Aula 01 Processos de Fabricação III

Prévia do material em texto

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO MECÂNICA III 
 
Eng° Marcos Santos – Esp. 
Recife/PE, Agosto de 2015 
INTRODUÇÃO 
Ocasionalmente, a adequação de um material para uma aplicação é regida pela 
facilidade com que se produz uma forma desejada e pelo custo que está envolvido. 
 
As técnicas de fabricação dos metais consistem nos métodos segundo os quais os 
metais e as ligas são conformados ou são manufaturados em produtos de 
utilidade. 
 
Essas técnicas são precedidas por processos de refino, formação de ligas e, com 
frequência, processos de tratamento térmico que produzem as ligas com as 
características desejadas. 
 
As classificações das técnicas de fabricação incluem vários métodos de 
conformação dos metais, fundição, metalurgia do pó, soldagem e usinagem; com 
frequência, duas ou mais dessas técnicas devem ser usadas antes que uma peça 
esteja terminada. 
 
Os métodos selecionados dependem de diversos fatores; os mais importantes são as 
propriedades do metal, o tamanho e a forma da peça acabada e, obviamente, o 
custo. 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
• Metais 
• Cerâmicas 
• Polímeros 
• Compósitos 
• Semicondutores 
• Biomateriais (Mat.s Biocompatíveis) 
Classificação tradicional 
Bibliografia Básica 
 • HELMAN H. e CETLIN P. R., Fundamentos 
da Conformação Mecânica dos Metais, Ed. 
Guanabara Dois. 
• JORGE RODRIGUES.FERREIRA.Tecnologia 
Mecânica, Tecnologia da deformação Vol. 
I. Aplicações Industriais Vol.II. 
• Ricardo Artur Sanguinetti.Fundamentos 
Metalúrgicos e Mecânicos.Recife: Editora 
Universitária UFPE. 
• CALLISTER, Jr.,William D. Ciência e Engenharia de 
Materiais:Uma Introdução. Rio de Janeiro, LTC, 2008. 
• DIETER, G.E. Metalurgia Mecânica. Rio de Janeiro: 
Guanabara Dois, 1981. 
• Sites: afcm.poli.br 
 www.cimm.com.br 
 www.puc-rio.br 
 www.materia.coppe.ufrj.br 
 www.labsolda.ufsc.br 
 
 
4 
A ENGENHARIA DO PRODUTO 
BENS INTERMEDIÁRIOS: 
(chapas, tubos, perfis) 
BENS DE CAPITAL: 
(navios, turbinas, caldeiras, vasos de pressão, torno 
mecânico, máquina de solda, aerogeradores, etc ) 
BENS DE CONSUMO DURÁVEIS: 
(automóveis, eletrodomésticos) 
Processos de Fabricação 
(AGREGAR VALORES) 
Metais Mais Conhecidos 
• Aço 
• Latão 
• Bronze 
• Alumínio 
 
O AÇO 
7 
O aço é o metal mais utilizado por várias razões: 
 
 - Baixo custo; 
 - Excelentes propriedades mecânicas; 
 - Pode sofrer transformações mecânicas; 
 - Pode modificar as suas propriedades com os tratamentos 
térmicos. 
 
Os utilizadores de aço enfrentam em geral 2 questões fundamentais: 
 
- Escolha do aço 
- Tratamento do aço 
Para tirar o máximo partido do aço, é necessário conhecer as suas 
propriedades em função da sua composição e modificações 
provocadas pelos diversos tratamentos termomecânicos. 
AVALIAÇÃO: 
a- O QUE É UMA USINA SIDERÚRGICA? 
b- QUAL O PRINCIPAL MATERIAL DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA? 
Resp. a- UMA FÁBRICA DE AÇO 
b- O AÇO + TRATAMENTO TÉRMICO 
8 
USINA SIDERÚRGICA INTEGRADA 
150 0
140 0
9 10
oC
Ferro  CCC
Ferro  CCC
Ferro  CFC
Ferro líquido
Alotropias do Ferro 
“É preciso malhar o Ferro 
enquanto ainda está quente”. 
768ºC 
Magnético 
CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS METÁLICAS 
LIGAS 
METÁLICAS 
FERROSAS NÃO-FERROSAS 
AÇOS FERROS FUNDIDOS 
Aços de Baixo Carbono: C 0,25% 
• Alta ductilidade; 
• Bons para trabalhos mecânico e 
soldagem; 
• Não são temperáveis; 
• Utilizados na construção de 
prédios, pontes, navios, 
automóveis. 
 
 
Aços de Médio Carbono:0,25%C ≤ 0,60% 
• Quando temperados e revenidos 
atingem boa tenacidade e 
resistência. 
• Os tratamentos térmicos são 
realizados com taxas de 
resfriamento elevadas. 
• São utilizados em rodas, 
equipamentos ferroviários, e peças 
que necessitam de alta resistência 
mecânica. 
Aços de Alto Carbono: 0,60% C ≤1,00 
• Apresentam elevada dureza e 
resistência após a têmpera. 
• São comumente utilizados em 
trilhos, engrenagens, 
componentes sujeitos ao 
desgaste (martelo). 
 
15 
SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS 
SAE (Society Automotive Engineers) e ABNT 
 
 ABNT- NBR 6006 – Classificação por composição química de aços 
para construção mecânica. XX = teor de carbono em 0,01% 
 10XX  Aços-carbono de uso geral 
 11XX  Aços de fácil usinagem, com enxofre 
 13XX  Manganês (1,75%) 
 40XX  Molibdênio (0,25%) 
 43XX  Níquel(1,8%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%) 
 51XX  Cromo (0,8-1,05%) 
 86XX  Níquel (0,55%), Cromo (0,5%) e Molibdênio (0,2%) 
 98XX  Níquel (1,0%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%) 
 
 
MATERIAIS EMPREGADOS NA FRENAGEM 
Ampliação da força: de forma mecânica (alavanca) 4x-x = 3x 
De forma hidráulica: 32 x = 9x 
Total da ampliação = 12 vezes 
 DISCOS VENTILADOS 
Nos discos ventilados existe um 
espaço no meio do disco que permite 
que o ar entre e ajuda a arrefecer os 
discos quando mais solicitados, 
melhorando assim a eficiência dos 
mesmos. 
Hoje em dia quase todos os carros 
vêm de série com discos ventilados à 
frente. 
Sempre há uma maneira de melhorar o 
desempenho de peças automotivas 
 DISCOS PERFURADOS 
 
 Este tipo de discos permite um maior 
movimento do ar e por conseguinte um maior 
arrefecimento dos discos. 
Máxima eficiência 
 Quem segura um avião-
caça que toca o convés de um 
porta-aviões a 240 km/h e tem 
que parar em menos de cem 
metros? 
 
R: Os Discos de Cerâmica 
Propriedade Mecânica é o comportamento do 
metal quando submetido a esforços mecânicos. 
Exemplos de Propriedades Mecânicas: 
 
 Resistência mecânica; 
 Elasticidade; 
 Ductilidade; 
 Tenacidade; 
 Dureza; 
 Fluência. 
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Avaliação: Quais os tipos de solicitações que 
dependem do Momento de Inércia? 
Tração : 
Compressão: 
Torção: 
Cisalhamento: 
Flexão: 
Resp. Compressão, Torção e Flexão 
MOMENTO DE INÉRCIA 
22 
Menor momento de inércia 
Maior flexão 
Maior momento de inércia 
Menor flexão 
x2 
y2 
Momento de Inércia: 
Jx = y
2dA 
 
Jy = x
2dA 
A = área 
Para a mesma área 
o tubo tem muito mais 
momento de inércia, 
portanto maior resistência 
á compressão, flexão e torção 
Daiane do Santos 
Daiane dos Santos conquistou aos 20 anos a primeira medalha de ouro 
do Brasil em Mundiais de ginástica artística, no solo, em Anaheim 
(Estados Unidos), com a coreografia embalada pela música Brasileirinho 
e apresentando ao mundo o duplo twist carpado. 
Estruturas tubulares – Momento de Inércia 
24 
Ligações em sistemas treliçados 
com perfis tubulares 
(aumento do Momento de Inércia) 
Perfis I 
Momento de Inércia: 
 
Jx = y
2dA 
Jy = x
2dA 
O tubo tem a mesma 
área da barra, mas maior 
Momento Inércia. 
Aeroporto Internacional dos Guararapes - PE 
APLICAÇÃO DE VIGAS: n = 3 (Partes) 
25 
Wf = b(hn)
2 
 6 
ou 
Wf = n bh
2 
 6 
(resistência 9 vezes) 
Rebitadas 
Soldadas 
Coladas 
(resistência 3 vezes) 
Partes Soltas 
Módulo de Resistência à Flexão, Wf = (Momento de Inércia à Flexão, Jx) 
 (Distância do eixo neutro à extremidade, y) 
Tensão à Flexão: (Momento Fletor, Mx) 
 (Módulo de Resistência à Flexão, Wf) 
 Sem Flexão 
Com Flexão 
Tensão de Flexão, y:y = M x 
 W f 
ou y = Mx 
 Jx/y 
O MOMENTO DE INÉRCIA 
APLICADO NA FLEXÃO É O 
MESMO PLICADO NA TORÇÃO? 
VAMOS PENSAR UM POUCO! 
Momento de Inércia Polar e Áxial 
28 
J0 =r
2ds =(x2 +y2)ds 
 
J0 = Jx + Jy 
 
se Jx = J y 
 
J0 = 2Jx 
 Momento de Inércia Áxial (Flexão) 
dA 
x 
y 
r 
r2 = x2 + y2 
Momento de Inércia Polar (Torção) 
TORÇÃO PURA 
29 
 = F.d = Mt 
 J0/y Wt 
 
Wt = ,D3 
 16 
Seção circular cheia 
Wt = Módulo de Resistência a Torção 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS - DEFORMAÇÕES 
Tração 
Compressão 
Cisalhamento 
Torção 
Formas de carregamento externo: 
Deformações: 
 = l/lo 
 = tg 
Tensões: 
 = E.:  = G. 
COMPRESSÃO - FLAMBAGEM 
Onde: Pcr = Carga Crítica 
E = Módulo de Elasticidade 
I = Momento de Inércia Axial 
L = comprimento livre da coluna engastada 
Pcr = 2EI 
 Le
2
 
Le
2 = 2L 
Frágil 
Dúctil 
Dúctil 
Dúctil 
In
s
ta
b
il
id
a
d
e
 
Dúctil 
Instabilidade 
ou Flambagem 
32 
Ponte aérea na Malásia 
Pilar composto 
(Compressão) 
Flambagem 
Momento de inércia 
Cabo de aço 
(Tração ) 
 
Aço inoxidável 
Duplex 
Módulo de Resistência à Flexão, Wf = (Momento de Inércia à Flexão, Jx) 
 (Distância do eixo neutro à extremidade, y) 
Tensão à Flexão: (Momento Fletor, Mx) 
 (Módulo de Resistência à Flexão, Wf) 
 Sem Flexão 
Com Flexão 
Tensão de Flexão, y: 
 
y = M x 
 W f 
ou y = Mx 
 Jx/y 
d - altura do perfil 
d´ - altura livre da alma 
h - altura interna 
bf - largura da aba 
tf - espessura da aba 
tw - espessura da alma 
R - raio de concordância 
Perfis I e H 
Perfis Laminados 
“W” é o Módulo de Resistência a Flexão em relação ao eixo x ou eixo y 
Telhas Autoportantes Planas 
36 
A TELAPORT leva a fábrica até a sua obra 
tecnologia 100% brasileira, também utilizada na 
Europa, África e América do Sul, chegando a cobrir 
mais de 7.000.000 m2 
Cobertura com Tecnologia de ponta a seu serviço 
Suportando sobrecargas de até 140 kg/m2 
PERFIS SOLDADOS 
PERFIS SOLDADOS 
Ensaio de tração – Gráfico Tensão x Deformação 
O corpo de prova é tracionado até ser quebrado 
Tensão
Deformação
Rutura
Escoamento
Região de deformação plástica
Região de
deformação elástica
Tensão de rutura
Tensão de escoamento
Tensão máxima 
Limite de resistência à tração = Tensão máxima 
estricção 
AVALIAÇÃO 
40 
a- Como se determina a Resistência? 
b- Como se determina a Rigidez? 
c- Como se determina a Ductilidade? 
Resp. a) LE = Q/So e LR = Qmáx./So. 
 b) E = /; onde:  = Q/So e  = l/lo. 
 c) Alongamento, A(%) = (lf – lo) 100/lo. 
LE 
LR 
A 
SIGNIFICADO DOS ENSAIOS MECÂNICOS 
 DESTRUTIVOS: 
 (Propriedades Mecânicas) 
 Resultados numéricos 
 Resultados qualitativos 
 NÃO-DESTRUTIVOS: 
 (Propriedades Físicas) 
 Detectar falhas internas 
Certificação 
Internacional 
Exemplos de Ensaios Destrutivos 
42 
EXEMPLOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS 
43 
Exame Visual 
Qual a diferença 
entre Descontinuidades 
e Defeitos? 
Líquido Penetrante 
Partículas Magnéticas 
44 
 AVALIAÇÃO: 
a- Por que o diagrama de fase Fe-Fe3C é tipo como metaestável? 
b- Reação Eutética? c- Reação Eutetóide? d- Austenita? e- Ferrita? f- Cementita? 
+Fe3C 
+l 
l+Fe3C 
+Fe3C 
CCC 
CFC 
CCC 
+  
+l 
As fases ,  e  são soluções sólidas com Carbono 
intersticial 
FERRITA
Ferro 
AUSTENITA
Ferro 
CFC CCC
45 
DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C 
+l 
l+Fe3C 
+l 
PERITÉTICA 
 +l  EUTÉTICA 
l +Fe3C 
EUTETÓIDE 
+Fe3C 
AÇO FOFO 
Avaliação: Onde está a Zona Crítica? 
TIPOS DE FERROS FUNDIDOS COMERCIAIS: 
 Ferro fundido branco 
 Ferro fundido cinzento 
 Ferro fundido mesclado 
 Ferro fundido maleável 
 Ferro fundido nodular 
 Ferro fundido vermicular 
PROPRIEDADES 
MECÂNICAS 
MICROESTRUTURAS 
PROCESSAMENTO 
(COMPOSIÇÃO E TAXA 
DE RESFRIAMENTO) 
AVALIAÇÃO: NO DIAGRAMA DE FASES 
Fe-Fe3C QUAL O TIPO DE FOFO? 
48 
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS 
AVALIAÇÃO: a- Quais os tratamentos térmicos que amolecem os aços? 
(Previstos no diagrama de equilíbrio) 
b- Quais os tratamentos térmicos que endurecem os aços? 
(Não previstos no diagrama de equilíbrio) 
Curvas TTT (Transformação-Tempo-Temperatura) 
Curvas TTT (Transformação-Tempo-Temperatura) 
PRINCIPAIS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO 
Trefilação 
 
Extrusão 
Laminação 
Forjamento 
Quais os processos de compressão direta? 
Quais os processos de compressão indireta? 
QUAL A DIFERENÇA ENTRE EXTRUSÃO E TREFILAÇÃO? 
Cabos de aço 
Perfis de Alumínio 
Tubos 
FORJADOS X FUNDIDOS 
• Mais resistente 
• Possuem microestrutura mais refinada 
• Mais confiáveis (menos defeitos) 
• Mais baratos para grandes lotes 
• Suas plantas de produção são mais 
 adaptáveis a diferentes produtos. 
Morsa ou Torno de Bancada N 8 
200mm Ferro Fundido 
R$ 14390 
AÇO FORJADO X FERRO FUNDIDO 
Morsa ou Torno De Bancada Aço 
Forjado N6 Profissional Forjasul 
R$ 78790 
PROCESSO DE USINAGEM DOS METAIS 
Usinagem é um processo de 
fabricação mecânica onde a peça 
acabada é obtida através da 
retirada de cavacos (aparas de 
metal) de uma peça bruta, através 
de ferramentas adequadas. 
 
 
 
55 
USINAGEM DE METAIS 
Formação de cavacos descontínuos por usinagem. 
O encruamento facilita a produção deste tipo de cavaco, 
pois reduz a ductilidade. 
Estratégias: Por que forjar um material? 
Antes de usinar 
Depois de usinar 
Antes de Usinar Forjar o material 
Automação da usinagem - Musashi 
PROCESSO DE SOLDAGEM TIG - GTAW 
62 
SOLDAGEM DOS AÇOS INOXIDÁVEIS 
(CONSULTORIA) 
TIG 
ARAME TUBULAR 
ELETRODO REVESTIDO 
ESTRATEGIA ECONÔMICA: 
Substituição do TIG e do MIG 
pelo 
ELETRODO REVESTIDO 
e ARAME TUBULAR. 
Com o uso de elementos 
carburígenos foi possível 
substituir o argônio pelo 
Gás carbónico (CO2) 
AVALIAÇÃO CHÃO DE FÁBRICA 
Quais os processos de fabricação utilizados na ? 
Bobina de Chapa Fundida 
 FUNDINÇÃO 
DE ALUMÍNIO 
 LAMINAÇÃO 
DE ALUMÍNIO 
EXTRUSÃO 
DE ALUMÍNIO 
Esquadrias de Alumínio Portão Búzios 
Embalagem Tetra Pak Folhas até 6.3 µm 
Casting 
AS RODAS FORJADAS DE ALUMÍNIO 
A Alcoa é a única fabricante de rodas forjadas de 
alumínio do mundo e equipa veículos fabricados nas 
mais importantes montadoras. 
AVALIAÇÃO CHÃO DE FÁBRICA 
Quais os processos de fabricação utilizados na ? 
USINA 
SEMI-INTEGRADA 
Aciaria 
Forno Elétrico 
Lingotes 
Sucata Gusa 
Vergalhões 
Pregos 
Treliça 
Telas 
Corte e Dobra 
Laminação 
Fio Máquina 
PROCESSOS E PRODUTOS DA SIDERÚRGICA GUEDAU 
Arame Farpado 
Trefila 
Força 
Quais os processos de fabricação utilizados na ? 
AVALIAÇÃO CHÃO DE FÁBRICA 
Unidade Jaboatão dos Guararapes 
A Máquinas Piratininga fabrica 
equipamentos de bens de capital sob 
encomenda de bensde capital sob 
encomenda com tecnologia própria ou 
conforme o projeto do cliente, atuando 
em diversos setores. 
BENS DE CAPITAL PRODUZIDOS NA MÁQUINAS PIRATININGA 
Forno rotativo para calcário 
Reator de recuperação de fluoreto 
Secador/Resfriador 
Cristalizador 
Calandra 
EQUIPAMENTOS DA MÁQUINA PIRATININGA - CALDEIRARIA 
Corte CNC 
Corte Plasma Serra Automática Serra 
Torno Horizontal 
Quais os processos de fabricação utilizados na ? 
AVALIAÇÃO CHÃO DE FÁBRICA 
Garantia de Qualidade 
MUSASHE - Apresentação da empresa 
Principais clientes: 
Localização : Igarassu - PE 
Funcionários : 1200 diretos 
Produção média : 2.700.000 peças / mês 
PROCESSO DE USINAGEM NA MUSASHE 
Usinagem 
Torneamento 
Peça 
À esquerda: 
Fases de forjamento de uma 
engrenagem cônica de dentes retos 
(da esq. para dir.): 
• Billet 
• Yobi 
• Peça com dentes formados 
• Peça com furo estampado a quente 
À direita: Foto do fojamento de 
engrenagens cônicas de dentes retos. 
(Na foto, um billet prestes a virar 
yobi e uma peça pronta para ter o furo 
estampado a quente) 
FORJAMENTO - APLICAÇÃO 
FIAT CHRYSLER INAUGURA FÁBRICA EM PERNAMBUCO 
Capacidade produtiva: 
A fábrica Jeep ocupa uma área construída de 260 mil 
metros quadrados e tem capacidade para produzir 
250 mil veículos por ano. A capacidade máxima é de 
60 carros por hora. Segundo o grupo, o Renegade 
produzido em Goiana conta com mais de 70% de 
componentes nacionais: 40% vêm de fornecedores 
do entorno da fábrica. A fábrica em Goiana conta 
com 700 robôs, além de uma série de investimentos 
em tecnologia e também em ergonomia. Os carros, 
antes de estarem com as rodas, ficam suspensos em 
espécies de garras, nas quais eles podem girar e 
facilitar o trabalho dos funcionários. 9 mil empregos. 
FCA - 28/04/2015 
18 golpes por minuto 
Pintura sem o primer 
A PALAVRA DE ORDEM: POWER TRAIN 
Power train of a modern automobile, comprising engine (with exhaust 
system), transmission, drive shaft, suspension and the wheels. 
POWER TRAIN 
 ENGENHARIA AUTOMOTIVA 
MONTADORA FCA 
CENTRO DE PESQUISA FCA 
78 
CAM (Computer Aided Manufacturing) 
“Só aprendemos quando aplicamos o conhecimento em 
situações concretas” 
 David Perkins (de Harvard) 
O Santo Evangelho segundo S. Mateus 5.41 
• E, se alguém te obriga a caminhar uma milha, vai com ele 
duas. 
79 
Interpretação da “Regra das duas milhas”. 
 Fazer mais do que se espera de você.