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UNIVERSIDADE DO ALTO VALE DO RIO DO PEIXE – UNIARP CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO RICHARD FERREIRA FERNANDES PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA E USINAGEM CAÇADOR 2014 RICHARD FERREIRA FERNANDES PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA E USINAGEM Trabalho apresentado como exigência para a obtenção de nota na disciplina Processos em Engenharia e Fabricação, do Curso de Engenharia de Controle e Automação, ministrado pela Universidade do Alto Vale do Rio do Peixe – UNIARP, sob orientação do professor Fabrício Páris. CAÇADOR 2014 Sumário INTRODUÇÃO ............................................................................................ 1 2 CONFORMAÇÃO MECÂNICA ................................................................ 2 2.1 CLASSIFICAÇÃO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA .......................... 2 2.1.1 Conformação A Frio ............................................................................ 2 2.1.2 Conformação A Morno ........................................................................ 2 2.1.3 Conformação A Quente ...................................................................... 2 2.2 CLASSIFICAÇÃO EM FUNÇÃO DO TIPO DE ESFORÇO ................... 3 2.2.1 Compressão Direta ............................................................................. 4 2.2.1.1 Forjamento ....................................................................................... 4 2.2.1.2 Laminação ....................................................................................... 5 2.2.2 Compressão Indireta ........................................................................... 6 2.2.2.1 Trefilação ......................................................................................... 6 2.2.2.2 Extrusão ........................................................................................... 6 2.2.2.3 Estampagem .................................................................................... 7 2.2.3 Tração ................................................................................................. 8 3 PROCESSOS DE USINAGEM COM REMOÇÃO DE CAVACO ............. 9 3.1 TORNEAMENTO ................................................................................... 9 3.1.1 Torneamento Retilíneo ....................................................................... 9 3.1.2 Torneamento Curvilíneo ................................................................... 10 3.2 APLAINAMENTO ................................................................................. 11 3.3 FURAÇÃO ........................................................................................... 12 3.4 ALARGAMENTO ................................................................................. 13 3.5 REBAIXAMENTO ................................................................................ 14 3.6 MANDRILAMENTO ............................................................................. 15 3.7 FRESAMENTO .................................................................................... 16 3.8 SERRAMENTO.................................................................................... 17 3.9 BROCHAMENTO................................................................................. 19 3.10 ROSCAMENTO ................................................................................. 20 3.11 LIMAGEM .......................................................................................... 22 3.12 RASQUETEAMENTO ........................................................................ 23 3.13 RETIFICAÇÃO ................................................................................... 23 3.14 LAPIDAÇÃO ...................................................................................... 23 CONCLUSÃO ............................................................................................ 24 REFERÊNCIAS ......................................................................................... 25 1 INTRODUÇÃO No nosso dia-a-dia todos nós estamos em contato direto com diversos utensílios, ferramentas e equipamentos metálicos, sejam facas, tesouras ou chaves. Porém muitos não têm a menor ideia de por quantos processos a matéria-prima passa antes de se tornar algo que possa nos ser útil. Para que algo seja fabricado, a matéria-prima precisa ser trabalhada em processos de conformação mecânica e ou usinagem, dificilmente a matéria-prima passará por apenas um processo antes de se tornar um produto acabado, geralmente são necessárias várias etapas para que isso aconteça. A conformação mecânica geralmente é utilizada quando precisa-se produzir vários produtos idênticos, como nos processos de forjamento e estampagem por exemplo. Nos casos em que o dimensionamento e o acabamento são rigorosos, torna-se necessário um processo de usinagem. A usinagem é o processo mais conhecido e utilizado mundialmente. 2 2 CONFORMAÇÃO MECÂNICA Conformação Mecânica é o nome genérico dos processos em que uma matéria prima tem sua forma alterada através da aplicação de forças externas, aproveitando-se de sua deformação plástica. Nesse processo a geometria do material muda, mas seu volume e massa permanecem inalterados. Os processos de conformação podem ser classificados em função da temperatura ou do tipo de esforço predominante (CIMM, 2014). 2.1 CLASSIFICAÇÃO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA A conformação mecânica pode ser realizada a frio, a morno ou a quente, a fim de conferir determinadas características a peça trabalhada, como maior ductilidade ou rigidez, visto que a temperatura influencia na estrutura cristalina do material e na formação de grãos (CIMM, 2014). 2.1.1 Conformação A Frio Conformação ou trabalho mecânico a frio, é o trabalho realizado em temperatura ambiente ou levemente aquecido. Apresenta maior precisão no dimensionamento e qualidade superficial, mais utilizado em peças acabadas, porém necessita maior potência e a peça final apresenta maior rigidez (MARTINS, 2009). 2.1.2 Conformação A Morno O trabalho a morno é realizado abaixo da temperatura de recristalização e acima de 30% da temperatura de fusão. Precisa de menor potência em relação ao trabalho a frio, reduz a necessidade de recozimento, mais utilizado em peças de geometrias complexas (MARTINS, 2009). 2.1.3 Conformação A Quente 3 É o trabalho realizado acima da temperatura de recristalização e abaixo de 70% da temperatura de fusão. Necessita menor força de trabalho e não apresenta encruamento, a peça final é mais dúctil, porém mais frágil. Esse processo é aplicado a materiais semiacabados (MARTINS, 2009). 2.2 CLASSIFICAÇÃO EM FUNÇÃO DO TIPO DE ESFORÇO Além da temperatura de trabalho, os processos de conformação também podem ser classificados de acordo com o tipo de força aplicada, compressão direta ou indireta, tração, flexão e cisalhamento (MARTINS, 2009). A Figura 1 apresenta alguns exemplos. Figura 1 – Exemplos de Conformação Mecânica Fonte: Universidade Tecnológica Federal do Paraná (2009) 4 2.2.1 Compressão Direta A força é aplicada diretamente na superfície da peça, a deformaçãosegue o ângulo da força de compressão aplicada (MORAIS, 2003). 2.2.1.1 Forjamento O forjamento é uma técnica utilizada para alterar a forma de um metal através de prensagem ou a marteladas, mais comumente a quente, embora algumas ligas metálicas possam ser forjadas a frio. A duas formas distintas de forjamento, livre e em matriz fechada. O forjamento livre é utilizado para peças grandes ou com poucos componentes. “Frequentemente, o forjamento livre é usado para preparar a forma da peça (esboço) para o forjamento em matriz” (MOREIRA, 2007, p. 3). O forjamento em matriz fechada é realizado em etapas e permite a obtenção de um dimensionamento mais preciso, é utilizado para a produção em larga escala. Em geral, cada matriz possui diversas cavidades. As primeiras têm a função de desbastar e expandir a barra formando um esboço. Em seguida, este é forjado na cavidade de “forja em bruto” para atingir uma forma próxima à desejada, sendo que a maior parte da deformação ocorre nesta etapa. Depois, a peça é transferida à matriz de acabamento, onde atinge as dimensões finais e ocorre o corte da rebarba. (MOREIRA, 2007, p. 4) Exemplos de produtos obtidos por forjamento são engrenagens, parafusos, porcas, chaves de boca, alicates, pontas de eixo, virabrequins etc. A Figura 2 ilustra alguns desses produtos. Figura 2 – Exemplos de peças forjadas 5 Fonte: Universidade Tecnológica Federal do Paraná (2009) 2.2.1.2 Laminação No processo de laminação, o metal sofre tensões elevadas de compressão por meio da prensagem de cilindros e tensões superficiais de cisalhamento, provenientes do atrito entre o metal e os cilindros. A laminação é muito utilizada na produção de chapas planas ou bobinadas, folhas metálicas e etc. Na Figura 3 podemos ver o resultado final do processo de laminação (MOREIRA, 2007). Figura 3 – Chapas Laminadas de alumínio Fonte: Metalvalley (2014) 6 2.2.2 Compressão Indireta Nesse caso a matéria-prima em si é tracionada, mas a conformação se dá pela compressão entre a peça e a matriz conformadora (MORAIS, 2003). 2.2.2.1 Trefilação A trefilação é utilizada principalmente para a produção de fios e tubos longos com acabamento superficial controlado. No processo de trefilação, uma barra metálica é tracionada contra uma matriz com perfil semelhante ao da peça desejada (SCIRRE, 2014). A Figura 4 exemplifica o processo de trefilação. Figura 4 – Fieira em corte Fonte: Compact Lubrificantes (2014) 2.2.2.2 Extrusão A extrusão é um processo de conformação mecânica muito semelhante à trefilação, nesse processo podem ser obtidas peças longas com a seção transversal desejada, essas peças posteriormente podem ser cortadas para a fabricação de peças com a mesma seção transversal. A extrusão também é 7 utilizada em materiais plásticos e na área alimentícia (FARIA, 2014). Na Figura 5 vemos uma peça de alumínio extrudado. Figura 5 – Extrusão de alumínio Fonte: Manutenção e Suprimentos (2014) 2.2.2.3 Estampagem O processo de estampagem é normalmente realizado a frio, e engloba várias operações, como dobramento e cisalhamento, para que uma chapa plana adquira a forma geométrica desejada. Os materiais mais comuns para estampagem são: Ligas com baixo teor de carbono; Ligas de alumínio e magnésio; Ligas de alumínio e manganês; Latão (o latão 70-30 possui melhor estampabilidade entre os metais). Para a realização da estampagem podem ser utilizadas prensas mecânicas ou hidráulicas. As prensas mecânicas são utilizadas para o corte, dobramento e para estampagem rasa, já para estampagem profunda ou repuxo são utilizadas prensas hidráulicas (GOMES, 2008). 8 2.2.3 Tração Consiste no processo de estiramento, onde uma chapa metálica é presa por duas garras e então tracionada contra um punção ou bloco (MORAIS, 2003). A Figura 6 ilustra algumas formas de estiramento. Figura 6 – Exemplos de Estiramento Fonte: Universidade Tecnológica Federal do Paraná (2009) 9 3 PROCESSOS DE USINAGEM COM REMOÇÃO DE CAVACO Segundo a DIN 8580, usinagem é todo o processo de fabricação onde ocorre a remoção de material sob a forma de cavaco. “É a operação que confere à peça: forma, dimensões ou acabamento superficial, ou ainda uma combinação destes, através da remoção de material sob a forma de cavaco” (STOETERAU, 2005, p. 4). Cavaco é todo o material removido da peça por ferramenta, e que apresenta forma irregular. A usinagem é o processo de fabricação mais utilizado no mundo, estima-se que 10% de todo o metal produzido é transformado em cavaco pelos processos de usinagem (COSTA, 2006). 3.1 TORNEAMENTO Torneamento é o processo de usinagem adotado para se obter superfícies com revoluções utilizando a ajuda de ferramentas monocortantes. A peça gira em torno do eixo da máquina enquanto a ferramenta se move em uma trajetória coplanar ao eixo. Quanto à trajetória, o torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo (COSTA, 2006). 3.1.1 Torneamento Retilíneo É o processo de torneamento no qual a(s) ferramenta(s) se deslocam em linha reta, podendo ser cilíndrico, cônico, radial ou perfilamento. O torneamento retilíneo cilíndrico é aquele em que a ferramenta se move em uma trajetória paralela ao eixo principal, quando visa formar um entalhe circular perpendicular ao eixo é chamado de sangramento axial. No torneamento cônico a ferramenta desloca-se em trajetória retilínea e inclinada em relação ao eixo principal de rotação. No torneamento radial a ferramenta desloca-se em uma trajetória retilínea e perpendicular ao eixo da máquina, quando utilizado para se obter um entalhe é 10 denominado de sangramento radial, quando usado para formar uma superfície plana é chamado de torneamento de faceamento. Perfilamento é o processo no qual a ferramenta segue uma trajetória retilínea radial ou axial, utilizado para obter formas definidas que são determinadas pelo perfil da ferramenta (COSTA, 2006). 3.1.2 Torneamento Curvilíneo O torneamento curvilíneo é aquele em que a(s) ferramenta(s) de corte adota(m) uma trajetória curva. Pode ser torneamento de desbaste ou de acabamento. Entende-se por acabamento, a operação de usinagem destinada a obter na peça as dimensões finais, o acabamento superficial especificado, ou ambos. O desbaste é a operação de usinagem, que precede o acabamento, visando obter na peça a forma e dimensões próximas das finais. (COSTA, 2006, p. 7) A Figura 7 exemplifica as diferentes formas de torneamento. Figura 7 – Tipos de Torneamento 11 Fonte: CEFET Minas Gerais (2006) 3.2 APLAINAMENTO O aplainamento é um processo de usinagem utilizado para formar superfícies regradas, planas, paralelas, perpendiculares e inclinadas, geradas por movimento retilíneo da ferramenta ou da peça. A máquina responsável por esse 12 trabalho é chamada de plaina limadora ou plaina de mesa (SENAI, 1998). Na Figura 8 podemos ver de forma mais clara como é feito o aplainamento. Figura 8 – Exemplos de aplainamento Fonte: SENAI (1998) 3.3 FURAÇÃO Furação é o processo mecânico de usinagem usado para a confecção de furos, na furação são utilizadas diferentes máquinas auxiliadas por brocas. A peça ou a ferramenta move-se de forma retilínea coincidente ou paralela ao eixo da máquina. A furação subdivide-se de acordo com o tipo de furo obtido.Quando todo o material compreendido no volume final de um furo cilíndrico é removido, denomina-se Furação em Cheio. Em furos profundos torna-se necessário o uso de ferramentas especiais. Chamamos de Furação Escalonada, os processos de furação onde são obtidos dois ou mais diâmetros simultaneamente. Escareamento é o nome dado ao processo de abertura de um furo cilíndrico em peças previamente perfuradas ou pré-furadas. Furações de Centro são furos centrais, destinados a trabalhos mecânicos posteriores na peça. Quando apenas uma parte do material compreendido no volume final do furo é retirada sob a forma de cavaco, deixando um núcleo maciço, chamamos de 13 Trepanação (COSTA, 2006). Na Figura 9 vemos detalhadamente as subdivisões da furação. Figura 9 – Tipos de furação Fonte: CEFET Minas Gerais (2006) 3.4 ALARGAMENTO O alargamento é utilizado para aumentar o diâmetro de um furo em cerca de 10 a 20%, removendo pequenas quantidades de material. Pode ser usado para desbastamento ou acabamento da parede do furo. A realização desse processo com brocas convencionais (que possuem apenas duas “facas”) gera furos da qualidade H12, que é a tolerância de erro permitido. Para se obter furos com qualidade H7 são utilizados alargadores, que 14 são ferramentas semelhantes a brocas, porém com seis ou mais facas (SENAI, 1998). A Figura 10 nos mostra a diferença entre alargamento de desbastamento e alargamento de acabamento. Figura 10 - Alargamento de desbastamento e de acabamento Fonte: SENAI (1998) 3.5 REBAIXAMENTO Rebaixamento é o processo de usinagem destinado a produtos que exigem dois diâmetros concêntricos ou uma forma qualquer na extremidade do furo. Geralmente a peça é fixada e a ferramenta gira enquanto move-se em trajetória retilínea coincidente com o eixo de giração (COSTA, 2006). Na Figura 11 temos exemplos de rebaixamento. 15 Figura 11 – Rebaixamento cilíndrico e cônico Fonte: SENAI (1998) 3.6 MANDRILAMENTO O mandrilamento é o processo de usinagem usado para se obter superfícies com revolução, ou seja, superfícies cujo eixo coincide com o eixo de giração da ferramenta. O mandrilamento pode ser cilíndrico, radial, cônico ou esférico. O processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cilíndrica de revolução e eixo coincidente com o eixo em torno do qual a ferramenta gira, é chamado de Mandrilamento Cilíndrico. Mandrilamento Cônico é aquele em que a superfície de revolução é cônica e coincide com o eixo de giração da ferramenta. Mandrilamento de Superfícies Especiais é o mandrilamento realizado em revoluções diferentes das anteriores, pode ser esférico ou mandrilamento de sangramento. No Mandrilamento Radial a ferramenta do mandril é plana e perpendicular ao eixo de giração (COSTA, 2006). A Figura 12 esquematiza os tipos de mandrilamento. Figura 12 – Tipos de Mandrilamento 16 Fonte: CEFET Minas Gerais (2006) 3.7 FRESAMENTO O fresamento é usado para se obter planos paralelos ao eixo de rotação da ferramenta, planos perpendiculares ao eixo de rotação da ferramenta ou uma combinação dos dois (SENAI, 1998). As Figura 13 e 14 representam os tipo de fresamento. Figura 13 – Tipos de Fresamento 17 Fonte: CEFET Minas Gerais (2006) Figura 14 – Fresamento concordante e discordante Fonte: CEFET Minas Gerais (2006) 3.8 SERRAMENTO 18 É o processo que consiste em seccionar uma peça em duas partes com auxílio de uma serra (ferramenta multicortante). Dependendo do tipo de seccionamento ou recorte necessário, os movimentos de corte e avanço podem ou não serem realizados simultaneamente, com a peça se deslocando ou fixa. No serramento alternativo, a serra realiza os movimentos de corte e avanço simultaneamente, porém durante o retorno a serra é levantada para evitar o atrito e manter a afiação dos dentes. O travamento, que nada mais é, do que a espessura dos dentes da serra é o que caracteriza a profundidade do corte (SENAI, 1998). A Figura 15 exemplifica esquematicamente formas de serramento. Figura 15 – Tipos de serramento Fonte: CEFET Minas Gerais (2006) 19 3.9 BROCHAMENTO É o trabalho realizado com a utilização da brocha. A brocha é uma ferramenta multicortante de formatos diversos, formada por dentes que aumentam progressivamente ao longo de toda a extensão da ferramenta. A progressão dos dentes permite a usinagem completa, do desbastamento grosseiro até o acabamento. O brochamento pode ser interno, quando realizado em um furo passante de uma peça, ou externo, quando feito em uma superfície da peça (SENAI, 1998). A Figura 16 nos mostra como é o brochamento. Figura 16 – Brochamento externo e interno 20 Fonte: SENAI (1998) 3.10 ROSCAMENTO O roscamento é usado na fabricação de elementos de fixação (como parafusos e porcas) e na transmissão de movimento (fusos). O roscamento gera sulcos helicoidais em furos e superfícies cilíndricas, cônicas ou mesmo planas. As 21 roscas podem ser feitas a mão (cossinetes, machos) ou em máquinas (SENAI, 1998). Veja na Figura 17 algumas operações de roscamento. Figura 17 – Tipos de roscamento Fonte: SENAI (1998) 22 3.11 LIMAGEM É um processo de desbaste ou acabamento de superfícies planas, côncavas ou convexas, utilizando a lima. A lima é uma ferramenta multicortante que possui dentes, ranhuras ou filetes (SENAI, 1998). A Figura 18 nos traz alguns exemplos de lima. Figura 18 – Tipos de Lima Fonte: SENAI (1998) 23 3.12 RASQUETEAMENTO É um trabalho de usinagem manual utilizando uma ferramenta monocortantes chamada de rasquete. É usado para gerar superfícies planas com pontos de contato (SENAI, 1998). 3.13 RETIFICAÇÃO Trata-se de um trabalho de abrasão em peças que devem apresentar dimensionamento e formas rigorosas ou rugosidade superficial baixa, ou ainda em peças com dureza elevada. A retificação utiliza ferramentas abrasivas chamadas de rebolos. Os rebolos são rotativos e realizam o movimento de corte, dependendo do perfil do rebolo, podem ser usados para usinar superfícies cilíndricas, cônicas, planas e etc. (SENAI, 1998). 3.14 LAPIDAÇÃO Neste processo a superfície da peça é coberta com uma pasta abrasiva, sobre esta pasta é aplicada a força do lapidador. O lapidador realiza movimentos lentos de rotação. O lapidador é o responsável por dar as dimensões necessárias à peça (SENAI, 1998). 24 CONCLUSÃO Em vista disso, pode-se concluir que para se obter uma ferramenta ou uma peça qualquer, tanto os processos de conformação mecânica quanto os processos de usinagem podem suprir essa necessidade, até certo ponto. Quando se precisa fabricar certa quantidade de um determinado produto, ou seja, várias cópias de um produto, é recomendável utilizar os processos de conformação mecânica. Já nos casos de peças com perfis ou formas mais complexas, e que necessitam acabamento superficial ou que possuem tolerâncias dimensionais mais baixas, torna-se essencial o trabalho por usinagem. 25 REFERÊNCIAS BORGES, Marcos. Laminação. Disponível em: <http://mmborges.com/processos/Conformacao/cont_html/laminacao.htm> Acesso em: 16 fev. 2014 Centro de Informação Metal Mecânica. ConformaçãoMecânica. Disponível em: <http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6462-conformacao-mecanica> Acesso em: 16 fev. 2014. COSTA, Éder. Processos de Usinagem. Divinópolis (MG), 2006 FARIA, Caroline. Extrusão. Disponível em: <http://www.infoescola.com/engenharia/extrusao/> Acesso em: 16 fev. 2014 GOMES, Márcio. Processos de Fabricação: Processos de Conformação Mecânica. 2008. Disponível em: <http://professormarciogomes.files.wordpress.com/2008/11/aulas-8-e-9- estampagem.pdf.> Acesso em: 16 fev. 2014. MARTINS, Fábio. Conformação Mecânica. Curitiba (PR), 2009. MORAIS, Willy Ank. Conformação Plástica dos Metais. Santa Cecília (SC), 2003. MOREIRA, Marcelo. Processos de Conformação Mecânica. Disponível em: <http://www.dalmolim.com.br/EDUCACAO/MATERIAIS/Biblimat/siderurgia3.pdf> Acesso em: 16 fev. 2014. SCIRRE, André Luiz. Trefilação. Disponível em: <http://monografias.brasilescola.com/engenharia/trefilacao.htm> Acesso em: 16 fev. 2014. SENAI. Processos Mecânicos de Usinagem. São Paulo, 1998. STOETERAU, Rodrigo. Fundamentos dos Processos de Usinagem. São Paulo, 2005.
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