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Questionário sobre Metalurgia do Pó Questão 01 - Como você imagina que deve ter sido produzido o pilar de Déli? Resposta (Diego Damasio): Acredito que óxidos metálicos (minérios) foram reduzidos em fornos a carvão para gerar uma massa de pó metálico que foi conformada e sinterizada para produzir o Pilar de Déli. Questão 02 - Descreva o processo de Coolidge de fabricação de filamentos de tungstênio para lâmpadas. Resposta (Diego Damasio): Uma barra porosa de tungstênio é continuamente reduzida em diâmetro por forjamento ou trefilação, até a formação de um fio muito fino chamado de filamento. Questão 03 - Quais são as etapas básicas do processo de produção pela metalurgia do pó? Resposta (Diego Damasio): Obtenção do pó, processamento do pó, conformação do pó, sinterização e acabamento. Questão 04 - Para que serve o método de atomização? Resposta (Diego Damasio): Para produzir pós de metais com distribuição muito estreita de tamanho. Questão 05 - Descreva o funcionamento do método de moagem. Resposta (Diego Damasio): Um tambor rotativo contendo esferas metálicas de material resistente ao desgaste gira fazendo as esferas se chocarem uma contra as outras desintegrando gradativamente o material que se encontra no interior do tambor. Questão 06 - O que é compacto verde? Resposta (Diego Damasio): É o produto que se obtém após a massa de pó passar pela etapa conformação. Questão 07 - Por que, em alguns casos a peça tem que ser recomprimida após a sinterização? Resposta (Diego Damasio): Pois a deformação originada na etapa de sinterização pode ultrapassar os limites estabelecidos para a peça. Questão 08 - Qual é a atividade econômica mais importante da metalurgia do pó? O que é vídia? Resposta (Diego Damasio): Produção de carbonetos cimentados. Vídia é um composto de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto utilizado para fazer blocas de furar concreto. Questão 09 - Sabendo que o ponto de fusão do cobalto puro é 1495ºC, qual deve ser o mecanismo dominante na sinterização de peças de metal duro? Resposta: (Diego Damasio): Espalhamento e rearranjo de partículas. Questão 10 - Por que pastilhas de vídia não podem ser recomprimidas após a sinterização? Resposta (Diego Damasio): Porque elas possuem elevada dureza. Em casos de deformação, deve-se lapidar ou retificar o material. Questão 11 - Quais são as principais técnicas de conformação dos pós? Descreva resumidamente cada uma das técnicas de conformação empregadas na metalurgia do pó. Resposta (Diego Damasio): Prensagem uniaxial - O pó é colocado dentro de uma matriz e um êmbolo é pressionado por uma prensa contra o pó à temperatura ambiente para dar forma geométrica à peça. Prensagem isostática - O pó é colocado em uma matriz flexível a ser inserida em uma câmera com líquido cuja pressão é isostática a temperatura ambiente. Extrusão - O pó é colocado em uma cápsula deformável que é forçada a passar através de um orifício que da forma à peça. Compactação por rolos - A massa de pó é prensada entre dois rolos paralelos e sem contato que giram dando a forma de lâmina à massa compactada. Prensagem isostática à quente - A massa de pó é isostaticamente compactada em uma câmera ao mesmo tempo que é aquecida para Este documento contém as resoluções dos questionários (Metalurgia do Pó, Conformação dos Metais e Fundição) da disciplina Engenharia nos processos de metalurgia (MET702) que foram resolvidas de forma colaborativa pelos alunos (Diego Damasio, Diego Santos, Mateus Simões e Olívia Resende), do curso de Engenharia de Controle e Automação da EM/UFOP no período 2015/2. Como fonte para responder as questões usou-se as apostilas em PDF fornecidas pela professora da disciplina e a internet. sintetizar o compacto. Colagem de barbotina - Uma solução aquosa de pó (barbotina) é inserida em uma matriz porosa com o formato negativo da peça. A medida que o líquido da solução é absorvido o pó fixa-se nas paredes da matriz gerando a peça. Colagem de fita - A barbotina é jogada em uma película onde é espalhada por uma lâmina formando uma fita. O filme desliza em direção a um jato de ar quente para secar a fita e formar a peça. Moldagem por injeção de pó - Uma máquina injetora contendo massa plástica com pó injeta sob pressão o material em uma matriz. Depois o molde é retirado dá máquina para esfriar. Por fim, o molde e o material plástico são removidos do composto originando a peça. Questão 12 - Em qual dos dois métodos de sinterização (fase sólida ou fase líquida) obtém-se maior grau de porosidade no produto? Por quê? A qual tipo de produto a porosidade se aplica melhor? Resposta (Diego Damasio): Na fase sólida, pois a fase líquida promove o fechamento da porosidade da estrutura da peça para o enrijecimento da mesma. A porosidade é muito importante na produção de mancais autolubrificantes. Questão 13 - Quais são respectivamente, as finalidades de cada uma das operações complementares? Resposta (Diego Damasio): Recompressão - Garantir tolerâncias e rugosidade; Tratamento térmico - Fornecer dureza dureza à camada superficial da peça; Usinagem - Dar forma à peça. Questionário sobre Conformação dos Metais Questão 01 - Como age um metal acima de sua temperatura de recristalização? Resposta (Diego Damasio): Na temperatura de recristalização o metal fica em condições que favorece o mecanismo de movimentação de discordâncias tornando-se mais dúctil. Questão 02 - Quais são as vantagens e desvantagens de trabalhar os metais a quente? Resposta (Diego Santos): Vantagens - Sem encruamento, menor necessidade de potencia, aplicável a materiais frágeis, geometrias complexas; Desvantagens: Baixa precisão dimensional, baixo acabamento superficial, casca de óxidos (carepa). Questão 03 - Explique o que acontece com um metal quando ele é trabalhado a frio? Resposta (Diego Santos): Pequenas deformações, operações de acabamento; temperatura abaixo da temperatura de recristalização do material; melhor acabamento superficial; superfícies regulares; melhor precisão dimensional e geométrica; encruamento; maior resistência mecânica; tratamentos térmicos intermediários. Questão 04 - Por que o metal trabalhado a frio deve ser recozido? Resposta (Diego Santos): Devido ao encruamento gerado pelo processo, o material tem sua deformação dificultada, podendo levar a quebra se submetido a maiores pressões. O recozimento recupera a elasticidade. Questão 05 - Por que os processos que fornecem produtos acabados são normalmente realizados a frio? Resposta (Diego Santos): Porque a quente esses materiais iriam sofrer grandes deformações e dilatações, o que tiraria a precisão do acabamento. Realizando os processos a frio, esse problema é atenuado. Questão 06 - Descreva o que ocorre com no metal quando ele é laminado. Resposta: (Olívia Resende) A laminação é um processo de conformação mecânica pelo qual um lingote de metal é forçado a passar por entre dois cilindros que giram em sentidos opostos, com a mesma velocidade. Assim consegue-se a redução da espessura do metal a cada passe de laminação, que é como se chama cada passagem do metal pelos cilindros de laminação. Ao passar entre os cilindros, o material sofre deformação plástica. Por causa disso, ele tem uma redução da espessura e um aumento na largura e no comprimento. Como a largura é limitada pelo tamanho dos cilindros, o aumento do comprimento é sempre maior do que o da largura Questão 07 - Descreva e especifique os méritos das diferentes espécies de laminadores. Resposta (Diego Damasio): Duo - É composto por dois cilindros do mesmo diâmetro que giram em sentidos postos, com velocidade constante; Duo Reversível- Adaptação do laminador Duo para aumento da produtividade já que há então a inversão do sentido de rotação dos rolos. É Usado na laminação a quente de lingotes; Trio - Adaptação do laminador duo reversível para redução de custo de maquinário. É usado na laminação a quente para chapas e placas; Quádruplo - Este tipo de laminador é usado para resolver o problema da flexão. Possuiu quatro rolos e é usado na laminação a quente e na laminação a frio para chapas grossas e planos.Sendzimir - Como possuiu rolos de pequeno diâmetro é usado na laminação a frio para chapas finas e permite efetuar passes de laminagem; Mandrilador - Usado na laminação a frio e na laminação a quente de tubos sem costura com o uso de mandris; Sequencial - Usado na laminação a frio e na laminação a quente de perfis e tubos com costura a partir de tiras; Universal - Permite produzir perfis estruturais de abas paralelas com ótimo desempenho e qualidade exigida por normas internacionais. É constituído por uma combinação de cilindros horizontais e verticais, em que somente os primeiros são motores. Questão 08 - Por que é exigido um certo número de passos para laminar uma barra de aço? Resposta (Mateus Simões): Pois o material não pode ser deformado de uma vez, devido ao encruamento. Se tentarmos fazer a laminação toda de uma vez, o material vai encruar e pode haver rompimento do material ou até mesmo da matriz. Questão 09 - Por que se realiza a laminação a frio? Quais são as vantagens da laminação a frio sobre a laminação a quente? Como as propriedades dos metais são afetadas? Resposta (Diego Damasio): Para dar ao material que está sendo laminado as características de resistência mecânica desejada; Vantagens - melhor precisão dimensional e geométrica, melhor acabamento superficial. Questão 10 - Compare os laminadores duo, duo-reversível e trio quanto a possíveis desvantagens, considerando a obtenção de um mesmo tipo de produto, por exemplo, chaas de cobre. Resposta (Diego Santos): Duo - Requer a retomada do processo para novas reduções; Duo reversível - tendem a deformar por flexão, gerando geometrias defeituosas comprometendo a qualidade do laminado - Trio - Grandes reduções geram grandes esforços e o empuxo produzido pelo material pode flexionar os rolos, comprometendo vida útil dos mancais e gerando produto defeituoso por falta de planicidade. Questão 11 - Descreva as espécies comuns de martelos de forjamento. Resposta (Diego Damasio): Elas são dotadas de uma torre que contém um cilindro, um suporte para matriz (matriz fechada) e/ou uma base para o material a ser forjado (matriz aberta). Neste tipo de equipamento, a força é aplicada por impacto gerado pelos grandes cilindros atuadores, podendo ser impulsionados por vapor ou ar comprimido. Questão 12 - Qual a diferença essencial entre o forjamento em prensa e o forjamento em martelo? Resposta (Diego Damasio): A diferença essencial é que o forjamento em prensa é aplicado uma pressão contínua, devagar em toda área a ser forjada, já o forjamento em martelo é feito com aplicação de pressão instantânea em uma área pequena sendo repetida quantas vezes forem necessárias. Questão 13 - Comparar sob o poto de vista de acabamento, número de peças produzidas e custo, o forjamento livre e o forjamento em matriz. Resposta (Diego Damasio): O forjamento livre é mais usado para formas simples e regulares e peças de grandes dimensões, este tipo de forjamento apresenta baixa produtividade. Já o forjamento em matrizes fechadas é usado para peças de geometrias complexas, onde se requer maior qualidade dimensional, este tipo de forjamento apresenta alta produtividade. Questão 14 - Quais são as funções da bacia de rebarba no forjamento a quente? Em que tipo de produto ela pode ser suprimida? Resposta (Mateus Simões): Ela garante que a peça preencha a matriz completamente e serve como válvula de segurança para o excesso de material, protegendo a matriz de quebra. Questão 15 - Em que condições deve se dar preferência a peças forjadas no lugar de peças usinadas? Resposta (Mateus Simões): Em aplicações que requerem peças com maior resistência e quando as peças têm geometria mais simples. Questão 16 - Descreva as técnicas comuns da extrusão de metais? Resposta (Mateus Simões): Extrusão por prensa - realizada de forma lenta e contínua. É também utilizado um falso pistão e um material (normalmente grafite) entre o pistão e o material que vai ser extrudado para evitar perdas de material; Extrusão por impacto - é realizada em alta velocidade e em passes curtos, normalmente é utilizado para fazer componentes individuais. O punção se choca contra o metal e usualmente é feito à frio. É possível fazer peças de menor tamanho. Extrusão Hidrostática - O problema do atrito pode ser superado envolvendo-se o tarugo por um fluido no interior do recipiente e pressurizando o fluido por meio do movimento do pistão. Com menor atrito, a força no êmbolo é muito menor. O fluido é que faz a força no material. Mas precisa dar uma pré-forma para esse material. É possível utilizar metais frágeis. Questão 17 - Cite aplicações da extrusão a quente e da extrusão a frio. Resposta (Mateus Simões): A quente - grandes reduções de seção numa só etapa; engloba a maioria dos processos para obter produtos longos semi-acabados (barras) e acabados (perfis e tubos); A frio - pequenas reduções de seção numa área; não precisa de fazer uma etapa de acabamento, pois o produto já sai acabado; obtenção de peças de precisão. Questão 18 - Comparar os processos da extrusão a frio e a quente, sob o ponto de vista de técnica de fabricação e tipos de peças produzidas. Resposta (Diego Santos): Quente - É feita em temperatura elevada para ligas que não tenham suficiente ductilidade a temperatura ambiente, de forma a reduzir as forças necessárias. Apresenta alguns problemas como desgaste excessivo da matriz e deformações não uniformes; O tarugo aquecido é coberto por filme de óxido (exceto quando aquecido em atmosfera inerte) que afeta o comportamento do fluxo do metal por suas características de fricção e pode gerar um produto de pobre acabamento superficial. Fria - É o processo que combina operações de extrusão direta, indireta e forjamento. Melhores propriedades mecânicas resultantes do encruamento, desde que o calor gerado pela deformação não recristalize o metal. Controle das tolerâncias, requerendo pouca ou nenhuma operação posterior de acabamento. Melhor acabamento superficial, devido em parte pela não existência de camada de óxido, desde que a lubrificação seja eficiente. Eliminação do pré- aquecimento do tarugo - Taxas de produção e custos competitivos com outros métodos. Algumas máquinas são capazes de produzir mais de 2000 partes por hora. Questão 19 - Descreva duas maneiras de se produzir tubos com costura. Resposta (Diego Santos): Indução a alta frequência - Nesse processo, a corrente de alta frequência é induzida para o tubo com a costura aberta através de uma bobina de indução localizada a frente do ponto de solda formando um V aberto, cujo vértice está à frente deste ponto, não havendo contato entre a bobina e o tubo. A bobina age como o primário de um transformador de alta frequência e o tubo com a costura aberta como um secundário de uma volta; Trefilação - É um processo de conformação mecânica a frio, que consiste em tracionar o tubo, previamente preparado, através de uma ferramenta onde o escoamento plástico ocorre principalmente pelas forças compressivas provenientes da reação desta ferramenta como o tubo e, em menor parte, pela estricção do tubo após a deformação. Questão 20 - Qual é a técnica mais eficiente de se produzir tubos sem costura?Resposta (Diego Damasio): A extrusão. Questão 21 - Como é feita a trefilação de um metal? Resposta (Mateus Simões): O metal (em fio, barra ou tubo) é tracionado através de uma matriz, denominada fieira. Como a seção do orifício da fieira é menor que a da peça trabalhada, o processo ocasiona uma redução em área e um aumento no comprimento. É feito um recozimento a cada passe, para evitar a queda de conformabilidade. Questão 22 - Por que a trefilação de fios é classificada como um processo por compressão indireta se o fio é puxado através da fieira? Resposta (Mateus Simões): Porque o esforço que deforma o material é exercido pela matriz, e não pela tração no fio, por isso é um esforço indireto. O esforço da matriz em cima do metal é um esforço de compressão. Questão 23 - O que difere as máquinas de trefilar com e sem deslizamento? Resposta (Diego Damasio): Com - o deslizamento dá-se no anel tirante; Sem - o anel tirante faz o deslizamento e estoque do produto trefilado; Questão 24 - Na produção de fios de cobre, por que as fieiras de diamante são mais adequadas à trefilação dos fios mais finos? Como é fabricada uma fieira de diamante. Resposta (Mateus Simões): A pressão necessária para deixar o fio mais fino é muito alta, por isso o diamante é utilizado. A fieira com outro material não conseguiria aguentar a pressão necessária. O diamante é inserido somente na parte interna da fieira. A confecção do orifício segue várias etapas: o diamante sofre um processo chamado faceamento. o orifício é iniciado em uma das faces do bloco de diamante , para confecção dos cones de entrada e de trabalho, virando-se a peça para a confecção do cone de saída na face oposta. Depois, a peça é colocada em uma máquina polidora, onde é feito o acabamento do orifício. Um punção de aço é untado com óleo e pó de diamante de baixa granulometria e dessa forma, é feito o arredondamento do pó de diamante, até que a superfície fique espelhada. O bloco de diamante é então incrustado em um pequeno suporte de aço inox, que é preso num motante de latão, cujo diâmetro e espessura variam de acordo com a pressão que será aplicada. Questão 25 - O que determina que a proporção de uma barra pode ser reduzida quando puxada através de uma fieira única e que proporção total pode ser reduzida quando puxada através de uma série de fieiras? Resposta (Mateus Simões): A proporção é determinada de acordo com a ductilidade do material. Deve ser levado em conta também, o encruamento que o material vai sofrer e sua tensão de ruptura. Quanto maior a tensão de ruptura, maior a redução por passe. Questão 26 - Quais são os principais cuidados que se deve ter na estampagem profunda, para se evitar defeitos nas peças produzidas? Resposta (Diego Damasio): Deve-se definir uma folga suficiente entre a matriz e o punção que permita o escoamento do material para o interior da matriz, sem que surjam tensões cisalhantes ocasionadas pelo atrito e que levem à ruptura do metal em prensa e também é importante estudar a pressão a ser aplicada no prensa- chapas - se esta for muito pequena, surgem rugas nas laterais da peça; se, por outro lado, for muito elevada, pode ocorrer a ruptura da peça na prensa. Questionário sobre Fundição Questão 01 - Quais são as vantagens da fundição, comparada com outros processos? Resposta (Olívia Resende): “A fundição não encontra paralelo com outros processos de conformação pelo fato de que, em muitos casos, é o método mais simples e econômico e, em outros, o único método tecnicamente viável de se obter uma determinada forma sólida.” V. Kondik Questão 02 - Quais são os principais setores de uma moderna fundição em areia e como eles devem estar distribuídos no layout da área industrial? Resposta: (Não respondido). Questão 03 - De que materiais os modelos são feitos? E quais são as vantagens de cada material? Resposta (Olívia Resende): Madeira -> o mais usado no processo de fundição, pode ser confeccionado em diferentes tamanhos, apresenta facilidade de produção e custo médio e é um dos mais eficientes já que possui boa resistência mecânica. Metais-> são usados para fabricação de peças em série de alta produção, possui excelente resistência mecânica, sua durabilidade é muito boa e possuem bom acabamento. Resina-> são usados para peças de média a grande escala, tem alta durabilidade e resistência e bom acabamento. Isopor-> é utilizado na fabricação de peça única, não precisa ser desmoldado, tem baixo custo e fácil de ser transportado. Cera-> usado para pequenas peças, não necessita de macho e baixa necessidade de usinagem. Questão 04 - Quais são as propriedades essenciais de um macho para fundição em areia? Resposta: (Olívia Resende): Deve apresentar boa resistência, permeabilidade e devem ser quebradiços para poderem ser retirados com facilidade e boa colapsibilidade, que é a perda de resistência da areia após início da solidificação da peça. Questão 05 - Que elementos constituem um bom sistema de canais de alimentação em molde? Resposta: (Olívia Resende): Os canais de alimentação podem ser divididos em três partes: canal de descida, canal de distribuição e canal de ataque. O sistema de alimentação pode apresentar outros dispositivos, como bacia de vazamento, filtros de retenção, massalotes ou montantes, poços coletores e respiros. Questão 06 - Quais são os efeitos que o fenômeno de contração, durante a solidificação, pode causar em peças fundidas? Resposta: (Olívia Resende): Após solidificação da peça a contração será responsável pela alteração das medidas originais do projeto, podendo também responder pelo trincamento da mesma. Questão 07 - Qual a necessidade de se usar massalotes nos moldes de fundição e nas lingoteiras? Resposta: (Olívia Resende): Compensar as contrações no processo de solidificação dos metais, garantindo assim as medidas do projeto e protegendo de possíveis trincas. Questão 08 - Descreva os tipos de fornos mais comumente empregados na fundição de ferro fundido e de ligas não ferrosas. Resposta: (Olívia Resende): ● Cubilô: forno de cuba, funcionando em contra corrente, onde o coque têm a função de ser o elemento combustível e o sustentáculo da carga metálica. ● A arco: o arco é formado entre os eletrodos, e o calor irradiado para a carga. ● Indução a canal: possui núcleo de aço magnético, no qual é enrolada uma bobina. A ddp gera corrente alternada que induz campo eletromagnético no canal preenchido pelo metal. ● Indução a cadinho: possui geometria de um cadinho e ausência de núcleo magnético, o metal que se deseja fundir funciona como secundário. ● À resistência elétrica: funciona bem como forno de espera (manutenção de temperatura e pequenos acertos) Questão 09 - Faça uma comparação entre a utilização dos fornos elétricos e dos fornos com aquecimento por queima de combustível. Resposta: (Olívia Resende): Embora fornos a combustível apresentem em geral mais economia no aquecimento que os fornos elétricos, os fornos elétricos são menos poluentes, apresentam maior facilidade de automação e maior controle de temperatura. Questão 10 - Por que o processo de fundição em areia verde é o mais utilizado? Resposta: (Olívia Resende): Por ser simples, versátil e barato, trabalhar com areia reciclável e a moldagem ser manual ou mecanizada. Questão 11 - Quais as vantagens de fundição pelo processo de cura a frio? Resposta: (Olívia Resende): Moldes mais rígidos, com maior qualidade e a cura é mais rápida. Questão 12 - Como é feita e quais as vantagens e limitações da moldagem em casca? Resposta: (Olívia Resende): A forma mais simples consiste na fabricaçãode partes do molde com auxilio de recipiente basculante, sob ação de gravidade. Da seguinte forma: a placa modelo é aquecida e posicionada sobre o reservatório, com o basculamento do conjunto a casca é formada, o conjunto é novamente basculado, falta ainda o aquecimento da casca para completar a cura e a ejeção da mesma. Todas as etapas são geralmente mecanizadas, adequando o processo á produção de pecas seriadas. Existe uma limitação de peso do fundido, em função da resistência da casca e devido ao alto custo da placa-modelo, o processo só se viabiliza para lotes superiores a 1000 peças. Questão 13 - Como é feita fundição pelo processo de cera perdida? Resposta: (Olívia Resende): A partir de uma escultura feita em barro é confeccionado um modelo em cera. Este é recoberto com gesso e bandagem, sendo que durante a secagem do molde a cera é derretida, deixando a cavidade livre para o metal. Questão 14 - Quais são as vantagens e as limitações da fundição pelo processo de cera perdida? Resposta: (Olívia Resende): Vantagens: - Produção em massa de peças de formato complexo; - Reprodução de detalhes, cantos vivos, paredes finas, etc; - Maior precisão dimensional e melhor acabamento superficial; - Utilização de praticamente qualquer liga. Limitações: - Peso limitado, máximo 5 kg, devido à elevação do custo; - Custo se eleva à medida que a peça aumenta de tamanho. Questão 15 - O que é fundição em coquilha? Resposta: (Olívia Resende): Processo que utiliza o vazamento do metal líquido por gravida em molde metálico de duas ou mais partes. O molde é chamado de coquilha. Questão 16 - Como pode ser feita a fundição sobre pressão? Quais são as suas vantagens? Resposta: (Olívia Resende): Este consiste em forçar que o metal líquido a penetrar na cavidade do molde (matriz). O metal é bombeado na cavidade da matriz sob pressão suficiente para o preenchimento total de toso os seus espaços. Vantagens: - Peças de ligas como as de alumínio, fundidas sob pressão, apresentam maior resistência do que as fundidas em areia; - Possibilidade de produção de peças mais complexas; - Alta capacidade de produção; - Alta durabilidade das matrizes.
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