MAPA - Metrologia

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MAPA - EPROD - PROCESSOS DE FABRICAÇÃO MECÂNICA E 
METROLOGIA - 2019A4 
 
QUESTÃO 1: Com isso em mente, descreva os processos de fabricação 
utilizados para produção dos seguintes componentes que compõe o 
motor acima: bloco, cabeçote, pistão, biela, virabrequim, válvulas e cárter. 
Lembre-se que uma única peça pode ser fabricada a partir de dois ou mais 
processos subsequentes. 
RESPOSTA 
Bloco: Os blocos de motor são fabricados com o ferro fundido vermicular 
perlítico EN-GJV-450 ou EN-GJV-500. 
Em virtude do seu potencial de grafitização mais elevado, em comparação com 
o ferro fundido cinzento, o vermicular é ligado com cobre e um pouco de estanho, 
caso necessário. 
Para este material, que está entre o ferro fundido cinzento e o nodular, é de suma 
importância que o seu módulo de elasticidade fique mais perto daquele do ferro 
fundido nodular. 
O módulo de elasticidade é uma medida relacionada à rigidez do material, 
aumentando com a elevação da sua temperatura de fusão. 
Tanto o módulo de elasticidade como o ponto de fusão dependem das relações 
de força-distância dos átomos no cristal. 
A ordem de classificação em relação ao módulo de elasticidade entre os 
materiais de construção é a seguinte: 
• aço ferrítico: 210 GPa 
• aço austenítico: 195 GPa 
• ferro fundido nodular: 170 a 185 GPa 
• ferro fundido vermicular: 140 a 175 GPa 
• ferro fundido cinzento: 90 a 155 GPa 
• alumínio: 70 GPa 
• magnésio: 40 GPa 
 
O módulo no ferro fundido vermicular independe da tensão sobre longas 
distâncias, de maneira semelhante ao ferro fundido nodular. Já o ferro fundido 
cinzento possui apenas um módulo de elasticidade E extrapolado na origem 
Com uma temperatura crescente até 500°C, ele cai para o nível do ferro fundido 
cinzento. 
A desoxidação e dessulfuração por magnésio resultam em um aumento da 
tensão interfacial tanto no ferro fundido nodular como no vermicular. Desta 
maneira, o material de moldagem fica menos úmido durante o vazamento, o que 
resulta em uma resistência ao calor. Isso atrasa o começo da solidificação e 
favorece a formação da microestrutura, como por exemplo, no caso da camisa 
de cilindro fundida de modo vertical. 
Na contrapartida, a posição de vazamento horizontal, utilizando a areia natural 
(areia de moldagem úmida aglomerada com argila) resulta na redução da tensão 
interfacial, sob a absorção de oxigênio, assim como em uma maior queima do 
magnésio da caixa do fundo para a caixa superior. 
Cabeçote: O cabeçote é a parte superior do motor. Normalmente os 
cabeçotes de motores resfriados a água são fabricados em ferro fundido, e em 
circunstâncias especiais que exige pouco peso, são fabricados em alumínio. 
Atualmente, quase todos os motores apresentam as válvulas no cabeçote. No 
cabeçote dos motores de quatro tempos existe para cada cilindro, uma válvula 
de descarga, uma válvula de admissão, uma câmara de combustão, um coletor 
de admissão, um coletor de descarga. O eixo de comando de válvulas pode ser 
encontrado no cabeçote ou no bloco do motor. 
 
Pistão: O pistão fundido é moldado a partir de liga de alumínio fundida, que 
é preenchida a vácuo em moldes de aço; apenas um mínimo de usinagem é 
necessária para finalizar o pistão resultante desse processo. O pistão é fechado 
na parte superior e aberto na inferior. Apresenta ranhuras na parte superior para 
fixação dos anéis de segmento. Existem dois tipos de anéis de segmento: de 
vedação e de lubificação. Os anéis de vedação impedem a passagem dos gases 
de compressão e os queimados para o cárter, mantendo assim, a pressão 
constante sobre a cabeça do pistão. Os anéis de lubrificação, lubrificam e 
raspam o excesso de óleo que fica na parede do cilindro, removendo-o para o 
cárter. 
Biela: Em forma de haste, serve para transmitir o movimento linear alternativo 
do pistão para o virabrequim. A biela é fixada nos mancais móveis ou de bielas 
do virabrequim e não fica em contato direto com o eixo. Entre a biela e o 
virabrequim são colocados os casquilhos para evitar desgaste do virabrequim. 
Mesmo assim, essas peças não são justas, existindo entre elas, uma folga, por 
onde circula o óleo lubrificante. A biela é usinada geralmente na seguinte ordem: 
1. Usinagem de desbaste dos olhais: A peça chega à essa operação no 
material bruto. Com uma retífica, desbasta-se a medida da espessura do 
olhal maior e menor 
2. Separação de capa e corpo: Com uma serra separa-se o corpo da capa 
da peça 
3. Brochamento: Com uma brochadeira, desbastam-se as áreas internas do 
olhal maior 
4. Usinagem dos furos: Nessa operação usinam-se os furos da capa e do 
corpo, inclusive o furo de desbaste do olhal menor. Também 
são fresados os topos da capa e é usinada a rosca que irá fixar capa e 
corpo novamente 
5. Acabamento das faces de contato de capa e corpo: Com uma retífica, 
usinam-se em acabamento as faces de contato da capa e do corpo, para 
que não se formem faces irregulares que acabariam por prejudicar a 
usinagem nas operações seguintes 
6. Junção da capa e corpo: Com uma apertadeira pneumática, junta-se a 
capa e o corpo para que sejam usinados em conjunto novamente. Capa 
e corpo se separam novamente durante a montagem no motor 
7. Usinagem de acabamento do olhal maior: Com uma retífica usina-se a 
medida final, com o acabamento final da espessura do olhal maior 
8. Usinagem de desbaste interno dos olhais: Com uma mandriladora, mais 
uma vez desbasta-se a medida interna dos olhais. 
9. Usinagem das chavetas de encaixe da bronzina: Com uma fresadora são 
usinadas as chavetas de encaixe das bronzinas 
10. Brunimento doas olhais: Com uma brunidora, é dado o acabamento dos 
olhais 
11. Lavagem: Com uma lavadora de peças, eliminam-se os cavacos, borras 
e resíduos de óleo da peça 
12. Inspeção final: Com auxilio de computadores de alta precisão, as peças 
são inspecionadas para verificação das medidas finais. Após isso as 
peças serão montadas no motor. 
Virabrequim: Também conhecido como árvore de manivelas, bem como ao seu 
processo de produção. Ele é constituído por diversas partes 
integralmente confeccionadas por intermédio da metalurgia do pó e com geometria 
otimizada para a redução de sua massa, podendo estas partes sofrer tratamentos 10 
superficiais que possibilitem a eliminação das bronzinas. O produto final é obtido através 
da montagem destas peças, sendo destinado ao emprego em motores de combustão 
interna alternativos, e a todas às demais aplicações. Outro processo consagrado de 
fabricação metalúrgica, mas que não vem sendo empregado nos virabrequins, é a 
metalurgia do pó, que envolve a compactação de uma mistura de pós e posterior 
sinterização. As vantagens são: obtenção de componentes próximos de sua forma final; 
minimização do uso da matéria prima metálica; potencial redução de custos globais 
de fabricação. Uma desvantagem é a limitação em obter-se geometrias complexas, o 
que pode ser contornado, no virabrequim, ao construir-se 
diversas partes separadamente, que depois são montadas. Para produção em larga 
escala, o processo pode tornar-se economicamente viável devido à economia de 
material e redução de operações de usinagem após a sinterização. No caso das peças 
fundidas ou forjadas, estas operações são indispensáveis e numerosas, levando ao 
desperdício de material e incremento no tempo de fabricação. 
O virabrequim é um componente dos motores que não tem apresentado evolução 
técnica significativa. Em comparação, iniciando-se a partir do meio da década de 70, e 
generalizando-se a partir da década seguinte, a fabricação de bielas por metalurgia do 
pó consagrou-se plenamente, competindo frontalmente com os açosforjados ou ferros 
fundidos em diversas classes de motores. Assim, espera-se uma evolução de projetos 
e processos aplicados ao virabrequim. 
Vávula: Entretanto, a fabricação de válvulas ocas requer o uso de técnicas de soldagem 
para obter a vedação entre as partes simétricas compondo uma válvula, ocasionando 
uma diminuição das propriedades mecânicas da válvula. Geralmente, as válvulas são 
produzidas pela perfuração de dois corpos principais que depois são soldados por 
fricção. 
Normalmente, a presença de solda não é desejada, pois esta aumenta a complexidade 
dos processos de fabricação de um componente, o custo deste processo e o risco de 
falhas. Com base em uma análise de tensão de Von Mises, é perceptível que algumas 
das áreas mais críticas de uma válvula estão localizadas em sua cabeça. Desta maneira, 
a presença de solda próxima a esta região seria indesejável para o desempenho da 
válvula. A substituição destas soldas por estágios de forjamento pode ser realizada. No 
entanto, quando esta forja é realizada por conformação a frio, diversos materiais 
utilizados na fabricação de válvulas para motores não podem ser usados por conta de 
sua baixa conformabilidade a frio. 
No campo das válvulas ocas ultraleves, onde cavidades profundas são necessárias, 
processos caros de fabricação são comuns, como processamento termomecânico multi-
etapas, conformação a frio ou solda a laser. Existem documentos de patente, como EP 
0,619,419, o US 5,126,530, e o US 2012/255,175 que revelam válvulas ocas produzidas 
por uma pluralidade de técnicas de soldagem. Como é de se esperar, todas elas 
apresentam as desvantagens apontadas acima, nomeadamente baixa 
resistência mecânica e alta complexidade dos processos envolvidos. 
Carter: O cárter é a parte inferior do motor. Nos motores de quatro tempos 
é basicamente o reservatório de óleo lubrificante. A bomba de óleo lubrificante 
está localizada no cárter. 
Feito de um material de alumínio hipoeutético, com uma camisa de cilindro executada 
separadamente, bem como a um processo para a fabricação dele. 
Cárteres feitos de material de alumínio hipoeutético não são apropriados para 
configurarem diretamente superfícies de rolamento de cilindro resistentes a desgaste, as 
quais poderiam, em combinação com anéis de embolo feitos de ferro fundido, ser 
bastante resistentes a desgaste. Pelo contrário, hoje e usual verter ou prensar camisas 
de ferro fundido em tais cárteres, a fim de assegurar a resistência a desgaste requerida. 
Com vista a uma reciclagem dos cárteres fabricados neste tipo, dificulta o emprego de 
camisas de ferro fundido vertidas, derreter cárteres gastos e reconduzi-los à fabricação 
de alumínio. Em caso de camisas de ferro fundido prensadas, uma extração dispendiosa 
das camisas é necessária, antes que seja possível derreter cárteres descartados e 
reconduzi-los assim ao ciclo de alumínio.