Cap. 13 - Laminação, Trefilação e Forjamento

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LAMINAÇÃO, TREFILAÇÃO E FORJAMENTO
Teste
Engine Strike
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Over 80 people died in this including 3 of the pilots
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Where do I dock this thing!!
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Racing for the photo finish
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Yet another engine strike
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Which way to the launch pad?
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Well its longer than the last one!!
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Scene cut from Alfred Hitchcocks “The Birds”
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Changing rooms
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Damn, that was a big budgie!!
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Stunt driver!!
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Not that lever till we are airborne…..stupid.
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Ya big bully, wait your turn.
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There goes my no claims bonus.
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Let’s go around & try with the gear down.
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Lets hide it here
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I tell you the front brake locked on!!
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Do Quik-Fit do airborne punctures captain?
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Novel crop dusting!!
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This is how Boeings mate.
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I think you over filled the washer bottle
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Get outa my way groundhog!!
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I tell you it WAS a sparrow!!
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Where does this bit go?
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Your supposed to push from the front gear idiot!!
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I cannot feel you, are you in yet?
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Lets play chicken
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LAMINAÇÃO, TREFILAÇÃO E FORJAMENTO
1 - LAMINAÇÃO
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LAMINAÇÃO, TREFILAÇÃO E FORJAMENTO
Definição:
 Processo de deformação plástica dos metais no qual o material passa entre rolos, com altas tensões compressivas.
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Laminação - Características:
 Processo de transformação mecânica de metais mais utilizado na prática devido a sua elevada produtividade e preciso controle dimensional do produto acabado.
É a etapa imediatamente posterior à produção do lingote fundido.
 Na laminação, objetiva-se não só a redução da espessura do metal, mas também produzir uma melhoria das suas propriedades físicas. Esta redução da espessura promove um pequeno acréscimo da largura e um substancial incremento do comprimento do produto acabado (Estado plano de deformação).
- Forças atuantes: Compressão (prensagem do metal pelos laminadores) e Cisalhamento (atrito entre o metal e os laminadores). 
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Laminação - Características:
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Laminação – Características Metalúrgicas:
 O metal sai sob os cilindros laminadores com velocidade maior do que a da entrada.
Os cristais são alongados na direção de laminação.
Na laminação a quente, os cristais recristalizam-se após deixarem a zona de deformação.
Na laminação a frio, os grão são simplesmente alongados (incompressibilidade).
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Laminação – Terminologia dos Produtos:
 Bloco: Após conformação do lingote. As dimensões da largura e espessura são iguais. A área da secção transversal é maior do que 36 pol2.
 Tarugo: Redução dimensional a quente do bloco. Secção transversal mínima: 1 ½ X 1 ½ pol2.
 Placa: Peça laminada a quente com área da secção transversal superior a 16 pol2 e que a dimensão da largura seja pelo menos 3 vezes a da espessura.
 Chapa: Espessura superior a ¼ de polegada.
 Folha (Chapa fina): Espessura inferior a ¼ de polegada.
Tira: Largura inferior a 24 polegadas.
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Laminação - Tipos:
 Laminação a Quente: 
 É a etapa inicial de desbaste ou redução de lingotes em blocos ou tarugos. 
Operação realizada acima da temperatura de recristalização do aço. 
 Faixa de temperaturas: 1300 - 700°C – Grãos de ferrita equiaxiais.
Não altera a dureza ou dutilidade do produto final.
Ocorre recristalização dinâmica.
Defeitos internos e porosidades são fechados.
Confecção de perfis de formas complexas.
Formação de carepa (óxido) na superfície do metal em laminação.
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Laminação a quente:
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Laminação a quente:
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Laminação a quente de barras de perfis:
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Laminação - Tipos:
 Laminação a frio: 
 Etapa posterior à laminação a quente. 
 Realiza-se abaixo da temperatura de recristalização (crítica) do aço. 
 Produze-se produtos de elevadas tolerâncias dimensionais e acabamento esmerado.
 Incremento das propriedades mecânicas finais (encruamento).
 Reduções finais na faixa de 50 – 90% (sequência de laminação).
 Eliminação do limite de escoamento descontínuo (bandas de Lüders) através de um passe final de encruamento superficial.
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Laminadores – Tipos (Arranjo e Número de Cilindros):
 (a) Laminador duo: tipo mais simples e mais comum, cujos cilindros laminadores têm o mesmo diâmetro.
 (b) Laminador duo reversível: semelhante ao anterior, porém o os cilindros invertem as suas direções de rotação para produzir reduções sucessivas. 
 (c) Laminador trio: cilindro condutor superior, um inferior e outro intermediário que gira por fricção. 
 (d) Laminador quádruo: 2 grandes cilindros apoiam os 2 cilindros de trabalho.
 (e) Laminador agrupado: cada laminador de trabalho é suportado por 2 cilindros de encosto.
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Laminadores - Tipos:
Laminador duo.
Laminador duo reversível.
Laminador trio.
Laminador quadruo.
Laminador agrupado
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Forças e Relações Geométricas na Laminação:
Lp (Arco de Contato) = [ R. (h0 – hf) – (h0 – hf)2/4 ] ½
F (Força de Laminação) = 2/√3.Y0.[1/Q.(eQ-1).B.√R∆h] (Ekelund)
onde
Q = .Lp/[(h0 – hf)/2]
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Defeitos de Produtos Laminados:
Em geral, os defeitos de laminação ocorrem da interação das deformações plásticas da placa laminada com as deformações elásticas dos cilindros e do equipamento.
 Conseqüentemente, a espessura da placa final é superior que o espaço entre os laminadores. A espessura desejada é conseguida conhecendo-se a curva de calibração (constante elástica) do equipamento de laminação.
 Alguns valores: 
Laminadores de Transmissão Mecânica: 4000 – 8000 ton/pol
Laminadores de Transmissão Hidráulica: > 10000 ton/pol
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LAMINAÇÃO, TREFILAÇÃO E FORJAMENTO
Defeitos de Produtos Laminados:
Origem das deformações elásticas (achatamento) dos laminadores é o excessivo aumento da Força de Laminação.
Portanto, a máxima redução, por passe, deve ser:
hmin. = ( . R. Y0) / 1,860
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Defeitos de Produtos Laminados:
Em geral, diversos tipos de ondulações, devido à deformação elástica dos cilindros laminadores.
 (a) Bordas mais finas que o centro.
 (b) Bordas mais alongadas que o centro.
 (c) Tensões de tração no centro e tensões de compressão nas bordas.
 (d) Ondulações [conseqüência de (c)].
 (e) Falhas do tipo zíper.
Solução: confeccionar os cilindros mais largos no centro. Assim, as deformações elásticas durante a laminação produzirão superfície de contato paralelas.
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Defeitos de Produtos Laminados:
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Defeitos de Produtos Laminados:
 Deformação na direção transversal à laminação.
 Conseqüência: bordas
mais espessas que a região central.
 (a) Bordas arredondadas.
 (b) Trincas nas bordas.
 (c) Rompimento central.
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Defeitos de Produtos Laminados:
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Defeitos de Produtos Laminados:
 Deformação não homogênea na espessura.
 Conseqüência: apenas a superfície da placa é deformada.
 (a) Variação da secção transversal.
 (b) Expansão lateral da secção transversal.
 (c) Rompimento na linha de centro.
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Defeitos de Produtos Laminados:
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2 - FORJAMENTO
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Definição:
Forjamento é o nome genérico de operações de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho .
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Forjamento - Histórico:
 O forjamento é o mais antigo processo de conformar metais, tendo suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos séculos antes de Cristo para a fabricação de espadas.
 A substituição da mão de obra artesanal ocorreu nas primeiras etapas da Revolução Industrial. 
Atualmente, existe um variado maquinário de forjamento, capaz de produzir peças das mais variadas formas e tamanhos , desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas até rotores de turbinas e asas de avião. 
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LAMINAÇÃO, TREFILAÇÃO E FORJAMENTO
Forjamento - Tipos:
 (a) Forjamento em matriz aberta ou forjamento livre.
 Definição: O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam.
 Aplicações: Processo empregado para fabricar peças de grandes dimensões, com forma relativamente simples (p. ex., eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, excêntricos, ferramentas agrícolas, etc.) e em pequeno número; e também para pré-conformar peças que serão submetidas posteriormente a operações de forjamento mais complexas (matrizes fechadas). 
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Forjamento - Tipos:
 (a) Forjamento em matriz aberta ou forjamento livre.
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Forjamento - Tipos:
 (b) Forjamento em matriz fechada.
 Definição: Material é conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo-relevo, impressões com o formato que se deseja fornecer à peça. A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semi fechada, permitindo assim obter-se peças com tolerâncias dimensionais menores do que no forjamento em matriz aberta.
Aplicações: Também denominada de forjamento de precisão, é empregado na fabricação seriada de peças com formas complexas que necessitam de baixa tolerância dimensional (elevada precisão nas dimensões básicas). 
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Forjamento - Tipos:
 (b) Forjamento em matriz fechada.
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Forjamento – Equipamentos:
2 Classes Principais:
 
Martelos de forja: deformam o metal através de rápidos golpes de impacto na sua superfície; e 
Prensas: deformam o metal submetendo-o a uma compressão contínua com velocidade relativamente baixa. 
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Forjamento – Considerações Gerais:
Considerações sobre o projeto do volume conformado: Nos casos em que a deformação ocorre dentro de uma cavidade totalmente fechada, sem zona de escape, é fundamental a precisão na quantidade fornecida de material: uma quantidade insuficiente implica falta de enchimento da cavidade e falha no volume da peça; um excesso de material causa sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinário. Importância da rebarba: Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno excesso. As matrizes são providas de uma zona oca especial para recolher o material excedente ao término do preenchimento da cavidade principal. O material excedente forma uma faixa estreita (rebarba) em torno da peça forjada. A rebarba exige uma operação posterior de corte (rebarbação) para remoção. 
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Forjamento – Operações Unitárias:
Definição: São operações relativamente simples de conformação por forjamento, empregando matrizes abertas ou ferramentas especiais, para as seguintes finalidades:
 - Produzir peças acabadas de geometrias simples; ou 
 - Redistribuir a massa de uma peça bruta para facilitar a obtenção de uma peça de geometria complexa por posterior forjamento em matriz fechadas.
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Forjamento – Operações Unitárias mais Comuns:
1 - Recalque ou recalcamento: compressão direta do material entre um par de ferramentas de face plana ou côncava, visando principalmente em reduzir a altura da peça e aumentar a sua seção transversal.
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LAMINAÇÃO, TREFILAÇÃO E FORJAMENTO
Forjamento – Operações Unitárias mais Comuns:
2 - Estiramento: visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da sua espessura. 
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Forjamento – Operações Unitárias mais Comuns:
3 - Encalcamento (“fullering”): Variedade de estiramento em que se reduz a secção de uma porção intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão adequada. 
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Forjamento – Operações Unitárias mais Comuns:
4 - Rolamento: operação de distribuição de massa ao longo do comprimento da peça, mantendo-se a secção transversal redonda enquanto a peça é girada em torno do seu próprio eixo. 
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Forjamento – Operações Unitárias mais Comuns:
5 – Alargamento: aumenta a largura de uma peça reduzindo sua espessura.
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Forjamento – Operações Unitárias mais Comuns:
6 – Furação: abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de um punção de formato apropriado. 
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Forjamento – Outras Operações Unitárias:
i – Laminação de forja: fabricação de peças de média complexidade por deformações mecânicas seqüenciadas. 
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Forjamento – Outras Operações Unitárias:
ii – Extrusão: conformação por prensa mecânica ou hidráulica. 
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Forjamento – Outras Operações Unitárias:
iii – Cunhagem: conformação para fabricação de em alto e baixo relevos. 
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Forjamento – Outras Operações Unitárias:
iv – Caldeamento: ligação de peças ou partes de componentes metálicos por aquecimento próximo ao ponto de fusão do material. 
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Forjamento – Outras Operações Unitárias:
v – Fendilhamento: aumento das dimensões de furos e fendas por forjamento. 
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Forjamento – Formação da Rebarba:
 Forjamento em matriz fechada.
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Forjamento – Exemplos de Aplicações:
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Forjamento – Exemplos de Aplicações:
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Relações Matemáticas do Forjamento:
 O trabalho plástico, por unidade de volume, necessário para reduzir a altura h0 para hf é:
W (Trabalho) = A0 . h0 . Y . ln (h0 / hf).
				Limite de Escoamento do Material
Força imposta pela ferramenta na conformação:
F = Vc . Y . ln (h0 / hf)
/ (h0 - hf).
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3 - TREFILAÇÃO
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Trefilação - Definição:
 A trefilação é uma operação em que a matéria-prima é estirada através de uma matriz em forma de canal convergente (fieira ou trefila) por meio de uma força trativa aplicada do lado de saída da matriz. O escoamento plástico é produzido principalmente pelas forças compressivas provenientes da reação da matriz sobre o material. 
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Trefilação – Características Gerais:
 Forma do produto final: circular (não necessariamente). 
 Condições térmicas: a frio (encruamento). 
 Pequenas reduções de seção por passe.
 Excelente qualidade superficial e dimensional.
 Propriedades mecânicas controladas.
 Produtos conformáveis: Arames, fios finos, barras, perfis diversos e tubos.
Velocidade de trefilação: 	10 m/s para fios de aço, 			 				20 m/s para fios de cobre.
Recozimento intermediário: etapa (tratamento térmico) necessária quando o encruamento provoca um decréscimo da ductilidade (queda na conformabilidade).
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Trefilação – Produtos Conformáveis:
 Barras, Arames e Tubos. 
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Trefilação de Tubos:
(a) Sem apoio interno (rebaixamento); -(b) Com mandril passante;
(c) Com bucha fixa e;
(d) Com bucha flutuante.
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Trefilação – Vantagens:
 O material pode ser estirado e reduzido em seção transversal mais do que com qualquer outro processo; 
A precisão dimensional é maior do que em qualquer outro processo exceto a laminação a frio; 
A superfície produzida é uniformemente limpa e polida; 
O processo influi nas propriedades mecânicas do material, permitindo, em combinação com um tratamento térmico adequado, a obtenção de uma gama variada de propriedades com a mesma composição química.
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Trefilação – Desvantagens:
 Há aumento da temperatura durante o processamento.
 O produto final é anisotrópico.
 Limitação para cada redução (  63%). 
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Trefilação – Ferramenta:
Fieira: dispositivo básico da trefilação e compõe todos os equipamentos trefiladores. 
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Trefilação – Materiais da Fieira:
- Materiais utilizáveis: dependem das exigências do processo (dimensões, esforços) e do material a ser trefilado.
- Os mais comuns são:
i) Carbonetos sinterizados (sobretudo WC) – vídia, 
ii) Aços de alto %C revestidos de Cr (cromo duro), 
iii) Aços especiais (Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-W, etc.),
iv) Ferro fundido branco, 
v) Cerâmicos (pós de óxidos metálicos sinterizados), e 
vi) Diamante (para fios finos ou de ligas duras).
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Exemplos de Fieiras:
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Equipamentos:
Dois tipos básicos:
 (a) Bancadas de trefilação – utilizadas para produção de componentes
não bobináveis como barras e tubos.
 (b) Trefiladoras de tambor – utilizada para produção de componentes
bobináveis, ou seja, arames.
 
 (b1) Simples (um só tambor)- para arames grossos, (b2) Duplas para arames médios, (b3) Múltiplas (contínuas) para arames médios a finos.
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Equipamentos – Bancada de Trefilação:
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Equipamentos – Trefiladoras de Tambor:
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Trefilação de arames de aço:
Matéria-prima: fio-máquina (vergalhão laminado a quente).
 
Descarepação: limpeza mecânica (dobramento e escovamento).
 Decapagem química: Limpeza ácida (HCl ou H2S04 diluídos).
 
Lavagem: água corrente. 
Recobrimento: imersão em leite de cal Ca(OH)2.
 
Secagem (em estufa): remoção do H2 dissolvido na superfície fio.
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Trefilação de arames de aço:
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Tratamentos térmicos dos Arames Trefilados:
Recozimento: Indicação: para arames de baixo carbono. Tipo: subcrítico, entre 550 a 650°C. Objetivo: minimizar ou remover o encruamento. Patenteamento: Indicação: para arames de aços de médio a alto carbono (C> 0,25 %). Tipo: aquecimento acima da temperatura crítica, seguido de resfriamento controlado, ao ar ou em banho de chumbo mantido entre 450 e 550°C. Objetivo: obter uma melhor combinação de resistência e ductilidade (perlita fina ou bainita).
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Relações Matemáticas da Trefilação:
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Relações Matemáticas da Trefilação:
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Relações Matemáticas da Trefilação:
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Relações Matemáticas da Trefilação:
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Defeitos na Trefilação:
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Engine Strike
Going for the photo finish!!!
Yep its another engine strike
Clip from Alfred Hitchcocks “The Birds”