GRA0937 - Processos de confirmação mecânica (Apostila 3)

Prévia do material em texto

16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uRz… 1/24
Autoria: Jerry Adriani Capitani Mendelski - Revisão técnica: Danilo Carvalho
Heiderich
Processos de conformação mecânica
UNIDADE 3 – OUTROS PROCESSOS DE
FABRICAÇÃO
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uRz… 2/24
Caro(a) estudante, você sabe quais as
diferenças entre os processos de fundição, de
soldagem e de corte de chapas? Nesta unidade,
conheceremos a respeito de cada um desses
processos, observando os elementos que os
estruturam, o que os diferencia e quais seus
produtos.
Conforme veremos, os processos de soldagem
possuem uma simbologia específica e particularidades relacionadas aos tipos de
esforços empregados nessa atividade. Assim, descobriremos como funcionam e
como são utilizados esses esforços e simbologia nos projetos mecânicos por
soldagem.
Além disso, ao final de nossos estudos, estaremos aptos a avaliar os esforços
envolvidos no processo de corte de chapas em guilhotinas de facas paralelas, bem
como os esforços presentes no processo de corte de chapas em guilhotinas de facas
inclinadas.
Bons estudos!
Introdução
3.1 Processo de
fundição
A indústria responsável pela fundição de peças em ferro, em aço e também em ligas não
ferrosas é um segmento muito importante da economia brasileira, sendo que a maioria das
organizações desse ramo são de pequeno e de médio porte. Por meio desse processo, é
possível confeccionar peças metálicas com o uso de um molde. Tal molde, por sua vez, contém
uma cavidade, com dimensões próximas às desejadas para a peça, que é preenchida com
metal na condição líquida.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uRz… 3/24
#PraCegoVer: fotografia exemplificando o processo de conformação mecânica por fundição.
Em primeiro plano, um material em estado líquido e na cor laranja devido à alta temperatura
está contido em uma caldeira e é vazado para uma matriz de fundição, quadrada e com uma
cavidade redonda em seu centro, por meio da ação de um operador. Ao fundo, é possível
visualizar uma sequência de matrizes, todas com a mesma estrutura e em cima de uma esteira.
Conforme explica Boljanovic (2009), o processo de fundição inicia pelo aquecimento do
material a fim de transformá-lo em estado líquido. Após essa etapa, esse líquido é transferido
para uma cavidade na qual permanecerá até a sua solidificação, assumindo a forma desejada.
Essa cavidade, denominada molde, pode ser tanto expansível (molde de areia) como
permanente (molde metálico).
A seguir, conheceremos mais detalhes acerca desse processo de conformação mecânica.
3.1.1 Processo de fundição e seus produtos
Pesquisas indicam que o processo de fundição remonta aos anos de 5000 a.C., quando havia a
manipulação do cobre na condição de fundido para a obtenção de objetos de uso humano
(MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2009). Com o avanço da Idade do Bronze, houve
evoluções nas técnicas de fundição, como a adição dos elementos de estanho ou então de
arsênio ao cobre, proporcionando, assim, a obtenção de uma liga denominada bronze. A
principal característica dessa liga é uma dureza elevada, de modo que seu uso passou a ser
feito visando à confecção de armaduras mais resistentes e também de armas (MARQUES;
MODENESI; BRACARENSE, 2009).
Apesar dessa característica, por muitos anos o bronze foi considerado um metal caro, sendo
utilizado, por isso, para a fabricação de objetos específicos. Desse modo, para muitos foi
classificado como um artigo de luxo, limitando a sua utilização e não estando disponível para a
classe dos plebeus ou mesmo dos soldados.
Figura 1 - Conformação mecânica por fundição
Fonte: Funtay, Shutterstock, 2020.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uRz… 4/24
Desde os primeiros anos do século XXI, conforme estudos de Castro e Antonialli (2005), a
indústria de fundição tem ocupado um lugar importante entre os vários segmentos da economia
do Brasil, uma vez que se caracteriza pela produção de bens intermediários em diversos
setores, contribuindo, dessa forma, direta ou indiretamente, para o desenvolvimento do país. A
opção pela aplicação do cobre no processo de fundição pode ser explicada pela sua
característica técnica de apresentar um baixo ponto de fusão e, com isso, facilitar de forma
representativa seus processos de preparação e de fusão.
Ao compararmos a fundição com os demais processos de conformação mecânica, como a
laminação, o forjamento, a estampagem e a trefilação, percebemos que enquanto a primeira
ocorre em duas etapas — isto é, passa pelas etapas de fusão e de solidificação —, os outros
processos mencionados são caracterizados por apresentarem três etapas principais — as
etapas de fusão, de solidificação e de deformação plástica.
No que concerne aos objetos produzidos por meio da fundição, observa-se a possibilidade de
criar uma grande versatilidade de modelos de peças com geometrias diferentes, bem como com
pesos diferenciados. Além disso, podemos destacar os seguintes fatores positivos e decisivos
para que as organizações optem pelo processo de fundição:
Cumpre ressaltar, além disso, que segundo Bonollo e Odorizzi (2001), a indústria de fundição
está constantemente enfrentando novos desafios. Além do aumento das demandas
econômicas, especialmente em relação à mão de obra e aos recursos materiais, ela deve
atender às demandas técnicas relacionadas à qualidade do produto, às documentações e ao
tempo de entrega.
Ainda em termos de vantagens operacionais do processo de fundição, podemos destacar
outros benefícios, apresentados a seguir.
O processo de fundição é executado com o vazamento
de um metal em um molde específico. Essa operação
envolve altas temperaturas e a alteração dos metais.
Para saber mais sobre o tema, assista ao vídeo
Processo produtivo de barras de ferro Tupy - Fuco e
Versabar.
Acesse (https://www.youtube.com/watch?
v=ow_Bu9_HX6g)
Você quer ver?
excelente resistência mecânica dos produtos produzidos;
ótima resistência físico-química;
capacidade de amortecimento de vibrações;
excelente usinabilidade;
possibilidade de utilizar diferentes tipos de ligas.
https://www.youtube.com/watch?v=ow_Bu9_HX6g
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uRz… 5/24
Em termos de aplicação, o processo de fundição pode ser adotado para a obtenção de
produtos por meio da utilização de vários tipos de metais, como os aços, os ferros fundidos e as
ligas de alumínio, de zinco e de magnésio.
3.1.2 Elementos do processo de fundição
O processo de fundição pode ocorrer de diferentes maneiras, como com o uso de areia ou com
a utilização de coquilhas (moldes metálicos). O processo de fundição em areia,
especificamente, é mais aplicado em empresas e organizações, sendo seus moldes
confeccionados em areia. Ele é subdividido em:
Por outro lado, no processo de fundição com a utilização de coquilhas, utiliza-se um molde
metálico para a obtenção dos componentes desejados. Nesse caso, a coquilha é confeccionada
em aço.
Em virtude das características relacionadas ao processo de fundição em areia, o molde possui
apenas uma utilização. Com isso, são geradas grandes quantidades de resíduos durante a
fabricação de um lote de componentes. Já no caso da utilização de coquilhas, o molde pode ser
utilizado de forma repetitiva, respaldando o investimento nesse tipo de processo.
fundição realizada com areia verde;
fundição realizada por meio de areia conjugada com ligantes químicos;
fundição realizadacom areias especiais.
Embora muitos dos ferramentais utilizados na fundição sejam
produzidos em ligas de alumínio, pode-se produzir protótipos usando
outros materiais, como a resina epóxi. Técnicas de prototipagem rápida
podem ser utilizadas na produção do modelo com a finalidade de avaliar
a viabilidade de produção da peça.
Essa condição está associada à diminuição da necessidade de
operações adicionais no processo de fundição.
Os processos de fundição são flexíveis e atendem à maioria dos
projetos de componentes, uma vez que absorvem diversas geometrias
e especificações, tanto internas quanto externas.
Esse processo de conformação mecânica atende a diversas
especificações e tolera diferentes dimensões.
A fundição apresenta uma condição de rugosidade em uma faixa
aproximada de 125 RMS.
Baixo custo
inicial com
ferramental
Capacidade de
eliminar
desperdícios
Flexibilidade
Tolerância a
diferentes
dimensões
Condições
favoráveis
relacionadas
aos aspectos
superficiais
das peças
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uRz… 6/24
Na figura a seguir, é apresentada a classificação dos processos de fundição em relação aos
tipos de moldes.
#PraCegoVer: esquema de hierarquia horizontal apresentando a divisão dos processos de
fundição em relação aos tipos de moldes: moldes não metálicos e moldes metálicos. O moldes
não metálicos são divididos em areia verde, cura a frio, shell e cera. Os moldes metálicos, por
sua vez, dividem-se em gravidade e pressão.
Considerando as variações que podem existir nesse processo de conformação mecânica,
podemos apresentar, de maneira mais detalhada, as seguintes etapas relacionadas à produção
de componentes por meio da fundição:
Em relação ao escoamento do metal líquido para a cavidade do molde, ele pode ser resultado
da atuação de parâmetros específicos que podem influenciar a realização do processo de
fundição. Diante disso, é preponderante que tenhamos um conhecimento desses parâmetros,
os quais são destacados a seguir.
Figura 2 - Classificação dos processos de fundição por moldes
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
fusão da matéria-prima;
transferência;
vazamento da matéria-prima;
desmoldagem;
rebarbação;
acabamento (etapa realizada para peças e condições específicas).
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uRz… 7/24
Em virtude de suas particularidades, o processo de fundição apresenta uma boa
representatividade e uma abrangência considerável no mercado. Contudo, quando da opção
pela instalação da fundição, as empresas e as organizações devem avaliar pontos específicos e
decisivos, como:
Temperatura necessária
para a etapa de
vazamento
Para que o processo seja efetivo, há a necessidade de
que o material esteja em um estado que permita o seu
vazamento. Para tanto, a temperatura tem um papel
decisivo.
Estabelecimento da
taxa de resfriamento
Uma vez vazado o material metálico, ele deverá ser
solidificado. Nesse caso, a taxa de resfriamento tem
uma grande influência para o desenvolvimento da
estrutura do metal fundido. O critério que estabelece a
cinética da relação sólido-líquido é definido pela
divisão do gradiente térmico (G) — que pode
apresentar uma variação na faixa de 102 a 103 K/m —
com a taxa com que a interface sólido-líquido se
movimenta (R) — que pode apresentar uma variação
na faixa de 10 a 10 m/s. Para estruturas dendríticas,
G/R poderão variar entre 105 e 107.
-4 -3
Condição específica de
fluidez
Representa a capacidade do metal líquido de
preencher as cavidades do molde. Nesse caso, é
preciso observar as características do metal e alguns
parâmetros utilizados na fundição, como o projeto e o
material do molde, o acabamento superficial do molde,
o seu grau de superaquecimento, a taxa de vazamento
e a transferência de calor.
Potenciais turbulências
de escoamento
A etapa de escoamento requer que inicialmente sejam
projetados os canais do molde com o intuito de evitar
qualquer possibilidade de turbulências. Essa condição
pode ser definida por meio do número de Reynolds
(Re).
Condição de contração
durante a solidificação
Nesse caso, é preciso considerar a existência do
massalote e aspectos como o projeto dos moldes, os
efeitos de transferência de calor no interior dos moldes
e o tempo necessário para a solidificação.
a demanda de mercado e a quantidade de peças a serem confeccionadas;
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uRz… 8/24
Além disso, embora a fundição apresente vantagens e condições favoráveis para as
organizações, há também defeitos relacionados a esse processo de conformação mecânica,
como o aparecimento de bolhas nas peças, o preenchimento incompleto do molde, a condição
de solda fria, o aparecimento de rechupe e o aparecimento de óxidos.
Em todo caso, se a organização ainda assim optar pelos projetos de fundição, estes devem ser
documentados e disponibilizados em desenho e documentos técnicos, de forma que as
informações estejam claras para todos os envolvidos no processo. Entre essas informações
fundamentais para o projeto, é possível ressaltar os dados que se referem aos massalotes,
como suas especificações, quantidades e posições, bem como aspectos relacionados aos
resfriadores, aos canais de vazamento e aos respiros.
Nesse contexto, cumpre destacar que os massalotes são caracterizados por serem
reservatórios de metal líquido com a função de compensar a contração do metal no instante em
que este muda de estado, ou seja, no momento em que ele muda do estado líquido para o
sólido. Caso haja o dimensionamento incorreto de um massalote, as peças e os componentes
poderão apresentar defeitos, como o rechupe ou então o vazio de contração.
Em termos de aplicação, o massalote tem a capacidade de absorver o rechupe da solidificação.
Essa ação ocorre por meio de uma alimentação na qual o massalote respeita algumas
condições, tais como a localização específica na região da peça que solidifica por último e a
capacidade de solidificar após a parte da peça a ser alimentada.
Além disso, é necessário um correto dimensionamento do massalote. Nesse caso, seu módulo
deve possuir uma margem de segurança de aproximadamente 20% em relação ao módulo da
peça, conforme a seguinte equação matemática:
O massalote deve conter, ainda, uma quantidade suficiente de metal líquido. Para isso, utiliza-
se a equação matemática a seguir:
Nesse caso, é o coeficiente relacionado às condições de funcionamento do massalote e é
o coeficiente de contração volumétrica. Outros aspectos importantes do massalote para que ele
possa absorver o rechupe da solidificação são a sua atuação com pressão máxima durante o
o projeto da fundição;
as especificações tanto dos clientes quanto dos processos estabelecidos, no que concerne
às tolerâncias atreladas ao produto;
o grau de complexidade da peça ou do componente planejado;
a definição e a especificação do metal a ser aplicado ao componente ou à peça
confeccionada;
a definição e a especificação do acabamento desejado e estipulado pelo cliente;
os custos operacionais que estão atrelados ao processo e ao ferramental a ser utilizado;
os custos operacionais de processos convencionais de usinagem e do processo sugerido de
fundição;
as capacidades da empresa de dispor de recursos para a implantação do processo de
fundição;
os potenciais requisitos e critérios estabelecidos para a entrega dos produtos e dos
componentes.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uRz… 9/24
tempo de solidificação e ele deve possuir um peso mínimo em relação ao peso da peça.
Finalmente, observa-seque um dos fatores considerados como mais importantes em relação
ao processo de fundição está associado à espessura mínima da seção que será confeccionada.
Esse fator é uma função direta tanto do acabamento superficial apresentado pelo molde como
do método de alimentação do metal líquido. Ainda podemos associá-lo às potenciais limitações
identificadas e que estejam diretamente envolvidas na conformação da cavidade do molde.
Teste seus conhecimentos
(Atividade não pontuada)
3.2 Processo de
soldagem
Quando analisamos os processos de fabricação implantados nas organizações, deparamo-nos
com atividades que proporcionam modificações geométricas de peças e de componentes, bem
como sua conformação para as geometrias desejadas e até mesmo sua usinagem, que
possibilita chegar ao modelo pretendido por meio da retirada de material e a partir de outros
processos.
Em algumas situações, os projetos requerem o acoplamento ou a união de componentes e de
peças metálicas. Para isso, normalmente há o uso de forças macroscópicas ou microscópicas,
podendo estas serem do tipo interatômico ou intermolecular, conforme demonstra a figura a
seguir.
#PraCegoVer: esquema de hierarquia horizontal apresentando as forças relacionadas à junção
metálica, que podem ser microscópicas e macroscópicos. As forças microscópicas, por sua vez,
subdividem-se em forças interatômicas e em forças intermoleculares.
As junções macroscópicas estão diretamente relacionadas à utilização de parafusos e de
rebites como alternativa para a união e para a fixação de peças e de componentes. Sua
característica principal é a resistência, diretamente relacionada à resistência de cisalhamento
Figura 3 - Forças relacionadas à junção de peças metálicas
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 10/24
apresentada pelo parafuso ou pelo rebite e às forças de atrito observadas entre as superfícies
de contato dos componentes.
Por outro lado, as junções microscópicas se baseiam na aproximação dos átomos e das
moléculas pertencentes às partes a serem unidas. Para isso, pode-se considerar um terceiro
material intermediário de união, contexto em que emergem os processos de soldagem, de
brasagem e até mesmo de colagem.
#PraCegoVer: fotografia apresentando o processo de soldagem de tubos em primeiro plano.
Um profissional de soldagem vestindo equipamentos de proteção, como luvas e protetor facial,
aplica a solda para unir dois tubos, um curvo e um linear.
Embora, no passado, as partes soldadas de uma peça fossem consideradas mais frágeis, de
modo que falhas nas junções e rompimentos indesejados pudessem ocorrer, atualmente, sabe-
se que uma junta, quando soldada de forma correta, apresenta as mesmas características de
outras partes do material que não passaram por esse processo.
Diante disso, Santos (2015) explica que:
Com as mudanças observadas mais recentemente em relação ao processo de soldagem,
atualmente, as emendas soldadas fazem parte das principais normas de aço, tanto nacionais
quanto internacionais. Sabendo disso, na sequência, veremos as principais características
Figura 4 - Processo de soldagem
Fonte: Alexandr Gostev, Shutterstock, 2020.
No passado, antes de seu uso comercial, todos os tipos de junções estruturais, montagens e
fixações eram feitos com outros processos, chamados de montagem ou fixações móveis, onde os
elementos de fixação eram executados por parafusos, porcas, arruelas e rebites. Mas este tipo de
processo de montagem e fixação era limitado no quesito resistência dos elementos de fixação, pelo
fato de cada um deles não suportar o efeito da força de cisalhamento [...]. (SANTOS, 2015, p. 12)
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 11/24
desse processo de conformação mecânica, bem como conheceremos os esforços nele
envolvidos e a simbologia das soldas em projetos mecânicos.
3.2.1 Características do processo de soldagem
A soldagem é um processo que possibilita a união de peças metálicas, sendo também
aplicável para a recuperação de peças desgastadas. Assim, quando é realizada a solda em
algum material, há a aplicação de uma elevada densidade de energia em um pequeno volume
do material. Com isso, é possível gerar alterações estruturais e de propriedades importantes
dentro e próximo à região da solda.
O processo de soldagem funciona sob uma simplicidade operacional, requerendo, contudo, o
controle de fatores específicos. Além disso, para estabelecer esse processo, é preciso ter uma
base na área da metalurgia, bem como conhecimentos em engenharia de soldagem e
relacionados a diferentes áreas de atuação, tais como a física, a química, a eletricidade e a
eletrônica, a mecânica, a higiene e a segurança.
A soldagem é realizada principalmente em instalações fabris, uma vez que há dificuldades
quanto às condições de campo necessárias para a implantação desse processo. É
fundamental, portanto, a aplicação de condições bem definidas e estruturadas, de modo que o
sucesso obtido com essa atividade se dá por uma combinação de fatores, como:
Quanto aos processos de soldagem, estes são variados, conforme evidencia a figura a seguir,
elaborada por Marques, Modenesi e Bracerense (2009), que compila os diferentes tipos de
soldagem existentes de acordo com padrões definidos pela American Welding Society (AWS) —
ou Sociedade Americana de Solda, em português.
Ivan Guerra Machado é professor no Departamento de
Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Rio
Grande do Sul (UFRGS). Suas pesquisas estão voltadas
para a área de tecnologia da soldagem, principalmente,
atuando como coordenador do Laboratório de Soldagem &
Técnicas Conexas do Centro de Tecnologia da UFRGS.
Você o conhece?
mão de obra qualificada e treinada;
rígido controle e fiscalização;
proteção do local em relação a intempéries como vento e chuva;
acessibilidade aos pontos a serem unidos.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 12/24
#PraCegoVer: esquema apresentando, ao centro, os diferentes tipos de processos de
soldagem existentes e, nas laterais esquerda e direita, as suas subdivisões. Os processos de
soldagem principais são a soldagem a arco, a brasagem forte, a soldagem a gás combustível, a
soldagem por resistência, a brasagem fraca, a soldagem no estado sólido e outros.
Relacionados a esses processos, são apresentados processos afins, como pulverização
térmica, colagem, corte a oxigênio, corte térmico, corte a arco e outros métodos de corte.
Além disso, também com base nas publicações da AWS, Marques, Modenesi e Bracarense
(2009) apresentam outros processos de soldagem por fusão, classificados de acordo com a
fonte de energia necessária para obter essa fusão, entre outros aspectos. O quadro a seguir
elenca essa divisão.
Figura 5 - Classificação dos processos de soldagem de acordo com a AWS
Fonte: MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2009, p. 23.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 13/24
#PraCegoVer: quadro composto por seis colunas e onze linhas apresentando os processos de
soldagem quanto à fonte de energia necessária para obter a fusão. A primeira coluna, da
esquerda para a direita, apresenta os processos de soldagem por eletroescória, ao arco
submerso, com eletrodos revestidos, com arame tubular, MIG/MAG, a plasma, TIG, por feixe
eletrônico, a laser e a gás. As demais colunas apresentam as fontes de calor, o tipo de corrente
e de polaridade, o agente protetor ou de corte, outras características e as aplicações
relacionadas a cada um dos processos elencados na primeira coluna.
Quanto à história dasoldagem, Valenciani (1997) apresenta sua evolução ao longo dos anos
por meio da representação gráfica a seguir.
Quadro 1 - Classificação dos processos de soldagem de acordo com aspectos variados
Fonte: MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2009, p. 22.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 14/24
#PraCegoVer: gráfico apresentando a evolução do processo de soldagem ao longo dos anos.
No eixo vertical, são elencados os números de processos de soldagem conhecidos, de 0 a 50.
Já no eixo vertical são apresentados os anos 1800, 1850, 1900, 1950 e 2000.
Ainda em seus estudos, Valenciani (1997) explica que a escolha de processos de soldagem
está totalmente atrelada ao tipo de aço que será empregado, podendo variar em relação ao
aço-carbono ou ao aço de baixa liga. Além disso, é necessário considerar a espessura desse
produto. Diante disso, o autor apresenta os processos de soldagem que podem ser realizados
levando em consideração esses aspectos (material e espessura), conforme apresentado no
quadro a seguir.
Figura 6 - Evolução do processo de soldagem ao longo dos anos
Fonte: VALENCIANI, 1997, p. 50.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 15/24
#PraCegoVer: quadro de classificação dos processos de soldagem considerando o material
(primeira coluna da esquerda para a direita), que pode ser aço-carbono e aço de baixa liga, e
sua espessura (segunda coluna). A depender desses aspectos, são indicados os processos de
soldagem com eletrodos revestidos, arco submerso, MIG ou MAG, FCAW, TIG e eletroescória
(terceira a oitava colunas).
Pertencente à soldagem por deformação, as soldagens com o uso de pressão incluem uma
série de outros processos de soldagem, como por ultrassom, fricção, forjamento, resistência
elétrica, difusão e explosão. A soldagem por resistência é realizada com a passagem de uma
corrente elétrica muito elevada devido à maior resistência elétrica no momento do contato das
peças e/ou devido às condições de extração de calor nas juntas.
Já nos processos de soldagem com fricção, o calor do processo é gerado em função do atrito
entre as superfícies das peças e a deformação final. Nesse caso, utiliza-se uma mistura e o
aquecimento e a deformação são efetivados com o uso de uma ferramenta especial em
rotação, que é então forçada contra e entre as peças.
Os processos de soldagem por deformação trabalham, assim, com temperaturas dos metais
inferiores às temperaturas atingidas na soldagem por fusão. Diante disso, as alterações de
estrutura e também nas propriedades mais significativas, que podem também causar os efeitos
Quadro 2 - Identificação dos processos de soldagem considerando o material e a espessura do componente
Fonte: VALENCIANI, 1997, p. 53.
MIG, do inglês metal inert gas, refere-se ao processo de
soldagem no qual são utilizados gases inertes para proteção,
ou seja, gases que não participam do processo e que são
adicionados somente para garantir a proteção da peça de
fusão. Os gases mais comuns são o hélio e o argônio,
podendo também ser utilizada uma mistura dos dois
(SANTOS, 2015).
Você sabia?
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 16/24
mais negativos, ocorrem nesse tipo de soldagem.
3.2.2 Esforços envolvidos no processo de soldagem e a simbologia relacionada à solda
em projetos mecânicos
A tecnologia da soldagem se caracteriza por apresentar um grande número de variáveis e
também de parâmetros operacionais, os quais se inter-relacionam de maneira muito complexa,
de modo geral. Dessa forma, existe também uma grande complexidade em definir e
desenvolver modelos matemáticos teóricos ou empíricos para esses processos ou produtos.
Na soldagem por fusão existe a aplicação de um aquecimento localizado nas peças e nos
componentes, enquanto as outras regiões desses itens tendem a permanecer a uma
temperatura muito menor que a temperatura do processo de soldagem. As regiões aquecidas
costumam apresentar uma condição de dilatação restringida em função de componentes que
lhes são adjacentes.
Operacionalmente, são percebidas deformações elásticas e também deformações plásticas
concentradas nas regiões aquecidas. Como resultado desse processo, são percebidas tensões
internas, também denominadas tensões residuais, nas peças soldadas. Também são
observadas mudanças permanentes de forma e de dimensões, isto é, as distorções. Essas
distorções podem ser observadas facilmente e devem ser controladas durante o processo de
fabricação com soldagem.
Já as tensões residuais não podem ser observadas de forma direta, podendo afetar o
comportamento da junta soldada e causando condições não desejadas, tais como formação de
trincas, mudanças na resposta à fadiga, tendência à fratura frágil e o processo de corrosão.
Sabendo disso, é importante conhecer medidas que podem ajudar a controlar tanto as tensões
residuais como as distorções.
Quanto às tensões residuais, na prática, elas são encontradas nas peças no momento em que
suas solicitações externas são removidas. Além disso, seu surgimento ocorre em peças que
são submetidas a diferentes tipos de processamento térmico ou então mecânico, como
fundição, soldagem, laminação, forjamento, usinagem, dobramento e têmpera, entre outros,
que apresentam deformações plásticas não uniformes, podendo causar efeitos mecânicos ou
térmicos.
Durante o momento de aquecimento de um material, as dimensões das peças sofrem
alterações e, desse modo, aumentam de forma proporcional à variação de temperatura do
processo, que é definida por . Assim, temos a seguinte equação de dilatação
térmica, em que é a variação do comprimento, é o comprimento final, é o comprimento
inicial, é o coeficiente de dilatação e é a variação de temperatura:
As tensões residuais são uma condição específica das estruturas trabalhadas, que podem ou
não suportar os esforços a que estão sendo sujeitas. Diante disso, é preciso ressaltar que, na
bibliografia da área, verifica-se uma lacuna em relação aos termos tensão térmica (TT) e
tensão residual (TR), que de forma equivocada, em algumas situações, são considerados
sinônimos.
Nesse contexto, Pamnani et al. (2016) explicam que as TRs são oriundas de processos de
soldagem. Ainda sobre o tema, Scotti (2014) faz referência às diferenças entre TT e TR em
soldagem por meio de um modelo descritivo. Nesse modelo, as TTs são aquelas geradas
durante todo o ciclo térmico, passando por cada região do material a ser soldado. Já as TRs
são tensões térmicas observadas ao final do ciclo térmico e, assim, representam as tensões
finais existentes tanto na região aquecida quanto na região não aquecida.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 17/24
Outro ponto importante e decisivo para os projetos de soldagem é a simbologia a eles
relacionados, estabelecida com o objetivo de proporcionar uma correta identificação e a
padronização de todos os processos de soldagem. Com isso, há um impacto sobre como os
desenhos técnicos de produtos e projetos deverão ser interpretados. Essa simbologia é
estabelecida por meio das publicações da American Welding Society (AWS), que ditam,
portanto, os padrões adotados no Brasil.
Diante disso, Collins (2012, p. 438) explica que:
Na figura a seguir, é possível observar detalhamente em que consiste essa simbologia.
O processo de soldagem está em total sintonia com as
questões metalúrgicas dos metais. Nesse contexto, o
livro Soldagem: processos e metalurgia, de Emílio
Wainer, Fábio Décourt Homem de Mello e Sérgio Duarte
Brandi (2004), apresenta-se como uma boa base para
aqueles que desejam saber mais sobreos fenômenos
envolvidos na metalurgia dos metais, como a
transferência metálica, a transferência de calor durante a
soldagem, a solidificação da poça de fusão, a origem de
trincas etc.
Você quer ler?
A simbologia básica consiste em uma linha de referência, a qual contém informação precisa sobre o
tipo, dimensão, preparação do chanfro, contorno, acabamento e outros dados pertinentes da
soldagem, e uma seta que aponta para o lado da junta a ser soldada, designada como lado da seta
(enquanto oposto ao outro lado).
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 18/24
#PraCegoVer: ilustração apresentando a simbologia básica relacionada ao processo de
soldagem. Nas laterais, flechas indicam os significados dos símbolos. No centro, está a linha de
referência, uma linha horizontal sobre a qual são incluídos símbolos importantes sobre o
processo de soldagem. Os símbolos indicados são: símbolo de acabamento; símbolo de
contorno; abertura de raiz; profundidade de enchimento para soldas de tampão e soldas por
pontos; dimensão do chanfro de solda; profundidade do bisel; dimensão ou resistência para
certas soldas; especificação, processo ou outra referência; apêndice; símbolo da solda; ângulo
do chanfro, incluído o ângulo do escareamento para soldagem de tampão; comprimento da
solda; passo (espaçamento centro a centro) das soldas; símbolo de solda no campo; seta
conectando a linha de referência à seta do componente do lado da junta; símbolo de solda em
toda a volta; e número de soldas de ponto, costura, pino, tampão, fenda ou projeção.
Adicionalmente, é preciso considerar também que para cada tipo de material, de espessura e
de acabamento desejados, será necessária uma especificação própria. Dessa forma, Collins
(2012) também apresenta uma simbologia relacionada ao acabamento, apresentada no quadro
a seguir.
Figura 7 - Simbologia básica para a soldagem
Fonte: COLLINS, 2012, p. 437.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 19/24
#PraCegoVer: quadro composto por oito colunas apresentando as simbologias mais
importantes para o acabamento realizado no processo de soldagem. Cada coluna traz um tipo
de solda. Assim, da esquerda para a direita, temos: solda em toda a volta; solda de campo;
passante; inserção do consumível (quadrado); cobre junta ou espaçador (retângulo); contorno
liso ou plano; contorno convexo; e contorno côncavo.
Complementarmente às questões relacionadas às simbologias dedicadas aos processos de
soldagem, Silva et al. (2006) estabelecem que seja utilizada, no mínimo, uma simbologia de
cota para as juntas soldadas, trazendo:
Assim, os autores trazem a representação a seguir.
Quadro 3 - Simbologia básica para a soldagem por acabamento
Fonte: COLLINS, 2012, p. 438.
símbolo de flecha para cada junta soldada, a fim de possibilitar a identificação da posição da
solda;
símbolo de linha de referência e de linha de identificação, nas quais são adicionados os
dados de tipo de solda e de tamanho;
símbolo de soldagem, representando o tipo de chanfro e também o tipo de acabamento que a
solda deve ter.
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 20/24
#PraCegoVer: representação gráfica de um ponto de solda, na qual são apresentados os
dados básicos para a realização do processo de soldagem. Da esquerda para a direita, há uma
seta sobre um ponto de solda, que continua de maneira ascendente até se tornar uma linha
horizontal. Na seta, há a identificação do número 1, cuja legenda na parte superior esquerda da
imagem indica se tratar da flecha; posteriormente, na linha horizontal, aparecem os números
2a, 2b e 3 que, respectivamente, representam linha de referência (contínua), linha de
identificação (interrompida) e símbolo de soldagem.
Uma vez conhecidos os aspectos mais importantes relacionados aos processos de soldagem,
na sequência, conheceremos como ocorrem os processos de corte de chapas.
Figura 8 - Indicação de soldagem para as juntas
Fonte: SILVA et al., 2006, p. 300.
Teste seus conhecimentos
(Atividade não pontuada)
3.3 Corte de
chapas
O corte é um dos processos mais utilizados, responsável pela manufatura de produtos
metálicos. Santos, Moura e Sappak (2008) explicam que ele pode ser manual ou mecanizado e
pode ser uma etapa intermediária ou de acabamento de outros processos, uma vez que todo
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 21/24
produto metálico apresenta pelo menos uma etapa de corte, que pode envolver tanto
cisalhamento quanto abrasão ou fusão.
Ainda conforme Santos, Moura e Sappak (2008), segundo a Norma Técnica DIN 8588, a
operação de cortar representa um método de separação de um material e é definida como um
processo de fabricação em que uma ferramenta com duas lâminas, que se movem uma contra
a outra, provoca a separação de um material por cisalhamento.
Diante disso, ao longo deste tópico, veremos as principais características do processo de corte
de chapas e descobriremos quais os esforços envolvidos nessa atividade em guilhotinas de
facas paralelas e em guilhotinas de facas inclinadas, especificamente.
3.3.1 Características do processo de corte de chapas
Em função das relações entre esforços envolvidos no corte de chapas, bem como devido aos
fenômenos de fratura, esse processo possui uma elevada complexidade. Nesse sentido, é
fundamental conhecer quais as ferramentas de corte, os raios das arestas de corte e os
aspectos relacionados à lubrificação e às velocidades de processamento dessa atividade.
O processo de corte de chapas é um processo de deformação plástica a frio que resulta em
uma fratura, que necessariamente tem que ser controlada. Logo, trata-se de um processo que
combina o cisalhamento e a coalescência de vazios.
São quatro os estágios relacionados ao corte: o repuchamento, a penetração, a fratura e a
formação de rebarbas. Tais estágios conseguem definir a forma da superfície gerada pelo corte,
estando atrelados, portanto, ao resultado do processo e à qualidade do produto final.
3.3.2 Esforços envolvidos no processo de corte de chapas em guilhotinas de facas
paralelas e em guilhotinas de facas inclinadas
O principal parâmetro de processo para o controle do corte de chapas é a folga existente entre
a matriz e a punção. A fim de obter um bom resultado desse modo de conformação, essa folga
pode ocorrer em uma variação entre 1% a 10% da espessura da chapa. A folga entre a pulsão e
a matriz, considerando chapas de até 3 mm, pode ser estabelecida conforme a expressão
matemática a seguir:
Nesse caso, a constante de corte é dada por , que é igual a . Já representa a
espessura da chapa, em [mm], e é a tensão de ruptura do cisalhamento, em [kgf/mm ].
Para chapas com espessuras maiores que 3 mm, a folga pode ser estabelecida conforme a
equação abaixo:
Para Schaeffer e Boff (2011), as forças envolvidas no processo de corte são altas. Isso se deve
ao fato de que o material vai encruando devido à deformação plástica crescente, o que faz com
que a força de corte aumente gradualmente, até alcançar um valor máximo, iniciando a
fissuração. Assim, com relação à força necessária para o corte ( ), ela é obtida por meio da
equação matemática a seguir, em que é o perímetro de corte, em [mm]:
Ainda no que se refere às forças relacionadas ao processo de corte, elas podem ser obtidas
também por meio da equação matemática a seguir:
Para isso, a área de corte ( ) é calculada conforme a seguinte equação:
2
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR…22/24
Os estudos de Hosford e Caddell (2007) explicam que as forças necessárias para cisalhar o
material dependem, entre outros fatores, do ângulo da aresta de corte entre a lâmina e o
material. Para o caso de a aresta de corte estar posicionada paralelamente ao material, o corte
ocorre de forma simultânea, fazendo com que a força seja elevada a um grau máximo.
Por outro lado, quando evidenciamos um aumento do ângulo entre a lâmina e o material em
processamento, a quantidade de material que necessita ser cortada diminui. Nesse contexto,
Caversan e Benazzi Junior (2012) explicam que o corte de chapas por guilhotinas com lâminas
inclinadas diminui a força necessária para o corte, sendo o corte realizado conforme ilustrado
pela figura a seguir.
#PraCegoVer: ilustração representando o processo de corte por guilhotina com lâmina
inclinada. Na lateral esquerda, caixas de texto identificam o que significam as partes da
ilustração. Ocupando o centro e a porção direita da imagem, na porção superior, há um trapézio
que representa uma lâmina inclinada. No interior desse trapézio, consta uma seta para baixo,
que representa a força . No centro da ilustração, há um retângulo que representa uma peça a
ser cortada. Na parte inferior, temos um retângulo que representa a lâmina inferior.
Nesse sentido, para esse processo, a área de corte e a força de corte podem ser definidas
conforme as equações:
No caso dessas equações, é a largura da região cortada, em [mm], e é o ângulo entre a
lâmina superior e a lâmina inferior, sendo consideradas também as constantes e .
Figura 9 - Corte por guilhotina com lâmina inclinada
Fonte: Elaborada pelo autor, baseada em CAVERSAN; BENAZZI JUNIOR, 2012.
Determine a força necessária para cortar, em uma
chapa, um furo de 10 mm de diâmetro. A chapa possui
uma espessura de 2,5 mm e uma tensão de
cisalhamento igual a 200 N/mm . Considere o
perímetro de corte igual a 31,41 mm.
Vamos Praticar!
2
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 23/24
Com os valores que temos em mãos, poderemos
utilizar a equação a seguir:
Com isso, obteremos:
Dessa forma, o valor da força é igual a 6283,18 N ou,
aproximadamente, 0,64 ton.
Ao longo desta unidade, conhecemos as características básicas
dos processos de fundição, assim como os processos de soldagem
e de corte de chapas. Como vimos, há vantagens e desvantagens
relacionadas a cada uma dessas operações, de modo que é
fundamental para o profissional da área conhecê-las
detalhadamente a fim de efetuar as melhores escolhas.
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
Conclusão
conhecer as bases e as características do processo de fundição;
aprofundar-se acerca dos processos de soldagem, conhecendo
as técnicas e suas classificações quanto ao tipo de operações
com solda;
compreender como é realizado o corte de chapas por meio do
uso de guilhotinas, tanto na condição paralela quanto inclinada;
descobrir os esforços existentes no processo de corte de chapas
por meio do uso de guilhotinas.
BOLJANOVIC, V. Metal shaping processes: casting and
molding; particulate processing; deformation processes; and
metal removal. New York: Industrial Press, 2009.
BONOLLO, F.; ODORIZZI, S. Numerical simulation of
foundry processes. Padova: Servizi Grafici Editoriali, 2001.
Referências
16/04/2023, 22:47 Processos de conformação mecânica
https://student.ulife.com.br/ContentPlayer/Index?lc=ooJIdND69fXUrOFcETMWTA%3d%3d&l=YVHbaohvo6zz99vU%2f3DlKQ%3d%3d&cd=uR… 24/24
CASTRO, C. Y. F.; ANTONIALLI, L. M. A competitividade do setor de fundição à luz da
tipologia de Porter. Revista de Administração da FEAD – Minas, Belo Horizonte, v. 2,
n. 2, dez. 2005.
CAVERSAN, E. G.; BENAZZI JUNIOR, I. Tecnologia de estampagem: corte.
Sorocaba: Fatec Sorocaba, 2012. 1 v.
COLLINS, J. A. Projeto mecânico de elementos de máquinas. Rio de Janeiro: LTC,
2012.
HOSFORD, W. F.; CADDELL, R. M. Metal forming: mechanics and metallurgy. 3. ed.
New York: Cambridge University Press, 2007.
MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. Q. Soldagem: fundamentos e
tecnologia. 3. ed. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2009.
PAMNANI, R. et al. Numerical simulation and experimental validation of arc welding of
DMR-249A steel. Defence Technology, [S.l.], v. 12, n. 4, p. 305-315, 2016.
PROCESSO produtivo de barras de ferro Tupy - Fuco e Versabar. [S. l.: s. n.], 2016. 1
vídeo (6 min). Publicado pelo canal Tupy Conexões. Disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=ow_Bu9_HX6g
(https://www.youtube.com/watch?v=ow_Bu9_HX6g). Acesso em: 20 dez. 2020.
SANTOS, A. C; MOURA, M. E; SAPPAK, S. Processo de corte. Jornal Ação, São
Paulo, ano 5, n. 10, p. 3-7, 2008.
SANTOS, C. E. F. Processos de soldagem. São Paulo: Érica, 2015.
SCHAEFFER, L.; BOFF, U. Fundamentos do projeto de ferramentas para o processo
de corte. Corte & Conformação de Metais, São Paulo, p. 82-90, out. 2011.
SCOTTI, A. Modelos de cinco barras e de uma barra para geração de tensões térmicas
na ZF, ZAC e MB durante soldagem a arco. Soldagem e Inspeção, São Paulo, v. 19,
n. 1, p. 82-90, 2014.
SILVA, A. et al. Desenho técnico moderno. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006.
VALENCIANI, V. C. Ligações em estruturas de aço. 1997. Dissertação (Mestrado em
Engenharia de Estruturas) — Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de
São Paulo, São Carlos, 1997.
WAINER, E.; MELLO, F. D. H.; BRANDI, S. D. Soldagem: processos e metalurgia. São
Paulo: Edgard Blücher, 2004.
https://www.youtube.com/watch?v=ow_Bu9_HX6g