Aula 1 - Classificação dos processos de fabricação

Prévia do material em texto

Processos de Fabricação
2011
Profa.: Dra. Alexandra de Oliveira França Hayama
AULA 1
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE 
FABRICAÇÃO
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
� EMENTA:
� Classificação dos processos de fabricação
� Processos metalúrgicos de fabricação
→ Fundição
→ Soldagem
→ Metalurgia do pó
�Processamento de polímeros e cerâmicos 
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
� CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO:
� Trabalhos individuais
� Apresentação de seminário
� Avaliação escrita (Prova)
Prova 1: 31/03
Prova 2: 02/06
Prova 3: 16/06
� FATOS HISTÓRICOS
� Fabricação significa fazer artigos e mercadorias por processos 
industriais.
� A fabricação é o maior setor industrial e abrange muitos ramos da 
indústria.
FATOS HISTÓRICOS
� A mecanização da indústria 
iniciou-se com a revolução
industrial iniciada na Inglaterra
(século XVIII), que consistiu em um 
conjunto de mudanças tecnológicas
com profundo impacto no processo 
produtivo e em nível econômico e 
social.
� O ímpeto inicial foi dado à indústria têxtil, na Inglaterra, pelas 
grandes invenções de máquinas para fiação e tecelagem.
� São fatores que contribuíram para o desenvolvimento industrial: 
→ A rápida expansão do comércio
→ A necessidade de produção mais rápida e em grande 
quantidade.
FATOS HISTÓRICOS
� No final do século XVIII, e no início
do século XIX, máquinas básicas 
para transformação, conformação e 
usinagem de metais foram criadas na 
Inglaterra e no continente europeu.
� No início do século XIX, os 
processos e conceitos rudimentares
de produção de peças já eram 
conhecidos e aplicados. 
� Foram inventados vários 
equipamentos como: máquinas de 
costura, armas de repetição, 
locomotivas e automóveis. 
FATOS HISTÓRICOS
� A demanda de produção da crescente quantidade de bens de 
consumo, deu impulso ao desenvolvimento e aperfeiçoamento dos 
processos, das máquinas e dos sistemas de fabricação.
� Aos poucos, o sistema artesanal foi sendo substituído por uma 
nova organização do trabalho para o aumento da produção.
� O trabalho passou a ser dividido. O homem deixou de ter a 
visão de conjunto do processo de produção porque passou a ser 
encarregado da realização de apenas partes do trabalho, 
tornando-se especialista em determinadas tarefas e operações.
FATOS HISTÓRICOS
� Rapidamente, as máquinas tomaram conta do setor produtivo. 
Devido a isso, tornou-se comum o aparecimento de locais em que se 
concentravam máquinas e grupos de operários, organizados para a 
fabricação de grandes quantidades de peças, numa produção muito 
mais rápida e econômica.
� Tempos Modernos (Modern Times)
é um filme de 1936 do cineasta britânico 
Charles Chaplin, que o seu famoso 
personagem "O Vagabundo“ tenta 
sobreviver em meio ao mundo moderno 
e industrializado.
Nesse filme Chaplin quis passar uma 
mensagem social. Ele retrata uma 
sociedade onde máquina tomam o lugar 
dos homens, levando-os à criminalidade 
e à escravidão. 
FATOS HISTÓRICOS
� Com o desenvolvimento das indústrias, foi intensificada a 
utilização de novos materiais e de novos processos na fabricação.
� Os processos de fabricação estão em constante modificação. 
Pode-se esperar que processos do presente mudarão nos anos 
futuros. 
� A fabricação depende dos materiais. Os metais muito 
importantes na fabricação dos dispositivos mecânicos, 
apresentam um bom balanço entre propriedades mecânicas e 
economia, para a maioria das aplicações. 
� Durante o século XX, os plásticos se tornaram complementos 
importantes dos metais, porque eles oferecem resistência à
corrosão, flexibilidade, facilidade de conformação, podem ser
coloridos e são bastante leves.
FATOS HISTÓRICOS
� CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE 
FABRICAÇÃO
Laminação
ForjamentoTrefilação
Dobramento
� Conformação: É um processo de fabricação que modifica um corpo 
sólido por meio de deformação plástica. Pode exibir altas taxas de 
produção, mas requer uso de equipamentos pesados e caros e ferramental 
adequado.
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS METALÚRGICOS DE 
FABRICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS METALÚRGICOS DE 
FABRICAÇÃO
� Moldagem: Consiste na produção de um corpo sólido a partir de um 
metal no estado líquido, de pó granulado ou de pasta. Pode ser utilizada na 
produção de peças complexas, mas pode gerar produtos com porosidades 
e vazios.
� Corte: Consiste em retirar metal de uma superfície por meio de uma 
ferramenta. Permite elevada precisão dimensional, mas a perda de material 
é elevada.
� Junção: Consiste na união de duas ou mais peças. Os pontos de união 
exibem características distintas.
Exemplos alguns exemplos de processos de fabricação
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS METALÚRGICOS DE 
FABRICAÇÃO
CONFORMAÇÃO - LAMINAÇÃO
� Processo no qual modifica-se a geometria/dimensões de um corpo 
metálico pela passagem entre dois cilindros laminadores.
diminuição da seção aumento do comprimento
� As deformações plásticas são provocadas pela pressão dos 
cilindros sobre o material.
CONFORMAÇÃO - FORJAMENTO
� Processo no qual modifica-se a geometria e as dimensões de um corpo 
metálico pela ação de tensões compressivas.
� A ação das matrizes pode ser por meio de golpes (martelos) ou por ação 
contínua (prensas hidráulicas, por exemplo).
Exemplo: girabrequim
CONFORMAÇÃO - FORJAMENTO
Vídeo: Forjamento de 
virabrequim (a quente)
Vídeo: processo de 
forjamento (a quente)
CONFORMAÇÃO - FORJAMENTO
O que há de errado com o que este vídeo 
mostra?
CONFORMAÇÃO - EXTRUSÃO
Processo no qual modifica-se a geometria/dimensões de um corpo 
metálico pela sua passagem por uma matriz (orifício) que lhe confere 
sua forma e dimensões finais.
Força
Exemplo: fabricação de tubos e perfis. 
CONFORMAÇÃO - EXTRUSÃO
Vídeo: Extrusão
CONFORMAÇÃO - TREFILAÇÃO
� Processo em que se obtêm produtos com seções de geometrias diversas 
pela tração desses produtos por uma matriz que define o perfil do trefilado.
Recozimento intermediário 
necessário quando a queda 
de ductilidade associada ao 
aumento da resistência 
provoca a queda de 
conformabilidade.
→ Comumente realizado a frio 
(encruamento)
→ Pequenas reduções de seção por 
passe
→ Excelente qualidade superficial e 
dimensional
Força
Matrizes
CONFORMAÇÃO - TREFILAÇÃO
Vídeo: 
Trefilação de arame
Vídeo: 
Trefilação de tubo
MOLDAGEM - FUNDIÇÃO
� Conformação de metais e ligas a partir do material líquido, vazado 
em moldes apropriados onde ao solidificar, toma a forma do molde.
Exemplo: blocos de motores.
MOLDAGEM - SOPRO
� Processo de fabricação de recipientes de vidro, com auxílio do 
ar. 
Exemplos: fabricação de garrafas 
MOLDAGEM – SINTERIZAÇÃO DE PÓ METÁLICO
� Junção de partículas sólidas por aquecimento em temperatura 
inferior à de fusão do metal. 
Exemplo: bucha de metal
CORTE - TORNEAMENTO
� O torneamento é a operação realizada pelo torno.
� Se denomina torno mecânico uma máquina-ferramenta que 
permite usinar peças com a remoção de material, o material 
removido é chamado cavaco.
� Nessa operação a peça 
gira enquanto uma ou mais 
ferramentas de corte são 
pressionadas de encontro à
superfície da peça, 
removendo material de 
acordo com as condições 
técnicas estabelecidas.
Exemplo: Fabricação de 
eixos
Vídeo: 
Operação de torneamento
CORTE - FRESAGEM
� É um processo de usinagem mecânica, feito por fresadoras e ferramentas 
especiais chamadas fresas.
� A fresagem consiste na retirada do excesso de metal ou sobremetal de 
uma peça, a fim de dar a esta uma forma e acabamento desejados.
� A remoção do sobremetal da peça é feita pela combinação de dois 
movimentos, efetuados ao mesmo tempo. Um dos movimentos é o de 
rotação da ferramenta,a fresa. O outro é o movimento de avanço da mesa, 
onde é fixada a peça a ser usinada.
Exemplo: rasgos de chaveta, 
engrenagens
Vídeo: Fresagem
CORTE - FURAÇÃO
� Tem por objetivo abrir, alargar ou acabar furos em peças. 
� Os furos podem ser produzidos em dimensões que variam desde 
poucos milímetros até vários centímetros de diâmetro.
JUNÇÃO – APARAFUSAMENTO, REBITAGEM, SOLDAGEM
� Os processos de junção tem por objetivo unir duas ou mais peças 
que se encontravam separadas.
� Essa união pode ser feita por:
→ Parafusos (aparafusamento)
→ Rebites (fixador mecânico metálico, semipermanente) 
→ Soldagem (processo que visa a união localizada de materiais, 
similares ou não, de forma permanente).
EXERCÍCIOS
1 – Como podem ser classificados os processos metalúrgicos de 
fabricação? Explique cada um deles.
2 – Cite 2 exemplos dos seguintes processos metalúrgicos de 
fabricação:
a) Conformação
b) Moldagem
c) Corte
d) Junção
� CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE 
FABRICAÇÃO QUANTO À TEMPERATURA DE 
TRABALHO
Laminação
ForjamentoTrefilação
Dobramento
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À TEMPERATURA DE TRABALHO
� Os processos de conformação são comumente classificados em 
operações de trabalho a quente, a morno e a frio.
� O trabalho a quente é definido como a deformação sob condições de 
temperatura e taxa de deformação tais que processos de recuperação e 
recristalização ocorrem simultaneamente com a deformação.
� O trabalho a frio é a deformação realizada sob condições em que os 
processos de recuperação e recristalização não são efetivos. 
� No trabalho a morno ocorre recuperação, ou seja, não se formam 
novos grãos (não há recristalização).
MAS O QUE É RECUPERAÇÃO E RECRISTALIZAÇÃO?
� Recristalização: É a formação de um novo conjunto de grãos livres de 
deformação e que são equiaxiais (isto é, possuem dimensões 
aproximadamente iguais em todas as direções) no interior de um material 
deformado a frio e em seguida recozido. Na recristalização há a restauração 
das propriedades originais do material.
� Recozimento: Um termo genérico usado para indicar um tratamento 
térmico em que a microestrutura e, consequentemente, as propriedades de 
um material são alteradas.
� Temperatura de recristalização: Para uma liga específica, é a 
temperatura mínima em que irá ocorrer uma recristalização completa dentro 
de aproximadamente uma hora.
Trecristalização ~ 0,5 Tfusão
� Recuperação: processo em que ocorre rearranjo e eliminação parcial dos 
defeitos (discordâncias) introduzidos durante a deformação plástica, havendo 
uma restauração parcial das propriedades mecânicas do material aos seus 
valores antes da deformação.
(a) estado encruado (b) recuperado (c) parcialmente recristalizado
(d) totalmente recristalizado (e) crescimento de grão
RECUPERAÇÃO E RECRISTALIZAÇÃO
Lingote fundido por feixe 
eletrônico (estrutura bruta 
de fusão).
Titânio deformado por laminação a 
frio até 70% e recozido a 500oC/45 
min. (Recuperação)
100 µµµµm
Titânio deformado por laminação a 
frio até 70% e recozido a 800oC/45 
min. (Recristalização)
Recristalização: Exemplo - Titânio
Titânio deformado por 
laminação a frio até 70%.
100 µµµµm
Rolo
Rolo
Laminação 
(compressão)
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À TEMPERATURA DE TRABALHO
Exemplos de recristalização do alumínio (Vídeos)
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À TEMPERATURA DE TRABALHO
Exemplos de recristalização do cobre (Vídeo)
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À TEMPERATURA DE TRABALHO
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À TEMPERATURA DE TRABALHO
� Cada um destes trabalhos fornecerá características especiais ao 
material e à peça obtida. Estas características serão função:
→ Da matéria prima utilizada como: composição química e 
estrutura metalúrgica
→ Das condições impostas pelo processo tais como o tipo e 
o grau de deformação, a velocidade de deformação e a 
temperatura em que o material é deformado
� Temperaturas consideradas:
→ Trabalho a Frio Ttrabalho < Trecristalização, (0 – 0,3 Tfusão)
→ Trabalho a Morno Ttrabalho ~ Trecristalização, (0,3 – 0,5 Tfusão)
→ Trabalho a Quente Ttrabalho > Trecristalização, (Acima de 0,5Tfusão)
TRABALHO A FRIO (Ttrabalho < Trecristalização)
� Menores deformação se comparado ao trabalho a 
quente
� Encruamento (endurecimento por deformação plástica)
� Elevada qualidade dimensional e superficial
� Equipamentos e ferramentas mais rígidos
� O trabalho a frio é acompanhado do encruamento do metal, que é
ocasionado pela interação das discordâncias entre si e com outras 
barreiras – tais como contornos de grão – que impedem o seu movimento 
através da rede cristalina
� A deformação plástica produz também um aumento no número de 
discordâncias, as quais, em virtude de sua interação, resultam num 
elevado estado de tensão interna na rede cristalina. 
� Um metal cristalino contém em média 106 a 108 cm de discordâncias por 
cm3, enquanto que um metal severamente encruado apresenta cerca de 
1012 cm de discordâncias por cm3. 
� Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento de resistência e 
dureza e num decréscimo da ductilidade do material. Num ensaio de 
tração, isso se traduz no aumento da tensão de escoamento e do limite de 
resistência, bem como no decréscimo do alongamento total (alongamento 
na fratura).
TRABALHO A FRIO (Ttrabalho < Trecristalização)
TRABALHO A FRIO (Ttrabalho < Trecristalização)
Forjamento a frio de chave de boca
� Grandes deformações
� Baixa qualidade dimensional e superficial
� Normalmente empregado para “desbaste”
� Peças grandes e de formas complexas
� Contração térmica, crescimento de grãos, oxidação
TRABALHO A QUENTE (Ttrabalho > Trecristalização)
TRABALHO A QUENTE (Ttrabalho > Trecristalização)
Material cortado
Exemplo: ponta de eixo 
Primeiro forjamento Forjamento Final Peça sem 
rebarba
� O trabalho a quente é a etapa inicial na conformação mecânica da 
maioria dos metais e ligas. 
� Este trabalho requer menos energia para deformar o metal e 
proporciona maior habilidade para o escoamento plástico sem o 
surgimento de trincas. 
� A estrutura colunar dos grãos grosseiros da peça fundida é quebrada e 
refinada em grãos equiaxiais recristalizados de menor tamanho. 
� A maioria das operações de trabalho a quente é executada em múltiplos 
passes ou estágios. 
TRABALHO A QUENTE (Ttrabalho > Trecristalização)
→ Menor energia requerida para deformar o metal, já que a 
tensão de escoamento decresce com o aumento da temperatura
→ Aumento da capacidade do material se deformar sem se 
romper (ductilidade)
→ Homogeneização química das estruturas brutas de fusão (por 
exemplo, eliminação de segregações) em virtude da rápida 
difusão atômica interna
→ Eliminação e refino da granulação grosseira e colunar do 
material fundido, proporcionado grãos menores, recristalizados e
equiaxiais
TRABALHO A QUENTE (Ttrabalho > Trecristalização)
VANTAGENS DO TRABALHO A QUENTE
→ Necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, 
etc.) e gasto de energia para aquecimento das peças
→ Reações do metal com a atmosfera do forno, levando à perda de 
material por oxidação e outros problemas relacionados (por exemplo, 
no caso dos aços, ocorre também descarbonetação superficial; 
metais reativos como o titânio ficam severamente fragilizados pelo 
oxigênio e tem de ser trabalhados em atmosfera inerte)
→ Desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é difícil
→ Necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa de 
expansão e contração térmicas 
TRABALHO A QUENTE (Ttrabalho > Trecristalização)
DESVANTAGENS DO TRABALHO A QUENTE
� Os processos de deformação a morno objetivam aliar as vantagens das 
conformações a quente e a frio. 
� Dos processos de conformação a morno um dos maisdifundidos e com 
maiores aplicações industriais é o forjamento.
� O trabalho a morno consiste na conformação de peças numa faixa de 
temperaturas onde ocorre o processo de recuperação portanto, o grau de 
endurecimento por deformação é consideravelmente menor do que no 
trabalho a frio.
TRABALHO A MORNO (T trabalho ∼∼∼∼ Trecristalização)
Exemplo: Auto-peças 
forjadas
� Com relação ao trabalho a quente o processo a morno apresenta 
melhor acabamento superficial e precisão dimensional devido à diminuição 
da oxidação e da dilatação-contração do material e da matriz.
� A maior desvantagem da conformação a morno com relação ao 
processo a quente é o aumento do limite de escoamento que ocorre com o 
abaixamento da temperatura de deformação. O aumento da carga de 
conformação implicará na necessidade de se empregar prensas mais 
potentes e ferramentas mais resistentes.
� Em relação ao trabalho a frio o processo a morno apresenta redução 
dos esforços de deformação, o que permite a conformação mais fácil de 
peças com formas complexas, principalmente em materiais com alta 
resistência. A conformação a morno melhora ainda a ductilidade do 
material e elimina a necessidade de recozimentos intermediários que 
consomem muita energia e tempo.
TRABALHO A MORNO (T trabalho ∼∼∼∼ Trecristalização)
EXERCÍCIOS
1 – Quais as temperaturas consideradas em cada um dos seguintes 
tipos de processos metalúrgicos de fabricação?
a) Trabalho a frio
b) Trabalho a quente
C) Trabalho a morno
2 – Cite as principais características do trabalho a frio.
3 - Quais as vantagens e desvantagens do trabalho a quente?
4 – Quais as principais vantagens do trabalho a morno em relação ao 
trabalho a frio? 
� CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE 
FABRICAÇÃO QUANTO À TENSÃO APLICADA
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À TENSÃO APLICADA
� As operações de conformação mecânica são processos de 
trabalho dentro da faixa plástica do metal.
� A conformação mecânica para produção de peças metálicas 
inclui um grande número de processos que, entretanto, em 
função dos tipos de esforços aplicados, podem ser classificados 
em apenas algumas categorias:
→ Processos de compressão direta
→ Processos de compressão indireta
→ Processos de tração
→ Processos de dobramento
→ Processos de cisalhamento
PROCESSOS DE COMPRESSÃO DIRETA
Laminação 
(Exemplo: placas e folhas metálicas)
Cilindro de 
laminação
Cilindro de 
laminação
Peça laminada
Forjamento 
(Exemplo: bielas)
Os processos de trefilação de fios e tubos, extrusão e 
estampagem profunda são processos de compressão indireta, 
porque embora as forças aplicadas sejam frequentemente de 
tração ou compressão, a reação da peça coma matriz produz 
elevadas forças indiretas de compressão.
PROCESSOS DE COMPRESSÃO INDIRETA
Estampagem profunda 
(Exemplo: usada para formar o corpo 
de latas de alumínio para bebidas)
Exemplo do processo de estampagem profunda de latas
PROCESSOS DE COMPRESSÃO INDIRETA
Vídeo: 
Estampagem 
profunda de latas
PROCESSOS DE COMPRESSÃO INDIRETA
Extrusão (compressão) 
(Exemplo: tubos ou perfis de 
alumínio para portas ou janelas)
COMPRESSÃO
Trefilação (tração) 
(Exemplo: fabricação de fios)
COMPRESSÃO
� Nesse processo uma chapa metálica é envolvida em torno do 
contorno de uma matriz, e são aplicados esforços de tração.
PROCESSOS DE TRAÇÃO
PROCESSOS DE TRAÇÃO
� O dobramento envolve a aplicação de momentos de 
dobramento na chapa.
PROCESSO DE DOBRAMENTO
� O cisalhamento envolve a aplicação de esforços de 
cisalhamento que levam à ruptura ou corte do metal.
PROCESSO DE CISALHAMENTO
Quadro resumo de alguns processos de fabricação
Quadro resumo de alguns processos de fabricação
Quadro resumo de alguns processos de fabricação
EXERCÍCIOS
1 – Dê exemplos dos seguintes processos de fabricação 
quanto à tensão aplicada:
a) Processo de compressão direta
b) Processo de compressão indireta
2 – Deseja-se fabricar uma panela de alumínio. Entre os 
processos de fabricação apresentados qual pode ser 
utilizado? Por que?