Conformação Mecânica

Prévia do material em texto

Questionário sobre Processos de Conformação 
Mecânica 
 
1) Como age um metal acima da sua temperatura de recristalização? 
A temperatura de recristalização vale de 0,3 a 0,5 da temperatura de fusão do 
metal (em geral). O material estando nesta condição favorece o mecanismo de 
movimentação de discordâncias tornando-se mais dúctil 
 
2) Quais são as vantagens e desvantagens de trabalhar os metais a quente? 
Vantagens: Menor energia requerida para deformar o metal, já que a tensão 
de escoamento decresce com o aumento da temperatura; aumento da capacidade do 
material para escoar sem se romper (ductilidade); homogeneização química das 
estruturas brutas de fusão (e.g., eliminação e segregações) em virtude da rápida 
difusão atômica interna; eliminação de bolhas e poros por caldeamento; eliminação e 
refino da granulação grosseira e colunar do material fundido, proporcionado grãos 
menores, recristalizados e equiaxiais; aumento da tenacidade e ductilidade do material 
trabalhado em relação ao bruto de fusão. 
Desvantagens: necessidade de equipamentos especiais (fornos, 
manipuladores, etc.) e gasto de energia para aquecimento das peças; Baixa qualidade 
dimensional e superficial ; Sofre oxidação e contração térmica. 
 
3) Explique o que acontece a um metal quando ele é trabalhado a frio. 
Pequenas deformações (relativamente); encruamento; elevada qualidade 
dimensional e superficial; normalmente empregado para “acabamento”; recuperação 
elástica; forma equipamentos e ferramentas mais rígidos 
 
 
4) Por que o metal trabalhado a frio deve ser recozido? 
O material após ser trabalhado a frio acaba por a presentar elevadas tensões 
residuais o que pode torna-lo inapropriado para determinadas aplicações. Diante 
disso, estes metais são recosidos de modo a aliviar estas tensões geradas 
 
5) Por que os processos de conformação plástica que fornecem produtos 
acabados são normalmente realizados a frio? 
 
Quando é realizado o trabalho a frio o material acaba por se deformar em 
menor escala se comparado ao trabalho a frio, além disso como não há acréscimo na 
temperatura este acaba por não empenar. Conferindo a estes materiais dentre outras 
vantagens, uma excelente estabilidade dimensional. 
 
6) Descreva o que ocorre em um metal quando ele é laminado a quente.
 Quando um metal é laminado a quente a temperatura de trabalho se situa 
acima de sua temperatura de recristalização, assim sua resistência à deformação 
plástica é reduzida em cada passagem e a recuperação da estrutura deste metal é 
permitida evitando o encruamento para os passes subsequentes. Na laminação a 
quente as seções transversais do metal são reduzidas. 
 
 7) Descreva e especifique os méritos das diferentes espécies de laminadores. 
 
Duo: É composto por apenas dois cilindros do mesmo diâmetro, girando em 
sentidos opostos, com a mesma velocidade periférica e colocados um sobre o outro. 
 
 Duo Reversível: Usado na laminação a quente de lingotes. O facto de o 
laminador ser reversível constitui uma vantagem importante em termos de 
produtividade. O material é deformado num sentido, após oque os rolos são parados. 
Há então a inversão do sentido de rotação dos rolos, e o material é laminado no 
sentido inverso. 
 
Trio: Usado na laminação a quente para chapas e placas. Este laminador é 
uma alternativa ao laminador reversível. Possui três rolos dispostos na vertical, 
rodando os rolos superior e inferior no mesmo sentido, e o intermédio no sentido 
contrário. O material passa em 1ºlugar entre os rolos superior e intermédio, sendo 
depois transportado por um elevador para ser laminado em sentido contrário. entre os 
rolos intermédio e inferior. Estes laminadores são menos dispendiosos e conferem 
maior produtividade em relação aos laminadores duo reversíveis. 
 
Quádruplo e quádruplo reversível: Usado na Laminação a quente e na 
laminação a frio para chapas grossas e planos, é constituído por quatro rolos, 
montados uns sobre os outros. Dois desses rolos (os de menor diâmetro) são 
denominados de trabalho, e os outros dois denominados de suporte ou apoio. Pode 
ser reversível ou não. 
 
 
Sendzimir: Usado na laminação a frio para chapas finas. O 
laminador Sendzimir possui rolos de trabalho de pequeno diâmetro; este fato permite 
efetuar passes de laminagem. 
 
 
Mandrilador ou Mannesmann: 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: O laminador universal é capaz de produzir perfis estruturais de abas 
paralelas com óptimo desempenho e qualidade exigida por normas internacionais. O 
laminador é constituído por uma combinação de cilindros horizontais e verticais, em 
que somente os primeiros são motores. 
 
 
8) Por que é exigido um certo número de passes para laminar uma barra de aço? 
Por causa da espessura inicial da barra, uma vez que se a espessura final for 
muito menor que a inicial não é possível tal redução apenas com um passe pois seria 
muito difícil obter o arraste necessário para a laminação da barra. 
 
9) Por que se realiza a laminação a frio? Quais são as vantagens da laminação a 
frio sobre a laminação a quente? Como as propriedades do metal são afetadas? 
A laminação a frio é realizada para dar ao material que está sendo laminado 
as características de resistência mecânica desejada. Além da vantagem sobre a 
laminação a quente por ser feita à temperatura ambiente (ou abaixo da temperatura de 
recristalização), a laminação a frio produz folhas e tiras com acabamento superficial e 
com tolerâncias dimensionais superiores quando comparadas com as tiras produzidas 
por laminação a quente. 
A laminação a quente destroi, por completo, a estrutura metalúrgica da 
fundição (bruta de fusão, que é uma estrutura ruim e fragilizante), refina e alonga o 
grão do metal que foi laminado, aumentando as suas propriedades mecânicas e 
melhorando as propriedades metalúrgicas, no sentido da laminação. Na laminação a 
frio, conseque-se um aumento da resistência mecânica da chapa laminada por 
encruamento e um excelente acabamento superficial (até polido se desejado). 
 
 
10) Compare os laminadores duo, duo-reversível e trio quanto a possíveis 
desvantagens, considerando a obtenção de um mesmo tipo de produto, por 
exemplo, chapas de cobre. 
Duo: tem como desvantagem a seqüência de passes fixa e exige grande 
investimento de capital e volumes elevados do mesmo tipo de produto. 
Duo-reversível: o acionamento é dimensionado para o máximo de capacidade 
e, sendo reversível, mais caro. A reversão significa desacelerar e novamente acelerar, 
resultando em desgaste dos componentes. 
Trio: desvantagem de estar limitado a lingotes relativamente pequenos e da 
seqüência de passes ser imutável. Menor flexibilidade em comparação ao duo-
reversível, pois o número de secções que podem ser laminadas é limitado. Maior 
deflexão dos cilindros. 
 
 
11) Descreva as espécies comuns de martelos de forjamento. 
 As espécies mais comuns de martelos de forjamento 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. 
 
12) Qual é a diferença essencial entre o forjamento em prensa e o forjamento em 
martelo? 
Os martelos em forja deformam o metal através de rápidos golpes de impacto 
na sua superfície. Já as prensas deformam o metal submetendo-o a uma compressão 
com velocidade relativamente baixa 
A diferença essencial entre o forjamento em prensa e o forjamento em martelo 
é que o forjamentoem 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. 
 
13) Comparar sob o ponto de vista de acabamento, número de peças produzidas 
e custo, o forjamento livre e o forjamento em matriz. 
 O forjamento livre é mais usado para formas simples e regulares (anéis, eixos, 
etc) 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. 
14) Quais as funções da bacia de rebarba no forjamento a quente? Em que tipo 
de produto ela pode ser suprimida? 
 Restringir o fluxo lateral do metal, forçando o material a encher totalmente a 
cavidade da matriz, permitir que o metal escape para o alojamento quando a cavidade 
estiver cheia no estágio final do processo, regular as tensões de forjamento sobre a 
matriz. 
15) Em que condições deve se dar preferência a peças forjadas no lugar de 
peças usinadas? 
 Deve-se dar preferência a peças forjadas quando se quer componentes de alta 
resistência que é o caso da indústria automotiva e aeroespacial por exemplo. Usa-se 
também forjamento primário em lingotes de aço e outras ligas metálicas para a patir 
desta operação fazer-se a usinagem. 
 
16) Descreva as técnicas comuns de extrusão de metais. 
a) Extrusão direta: nesta operação o bloco metálico a ser processado é colocado 
numa câmara e forçado através do orifício da matriz pelo êmbolo ou pistão, que é 
acionado por meios mecânicos ou hidráulicos. É muito comum utilizar um bloco de aço 
(falso pistão) entre o metálico e o êmbolo para proteger o pistão das altas 
temperaturas e da abrasão provenientes deste tipo de extrusão. 
 
b) Extrusão indireta: nesta operação o êmbolo é oco e a ele está ligado a matriz. A 
extremidade oposta da câmara é fechada com uma placa. O êmbolo então empurra a 
matriz de encontro ao metal e este sai da matriz em sentido contrário ao movimento da 
haste. Como não há movimento relativo entre o bloco de metal e as paredes da 
câmara, as forças de atrito são muito menores e as pressões necessárias são também 
menores do que na extrusão direta. Em contrapartida, como o êmbolo é oco, existe a 
limitação da carga a ser aplicada, o que dificulta a produção de perfis com geometrias 
mais complexas. Isso explica porque a extrusão direta é mais empregada. 
 
c) Extrusão hidrostática: a pressão para a operação de extrusão é proveniente de 
um meio fluido que envolve o tarugo. Não existe fricção entre parede e tarugo. 
As pressões usadas são da ordem de 1400 Mpa. O método foi desenvolvido nos 
anos 50 e evoluiu para o uso de uma segunda câmara pressurizada mantida a uma 
pressão mais baixa. É a chamada extrusão fluido a fluido, que reduz os defeitos do 
produto extrudado. 
A extrusão por pressão aumenta a ductilidade do material , portanto materiais 
frágeis podem se beneficiar desta forma de extrusão. Entretanto as vantagens 
essenciais do método são: 
• baixa fricção; 
• pequenos ângulos de matriz; 
• altas relações de extrusão. 
Podem ser extrudados por este método uma grande variedade de metais e 
polímeros, formas sólidas, tubos e outras formas vazadas como favo de abelha e 
perfis. 
A extrusão hidrostática é realizada usualmente a temperatura ambiente , em geral 
usando óleo vegetal como meio fluido, combinando as qualidades de viscosidade e 
lubrificação. Pode-se também trabalhar em alta temperatura. Neste caso ceras , 
polímeros ou vidro são usados como fluido, que também tem a função de manter o 
isolamento térmico do tarugo durante o procedimento de extrusão. 
 
d) Extrusão por impacto: é similar a extrusão indireta e freqüentemente incluída na 
categoria da extrusão a frio. O punção desce rapidamente sobre o tarugo que é 
extrudado para trás . 
A espessura da seção extrudada é função da folga entre o punção e a 
cavidade da matriz. 
Os produtos de extrusão por impacto incluem os tubos de pastas e assemelhados 
que são peças descartáveis. 
A maioria dos metais não ferrosos podem ser extudados por impacto , usando-se 
prensas verticais e taxas de produção de até duas peças por segundo. 
O processo permite produzir seções tubulares de paredes muito finas ( relações de 
diâmetro/ espessura da ordem de 0,005). Por esta razão, a simetria da peça e 
concentricidade do punção são fatores importantes. 
 
e) Extrusão lateral: o material do tarugo é forçado através de abertura lateral da 
câmara. Os eixos do punção e da peça tem diferentes direções (ângulo reto). 
 
 
17) Cite aplicações da extrusão a quente e da extrusão a frio. 
A extrusão a quente é realizada quando exige grande esforço para a deformação. 
Um exemplo típico de material extrudado a quente é o aço. Reduções de área da 
ordem de 1:20 podem ser conseguidas. No caso de materiais mais dúcteis, como o 
alumínio, as reduções obtidas com a extrusão são da ordem de 1:100. 
Na extrusão a frio, o material endurece por encruamento durante a deformação 
porque os grãos do metal se rompem e assim permanecem, aumentando as tensões 
na estrutura e, conseqüentemente, sua dureza. 
 
18) Comparar os processos de extrusão a frio e extrusão a quente, sob o ponto 
de vista de técnica de fabricação e tipos de peças produzidas. 
Quente: É feita em temperatura elevada para ligas que não tenham suficiente 
ductilidade2 a temperatura ambiente, de forma a reduzir as forças necessárias. 
Apresenta alguns problemas, como todo o processo de alta temperatura: O desgaste 
da matriz é excessivo; O esfriamento do tarugo na câmara pode gerar deformações 
nãouniformes; 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. 
 
 
 
 
19) Descreva duas maneiras de se produzir tubos com costura. 
O processo é realizado com solda longitudinal pelo processo E.R.W. (Solda por 
Resistência Elétrica) com alta freqüência. Este processo garante a homogeneidade da 
matéria-prima com a solda, o que confere excelentes características aos produtos. Os 
processos de fabricação para obtenção do produto final variam de acordo com a 
norma em que o tubo vai ser fabricado. 
 
20) Qual a técnica mais eficiente para se produzir tubos sem costura? 
Extrusão, Laminação. 
 
21) Como é feita a trefilação de um metal? 
Acarreta na redução da seção transversal (largura) e respectivo aumento no 
comprimento do material. O processo de trefilação consiste em puxar o metal através 
de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída da matriz. A 
maior parte do escoamento plástico é causada por esforços de compressão 
resultantes da reação do metal com a matriz. Geralmente a parte metálica apresenta 
simetria circular, embora isto não seja um requisito necessário. 
 
22) Por que a trefilação de fios é classificada como um processo por 
compressão indireta se o fio é puxado através da fieira? 
Uma força normalmente de tração é aplicada,mas resultantes de compressão 
surgem pela reação da peça sob conformação com a matriz, desta forma, o metal flui 
sobre a ação de estados de tensão combinados que incluem em intensas forças de 
compressão em ao menos uma das direções principais. 
 
23) O que difere as máquinas de trefilar com e sem deslizamento? 
Máquinas sem deslizamento: é uma máquina que produz fios de diâmetros 
variados. O fio é tracionado e depois de passar pelo furo da fieira ele vai par um anel 
tirante que acumula o fio antes de liberar sua movimentação em direção à uma 
segunda fieira onde o processo se repete. Esse processo pode ser realizado várias 
vezes até se atingir a bitola (ou diâmetro) desejado. Finalmente, o fio é enrolado em 
uma bobinadeira. 
Máquinas com deslizamento: é uma máquina utilizada para a produção de 
fios de pequeno diâmetro. O fio parte de uma bobina, passa por uma roldana e segue 
alinhado até a primeira fieira. Na saída desta, o fio é tracionado por um anel tirante e é 
então enrolado nele com um número de voltas que depende da força do atrito 
necessária para tracionar o fio através da primeira fieira 
 
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? 
Pois permite consistência do acabamento superficial e melhor controle 
dimensional. 
A confecção do orifício de uma fieira de diamante segue diversas etapas: o 
orifício é iniciado em uma das faces do bloco de diamante, para a confecção dos 
cones de entrada e de trabalho, virando-se a peça para a confecção do cone de saída 
na face oposta. A seguir, a peça é colocada em uma máquina operatriz polidora onde 
é feito o acabamento do orifício através de um punção de aço com movimento rotativo 
e alternante. O punção de aço é untado com óleo e pó de diamante de granulometria 
controlada e, dessa forma, é feito o arredondamento do orifício e polimento da 
superfície interna. O mesmo processo, repetido com pó de diamante cada vez mais 
fino, é usado para o espelhamento da fieira. 
 
25) O que determina que 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 serie de fieiras? 
Partindo de seu diâmetro externo, diâmetro interno, e espessura poderemos 
determinar a medida final do material. Entretanto, essas reduções são limitadas pois 
há sempre uma determinada tolerância, visto que cada material tem um limite máximo 
de encruamento. 
Com esse limite de redução, o material está completamente compactado e 
endurecido, atingindo neste momento o diâmetro e espessura do material desejado. A 
partir daí o produto deverá ser tratado termicamente e intercalado com novos passes 
de trefila. 
 
 
 
26) Quais são os principais cuidados que se deve ter na estampagem profunda, 
para se evitar defeitos nas peças produzidas? 
Cuidado deve se ter com o ferramental, para que haja 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. 
Deve-se ainda 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. 
Às vezes, o diâmetro do "blank" é muito superior ao diâmetro da peça a 
estampar, sendo que esta deve atingir uma profundidade de copo muito elevada.