Fundamentos da conformação em metais UNIP

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Fundamentos da Conformação em 
Metais
674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA
1. Descrição geral 
2. Comportamento do material
3. Temperatura do material
4. Velocidade de deformação
5. Atrito e lubrificação
Conformação em 
Metais
 Grande grupo de processos de fabricação em que a 
deformação plástica é usado para alterar a forma de peças 
de metal 
 Na ferramenta, chamada geralmente matriz, aplica-se uma 
tensão que excede o limite de elasticidade do metal 
 O material tem a forma determinada pela geometria do 
dado.
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Tensão Conformação em Metais
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 As tensões para conformar plasticamente os metais são 
compressivas. 

 Ex. laminação, forjamento, extrusão
 Entretanto em outros processos:
 Esticar o material : tensão de tração 
 Dobrar o material : tração e compressão
 Corte : cisalhamento
Propriedades do Material em 
Conformação
 Propriedades desejáveis do material: 
 Baixa elasticidade
 Alta ductilidade
 Essas propriedades são afetadas pela temperatura:
 Aumento da ductilidade e baixa elasticidade, 
diminui a força de trabalho quando se eleva a 
temperatura de trabalho
 Outros fatores: 
 Velocidade de deformação e atrito
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Processos Básicos de 
Conformação
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 Deformação de volume 
 Laminação 
 Forjamento 
 Extrusão 
 Trefilação
 Deformação em chapas 
 Dobra
 Embutimento
 Corte 
 Processos diversos
Processos de Deformação 
Volumétrica
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 Caracterizada por deformações e mudanças de forma 
significativas 
 Os materiais de partida incluem os tarugos cilíndricos e 
retangulares 
Laminação
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Forjamento
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Extrusão
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Trefilação
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Conformação em chapas
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 Operações de conformação e afins realizada em chapas, 
tiras e bobinas 
 Alta área de superfície em relação ao volume do material 
de partida, o que distingue estes, dos processos 
conformação de volume 
 Muitas vezes chamado estampagem porque utiliza 
prensas para executar essas operações 
 Peças se chamam estampados
 Ferramentas usuais: punção e matriz
Embutimento
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Estampagem
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Características do material na 
Conformação
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 A região da curva tensão-deformação é o interesse 
principal, pois é onde o material é deformado plasticamente 
 Na região plástica o comportamento do metal é expresso 
pela curva de fluxo:
nK 
K = coeficiente de resistência do material
n = expoente de encruamento
Є = tensão máxima durante o processo de deformação
A curva de fluxo é baseada na tensão e deformação reais
Tensão de Escoamento
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 Para a maioria dos metais à temperatura ambiente, a força 
aumenta, quando deformado devido endurecimento 
 Tensão de escoamento = valor instantâneo da tensão 
necessária para continuar a deformar o material
n
f KY 
Yf = limite de escoamento em função da deformação
Tensão de Escoamento Média
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Determinado por integração da equação da curva de fluxo 
entre zero e o valor de tensão final que define o intervalo de 
interesse
n
KY
n
f 

1
_
= Tensão de escoamento média 
Є = tensão máxima durante o processo de 
deformação
_
fY
Temperatura na Conformação
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 Para qualquer metal, K e n na curva de fluxo dependem da 
temperatura 
 Tanto a força (K) e encruamento (n) são reduzidos a 
altas temperaturas
 Além disso, a ductilidade aumenta com temperaturas 
mais elevadas
Temperatura na Conformação
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 Qualquer operação de deformação pode ser realizada com 
forças e potência baixas, em temperaturas elevadas 

 Três faixas de temperatura em conformação de metais: 
 Trabalho a frio
 Trabalho morno 
 Trabalho a quente
Trabalho a Frio
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 Realizado à temperatura ambiente ou ligeiramente acima 
 Muitos processos de formação de frio são importantes 
operações de produção em massa 
 Mínima ou nenhuma usinagem é normalmente exigida 
 Essas operações são near net shape ou net 
shape processes 
Vantagens da Conformação a Frio
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 Melhor precisão, tolerâncias mais apertadas
 Melhor acabamento superficial 
 Encruamento aumenta a resistência e a dureza 
 Fluxo de grão durante a deformação pode causar 
desejáveis propriedades direcionais nos produtos 
 Nenhum aquecimento do trabalho é necessário
Desvantagens da Conformação a 
Frio
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 Força e potência maior, requerida na operação 
deformação 
 Superfícies do material de partida deve ser livre de 
rebarbas e/ou sujeira 
 Ductilidade e encruamento limitam a quantidade de 
conformação que pode ser feito 
 Em alguns casos, o metal deve ser recozido para 
permitir mais deformações
 Em outros casos o metal não dúctil o suficiente para 
ser trabalhado a frio
Trabalho Morno
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 Realizado em temperaturas acima da temperatura 
ambiente, mas abaixo da temperatura de recristalização
 Linha divisória entre o trabalho a frio e quente de trabalho, 
muitas vezes expressos em termos de ponto de fusão: 
 0.3Tm, onde Tm = ponto de fusão (temperatura 
absoluta) para metais
Vantagens doTrabalho Morno
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 Força e potência menor do que no trabalho a frio 
 Geometrias mais complexas 
 Necessidade de recozimento pode ser reduzida ou 
eliminada
Trabalho a Quente
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 Deformação em temperaturas acima da temperatura de 
recristalização
 Temperatura de recristalização = cerca de metade do 
ponto de fusão na escala absoluta 
 Na prática normalmente o trabalho a quente é
realizado ligeiramente acima 0.5Tm
 O metal continua a ficar mais macio com o aumento 
da temperatura acima 0.5Tm, melhora a vantagem de 
trabalhar quente acima deste nível
Por queTrabalho a Quente?
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 Capacidade de deformação plástica substancial do metal 
= muito mais possível do que com o trabalho a frio ou 
morno 
 Por quê? 
 Força coeficiente (K) é substancialmente inferior do 
que à temperatura ambiente 
 Expoente de encruamento por deformação (n) é
zero (teoricamente)
 Ductilidade é significativamente aumentada
Vantagens do Trabalho a 
Quente
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 A forma da peça pode ser significativamente alterada
 Força e potência baixa 
 Metais que habitualmente fraturam no trabalho a frio 
podem ser conformados a quente 
 Propriedades de resistência do produto são geralmente 
isotrópicas 
 Não há rigidez da peça pois não ocorre encruamento
 Vantagem nos casos em que o produto será
posteriormente processado por conformação a frio
Desvantagens do Trabalho a 
Quente
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 Baixa precisão dimensional 
 Aumento da energia total necessária (devido à energia 
térmica para aquecer a peça) 
 Oxidação da superfície de trabalho acarreta acabamento 
inferior 
 Vida da ferramenta curta
Sensibilidade a Velocidadde de 
Deformação
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 Teoricamente, um metal em trabalho a quente se comporta 
como um material perfeitamente plástico, com expoente de 
encruamento por deformação n = 0 
 O metal deve continuar a fluir no mesmo fluxo de 
tensão, logo que a tensão é atingida 
 No entanto, um fenômeno adicionalocorre durante a 
deformação, principalmente em temperaturas 
elevadas: sensibilidade a taxa de deformação
O que é Velocidadde de 
Deformação?
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 Taxa de deformação na conformação está diretamente 
relacionada à velocidade de deformação v
 Velocidade de deformação v = velocidade do êmbolo ou 
outro movimento do equipamento 
 Taxa de deformação é definida:
h
v

.

Є = taxa de deformação 
h = altura no instantante em que a peça a começa ser 
deformada
Estimativa da Taxa de 
Deformação
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 Na maioria das operações práticas, a estimativa da taxa de 
deformação é difícil devido a:
 Geometria da peça 
 Variações na taxa de deformação em diferentes 
regiões da parte 
 Taxa de deformação pode chegar a 1000 s-1 ou mais para 
algumas operações de conformação de metais
Efeito da Taxa de 
Deformação na Tensão de 
Escoamento 
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 A tensão de escoamento é função da temperatura 
 No trabalho a quente, a tensão de escoamento também 
depende da taxa de deformação 
 Conforme aumenta a tensão, a resistência à
deformação também aumenta 
 Este efeito é conhecido como: sensibilidade à taxa 
de deformação
Sensibilidade a Taxa de Deformação
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a) Efeito da taxa de deformação sobre a tensão de 
escoamento no trabalho em temperatura elevada. 
b) Relação plotada em coordenadas log-log
Equação da Sensibilidade a Taxa de 
Deformação
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Yf = limite de escoamento em função da deformação
C = força constante (semelhante, mas não é igual ao 
coeficiente na equação da curva de escoamento)
m = expoente de sensibilidade da taxa de deformação
Є = taxa de deformação
m
f CY ε=
Efeito da Temperatura na Tensão de 
Escoamento
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Efeito da temperatura sobre a 
tensão der escoamento para 
um metal típico. 
A força constante C, indicada 
pela interseção de cada reta 
com a linha tracejada vertical, 
na taxa de deformação = 1,0 
diminui, e m (variação de cada 
reta) aumenta com o aumento 
da temperatura.
Observações sobre a Taxa de 
Deformação
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 Aumentando a temperatura diminui C e aumenta m
 Em temperatura ambiente, o efeito da taxa de 
deformação é quase insignificante 
 Curva de escoamento é uma boa representação 
do comportamento do material 
 Com o aumento da temperatura, taxa de deformação 
torna-se cada vez mais importante na determinação da 
tensão de escoamento
Atrito na Conformação
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 Na maioria dos processos de conformação de metais, o 
atrito é indesejável: 
 O fluxo do metal é retardado 
 Forças e energia são aumentadas 
 Ferramentas desgastam mais rápido 
 Atrito e do desgaste de ferramentas são mais severos no 
trabalho a quente 
Lubrificação na Conformação
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 Lubrificantes para trabalho em metais são aplicados a 
interface material-ferramenta em várias operações de 
conformação para reduzir os efeitos prejudiciais do atrito 
 Benefícios: 
 Reduz aderência, forças, energia, desgaste da 
ferramenta 
 Melhor acabamento superficial 
 Remove o calor do ferramental
Considerações na Escolha de um 
Lubrificante
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 Tipo de processo de conformação (laminação, forjamento, 
estampagem, etc.) 
 Trabalho a a quente ou frio a frio 
 Material de trabalho 
 Reação química com os metais e com a ferramenta de 
trabalho 
 Facilidade de aplicação 
 Custo