
FONTE: Cetlin (2006, p. 65)
FIGURA 9 – FIEIRA DE TREFILAÇÃO E AS QUATRO REGIÕES DISTINTAS
FONTE: Nunes (2008, p. 16)
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO 
23
O	raio	localizado	na	região	de	entrada	da	fieira	não	necessita	de	polimento,	
e	sua	principal	função	é	a	eliminação	dos	cantos	vivos.	Já	a	região	de	entrada	tem,	
como	função,	auxiliar	a	entrada	do	lubrificante	na	região	do	trabalho.	A	região	
do trabalho é onde ocorre a redução do diâmetro, assim, deve ser bem polida 
para	diminuir	o	atrito	entre	a	fieira	e	o	material.	Além	disso,	o	comprimento	do	
cone	deve	ser	o	dobro	do	comprimento	de	contato	entre	a	fieira	e	o	material,	para	
evitar	o	desgaste	e	a	lubrificação	ineficiente.
FIGURA 10 – REGIÃO DE ENTRADA
FONTE: Cetlin (2006, p. 65)
• Região de entrada (1):	região	da	fieira	com	um	ângulo	um	pouco	maior	do	que	
o	ângulo	de	trefilação,	o	que	facilita	a	lubrificação	do	processo	e	o	guiamento	
da barra.
• Região de trabalho (2):	 região	onde	se	 situa	o	ângulo	de	 trefilação,	no	qual	
ocorre	a	reação	da	fieira	à	força	trativa,	que	impulsiona	o	metal	a	atravessar	
a	fieira.	Essa	reação	promove	o	escoamento	plástico	do	material.	Local	onde	
se	define	o	semiângulo	(α),	além	da	redução	da	fieira	e,	por	consequência,	do	
diâmetro	final	do	material	em	trabalho.
• Região de calibração (3):	 região	 cilíndrica	de	 comprimento	Hc ,	 com	ângulo	
zero,	 relacionada	 à	 estabilização	 dos	 parâmetros	 do	 material	 que	 foram	
modificados	durante	o	processo	de	trefilação.	Apesar	de	não	causar	redução	
de	diâmetro,relaciona-se	com	a	qualidade	do	produto	final,	removendo	danos	
na superfície causados durante o escoamento plástico do material.
• Região de saída (4):	 região	 com	 ângulo	 de	 saída	 (γ)	 oposto	 ao	 ângulo	 de	
trefilação	e	de	entrada.	Essa	região	facilita	a	saída	do	produto	final	e	permite	
o	 retorno	 elástico	 do	 material	 antes	 da	 saída	 completa	 da	 fieira,	 além	 de	
minimizar	a	possibilidade	de	abrasão,	caso	a	trefilação	pare	ou	a	fieira	esteja	
desalinhada. 
24
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
O	objetivo	da	região	de	calibração	é	diminuir	o	desgaste	da	saída	da	fieira,	
além	de	manter,	por	mais	tempo,	a	bitola	correta	da	saída	do	material.	Essa	região	
está	relacionada	à	estabilização	das	propriedades	mecânicas,	que	foram	alteradas	
na	região	do	 trabalho.	O	exposto	a	seguir	mostrará	que	a	 região	da	calibração	
deve	ter	geometria	cilíndrica,	para	evitar	o	desgaste	prematuro.	
FIGURA 11 – REGIÃO DE CALIBRAÇÃO
FONTE: Cetlin (2006, p. 65)
Já	a	região	da	saída	é	essencial	para	proteger	a	calibração	contra	quebras.	
Se	não	 existir	 a	 região	da	 saída,	qualquer	desalinhamento	do	material	poderá	
causar	quebras	na	 região	da	calibração,	que	ficará	mais	 curta	ou	desaparecerá	
na	região	da	quebra.	Os	maiores	danos	ocorrem	na	região	onde	o	material	toca	
primeiro	na	fieira.	Na	região,	são	arrancados	grãos	de	carboneto	de	tungstênio,	
que,	geralmente,	aderem	em	outros	lugares	da	região	do	trabalho	e	começam	a	
arranhar	o	material.	Forma-se,	assim,	uma	região	de	danos	na	fieira	em	formato	
de	anel.	Depois	de	certo	grau	de	formação	do	anel,	é	necessário	retirar	o	material	
dessa	região,	utilizando	uma	retífica	da	fieira.	
Se	 uma	fieira	 deve	 ser	 retificada	por	 causa	 da	 formação	dos	 anéis,	 ela	
será	cortada	de	forma	a	manter	o	ângulo	do	cone	de	trabalho.	Caso	o	corte	para	
a	retirada	do	anel	seja	muito	profundo,	o	comprimento	do	paralelo	pode	ficar	
muito	 curto,	 então,	 a	 fieira	 só	 poderá	 ser	 usada	 se	 seu	 diâmetro	 de	 saída	 for	
aumentado,	de	modo	que	seu	paralelo	fique,	outra	vez,	do	tamanho	adequado.
O	 processo	 de	 trefilação	 exige	 a	 existência	 de	 um	 equipamento	 que	
seja	capaz	de	puxar	o	arame	através	das	fieiras.	Na	trefilação	de	arames,	essas	
máquinas	 são	 classificadas	 em	 função	 do	 número	 de	 passes,	 os	 blocos.	 Estes	
podem	ser	classificados	em:	
• tipo simples ou monoblocos: utilizados para a fabricação de arames com 
grandes	bitolas	(grandes	diâmetros)	que	passam	por	um	único	passe;	
• tipo duplos: para arames médios que utilizam dois passes;
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO 
25
• tipo múltiplos:	para	arames	médios	a	finos	que	utilizam	mais	de	dois	passes.	
Para	equipamentos	com	mais	de	um	passe,	também	são	classificados	em	
função da sua forma de atuação: máquinas cumulativas, que utilizam blocos; 
máquinas não cumulativas, ou seja, que são diretas com braço de controle 
(compensador);	e	máquinas	Double-Deck,	que	são	cumulativas	com	deslizamento.
FIGURA 12 – ETAPAS DO PROCESSO DE TREFILAÇÃO COMBINADA
FONTE: Nunes (2011, p. 16)
3 FORÇA DE TREFILAÇÃO
Quando	se	executa	uma	trefilação,	é	necessário	fazer	uma	força	(Ftref), para 
que	o	material	seja	trefilado,	o	que	depende	das	seguintes	variáveis:
• Redução da área no passe (R).
• Bitola de saída do material (df).
•	 Limite	de	resistência	à	tração	inicial	do	material	(antes	do	passe	–	σti).
•	 Lubrificação	entre	o	material	e	a	fieira.
•	 Semiângulo	da	fieira	(α).
• Comprimento do paralelo.
FIGURA 13 – FORÇA PARA TREFILAR
FONTE: Cetlin (2006, p. 66)
26
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Os	primeiros	modelos	teóricos	para	o	cálculo	da	força	surgiram	no	início	
do	século	XX,	com	Lewis,	em	1915.	Em	busca	de	formulações	que	fornecessem	
valores	mais	precisos	para	a	força	de	trefilação,	diversos	modelos	teóricos	foram	
desenvolvidos	em	seguida.	Sachs	apresentou	o	seu	modelo	em	1927,	com	base	
na	 teoria	elementar	da	plasticidade.	 Já	Siebel,	 também	após	1927,	 em	diversos	
trabalhos	 científicos,	 propôs	 seu	 modelo	 a	 partir	 do	 trabalho	 de	 trefilação	
realizado.	Mais	tarde,	na	década	de	1940,	Geleji	desenvolveu	novas	formulações	
fundamentadas nas equações de Sachs e Siebel. 
Se a bitola da saída do material (df) é dada em mm, e o limite de resistência 
à	 tração	 inicial	 do	material	 (antes	 do	passe	 –	 σti)	 é	 dado	 em	kgf/mm2, a força 
para	trefilar	(Ftref)	em	kgf	é	obtida	pela	a	equação	a	seguir,	em	que	k	depende	da	
redução da área no passe:
Se a bitola da saída do material (df) é dada em mm, e o limite de resistência 
à	tração	inicial	do	material	é	dado	em	Mpa,	a	força	para	trefilar	(Ftref) em N é dada 
pela	mesma	equação	em	N,	para	σti em MPa.
A	redução	da	seção	da	barra	a	ser	trefilada	é	limitada	por	diversos	fatores	
durante o processo, como a resistência do material ao escoamento (kf),	o	desgaste	
da	 fieira	 e	 a	 potência	 do	 equipamento.	 Para	 a	 determinação	 desses	 fatores,	 é	
necessário	o	conhecimento	da	força	de	trefilação	para	conformação,	o	que	servirá	
como base de validação para simulações computacionais. Diversos modelos 
teóricos foram desenvolvidos durante o século passado, como os de Sachs, Siebel 
e Geleji. Todos os modelos criados fornecem valores aproximados para a força 
de	trefilação,	partindo	de	diferentes	premissas.	Entretanto,	todos	estão	baseados	
nas mesmas variáveis, tendo importâncias relativas diferentes. Essas variáveis, 
fundamentais	 parâmetros	 de	 trefilação,	 são:	 o	 semiângulo	 de	 entrada	 (α),	 o	
coeficiente	de	 atrito	 entre	 a	 barra	 e	 a	fieira	 (µ),	 a	 redução	 (representada	pelas	
áreas	inicial	e	final)	e	o	valor	da	tensão	de	escoamento	médio	do	material	(kfm). 
De	modo	geral,	o	exposto	a	seguir	apresentará	os	esforços	envolvidos	durante	o	
processo	de	trefilação,	utilizando	um	diagrama	de	corpo	livre.	A	soma	das	forças	
ao	longo	do	eixo	y	deve	ser	zero	e	está	representada	por:
•	 Tensão	longitudinal	(σy).
•	 Pressão	da	fieira	(p),	ou	seja,	a	pressão	normal	à	superfície	da	ferramenta.
•	 O	componente	devido	ao	atrito	(µp)	presente	na	região	de	contato	entre	a	fieira	
e a barra.
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO 
27
FIGURA 14 – ESFORÇOS ENVOLVIDOS DURANTE A TREFILAÇÃO
FONTE: Nunes (2011, p. 17)
O modelo de Siebel teve, como base, o trabalho necessário para a 
trefilação,	partindo	de	um	elemento	cilíndrico	no	 interior	da	fieira.	O	 trabalho	
total	para	a	trefilação	(T)	será	a	soma	de	três	parcelas,	a	do	trabalho	útil	(Tu), a 
do trabalho devido ao atrito (Ta), e a do trabalho interno de cisalhamento (Tc – 
também chamado de atrito interno). É causado pela mudança de orientação do 
material	dentro	da	fieira.	Dessa	maneira,	a	força	de	trefilação	será	definida	como:
Já o modelo de Sachs foi desenvolvido a partir da teoria elementar da 
plasticidade.	 O	modelo	 considera	 um	 elemento	 de	 tamanho	 dy	 e	 se	 aplica	 à	
condição de equilíbrio de forças no sentido axial. A equação resultante é:
Em que A1	é	a	área	da	barra	após	a	trefilação	(mm2); Ao, a área da barra 
antes	 da	 trefilação	 (mm2);	 kfm,	 a	 tensão	 de	 escoamento	 média	 (Mpa);	 φA, a 
deformação	em	área	ou	longitudinal;	µ,	o	coeficiente	de	atrito	de	Coulomb;	e	α,	o	
semiângulo	da	fieira	expresso	em	radianos.
Os aços com carbono mais alto apresentam um limite de resistência maior, 
portanto,	exigirão	maior	força	para	trefilar.	À	medida	que	sua	redução	de	área	
total (RT) cresce, o limite de resistência aumenta, de acordo com o tipo de aço. Por 
isso,	a	força	para	trefilar	deve	aumentar	quando	a	RT	é	elevada,	porém,	a	bitola	
F A kA fm
A
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2
3
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28
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
do arame diminui conforme o aumento de RT. Como a bitola afeta mais a força 
para	 trefilar	 do	 que	 o	 limite	 de	 resistência,	 normalmente,	 a	 força	 para	 trefilar	
diminui	para	sucessivos	passes	de	trefilação.
GRÁFICO 2 – LIMITE DE RESISTÊNCIA x REDUÇÃO TOTAL DA ÁREA
FONTE: Schaeffer (1999, p. 15)
Para	 executar	 a	 trefilação,	 o	 equipamento	 utilizado	 deve	 ser	 capaz	 de	
aplicara	 força	 necessária	 para	 trefilar	 (Ftref). Além disso, seu motor deve ter 
potência	para	trefilar	(Utref),	que	permita	executar	a	operação	na	velocidade	final	
(Vf) desejada.
Quando	a	força	de	trefilação	(Ftref)	 for	dada	em	kgf	e	a	velocidade	final	
(Vf)	em	m/s,	a	potência	necessária	para	trefilar	(Utref),	em	kgf.m/s,	é	calculada	pela	
fórmula:
Em caso de potência (Utref) em HP (Horse-Power	ou	cavalos),	divide-se	o	
resultado	da	fórmula	anterior	por	75.	Se	a	força	de	trefilação	(Ftref) for dada em 
Newton	(N)	e	a	velocidade	final	(Vf)	em	m/s,	a	potência	(Utref)	será	dada	em	Watt	
(W).	Para	encontrar	a	potência	(Utref)	em	quilowatt	(kW),	basta	dividir	a	potência	
calculada	em	Watt	(W)	por	1.000.
Para	cada	percentual	de	redução	de	área,	haverá	um	ângulo	de	fieira	pelo	
qual	 a	 força	 trativa	necessária	para	que	a	barra	 atravesse	 a	fieira	 será	mínima	
(VEGA;	HANDDLE;	IMAD,	2009).
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO 
29
É	 importante	 encontrar	 o	 ângulo	 de	 fieira	 que	 minimize	 a	 força	 de	
trefilação,	denominado	semiângulo	ótimo	(αótimo),	o	que	permite	reduzir	os	gastos	
com	energia,	os	valores	das	tensões	envolvidas	e	o	risco	de	rompimentos	da	barra.	
Para	isso,	deriva-se	a	Equação	de	Siebel	em	função	do	ângulo	ótimo	e	se	iguala	a	
zero, o que indicará, matematicamente, o ponto em que os trabalhos realizados 
pela	força	de	atrito	e	pela	força	de	trabalho	redundante	são	iguais,	chegando-se	a:
Durante	o	processo	de	trefilação,	ocorre	aquecimento	do	material,	o	qual	
é	diretamente	proporcional	à	redução	da	área	da	seção	transversal	no	passe	e	ao	
limite	de	resistência	do	material	antes	do	passe	e/ou	à	taxa	de	deformação.	
Em	uma	máquina	de	trefilação,	para	as	mesmas	bitolas	de	entrada	e	de	
saída, ou seja, a mesma redução da área total na máquina, o aquecimento será 
maior quando se usar um menor número de passes, com maiores reduções de 
área	por	passe,	e	se	trefilar	aço	com	carbono	mais	alto	(porque	ele	tem	maiores	
limites de resistência).
O	exposto	a	seguir	mostrará	um	caso	em	que	se	obteve	a	mesma	redução	
da	área	total	(80%)	desde	o	fio-máquina	até	o	arame	final.	Foram	trefilados	dois	
tipos	de	aço,	e	a	 trefilação	 foi	 feita	de	 três	maneiras:	pequena	redução	de	área	
por	passe	(primeiro	passe	 livre	e	depois	10%	por	passe	–	pouco	aquecimento),	
redução	de	área	média	por	passe	(primeiro	passe	livre	e	depois	20%	por	passe	
– aquecimento médio) e redução de área alta por passe (primeiro passe livre e 
depois	30%	–	alto	aquecimento).	
30
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Redução de 
área por passe 
Número de 
passes
Limite de Resistência do Aço
Aço com 0,67% de 
carbono (C)
Aço com 0,15% C
10%	por	passe 16 passes 155	kgf/mm² 96	kgf/mm²
20%	por	passe 8	passes 167	kgf/mm² 97	kgf/mm²
30%	por	passe 5 passes 190	kgf/mm² 98	kgf/mm²
FONTE: Gentile et al. (2002, p. 45)
QUADRO 1 – REDUÇÃO DA ÁREA TOTAL DO FIO-MÁQUINA ATÉ O PRODUTO: 80%
Podemos notar que o limite de resistência dos aços com teor de carbono 
mais	baixo	(0,15%	de	carbono)	quase	não	depende	do	aquecimento	na	trefilação.	
No	 caso	 do	 aço	 de	 carbono	 mais	 alto	 (0,67%	 de	 carbono),	 quanto	 maior	 o	
aquecimento, maior é o limite de resistência do produto – o que inicia a partir 
de	cerca	de	0,35%	de	carbono.	Quando	se	aumenta	a	velocidade	de	trefilação,	o	
aquecimento é maior e o mesmo efeito é observado para materiais de carbono 
mais alto. Na	prática,	há	grande	variação	das	características	das	curvas	tensão-
deformação para diferentes tipos de materiais.
FONTE: Garcia; Spim; Santos (1999, p. 35)
FIGURA 15 – TENSÃO x DEFORMAÇÃO
Quando a amostra de um material solicitado por uma força sofre uma 
deformação	e,	após	a	retirada	da	força	aplicada,	recupera	suas	dimensões	originais,	
essa	 deformação	 é	 definida	 como	deformação	 elástica.	 Esse	 comportamento	 é	
descrito, matematicamente, pela equação da elasticidade de uma mola, dada por:
P	=	k	.	x																																											(Equação	22)
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO 
31
Em que k é constante de proporcionalidade (constante da mola) e x, o 
deslocamento.	A	seguir,	poderemos	visualizar	a	relação	entre	a	deformação	e	a	
inclinação	da	região	de	trabalho.
FONTE: Nunes (2011, p. 25)
FIGURA 16 – REGIÕES DE DEFORMAÇÃO HETEROGÊNEA
A deformação elástica de um corpo de prova é dada pela lei de Hooke 
e descreve uma relação linear entre tensão e deformação: E é o módulo de 
elasticidade,	módulo	Young,	que	fornece	uma	indicação	de	rigidez	do	material,	
e	 seu	 comportamento	é	 inversamente	proporcional	 à	 temperatura,	 conforme	a	
Equação 5:
σ	=	E	.	ε
As	principais	tensões	definidas	na	região	elástica	são:
•	 σa	–	limite	de	elasticidade: máxima tensão que o material pode suportar sem 
apresentar	deformação	permanente	após	a	retirada	da	carga;
•	 σp –	limite	de	proporcionalidade: máxima tensão acima da qual o material 
não	mais	obedece	à	lei	de	Hooke,	isto	é,	perde-se	a	linearidade	entre	a	relação	
tensão-deformação,	na	prática,	σa	=	σp. 
Quanto maior o módulo de elasticidade, menor a deformação elástica 
resultante	da	aplicação	de	uma	determinada	carga.	As	forças	de	ligação	entre	os	
átomos e o módulo de elasticidade são maiores para metais com temperaturas de 
fusão mais elevadas. 
32
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
4 LUBRIFICAÇÃO
A	trefilação	é	considerada	um	processo	de	conformação	a	frio,	porque	o	
material	não	é	aquecido	antes	de	ser	trefilado.	Isso	confere	uma	maior	precisão	
dimensional e melhores propriedades mecânicas em comparação a processos 
de conformação a quente. Entretanto, como há um forte atrito entre o material 
e	 a	 fieira,	 e	 o	 material	 sofre	 uma	 grande	 deformação,	 este	 pode	 atingir	 altas	
temperaturas	se	não	forem	tomados	cuidados	específicos	em	relação	à	lubrificação	
e	 à	 refrigeração.	A	 trefilação	 é	 praticamente	 impossível	 de	 ser	 exercida	 sem	 a	
lubrificação,	por	conta	do	grande	atrito	entre	a	fieira	e	o	material.
Atrito é a resistência ao movimento das superfícies de dois corpos 
em	 contato,	 durante	 o	 deslizamento	de	um	 sobre	 o	 outro.	O	 atrito	 influencia,	
significativamente,	a	deformação	do	material,	alterando	os	valores	de	forças	e	a	
vida	em	desgaste	das	ferramentas	(ROCHA	et al., 2011). A intensidade da força 
de	atrito	depende	dos	tipos	de	materiais	em	contato,	da	lubrificação	entre	os	dois	
materiais e da pressão apertando um material contra o outro. Quanto maior a 
pressão, maior o atrito (SOUZA et al.,	2018).
As formulações existentes para descrever o atrito entre corpos sólidos são 
relativamente simples. A mais conhecida é a de Coulomb, criada em torno de 
1875.	Em	termos	gerais,	as	leis	podem	ser	expressas	da	seguinte	forma:
• O atrito estático deve ser maior do que o atrito dinâmico.
• O atrito é independente da velocidade de deslizamento.
•	 A	força	de	atrito	é	proporcional	à	carga	aplicada.
• A força de atrito é independente da área de contato.
Normalmente,	o	atrito	é	representado	pelo	coeficiente	de	atrito	μ e pode 
ser	definido	pela	razão	entre	a	força	de	atrito	(Fa)	e	a	carga	normal	(N):
Na	trefilação,	o	material	se	movimenta	em	relação	à	fieira	e	há	uma	grande	
pressão	entre	eles,	gerando,	assim,	uma	força	de	atrito	sobre	o	material,	que	se	
opõe	ao	seu	movimento.	A	força	para	trefilar,	exercida	pelo	motor	do	bloco,	tem	
que vencer essa força de atrito. Muitas vezes, isso a torna superior aos limites de 
ruptura do material, provocando sua quebra. Ainda que o material não se rompa, 
o	atrito	entre	a	fieira	e	o	material	causa	um	grande	aquecimento,	que	pode	afetar	
profundamente as características mecânicas do material. Além disso, o material 
sai	muito	arranhado	e	as	fieiras	se	desgastam	rapidamente.	
Portanto,	 a	 trefilação	 com	grandes	 reduções	 é	 praticamente	 impossível	
caso não sejam utilizadas técnicas para diminuir o atrito entre o material e as 
fieiras.
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TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO 
33
FONTE: Cetlin (2006, p. 68)
FIGURA 17 – FORÇA DE ATRITO NO PROCESSO DE TREFILAÇÃO
Lubrificação	é	a	 interposição	entre	duassuperfícies	em	contato	de	uma	
camada de material com resistência ao cisalhamento mais baixa. Existem três tipos 
básicos	de	lubrificação:	lubrificação	seca,	líquida	e	limite	(SOUZA	et al.,	2018).
O	 objetivo	 da	 lubrificação	 na	 trefilação	 é	 formar	 uma	 camada	 de	
lubrificante	entre	o	material	e	a	fieira,	para:
•	 diminuir	a	força	necessária	para	trefilar	e,	assim,	conseguir	trefilar	o	arame	sem	
romper;
•	 trefilar	o	arame	sem	riscar	sua	superfície;
•	 diminuir	o	desgaste	da	fieira,	aumentando	o	tempo	que	ela	dura	sem	precisar	
trocar;
•	 deixar	uma	camada	de	lubrificante	grossa	ou	fina	no	arame	produzido;
• deixar o material mais fosco ou mais brilhante.
Na	Figura	18,	é	possível	visualizar	como	ocorre	a	lubrificação	seca,	que	se	
caracteriza	por	uma	camada	de	lubrificante	sólido	entre	as	superfícies	deslizantes.	
É	depositada	uma	camada	prévia	sobre	a	superfície	do	lubrificante,	para	que	ele,	
que	é	mais	macio	do	que	o	aço,	auxilie	na	lubrificação	entre	o	metal	e	a	fieira.	
Durante	 o	 processo	 de	 trefilação,	 a	 lubrificação,	 em	 geral,	 ocorre	 pela	
inserção	do	lubrificante	em	uma	caixa	na	entrada	da	fieira,	que	irá	se	posicionar	
entre	 ela	 e	 o	material	 trefilado,	 formando	uma	 camada	 lubrificante	 entre	 suas	
superfícies e, consequentemente, diminuindo o atrito (SOUZA et al.,	2018).	
34
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FONTE: Cetlin (2006, p. 70)
FIGURA 18 – FORÇA DE ATRITO NO PROCESSO DE TREFILAÇÃO COM LUBRIFICANTE
Os	lubrificantes	sólidos	ou	sabões	são	usados	na	trefilação	de	arames	de	
aço em máquinas cumulativas e não cumulativas. Com o aquecimento, propiciado 
pela	trefilação,	o	sabão	em	pó	se	torna	pastoso	na	região	de	entrada	do	material	na	
fieira	e	na	camada	entre	a	fieira	e	o	material	(Figura	19).	Para	que	os	lubrificantes	
sólidos sejam arrastados pelo material, é necessário que o arame apresente uma 
boa	rugosidade.
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO 
35
FONTE: Cetlin (2006, p. 73)
FIGURA 19 – LUBRIFICANTE NO PROCESSO DE TREFILAÇÃO
Uma	 característica	 importante	 do	 sabão	 em	 pó	 é	 sua	 granulometria.	
Quando	a	granulometria	é	fina,	a	rugosidade	da	superfície	do	material	arrasta	
o	sabão	com	mais	facilidade.	Por	outro	lado,	os	sabões	com	grãos	pequenos	têm	
que	ser	mais	agitados	para	manter	a	qualidade	da	lubrificação.
A	viscosidade	(η)	do	lubrificante	indica	se	ele	é	mais	líquido	ou	mais	pastoso.	
Quanto	maior	a	viscosidade,	mais	pastoso	é	o	lubrificante	e,	consequentemente,	
forma	uma	boa	camada	entre	a	fieira	e	o	material,	melhorando,	assim,	a	lubrificação	
na	trefilação,	pois	maior	será	a	tensão	de	cisalhamento.	
36
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Para	aumentar	a	viscosidade	do	 lubrificante,	 comumente,	adicionam-se	
agentes	espessantes	ao	sabão,	em	geral,	entre	50	e	60%	de	cal,	o	que	aumenta	a	
viscosidade em até cinco vezes. Quando a temperatura aumenta, a viscosidade 
dos	 lubrificantes	diminui,	eles	ficam	mais	“ralos”	e	a	 lubrificação	na	 trefilação	
piora,	pois,	ao	mesmo	tempo,	diminuem	a	camada	de	lubrificante	e	a	tensão	de	
cisalhamento.
Quanto maior a redução da área nos passes (R), o limite de resistência do 
material	antes	dos	passes	(σti)	e	a	velocidade	de	trefilação,	maior	o	aquecimento	
na	trefilação.	Já	na	redução	de	barras,	a	trefilação	é	feita	com	pequenas	reduções	
e	baixa	velocidade.	O	aquecimento	é	pequeno,	e	os	sabões	não	chegam	a	ficar	
pastosos.	Nesse	caso,	o	melhor	lubrificante	é	o	óleo	mineral.	Quando	há	grande	
aquecimento	na	trefilação,	a	viscosidade	dos	lubrificantes	cai	muito,	e	é	necessário	
usar	sabão	de	cálcio	no	lugar	do	sabão	de	sódio.	Isso	significa	que,	se	o	sistema	de	
refrigeração	da	máquina	não	funcionar	direito,	a	lubrificação	também	irá	piorar,	
porque o sabão vai esquentar mais.
Observa-se,	também,	que	o	arraste	do	lubrificante	aumenta	quando:
• aumenta o comprimento do canal de trabalho (LCT);
• diminui a altura do canal de trabalho (HCT);
•	 aumenta	a	velocidade	de	trefilação.
O	arame	se	movendo	aplica,	no	lubrificante,	uma	tensão	de	arraste	que	
tenta	levar	o	lubrificante	com	o	arame	(Figura	20).
Algumas	variáveis	que	controlam	a	tensão	de	arraste	do	lubrificante	são:
•	 Viscosidade	do	lubrificante	(η).	
•	 Velocidade	do	material	(V).	
•	 Espessura	da	camada	do	lubrificante	(h).
TÓPICO 2 — TREFILAÇÃO 
37
FONTE: Cetlin (2006, p. 75)
FIGURA 20 – TENSÃO DE ARRASTE DO LUBRIFICANTE
São	 aspectos	 essenciais	 para	 obter	 uma	 alta	 pressão	 no	 lubrificante	 e,	
portanto,	uma	boa	lubrificação:	
•	 O	lubrificante	deve	ter	alta	viscosidade	(η).
•	 O	material	deve	ser	trefilado	à	alta	velocidade	(V).
•	 Em	uma	fieira	simples,	o	ângulo	da	fieira	(α/2)	deve	ser	baixo.
Alguns	fatores	são	de	grande	importância	na	seleção	preliminar	de	um	
lubrificante	para	a	trefilação:
• Diâmetro do material e tipo de equipamento.
•	 Temperatura	atingida	na	trefilação.
•	 Material	sendo	trefilado	(teor	de	carbono).
• Preparação inicial da superfície do material.
•	 Camada	residual	de	lubrificante	e	brilho	desejado.
38
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
5 ATIVIDADE PRÁTICA – TREFILAÇÃO
•	 Processo	de	 trefilação:	 tracionamento	do	produto	 (arame/barra/fio-máquina)	
por	meio	de	uma	matriz	(fieira)	que	confira	geometria,	dimensões	especificadas	
e	propriedades	metalúrgicas.
• Objetivo:	 executar	 operação	 de	 trefila	 de	 arame	 com	 diferentes	 reduções	 e	
diferentes	lubrificantes,	além	de	executar	os	cálculos	de	força	de	trefilação.
• Dados do ensaio:
ᵒ	 Material:	arame	(fio-máquina)	AISI	SAE	1015,	diâmetro	de	4	mm.
ᵒ	 Fieira	de	diamante	industrial.
ᵒ	 Lubrificante:	AGEMIX	OIL	668	ou	DECHELUB	MD	210.
• Equipamentos:
ᵒ	 Aquisição	de	força:	célula	de	carga	200	kN	(20	tf).
ᵒ	 Aquisição	de	dados:	Spider	8	–	software:	Catman.
ᵒ	 Máquina	de	Ensaios	Universal	Kratos	(10	tf).
• Procedimentos:
ᵒ	 Instalar	célula	de	carga	no	equipamento.
ᵒ	 Apontar	o	fio-máquina.
ᵒ	 Inserir	fio-máquina	na	fieira	com	o	lubrificante.
ᵒ	 Aplicar	a	força	de	tracionamento	até	a	obtenção	do	diâmetro	final	de	3,4	mm.
5.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA
1		Quantas	reduções	foram	realizadas	para	chegar	ao	diâmetro	final	desejado?
2		Qual	é	a	importância	do	uso	do	lubrificante?
Você sabe o que é um software de aquisição? 
O software para aquisição de dados permite visualização, análise e gravação dos dados 
durante a medição e posterior geração de relatórios. Nessa prática, utilizamos o software 
Catman. Você pode acessar um vídeo explicativo do uso da ferramenta em: https://www.
youtube.com/watch?v=qJdowVuOe4o.
DICAS
39
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste tópico, você aprendeu que:
•	 A	trefilação	é	um	processo	de	fabricação	de	fios,	arames	ou	barras	metálicas	
por	meio	do	alongamento	de	um	material	e	consequente	redução	da	área	de	
seção transversal.
•	 A	 redução	 da	 seção	 da	 barra	 a	 ser	 trefilada	 é	 limitada	 por	 diversos	 fatores	
durante o processo, como a resistência do material ao escoamento (kf), o 
desgaste	da	fieira	e	a	potência	do	equipamento.
•	 A	 ferramenta	utilizada	no	processo	de	 trefilação	 é	uma	matriz	 chamada	de	
fieira,	 que	 apresenta	várias	 formas	de	 seção:	 redondas,	 sextavadas,	 perfil	T,	
quadradas etc.
•	 As	 fieiras	 de	 trefilação	 são	 construídas	 de	 material	 de	 elevada	 dureza,	
usualmente,	 carboneto	 de	 tungstênio	 (WC)	 ou	 diamante	 industrial,	 em	
decorrência	da	grande	durabilidade.
•	 Existem	quatro	regiões	de	importância	na	fieira:	o	raio	de	entrada,	o	cone	de	
trabalho, o cone de calibração e o cone de saída.
•	 Quando	se	executa	uma	trefilação,	é	necessário	fazer	uma	força,	chamada	de	
força	de	trefilação.
•	 Na	trefilação,	o	material	se	movimenta	em	relação	à	fieira,	e	há	uma	grande	
pressão	entre	eles,	gerando	uma	força	de	atrito	sobre	o	material,	que	se	opõe	
ao	seu	movimento,	necessitando,	assim,	de	uma	camada	de	lubrificante	entre	o	
material	e	a	fieira.
40
1		Para	trefilar	um	arame	com	diâmetro	inicial	de	7	mm	até	o	diâmetro	final	
de 6 mm, determine o número mínimo de passes necessários para executar 
o	processo.	Por	simplificação,considere	as	reduções	sempre	iguais	em	cada	
passe.
Dados: 
• Diâmetro da bobinadeira de 400 mm.
•	 Rotação	da	bobinadeira	fixa	em	300	RPM.
• Material do arame: CK 10 (DIN) – 216,0740 ϕ⋅=fk e MPak f 2600 = 260MPa. 
•	 Coeficiente	de	atrito	(µ)	na	interface	fieira/material	igual	a	0,06.
•	 Semiângulo	(α)	da	fieira	na	região	de	trabalho	igual	a	9°.
a)	Calcule	 a	 força	 de	 trefilação	 e	 a	 potência	 em	 cada	 passe	 utilizando	 a	
formulação de Siebel.
AUTOATIVIDADE
b)	Calcule	o	grau	de	esforço	em	cada	passe	e	diga	 se	é	possível	 realizar	as	
reduções.
2		Trefilação	é	um	processo	de	conformação	para	a	fabricação	de	fios,	eixos,	
tubos	 etc.	 Pode	 ser	 realizada	 pela	 passagem	 da	 matéria-prima	 através	
de	 uma	 fieira,	 reduzindo,	 assim,	 seu	 diâmetro	 e	 aumentando	 o	 seu	
comprimento.	Para	que	 isso	ocorra	sem	danos	à	superfície	do	material	e	
à	ferramenta,	é	necessária	a	lubrificação.	Defina	o	que	é	essa	etapa	e	seus	
principais objetivos.
41
TÓPICO 3 — 
UNIDADE 1
FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
1 INTRODUÇÃO
Em	função	do	metal	utilizado,	a	conformação	pode	ser	classificada	quanto	
ao	tipo	de	esforço	predominante	e	à	temperatura	de	trabalho,	e	cada	um	fornecerá	
características	especiais	à	peça	obtida.	Os	processos	podem	ocorrer	por	métodos	
de	compressão	indireta,	trefilação	e	extrusão;	por	compressão	direta,	laminação	e	
forjamento; por tração, estiramento de chapas e cisalhamento ou corte. 
A temperatura na qual o material da peça é conformado também é um 
aspecto	 importante,	 pois	 gera	 mudanças	 metalúrgicas que tornam o material 
mais dúctil. Com relação ao trabalho mecânico a frio, a deformação plástica 
provoca aumento da resistência mecânica no metal e, na temperatura quente, o 
encruamento é eliminado pela recristalização do material.
Neste tópico, estudaremos as principais características do processo de 
conformação direta, ou seja, os processos de laminação e forjamento.
2 LAMINAÇÃO
Laminação é um processo de conformação mecânica, responsável pela 
redução	 da	 seção	 da	 matéria-prima	 (tarugo,	 placa,	 lingote),	 realizada	 pela	
passagem	 por	 dois	 cilindros	 que	 giram	 em	 sentidos	 opostos.	 Esse	 processo	
também	 segue	 a	 Lei	 de	 Constância	 de	 Volume,	 no	 sentido	 de	 que	 modela	 a	
matéria-prima,	mantendo	o	seu	volume.
Assim,	o	metal	é	forçado	a	passar	por	dois	cilindros,	girando	em	sentidos	
opostos,	com	a	mesma	velocidade	superficial,	a	uma	distância	menor	do	que	o	
valor da espessura da peça a ser conformada. 
42
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FONTE: Cetlin (2006, p. 80)
FIGURA 21 – PROCESSO DE LAMINAÇÃO
Para um fluxograma de produção na laminação a quente, consulte o site da 
Usiminas, acessando Usina e, depois, Fluxo de Produção:
https://www.usiminas.com/mercado/usiminas-retoma-operacoes-do-alto-forno-1-em-
ipatinga-2/.
DICAS
FONTE: A autora
FIGURA 22 – MATÉRIA-PRIMA E PROCESSO DE LAMINAÇÃO
O	processo	de	laminação	pode	ser	classificado,	basicamente,	em	processos	
de laminação a quente e a frio.
A	matéria-prima	são	tarugos,	placas	e	blocos	provenientes	de	aciaria.
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
43
• Processo de laminação a quente: o material é laminado a altas temperaturas, 
normalmente, entre 1.000 e 1.200 °C. As matérias-primas	usuais	são	lingotes,	
tarugos,	 placas	 ou	 materiais	 previamente	 conformados.	 Os	 aços	 longos	
laminados (vergalhões,	barras,	fio-máquina) sempre são obtidos por laminação 
a quente.
• Processo de laminação a frio: o material é laminado em temperatura ambiente, 
normalmente,	utilizado	para	a	produção	de	chapas	finas,	cuja	matéria-prima	
são	 chapas	 mais	 grossas,	 previamente	 laminadas	 a	 quente.	 Os	 produtos	
obtidos	 pelo	 processo	 de	 laminação	 se	 chamam	 produtos	 longos	 e	 planos.	
Produtos	 longos	são	aqueles	de	seção	 transversal	 constante,	que	constituem	
figuras	 geométricas	 simples,	 como	 barras,	 vergalhões,	 fio-máquina,	 perfis,	
trilhos	e	acessórios,	tubos	sem	costura	e	arames	trefilados. Produtos planos são 
aqueles	de	seção	transversal	retangular	constante,	com	largura	nominal	maior	
que	duas	vezes	a	espessura,	como	bobinas,	chapas	grossas	e	finas	e	folhas-de-
flandres.
FONTE: Cetlin (2006, p. 80)
FIGURA 23 – PRODUTOS LONGOS
A principal ferramenta utilizada no processo de laminação são os 
laminadores,	formados	por	gaiolas,	as	quais	comportam	os	cilindros.	Conforme	
apresentado	na	imagem	a	seguir,	os	tipos	de	gaiolas	podem	ser:
• Gaiolas duo (a): compostas de dois cilindros paralelos horizontais. 
• Gaiolas duo reversível (b): compostas de dois cilindros paralelos com 
movimentos possíveis em ambos os sentidos. 
• Gaiolas trio (c): compostas de três cilindros paralelos horizontais, com sentidos 
alternados em cada par. 
• Gaiolas universais: compostas de um par de cilindros na horizontal e outro na 
vertical.
44
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FONTE: Cetlin (2006, p. 81)
FIGURA 24 – GAIOLAS LAMINADORAS
Um	 dispositivo	 importante	 nas	 gaiolas	 é	 a	 guia	 de	 laminação,	 que	 é	
montada	com	a	entrada	e	a	saída	do	material	nos	canais,	e	destina-se	a	guiar	e	a	
manter a peça na posição necessária.
FONTE: A autora
FIGURA 25 – GUIA DE LAMINAÇÃO
As	gaiolas	de	laminação	podem	ser	organizadas	em:
• Trem aberto:	realizam-se	passes	sucessivos,	normalmente,	em	gaiolas	duo	ou	
trio	reversíveis.	Utilizam-se	mesas	basculantes	ou	manipuladores.
• Trem contínuo:	o	tarugo	passa	apenas	uma	vez	por	cada	gaiola,	em	vez	dos	
passes	 sucessivos	 nas	 gaiolas	 reversíveis.	 Consegue-se,	 assim,	 um	 grande	
aumento	de	produtividade,	uma	vez	que	os	tarugos	permanecem	menos	tempo	
na	 mesma	 gaiola.	 Entretanto,	 o	 espaço	 necessário	 para	 esse	 equipamento	
é	grande,	pois	ele	deve	estar	todo	em	linha.	Isso,	muitas	vezes,	 inviabiliza	o	
investimento nesse equipamento. 
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
45
Outro item importante é o formador de laço ou formador de espiras, 
normalmente instalado do tipo vertical (up-looper) para manter a barra laminada 
sem tração entre dois passes sucessivos. Esse equipamento também pode ser 
localizado após a zona de resfriamento, e tem a função de formar as espiras na 
laminação	do	fio-máquina.	
FONTE: A autora
FIGURA 26 – FORMADOR DE LAÇO
Já o Stelmor é uma esteira localizada após o formador de espiras, 
responsável	pelo	resfriamento	e	tratamento	térmico	do	fio-máquina.	Podem	existir	
ventiladores	e/ou	tampas	de	abafamento	para	fazer	o	resfriamento	controlado	do	
material	e,	assim,	conseguir	diferentes	características	mecânicas.
Após o último passe de laminação (acabador), a barra é dividida em 
comprimentos mais próximos possíveis de múltiplos do comprimento comercial 
desejado.	 Essas	 barras	 são,	 então,	 transportadas	 e	 descarregadas	 no	 leito	 do	
resfriamento.
FONTE: A autora
FIGURA 27 – LEITO DE LAMINAÇÃO
46
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Após o leito ou o endireitamento, o material é embalado, normalmente, 
em	feixes,	de	modo	manual	ou	automatizado.	Depois,	é	identificado	por	etiquetas,	
com informações do produto, bitola, qualidade, peso etc. 
Um resíduo decorrente desse processo é a carepa, que ocorre quando 
o aço é exposto a atmosferas oxidantes e a altas temperaturas. A formação é 
influenciada	por:
• Composição química do aço.
• Atmosfera do forno.
• Tempo e temperatura de reaquecimento.
•	 Condicionamento	superficial	do	tarugo.
Na laminação a quente, são formados três tipos de carepa:
• Primária: processo de reaquecimento.
• Secundária: processo de laminação.
•	 Terciária:	passes	finais	e	leito	de	resfriamento.
3 FORJAMENTO
Forjamento é um processo de conformação mecânica que permite a 
alteração	 da	 geometria	 de	 um	 material	 metálico,	 por	 meio	 de	 deformação	
plástica,	mudando	sua	estrutura	metalúrgica	de	maneira	que	sejam	modificadas	
suas propriedades mecânicas, por meio da aplicação de uma força compressiva, 
embora mantendo constantes sua massa e seu volume. 
As	primeiras	referências	à	tecnologia	da	deformação	plástica	se	encontramno	Oriente	Médio,	 no	 final	 da	 Idade	 da	 Pedra,	 e	 se	 referem	 à	 fabricação	 por	
martelamento	 de	 objetos	 forjados	 em	 ouro,	 prata	 e	 cobre,	 destinados	 a	 fins	
artísticos	e	religiosos,	e	ferramentas	mais	duradouras	do	que	as	de	pedra.	Esses	
materiais eram recolhidos e trabalhados no estado em que eram encontrados 
na	natureza,	por	intermédio	da	aplicação	de	golpes,	uma	vez	que	ainda	não	se	
conheciam as técnicas de transformação e processamento do minério – a essa 
técnica	se	deu	o	nome	de	forjamento.	Por	volta	de	4000	a.C.,	surgiram	os	primeiros	
fornos	(BRITO,	1989).	
Na	época	conhecida	como	Idade	do	Cobre,	foi	possível	atingir	a	temperatura	
de	fusão	do	cobre,	que	passou	a	ser	produzido	em	maiores	quantidades,	gerando	
um	 incremento	 na	 fabricação	 de	 utensílios	 domésticos,	 religiosos,	 agrícolas	 e	
militares. Nessa mesma época, foram aperfeiçoadas as técnicas de forjamento a 
frio e a quente com o uso de martelos. A partir do desenvolvimento dos fornos, 
surgiram	 as	 primeiras	 tentativas	 de	 produção	 de	 ligas	 metálicas,	 fundindo	 o	
minério de cobre com outros materiais (CORRÊA, 2014). 
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
47
A	primeira	 liga	metálica	descoberta	pelo	homem	 foi	o	bronze	 e,	desde	
então,	 passou-se	 a	 produzir	 peças	 forjadas	 com	 superiores	 características	
mecânicas,	surgindo,	assim,	a	Idade	do	Bronze,	por	volta	de	2000	a.C.	
Com a Revolução Industrial, a necessidade por novos produtos metálicos 
aumentou, quando também foram construídos os primeiros navios e as 
locomotivas a vapor, o que aumentou muito a demanda por novos produtos e 
impulsionou o desenvolvimento dos processos de transformação mecânica dos 
metais. 
O século XX se caracterizou pelo desenvolvimento do processo de 
conformação mecânica, inicialmente, por pesquisas e aulas práticas de técnicas 
nas	universidades,	possibilitando	 inúmeras	contribuições,	 como	o	uso	de	 ligas	
leves	(alumínio,	magnésio	e	titânio)	e	do	método	de	elementos	finitos	como	técnica	
principal de análise do processo de deformação plástica e desenvolvimento de 
vários	processos	tecnológicos,	como	o	forjamento	(MARQUES,	2013).
 
Em	1971,	pesquisadores	desenvolveram	estudos	para	identificar	e	produzir	
forjados	 a	partir	 de	 ligas	 leves	 em	matriz	 fechada	no	 Japão,	 com	apenas	uma	
etapa	de	processo.	Em	busca	de	economia	de	material	e	energia,	eles	procuraram	
alternativas	ao	processo	de	usinagem,	para	evitar	grande	desperdício	de	matéria-
prima. Ainda, foram realizados estudos para a fabricação de peças, utilizando 
forjamento de precisão com o alumínio para a indústria aeronáutica (MARQUES, 
2013). 
Atualmente,	o	forjamento	é	caracterizado	como	um	processo	que	agrega	
boas	propriedades	mecânicas	à	peça,	como	resistência	mecânica,	ótima	utilização	
do material, pouco tempo de produção e alta produtividade. 
O metal é deformado plasticamente, com o objetivo de assumir a forma 
geométrica	empregada	pelas	ferramentas.	A	deformação	do	componente	forjado	
é causada pelo par de matrizes que se movem uma em direção a outra, de modo 
que a força seja aplicada na área de contato com a peça de trabalho. Contudo, para 
a determinação das forças requeridas para a execução do forjamento, é necessário 
conhecer	as	tensões	e	as	deformações	(BRITO,	1989).
Peças forjadas são aquelas que tiveram a sua forma determinada pelo 
martelamento	ou	prensagem.	Sua	classificação	se	dá	por	tipos	de	faixa	de	peso	e	
processo de fabricação:
• Por faixa de peso: 
ᵒ	 Forjados	leves	–	até	10	kg.
ᵒ	 Forjados	médios	–	maior	de	10	kg	e	até	200	kg.
ᵒ	 Forjados	pesados	–	acima	de	200	kg.
• Por processo de fabricação: forjado em matriz aberta ou fechada.
48
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Atualmente,	há	uma	grande	diversidade	de	prensas,	que	são	as	máquinas	
que inserem força nas matrizes e as principais ferramentas desse processo. 
As matrizes podem variar quanto ao tipo, modelo e tamanho, conforme a 
necessidade	do	projeto.	Já	as	prensas	variam	quanto	à	capacidade	de	aplicação	de	
força ou velocidade e podem ter acionamento mecânico ou hidráulico. As prensas 
mecânicas são acionadas por excêntricos e têm capacidade máxima de aplicação 
de	carga	de	100	a	8.000	toneladas.	Já	as	prensas	hidráulicas	funcionam	com	pistões	
hidráulicos, podem ter curso maior do que as prensas mecânicas e, como são 
fabricadas	com	capacidade	de	aplicação	de	carga	de	300	a	50.000	toneladas,	são	
mais caras do que as mecânicas (MARQUES, 2013). Para conformação mecânica, 
os principais requisitos que os equipamentos devem atender são:
• necessidade de alta produtividade;
•	 capacidade	de	força	e	energia;
• consideração das particularidades de procedimentos de forja e características 
dos materiais; 
• possibilidade de automação;
• capacidade de trabalho com baixo custo. 
No forjamento, há três tipos principais de equipamentos, cada um com 
vantagens	 e	 desvantagens	 típicas,	 devendo-se	 considerar,	 principalmente,	 o	
componente a ser forjado para a escolha do tipo ideal.
FONTE: Adlof (1994, apud Marques, 2013, p. 32)
FIGURA 28 – PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NO FORJAMENTO
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
49
O	custo	de	ferramentas	pode	constituir	até	50%	do	custo	total	do	componente	
forjado.	Assim,	torna-se	evidente	que	a	redução	do	custo	do	componente	exige	
cuidados especiais com a fabricação, a manutenção das matrizes e, sobretudo, um 
aumento do desempenho e da vida das ferramentas.
A	 durabilidade	 de	 uma	 ferramenta	 é	 influenciada	 por	 uma	 série	 de	
fatores, como a velocidade de deformação e a temperatura da peça forjada, o 
atrito	 entre	 a	 ferramenta	 e	 o	material,	 a	 geometria	 da	 ferramenta	 etc.	 Logo,	 é	
necessária	uma	boa	inter-relação	entre	todos	esses	fatores,	para	obter	um	produto	
economicamente viável e de boa qualidade (MARQUES, 2013).
Deve-se	procurar	maximizar	a	vida	de	uma	ferramenta	ao	desenvolver	o	
seu	projeto.	Alguns	itens	podem	afetar	a	durabilidade	de	uma	ferramenta,	como	
veremos	a	seguir:	
FIGURA 29 – ITENS QUE IMPACTAM A VIDA ÚTIL DA FERRAMENTA
FONTE: Viecelli (1995, p. 35)
Nos processos de conformação, a deformação plástica e a fricção 
contribuem	 para	 a	 geração	 de	 calor.	Aproximadamente,	 90	 a	 95%	 da	 energia	
mecânica	 envolvida	 é	 transformada	 em	 calor.	 Em	 alguns	 processos	 de	
conformação	mecânica,	como	trefilação	e	extrusão,	executados	a	altas	velocidade,	
aumentos	 de	 centenas	 de	 graus	 podem	 estar	 envolvidos.	 Uma	 parte	 do	 calor	
gerado	permanece	no	material	deformado;	outra	é	transferida	para	o	ferramental,	
enquanto uma parte adicional pode, ainda, ser transferida para a porção não 
deformada	do	material.	As	temperaturas	envolvidas	no	processo	influenciam	as	
condições	de	lubrificação,	vida	da	ferramenta,	tensões	residuais	e	as	propriedades	
finais	 do	 produto,	 e,	 ainda	 mais	 importante,	 determinam	 a	 velocidade	 de	
deformação máxima a ser usada na produção de qualidade sem danos excessivos 
ao ferramental.
Um processo de forjamento a quente compreende a deformação de 
um billet metálico entre duas matrizes, em uma temperatura próxima a 1.000 
°C,	 dependendo,	 claro,	 da	matéria-prima	 utilizada.	 Faz-se	 necessário	 um	pré-
50
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
aquecimento	das	matrizes	em	temperatura	em	torno	de	200-300°	C,	para	evitar	
um choque térmico (COSTA et al., 2017). Outra razão pela qual as matrizes 
são aquecidas é que, em temperatura ambiente, os aços pelos quais elas são 
confeccionadas	 apresentam	 uma	 fragilidade	 relativamente	 alta,	 não	 sendo	
capazes	de	resistir	às	altas	tensões	que	ocorrem	ao	longo	desse	processo.
No	 forjamento,	 ocorre	 uma	 troca	 térmica	 entre	 matéria-prima	 e	 a	
ferramenta,	devido	à	aplicação	da	 força	para	a	deformação	do	material,	o	que	
acaba	gerando	altas	tensões.	Além	disso,	o	uso	da	matriz	inúmeras	vezes	pode	
levá-la	a	falhar.	Essas	características	definem	a	sua	vida	útil,	ou	seja,	a	quantidade	
de ciclos e de peças que a ferramenta é capaz de fabricar antesde apresentar 
problemas (COSTA et al., 2017), como: 
•	 Desgaste	abrasivo:	é	a	perda	de	material	superficial	de	uma	superfície	sólida	
decorrente	de	ações	mecânicas.	É	o	 tipo	mais	 comum	de	desgaste,	 causado,	
basicamente, por conta da diferença de dureza entre a superfície da peça 
e	 a	 superfície	 da	matriz	 e	 da	 rugosidade	de	 ambas,	 que,	 do	ponto	de	 vista	
microscópico,	 são	 os	 “picos”	 e	 “vales”.	 Quando	 duas	 superfícies	 estão	 em	
contato,	elas,	na	verdade,	 tocam-se,	apenas,	nos	“picos”	mais	altos.	Quando	
ocorre	um	movimento	relativo,	alguma	energia	é	necessária	para	romper	as	
ligações	entre	esses	“picos”	e	“vales”,	podendo	haver	arranque	de	material.	Os	
principais	parâmetros	que	influenciam	no	desgaste	são	a	velocidade	relativa	
entre as superfícies, as tensões normais atuantes, a temperatura, a dureza 
da ferramenta e a ductilidade dos materiais em contato. A temperatura de 
forjamento	 é	 um	 parâmetro	 importante	 em	 relação	 ao	 desgaste.	 Embora	 o	
material da peça possa escoar mais facilmente a temperaturas mais elevadas, 
em decorrência da tensão de escoamento inferior, a temperatura da matriz 
aumentará. Com o tempo, esse maior aquecimento faz com que ocorra 
um	revenimento	do	material	da	matriz	 com	a	 superfície,	 gerando	 fases	não	
martensíticas de menor dureza.
•	 Fadiga	mecânica:	ocorre	por	conta	de	uma	degeneração	progressiva	e	localizada	
na	microestrutura,	quando	o	material	é	submetido	a	um	carregamento	cíclico.	
Mesmos	baixos	níveis	de	tensões,	inferiores	à	tensão	de	ruptura	e,	também,	à	
tensão	de	escoamento	do	material,	podem	levar	à	falha,	se	aplicados	de	maneira	
cíclica.	É	relatado	que,	sob	carregamento	cíclico,	ferramentas	de	forjamento	a	
quente podem apresentar deformação plástica localizada e endurecimento já 
após	o	forjamento	da	primeira	peça,	e	que	a	formação	de	fissuras	é	possível	
apenas por deformação elástica.
•	 Fadiga	 térmica:	 normalmente,	 é	 encontrada	 em	 matrizes	 de	 forjamento	 a	
quente	em	regiões	onde	existe	um	longo	tempo	de	contato	entre	a	peça	sendo	
forjada	e	a	ferramenta.	Trincas	decorrentes	de	fadiga	térmica	podem	ocorrer	
pelo	carregamento	térmico	cíclico.	Como	matrizes	de	forjamento	são	expostas	
a	 altas	pressões	 superficiais	de	 contato,	 seguidas	de	 intenso	 resfriamento,	 a	
temperatura da superfície pode apresentar variações cíclicas de temperatura 
de	400	°C	ou	maiores.	Assim,	gradientes	de	temperatura	extremamente	altos	
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
51
podem ocorrer. Adicionalmente, o resfriamento abrupto da superfície da 
matriz,	 pelo	 uso	 do	 lubrificante,	 pode	 causar	 altas	 tensões	 superficiais	 de	
tração.
• Amolecimento: é outro modo de falha de matrizes de forjamento que ocorre 
pelo	carreamento	térmico.	Isso	pode	levar	à	redução	da	tensão	de	escoamento	
e	 favorecer	 o	 aparecimento	 de	 desgaste,	 fadiga	 térmica,	 fadiga	 mecânica	 e	
deformação plástica. Em função das altas temperaturas que ocorrem na interface, 
uma	camada	do	material	com	300	a	500	µm	de	profundidade	é	termicamente	
afetada. Embora autorrevenimento e amolecimento da ferramenta ocorram ao 
longo	do	tempo,	a	camada	superficial	termicamente	afetada	pode	apresentar	
esse problema já após o primeiro forjamento.
• Deformação plástica: é aquela permanente da superfície da ferramenta em 
decorrência de tensões maiores do que a tensão de escoamento do material. 
A deformação plástica ocorre, normalmente, em cantos vivos e áreas de 
pequeno	 volume	 (por	 exemplo,	 costeletas	 muito	 delgadas),	 onde	 a	 tensão	
normal	(pressão	de	contato)	e	a	tensão	de	cisalhamento	na	interface	material/
matriz	(decorrente	do	atrito)	atingem	valores	extremos.	A	deformação	plástica	
depende	da	 temperatura	da	matriz	 e	da	peça,	 do	 carregamento	mecânico	 e	
das	velocidades	relativas.	Gravuras	complexas	são	mais	afetadas.	Regiões	com	
grande	 probabilidade	 de	 deformação	 plástica	 na	 ferramenta	 são	 facilmente	
determinadas	por	simulações	por	elementos	finitos.
O	engenheiro	projetista	determinará	o	 tipo	e	o	modelo	da	matriz,	 com	
base no projeto do produto. Os softwares utilizados, vistos nas disciplinas 
anteriores, como práticas CAD, CAD e desenho técnico, apresentam recursos 
para desenvolver a matriz de maneira rápida, mesmo em casos de peças com 
geometria	complexa.	Além	disso,	muitas	vezes,	utilizam-se	softwares	de	CAM	
para	facilitar	a	interligação	dos	processos.	O	projeto	final	da	matriz	é	transferido	
para	o	setor	de	produção,	o	qual	fica	encarregado	da	fabricação	da	matriz.	Essas	
tecnologias	são	cruciais	para	o	desenvolvimento	de	uma	matriz	que	atenda	aos	
requisitos	de	qualidade	e	de	um	processo	economicamente	viável	 (MAWUSSI,	
2011, apud MARQUES, 2013).
Os materiais utilizados na fabricação de matrizes para forjamento devem 
ter	elevada	resistência	ao	desgaste	e	às	solicitações	de	compressão.	Para	as	matrizes	
que trabalham a quente, devem ser considerados os aspectos relacionados 
à	 manutenção	 das	 propriedades	 mecânicas	 do	 material.	 Os	 materiais	 mais	
utilizados na fabricação de matrizes para forjamento são os aços, que contêm, 
como	 principais	 elementos	 de	 liga,	 o	 cromo,	 o	 tungstênio,	 o	 molibdênio	 e	 o	
vanádio (MARQUES, 2013).
O	aço-ferramenta	ABNT	H13,	 classificação	do	American	 Iron	and	Steel	
Institute (AISI), é um dos mais populares para trabalho a quente, sendo usado 
em	uma	grande	variedade	de	 ferramentas.	A	 letra	 “H”	 se	 refere	 ao	 termo	em	
inglês	 hot application,	 que	 faz	menção	 à	 aplicação	 em	 operações	 a	 quente,	 e	 o	
número	13	indica	uma	liga,	dentro	da	classe	de	aços,	em	que,	particularmente,	
o	 teor	 de	 vanádio	 se	 encontra	 elevado	 na	 ordem	de	 0,9%	 em	massa.	Os	 aços	
52
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
para trabalho a quente têm sido desenvolvidos para resistir a combinações de 
aquecimento, pressão e abrasão associadas com puncionamento, cisalhamento 
ou conformação de metais em altas temperaturas. Por exemplo, os aços para 
trabalho a quente ao cromo têm boa resistência ao amolecimento térmico, por 
causa do seu médio teor de cromo e pela adição de elementos formadores de 
carbonetos,	como	molibdênio,	tungstênio	e	vanádio.	O	baixo	teor	de	carbono	da	
liga	promove	tenacidade	em	uma	dureza	normal	de	trabalho	de	40	a	55	HRC.	O	
alto	teor	de	tungstênio	e	molibdênio	aumenta	a	resistência	a	quente,	mas	reduz,	
ligeiramente,	a	tenacidade.	Vanádio	é	adicionado	para	aumentar	a	resistência	ao	
desgaste	abrasivo	em	altas	temperaturas	(ISHIKAWA	et al., 2010).
4 ATIVIDADE PRÁTICA – ENSAIO DO ANEL
• Objetivo:	determinação	do	coeficiente	de	atrito,	pois	é	um	fator	determinante	
nos processos de conformação mecânica e está diretamente relacionado com: 
controle	do	desgaste	(vida	útil	de	uma	ferramenta	ou	componente);	esforços	
de conformação – tensões; preenchimento da matriz no forjamento; condição 
de	 agarre	 do	 material	 na	 laminação;	 acabamento	 superficial	 do	 produto;	
necessidade	 de	 lubrificação;	 seleção	 de	 lubrificantes;	 avaliação	 do	 efeito	 de	
tratamentos	superficiais;	acabamento	de	ferramentas	e	tarugos	(corpo	de	prova	
a ser trabalhado).
• Dados do ensaio:
ᵒ	 Reduções	da	altura	do	corpo	de,	aproximadamente,	20%,	40%	e	60%.
ᵒ	 O	 teste	 de	 compressão	 do	 anel	 é	 realizado	 em	 duas	 condições:	 com	
lubrificação	e	sem	lubrificação.
ᵒ	 Material	da	amostra	AA6351.
ᵒ	 Dimensões	–	externa:	24	mm;	interna:	12	mm;	altura:	8	mm.
FIGURA 30 – DEFORMAÇÕES DO ANEL
FONTE: A autora
• Equipamentos:
ᵒ	 Prensa	hidráulica	(EKA).
ᵒ	 Par	de	matrizes	cilíndricas	planas	em	H13.
ᵒ	 Lubrificante	M1.
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
53
FIGURA 31 – MATRIZES PARA O ENSAIO DO ANEL
FONTE: A autora
• Procedimentos:
ᵒ	 Medição	da	altura	e	diâmetro	interno	de	cada	corpo	antes	e	depois	do	ensaio.
ᵒ	 Inserir	a	matriz	na	prensa.
ᵒ	 Realizar	a	redução	em	altura	dos	anéis,	ou	seja,	redução	do	diâmetro	interno	
(d1-d0).
ᵒ	 Plotagem	dos	pontos	em	gráfico,	com	as	curvas	de	calibração	extraídas	do	
software Simufact.
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA1 Qual foi o resultado das curvas de calibração?
GRÁFICO 3 – DIÂMETRO INTERNO x REDUÇÃO NA ALTURA
FONTE: A autora
54
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
2		O	 que	 ocorreu	 com	 o	 anel	 ensaiado	 sem	 lubrificante?	Quais	 foram	 as	 suas	
reduções em mm?
3		O	 que	 ocorreu	 com	 o	 anel	 ensaiado	 com	 lubrificante?	Quais	 foram	 as	 suas	
reduções em mm?
FIGURA 32 – ANÉIS APÓS ENSAIO
FONTE: A autora
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
55
LEITURA COMPLEMENTAR
ANÁLISE EXPERIMENTAL E NUMÉRICA DO PROCESSO DE 
FORJAMENTO A QUENTE DE PEÇAS VAZADAS A PARTIR 
DA GERATRIZ TUBULAR
Angela	Selau	Marques
Luana de Lucca de Costa
Vinicius	Martins
Lírio	Schaeffer
A	geometria	da	peça	está	representada	pela	modelagem	em	3D	da	peça	
desenvolvida	no	software	SolidWorks.	A	utilização	desse	sistema	permitiu	uma	
série	 de	 automatizações	 em	 relação	 à	 modelagem	 da	 peça,	 da	 geratriz	 e	 das	
matrizes.	A	partir	do	momento	 em	que	 a	peça	 está	modelada	no	SolidWorks,	
pode-se	 desenvolver	 todo	 o	 ferramental	 de	 maneira	 simplificada.	 Todavia,	
a característica desse sistema, que mais contribui nessa etapa da pesquisa, é a 
possibilidade de alterar facilmente qualquer medida da peça, sendo que essas 
alterações	se	regeneram	de	modo	automático,	de	acordo	com	as	novas	dimensões	
atribuídas.
FIGURA 1 – EXEMPLO DA PEÇA DESENVOLVIDA EM CAD
(a) (b)
As	 paredes	 da	 peça	 foram	 projetadas	 com	 ângulos	 de	 saída	 de	 7°.	 A	
literatura	indica,	no	mínimo,	6°,	porém,	devido	à	geometria	da	peça	apresentar,	
principalmente,	 na	 região	 interna,	 probabilidade	 de	 adesão	 peça/ferramenta,	
optou-se	por	um	ângulo	maior.	
56
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FIGURA 2 – DIMENSIONAMENTO DA PEÇA A SER FORJADA
Para uma representação virtual da peça forjada, foi realizado um esboço 
da	aproximação	do	que	poderia	ficar	de	rebarba	na	peça,	para	estimar,	pela	lei	da	
conservação	do	volume,	as	dimensões	da	geratriz	inicial.	
A	geratriz	foi	dimensionada	de	forma	a	ter	o	mesmo	volume	da	peça	a	
ser	forjada	e	considerando	o	adicional	referente	à	rebarba.	Assim,	as	dimensões	
do billet	cilíndrico	vazado	são:	altura	de	35,5	mm,	largura	de	41,5	mm,	com	furo	
concêntrico passante de 12 mm de diâmetro. As dimensões do billet maciço são: 
altura	de	32,02	mm	e	largura	de	41,5	mm.
Os desenhos do canal e do poço da rebarba são necessários, também, para 
que	se	possa	desenvolver	o	projeto	do	ferramental.	O	exposto	a	seguir	mostrará	
uma vista em corte das matrizes superior e inferior, além do canal para a saída do 
gás,	a	cavidade	dos	pinos-guias,	o	canal	de	rebarba	e	uma	representação	da	peça	
idealizada:
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
57
FIGURA 3 – MATRIZ PARA FABRICAÇÃO DA PEÇA
A simulação do processo de forjamento é utilizada para avaliar o 
preenchimento	 do	 molde	 e	 a	 fabricação	 das	 peças	 dentro	 das	 especificações.	
Além disso, também são analisados parâmetros envolvidos no processo, como 
geometria	 do	 billet,	 geometria	 da	 matriz	 e	 dos	 canais	 de	 rebarba,	 força	 de	
forjamento, temperatura e atrito. Por meio dos resultados apresentados pela 
simulação,	pode-se	verificar	se	a	peça	forjada	será	obtida	livre	de	defeitos.
	O	método	de	elemento	finito	foi	o	escolhido	para	analisar	o	processo	de	
forjamento.	 Em	decorrência	da	 geometria	da	peça,	 utilizou-se	 a	 simulação	 em	
3D,	cujos	resultados	são	mais	confiáveis	e	adequados	para	o	forjamento	a	quente,	
conforme indica a literatura apresentada pelo fabricante do software, além de 
pesquisas realizadas. 
A	escolha	pelo	método	utilizado	é	definida	ao	se	iniciarem	os	trabalhos	
com	o	Simufact.	Além	disso,	na	etapa,	é	definido	o	tipo	de	processo,	por	exemplo,	
se o forjamento será a quente ou o frio, e a quantidade de matrizes utilizadas na 
simulação. 
O	tamanho	da	malha,	o	tipo	e	o	número	de	elementos	gerados	pelo	software	
influenciam,	diretamente,	nos	resultados	apresentados	pela	simulação.	A	malha	
mais	 refinada,	 com	mais	 elementos,	gera	um	 tempo	maior	para	 resolução	dos	
cálculos. Por isso, é necessário que se encontre um equilíbrio entre esses fatores. 
Foram realizadas simulações com dois tipos de malha, 2D e 3D, 
determinando-se	 que	 a	 melhor	 malha	 a	 ser	 utilizada	 é	 a	 3D,	 pois	 apresenta	
resultados	 satisfatórios.	 Assim,	 utilizou-se	 uma	 malha	 de	 1	 mm,	 o	 tipo	 de	
elemento	é	o	hexaédrico	e	o	número	de	elementos	gerados	foi	de	15.484.	A	seguir,	
será	possível	identificar	a	malha	gerada.
58
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FIGURA 4 – MALHAS PARA SIMULAÇÃO
Os	parâmetros	utilizados	são	de	grande	importância	para	um	resultado	
confiável	da	simulação.	Assim,	foram	utilizados	os	seguintes	dados	de	entrada:
FIGURA 5 – PARÂMETROS UTILIZADOS
Após	 a	 simulação	 e	 a	 fabricação	 do	 ferramental,	 fez-se	 o	 forjamento	
da peça. Os mesmos parâmetros da simulação foram utilizados no intuito de 
comparar os resultados obtidos na simulação numérica e os dados analíticos com 
os experimentos realizados.
Para	o	forjamento	da	peça	em	estudo,	utilizou-se	uma	prensa	hidráulica	
da marca FKL, a qual tem capacidade de força de 600 toneladas e velocidade 
de	prensagem	de	3,4	mm/s.	A	unidade	hidráulica	dessa	máquina	é	instalada	na	
parte superior. 
O sistema hidráulico é constituído, basicamente, por tanque, bombas, 
válvulas direcionais, cilindro principal, cilindros auxiliares e válvula de 
preenchimento. A válvula de preenchimento é uma válvula de retenção pilotada, 
montada	sobre	o	cilindro	principal,	com	a	função	de	abri-lo	para	movimentações	
rápidas. 
A	 configuração	 dos	 parâmetros	 para	 o	 funcionamento	 da	 máquina	
é feita por um sistema chamado de IHM, da marca Siemens. A partir dessa 
TÓPICO 3 — FORJAMENTO E LAMINAÇÃO
59
interface,	é	possível	acessar,	além	de	modificar	todos	os	valores	programáveis	do	
equipamento.	As	matrizes	são	fixadas	à	máquina	com	grampos	apropriados,	para	
evitar a ocorrência de movimentos relativos entre as matrizes durante o processo 
de	 forjamento.	 As	 ferramentas	 têm	 pinos-guias	 para	 evitar	 o	 deslocamento	
durante	a	conformação.	Elas	são	aquecidas	por	meio	do	contato	com	um	tarugo	
de aço aquecido a 300 °C. 
Os billets foram aquecidos a uma temperatura de 400 °C, em um forno 
elétrico.	Na	sequência,	foram	mergulhados	em	solução	lubrificante	sintética,	a	fim	
de	obter	uma	película	 lubrificante	 envolvendo	os	 tarugos.	As	matrizes	 também	
foram	lubrificadas,	borrifando-se,	na	superfície,	uma	solução	lubrificante	sintética.	
FIGURA 6 – MATRIZES UTILIZADAS ACOPLADAS NA PRENSA
Quando se comparam as peças forjadas com as simuladas, os resultados 
da	simulação	numérica	são	similares	e	podem	ser	utilizados	como	guias	para	o	
desenvolvimento de processos de forjamento, auxiliando na redução do tempo 
de desenvolvimento de novos processos.
Os resultados da simulação e do experimento apresentaram diferenças, que 
podem	ser	justificadas	em	função	da	utilização	de	dados	retirados	da	literatura.	
A exemplo, o atrito e a tensão de escoamento, que, para forjamento a quente, 
é	de	difícil	mensuração.	Contudo,	pode-se	utilizar	 os	 resultados	da	 simulação	
como um indicativo da força necessária para forjar e do comportamento do 
material	durante	a	conformação.	Por	fim,	por	análise	visual	e	macrográfica	das	
peças,	concluiu-se	que	é	possível	fabricar	peças	isentas	de	trincas	e	de	defeitos	
superficiais	através	de	um	billet vazado.
FONTE: Adaptado de MARQUES, A. S. et al. Análise experimental e numérica do processo de 
forjamento a quente de peças vazadas a partir da geratriz tubular. In: 69º CONGRESSO ANUAL 
DA ABM – INTERNACIONAL/14º ENCONTRO NACIONAL DE ESTUDANTES DE ENGENHARIA 
METALÚRGICA, DE MATERIAIS E DE MINAS, jul. 2014, São Paulo, SP. Anais [...] São Paulo, 2014. 
Disponível em: https://abmproceedings.com.br/en/article/download-pdf/estudoexperimental-
para-forjamento-a-quente-em-matriz-fechada-de-peas-de-mdiacomplexidade. Acesso em: 26 
fev. 2020.
60
UNIDADE 1 — PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Nessa leitura complementar,vimos um resumo de uma pesquisa de simulações 
no processo de forjamento que utilizou o software Simufact. Você já ouviu falar dele? É um 
software muito utilizado na área da conformação mecânica, tanto em indústrias como nas 
pesquisas científicas.
A Simufact é líder do setor no fornecimento de soluções de simulação para todas as cadeias 
de processos de fabricação de metais, e otimiza esses processos de fabricação, reduzindo 
custos e tempo de colocação no mercado, e fornecendo resultados precisos de maneira 
consistente.
Para saber mais, acesse os sites a seguir, para encontrar tutorias de uso e mais informações: 
https://www.simufact.com/; https://www.youtube.com/watch?v=MMlsZ20kKnU; https://
www.youtube.com/watch?v=_iE1o59x-Po.
DICAS
61
RESUMO DO TÓPICO 3
Neste tópico, você aprendeu que:
• Laminação é um processo de conformação mecânica, responsável pela redução 
da	seção	das	matérias-primas	(por	exemplo,	tarugos,	placas	ou	lingotes),	por	
meio	da	passagem	por	dois	cilindros	que	giram	em	sentidos	opostos.
•	 Os	produtos	obtidos	pelo	processo	de	laminação	se	chamam	produtos	longos	
e produtos planos.
• A principal ferramenta utilizada no processo de laminação são os laminadores, 
que	são	formados	por	gaiolas,	as	quais	comportam	os	cilindros.	Estas	podem	
ser	gaiola	duo,	duo	reversível	ou	gaiola	trio.
• Peças forjadas são aquelas que tiveram a sua forma determinada por 
martelamento	ou	prensagem.
•	 Na	indústria	do	forjamento,	o	custo	das	ferramentas	pode	constituir	até	50%	do	
custo total do componente.
• Os principais fenômenos que contribuem para a falha da ferramenta após um 
determinado	número	de	 ciclos	de	 forjamento	 são:	 desgaste	 abrasivo,	 fadiga	
mecânica,	fadiga	térmica,	amolecimento	e	deformação	plástica.
• Os materiais utilizados na fabricação de matrizes para forjamento devem 
possuir	elevada	resistência	ao	desgaste	e	às	solicitações	de	compressão.
Ficou alguma dúvida? Construímos uma trilha de aprendizagem 
pensando em facilitar sua compreensão. Acesse o QR Code, que levará ao 
AVA, e veja as novidades que preparamos para seu estudo.
CHAMADA
62
1		Uma	tira	(400	mm	de	largura	e	2,5	mm	de	espessura)	é	laminada	com	tração	
(F	=	250	kN).	A	resistência	ao	escoamento	da	tira	é	de	500	N/mm2. Qual é a 
pressão	da	laminação	necessária,	desconsiderando	o	atrito	e	empregando	
a teoria de escoamento de Tresca? Com um raio do cilindro de laminação 
de	300	mm	e	sem	variação	na	largura	da	tira,	calcule	a	força	de	laminação,	
desconsiderando, também, o achatamento do cilindro.
AUTOATIVIDADE
2 Forjamento é o processo de conformação que molda uma peça por meio do 
martelamento	ou	prensagem	de	um	billet. A ferramenta utilizada se chama 
matriz. Dentro desse contexto, descreva quatro mecanismos de falhas de 
matrizes.
63
UNIDADE 2 — 
USINAGEM
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• conhecer as máquinas torno, fresadora e de Comando Numérico 
Computadorizado (CNC);
• programar máquinas CNCs;
• desenvolver peças com máquinas de corte;
• ferramentas utilizadas no processo de fabricação por usinagem;
• aprofundar os conhecimentos a partir da realização de atividades 
práticas.
Esta unidade está dividida em três tópicos. No decorrer da unidade, 
você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo 
apresentado.
TÓPICO 1 – MÁQUINAS CONVENCIONAIS
TÓPICO 2 – MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO 
COMPUTADORIZADO (CNC)
TÓPICO 3 – MÁQUINAS DE CORTE
Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos 
em frente! Procure um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá 
melhor as informações.
CHAMADA
65
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
Ao enxergar e entender sua própria fragilidade, nossos antepassados 
passaram a buscar maneiras de aprimorar e melhorar suas vidas. O fato de andar 
somente sobre duas pernas, além de liberar as mãos para outras tarefas, inclinou 
seus olhos para a frente, o que permitiu a visualização de um novo horizonte 
de possibilidades. Cérebro, olhos e mãos começaram a trabalhar em conjunto, 
e a posição livre do polegar contribuiu para a fabricação dos instrumentos que 
aumentavam a força dos seus braços: as armas e as ferramentas (FUNDAÇÃO 
ROBERTO MARINHO, 2000). 
Sua inteligência logo ensinou que, se ele tivesse uma pedra nas mãos, seu 
golpe teria mais força. Se essa pedra tivesse um cabo, seria melhor ainda. Se ela 
fosse afiada, poderia cortar a caça e ajudar a raspar a pele dos animais caçados. 
Portanto, o ser humano viu que, simplesmente, apanhar um pedaço de pedra 
no chão não era suficiente, afinal, chimpanzés fazem isso para abrir a casca de 
frutos mais duros. Assim, o homem descobriu que era preciso aprimorar essa 
matéria-prima chamada pedra e desenvolver algo mais incrementado; era preciso 
desbastar, além de polir e prender para fabricar um machado. 
Para tornar sua produção cada vez maior, começou a criar instrumentos 
capazes de repetir mecanicamente os movimentos que ele idealizou para obter 
as formas que queria. Com isso, nasceram as primeiras operações de desbastar, 
cortar e furar, e, por consequência, os protótipos das máquinas-ferramenta e os 
primeiros processos de fabricação (FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO, 2000).
Atualmente, a evolução foi tanta que, praticamente, todos os objetos e 
peças do nosso dia a dia, primordiais para o nosso trabalho e sobrevivência – 
desde peças de transportes, como avião e carros, a equipamentos cirúrgicos –, 
passaram por algum processo de fabricação, mais especificamente, a usinagem.
Neste tópico, estudaremos os principais processos de fabricação por 
usinagem em máquinas convencionais: torneamento e fresamento.
TÓPICO 1 — 
MÁQUINAS CONVENCIONAIS
UNIDADE 2 — USINAGEM
66
2 TORNEAMENTO
Os processos de fabricação são classificados em:
• Sem remoção de cavaco, os ditos processos de conformação (que estudamos 
na unidade anterior), nos quais são mantidos o volume constante, a lei da 
constância e o volume, ou seja, modelando o material sem alteração de volume.
• Com remoção de cavaco, chamados de usinagem. A seguir, observaremos a 
classificação geral desse processo.
Neste tópico, estudaremos o torneamento.
FIGURA 1 – CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM
FONTE: A autora
A usinagem é uma operação que confere, à peça, forma, dimensões 
ou acabamento, por meio da remoção do material sob a forma de cavaco. 
Visualizaremos uma sequência de usinagem desde a matéria-prima até o produto 
final.
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS
67
FIGURA 2 – SEQUÊNCIA DE USINAGEM
FONTE: Diniz (2006, p. 25)
Segundo Diniz (2006), torneamento é um processo de usinagem usado 
para fabricar peças cilíndricas, no qual a ferramenta desenvolve um deslocamento 
linear, enquanto a peça exerce um movimento rotacional.
Criado por volta de 1866, quando o inglês Henry Moudslay adaptou 
algumas peças, mesa e ferramentas, criando o primeiro torno a vapor. Essa 
invenção não só diminuía a necessidade de mão de obra, uma vez que os tornos 
podiam ser operados por apenas uma pessoa, como também fez com que a mão 
de obra se tornasse menos especializada.
FIGURA 3 – TORNO A VAPOR
FONTE: Diniz (2006, p. 30)
A usinagem no torno consiste em fixar a matéria-prima em um dispositivo, 
assumindo o movimento rotativo pelo eixo principal da máquina, enquanto a 
ferramenta, presa no carro superior, assume o movimento de avanço, usinando a 
superfície da peça (MOTA, 2011). Existem três tipos de torno: o vertical, o universal 
(no qual o eixo fica na horizontal) e o de Comando Numérico Computadorizado 
(CNC – que veremos no próximo tópico), que funcionam, basicamente, com o 
mesmo princípio. A seguir, teremos as partes da máquina torno universal, cujas 
letras correspondem a:
UNIDADE 2 — USINAGEM
68
a) bancada;
b) cabeçote motriz ou fixo; 
c) placa; 
d) carro; 
e) cabeçote móvel; 
f) motor; 
g) polia; 
h) correias; 
i) caixa de mudança das velocidades de avanço; 
j) alavanca de mudança das velocidades de avanço; 
k) alavanca de inversãodo movimento de avanço; 
l) engrenagens de ligação entre eixo-árvore e caixa de mudança; 
m) alavanca de mudança de velocidade do eixo árvore; 
n) fuso; 
o) alavanca da porca do fuso; 
p) vara; 
q) porta-ferramentas; 
r) carro superior; 
s) carro transversal; 
t) carro inferior; 
u) volante para deslocamento longitudinal do carro; 
v) vara de transmissão do motor; 
w) contra-ponta; 
x) volante do avanço da contra-ponta; 
y) alavanca da embreagem, fricção e freio; 
z) suporte para ajustar complemento do trem de engrenagens.
FIGURA 4 – PARTES DE UM TORNO UNIVERSAL
FONTE: Mota (2011, p. 8)
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS
69
A peça ou o produto final desse processo pode apresentar variadas formas, 
de acordo com a operação e o perfil da ferramenta. As superfícies obtidas podem 
ser: cilíndricas, cônicas, planas, perfiladas, esféricas, roscadas etc. O exposto a 
seguir mostrará algumas das ferramentas utilizadas no processo de torneamento 
e suas respectivas funções (SILVA, 2010), conforme a seguinte correspondência: 
1. Cortar.
2. Cilindrar à direita.
3. Sangrar.
4. Alisar.
5. Facear.
6. Sangrar grandes dimensões.
7. Desbastar.
8. Cilindrar à esquerda.
9. Formar.
10. Rosquear.
FIGURA 5 – FERRAMENTAS DE CORTE E SUAS RESPECTIVAS OPERAÇÕES
FONTE: Silva (2010, p. 4)
Para a fixação das peças, utilizam-se placas nos tornos, placas universais 
de três castanhas e placas de quatro castanhas independentes.
 
As placas nos tornos podem ser de arraste, para uso como contrapontos 
em operações de torneamento cônico.
FIGURA 6 – PLACA DE ARRASTE
FONTE: Silva (2010, p. 9)
UNIDADE 2 — USINAGEM
70
As placas universais de três castanhas são utilizadas para fixar peças 
cilíndricas; as castanhas se movimentam de modo sincronizado, para garantir a 
centralização ideal.
FIGURA 7 – PLACA UNIVERSAL DE TRÊS CASTANHAS
FIGURA 8 – PLACA DE QUATRO CASTANHAS
FONTE: Silva (2010, p. 9)
FONTE: Silva (2010, p. 10)
Já as placas de quatro castanhas independentes realizam a mesma 
operação da placa com três castanhas, porém, em peças excêntricas e irregulares.
Para utilizar o torno, além de conhecer seus componentes e ferramentas, 
faz-se necessário calcular alguns parâmetros, como velocidade de corte, força e 
potência de usinagem.
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS
71
2.1 VELOCIDADE DE CORTE
Caracterizada por ser a velocidade da região da superfície que se corta 
quando a peça gira, é medida em metros por minutos. É um parâmetro muito 
importante, pois influencia diretamente na qualidade do produto final e na vida 
útil tanto da ferramenta quanto da máquina.
 A velocidade de corte (Vc) depende, principalmente:
• da superfície a ser torneada;
• do diâmetro da matéria-prima;
• da ferramenta;
• da operação.
Essa velocidade é calculada por meio da seguinte equação:
Em que: d é diâmetro (em mm) e n, rotação (em RPM).
Muitas velocidades já foram calculadas e tabeladas por cientistas e 
fabricantes, conforme poderá ser visto a seguir:
Materiais
Ferramentas de aço rápido Ferramentas de carboneto-metálico
Desbaste Acabamento Roscar/ recartilhar Desbaste Acabamento
Aço 0,35% C 25 30 10 200 300
Aço 0,45% C 15 20 8 120 160
Aço extraduro 12 16 6 40 60
Ferro fundido 
maleável 20 25 8 70 85
Ferro fundido 
gris 15 20 8 65 95
Ferro fundido 
duro 10 15 6 30 50
Bronze 30 40 10-25 300 380
Latão e cobre 40 50 10-25 350 400
Alumínio 60 90 15-35 500 700
Fibra e ebonite 25 40 10-20 120 150
QUADRO 1 – VELOCIDADE DE CORTE (EM METROS POR MINUTO) PARA TORNOS
FONTE: <https://carlosesilva.files.wordpress.com/2012/07/apostila-tornearia-carlos-eduardo.
pdf>. Acesso em: 15 fev. 2020.
UNIDADE 2 — USINAGEM
72
As forças de usinagem são tratadas como uma ação da peça sobre a 
ferramenta. A força total resultante, que atua sobre a cunha cortante da ferramenta, 
durante a usinagem, é denominada de força de usinagem (Fu), sendo importante 
para:
• Estimar a potência necessária do motor.
• Selecionar adequadamente as ferramentas.
• Escolher adequadamente os parâmetros de usinagem.
A força de usinagem (Fu) pode ser decomposta em:
• Força ativa (Ft): componente que está no plano de trabalho, que contribui para 
a potência de usinagem e é decomposta em outras forças, como a força de corte 
(Fc).
• Força passiva (Fp): componente perpendicular ao plano de trabalho, que não 
contribui para a potência de usinagem e é composta apenas pela força de 
profundidade (Ff).
FIGURA 9 – FORÇAS DE USINAGEM
FONTE: A autora
A força de corte é o principal fator no cálculo da potência necessária para 
a usinagem. Pode ser expressa pela equação geral de Kienzle:
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS
73
Sendo Ks a pressão específica de corte (N/mm²) e A a área da seção de 
corte (mm²).
A área da seção de corte e a ferramenta estarão representadas a seguir, 
sendo que b representará o comprimento de corte (mm), h, a espessura de corte 
(mm), ap, a profundidade de corte (mm), f, o avanço (mm/rot) e xr, o ângulo de 
direção do gume.
FIGURA 10 – SEÇÃO DE CORTE
FONTE: Ferraresi (2000, p. 40)
A área de corte pode ser expressa pela equação:
(Equação 3)
(Equação 4)
(Equação 5)
(Equação 6)
Em uma situação de corte ideal no torneamento (xr = 90°), tem-se que:
Pesquisadores e instituições já propuseram diversas fórmulas para 
o cálculo da pressão específica de corte (Ks). Kienzle elaborou uma equação 
considerada suficientemente precisa para o cálculo de Ks em função da espessura 
de corte (h):
UNIDADE 2 — USINAGEM
74
Os valores de Ks1 e z são as propriedades do material, sendo definidos 
experimentalmente e registrados. Substituindo essa relação de Ks e h na equação 
geral de Kienzle, é possível determinar a força de corte (FC) por meio da seguinte 
equação:
Os valores Ks1 e z para diversos materiais são apresentados no Quadro 2.
Material s1 (Kgf/mm2) 1-z Ks1
Aço ABNT 1030 52 0,74 199
1040 62 0,83 211
1050 72 0,70 226
1045 67 0,86 222
1060 77 0,82 213
8620 77 0,74 210
4320 63 0,70 226
4140 73 0,74 250
4137 60 0,79 224
6150 60 0,74 222
Ferro fundido HRc = 46 0,81 206
Ferro fundido GG26 HB = 200 0,74 116
FONTE: Ferraresi (2000, p. 41)
QUADRO 2 – VALORES DE K
s1
 E z
Por exemplo: para calcular a força de corte necessária para tornear a peça 
da Figura 11, utilizando os seguintes dados:
• Material: aço ABNT 1060 (Ks1 e 1-z são obtidos por tabelamento).
• b = 20 mm.
(Equação 7)
(Equação 8)
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS
75
A resolução é:
FONTE: A autora
FIGURA 11 – PEÇA CILÍNDRICA
Já a potência de corte (PC), expressa em kW, pode ser definida pela seguinte 
equação:
Sendo FC a força de corte (em N) e VC a velocidade de corte (em m/min).
Assim, para calcular a potência de corte (PC) necessária para tornear a 
peça do exercício anterior, por exemplo, em que VC equivale a 120 mm/min:
3 FRESAGEM
O fresamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção 
de quaisquer superfícies com o auxílio de ferramentas, geralmente, multicortantes. 
A seguir, apresentaremos alguns exemplos de peças obtidas e ferramentas para 
fresar.
(Equação 9)
UNIDADE 2 — USINAGEM
76
FIGURA 12 – PEÇAS FRESADAS
FIGURA 13 – FERRAMENTA PARA FRESAR
FONTE: A autora
FONTE: <https://www.indiamart.com/tool-tech/>. Acesso em: 28 fev. 2020.
Para que ocorra a remoção da matéria, é necessária a chamada cinemática 
do fresamento, ou seja, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se desloca, 
segundo uma trajetória qualquer.
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS
77
FIGURA 14 – CINEMÁTICA DO FRESAMENTO
FIGURA 15 – MOVIMENTO DISCORDANTE
FIGURA 16 – MOVIMENTO CONCORDANTE
FONTE: Adaptada de Ferraresi (2000)
FONTE: Ferraresi (2000, p. 45)
FONTE: Ferraresi (2000, p. 45)
Existem três métodos diferentes de fresagem: movimento discordante, 
concordante e combinado (FERRARESI, 2000).
• Movimento discordante: o movimento de avanço pode levar a peça contra o 
movimento de giro do dente da fresa. 
• Movimento concordante: quando o movimento da peça é no mesmo sentido 
do dente da fresa.
UNIDADE 2 — USINAGEM
78
• Movimento combinado:é aquele que ocorre quando a fresa tem seu eixo dentro 
do campo de corte da peça. Assim, uma parte do corte ocorre em fresagem 
concordante e a outra, em discordante. 
FIGURA 17 – MOVIMENTO COMBINADO
FONTE: Ferraresi (2000, p. 46)
As máquinas fresadoras são classificadas, basicamente, em relação ao 
eixo-árvore: horizontal, vertical, universal etc. Alguns exemplos poderão ser 
vistos a seguir.
FIGURA 18 – MÁQUINAS FRESADORAS
FONTE: <https://www.shutterstock.com/pt/image-vector/flat-icon-collection-electric-machine-
-tools-1104508619>. Acesso em: 4 set. 2020.
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS
79
A fresadora ferramenteira assemelha-se à fresadora vertical em alguns 
recursos de movimento do cabeçote vertical, este que gira no sentido dos eixos x, 
y e z.
FIGURA 19 – FRESADORA FERRAMENTEIRA
FONTE: <https://www.shutterstock.com/pt/image-photo/milling-machine-operator-working-
-factory-workshop-181731173>. Acesso em: 4 set. 2020.
A fresa é a ferramenta empregada no fresamento, sendo dotada de facas 
ou dentes multicortantes. São classificadas conforme o ângulo de cunha.
FIGURA 20 – CLASSIFICAÇÃO PELO ÂNGULO DE CUNHA
FONTE: Mota (2011, p. 8)
Tipos de fresa:
• Fresas para rasgos e/ou fresas de topo.
• Fresas de perfil constante.
• Fresas planas.
• Fresas angulares.
• Fresas de dentes postiços.
• Fresas para desbaste.
UNIDADE 2 — USINAGEM
80
As ferramentas, geralmente, são utilizadas por fixação por porta-pinças.
FIGURA 21 – FIXAÇÃO POR PINÇA
FONTE: <https://www.shutterstock.com/pt/image-photo/various-cnc-machine-head-grinder-
-parts-1660535788>. Acesso em: 4 set. 2020.
FIGURA 22 – FERRAMENTAS DE FIXAÇÃO POR PINÇA
FONTE: <https://www.shutterstock.com/pt/image-photo/professional-cutting-tools-used-me-
talworkwoodwork-isolated-1043277919>. Acesso em: 4 set. 2020.
Essas ferramentas possibilitam a execução de uma ampla série de 
operações de fresamento. Por exemplo:
• Canais.
• Rasgos de chaveta.
• Perfis (tangencial).
• Cavidades.
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS
81
FIGURA 23 – SÉRIE DE OPERAÇÕES DE FRESAMENTO
FONTE: Adaptada de Ferraresi (2000)
O cálculo de RPM e a velocidade de corte podem ser feitos por meio das 
mesmas equações vistas anteriormente, embora seja necessário calcular, também, 
o avanço da mesa:
Em que: a é o avanço (em mm/min), n, a rotação da fresa em RPM, fz, o 
avanço por dente (em mm) e z, o número de dentes da fresa.
Alguns itens de cálculo já foram definidos.
UNIDADE 2 — USINAGEM
82
QUADRO 3 – ITENS DE CÁLCULO PARA FRESA DE TOPO
FONTE: Ferraresi (2000, p. 55)
Por exemplo, caso seja necessário desbastar um canal com uma fresa de 
topo de aço rápido de quatro dentes, com diâmetro 25 mm, em um bloco de aço 
liga e VC de 60 mm/min, deve-se definir o RPM (n) e o avanço (a) da mesa, a serem 
regulados na fresadora ferramenteira do laboratório de usinagem. Com base nos 
cálculos:
4 ATIVIDADE PRÁTICA – USINAGEM DE PEÇA CILÍNDRICA
Nesta atividade prática, realizaremos o torneamento de um peso de 
prumo, que nada mais é que uma peça cilíndrica utilizada, com um fio, para 
verificar a verticalidade na construção civil, o que equivale a um nível de água.
RPM
Velocidade de corte (Vc), avanço por dente (fz) e avanço (a)
FERRAMENTA
Tipo de 
operação
Aço carbono 
até Rt 700 N/
mm2
Aço-liga Ferro 
fundido 
até 180 
HB
Ligas de 
cobre
Metal 
leve
Até Rt 
750 
N/mm2
Até Rt 
1.000 N/
mm2
Fresa de topo FRESA DE AÇO RÁPIDO
Desbaste
Vc 30-40 25-30 15-20 20-25 60-150 150-250
fz 0,1-0,2 0,1-0,15 0,05-0,1 0,15-0,3 0,2-0,3 0,2-0,3
Acabamento
Vc 30-40 25-30 15-20 20-25 60-150 150-250
fz 0,04-0,1 0,04-0,1 0,04-0,1 0,07-0,2 0,05-0,2 0,04-0,2
FRESA DE METAL DURO
Desbaste
Vc 80-120 80-120 60-100 80-120 120-300 200-800
fz
0,04-
0,15
0,04-
0,15
0,04-0,1 0,06-0,15
0,08-
0,15
0,06-0,1
Acabamento
Vc 100-150 100-150 80-120 80-120 150-300 1200
fz 0,04-0,1 0,04-0,1 0,04-0,1 0,04-0,1 0,06-0,1 0,06-0,1
Nota: Rt = resistência à tração.
TÓPICO 1 — MÁQUINAS CONVENCIONAIS
83
FONTE: Mota (2011, p. 29)
• Objetivo: realizar operações de torneamento para transformação de matéria-
prima em peça final, denominada prumo.
• Dados do ensaio: desenho técnico para a execução do torneamento (Figura 24).
FIGURA 24 – DESENHO TÉCNICO DO PRUMO
• Equipamentos:
ᵒ Torno convencional.
ᵒ Matéria-prima aço 1020, com diâmetro de 50 mm e comprimento de 120 mm.
• Procedimento: realizar as seguintes etapas (MOTA, 2011):
ᵒ Cortar a matéria-prima nas dimensões 95 mm de comprimento e 50 mm de 
diâmetro.
ᵒ Calcular as velocidades de corte para cada operação de torneamento.
ᵒ Fixar o material na placa com 25 mm para fora.
ᵒ Executar o faceamento.
ᵒ Executar o furo de 4 mm.
ᵒ Realizar os chanfros.
ᵒ Realizar o desbaste do rebaixo e da cabeça.
ᵒ Executar ranhuras.
ᵒ Inclinar 45° o carro e realizar o torneamento cônico.
ᵒ Facear até o comprimento indicado no desenho técnico.
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA
1 Quais são as partes do torno convencional utilizado nesta prática?
2 Quais são as etapas de desenvolvimento e fabricação da peça?
3 Por que foi utilizado o aço 1020 na prática?
UNIDADE 2 — USINAGEM
84
Neste tópico, estudamos o processo de usinagem. Para aprofundar o 
assunto, procure artigos científicos publicados na área, assim como referências de livros 
e pesquisadores. Assista, também, aos seguintes vídeos: https://www.youtube.com/
watch?v=lnCNWQcgLWM; https://www.youtube.com/watch?v=5koA0Yd9SFc; https://
www.youtube.com/watch?v=j1z57tdPQyA.
DICAS
85
Neste tópico, você aprendeu que:
• Usinagem é uma operação que confere, à peça, forma, dimensões ou 
acabamento, por meio da remoção do material sob a forma de cavaco.
• A velocidade de corte (VC) se caracteriza por ser a velocidade da região da 
superfície que se corta quando a peça gira, com medição em metros por minuto.
• A força total resultante, que atua sobre a cunha cortante da ferramenta durante 
a usinagem, é denominada de força de usinagem (Fu).
• Fresamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de 
quaisquer superfícies, com o auxílio de ferramentas, geralmente, multicortantes.
RESUMO DO TÓPICO 1
86
1 Fresagem é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção 
de quaisquer superfícies, com o auxílio de ferramentas, geralmente, 
multicortantes. Existem três métodos diferentes de fresagem: movimento 
discordante, concordante e combinado. Cite e explique cada um deles.
2 O engenheiro de uma empresa precisa calcular o desbaste de um canal com 
uma fresa de topo de aço rápido de seis dentes, com diâmetro de 40 mm, 
em um bloco de aço liga e Vc de 30 mm/min. Defina o RPM (n) e o avanço 
(a) da mesa a serem regulados na fresadora ferramenteira do laboratório de 
usinagem.
AUTOATIVIDADE
87
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
Com a evolução dos métodos de fabricação, as empresas aprimoraram 
as máquinas convencionais, transformando-as em máquinas de Comando 
Numérico Computadorizado (CNC), o que gerou maior quantidade e qualidade 
de produtos, repetibilidade das operações, produtos complexos e preços baixos. 
Muitas máquinas de CNC podem rodar sem nenhum acompanhamento 
humano durante um ciclo de usinagem completo, o que permite, ao operador, 
tempo livre para desempenhar outras tarefas. A intervenção do operador, 
relacionada a peças do produto, é drasticamente reduzida ou eliminada. 
As máquinas de CNC têm excelente precisão e repetibilidade, e isso 
significa que, após um programa ser testado e aprovado, podem ser produzidos 
dois, dez ou mil produtos idênticos facilmente, com precisão e consistência. É 
possível, também, usinar peças com diferentes geometrias e de diversos materiais. 
Uma vez desenvolvido o programa da peça, ele também pode facilmente ser 
alterado (DA SILVA, 2015).
Neste tópico, estudaremos as máquinas de CNC, suas principais 
características e componentes, além das técnicas de programação.
2 COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO
CNC é um dispositivo capaz de dirigir os movimentos de posicionamento 
de um componente mecânico de maneira automática, a partir de informaçõesdefinidas manualmente ou por um programa. Hoje, as máquinas de CNC são 
encontradas em quase todos lugares, das pequenas oficinas de usinagem às 
grandiosas companhias de manufatura.
TÓPICO 2 — 
MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO 
COMPUTADORIZADO (CNC)
88
UNIDADE 2 — USINAGEM
Sempre quando ouvimos falar da tecnologia de Comando Numérico (CN)/
CNC, está implícita a questão de eixos (por exemplo, “uma máquina de CNC de cinco 
eixos”). Contudo, o que isso significa? Se a máquina pode se movimentar na direção X, Y 
e Z ao mesmo tempo, ela é uma máquina de três eixos; se se movimentar em dois eixos 
consecutivamente e o terceiro quando os outros dois estiverem parados, ela será de dois 
eixos e meio.
NOTA
É comum encontrarmos máquinas de dois eixos e meio – o movimento 
do eixo que denomina esta máquina é conhecido por movimento indexado, ou 
seja, não contínuo, pois só atua quando os outros eixos estão parados (DA SILVA, 
2015).
No caso de uma máquina de cinco eixos, por exemplo, os eixos rotativos, 
giratórios ou, ainda, angulares se movimentam em torno de um dos três eixos 
primários X, Y e Z, do seguinte modo: se girar como se fosse em torno de um 
eixo paralelo ao eixo X, este levará o nome de eixo A; se em torno do eixo Y, é 
denominado B; e, se em torno de Z, por consequência seria o C (DA SILVA, 2015).
Para identificar os movimentos dos eixos rotativos (o sentido e a direção 
desses eixos), utilize a regra simples da mão direita (Figura 25).
FIGURA 25 – REGRA DA MÃO DIREITA
FONTE: A autora
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)
89
Quando todos esses eixos são usados combinados com ferramentas cônicas 
ou com uma fresa de ponta esférica, é possível criar geometrias extremamente 
complexas, como cavidades de matriz, aplicações de gravação, lâminas de turbina 
e superfícies com detalhes de alívio (Figura 26).
FIGURA 26 – EIXOS CNC
FIGURA 27 – MÁQUINA DE CNC – TORNOFRESAMENTO
FONTE: da Silva (2015, p. 25)
FONTE: da Silva (2015, p. 31)
Os centros de torneamento atuais oferecem capacidades de fresamento, 
em função das ferramentas acionadas, e os centros de usinagem geralmente 
têm capacidade para torneamento – máquinas para tornofresamento ou 
fresotorneamento.
90
UNIDADE 2 — USINAGEM
Você sabe a diferença entre CN e CNC?
O CN é aquele que executa um programa sem memorizá-lo e, a cada execução, realiza 
novamente a leitura no veículo de entrada. Já o CNC é aquele que, após a primeira leitura 
do veículo de entrada, memoriza o programa e o executa de acordo com a necessidade, 
sem precisar de nova leitura.
NOTA
A máquina de CNC é utilizada em praticamente todas as indústrias. A 
Figura 28 apresenta as principais partes dessa máquina. O programa de controle 
numérico é preparado por uma equipe com todos os dados de corte, avanço, 
velocidade de corte, profundidade, passos, ferramentas utilizadas e fixadores. As 
ferramentas são montadas e posicionadas no porta-ferramentas, sendo trocadas 
automaticamente pela máquina e comandadas pelo programa. Cabe ao operador 
apenas executar e informar o programa, o que reduz o tempo de preparação da 
máquina – contudo, isso é assunto para o próximo tópico.
FIGURA 28 – PRINCIPAIS PARTES DA MÁQUINA DE CNC
FONTE: da Silva (2007, p. 20)
3 PROGRAMAÇÃO DE CNC
A Norma ISO 6983 descreve o formato das instruções do programa para 
máquinas de CN. Trata-se de um formato geral de programação, e não um 
formato para um tipo de máquina específica. A flexibilidade desta norma não 
garante intercambiabilidade de programas entre máquinas, logo os objetivos da 
norma são (YUSOF; LATIF, 2015):
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)
91
• Unificar os formatos-padrão anteriores em uma Norma Internacional para 
sistemas de controle de posicionamento, movimento linear e contorneamento.
• Introduzir um formato-padrão para novas funções, não descritas nas normas 
anteriores.
• Reduzir a diferença de programação entre diferentes máquinas ou unidades de 
controle, uniformizando técnicas de programação. 
• Desenvolver uma linha de ação que facilite a intercambialidade de programas 
entre máquinas de controle numérico de mesma classificação, por tipo, 
processo, função, tamanho e precisão.
• Incluir os códigos das funções preparatórias e miscelâneas. 
A máquina de CN tem funções programáveis, como:
• Ligar/desligar a árvore principal.
• Ligar/desligar o fluido refrigerante.
• Apertar/afrouxar a peça.
• Avanço/recuo do contraponto.
• Troca da ferramenta.
Quanto mais funções a máquina comandar, mais automatizada será 
a fabricação. Os elementos de comando são (Figura 29): processador, painel 
de comando, controle de interface, comando dos eixos e aparelhos auxiliares 
externos.
FIGURA 29 – FLUXO DO PROCESSO DO CNC
FONTE: A autora
Na Figura 30, é possível ver um exemplo de máquina de CNC, equipada 
com os seguintes opcionais: placa hidráulica, torre elétrica de 8 posições, cabeçote 
móvel de acionamento hidráulico e pistola de lavagem.
92
UNIDADE 2 — USINAGEM
FIGURA 30 – EXEMPLO DE UMA MÁQUINA DE CNC
FONTE: da Silva (2007, p. 21)
As máquinas de CNC, como já visto, são programáveis, por meio de um 
sistema de coordenadas que é a base para a definição da trajetória da ferramenta 
na máquina. Sua posição depende do tipo de máquina. 
Por exemplo, sistemas de dois eixos (torno) e de três eixos (centro de 
usinagem), eixos A, B e C, que são máquinas de CNC, determinam sua posição 
pela regra da mão direita.
Tanto um torno quanto uma fresa de CNC têm eixos programáveis. No 
torno, os eixos programáveis são o X e o Z, pois são movimentos dados pela 
ferramenta (Figura 31).
FIGURA 31 – EIXOS PROGRAMÁVEIS EM UM TORNO DE CNC
FONTE: da Silva (2007, p. 32)
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)
93
Na fresa, os eixos programáveis são o X, Y e Z, pois são movimentos dados 
pela ferramenta (Figura 32). Entretanto, nesse caso, os eixos X e Y são dados pela 
mesa e o eixo Z, pela ferramenta.
FIGURA 32 – EIXOS PROGRAMÁVEIS EM UMA FRESA DE CNC
FONTE: da Silva (2007, p. 33)
Para iniciarmos uma programação de CNC, é importante sabermos o 
ponto zero da máquina (Figura 33), que é a origem do sistema de coordenadas, o 
ponto inicial para todos os demais sistemas de coordenadas de uma programação.
FIGURA 33 – PONTO ZERO DE UMA PEÇA
Ponto Zero da Máquina
Ponto Zero da Peça
94
UNIDADE 2 — USINAGEM
FONTE: da Silva (2007, p. 34; 36)
FIGURA 34 – PONTO ZERO DE UMA PEÇA
FONTE: da Silva (2007, p. 28)
Os pontos de referência podem ser vistos na Figura 34.
Os sistemas de coordenadas podem ser incrementais ou absolutas. As 
coordenadas absolutas (Figura 35) são aquelas que se relacionam sempre com um 
ponto de referência (ponto zero da peça) fixo no desenho – também são chamadas 
de medidas reais. A Figura 36 apresenta um exemplo de peça cilíndrica com 
sistemas de coordenadas absolutas, em que o X corresponde ao diâmetro e Z é o 
comprimento.
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)
95
FIGURA 35 – SISTEMA DE COORDENADAS ABSOLUTAS
FIGURA 36 – PEÇA CILÍNDRICA COM SISTEMAS DE COORDENADAS ABSOLUTAS
FONTE: da Silva (2007, p. 39)
FONTE: da Silva (2007, p. 41)
Já o sistema de coordenadas incrementais (Figura 37) é estabelecido em 
cada movimento da ferramenta. Qualquer deslocamento efetuado irá gerar uma 
nova origem, ou seja, qualquer ponto atingido pela ferramenta, a origem das 
coordenadas passará a ser o ponto alcançado. 
96
UNIDADE 2 — USINAGEM
FIGURA 37 – SISTEMA DE COORDENADAS INCREMENTAIS
FONTE: da Silva (2007, p. 42)
As coordenadas em X são definidas em diâmetro – aplicando-se a diferença 
entre eles, ou seja, o próximo deslocamento menos o anterior – ou então em raio, 
isto é, a diferença dividida por dois (Figura 38).
FIGURA 38 – PEÇA CILÍNDRICA COM SISTEMA DE COORDENADAS INCREMENTAIS
FONTE: da Silva (2007, p. 43)
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)
97
Um programa de CNC segue uma estrutura, utilizando a Norma ISO6983 
(Figura 39).
FIGURA 39 – ESTRUTURA DE UM PROGRAMA DE CNC
FONTE: A autora
Um programa de CNC é constituído por:
• Caracteres: são números, letras ou símbolos com algum significado para o 
comando (por exemplo, 2, G, X, /, A, T). 
• Endereços: são letras que definem uma instrução para o comando (por exemplo: 
G, X, Z, F). 
• Palavras: são endereços seguidos de um valor numérico (por exemplo: G01 X25 
F0.3). 
• Bloco de dados: é uma série de palavras colocadas em uma linha, finalizada 
por um caractere (por exemplo: G01 X54 Y30 F.12;).
• Programa: é uma série de blocos de dados (finalizada por M30). 
Os códigos podem ser:
• A,B,C – rotações em torno dos eixos X, Y e Z.
• D – correção da ferramenta.
• E – avanço secundário.
• F – avanço da ferramenta.
• G – código de movimentação.
• H – comando livre.
• I,J,K – parâmetros de interpolação circular.
• L – comando livre.
• M – funções miscelâneas.
• N – linha de programação ou linha de comando.
• S – rotação da árvore.
• O – comando livre.
• T – ferramenta.
• U – eixo secundário X.
98
UNIDADE 2 — USINAGEM
• V – eixo secundário Y.
• W – eixo secundário Z.
• X,Y,Z – sentido de movimentação, eixos coordenados.
Existem alguns caracteres especiais:
• (;) – Fim de bloco (EOB, do inglês End of Block): todo bloco deve apresentar 
um caractere que indique o fim do bloco. 
• ( ) – Comentário: os parênteses permitem a inserção de comentários. Os 
caracteres dentro de parênteses são considerados comentários e serão ignorados 
pelo comando. 
Funções especiais:
• Função X – aplicação: posição no eixo transversal (absoluta) – X20 ou X-5.
• Função Z – aplicação: posição no eixo longitudinal (absoluta) – Z20 ou Z-20. 
• Função U – aplicação: posição no eixo transversal – U5 ou U-5 (usado em 
programação feita em coordenadas absolutas).
• Função W – aplicação: posição no eixo longitudinal – W5 ou W-5 (usado em 
programação feita em coordenadas absolutas).
• Função N – numeração sequencial dos blocos: uso facultativo; no comando 
Siemens, existe a função de numeração automática de blocos. Vantagem: 
facilidade de localizar blocos no programa. Desvantagem: consumo de 
memória.
• Função mensagem – permite a exibição de uma mensagem no painel de 
comando para o operador: uso facultativo com limite de 124 caracteres. Para 
ativar: MSG (“mensagem”). Para desativar: MSG (“”).
Um exemplo de programação pode ser visto na Figura 40.
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)
99
FIGURA 40 – SINTAXE DA PROGRAMAÇÃO
FONTE: da Silva (2007, p. 39)
A estrutura de programação do CNC é basicamente composta por funções 
complementares, de posicionamento e preparatórias (Figura 41).
RPM
100
UNIDADE 2 — USINAGEM
FIGURA 41 – ESTRUTURA DE PROGRAMAÇÃO
FONTE: da Silva (2007, p. 45)
As funções preparatórias “G” formam um grupo que define à máquina o 
que fazer, preparando-a para executar um tipo de operação ou para receber uma 
determinada informação:
• G00 e G01 – função G00 – interpolação linear com avanço rápido: a função 
G00 realiza movimentos nos eixos da máquina com a maior velocidade de 
avanço disponível; portanto, deve ser utilizada somente para posicionamentos 
sem nenhum tipo de usinagem.
• Função G01 – interpolação linear com avanço programado: a função G01 
realiza movimentos retilíneos com qualquer ângulo, calculado a partir das 
coordenadas de posicionamento, utilizando-se de uma velocidade de avanço (F) 
predeterminada pelo programador. Geralmente, utiliza-se G01 para desbaste 
e G00 para movimentação da ferramenta, por exemplo, para posicionar, trocar 
ou guardar a ferramenta, otimizando o tempo de programação.
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)
101
• Outras funções:
ᵒ	 Função	G90: programação em coordenadas absolutas. Sintaxe: G90 (Modal).
ᵒ	 Função	 G91: programação em coordenadas incrementais. Sintaxe: G91 
(Modal).
ᵒ	 Função	G71: unidade em milímetro. Sintaxe: G71 (Modal).
ᵒ	 Função	G70: unidade em polegadas. Sintaxe: G70 (Modal).
ᵒ	 Função	G94: programação de avanço em mm/min ou pol/min. Sintaxe: G94 
(Modal).
ᵒ	 Função	G95: programação de avanço em mm/rot ou pol/rot. Sintaxe: G95 
(Modal).
•	 Funções	G17,	G18	e	G19: seleção do plano de trabalho (Figura 42). Sintaxe: G17 
– plano de trabalho XY; G18 – plano de trabalho XZ; G19 – plano de trabalho YZ.
FONTE: da Silva (2007, p. 48)
FIGURA 42 – FUNÇÕES G17, G18 E G19 NO PLANO DE TRABALHO
•	 Funções	G41,	G42,	G40	–	correção	do	raio	da	fresa: se a programação for feita 
sem a compensação do raio da fresa, o programador deverá definir, como 
trajetória, o caminho percorrido pelo centro da ferramenta. Se a programação 
for feita com a compensação do raio da fresa, a trajetória do programa deve ser 
o contorno da peça, e o resultado será a trajetória tracejada (equidistante) da 
programada em valor igual ao raio da ferramenta. Em que:
ᵒ	 G40	–	cancela	a	correção	da	ferramenta.
ᵒ	 G41	–	correção	de	raio	à	esquerda	do	sentido	de	usinagem.
ᵒ	 G42	–	correção	de	raio	à	direita	do	sentido	de	usinagem.
• Função T – número da ferramenta: varia de T1 a T22 (Discovery 760 ROMI).
• Função M6: troca da ferramenta.
•	 Funções	G54	a	G57: ativam o sistema de coordenadas de trabalho (zero-peça).
Como exemplo de um programa de CNC, para executar dois furos em 
uma peça em um centro de usinagem de CNC, utiliza-se o passo a passo descrito 
no Quadro 4. 
102
UNIDADE 2 — USINAGEM
As mensagens nas descrições dos blocos darão uma noção sobre o que está 
acontecendo em cada comando. O principal é mostrar a estrutura de um programa de 
CNC e o que será executado em cada linha.
NOTA
Bloco Descrição do bloco
O0001 Número de programa
N5 G54 G90 S400 M03 Seleciona as coordenadas, sistema absoluto, e o fuso deve girar no sentido horário a 400 RPM
N10 G00 X1. Y1. Rápido para o local de XY no primeiro furo
N15 G43 H01 Z.1 M08
Inicia a compensação de comprimento de ferramenta, 
rápido em Z para a posição acima da superfície para 
furar, liga o refrigerante
N20 G01 Z-1.25 F3.5 Avança para o primeiro furo a 3,5 pol/min
N25 G00 Z.1 Rápido para fora do furo
N30 X2. Rápido para o segundo furo
N35 G01 Z-1.25 Avança para o segundo furo
N40 G00 Z.1 M09 Rápido para fora do segundo furo, desliga o refrigerante
N45 G91 G28 Z0 Retorno para posição de referência em Z
N50 M30 Fim de programa
FONTE: A autora
QUADRO 4 – EXEMPLO DE PROGRAMA DE CNC
4 ATIVIDADE PRÁTICA – PROGRAMAÇÃO E USINAGEM 
POR CNC
Nesta prática, realizaremos a usinagem por CNC. Diferentemente 
da prática anterior na qual utilizamos uma máquina convencional, além de 
fabricarmos a peça, também desenvolveremos o programa dela. Vamos colocar 
nosso conhecimento em prática?
• Objetivo: realizar a programação e usinagem nível acabamento de uma 
amostra metálica.
TÓPICO 2 — MÁQUINAS DE COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)
103
• Dados da prática:
ᵒ Matéria-prima cilíndrica de aço 1045.
ᵒ Máquina de CNC comando Fanuc 21 i – Torno Galaxy 10.
ᵒ Desenho técnico, conforme apresentado na Figura 43.
FIGURA 43 – PEÇA PARA USINAGEM POR CNC
FONTE: A autora
• Procedimento:
ᵒ Realizar o programa de CNC.
ᵒ Verificar todas as linhas do programa.
ᵒ Verificar o ferramental da máquina de CNC.
ᵒ Digitar e executar o programa.
4.1 REFLEXÃO DA PRÁTICA
1 Qual foi o programa realizado?
104
UNIDADE 2 — USINAGEM
A usinagem por CNC proporciona infinitas possibilidades de fabricação, de 
maneira rápida e prática, claro, após muito treino. Seguem alguns vídeos do tema para você 
se inspirar: https://www.youtube.com/watch?v=mT1kz2hvjOM; https://www.youtube.com/
watch?v=a5NoNzwxa3c; https://www.youtube.com/watch?v=L9MLJB8HCCQ.
DICAS
105
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste tópico, você aprendeu que:
• CNC é um dispositivo capaz de dirigir os movimentos de posicionamento 
de um componente mecânico, de forma automática, a partir de informações 
definidas manualmente ou de um programa.
• CN é aquele que executa um programa sem memorizá-lo e, a cada execução, o 
comando deve realizar a leitura no veículo de entrada.• CNC é aquele que, após a primeira leitura do veículo de entrada, memoriza o 
programa e o executa de acordo com a necessidade, sem precisar realizar nova 
leitura.
• A Norma ISO 6983 descreve o formato das instruções do programa para 
máquinas de CN; trata-se de um formato geral de programação.
• Tanto um torno quanto uma fresa de CNC têm eixos programáveis. No torno, os 
eixos programáveis são o X e o Z, pois são movimentos dados pela ferramenta.
• Na fresa, os eixos programáveis são o X, o Y e o Z, pois são movimentos dados 
pela ferramenta.
106
1 Coordenadas absolutas são as que se relacionam sempre com um ponto 
de referência fixo no desenho. Realize as coordenadas absolutas da peça a 
seguir:
AUTOATIVIDADE
2 No sistema de coordenadas incrementais, a origem é estabelecida em 
cada movimento da ferramenta. Desenvolva as coordenadas dentro desse 
sistema, conforme o exposto a seguir:
3 A programação de CNC exige o conhecimento das normas e das funções 
existentes. Dentro desse contexto, realize a programação da peça a seguir:
107
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
O processo de corte, em geral, é uma das mais frequentes operações na 
fabricação de componentes mecânicos. O corte ocorre desde os processos mais 
simples e iniciais de fabricação do aço, como no corte dos tarugos e na retirada 
de rebarbas, na inclusão de detalhes em peças, no recorte de janelas, entre outros 
componentes internos e externos.
A qualidade da superfície cortada é definida conforme sua aplicação, 
porém os processos que garantem uma melhor qualidade de corte são mais caros, 
pois necessitam de ferramentas modernas e precisas. No entanto, pesquisas por 
novas técnicas e equipamentos estão sendo desenvolvidas, com o intuito de 
otimizar esse processo, otimizando custos.
Neste tópico, estudaremos o corte de chapas, elementos básicos, 
mecanismos de processos e ferramentas, além do sistema de corte a laser. 
2 CORTE DE CHAPAS
O corte é, basicamente, um processo de separação ou remoção de materiais, 
que pode ser descrito como (SCHAEFFER, 2004):
• Técnica de corte convencional: produz peças com valores médios de tolerância, 
com média frequência de batidas de prensa.
• Técnica de corte de alta velocidade: produz peças com tolerâncias precisas em 
altas velocidades com ferramenta do tipo metal duro.
• Técnica de corte fino: produz peças de 1 até 10 mm de espessura com tolerância 
e boa qualidade superficial. Muito utilizada em engrenagens. 
O processo de corte de chapas é classificado conforme norma alemã. 
Processo de simples execução, porém, sua otimização sempre foi considerada 
complexa; atualmente, com o desenvolvimento dos sensores para medição de 
forças e simulação numérica, foi possível conhecer o comportamento do processo.
O corte é realizado pelo movimento relativo de uma punção de corte 
contra uma matriz, causando a separação do material da chapa. O objetivo de um 
corte pode ser tanto separar o componente da chapa quanto realizar um furo no 
formato da punção. 
TÓPICO 3 — 
MÁQUINAS DE CORTE
108
UNIDADE 2 — USINAGEM
Os componentes básicos de uma ferramenta de corte convencional são 
apresentados na Figura 44, e os números apresentados correspondem a: punção 
(1), cisalhamento (2), base da ferramenta (3), chapa (4) e folga da punção (f).
FIGURA 44 – ELEMENTOS BÁSICOS DE UMA FERRAMENTA DE CORTE – VISTA EM CORTE
FONTE: Schaeffer (2004, p. 64)
O corte é realizado a partir de uma sequência predefinida (Figura 45). A 
atuação da força de punção sobre a chapa gera, primeiramente, uma deformação 
elástica, seguida pelo levantamento das extremidades da superfície entre matriz 
e punção, que rapidamente evolui para uma deformação plástica e, finalmente, 
para o cisalhamento e a separação total das superfícies. 
FIGURA 45 – ETAPAS DO PROCESSO DE CORTE
FONTE: Schaeffer (2004, p. 66)
Por meio do processo de corte, é possível fabricar diversos tipos de peças. 
A produtividade desses componentes é obtida pela otimização do recorte das 
peças em chapas, com o objetivo de reduzir ao máximo a quantidade de sucata. 
A Figura 46 mostra alguns exemplos de aproveitamento de matéria-prima em 
cortes.
TÓPICO 3 — MÁQUINAS DE CORTE
109
FIGURA 46 – APROVEITAMENTO DE MATÉRIA-PRIMA EM CORTES
FONTE: Schaeffer (2004, p. 74)
Além do posicionamento das peças, deve-se observar o intervalo mínimo 
entre elas (b3) e a margem da tira (b1), conforme apresentado na Figura 47.
FIGURA 47 – DIMINUIÇÃO DO REFUGO EM CORTES
FONTE: Schaeffer (2004, p. 75)
110
UNIDADE 2 — USINAGEM
Existem outros tipos de corte, como o corte à faca, o qual utiliza um 
dispositivo (Figura 48) para realizar o corte de chapas de 0,2 mm até 4 mm, com 
o benefício de um melhor acabamento. 
FIGURA 48 – FACA DE AVANÇO
FONTE: Schaeffer (2004, p. 76)
Há, também, o corte fino, para fabricação de chapas planas, livres de 
rebarbas e com alto nível de tolerância. É um processo caro, geralmente utilizado 
em engrenagens com módulo de 0,2 a 10 mm, e o ferramental é basicamente uma 
punção e uma contrapunção com aplicação de força controlada. Uma alternativa 
comumente utilizada e muito popular é o corte a laser. 
3 MÁQUINA A LASER
Laser é a amplificação da luz por emissão estimulada de radiação. É 
um sistema que produz um feixe de luz coerente e concentrado por meio de 
estimulações eletrônicas, sendo o mais avançado processo tecnológico para corte 
térmico. É utilizado não só em cortes, mas em tratamento térmico superficial, 
usinagem e, até mesmo, soldagem de materiais (BARTZ et al., 2011). 
Suas principais vantagens são:
• Alta precisão.
• Excelente qualidade da superfície cortada.
• Níveis mínimos de deformação.
• Mínima zona termicamente afetada.
• Pouca perda de material.
• Alta velocidade de corte.
• Extrema versatilidade de processar diversos tipos de materiais.
• Sistema automatizado, que possibilita o corte de figuras geométricas complexas.
TÓPICO 3 — MÁQUINAS DE CORTE
111
Contudo, é importante saber as desvantagens do corte a laser:
• Alto investimento inicial na compra do equipamento.
• Alto custo de manutenção do equipamento (lentes, lâmpadas).
• Necessidade de capacitação dos operadores e programadores.
• Qualidade dos gases utilizados.
• Assistência técnica.
As máquinas a laser podem processar diversos tipos de materiais, como 
aço, alumínio, titânio, polímeros, borrachas, madeiras, vidros, entre outros, 
dependendo da disponibilidade da máquina. 
Por intermédio de um gerador de alta potência, elas produzem um raio, 
que é levado para a cabeça de corte. Esse feixe focado passa a apresentar uma alta 
densidade de energia e é direcionado para o material de corte. 
A máquina a laser funciona integrada a um sistema CAD/CAM, por isso 
não necessita de matrizes, ou seja, para realizar o corte, basta apenas desenhá-lo 
em um software de leitura da máquina.
Em geral, esses equipamentos têm restrições de espessuras, em razão 
da capacidade do feixe. Por exemplo: aço carbono – 20 mm; aço inox – 12 mm; 
alumínio – 8 mm; madeira – 20 mm; acrílico – 20 mm.
Tanto na produção individual quanto em série, o corte de chapas a laser 
resulta em peças com alta precisão, de tolerância de 0,2 mm a 0,05 mm. Além 
disso, dispensa o contato mecânico com a peça e é considerado um corte limpo e 
sem rebarbas (BARTZ et al., 2011).
Para aprender mais a respeito das máquinas a laser, dicas de produção de 
peças e tutoriais, acesse: https://docplayer.com.br/12074058-Guia-de-uso-para-maquina-
de-corte-a-laser.html.
DICAS
4 ATIVIDADE PRÁTICA – CORTE A LASER
Nesta prática, realizaremos a fabricação e o desenvolvimento de uma peça 
com uma máquina de corte a laser. É uma maneira simples e rápida de desenvolver 
peças de baixo custo, sendo uma técnica é muito utilizada em diversas empresas, 
por isso é importante você, como estudante de engenharia, conhecê-la.
112
UNIDADE 2 — USINAGEM
• Objetivo: realizar corte e contorno em uma máquina a laser, ou seja, cortar um 
contorno seguindo um caminho definido.
• Dados da prática:
ᵒ Máquina decorte a laser.
ᵒ Chapa MDF.
 Corte:
ᵒ Velocidade do canhão: 10%.
ᵒ Potência de corte: 100%.
ᵒ Passes: 10.
 Contorno:
ᵒ Velocidade do canhão: 50%.
ᵒ Potência de corte: 80%.
• Procedimentos:
ᵒ Posicionar a matéria-prima na máquina de corte a laser.
ᵒ Realizar o desenho em um sistema CAD (Desenho Assistido por 
Computador).
ᵒ Inserir no sistema da máquina a laser – se for o caso, realizar a conversão.
ᵒ Importar para biblioteca do sistema.
ᵒ Adicionar para área do arquivo.
ᵒ Executar o arquivo.
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA
1		Faça	uma	análise	da	superfície	da	peça,	como	ficou	o	acabamento	final?
2 Existe algum outro processo mais barato e rápido para a confecção dessa 
mesma	peça?
O Sistema CAD tem esse nome porque significa “Desenho Assistido por 
Computador”. Já estudamos diversos softwares de sistema CAD nas disciplinas de Desenho 
Técnico e Desenho Técnico Avançado, mas, para relembrar, assista aos vídeos a seguir, ou 
acesse a Biblioteca Virtual da UNIASSELVI: https://www.youtube.com/watch?v=mgSWdvq_
Akg; https://www.youtube.com/watch?v=ZQWWaMFJxGg.
DICAS
TÓPICO 3 — MÁQUINAS DE CORTE
113
LEITURA COMPLEMENTAR
VARIAÇÃO DE RUGOSIDADE NO TORNEAMENTO DE 
FACE DO FERRO FUNDIDO CINZENTO
Álvaro Assis
Edson Roberto da Silva
Este estudo realizou um processo de usinagem por torneamento de face em 
peças de ferro fundido cinzento, com diferentes rotações e avanços, visando verificar 
suas influências no acabamento superficial. Para tanto, foi utilizado um torno mecânico 
convencional e um rugosímetro para efetuar os ensaios nos corpos de prova. 
Foram usados oito corpos de prova contendo duas réplicas em cada 
combinação, as rotações foram de 90 RPM e 140 RPM, combinados aos avanços 
de 0,085 mm/rot e 0,18 mm/rot. Uma análise estatística foi feita para averiguar 
suas influências nesse tipo de processo, que resultou na não influência dessas 
rotações e avanços nas rugosidades superficiais. 
Foram utilizados, como corpos de prova, oito placas de embreagem 
em ferro fundido cinzento, encontrados em automóveis da marca FIAT, com 
espessura de 16 mm, diâmetro externo de 182 mm, diâmetro interno de 118 mm. 
Para a usinagem dos corpos de prova, foi utilizado um torno mecânico 
convencional da marca CLEVER, modelo L-1640, de uma empresa de usinagem da 
cidade de Rio Verde/GO. A pastilha utilizada para o torneamento de face foi um inserto 
DNMU TP2500 08/2 M3 da marca Seco. Para a análise da rugosidade superficial dos 
corpos de prova, foi utilizado um rugosímetro da marca Mitotoyo, modelo SJ-201.
Ao observarmos os resultados obtidos em cada combinação de parâmetros, 
a união da rotação de 140 RPM e do avanço de 0,085 mm/rot obteve divergência 
de valores de rugosidade entre as duas réplicas e apresentou a maior e a menor 
rugosidade – possivelmente essa discrepância é decorrente de prováveis mudanças 
físicas e mecânicas causadas ao longo da vida útil dos corpos de prova, pois se 
tratam de peças usadas. Desconsiderando a segunda réplica dessa combinação, é 
possível chegar às seguintes análises: 
• A combinação entre a rotação de 140 RPM e o avanço de 0,18 mm/rot obteve 
os maiores valores de rugosidade, consequentemente os piores acabamentos; o 
que pode explicar esse fato é um possível aumento na vibração em decorrência 
da elevação da velocidade de corte e do avanço. 
• A combinação com rotação de 140 RPM e avanço de 0,085 mm/rot obteve 
os menores valores de rugosidade, pois a alta rotação combinada com baixo 
avanço tende a resultar em uma melhor qualidade no acabamento superficial, 
consequentemente uma baixa rugosidade superficial.
Há uma tendência de a rugosidade ser menor na parte interna e, 
consequentemente, apresentar melhor acabamento superficial e, à medida que se 
114
UNIDADE 2 — USINAGEM
afasta do centro da peça a rugosidade aumenta gradativamente. Esse fenômeno 
pode ser explicado em virtude da variação da velocidade de corte ao longo do 
faceamento, uma vez que seu aumento pode estar relacionado com a elevação da 
vibração, prejudicando o acabamento à medida que o diâmetro aumenta. 
Outro fator que pode estar associado com a piora no acabamento nas 
partes mais próximas a periferia da peça é o fato de esta ter sido fixada pela parte 
interna, ou seja, quanto mais longe da fixação, maior a tendência a vibrações. 
Para a verificação da influência da rotação e do avanço sobre a rugosidade, 
foi feita uma análise de variância, com dois fatores, sendo o fator A a rotação e 
o fator B o avanço. Cada fator apresenta dois níveis e foram feitas duas réplicas 
para cada combinação de fatores, possibilitando a ANOVA.
 
Comparando os resultados entre F0cal e F0tab, pode ser observado que, para 
todos os casos, o valor de F0cal é menor que o valor de F0tab; então, para um nível 
de significância α = 5%, não se rejeita a hipótese H0 e conclui-se que a rotação 
(n), o avanço (f) e efeito combinado entre a rotação e o avanço não influenciaram 
no resultado do acabamento. A não influência dos fatores provavelmente está 
associada a condições externas ao ensaio, como a rigidez do sistema MPF 
(máquina, peça, ferramenta) e o sistema de fixação da peça, não permitindo uma 
percepção evidente da influência dos parâmetros testados. 
CONCLUSÃO
Respondendo aos objetivos propostos pelo trabalho, é possível apresentar 
as seguintes conclusões: 
• Houve uma tendência de um melhor acabamento com a velocidade de corte 
mais alta, ou seja, na parte interna das faces usinadas. 
• De maneira geral, a rotação de 90 RPM e o avanço de 0,18 mm/rot apresentaram 
melhor acabamento. 
• O provável fenômeno mais influente na variação das rugosidades foi o estado 
metalúrgico das peças e a rigidez do sistema MPF (máquina, peça, ferramenta). 
• De acordo com a análise de variância, nenhum dos fatores estudados influenciou 
na rugosidade superficial das peças usinadas. 
Adaptado de: ASSIS, Á.; DA SILVA, E. R. Variação de rugosidade no torneamento de face do 
ferro fundido cinzento. 2019. Disponível em: http://www.unirv.edu.br/
conteudos/fckfiles/files/LVARO%20ASSIS.pdf. Acesso em: 3 set. 2020.
Neste tópico, estudamos as máquinas a laser. Para visualizar melhor esse 
processo e aprofundar seu conhecimento na área, assista aos vídeos a seguir e procure 
pesquisas científicas publicadas a respeito do tema: https://youtu.be/m3c-2ATIo5s; https://
www.youtube.com/watch?v=93RflztQPuw.
DICAS
115
RESUMO DO TÓPICO 3
Neste tópico, você aprendeu que:
• Corte é um processo de separação ou remoção de materiais, que pode ser 
convencional, em alta velocidade ou corte fino.
• O processo de corte de chapas é classificado conforme norma alemã na DIN 
8580.
• Com o processo de corte, é possível fabricar diversos tipos de peças e a 
produtividade desses componentes é obtida por meio da otimização do recorte 
das peças em chapas, com o objetivo de reduzir ao máximo a quantidade de 
sucata.
• Laser é a amplificação da luz por emissão estimulada de radiação. É um sistema 
que produz um feixe de luz coerente e concentrado por meio de estimulações 
eletrônicas, sendo o mais avançado processo tecnológico para corte térmico.
• As máquinas a laser podem processar diversos tipos de materiais, como 
aço, alumínio, titânio, polímeros, borrachas, madeiras, vidros, entre outros, 
dependendo da disponibilidade da máquina.
Ficou alguma dúvida? Construímos uma trilha de aprendizagem 
pensando em facilitar sua compreensão. Acesse o QR Code, que levará ao 
AVA, e veja as novidades que preparamos para seu estudo.
CHAMADA
116
1 Corte é um processo de separação ou remoção de materiais, que pode ser 
convencional, em alta velocidade ou corte fino. Existe alguma norma que 
classifique esse processo?
2 Laser é a amplificação da luz por emissão estimulada de radiação. É um 
sistema que produz um feixe de luz coerente e concentrado por meio de 
estimulações eletrônicas, sendo o mais avançado processo tecnológico para 
o corte térmico. Quais são as vantagens e as desvantagens desse processo?
AUTOATIVIDADE
117
UNIDADE3 — 
OUTROS PROCESSOS
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• conhecer os diferentes processos de fabricação;
• fundir uma peça;
• criar um objeto por meio de matéria-prima em pó, utilizando a tecnologia 
do pó;
• desenvolver uma peça por estampagem;
• aprofundar os conhecimentos a partir das atividades práticas.
Esta unidade está dividida em três tópicos. No decorrer da unidade, 
você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo 
apresentado.
TÓPICO 1 – METALURGIA DO PÓ
TÓPICO 2 – FUNDIÇÃO
TÓPICO 3 – ESTAMPAGEM
Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos 
em frente! Procure um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá 
melhor as informações.
CHAMADA
119
UNIDADE 3
1 INTRODUÇÃO
A metalurgia do pó é um dos processos de fabricação mais inovadores, 
principalmente por ser um processo simples que, a partir de uma matriz e da 
aplicação da força, é capaz de fabricar os mais diversos tipos de peça com pós 
metálicos (metalurgia do pó) ou quaisquer outros pós que tenham capacidade de 
se unir (tecnologia do pó).
A metalurgia do pó é feita por uma sequência de processamentos, 
que permite a fabricação de diversos componentes a partir de pós cerâmicos. 
Distingue-se dos demais processos convencionais de fabricação pelas seguintes 
características (NEVES, 2005):
• Utilização de pós cerâmicos como matérias-primas.
• Ausência de fase líquida ou presença parcial dessa fase durante o processo de 
fabricação.
•	 Eliminação	dos	processos	de	usinagem,	por	produção	de	peças	definitivas	ou	
quase	definitivas.
• Características estruturais e físicas que não são possíveis em qualquer outro 
processo de fabricação.
• Obtenção de peças com produção em série, tornando o processo altamente 
competitivo em relação aos processos convencionais.
A sinterização consiste no aquecimento das peças comprimidas a 
temperaturas	específicas,	abaixo	do	ponto	de	fusão	do	material-base	da	mistura	
e, eventualmente, acima do ponto de fusão do metal secundário da mistura. Esse 
processo acontece sob condições controladas de velocidade de aquecimento, 
tempo, temperatura, velocidade de resfriamento e atmosfera do ambiente. Há 
uma ligação atômica entre superfícies de partículas vizinhas, sendo um processo 
físico, termicamente ativado, que faz com que um conjunto de partículas de 
determinado material, inicialmente, em contato mútuo, adquira resistência 
mecânica a partir do mecanismo de sinterização (CHINELATTO, 2002). 
Neste	tópico,	estudaremos	esses	processos,	sua	definição	e	as	principais	
técnicas.
TÓPICO 1 — 
METALURGIA DO PÓ
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
120
2 METALURGIA DO PÓ
Segundo Rodrigues (2004), a metalurgia do pó é um processo que está 
com mercado em crescimento constante, com projeção de alcançar cerca de 2 
bilhões de dólares somente com a venda desse tipo de produto. A indústria vem 
abrindo cada vez mais espaço para peças sinterizadas, utilizadas em automóveis, 
eletrodomésticos, telefones celulares, instrumentos cirúrgicos, armamentos, 
artigos esportivos, ferramentas, entre outros produtos. Pós de praticamente 
todos os metais e cerâmicos podem ser produzidos e utilizados em processos 
que permitem controle preciso da composição química, das características e das 
propriedades dos produtos (CHIAVERINI, 2001). A seguir, mostraremos um 
comparativo entre a energia e a matéria-prima em vários processos de fabricação. 
Processo de fabricação Utilização de matéria-prima (%)
Energia necessária para produzir 
1 kg de peça acabada (J)
Fundição 90 30.000-38.000
Tecnologia do pó 95 29.000
Extrusão	a	frio	e	a	
morno 85 41.000
Forjamento à quente 
em matriz fechada 75-80 46.000-49.000
Processos de usinagem 40-50 66.000-82.000 
TABELA 1 – ENERGIA E MATÉRIA-PRIMA UTILIZADAS EM VÁRIOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
FONTE: Silva; Alves Júnior (1998, p. 25)
A	metalurgia	do	pó	tem,	como	característica,	o	baixo	custo	para	produção	
de	peças	em	larga	escala	e	um	baixo	impacto	ambiental,	quando	comparada	com	
as tecnologias concorrentes, em função do menor consumo energético e do alto 
aproveitamento da matéria-prima (SILVA; ALVES JÚNIOR, 1998).
O	exposto	a	seguir	apresentará	as	etapas	do	processo	de	tecnologia	do	pó,	
desde o recebimento da matéria-prima, os processos de mistura, compactação e 
sinterização,	até	a	etapa	final,	que	pode	incluir	processos	complementares	para,	
depois,	 seguir	para	 a	 embalagem	ou,	 até	mesmo,	 o	processo	de	 retificação,	 se	
necessário (TRUDEL, 1998).
TÓPICO 1 — METALURGIA DO PÓ
121
FIGURA 1 – FLUXOGRAMA DE UMA ROTA DE PROCESSO DA METALURGIA DO PÓ
FONTE: Adaptada de Souza (2017, p. 3)
A metalurgia do pó é fundamentada na compactação de pós metálicos 
em matrizes com a forma do produto desejado. As peças compactadas são 
encaminhadas para a etapa de sinterização em fornos, para que haja uma ligação 
dos pós em função da temperatura. Nesse momento, ocorre uma contração 
do	 volume	 das	 peças,	 atingindo	 as	 formas	 e	 as	 dimensões	 finais	 projetadas	
(TRUDEL, 1998). Assim, dá-se a formação do compósito estruturado, composto 
de duas ou mais fases, em uma escala microscópica, cujo desempenho mecânico e 
propriedades são projetados para serem superiores aos dos constituintes, atuando 
independentemente. 
Você sabia que a maioria das peças sinterizadas pesa menos de 2,5 kg? Embora 
peças com até 15 kg possam ser fabricadas, no desenvolvimento inicial, a metalurgia 
do pó produzia peças de formas geométricas simples, em contraste com o que ocorre 
na atualidade, por motivos, principalmente, econômicos; hoje, procura-se fabricar cada 
vez mais peças complexas, já que os processos convencionais as tornam extremamente 
onerosas. Para saber mais sobre o processo de sinterização, acesse: https://cursos.unisanta.
br/mecanica/polari/sinterizacao.html.
DICAS
A peça fabricada por metalurgia do pó apresenta bom acabamento 
superficial	 e	 adequadas	 tolerâncias	 dimensionais,	 porém,	 há	 a	 geração	 de	
porosidade, que pode ser controlada por fatores, como pressão de compactação, 
temperatura e tempo de sinterização (MARTINS, 2010). Normalmente, objetiva-
se menor porosidade possível, para que a resistência mecânica não seja 
comprometida, mas, em algumas aplicações, ela pode ser desejável. 
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
122
Como	nos	casos	de	filtros,	o	peso	é	um	fator	determinante.	Um	material	
resistente, ainda que poroso, pode ser preferível, como em aplicações aeronáuticas, 
na	fabricação	de	mancais	autolubrificantes.
As características que devem ser conhecidas e controladas são 
(HÖGANÄS, 2004):
 
• Distribuição e tamanho da partícula: os tamanhos de partículas geralmente não 
são uniformes e há uma variedade de tamanhos, normalmente, entre 0,1 e 400 
micrômetros. Portanto, é necessário determinar uma distribuição quantitativa 
de partículas entre as diversas dimensões, o que é feito, normalmente, pelo 
processo de peneiramento.
• Formato da partícula:	 existem	 diversas	 maneiras	 de	 obtenção	 de	 pós	 e,	
consequentemente, uma variação grande nas geometrias, podendo se 
apresentar nos formatos esferoide, irregular, angular, entre outros.
• Porosidade:	 a	 matéria	 é	 descontínua,	 ou	 seja,	 existem	 espaços	 entre	 as	
partículas que formam qualquer tipo de matéria: os poros. Os poros podem ser 
maiores ou menores, tornando a matéria mais ou menos densa. Na tecnologia 
do pó, os poros afetam as características dos pós, como a densidade aparente, 
a escoabilidade e a compressibilidade, além da peça acabada. Consideram-se 
dois tipos de porosidade: porosidade tipo esponjosa, caracterizada por poros 
que não estão interligados entre si, e a porosidade em que os poros estão 
interligados. Nesse caso, mesmo quando os poros estiverem ligados com a 
superfície,	verifica-se	um	aumento	da	superfície	específica	das	partículas,	além	
da absorção de gases durante o seu processamento. 
• Estrutura da partícula: partículas de apenas um grão ou formadaspor poucos 
grãos não promovem a compressibilidade do pó, diferentemente de partículas 
formadas	por	vários	grãos	finos.	
• Densidade aparente: é a relação de gramas por cm3. Essa característica é 
importante, devido ao enchimento das matrizes de compressão ser feito por 
volume. Dessa maneira, torna-se fundamental a escolha do tipo de pó para o 
processo.
• Compressibilidade: é a capacidade que o pó tem de ser conformado em 
briquete de um volume predeterminado a uma dada pressão, ou a relação 
entre densidade aparente do briquete simplesmente comprimido (chamada 
densidade verde) e a densidade aparente do pó. 
• Composição química e pureza: o objetivo principal de conhecer a sua 
composição química ou pureza consiste em determinar as impurezas do 
pó, metálicas ou não metálicas, devido a essas impurezas poderem afetar as 
condições de prensagem e de sinterização.
As etapas fundamentais do processo de metalurgia do pó são (MORO; 
AURAS, 2007):
• Obtenção dos pós.
• Mistura.
• Prensagem do pó.
• Sinterização.
TÓPICO 1 — METALURGIA DO PÓ
123
Entre os processos de fabricação de pó, tanto para a metalurgia quanto 
para a tecnologia do pó, pode-se destacar a atomização à água e a gás, a moagem, 
a	eletrólise	e	os	métodos	químicos,	incluindo	a	redução	de	óxidos	(SOUZA, 2017). 
Os processos de moagem são indicados para materiais frágeis ou 
preparados	para	moagem	segundo	um	processo	prévio,	como	o	fluxo	frio,	que	
fragiliza	os	materiais	em	baixas	temperaturas.	O	material	é	fragmentado	com	o	
uso de moinhos até o tamanho de partícula desejado. Os moinhos mais comuns 
são de bolas. 
Nos processos de redução química, ocorre a redução de compostos de 
metais com agentes redutores gasosos ou sólidos. Os agentes redutores mais 
utilizados são o carbono e o hidrogênio. 
A redução com o carbono é utilizada apenas para elementos metálicos 
que não formam carbonetos muito estáveis, a não ser que o objetivo seja obter pó 
como	produto	final.	
Na etapa da mistura e homogeneização, se necessário, realiza-se a adição 
de vários pós para produzir a liga desejada e promover a homogeneização 
da matéria-prima. Tudo isso pode ser feito em misturadores próprios para a 
tecnologia do pó ou em moinho de esferas. 
A mistura e a homogeneização são etapas que dependem invariavelmente 
do material com o qual se está trabalhando e o que se deseja produzir com ele. 
Isso	 tem,	 por	 finalidade,	 dar,	 ao	 pó,	 as	 condições	 necessárias	 para	 posterior	
processamento, tal como a preparação para a etapa da prensagem (POQUILLON 
et al., 2002).
Ainda	nessa	etapa,	adicionam-se	lubrificantes	para	diminuir	o	atrito	das	
partículas de pó entre si e o atrito delas com o ferramental de prensagem. Os 
lubrificantes	comumente	utilizados	são	a	parafina	e	estearato	de	zinco.
Uma mistura uniforme proporciona uma microestrutura homogênea 
ao	final	do	processo,	 além	de	diminuir	 o	 atrito	 entre	partículas	da	mistura,	 e,	
também, das partículas com a matriz durante a prensagem.
A	 prensagem,	 ou	 a	 compactação,	 é	 definida	 como	 a	 conformação	
ou	 compactação	 dos	 pós	 pela	 aplicação	 de	 pressão	 uniaxial	 ou	 biaxial	 em	
ferramentas apropriadas, geralmente, em temperatura ambiente. É uma das 
operações	 responsáveis	 pela	definição	da	 geometria	 e	 densificação	da	mistura	
dos pós. O pó é colocado em cavidades de matrizes montadas em prensas de 
compressão,	especialmente,	fabricadas	para	esse	fim.	Em	muitas	aplicações	em	
que as propriedades mecânicas são um diferencial, necessita-se de um aumento 
da densidade dessas peças por meio de maior pressão de prensagem (GERMAN, 
1994).
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
124
A Figura 2 apresenta o comportamento dos pós quando submetidos à 
compressão. No estágio inicial, com a introdução da força mecânica, ocorre um 
rearranjo das partículas soltas para um denso empacotamento. Subsequentemente, 
os pontos de contato se deformam com o aumento da força mecânica. Finalmente, 
as partículas sofrem ampla deformação plástica. O resultado dessa prensagem é a 
peça a verde (CHINELATTO, 2002). 
FIGURA 2 – ESTÁGIOS DA MOVIMENTAÇÃO DAS PARTÍCULAS NA CAVIDADE DE UMA MATRIZ 
DURANTE O PROCESSO DE PRENSAGEM
FONTE: Adaptada de ASM International (1991, p. 15)
O termo peça a verde é decorrente de, ao realizar a prensagem, o componente 
ficar sem nenhuma estabilidade estrutural, parecendo uma paçoca – frágil a qualquer 
impacto mínimo. Após a sinterização, as partículas, então, se unem e a peça é finalizada, 
com a ductilidade e a solidez necessárias.
DICAS
A sinterização consiste no aquecimento das peças comprimidas a 
temperaturas	específicas	abaixo	do	ponto	de	fusão	do	material-base	da	mistura.	
Esse processo acontece sob condições controladas de velocidade de aquecimento, 
tempo, temperatura, velocidade de resfriamento e atmosfera do ambiente, o que 
confere um tratamento térmico na peça compactada, que visa proporcionar o 
formato	final	desejado,	atingindo	propriedades	químicas	e	mecânicas	por	meio	
da ligação atômica entre as partículas vizinhas. 
TÓPICO 1 — METALURGIA DO PÓ
125
A ligação é um processo físico, termicamente ativado, que faz com que 
um conjunto de partículas de determinado material, inicialmente, em contato 
mútuo, adquira resistência mecânica a partir do mecanismo de sinterização 
(LEE; RAINFORTH, 1994; DANIEL; ISHAI, 1994).	O	exposto	a	seguir	 ilustrará	
os fenômenos que ocorrem no processo de sinterização. No primeiro estágio, 
ocorre a sinterização inicial, quando as partículas de pó são rearranjadas e 
acontece a formação de uma ligação forte ou pescoço, nos pontos de contato 
entre as partículas. Com o avanço do processo, os poros diminuem, são abertos e 
totalmente interconectados, porém, a sua forma não é suave. 
FIGURA 3 – ETAPAS DA SINTERIZAÇÃO
FONTE: Adaptada de ASM International (1991, p. 16)
No estágio intermediário, o tamanho dos contatos aumenta enquanto 
ocorre a diminuição da porosidade (MARTINS, 2010). As propriedades do 
sinterizado se desenvolvem predominantemente nesse estágio. As partículas 
se	aproximam,	 levando	à	 retração	da	peça,	 e,	 então,	os	 contornos	do	grão	 são	
formados, crescendo lentamente. 
O	terceiro	estágio	é	a	 sinterização	final,	quando	os	poros	 fecham	e	 são	
eliminados	lentamente	com	pouca	densificação	e	aumento	do	tamanho	do	grão.	O	
estágio	final	corresponde	aos	poros	isolados	e	fechados	que	se	contraem	lentamente	
pela difusão de lacunas para o contorno do grão (ASM INTERNATIONAL, 1991; 
MARTINS, 2010). 
A seguir, será possível observar que o processo de sinterização é 
dividido em três zonas distintas: na primeira etapa, a peça, ainda verde, entra 
na denominada zona de pré-aquecimento, passando pela fase de sinterização na 
segunda câmara, na qual ocorre a ligação metalúrgica das partículas do pó e, 
por	fim,	a	última	zona	de	resfriamento,	em	que	a	microestrutura	do	material	é	
formada.
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
126
FIGURA 4 – ETAPAS DO PROCESSO DE SINTERIZAÇÃO CONVENCIONAL
FONTE: Adaptada de Krell; Ma (1999, p. 28)
A sinterização ocorre no estado sólido, pela movimentação de átomos 
para formar as ligações entre as partículas (POQUILLON et al., 2002). Durante 
a sinterização, diferentes mecanismos de movimentação atômica atuam no 
material: 
•	 Difusão	superficial: os átomos se movem ao longo da superfície das partículas. 
Provavelmente,	 a	 difusão	 superficial	 ocorre	 durante	 todo	 o	 processo	 de	
sinterização,	 mesmo	 em	 baixas	 temperaturas,	 em	 especial,	 em	 pós	 muito	
finos	 e	 no	 primeiro	 estágio	 da	 sinterização,	 quando	 a	 superfície	 específica	
ainda	é	muito	alta.	Durante	os	estágios	intermediário	e	final	de	sinterização,	a	
difusão	superficial	necessita	de	pouca	energia	de	ativação,	sendo	o	mecanismo	
dominante	em	baixas	temperaturas	(TORRES, 2009).
• Difusão em contorno do grão: os átomos se movimentam ao longo dos contornos 
dos	grãos	–	é	um	mecanismo	de	difusão	presente	em	baixas	temperaturas.	A	
energia	 de	 ativação	fica	 entre	 a	 difusão	 superficial	 e	 a	 difusãovolumétrica.	
A difusividade atômica depende do ângulo entre grãos adjacentes, porém, os 
contornos do grão não são uniformes, mas caminhos para a difusão, sendo 
importantes para a retração dos poros durante a sinterização (SOUZA, 2017). 
O aquecimento muito rápido pode provocar uma separação dos contornos 
do	grão	dos	poros,	gerando	menor	densificação.	O	balanço	entre	esses	efeitos	
pode	ser	obtido	por	taxas	controladas	de	aquecimento.
• Difusão volumétrica: os átomos se deslocam dentro do reticulado. A difusão 
volumétrica por vacâncias é dominante nesse mecanismo, que apresenta alta 
energia	 de	 ativação.	 Gradientes	 de	 vacâncias	 existem	 entre	 o	 retículo	 não	
distorcido e as superfícies encurvadas, como as bordas dos poros (POQUILLON 
et al., 2002).
TÓPICO 1 — METALURGIA DO PÓ
127
• Evaporação-condensação: os átomos se movimentam pelos poros. Devido 
às	baixas	pressões	de	vapor	dos	materiais	produzidos	por	 tecnologia	do	pó,	
esse mecanismo não é dominante na maioria dos processos convencionais 
conhecidos.
Com a metalurgia do pó, é possível fabricar um componente de uso universal: 
os mancais autolubrificantes. Esse processo é ideal para a sua fabricação, pois a porosidade 
residual é preenchida com óleo, para garantir uma lubrificação permanente entre o eixo e 
o mancal. 
Outro ponto interessante é que a metalurgia do pó é o único processo conhecido para a 
produção de determinadas ligas de altíssima dureza em condições industriais. As técnicas 
desse processo possibilitam o desenvolvimento de ligas cerâmicas (CEMET), cuja aplicação 
abre um horizonte ilimitado. Para aprofundar seus conhecimentos sobre esse tema, acesse: 
http://www.roxxor.com.br/sinterizacao-pecas.html.
DICAS
3 TENDÊNCIAS DE FABRICAÇÃO
Até	o	momento,	ficou	claro	que	o	processo	por	tecnologia	do	pó	e	metalurgia	
do	pó	é	inovador	e	de	baixo	custo,	pois	a	matéria	é	totalmente	utilizada	e	a	peça	
já sai praticamente acabada. Então, o que mais podemos esperar desse processo? 
Atualmente, pesquisas sugerem o uso de diferentes tipos de pó e, até mesmo, 
resíduos para o desenvolvimento de produtos, assim como os mais variados tipos 
de	matrizes	para	a	confecção	de	peças	simples	e	complexas.	Por	isso,	traremos	um	
apanhado geral das mais recentes pesquisas da área e suas aplicações.
3.1 FILTROS DE ADESÃO 
Neste tópico, será avaliada a possibilidade de uso do pitcher, um resíduo 
cerâmico do rejeito do processo de qualidade de uma indústria de louças 
sanitárias, no desenvolvimento de um material para aplicação na fabricação de 
filtros	de	adesão	por	tecnologia	do	pó.
Para confecção das amostras, a matéria-prima foi compactada em prensa 
manual com diferentes pressões, entre 300 MPa e 1.000 MPa, em seguida, foi 
sinterizada em temperaturas entre 1050 °C e 1200 °C em forno resistivo. A seguir, 
visualizaremos	o	filtro	confeccionado	com	pitcher.
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
128
FIGURA 5 – FILTROS SINTERIZADOS
FONTE: A autora
Para a caracterização das amostras, determinou-se a densidade aparente, a 
verde,	ou	seja,	antes	da	sinterização,	e	a	curva	de	compressibilidade	para	verificar	
a melhor pressão de compactação; já a microestrutura dos corpos de prova e a 
homogeneidade do pitcher foram avaliadas utilizando a microscopia eletrônica 
de varredura (MEV). 
Entre os principais resultados, observou-se que as granulometrias 
do pitcher,	 tanto	 a	 fina	 quanto	 a	 grosseira,	 apresentaram	 uma	 curva	 típica	
de compressibilidade, na qual a densidade aumenta conforme a pressão de 
compactação, enquanto a inclinação da curva diminui com o aumento da pressão. 
Já o aumento da densidade, associado ao da pressão de compactação, indicou uma 
boa	densificação	para	as	temperaturas,	independentemente	da	granulometria	da	
amostra. 
A	 porosidade	 do	 sinterizado,	 isto	 é,	 do	 produto	 final,	 diminuiu	
proporcionalmente ao tamanho das partículas nas amostras sinterizadas. As 
análises estudadas demonstraram que a granulometria de 400MESH sinterizados 
a 1200 °C obteve superfícies mais porosas, indicando, assim, um futuro promissor 
na fabricação de peças utilizando tecnologia do pó, especialmente, para o 
desenvolvimento	de	filtros.	
3.2 ROTORES E ESTATORES DE MINIMOTOR
Para esclarecer se o desenvolvimento de rotores e estatores de minimotor 
de passo, ambos aplicados na área médica, pelo processo de metalurgia do pó é 
viável, Martins (2010) realizou uma pesquisa dividida em quatro fases.
Na Fase 1, as propriedades físicas, mecânicas, elétricas e magnéticas 
das matérias-primas, ferro puro e ferro com adição de 1, 2, 3% de silício, 
foram caracterizadas a partir da observação da morfologia das partículas por 
microscopia eletrônica e granulometria a laser. Foram realizadas a compactação 
e a sinterização do ferro puro (9 μm) e do ferro com adições de percentuais de 
TÓPICO 1 — METALURGIA DO PÓ
129
silício e avaliadas as densidades. Após ensaios de dureza e microdureza para a 
determinação das propriedades mecânicas, traçaram-se as curvas de histerese e 
mediu-se a resistividade das amostras. 
Na Fase 2, determinou-se o polímero estrutural, além do melhor 
lubrificante	 a	 ser	 utilizado	 no	 processo	 de	 injeção.	 Foram	 realizadas	 reologia	
e	 calorimetria	 exploratória	 diferencial/análise	 termogravimétrica	 (DSC/TGA)	
dos	 seguintes	 polímeros:	 polipropileno,	 polietileno	 de	 baixa	 densidade	 linear,	
polimetilmetacrilato	e	etileno-acetato	de	vinila.	O	polietileno	de	baixa	densidade	
linear	 foi	 definido	 como	 polímero	 estrutural,	 além	 da	 parafina	 e	 da	 cera	 de	
carnaúba	 como	os	 lubrificantes	mais	 adequados	ao	processo.	Foram	 injetados,	
ainda, pó de ferro puro e pó de ferro com 3% de silício micrométrico, e as 
propriedades	físicas,	mecânicas,	magnéticas	e	elétricas	foram	quantificadas.	
Na Fase 3, o pó de ferro foi moído por 53 horas em um moinho de alta 
energia para obter partículas menores que 100 nanômetros. Avaliou-se o efeito 
da adição do pó nanométrico sobre o pó de ferro micrométrico, por meio da 
análise	da	porosidade	e	do	tamanho	do	grão	por	metalografia	e	pelos	resultados	
de microdureza. Com o pó de ferro 100% nanométrico, determinou-se a curva de 
compressibilidade	a	partir	de	análises	conjuntas	de	metalografia	e	microdureza.	
Produziu-se, ainda, carga injetável com o pó nanométrico. Injetaram-se corpos 
de	 prova	 e	 foram	 realizadas	 extrações	 químicas	 e	 térmicas,	 e	 sinterização.	
Posteriormente, caracterizou-se a densidade a verde, além da densidade marrom, 
densidade do sinterizado e contração volumétrica geral. 
Na Fase 4, foi feito o modelamento do mini-servomotor em CAD 3D 
(SolidWorks®), e simulado com o programa FEMM® 4.2, no qual oito geometrias 
de rotores foram analisadas. O processo de injeção foi simulado com carga 
injetável caracterizada por base de dados do “Plastic Simulation®”. Injetaram-se 
o rotor e o estator com pó de ferro micrométrico e, também, o estator com pó 
25% nanométrico e pó 100% nanométrico. Assim, Martins (2015) constatou, na 
pesquisa, que é possível fabricar rotores e estatores de minimotores de passo por 
moldagem de pós por injeção de ferro puro e ligas de ferro-silício.
FIGURA 6 – ROTORES (A E C) E ESTATORES DE MINIMOTOR (B)
FONTE: Martins (2010, p. 175)
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
130
3.3 TUBEIRA DE FOGUETE
Dresch (2019) mostrou que o processo de fabricação mecânica por 
metalurgia	 do	 pó	 tem,	 como	 características,	 o	 baixo	 custo	 de	 produção	 para	
peças em larga escala e o menor impacto ambiental, quando comparado a 
outras	tecnologias,	pois	exige	menor	consumo	de	energia	para	a	transformação	
e possibilita um alto aproveitamento da matéria-prima. A sinterização é a fase 
mais importante do processo, na qual o pó, já compactado, é submetido a uma 
temperatura	 abaixo	 do	 seu	 ponto	 de	 fusão	 e,	 como	 resultado,	 isso	 confere,	
ao	 material,	 excelente	 acabamento,	 precisão	 dimensional	 e	 propriedades	
mecânicas. 
A partir disso, Dresch (2019) realizou um estudo para analisar as 
propriedadesmecânicas da liga cobre-níquel com adição de cromo, por metalurgia 
do pó, para o desenvolvimento do material para tubeira do foguete. Para a 
pesquisa da liga metálica, foram utilizados pó de cobre e níquel (70Cu-30Ni), 
adicionados a diferentes percentuais de cromo (5%, 10% e 15%), submetidos à 
compactação com diferentes pressões (entre 100 e 1000 Mpa), em 30 corpos de 
prova, posteriormente, sinterizados em forno elétrico com temperatura controlada 
de	900	°C	mantida	por	60	minutos,	com	uma	taxa	de	aquecimento	de	10	°C	em	
atmosfera inerte de gás argônio. 
Analisou-se	 a	 eficiência	 das	 composições	 propostas	 por	 meio	 dos	
ensaios	de	densidade,	construindo	a	curva	de	compressibilidade,	metalografia,	
microdureza e compressão. Comparando a curva de compressibilidade das 
amostras, para os percentuais de 5%, 10% e 15% de cromo, conclui-se que 
todas	amostras	apresentaram	uma	baixa	densidade	na	sinterização	comparada	
às amostras verdes, antes de sinterizar.
Nas	análises	metalográficas,	observou-se	boa	homogeneização,	e	ocorreu	
difusão entre cobre-níquel, formando uma matriz com uma única fase. Contudo, 
partículas	de	cromo	ficaram	dispersas	à	liga	e	foram	encontrados	maiores	vestígios	
de porosidade nas amostras com maior quantidade de cromo na liga. Quanto 
à microdureza, foram feitas cinco penetrações em cada amostra e, efetuando a 
média, conforme norma vigente, encontrou-se o valor correspondente em HV 
para cada corpo de prova. O melhor resultado foi de 164,96 HV, amostra IX da 
composição (70Cu-30Ni e 10Cr), compactada com pressão de 900 MPa.
 
Referente aos resultados da compressão, foram realizados seis ensaios, 
cujas amostras foram eleitas a partir dos melhores valores de microdureza, 
superiores aos resultados da liga Cu-Cr já utilizada em tubeiras de foguetes, para 
saber	a	tensão	máxima	que	o	material	suportaria	antes	da	sua	deformação.	
De modo geral, as amostras referentes à liga (70Cu-30Ni e 10Cr), 
compactadas a pressões acima de 800 Mpa, geraram um material com melhores 
propriedades mecânicas (DRESH, 2019). 
TÓPICO 1 — METALURGIA DO PÓ
131
Para a leitura de mais trabalhos científicos, como os descritos ao longo deste 
tópico, acesse:
• https://scholar.google.com.br/;
• https://www.sciencedirect.com/;
• https://eb.capes.gov.br/portal/.
DICAS
4 ATIVIDADE PRÁTICA – METALURGIA DO PÓ
• Objetivos:
ᵒ	 desenvolver	uma	peça	por	metalurgia	do	pó;
ᵒ	 utilizar	máquinas	e	equipamentos	relativos	a	esse	processo;
ᵒ	 verificar	e	aplicar	testes	de	qualidade	na	peça.
• Dados do ensaio:
ᵒ	 matriz	(Figura	7);
ᵒ	 pó	metálico:	liga	de	ferro	com	tungstênio.
FIGURA 7 – MATRIZ DE PRENSAGEM
FONTE: A autora
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
132
• Equipamentos:
ᵒ	 prensa	hidráulica	manual	com	capacidade	de	300	Mpa;
ᵒ	 forno	tubular	de	sinterização	com	capacidade	de	1200	°C;
ᵒ	 balança	de	precisão;
ᵒ	 recipiente	contendo	pó	metálico;
ᵒ	 concha;
ᵒ	 copo	plástico;
ᵒ	 funil;
ᵒ	 paquímetro;
ᵒ	 matriz	de	prensagem;
ᵒ	 máquina	de	compressão;
ᵒ	 forno	de	sinterização.
• Procedimentos: conforme consta no Laboratório Virtual, para a realização 
desta prática, deve-se seguir a sequência de etapas:
ᵒ	 Ligar	 a	 balança	 e	 utilizar	 o	 botão	 TARA	 para	 registrar	 a	massa	 do	 copo	
plástico. Utilizar a concha para adicionar cinco gramas de pó metálico no 
copo.
ᵒ	 Adicionar	o	pó,	que	 foi	pesado	na	matriz	de	prensagem.	Mover	a	matriz	
de prensagem para a máquina de compressão e ativar o equipamento para 
prensar a matriz.
ᵒ	 Utilizar	 o	 paquímetro	 para	 encontrar	 o	 diâmetro	 e	 a	 altura	 do	 corpo	 de	
prova. 
ᵒ	 Mover	o	corpo	de	prova	para	o	interior	do	forno	de	sinterização.	Acionar	o	
equipamento para dar início ao processo de sinterização.
ᵒ	 Remover	 a	 peça	 do	 forno	 de	 sinterização	 e	 fazer	 novas	 medidas	 das	
dimensões do corpo de prova.
ᵒ	 Responder	ao	questionário.
O processo de fabricação por tecnologia do pó é muito simples. A complexidade 
está nos moldes de fabricação. Nesta prática, utilizamos um molde para fabricação de peças 
cilíndricas, as quais podem ser aplicadas como filtros de água.
NOTA
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA
1 Quais foram as etapas para o desenvolvimento da peça cilíndrica por metalurgia 
do pó?
TÓPICO 1 — METALURGIA DO PÓ
133
2 Por que, na fabricação de peças por metalurgia do pó, em alguns casos, 
ocorrem contrações volumétricas?
Neste tópico, estudamos o processo de metalurgia do pó. Para aprofundar 
seu conhecimento, procure artigos científicos e livros da área. Na UNIASSELVI, temos a 
Jornada de Iniciação Científica (JOIA) e a Biblioteca Virtual para você realizar pesquisas. 
Assista aos vídeos, a seguir, para melhor visualização desse processo: https://www.youtu-
be.com/watch?v=josiFqSNmLQ; https://www.youtube.com/watch?v=T1K_KJICf2w; https://
www.youtube.com/watch?v=mxAisb_p-Lo.
DICAS
134
Neste tópico, você aprendeu que:
•	 O	processo	de	tecnologia	do	pó	tem,	como	características,	o	baixo	custo	para	
produção	de	peças	em	larga	escala	e	baixo	impacto	ambiental.
•	 A	peça	fabricada	por	tecnologia	do	pó	apresenta	bom	acabamento	superficial	e	
adequadas tolerâncias dimensionais.
• Nas etapas de mistura e homogeneização, se necessário, realiza-se a adição de 
vários pós para produzir a liga desejada, além de promover a homogeneização 
da matéria-prima.
•	 A	 prensagem	 é	 definida	 como	 a	 conformação	 ou	 a	 compactação	 dos	 pós	
pela	 aplicação	 de	 pressão	 uniaxial	 ou	 biaxial	 em	 ferramentas	 apropriadas,	
geralmente, em temperatura ambiente.
• A sinterização consiste no aquecimento das peças comprimidas em temperaturas 
específicas	abaixo	do	ponto	de	fusão	do	material-base	da	mistura.
RESUMO DO TÓPICO 1
135
1 O processo de metalurgia do pó é inovador e utiliza matéria-prima em pó, 
otimizando, assim, o seu uso. É versátil, pois se adapta a diversos tipos 
de	matrizes.	Dentro	desse	contexto,	descreva	as	etapas	desse	processo	de	
fabricação.
2		A	peça	fabricada	por	metalurgia	do	pó	apresenta	bom	acabamento	superficial	
e adequadas tolerâncias dimensionais, porém, algumas características devem 
ser conhecidas e controladas. Quais são essas características?
AUTOATIVIDADE
137
UNIDADE 3
1 INTRODUÇÃO
Fundição é a fabricação de peças metálicas por meio do preenchimento, 
com metal líquido, de um molde, cuja cavidade apresenta dimensões similares 
às da peça que se deseja produzir. Isso ocorre por meio de um metal ou liga 
metálica líquida inserida no interior de uma cavidade denominada molde, cuja 
forma corresponde à da peça desejada. 
É um dos processos mais antigos já conhecidos pelo homem. Desde 4000 
a.C., os seres humanos utilizam o processo de cera perdida para a fabricação de 
utensílios. 
A fundição abrange a fabricação de peças únicas ou em série nas variadas 
formas	e	complexidades	e	nos	mais	diversos	tamanhos.	É	um	método	econômico,	
e pode-se dizer que é o caminho mais curto entre a matéria-prima e o produto 
final	ou	semiacabado.
Consiste, basicamente, nas etapas: projeto e confecção do modelo, 
confecção do molde e dos machos, derramamento do metal líquido, desmoldagem 
e acabamento. Neste tópico, estudaremos cada uma delas.
2 FUNDIÇÃO
A	 fundição	 consiste	 na	 preparação,	 na	 fusão	 e	 no	 refino	 de	 insumos	
metálicos, seu vazamento em moldes e na limpeza e acabamento das peças brutas 
obtidas.
É o caminho mais curto entre a liga metálica líquida e a peça pronta, o que 
torna o processo atrativo, economicamente, para muitas situações.
Por	não	existirem	limites	para	a	confecção	de	formas	de	moldes	e	conjuntos	
fundidos, a fundição é considerada o processo com a maior liberdade de formatos 
disponíveis. Diversos tipos de peças com poucas gramas, como joias, até com 
dezenas de toneladas, como turbinas para hidroelétricas, peças de navio e potes 
de	escória,	podem	ser	produzidos.	É	possível	citar,	como	exemplos	de	produtos	
fabricados por fundição (DE CAMPOS FILHO; DAVIES, 1978):
TÓPICO 2 — 
FUNDIÇÃO
138
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
• Eletrodomésticos: carcaça de motores, componentesde compressores, peças 
injetadas e outros componentes.
• Elétrica: carcaças de proteção em equipamentos e componentes, e carcaça de 
motores.
• Indústria: carcaças e peças de máquinas, como torno, fresas, furadeiras e 
plainas.
• Saneamento e água para cidades: tubos fundidos de grande porte, válvulas, 
conexões,	tampas	e	estrutura	de	bueiros	e	portas	de	acesso	e	equipamentos	de	
proteção.
• Diversas peças, como para o setor automotivo ou aeroespacial; brinquedos; 
peças de informática; utilidades domésticas; ourivesaria; peças de decoração; 
peças de artes plásticas; peças para a área médica.
A	seguir,	será	possível	ver	alguns	exemplos	desses	produtos.
FIGURA 8 – EXEMPLOS DE PEÇAS FUNDIDAS
FONTE: Baldam; Vieira (2014, p. 20)
A fundição é um dos processos de fabricação mais antigos de que se tem 
conhecimento, cujo histórico de evolução por períodos é (GUESSER, 2019):
• 4000 a.C.: processo de fundição por cera.
• 2800 a.C.: processo de obtenção de ferro a partir dos seus minérios, por redução 
com carvão vegetal, na Mesopotâmia.
• 1000 a.C.: início da Idade do Ferro, com a obtenção de ferro forjado.
• 250 a 100 a.C.: no Império Romano, a metalurgia do ferro passa a fazer parte 
constante em processos de infraestrutura e aplicações do cotidiano. 
• 1300 a 1400 a.C.: desenvolvimento de fornos de fusão industrial. Tecnologia de 
obtenção de ferro fundido no forno cubilô.
TÓPICO 2 — FUNDIÇÃO
139
• 1760: Primeira Revolução Industrial.
• 1855: implantam-se os processos Bessemer, Thomas e Siemens-Martin, para a 
elaboração do aço.
•	 1890:	F.	Osmond	define	pontos	críticos	do	diagrama	Ferro	Carbono.
• 1944: o alemão Johannes Croning elabora e desenvolve o processo de fundição 
Shell Molding, registrando patente.
• 1960: desenvolvimento da fabricação por controle das transformações para 
obtenção de peças fundidas em altas resistências.
Para estabelecer o processo de fabricação de uma peça fundida, parte-se 
do	desenho	técnico	da	peça	a	ser	produzida	ou	de	uma	réplica,	a	fim	de	realizar	
o	projeto	que	define	todo	o	processo	de	fabricação	na	fundição,	o	qual	seguirá	as	
etapas (BALDAM; VIEIRA, 2014):
• projeto da peça;
• projeto do modelo;
• confecção do modelo;
• confecção do molde;
• fusão do metal;
• vazamento do molde;
• limpeza e rebarbação; 
• controle de qualidade.
A Figura 9 apresenta a fundição da peça cilíndrica com furo passante em 
molde	de	areia,	apontando,	com	números,	os	respectivos	significados:	projeto	da	
peça	(1);	caixa	de	macho	(2);	modelo	(3);	marcações	de	macho	(4);	pinos-guia	(5);	
molde	(6);	caixa	de	moldar	(7);	vazio	de	enchimento	(8);	macho	posicionado	(9);	
estrado suporte (10); guias de montagem (11); canais de enchimento (12, 15, 16 e 
17); presilhas (13); canal de saídas de gases (14).
140
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
FIGURA 9 – FUNDIÇÃO DE PEÇA CILÍNDRICA
FONTE: Baldam; Vieira (2014, p. 25)
Uma	fundição	funciona	de	maneira	 integrada,	o	que	significa	que	cada	
setor	fica	responsável	por	uma	determinada	etapa	do	processo.	A	fabricação	de	
uma peça fundida requer os seguintes setores (GUESSER, 2019):
• projetos;
•	 confecção	e	reparação	de	modelos,	caixas	de	macho	e	elementos	de	modelo;
• fabricação de peças fundidas.
A fábrica de fundição, por sua vez, ainda pode ser dividida nas seguintes 
áreas: 
• preparação de areia;
• de moldação;
• de confecção de machos;
• área de fusão (preparação do metal líquido);
• de vazamento dos moldes;
• acabamento (limpeza e rebarbação).
TÓPICO 2 — FUNDIÇÃO
141
Na Figura 10, temos um esquema básico de uma fundição.
FIGURA 10 – FLUXOGRAMA DE UMA FUNDIÇÃO
FONTE: Baldam; Vieira (2014, p. 29)
Os materiais utilizados na fabricação de moldes em fundição são, 
principalmente, areia e metal:
• Moldes metálicos: fundição sob pressão e em coquilha.
• Moldes em areia: moldagem manual ou mecanizada.
As peças fundidas são constituídas por ligas metálicas, devem sempre 
ter	temperatura	de	fusão	e	fluidez,	e	são	divididas	em	dois	grandes	grupos:	ligas	
ferrosas	e	não	ferrosas.	Para	as	ligas	ferrosas,	podemos	citar	como	exemplos	o	aço	
e os ferros fundidos (GUESSER, 2019).
O aço é uma liga metálica formada por ferro e carbono, com percentual de 
carbono variando entre 0,008 e 2,11%. Ferro fundido é quando a liga contém acima 2,11% 
de C, é uma mistura eutética com elementos à base de carbono e silício, entre outros.
NOTA
142
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
Embora seja possível utilizar ligas fundidas dos mais diferentes tipos de 
metal, as ligas não ferrosas mais utilizadas em fundição são as de alumínio, cobre 
e zinco.
Para moldagem, precisamos da areia como suporte para as peças; com o 
molde, forma-se o espaço para inserir o metal-líquido e modelar a peça. Essa areia 
chama-se areia de moldação e é constituída essencialmente por grãos refratários 
da areia-base e pelo aglomerante desses grãos, utilizado para moldar a peça. É 
um elemento granular refratário, normalmente areia silicosa e aglomerante. 
A areia de moldagem deve apresentar elevada refratariedade, boa 
resistência mecânica, permeabilidade adequada e plasticidade. Já a areia de 
machos,	 além	dos	 requisitos	exigidos	para	a	areia	de	moldagem,	deve	 ter	boa	
colapsilidade	–	isto	é,	perda	de	resistência	da	areia	após	o	início	da	solidificação	
da peça. 
As	areias	são	classificadas	quanto:
• à origem: natural, semissintética ou sintética;
• ao uso: nova ou reciclada;
• ao emprego: areia de moldagem e areia de macho;
• ao estado de umidade: úmida (verde) ou seca (estufada).
Refratariedade é a capacidade que alguns materiais têm de resistir a tempera-
turas acima de 1.435 °C sem se deformarem e sem perderem suas propriedades de baixa 
condutividade térmica e elétrica.
NOTA
Geralmente, a areia é formada por uma areia-base, cuja granulometria deve 
ser estritamente controlada na aquisição, pois afeta diretamente a permeabilidade 
da areia e a penetração metálica. Assim, ela pode ser silicosa e não silicosa:
• Silicosa: refratária.
•	 Não	silicosa:	elevada	reatividade	com	o	metal	fundido	e	a	expansão	volumétrica.	
Exemplos:	zirconita,	olivina	e	chamote.	Alto	custo.
Para melhorar as propriedades das areias, conforme a necessidade do 
processo, adicionam-se aglomerantes, que são os materiais que envolvem e ligam 
entre si os grãos, conferindo à areia características como resistência às solicitações 
TÓPICO 2 — FUNDIÇÃO
143
dinâmicas, estáticas e térmicas. Esses aglomerantes reforçam a resistência e a 
dureza e diminuem a permeabilidade, subdividindo-se em (DE CAMPOS FILHO; 
DAVIES, 1978):
• Orgânicos: melaço de cana, amido de milho, óleo.
• Inorgânicos: argila, silicato de sódio e cimento.
•	 Aglomerantes	sintético:	alto	custo,	excelente	resistência.
Outro importante componente é o macho, que é a parte do molde 
fabricada	separadamente	e	colocada	em	sua	cavidade	após	a	extração	do	modelo,	
para	obter,	de	maneira	mais	econômica,	formas	internas	e	externas	de	uma	peça,	
e facilitar a construção do modelo (BALDAM; VIEIRA, 2014). 
Na	Figura	11,	há	um	exemplo	de	peça	a	ser	 fundida	utilizando	macho,	
em que: peça com forma interna de diâmetro variável – para facilitar a moldação, 
utiliza-se um modelo (a); para a obtenção da forma geral da cavidade do 
molde,	na	qual	é	posicionado	o	macho,	preparado	em	uma	caixa	de	macho	(b);	
paralelamente à confecção do molde (c); molde (d).
FIGURA 11 – PEÇA A SER FUNDIDA
FONTE: Baldam; Vieira (2014, p. 30)
144
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
O modelo de uma peça de fundição é utilizado para dar forma e dimensões 
à	cavidade	do	molde	e	a	caixa	do	macho,	para	preparar	os	machos.	Assim,	os	
modelos e os machos devem satisfazer as seguintes qualidades:
•	 Exatidão	de	formas	e	dimensões.
• Permanência de forma e dimensão com o decorrer do tempo.
•	 Facilidade	de	extração.
• Bom estado de superfície.
Os	modelos	e	as	caixas	de	macho	podem	sofrer	uma	série	de	alterações	em	
relação	ao	projeto	da	peça	mecânica,	a	fim	de	adaptá-la	ao	processo	de	fundição.	
Entre as alterações, destacam-se:
• Sobre-espessura deusinagem.
• Acréscimos para compensar a contração linear.
•	 Ângulos	de	saída:	para	facilitar	a	extração	do	modelo	(Figura	12).
• Marcações de macho: servem para o posicionamento do macho e a saída dos 
gases dos machos.
• Cantos arredondados: para facilitar a moldagem, evitar defeitos, concentração 
de tensões e trincas.
FIGURA 12 – EXTRAÇÃO DE MODELO PELO ÂNGULO DE SAÍDA
FONTE: Baldam; Vieira (2014, p. 35)
TÓPICO 2 — FUNDIÇÃO
145
Para alimentação da matéria-prima, o metal líquido, utiliza-se um sistema 
de canais. Esse sistema deve ser dimensionado de tal forma que o metal líquido 
limpo preencha a cavidade do molde, a uma dada temperatura e durante um 
intervalo de tempo. Na Figura 13, pode-se visualizar um sistema de alimentação 
de fundição.
FIGURA 13 – SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE FUNDIÇÃO
FONTE: Baldam; Vieira (2014, p. 39)
Por meio desse sistema, também se dimensionam massalotes, conhecidos 
como montantes. Trata-se de uma reserva de metal líquido, adjacente à peça, cujo 
objetivo é fornecer metal líquido para compensar a contração no estado líquido 
e	durante	a	solidificação,	ou	seja,	alimentar	a	peça	a	fim	de	evitar	a	formação	de	
vazios (rechupes). A Figura 14 demonstra três tipos diferentes de formação de 
rechupes, que podem ser evitados com os massalotes. 
146
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
FIGURA 14 – FORMAÇÃO DE RECHUPES
FONTE: Baldam; Vieira (2014, p. 40)
O metal líquido é vazado na cavidade do molde com o metal sobreaquecido. 
A	 diferença	 entre	 a	 temperatura	 de	 vazamento	 e	 de	 início	 de	 solidificação	
corresponde ao valor do grau de sobreaquecimento no metal líquido no instante 
do vazamento.
Após o preenchimento do molde, ocorre o resfriamento do metal em três 
etapas:	da	liga	no	estado	líquido,	da	liga	durante	a	sua	solidificação;	da	liga	do	
estado sólido até a temperatura ambiente (TOLEDO et al., 2015).
Os processos de fundição variam conforme o tipo de peça e a necessidade 
do cliente. Assista a alguns vídeos interessantes sobre esse tema a seguir: https://www.
youtube.com/watch?v=7BI4v0Gqc7k&feature=youtu.be; https://www.youtube.com/wa-
tch?v=O8Z5Nc6nmC8&feature=youtu.be; https://www.youtube.com/watch?v=9g_Jfhj-
cBAU&feature=youtu.be.
DICAS
TÓPICO 2 — FUNDIÇÃO
147
3 TEMPO DE SOLIDIFICAÇÃO
O ponto de fusão é a temperatura na qual o material se transforma, 
do estado sólido, em líquido – no Quadro 1, temos alguns pontos de fusão. A 
transformação reversa, de líquido para sólido, ocorre na mesma temperatura (ponto 
de congelamento). Para elementos cristalinos, como os metais, as temperaturas de 
fusão e congelamento são as mesmas. Uma determinada quantidade de energia 
de calor, chamada calor de fusão, é necessária para completar a transformação de 
sólido para líquido (DE CAMPOS FILHO; DAVIES, 1978). 
Metal Ponto de fusão
Bronze 232 °C – 1085 °C
Ouro 962 °C – 1064 °C
Ferro 1539 °C
Aço 1538 °C – 3527 °C
Latão 420 °C – 1085 °C
Níquel 1455 °C 
QUADRO 1 – PONTOS DE FUSÃO
FONTE: Adaptado de Callister Jr. (2000, p. 180).
O superaquecimento é a diferença entre a temperatura de vazamento do 
metal fundido e a temperatura de fusão do metal – na prática, não ultrapassa 10%.
O	tempo	de	solidificação	total	é	o	 tempo	entre	o	vazamento	e	o	fim	da	
solidificação.	Após	o	metal	fundido	estar	totalmente	solidificado,	o	resfriamento	
continua	a	uma	taxa	indicada	pela	inclinação	da	curva	de	resfriamento	(TOLEDO	
et al., 2015).
A	camada	inicial	do	metal	é	resfriada	pela	extração	de	calor	que	ocorre	
pelo seu contato com as paredes do molde. Esse resfriamento causa a formação 
de	 grãos	 finos	 e	 aleatoriamente	 orientados	 na	 camada	 solidificada.	 Com	 a	
continuação do resfriamento, grãos adicionais são formados e crescem na direção 
contrária da transferência de calor, surgindo, para o interior, como agulhas de 
metal	sólido.	As	ligas	metálicas	solidificam-se	em	uma	faixa	de	temperatura;	a	
faixa	exata	é	mostrada	em	um	diagrama	de	fases,	conforme	visto	na	disciplina	de	
Ciência dos Materiais.
148
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
Ligas metálicas, no ponto eutético, não apresentam faixas de temperatura, e 
sim um ponto de fusão, como em metais puros.
NOTA
À	medida	que	a	temperatura	cai,	a	solidificação	tem	início	na	temperatura	
liquidus e é completada quando a temperatura solidus é alcançada. Para saber o 
tempo	certo	de	 solidificação,	deve-se	utilizar	 a	Regra	de	Chvorinov,	 calculada	
por:
Em que TTS é o tempo	total	de	solidificação;	V,	o	volume	do	fundido;	A,	a	
área	superficial	do	fundido	n	=	2	(constante	baseada	em	dados	experimentais);	e	
Cm,	a	constante	do	molde	(baseada	em	dados	experimentais).
Outro critério importante é a regra dos módulos, cujo tempo de resfriamento 
de uma peça é dado em função de seu módulo parcial de resfriamento:
Em	que:	M	 significa	módulo	de	 resfriamento	 (cm);	V,	 volume	da	peça	
(cm3); e S, superfície da peça que contribui com o seu resfriamento (cm2).
Para	que	o	massalote	se	solidifique	após	a	peça,	é	preciso	que	ele	tenha	
um módulo do massalote (Mm) superior ao módulo da peça (Mp):
Mm ≥ k x Mp
Em	que	k	é	o	coeficiente	para	condições	de	funcionamento	do	massalote.
Após	está	verificação,	deve-se	verificar	a	regra	da	contração.	O	massalote	
deve	ter	uma	quantidade	de	metal	líquido	suficiente	para	compensar	a	contração	
que a peça sofre ao ser resfriada. Calcula-se através de:
TÓPICO 2 — FUNDIÇÃO
149
Em que Vm	 corresponde	ao	volume	do	massalote;	k,	ao	coeficiente	que	
depende	 das	 condições	 de	 funcionamento	 do	 massalote;	 r,	 ao	 coeficiente	 de	
contração volumétrica do metal; e VC, ao volume da cavidade.
Em	um	exemplo	prático,	um	componente	com	a	forma	de	um	disco	deve	
ser fundido em alumínio. O disco tem um diâmetro de 500 mm e uma espessura 
de	20	mm.	A	constante	do	molde	vale	2	s/mm2. Utilizando a regra de Chvorinov, 
calcularemos	quanto	tempo	o	fundido	levará	para	se	solidificar:
• Área do círculo (Ac; base do cilindro):
• Área lateral (Al) do cilindro:
•	 Área	(A)	superficial	do	cilindro:
150
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
4 ATIVIDADE PRÁTICA – PROJETO DE FUNDIÇÃO
Este processo de conformação é utilizado desde os tempos mais remotos, 
quando a única liga metálica eram os meteoros incandescentes que caiam do céu. 
As técnicas desse processo evoluíram e, hoje, conseguimos desenvolver desde 
peças	complexas	de	navios	e	portos	até	joias	delicadas.	Nesta	prática,	adaptada	
de Oliveira (20--), vamos desenvolver uma peça por fundição, realizando desde o 
desenho técnico até a fundição do metal.
• Objetivo: fundir uma peça metálica utilizando um molde de areia verde.
• Dados do ensaio:
ᵒ	 A	peça	a	ser	fabricada	deve	seguir	as	características	da	Figura	15:
FIGURA 15 – DESENHO DA PEÇA A SER FABRICADA
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/160251/mod_folder/content/0/Roteiro_Fun-
di%C3%A7%C3%A3o.pdf?forcedownload=1>. Acesso em: 29 mar. 2020.
• Equipamentos:
ᵒ	 Modelo	em	madeira.
ᵒ	 Macho.
ᵒ	 Areia	verde.
ᵒ	 Aço	líquido.
• Procedimentos (Figura 16):
ᵒ	 Adicionar	 água	 em	uma	mistura	prévia	de	 areia	de	 fundição	 e	 bentonita	
(areia	verde),	mexendo	bem	até	obter	uma	massa	homogênea.	A	massa	deve	
aglomerar facilmente quando pressionada entre as mãos, porém sem grudar 
(massa úmida). 
ᵒ	 Colocar	 o	modelo	 juntamente	 com	 a	 caixa	 sobre	 uma	 superfície	 plana	
e	 firme	 		–	 conforme	 demonstrado	 na	 etapa	 1	 da	 Figura	 16.	 Aplicar	 o	
desmoldante (talco, carbonato de cálcio ou licopódio), pulverizando 
sobre	o	modelo	uma	fina	camada.	Retirar	o	excesso.	
Modelo da peça a ser fundida 
 
 






φ φ
 
TÓPICO 2 — FUNDIÇÃO
151
ᵒ	 Adicionar	a	mistura	de	areia	aos	poucos,	compactando	com	a	ajuda	de	um	
pedaço de madeira. Assegurar-se de que todos os detalhes do modelo sejam 
cobertos de areia compactada (Figura 16, etapa 2). 
ᵒ	 Depois	de	preencher	toda	a	caixa,	virar	o	conjunto	e	retirar	o	modelo.	Antes	
de	retirá-lo,	faça	marcas	na	caixa	que	servirão	como	guias	para	o	encaixe	da	
outra	metade	do	molde.	Para	retirar	o	modelo,	puxe-o	navertical	segurando	
firmemente	(Figura	16,	etapa	3).	Para	isso,	convém,	antes	soltá-lo	do	molde,	
dar	algumas	“pancadinhas”.	Verifique	se	o	molde	está	correto,	sem	vazios	
ou falta de preenchimento. Repita o procedimento caso haja falhas. 
ᵒ	 Repetir	os	procedimentos	anteriores	para	a	outra	metade	do	molde.	
ᵒ	 Escolher	 os	 locais	 para	 alimentação	 e	 subida	 do	 metal	 líquido.	 Com	 as	
espátulas, escave o molde cuidadosamente, assegurando-se de que não 
fiquem	grãos	de	areia	soltos	(Figura	16,	etapa	4).	Lembre-se	de	deixar	uma	
cavidade adequada para verter o metal líquido e de prover uma geometria 
adequada para os canais e o massalote. Faça o cálculo dos módulos de 
resfriamento, para ajudar nessa decisão, ou use os resultados da simulação 
realizada	previamente.	Atenção:	o	canal	da	figura	é	somente	 ilustrativo,	a	
escolha da geometria e da posição deve ser sua! 
ᵒ	 Fazer	o	macho	usando	o	molde	adequado,	adicionando	areia	aos	poucos	e	
compactando muito bem (Figura 16, etapa 5). Lembre-se de aplicar antes o 
desmoldante,	para	que	o	macho	possa	ser	extraído	com	facilidade.	
ᵒ	 Retirar	o	macho	do	seu	molde	original	e	posicioná-lo	na	metade	inferior	do	
molde de areia (Figura 16, etapa 6).
ᵒ	 Com	cuidado,	encaixar	sobre	o	macho	a	metade	superior	do	molde,	fechando	
o	conjunto	 (Figura	16,	 etapa	7).	Usar	as	marcas	da	caixa	e	o	macho	como	
guias. 
ᵒ	 Posicionar	o	molde	sobre	a	caixa	de	areia	e	verificar	a	temperatura	do	metal	
líquido (cerca de 50 °C a 100 °C acima de sua temperatura de fusão).
ᵒ	 Verter	o	metal	líquido	no	molde,	de	maneira	contínua,	até	o	preenchimento	
completo.	Aguardar	a	 solidificação	do	metal.	Quebrar	o	molde	e	 retirar	a	
peça pronta. 
152
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
 
 
 
 
 
 (1) (2) 
 
 
 
 
 
 
 
 (3) (4) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (5) (6) 
 
 
 
 
(7) 
 
 
 
FIGURA 16 – PROCEDIMENTOS PARA A FUNDIÇÃO
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/160251/mod_folder/content/0/Roteiro_Fun-
di%C3%A7%C3%A3o.pdf?forcedownload=1>. Acesso em: 29 mar. 2020.
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA
1 Ocorreram defeitos na peça? Se sim, como seria possível evitá-los?
2 De que material foi fabricado o macho e por quê?
153
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste tópico, você aprendeu que:
• Fundição é a fabricação de peças metálicas por meio do preenchimento, com 
metal líquido, de um molde.
• Para estabelecer o processo de fabricação de uma peça fundida, parte-se do 
desenho técnico da peça a ser produzida ou de uma réplica.
• Os materiais utilizados na fabricação de moldes em fundição são, principalmente, 
areia e metal.
• Para melhorar as propriedades das areias, conforme a necessidade do processo, 
adicionam-se aglomerantes.
• O macho é a parte do molde fabricada separadamente e colocada em sua 
cavidade	após	a	extração	do	modelo,	para	obter,	de	maneira	mais	econômica,	
formas	internas	e	externas	de	uma	peça.
• O modelo de uma peça de fundição é utilizado para dar forma e dimensões à 
cavidade do molde.
• Massalotes, também conhecidos como montantes, são uma reserva de metal 
líquido, adjacente à peça, cujo objetivo é fornecer metal líquido para compensar 
a	contração	no	estado	líquido	e	durante	a	solidificação.
•	 O	 tempo	 de	 solidificação	 total	 é	 o	 tempo	 entre	 o	 vazamento	 e	 o	 fim	 da	
solidificação.
154
1 Por não haver limites para a confecção de formas de moldes e conjuntos 
fundidos, a fundição é considerada o processo com a maior liberdade 
de	 formatos	 disponíveis.	 Nesse	 contexto,	 descreva	 aplicações	 de	 peças	
fundidas.
2 Fundição é a fabricação de peças metálicas por meio do preenchimento, com 
metal líquido, de um molde cuja cavidade apresenta dimensões similares 
às da peça que se deseja produzir. Quais são as etapas para obtenção de 
uma peça fundida?
3 O molde é o espaço que utilizamos para inserir o metal-líquido e modelar 
a peça. Para a moldagem, precisamos da areia como suporte para as peças. 
Essa	areia	é	chamada	de	areia	de	moldação.	Classifique	os	tipos	de	areias	
de fundição.
AUTOATIVIDADE
155
UNIDADE 3
1 INTRODUÇÃO
Estampagem é um processo de conformação de chapas a frio e consiste 
em fabricar peças por meio da aplicação de uma força sobre uma chapa (matéria-
prima) e uma matriz, conforme o produto desejado.
Os primeiros produtos fabricados por estampagem datam de 4000 a.C.: 
copos de ouro e prata; porém, apenas no século XIX, houve o desenvolvimento e 
o	crescimento	de	produtos	em	série	e	complexos.
Atualmente, a estampagem é aplicada em autopeças, eletrodomésticos, 
talheres, embalagens, entre outros. Neste tópico, estudaremos esse processo, suas 
técnicas e suas características.
2 ESTAMPAGEM PROFUNDA
O processo de estampagem profunda, também chamado de embutimento, 
transforma chapas metálicas (geratriz ou blancks) em produtos com profundidade 
ou rasos. É um processo de conformação, que envolve uma contínua intervenção 
entre	 peça	 e	 ferramenta,	 sendo	necessário	 o	 uso	de	 lubrificante.	 Sua	principal	
característica é a utilização de matérias-primas do tipo chapas ou tubos com 
espessuras	finas.
Schaeffer	 (2004)	 cita	 como	 exemplo	 de	 conformação	 a	 fabricação	 de	
um copo por estampagem, no qual é possível observar que os triângulos e os 
retângulos	existentes	na	matéria-prima	foram	transformados	em	retângulos	no	
copo	após	a	conformação,	devido	ao	ferramental	empregado.	O	excesso	de	material	
(triângulos) é passado para o corpo do produto estampado, em decorrência da 
função	do	prendedor	de	chapas,	que	evita	a	formação	de	rugas	no	flange.
A grande vantagem da fabricação de componentes por estampagem é o 
baixo	custo,	em	virtude	do	uso	de	matéria-prima	otimizada	e	do	acabamento,	que	
dispensa usinagem. Entretanto, faz-se necessário o controle de alguns parâmetros, 
para	um	resultado	eficiente:	
TÓPICO 3 — 
ESTAMPAGEM
156
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
• Parâmetros tecnológicos: força, energia, deslocamento, velocidade de 
deformação e tempo de pressão.
• Ferramental:	 geometria,	 fixação,	 temperatura	 e	 deformações	 elásticas	 do	
material.
• Geometria do componente: espessura, comprimento, largura da chapa, 
diâmetro da geratriz, raio de centro e retorno elástico.
• Material: tensão, encruamento, anisotropia, alongamento, limite de ruptura, 
condições	superficiais	e	microestrutura.
• Equipamento: velocidade da punção, profundidade, tempo de pressão, 
precisão	e	folga	das	guias,	força,	deslocamento	e	lubrificação.
Durante o processo de estampagem, se essas características não forem 
controladas,	podem	surgir	diversos	defeitos	na	superfície	do	produto	final,	como	
rugas, trincas e desconformidades. 
Diversos tipos de máquinas de prensa podem ser utilizados em um 
processo de fabricação por estampagem, sendo os principais (SCHAEFFER, 2004):
•	 Prensas	de	simples	ação:	as	operações	de	grandes	esforços	são	executas	pela	
parte superior da prensa; na parte inferior, molas são usadas principalmente 
para	efetuar	a	extração	das	peças.
• Prensas de dupla ação: são utilizadas prensas hidráulicas de dupla ação, com 
pressão inferior da prensa. 
• Prensa hidráulica de triplo efeito: tem os mesmos recursos da prensa de dupla 
ação, porém com um adicional no interior da haste do cilindro principal, que 
serve de prensa-chapas.
O procedimento convencional na fabricação de muitos componentes a 
partir de chapas e, principalmente, daqueles que envolvem os processos de corte-
dobra	e	estampagem	é	o	emprego	de	uma	tira,	na	qual	a	peça	fica	presa	até	quase	
o	final	das	operações	(Figura	17).
TÓPICO 3 — ESTAMPAGEM
157
FONTE: Schaeffer (2004, p. 127)
FIGURA 17 – EXEMPLO DE OPERAÇÃO PROGRESSIVA
Uma alternativa que pode oferecer grande economia de matéria-prima é a 
substituição por um sistema de transferências. Nesse caso, a geratriz é recortada 
da tira e sua operação segue com o uso de garras (Figura 18).
FONTE: Schaeffer (2009, p. 128)
FIGURA 18 – OPERAÇÃO DE TRANSFERÊNCIA
Segundo	Schaeffer	(2004,	p.	26):	
A	 economiade	 material,	 nesses	 casos,	 pode	 ser	 explicada	 a	 partir	
da análise do efeito da anisotropia, que ocorre em alguns materiais. 
Observa-se que, no processo de operações progressivas, as maiores 
deformações ocorrem nas direções 7-3 e 1-5 [...]. Já as menores 
deformações ocorrem nas direções 4-8 e 2-6 [...]. No sistema de 
transferências, devido ao corte diferenciado da geratriz, as deformações 
são minimizadas e, com isso, a perda de material no corte da parte 
superior do componente é menor.
158
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
Exemplos	de	maiores	e	menores	deformações	em	sistemas	de	transferência	
podem ser vistos nas Figuras 19 e 20.
FONTE: Schaeffer (2004, p. 128)
FONTE: Schaeffer (2004, p. 129)
FIGURA 19 – MAIORES DEFORMAÇÕES EM UM SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA
FIGURA 20 – MENORES DEFORMAÇÕES EM UM SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA
TÓPICO 3 — ESTAMPAGEM
159
3 PROCESSOS ESPECIAIS 
A contínua busca por redução de energia, custos e melhoria da qualidade 
tem sido a força propulsora para as inovações que vêm ocorrendo ao longo 
do século. Antigamente, se um processo atendia aos requisitos econômicos e 
tecnológicos,	isso	já	era	o	suficiente,	porém,	agora,	é	necessário	aliar	as	questões	
ambientais, de marketing, de segurança, entre outras. Nesse sentido, as pesquisas 
avançam, principalmente em:
• Novos materiais: aços de alta resistência, aços isotrópicos, ligas de alumínio e 
magnésio, compostos com espuma metálica, materiais poliméricos aplicados 
em ferramentas.
• Testes: ensaio de tração para conhecimento das propriedades mecânicas e curvas 
de escoamento e testes tecnológicos, como limite da razão de estampagem.
• Novas tecnologias: hidroconformação, simulação e reaproveitamento de peças 
usadas.
Outra inovação na área é o processo de estampagem incremental, 
que consiste na conformação da geratriz, empregando uma pequena punção 
com controle numérico computadorizado (CNC), que, por meio de pequenas 
deformações, fabrica o produto, gerando, consequentemente, uma peça com 
menores defeitos e maior resistência mecânica. Esse processo é uma alternativa 
para	 a	 prototipagem	 rápida	 e	 a	 fabricação	 de	 pequenos	 lotes	 que	 exigem	um	
ferramental de alto custo. 
O	processo	convencional	de	estampagem	exige	equipamentos	complexos	
e de alto custo com matrizes, enquanto a estampagem incremental utiliza 
componentes simples, como matrizes básicas em fresadores CNCs. Na Figura 21, 
temos	um	exemplo	desse	processo.
160
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
FONTE: Schaeffer (2004, p. 157)
FIGURA 21 – ESTAMPAGEM INCREMENTAL
A Figura 19 também evidencia que os seguintes parâmetros devem ser 
controlados (JESWIET et al., 2005):
• tamanho e forma da ferramenta móvel, do material de matriz e da velocidade;
• forma e espessura da geratriz;
• estratégia da geração da peça;
•	 força	do	prensa-chapas,	temperatura	e	lubrificação.
4 ATIVIDADE PRÁTICA – ESTAMPAGEM DE PEÇA METÁLICA
Estampagem é um processo de fabricação no qual uma chapa metálica 
é conformada na matriz, ou seja, conforme o produto desejado. É um processo 
simples, mas que, para ser lucrativo e rápido, é necessário aplicar a teoria na 
prática. Nesta etapa, vamos realizar a confecção de uma peça por estampagem.
• Objetivo: uma aplicação típica do processo de estampagem é a produção de 
silenciadores para motosserras; por isso, iremos fabricar um abafador similar à 
Figura 22.
• Dados do ensaio:
ᵒ	 Matéria-prima:	aço	de	baixo	carbono,	com	0,75	mm	de	espessura.
ᵒ	 Guilhotina.
ᵒ	 Matriz.
ᵒ	 Prensa.
TÓPICO 3 — ESTAMPAGEM
161
• Procedimentos:
ᵒ	 Recortar	a	matéria-prima	na	guilhotina.
ᵒ	 Aplicar	lubrificante.
ᵒ	 Iniciar	o	embutimento	profundo	com	matriz.
ᵒ	 Calibração.
ᵒ	 Recorte	da	rebarba.
ᵒ	 Dobramento	das	bordas	em	todos	os	cantos	com	90°.
ᵒ	 Dobramento	da	borda	traseira	com	17°.
ᵒ	 Corte	dos	furos	de	fixação	no	flange.
ᵒ	 Planificação	do	fundo,	corte	dos	furos	laterais	de	fixação.
ᵒ	 Gravação	de	logotipo.
FIGURA 22 – ESTAMPAGEM INCREMENTAL
FONTE: Schaeffer (2009, p. 142)
4.1 REFLEXÕES DA PRÁTICA
1 Essa peça poderia ser realizada por outro processo de fabricação?
2 Quanto tempo durou a fabricação desse processo? É viável a fabricação em 
larga escala? 
162
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
LEITURA COMPLEMENTAR
ESTUDO DO PROCESSO DE ESTAMPAGEM INCREMENTAL 
EM CHAPA DE ALUMÍNIO PURO
Jean Lacerda
Anderson	Daleffe
RESUMO
Este estudo abordará o processo de estampagem incremental em chapa 
de alumínio puro, com o intuito de analisar e comparar resultados obtidos 
experimentalmente,	usando	a	máquina	dedicada	para	estampagem	incremental	
e	comprovando	sua	eficiência.	O	trabalho	expõe	um	método	que	pode	delimitar	
a capacidade do processo. Para isso, será realizada a estampagem incremental 
em chapas de 0,5 mm de espessura, em alumínio, com uma porcentagem de 
99%	de	pureza.	A	partir	de	especificações	e	características	técnicas	do	processo	
de	estampagem	incremental	de	chapas,	foram	feitos	experimentos	práticos	para	
obter resultados por meio de ensaios de conformação na máquina dedicada à 
estampagem incremental, utilizando ferramental adequado para o processo. 
Foi determinado o ângulo limite de parede para a estampagem incremental do 
alumínio	na	forma	geométrica	tronco	de	pirâmide,	sendo	verificada	a	variação	
da espessura na região estampada em relação ao sentido de laminação da chapa. 
Foram obtidos resultados interessantes relacionados ao processo, de grande valia 
para pesquisas futuras. 
INTRODUÇÃO
O método de estampagem consiste na conformação de uma chapa metálica 
ou plástica, seja ela à quente ou a frio. Tem-se o processo de estampagem profunda, 
que	consiste	em	um	punção	(que	é	a	ferramenta	convexa	que	fica	acoplada	no	
elemento móvel denominado suporte de punção), que será introduzido na matriz 
côncava,	que	fica	fixada	em	um	suporte.	A	Figura	1	mostra	como	é	realizada	a	
estampagem profunda:
1- Suporte de punção
2- Punção ou penetrador
3- Prensa chapas ou sujeitador
4- Matriz
5- Suporte da matriz
Figura 1 – Etapas da estampagem profunda
TÓPICO 3 — ESTAMPAGEM
163
O alumínio é um material que se conforma facilmente, porém tem uma 
resistência	mecânica	muito	 baixa.	 Por	 ele	 ter	 a	 característica	 de	 ser	 um	metal	
consideravelmente dúctil em seu estado puro, torna-se muito fácil a estampagem 
incremental. Para a obtenção de um bom resultado, o alumínio, em seu estado 
puro, deve ser conformado gradativamente, de modo que não venha a ocorrer 
o	rompimento	da	tira	que	fica	presa	no	prensa-chapas.	A	Figura	2	mostra	uma	
chapa de alumínio que foi conformada por estampagem incremental.
Figura 2 – Produtos obtidos por estampagem incremental
MATERIAIS E MÉTODOS
Para	iniciar	o	procedimento	experimental,	foi	necessária	a	preparação	do	
material a ser estampado. A preparação do blank inicia-se com a marcação na 
chapa de alumínio e, em seguida, é feito o corte na guilhotina, para obter o formato 
que	 encaixe	 perfeitamente	 no	 sistema	 de	 fixação	 da	máquina	 de	 estampagem	
incremental. Posteriormente, realizou-se a gravação da rede de círculos, que é um 
processo que irá comprovar o alongamento do material. Para que a gravação seja 
feita, é necessário que a chapa não contenha nenhum tipo de impureza. A coleta 
dos resultados é feita a partir dos círculos que são marcados eletroquimicamente 
no blank. Essa marcação consiste em um processo eletrolítico. Para que essa seja 
feita,	são	necessários	um	retificador	e	um	eletrólito	(líquido	reagente)	adequados.	
O líquido reagente age de maneira a corroer o material da forma preestabelecida, 
por uma tela semi-impermeável, contendo uma rede de círculos tangenciais.
ANÁLISE DOS TESTES
Os primeiros testes foram preliminares e decisivos, servindo para o ajuste 
da	máquina	e	da	definição	da	melhor	estratégia	CAM.	No	primeiro	blank a ser 
estampado, ainda no ajuste dos parâmetros, ocorreu a ruptura prematura, que 
foi	 causada	 propositalmente	 para	 definir	 o	 ângulo	 de	 parede	 máximo	 que	 o	
alumínio suportaria. Foram realizados três testes para o ajusteda máquina, até 
que	se	definiu	um	ângulo	de	inclinação	de	parede	que	estampou	até	o	final	sem	
romper. A Figura 3 mostra um dos testes que foram realizados para o ajuste da 
máquina.
164
UNIDADE 3 — OUTROS PROCESSOS
Figura 3 – Chapa estampada com defeito de ruptura
Figura 4 – Defeito de ruptura em parede com ângulo de 50°
O teste de número 7 apresentou pequenos pontos de ruptura, um sinal 
de	que	o	material	chegou	ao	máximo	ângulo	que	pode	ser	aplicado	sobre	ele	no	
formato piramidal; portanto, o teste número 6 foi o que apresentou os melhores 
resultados para este material com a máquina dedicada à estampagem incremental. 
Os testes 8 e 9 apresentaram rompimento prematuramente. Com ângulo de 51°, 
obteve-se 15 mm em profundidade de estampagem; já com 55°, não ultrapassou 
os 10 mm. A Figura 4 mostra os pontos que romperam com o ângulo de parede 
de 50°.
CONCLUSÃO
Com este estudo, foi possível fabricar peças por meio da estampagem 
incremental,	em	uma	máquina	fabricada	especialmente	para	tal	fim.	Obteve-se	bom	
resultado	nas	peças	fabricadas,	com	geometrias	bem	definidas.	A	lubrificação	foi	
essencial	para	a	redução	do	atrito;	o	uso	da	graxa	a	base	de	lítio	proporcionou	um	
bom	deslizamento,	pois	criou	um	filme	lubrificante	entre	a	chapa	e	a	ferramenta,	o	
que também ajudou muito na profundidade de estampagem para que o alumínio 
TÓPICO 3 — ESTAMPAGEM
165
não se rompesse prematuramente, evitando o desgaste da ferramenta e o esforço 
excessivo	do	eixo	árvore.	A	gravação	dos	círculos	na	chapa	antes	da	estampagem	
proporcionou um bom resultado, possibilitando a medição das deformações na 
chapa de alumínio após a estampagem.
 
Entre os testes realizados, aquele que mais se destacou foi o com o ângulo 
de parede de 49°, por ser o que mais se alongou sem que ocorresse nenhum tipo 
de rompimento – portanto, foi o ângulo que suportou os esforços da estampagem 
incremental	 no	 formato	 pirâmide.	 Os	 gráficos	 mostraram	 o	 alongamento	 e	 a	
espessura	final	da	chapa	conformada,	demonstrando	a	resistência	do	alumínio	
no processo de estampagem incremental. Outro fator importante para o processo 
foram as diferenças encontradas nos valores de deformação na espessura, em 
relação ao sentido de laminação do material. Observa-se que, dependendo da 
forma geométrica que se deseja estampar, a posição de montagem do blank pode 
influenciar	 negativamente	 o	 processo,	 ocasionando	 o	 rompimento	 prematuro.	
Foi	 comprovada	 também	 a	 eficiência	 da	 máquina	 dedicada	 à	 estampagem	
incremental, que proporcionou um bom resultado de cada peça estampada.
FONTE: Adaptado de LACERDA, J.; DALEFFE, A. Estudo do processo de estampagem incremen-
tal em chapa de alumínio puro. Revista Vincci – Periódico Científico da Faculdade SATC, v. 1, n. 
1, p. 99-119, 2016. Disponível em: http://revistavincci.satc.edu.br/
ojs/index.php/Revista-Vincci/article/download/73/15. Acesso em: 3 set. 2020.
166
RESUMO DO TÓPICO 3
Neste tópico, você aprendeu que:
• O processo de estampagem profunda, também chamado de embutimento, 
transforma chapas em produtos com profundidade ou rasos.
•	 A	grande	vantagem	da	fabricação	de	componentes	por	estampagem	é	o	baixo	
custo, devido à matéria-prima otimizada e ao acabamento, que dispensa 
usinagem.
• Diversos tipos de máquinas de prensa podem ser utilizados em um processo 
de fabricação por estampagem, sendo os principais: prensas de simples ação, 
dupla ação ou de triplo efeito.
• A contínua busca por redução de energia, custos e melhoria da qualidade tem 
sido a força propulsora para as inovações que vêm ocorrendo ao longo do 
século.
• O processo de estampagem incremental consiste na conformação da geratriz, 
empregando uma pequena punção com CNC, que, por meio de pequenas 
deformações, fabrica o produto.
Ficou alguma dúvida? Construímos uma trilha de aprendizagem 
pensando em facilitar sua compreensão. Acesse o QR Code, que levará ao 
AVA, e veja as novidades que preparamos para seu estudo.
CHAMADA
167
1 Estampagem é um processo de conformação que utiliza uma matriz e uma 
matéria-prima	para	produzir	produtos	de	maneira	rápida	e	eficiente.	O	que	
caracteriza os processos de estampagem?
2 A estampagem é utilizada em diversos segmentos na área da engenharia 
mecânica,	 desde	 peças	 simples	 até	 as	 mais	 complexas.	 O	 controle	 de	
qualidade	deve	ser	igualmente	rígido.	Dentro	desse	contexto,	quais	são	as	
características desejáveis de chapas destinadas à estampagem na indústria 
automobilística?
3 A seguir, são listados diversos itens do processo de estampagem. Para cada 
item, cite os principais parâmetros relacionados a esse processo.
• Parâmetros tecnológicos.
• Material.
• Equipamento.
• Ferramental.
AUTOATIVIDADE
169
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