conformação mecanica Rosi (1)

Prévia do material em texto

Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
FUNDAMENTOS DA 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Laminação
 Forjamento
 Estampagem
 Trefilação
 Extrusão
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
Os metais tem facilidades de ser conformados em forma úteis: Tubos, barras, chapas,....
Estas formas podem ser obtidas de duas maneiras:
a) Processos de deformação plástica – Volume e a massa são conservados.
b) Processos de remoção – usinagem – Retira-se material para obter a forma desejada.
Nos processos de conformação mecânica o controle das propriedades tem importância 
idêntica á criação das formas úteis.
Bolhas e porosidades podem ser eliminados por processos de forjamento e laminação a 
quente.
As propriedades mecânicas dependem do controle do encruamento que pode ser obtido pelo 
controle do grau de deformação, temperatura e taxa de deformação.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
A classificação pode ser baseada pelo tipo de esforço aplicado ao material a medida que se 
dá forma desejada.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
Na compressão direta: A Força é aplicada na superfície do material e este escoa 
perpendicularmente (Ex. Forjamento e Laminação).
Na compressão indireta: A Força aplicada é trativa/compressivas, porém cria-se
forças compressivas em contato com a matriz, promovendo escoamento do
material com ação de um estado de forças combinadas (Ex. Estiramento, extrusão,
trefilação, embutimento)
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
Processos Primários: São processos para reduzir lingotes e tarugos numa forma 
simples (Ex. chapas grossas, chapas finas e barras).
Processos Secundários: São processos para dar a forma acabada final (Ex. 
laminação de chapas finas, trefilação de arames e tubos).
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
O processo de conformação pode ser melhor compreendido conforme um sistema 
completo (figura exemplifica).
Zona de deformação está relacionada:
- Distribuições de tensões;
- Deformação;
- Velocidade das partículas;
- Material em contato com a matriz;
- Atrito material x matriz;
- Transferência de calor.
- Desgaste da matriz;
- Acabamento superficial do produto
As forças/tensões aplicadas devem
levar ao escoamento, mas não devem
causar fratura.
As tensões de escoamento são dependentes:
- Deformação do material;
- Taxa de deformação;
- Temperatura.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
MECÂNICA DA CONFORMAÇÃO METÁLICA
A análise das tensões é uma área ativa da plasticidade no processo de
conformação e é complexa, utilizando-se de hipóteses simplificadoras para
soluções tratáveis.
Os estudos analíticos consiste na determinação de forças para deformação de
uma dada geometria, também utilizados para projetar ou selecionar
equipamentos.
Praticamente todas as análises consideram o material isotrópico e homogêneo.
Prediz as condições de atrito e a deformação limite para evitar fraturas.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
TEORIA DA PLÁSTICIDADE
Estuda o comportamento dos materiais a níveis de deformações em que já não
existe a lei de Hook.
A deformação plástica não é um processo reversível e não há uma constante
entre a tensão e deformação.
Outro aspecto da plasticidade é a compreensão dos mecanismos de
deformação plástica que são:
- As imperfeições dos sólidos cristalinos;
- Efeitos das variáveis metalúrgicas;
- Estruturas cristalinas;
- Imperfeições da rede cristalina.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CURVA TENSÃO – DEFORMAÇÃO VERDADEIRA
A
AA
L
L
L
LL
A
F
f
f







 
Lei de Hooke E E

   
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CURVA TENSÃO – DEFORMAÇÃO VERDADEIRA
Efeito do teor de carbono Efeito do deformação
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Porque as propriedades dos metais podem ser mudadas extensivamente por 
conformação mecânica sem que haja uma mudança na composição química.?
Resposta: Pela capacidade de deslizamento dos planos cristalinos e da existência de discordância
na rede cristalina dos metais
Tipos de Ligas Metálicas
Efeito da Temperatura de Trabalho
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
A cinética da recristalização é bem diferente, 
pois ocorre por processos de nucleação e 
crescimento
A recuperação inicia no começo
do ciclo de recozimento, liberando
inicial energia. Não muda a
estrutura, mas, forma subgrãos
com pequena defasagem de
orientação cristalográfica.
Porque a deformação plástica ocorre em tensões 
que são muito menores que a resistência teórica 
dos cristais perfeitos?
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Mecanismo de Deformação Plástica
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Na Deformação Plástica a Tensão para promover o deslizamento dos planos
cristalinos (deformação) é menor do que para romper todas as ligações atômicas
nos planos de escorregamento.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
E relacionados com a teoria das discordâncias.
Aspectos relacionados com a estrutura cristalina dos metais;
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Quando a Tensão Externa (força aplicada) atingir o limite de escoamento (LE) ou 
seja no inicio de deformação plástica, dois mecanismos podem acontecer:
b) Maclação 
a) Escorregamento 
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Assim uma discordância com vetor de Burgers igual à distância entre os átomos numa
direção compactapossui menor energia de deformação do que as discordâncias com
vetor de Burgues não compacta.
A energia de deformação de uma discordância com vetor de Burgers (c) é o
dobro da energia de uma discordância com vetor de Burgers (a), isto é:
c2 = 1,4142 a2
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Quando a tensão devido ao empilhamento de discordância incluindo também
as tensões aplicada ultrapassar um valor critico.
G
d
Gb
A
F
a
a
1,0
2
ou coscos





DK
Gbn
a 
 4
O rompido do obstáculo pode ser por:
a) Deslizamento num novo plano;
b) Escalagem de disc. contornando o obstáculo;
c) Altas tensões para produzir trincas no obstáculo.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
FORJAMENTO
Processo que modifica a geometria, as dimensões e as propriedades mecânicas de um
corpo metálico, pela ação de tensões compressivas diretas, de modo a assumir o
contorno ou perfil da ferramenta de trabalho.
Aplicação de golpes (Força):
a) Rápida e repetida  Martelos de queda livre ou acionados.
b) Lenta de intenso esforço compressivo  Prensas hidráulicas, excêntricas e de
parafuso.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS PRODUTOS FORJADOS:
a) São bastante anisotrópicos.
b) Durante o trabalho a quente há
alongamento das regiões de segregação
e impurezas, as quais são orientadas na
direção do fluxo plástico.
c) Consegue-se significativa melhoria na
ductilidade, tenacidade e resistência à
fadiga, principalmente na direção das
linhas de fluxo.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS PRODUTOS FORJADOS:
b) Durante o trabalho a quente há alongamento das regiões de segregação
e impurezas, as quais são orientadas na direção do fluxo plástico.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS PRODUTOS FORJADOS:
c) Consegue-se significativa melhoria nas propriedades mecânicas,
principalmente na direção das linhas de fluxo.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Os mais utilizados são:
1. Aços (comuns e ligados, aços estruturais, aços para cementação e para 
beneficiamento, aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos, aços ferramenta), 
2. Ligas de alumínio, 
3. Ligas de cobre (especialmente os latões), 
4. Ligas de magnésio, 
5. Ligas de níquel (inclusive as chamadas superligas, ex. Inconel, etc., empregadas 
principalmente na indústria aeroespacial) 
6. Ligas de titânio.
Matéria Prima para Forjamento
Todos os materiais conformáveis podem ser forjados. 
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Característica de Produto Forjado
 Mais resistentes: Possibilidade de redução das dimensões de uma peça de máquina.
Possuem microestrutura mais refinada;
Mais confiáveis (menos defeitos);
Mais baratos para grandes lotes;
Suas plantas de produção são mais adaptáveis a diferentes produtos;
Forjamento a quente –2,50 mm a 1,25 mm;
Forjamento a Frio – 0,1 mm
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
 Os materiais mais utilizados para matrizes de forjamento são os
aços liga e metal duro;
 Para metais não ferrosos leves emprega-se aço (Cr-Ni) e
(Cr-Ni-Mo);
 Para a conformação do aço, os aços ligados ao tungstênio são
os mais utilizados devido a sua elevada resistência a quente.
MATRIZES PARA FORJAMENTO
 Quando se deseja matrizes com maior dureza e maior resistência a compressão, pode se
utilizar o metal duro (carboneto de tungstênio sinterizado com cobalto). Essas matrizes são
confeccionadas pelo processo de metalurgia do pó.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Tipo de forjamento Temperatura 0C
Frio < 0,3 Tf
Morno (0,3 – 0,5) Tf
Quente * > 0,6 Tf
A maioria das operações de forjamento são executadas a quente; entretanto, uma
grande variedade de peças pequenas, tais como: parafusos, pinos, porcas, engrenagens,
pinhões, etc., são produzidas por forjamento a frio.
Combina:
- vantagens do forjamento a quente (alto grau
de conformação)
- com as do forjamento a frio (bom
acabamento superficial)
CLASSIFICAÇÃO DO PROCESSO CONFORMAÇÃO MECÂNICA EM FUNÇÃO DA 
TEMPERATURA
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Subdivide-se em duas categorias:
Forjamento livre ou em matriz aberta, e
Forjamento em matriz fechada (conhecido apenas como forjamento em matriz).
CLASSIFICAÇÃO DO PROCESSO EM FUNÇÃO DO GRAU DE 
RESTRIÇÃO DO FLUXO
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
FORJAMENTO LIVRE OU EM MATRIZ ABERTA
Operações básicas do forjamento livre são: recalque, estiramento e
expansão/alargamento
Desbaste utilizando matrizes com superfícies convexas, côncavas e planas
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
No forjamento em matriz FECHADA o material é deformado entre duas metades de 
matrizes, que fornecem a forma desejada a peça, com tolerâncias dimensionais mais 
estreitas. 
É necessário um grande volume de produção de peças para justificar as matrizes de 
elevado custo. 
FORJAMENTO EM MATRIZ FECHADA
Utilizar material em quantidade suficiente de modo que a cavidade da matriz seja 
completamente preenchida, costuma-se trabalhar com um ligeiro excesso (rebarba). 
Ao final do processo de forjamento, o excesso de material sai da cavidade da matriz para 
a chamada "bacia de rebarba", sendo que a ultima operação de forjamento em matriz é
a remoção dessa rebarba.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Remoção das tensões internas induzidas durante o forjamento e durante o resfriamento do 
produto forjado.
Tratamento Térmico usado: 
Recozimento e Normalização
TRATAMENTOS TÉRMICOS DE PRODUTOS FORJADOS
Homogenização da estrutura da 
peça forjada;
Melhoria da usinabilidade e de 
suas propriedades mecânicas.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
MÁQUINAS DE FORJAMENTO: TIPOS E DIFERENÇAS
Martelo Prensas de Forjamento
A força é provocada pelo peso cadente, ou martelo. A força é promovida de forma progressiva.
Deformação provocada pelos golpes rápidos e 
sucessivos por meio de uma massa de 200 a 3.000kg 
que cai de uma certa altura que varia entre 1 e 3,5 m. 
A deformação é provocada pela baixa velocidade
da ferramenta. As cargas aplicadas variam entre 
100 e 8.000 toneladas
Tipos:
Martelo de queda livre;
Martelo de dupla ação
Martelo de Contra golpe.
Tipos:
Prensas hidráulicas
Prensas mecânicas (excentricas e de fricção)
Prensas recalcadoras
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
A) Falta de redução: Penetração incompleta do metalna cavidade da ferramenta. Isso altera
o formato da peça e acontece quando são usados golpes rápidos do martelo.
B) Trincas superficiais: Causadas por trabalho excessivo na periferia da peça em
temperatura baixa, ou por alguma fragilidade a quente.
C) Trincas nas rebarbas: Causadas pela presença de impurezas nos metais ou porque as
rebarbas são pequenas. Elas se iniciam nas rebarbas e podem penetrar na peça durante
a operação de rebarbação.
E) Descarbonetação: caracteriza-se pela perda de carbono na superfície do aço, causada
pelo aquecimento do metal.
D) Incrustações de óxidos: causadas pela camada de óxidos que se formam durante o
aquecimento. Essas incrustações normalmente se desprendem mas, ocasionalmente,
podem ficar presas nas peças.
DEFEITOS NOS PRODUTOS FORJADOS
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
LAMINAÇÃO
Processo de deformação plástica que modifica a geometria/dimensões de um
corpo metálico pela passagem entre dois cilindros laminadores.
É o processo mais usado na conformação de metais, pela sua alta capacidade de
produção e pelo ótimo controle dimensional do produto final.
DIMINUIÇÃO DA SEÇÃO  AUMENTO DO COMPRIMENTO
As deformações plásticas
são provocadas pela
pressão exercida pelos
cilindros sobre o material
ARRASTE PELO ATRITO
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
FLUXOGRAMA - LAMINAÇÃO A QUENTE
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
FLUXOGRAMA - LAMINAÇÃO A FRIO
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
PRODUTOS LAMINADOS
A norma ABNT TB-20, classifica e define as chapas conforme as suas dimensões
principais (espessura e largura).
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
• preparação, “desbaste”
• grandes deformações
• grandes dimensões
• geometrias complexas
• produtos semi-acabados
• Matéria-prima: lingotes fundidos, 
placas e tarugos lingotados, laminados
LAMINAÇÃO A QUENTE
LAMINAÇÃO A FRIO
• operações de acabamento
• pequenas deformações
• superfícies regulares
• produtos acabados
• Matéria-prima: chapas e barras
laminadas a quente
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
OS CILINDROS DE LAMINAÇÃO
As principais características que definem a 
qualidade de um cilindro de laminação são as 
seguintes:
1. dureza;
2. resistência ao desgaste da mesa;
3. resistência à ruptura por ocasião de uma 
eventual sobrecarga;
4. baixa sensibilidade à formação de trincas 
térmicas;
5. boa superfície.
Quanto menor o
diâmetro dos cilindros
menor será: Atrito com o
metal; a potência e a
rigidez dos cilindros.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
CLASSIFICAÇÃO DE LAMINADORES DE ACORDO COM O TIPO DE CADEIRA
O conjunto formado pelos cilindros de laminação, com seus mancais, montantes,
suportes, etc., é chamado de cadeira de laminação.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Defeitos em produtos laminados:
• desvios de forma;
• trincas, fissuras, cascas, carepas (defeitos superficiais);
• trincas, escamas (defeitos internos).
• Trincas, fissuras 
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
TREFILAÇÃO
CONCEITO:
O processo de trefilação corresponde a passagem do
metal numa matriz por meio de força trativa aplicadas na
saída da matriz, com geometria de abertura do orifício que
específica o produto.
Geralmente o material de entrada tem geometria
circular simétrica, mas não é absolutamente
requerido.
O produto das reduções sucessivas de um tarugo
cilíndrico em uma barra, vareta, fio, ou arames
depende do diâmetro final.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
MÁQUINAS DE TREFILAR
Contém um sistema de tração do fio para conduzi-lo num furo da fieira, constituído de 
anel tirante que primeiro acumula o fio para depois permitir movimento para a segunda 
fieira.
• Para arames, o anel tirante (cone) é acumulador do produto trefilado;
• Máquinas contínuas, com passes em linha.
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
Para tubos e barras de comprimento limitado
• Tração é efetuada por cabeçote móvel. 
Bitolas de Produtos 
Comuns de Trefilação
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
EXTRUSÃO
O tarugo é colocado numa câmara e é forçado por um pistão (Êmbolo) a passar 
pelo orifício da matriz fincando no formato do orifício da matriz, sendo esta fixa.
Configurações Típicas de matriz de extrusão
Disciplina: Conformação Mecânica Prof.: Dr. Orlando Preti 
EXTRUSÃO
DEFEITOS Podem resultar:
- Defeitos na matéria-prima (fissuras, lascas, vazios, inclusões);
- Do processo de deformação.
Exemplo de defeito: Trincas internas em ponta de flecha ("chevrons").