Trabalho Fundição

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UniEvangélica
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA: Fundição e Conformação Mecânica 
Período: 6
Professor: Sergio 
Conformação ou Moldagem de Materiais Compósitos 
Componentes:	Abner -
 João Cleber rodrigues - rodriguesjoaocleber@gmail.com
 João Murato - joaomurato@hotmail.com
 Kennedy dos Reis Rosario - kenendyreis97@gmail.com
 Matheus Romualdo - matheusromualdo70@hotmail.com
Anápolis-GO
Novembro de 2017
Sumário
- Introdução 
- Histórico/Origem do processo 
- Descrição detalhada do processo
- Parâmetros de controle 
- Aplicação 
- Conclusão
- Referências Bibliográficas
Introdução
A conformação ou moldagem de matérias compósitos e um processo que determinado pelo tipo de matriz (metálica, cerâmica e poliméricas) e pelo tipo de moldagem usada (fase sólida ou líquida), a moldagem pode ser feita em moldes abertos ou fechados, a manufatura e moldagem são simultâneas e esses processos podem ser manuais ou automatizados. Um material compósito e aquele que combina propriedades complementares, se tem a obtenção de propriedades que não se conseguem com os componentes isolados e são matérias que são constituídos por uma fase de reforço, formada por fibras, partículas ou folhas que são dispersas numa matriz.
Histórico do processo
Historicamente, os materiais compósitos têm uma origem muito antiga, datando dos primórdios da Humanidade. O surgimento da fibra de vidro ocorreu no século XVIII, mas apenas em 1939 esta fibra passou a ser produzida comercialmente, visando aplicações de componentes eléctricos em altas temperaturas. Duas décadas depois, iniciou-se a produção das chamadas fibras avançadas, tais como, as fibras de boro e as fibras de carbono. Atualmente, as fibras de carbono e as fibras de vidro constituem os principais agentes de reforço usados em materiais compósitos. (3; 4) A partir da década de 1960 ocorreu um grande impulso no desenvolvimento tecnológico dos materiais compósitos. 
Descrição detalhada do processo
Materiais compósitos
Existem diferentes tipos de material que podem constituir a matriz dos compósitos. Se a matriz for constituída por um polímero, termoendurecível e/ou termoplástico, esta é denominada por matriz polimérica. No caso de o material da matriz ser constituído por uma liga leve de alumínio, ligas de magnésio ou ligas de titânio, a matriz é denominada por matriz metálica. Se a matriz do compósito for constituída por carbonetos e nitretos denomina-se por matriz cerâmica. A matriz de um compósito pode ainda ser constituída por um outro material, o carbono.
Relativamente ao outro componente do compósito, o material de reforço, este pode ser um material inorgânico (vidros e carbonos), orgânico (aramidas e poliamidas), metálicos (boro, alumínio, etc.) e cerâmicos (carbonetos e nitretos).
Compósitos de matriz polimérica(CMP) 
Fibra de Vidro
É o material compósito produzido basicamente a partir de uma resina poliéster ou outro tipo de resina, sendo esta a matriz, reforçada com pequenas partículas de vidro, isto é, o material de reforço e posterior aplicação de uma substância catalisadora de polimerização. O material resultante é geralmente resistente, possuindo excelentes propriedades mecânicas e baixa densidade. Este tipo de material permite produzir peças com grande variedade de formatos e tamanhos, tais como cascos e hélices de barcos, fuselagens de aviões, caixas de água, piscinas, pranchas de surf, recipientes de armazenamento, peças para inúmeros fins industriais em diversos ramos de atividade, carroçarias de automóveis, na construção civil e muitas outras aplicações.
Fibras de Carbono
Este compósito tem como material de matriz uma resina polimérica designada por epóxi e como material de reforço a fibra de carbono. Devido à sua resistência mecânica e térmica e também devido á sua leveza, este compósito apresenta diversas utilizações. É muito utilizado em acessórios de desporto tais como tacos de golf, sticks de hóquei, proteções de joelhos e cotovelos, capacetes, skis, pranchas, remos e também é utilizado na construção de veículos, como por exemplo, em carros, motas, barcos e aeronaves.
 
Fibras de Aramida
Este compósito é constituído por uma matriz polimérica de epóxi e por um material de reforço, a fibra de aramida. Trata-se de uma fibra com elevada resistência mecânica e muito leve. É resistente ao calor e pode ser até sete vezes mais resistente do que o aço, por unidade de peso. Assim, este compósito torna-se extremamente útil no fabrico de artigos de segurança, como por exemplo, cintos de segurança, cordas e coletes à prova de balas. Este compósito também é utilizado em construções aeronáuticas, velas de barcos e raquetes de ténis. São materiais muito usados em objetos que estão sujeitos a condições extremas de força e pressão devido às características que possuem.
Matrizes elastoméricas
São materiais em que sua fase Matriz é composta por Elastômeros (Borrachas).
Os elastômeros são materiais macromoleculares que recuperam rapidamente a sua forma e dimensões iniciais, após cessar a aplicação de uma tensão;
A principal Propriedade é o comportamento elástico após deformação em compressão outra ação, Resiliência. Os Materiais de Reforços Mais utilizados são o Nylon e o Aço principalmente nos pneus de carro.
Matrizes Termoendurecíveis
São materiais em que sua fase Matriz é composta por Materiais Termoendurecíveis. As resinas termoendurecíveis são muito mais utilizadas como matrizes de laminados compósitos, sobretudo as resinas de poliéster e de epóxi do. As propriedades mecânicas das resinas variam consideravelmente com a formulação e com os aditivos. A resistência à compressão é mais elevada que à tração. Exemplos de matrizes Termoendurecíveis são Resinas de Epóxito, Resinas de Fenol-Formaldeído, Resinas de Uréia-Formaldeído, Resinas de Melamina-Formaldeído e Poli(Amidas). Materiais de Matrizes Termoendurecíveis são utilizados em Sistemas de Aquecimento, Baquelite, Revestimentos de Mobílias, Caixas e Partes de Materiais Elétricos etc.
Matrizes termoplásticas
São materiais em que sua fase Matriz é composta por Materiais Termoplásticas. As Principais Matrizes são de Poliamidas, Policarbonato e Polipropileno e, geralmente, estas matrizes são reforçadas com Fibras de Vidro e fibras de Carbono. Muito Sensível ao Calor, em contrapartida, pode ser remoldado e reciclado. Muito Utilizado na Indústria do Automóvel na produção dos Painéis e também é muito utilizado na fabricação de máquinas e Ferramentas e de elementos de máquinas como polias, engrenagens etc.
Compósitos de Matriz Metálica(CMM)
Compósitos com matriz metálica, geralmente são produzidos com um metal de baixa densidade, reforçado com partículas ou fibras cerâmicas. Em comparação com um material sem reforço possui maior resistência e dureza, além de suportar maiores temperaturas de trabalho e possuir maior resistência ao desgaste. A fibra gera um maior reforço do que as partículas, mas é direcional, ou seja, na direção que não tem fibra o material é mais fraco. Já a vantagem das partículas em relação às fibras é que elas são economicamente mais viáveis.
Os CMMs são fabricados a partir do processo de sinterização. Formalmente, sinterização é um tratamento térmico para ligar as partículas umas às outras em uma coerente e sólida estrutura, via eventos de transporte de massa, que em sua maioria ocorre nos níveis atômicos.
Sinterização com fase líquida: Nesse tipo de sinterização utilizada em CMMs, como o nome já diz, terá presente no processo um material em estado líquido, que nesse caso é o metal. Esse processo não é tão simples por causa da dificuldade de molhar a cerâmica de reforço. Normalmente o ângulo de molhamento entre esses dois materiais é porvolta de 150 graus e o ideal é que seja mais perto de 0 possível, em alguns casos já considerando 90 graus um bom resultado.  Porém possui inúmeras vantagens, como peças obtidas próximas ao formato final, processo mais rápido de sinterização, menor o custo e menores as temperaturas envolvidas.
Sinterização no estado sólido: Nesse caso o pó cerâmico e o metálico são misturados prensados e sintetizados. A prensagem pode ser uniaxial ou isostática. Quando a sinterização ocorre junto com a prensagem isostática, o processo é chamado de Hot Isostatic Pressing (HIP). Também a prensagem isostática pode ser feita a frio e na sinterização pode ser prensado uniaxialmente. Outros exemplos de processos no estado sólido são sinterização à plasma e com micro-ondas.
Compósitos com matriz cerâmica(CMC)
Materiais cerâmicos: são inerentemente resistentes à oxidação. Os principais tipos de compósitos de matriz cerâmica, de acordo com o tipo de reforço usado, são: os de fibras contínuas, os de fibras descontínuas e os reforçados por partículas. As duas principais variedades de fibras contínuas que têm sido usadas nos compósitos de matriz cerâmica são as de carboneto de silício (SiC) e as de óxido de alumínio (Al2O3). Já para as fibras descontínuas (“whiskers”) e particuladas é utilizado o carboneto de silício (SiC).
Moldagem por centrifugação
Este processo é utilizado na produção de peças de revolução. Dentro do molde em movimento de rotação são injetadas as fibras cortadas juntamente com a resina. A impregnação da resina nas fibras e a compactação são feitas pelo efeito de centrifugação. A cura da resina pode ser feita a temperatura ambiente ou em uma estufa. Este processo é utilizado em casos onde não se exige homogeneidade das propriedades mecânicas da peça. Outros processos de fabricação de peças de revolução podem ser empregados quando se exige homogeneidade das propriedades mecânicas da peça. Nestes processos fibras são enroladas (bobinadas) sobre um mandril que dará a forma final da peça. Este processo permite a fabricação industrial de tubos de diversos diâmetros e grandes comprimentos de alto desempenho.
Painéis sanduíches
Um painel sanduíche é um tipo de material compósito constituído por uma estrutura de três camadas: duas lâminas finas, rígidas e resistentes de material denso, separadas por uma camada de um material de baixa densidade e que pode ser muito menos rígido e resistente do que as lâminas. Os diferentes tipos e formas estruturais dos painéis sanduíche podem ser obtidas através da combinação das diferentes formas do material do núcleo. Apesar da grande diversidade de materiais e configurações já existentes para os painéis sanduíche, estão constantemente a ser propostos e utilizados novos materiais e novas combinações de materiais existentes.
Parâmetros de controle
- Critérios de falha
A teoria da falha é a ciência de prever as condições sob as quais os materiais sólidos falham sob a ação de cargas externas. A falha de um material é geralmente classificada em quebra frágil (fratura) ou falha dúctil (rendimento). Dependendo das condições (tais como temperatura, estado de tensão, taxa de carregamento), a maioria dos materiais pode falhar de uma forma frágil ou dúctil, ou ambos. No entanto, para a maioria das situações práticas, um material pode ser classificado como quebradiço ou dúctil. Embora a teoria das falhas tenha estado em desenvolvimento há mais de 200 anos, seu nível de aceitabilidade ainda está para alcançar o da mecânica contínua.
Alguns dos critérios de falha que são utilizados para compósitos são:
- Tsai-Wu
O critério de falha Tsai-Wu é uma teoria fenomenológica de falha de material que é amplamente utilizada para materiais compósitos anisotrópicos que têm forças diferentes em tensão e compressão[4]. O critério de Tsai-Wu prevê falha quando o índice de falha em um laminado alcança.
- Máxima tensão
O critério de falha de Máxima Tensão utiliza as tensões normais e de cisalhamento no sistema nas direções principais e as tensões máximas de falha do material empregado.
- Máxima deformação
O critério de falha de Máxima Deformação determina que o material virá a falha caso sua deformação em uma das direções principais seja maior que a máxima deformação do material suporta.
Aplicações 
Combinando propriedades complementares dos materiais os compósitos tem como objetivo a obtenção de propriedades que não são possíveis com os componentes isolados, devido a crescente exigência das novas tecnologias, são combinados pelo menos dois materiais distintos, com uma interface clara entre eles, estes materiais são constituídos por uma fase de reforço, que é constituída por fibras, partículas ou folhas(elementos de reforço), as propriedades dos compósitos dependem da natureza dos materiais usados e também do grau de ligação entre eles através da interface, podendo ser feitas combinações entre polímeros, cerâmicos ou metais.
Os materiais compósitos estão ligados a dois fatores: econômico e performance, os compostos são muito mais leves que os materiais metálicos, aumentando assim a carga útil, a redução total pode chegar a 30% dependendo do composto utilizado, muito usada na aeronáutica e aeroespacial, onde a decréscimo de massa influencia o consumo de combustível, assim se tornando economicamente viável. 
A conformação ou moldagem de materiais compósitos possui uma vasta aplicação, que vai desde de peças utilizadas em ambientes marítimos, permitindo a fabricação de peças com formatos complexos e que apresentam propriedades específicas elevadas, até na produção de pneus dos automóveis que combinam vários materiais. 
Estes materiais são cada vez mais utilizados como substitutos dos materiais convencionais dado que apresentam vantagens como: elevada rigidez e módulo específico, elevada resistência à corrosão e condutividade térmica, boa fluidez, estabilidade estrutural e fácil moldagem.
Sabendo-se que, os compósitos avançados são obtidos pela combinação de materiais com diferentes características físico-químicas e mecânicas e pela utilização de diferentes processos de manufatura, os trabalhos de pesquisa e desenvolvimento nesta área são cada vez mais importantes. A crescente utilização dos compósitos busca componentes com funções múltiplas, atendendo requisitos de utilização como: menor peso, maior desempenho mecânico, transparência à radiação, resistência à erosão, entre outras.
Painéis de fachada (Sainsburry Arts Center)
Esquema de uma garganta de foguete produzida pela CIA,
mostrando o uso de compósitos carbono/carbono e carbono/fenólica.
Fase de reforço (elementos de reforço), dispersa numa matriz
Conclusão 
Chegamos a conclusão que a relação entre rigidez/peso e resistência/peso são as principais caraterísticas desse processo.
Referências Bibliográficas
http://disciplinas.ist.utl.pt/qgeral/mecanica/MatComp.pdf
http://www.scielo.mec.pt/scielo.php?pid=S0870-83122009000200003&script=sci_arttext&tlng=es
http://fabricacaodecompositos.blogspot.com.br/
http://knoow.net/cienciasexactas/quimica/materiais-compositos/
http://fabricacaodecompositos.blogspot.com.br
http://engenheirodemateriais.com.br/2016/04/22/compositos-com-matriz-metalica-mmc/