ENGENHARIA de PRODUÇÃO PROCESSOS de FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc (Faltando Cap 6 de Forjamento)

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UUNIVNIVERSERSIDADE DIDADE DO O ESESTADTADO O DDO O RIO RIO DDE E JJ AANEIRONEIRO
EsEsttrada Resenrada Resende de RiachuRiachuelo elo s/s/n. - Morada da Colinan. - Morada da Colina
ReResensende de ——RJ RJ - - CCEP: 27EP: 27.523-.523-000000
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Terça-feira, 15 de Março de 2005Terça-feira, 15 de Março de 2005
ENGENHARIA DE PRODUÇÃOENGENHARIA DE PRODUÇÃO
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IVPROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV
 Al Aleexxaannddre re AlAlvvaarerennga ga PaPallmmeeiraira, , MMSScc
Entende-se por processo de fabricação todo e qualquer processo que dá forma aosEntende-se por processo de fabricação todo e qualquer processo que dá forma aos
mais diversos tipos de materiais de conmais diversos tipos de materiais de construção mecânica. strução mecânica. Podendo esta forma refletir umPodendo esta forma refletir um
 produto acabado ou não, podendo ser  produto acabado ou não, podendo ser obtido através de um obtido através de um único processo ou operação deúnico processo ou operação de
fabricação. fabricação. Sendo assim a fabricação de um produto, de uma forma genérica, enSendo assim a fabricação de um produto, de uma forma genérica, englobam osglobam os
 processos  processos de:de: processos de conformação mecânicaprocessos de conformação mecânica  alteram a geometria do material  alteram a geometria do material
através de forças aplicadas por ferramentas adequadas. através de forças aplicadas por ferramentas adequadas. Onde a obtenção das peças ocorreOnde a obtenção das peças ocorre
no estado sólido, com características controladas, em corpos metálicos que mantêm o seuno estado sólido, com características controladas, em corpos metálicos que mantêm o seu
volume constante. Dentre os objetivos estão a obtenção de produtos finais comvolume constante. Dentre os objetivos estão a obtenção de produtos finais com
especificação especificação de: de: dimensão e dimensão e forma, propriedaforma, propriedades mecâdes mecânicas e nicas e condições scondições superficiais. uperficiais. AA
metalurgia do pómetalurgia do pó é a técnica metalúrgica que consiste em transformar pós de metais, de é a técnica metalúrgica que consiste em transformar pós de metais, de
ligas metálicas e substâncias não-metálicas, em peças ligas metálicas e substâncias não-metálicas, em peças resistentes, sem ocorrer a resistentes, sem ocorrer a fusão, masfusão, mas
apenas pelo emprego de presapenas pelo emprego de pressão e calor (sinterização). são e calor (sinterização). OO processo de fundiçãoprocesso de fundição consiste consiste
em vazar metal líquido num molde contendo uma cavidade na geometria desejada para aem vazar metal líquido num molde contendo uma cavidade na geometria desejada para a
 peça  peça final, final, eles eles podem podem ser ser classificados classificados pelo pelo tipo tipo de de molde molde e e modelo modelo e/ou e/ou pela pela força força ouou
 pressão usada par preencher o molde com o metal líquido.  pressão usada par preencher o molde com o metal líquido. OO processo deprocesso de soldagemsoldagem como como
operação visa a união de duas ou mais peças , assegurando na junta, a continuidade dasoperação visa a união de duas ou mais peças , assegurando na junta, a continuidade das
 propriedades  propriedades físicas físicas e e químicas. químicas. O O termo termo continuidade continuidade significa significa que que as as propriedades propriedades nasnas
 juntas  juntas devem devem ser ser constantes constantes ou ou variáveis variáveis continuamente, continuamente, isto isto é, é, sem sem saltos. saltos. OsOs
tratamentos de superfícietratamentos de superfície  abrangem a alteração da superfície através de transformação abrangem a alteração da superfície através de transformação
química ou aplicação de revestimentos, inclusive eliminação de camadas nãoquímica ou aplicação de revestimentos, inclusive eliminação de camadas não
desejadas. Os métodos utilizados usam recursos químicos, mecânicos, e elétricosdesejadas. Os métodos utilizados usam recursos químicos, mecânicos, e elétricos
separados ou em separados ou em combinações. combinações. E oE o processo de usinagemprocesso de usinagem uma quantidade de material é uma quantidade de material é
removido com auxílio de uma ferramenta de corte produzindo o cavaco, obtendo-se assimremovido com auxílio de uma ferramenta de corte produzindo o cavaco, obtendo-se assim
uma peça com formas e dimensuma peça com formas e dimensões desejadas. ões desejadas. As principais operações de usinAs principais operações de usinagem podemagem podem
ser classificadas em: torneamento, aplainamento, fresamento, furação, brochamento eser classificadas em: torneamento, aplainamento, fresamento, furação, brochamento e
retificação.retificação.
Palavras chaves:Palavras chaves: Fabricação, Fabricação, Processos Processos e Materiais.e Materiais.
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IV.2.1 IV.2.1 QQuuanantto o à à MeMecâncânica ica de de IntInteerraçãaçãoo............................................................................................................................................................................1166
IV.2.2 IV.2.2 QQuuanantto o ao ao MeMeio io GGeerradadoor de r de CaCalolor (r (EEnneerrgigia a De De SSooldlda)a)............................................................................................1166
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CarrCarroceocerria do Sia do Sububararu Imu Impreza.preza.....................................................................................................................................................................................3....3
CClaslasssifificação icação dodos s pproduroduttos os de conde confformormação plásação plástticaica..............................................................................................77
Peças Peças obobttidas idas pepelo do lo do processprocesso de o de mmetetalurgia do palurgia do pó.........................ó.....................................................................88
EtEtapas do papas do prroceocesssso de o de mmetetaluralurgia do gia do pópó............................................................................................................................................88
MotMotor boxor boxer do Ser do Sububararu u ImImpreza 2.0 preza 2.0 WWRX RX TuTurrbobo.................................................................................................................1.....111
Válvula Kennedy ULFM-AWWA............................................................................................11Válvula Kennedy ULFM-AWWA............................................................................................11
ReRepresenpresenttação do ação do PrProceocesssso de o de LingoLingottamameentnto Co Cononttínuo ínuo - - SSMSMS......................................................1122
SSararcófcófago ago em em OOuro uro de de TuTuttâncamâncamonon..............................................................................................................................................................1122
PrPrótóteesses mes metetáliálicas —cas —arartticulações de iculações de joelhojoelhoss........................................................................................................................1122
SSoldageoldagem mm manuanual al ao ao ararco co eléeléttrrico.ico.....................................................................................................................................................1............177
SSoldageoldagem por m por ffeeixe eletixe eletrrônônico.ico.....................................................................................................................................................................................1188
PrProceocesssso o de de dedecapagcapageemm........................................................................................................................................................................................................1199
CinCinzeiro de alumzeiro de alumínio fínio funundido com dido com partpartees s crcromomadasadas..............................................................................................2222
Linha de GalvLinha de Galvanização por Ianização por Immersersão a Queão a Quentnte —e —GalGalvvaSaSudud....................................................................2222
 T Toornrno o mmeeccâânniiccoo.......................................................................................................................................................................................................................................2.233
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CClaslasssifificação doicação dos s PrProceocessssos de Cos de Cononfformormação Meação Mecâncânica.ica.................................................................................66
CoCommparação enparação enttrre e os pros proceocessssos de fundos de fundiçãoição..........................................................................................................................1144
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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV
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Entende-se por processo de fabricação todo e qualquer processo que dá forma aos
mais diversos tipos de materiais de construção mecânica. Podendo esta forma refletir um
 produto acabado ou não, e a mesma pode ser obtida através de uma único processo ou
operação de fabricação, como o corte, por exemplo, ou até mesmo pela composição de
vários processos ou operações de fabricação, como por exemplo a confecção de um tubo
com costura.
Os processos de conformação podem ser divididos em dois grupos: processos
mecânicos e processos metalúrgicos. Os processos mecânicos, também conhecidos como
processos de conformação mecânica, são constituídos pelos processos de conformação
 plástica, onde as tensões aplicadas geralmente são inferiores as tensões de resistência a
ruptura do material, e pelos processos de conformação por usinagem, onde as tensões
aplicadas são superiores ao limite mencionado, sendo a forma final obtida por retirada de
material. Já os processos metalúrgicos subdividem-se em conformação por solidificação,
onde a temperatura adotada é superior ao ponto de fusão do metal e a forma final é obtida
 pela transformação líquido-sólido, e conformação por sinterização, em que a temperatura
de processamento é inferior ao ponto de fusão do metal (metalurgia do pó).
Sendo assim a fabricação de um produto acabado ou não, de uma forma bastante
genérica, englobam os seguintes processos:
1. Conformação Mecânica
2. Fundição
3. Soldagem
4. Tratamentos Superficiais
5. Usinagem
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A Conformação Mecânica é o nome genérico dos processos em que se aplica uma
força externa sobre a matéria-prima, obrigando-a a adquirir a forma desejada por
deformação plástica. O volume e a massa do metal (matéria prima) se conservam nestes
 processos.
É importante salientar que os processos de conformação plástica são responsáveis
 por mais de 80% dos produtos metálicos produzidos, em sua totalidade ou um ou mais
estágios da fabricação.
Os processos de conformação mecânica têm sua origem na pré-história. Antes de
4000 AC os homens das cavernas empregavam ouro e cobre nativos e meteoritos ricos em
ferro, sem fundi-los, para a confecção de pequenos artefatos metálicos. Estes metais eram
martelados para adquirirem a forma desejada e endurecerem (encruarem). Deste tempo até
a atualidade os processos de conformação mecânica evoluíram muito e estão presentes em
 praticamente tudo que utilizamos. Atualmente, são fabricados desde pequenas peças como
agulhas e pregos até navios, onde as chapas utilizadas são feitas por conformação
mecânica.
Os processos de conformação mecânica alteram a geometria do material através de
forças aplicadas por ferramentas adequadas que podem variar desde pequenas matrizes até
grandes cilindros, como os empregados na laminação. Onde a obtenção das peças ocorre
no estado sólido, com características controladas, em corpos metálicos que mantêm o seu
volume constante. Dentre os objetivos desses processos são a obtenção de produtos finais
com especificação de:
dimensão e forma;
condições superficiais;
conciliando a qualidade com elevadas velocidades de produção e baixos custos de
fabricação.
 propriedades mecânicas;
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Os processos de conformação plástica podem ser classificados, de acordo com oOs processos de conformação plástica podem ser classificados, de acordo com o
tipo de esforço tipo de esforço predominante em:predominante em:
 processos de c processos de conformação por traçãonformação por tração;o;
Em relação à temperatura de trabalho, os processos de conformação podem serEm relação à temperatura de trabalho, os processos de conformação podem ser
classificados em processos com trabalho mecânico a frio, com trabalho mecânico a mornoclassificados em processos com trabalho mecânico a frio, com trabalho mecânico a morno
e com trabalho mecânico a quente. Quando a temperatura de trabalho é maior que ae com trabalho mecânico a quente. Quando a temperatura de trabalho é maior que a
temperatura que provoca a recristalização do metal, o processo é designado como detemperatura que provoca a recristalização do metal, o processo é designado como de
trabalho a quente e, abaixo dessa temperatura, é designado como de trabalho a frio. Notrabalho a quente e, abaixo dessa temperatura, é designado como de trabalho a frio. No
trabalho a morno ocorre recuperação, mas não se formam novos grãos (não hátrabalho a morno ocorre recuperação, mas não se formam novos grãos (não há
recristalização)recristalização)
 No  No trabalho trabalho mecânico mecânico a a frio, frio, provoca-se provoca-se o o aparecimento aparecimento no no metal metal do do chamadochamado
efeito de encruamento, ou seja, o aumento da resistência mecânica com a deformaçãoefeito de encruamento, ou seja, o aumento da resistência mecânica com a deformação
 plástica.  plástica. O O trabalho trabalho mecânico mecânico a a frio frio permite permite aumentar aumentar a a resistência resistência mecânica mecânica de de certoscertos
metais não-ferrosos que não são metais não-ferrosos que não são endurecíveis por tratamentos térmicos.endurecíveis por tratamentos térmicos.
Já no trabalho a morno ocorre uma recuperação parcial da ductilidade do material eJá no trabalho a morno ocorre uma recuperação parcial da ductilidade do material e
a tensão de conformação situa-se numa faixa intermediária entre o trabalho a frio e aa tensão de conformação situa-se numa faixa intermediária entre o trabalho a frio e a
quente.quente.
Porém, no trabalho mecânico a quente, a deformação plástica é realizada numaPorém, no trabalho mecânico a quente, a deformação plástica é realizada numa
faixa de temperatura, e durante um determinado tempo, em que o encruamento é eliminadofaixa de temperatura, e durante um determinado tempo, em que o encruamento é eliminado
 pela recristalização  pela recristalização do metal. do metal. Ou seja, Ou seja, o tro trabalho a abalho a quente é quente é definido como definido como a deformaçãoa deformação
sob condições de temperatura e taxa de deformação tais que processos de recuperação esob condições de temperatura e taxa de deformação tais que processos de recuperação e
recristalização ocorrem simultaneamente com a recristalização ocorrem simultaneamente com a deformação.deformação.
processos de c processos de conformação por coonformação por compressão direta;mpressão direta;
 processos de c processos de conformação por coonformação por compressão indireta;mpressão indireta;
 processos de c processos de conformação por cisaonformação por cisalhamento;lhamento;
 processos de  processos de conformação por flexconformação por flexão.ão.
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Existem também outros métodos, cujos empregos, no entanto, são menosExistem também outros métodos, cujos empregos, no entanto, são menos
comuns. comuns. Um deles é a classificação de acUm deles é a classificação de acordo com a forma do mordo com a forma do metal trabalhado, como petal trabalhado, como poror
exemplo os processos de conformação de chapas (laminação, estampagem, dobramento,exemplo os processos de conformação de chapas (laminação, estampagem, dobramento,
etc.) e de tubos e fietc.) e de tubos e fios (trefiação, extrusão, etc.).os (trefiação, extrusão, etc.).
Pode-se também classificar os processos de acordo com o tamanho da regiãoPode-se também classificar os processos de acordo com o tamanho da região
deformada em: deformada em: processos com região de deformprocessos com região de deformação localizada, que incluem a laminaçação localizada, que incluem a laminação,ão,
a trefilação e a extrusão, e processos com região de deformação generalizada, como pora trefilação e a extrusão, e processos com região de deformação generalizada, como por
exemplo os processos de estampagem profunda e o forjamento.exemplo os processos de estampagem profunda e o forjamento.
De acordo com o tipo De acordo com o tipo de fluxo de deformação do metal, podem ser de fluxo de deformação do metal, podem ser classificados emclassificados em
 processos  processos de de fluxo fluxo contínuos contínuos ou ou quasi-estacionários quasi-estacionários (com (com movimento movimento constante) constante) ee
 processos  processos de de fluxo fluxo intermitente. intermitente. Como Como exemplos exemplos do do primeiro primeiro tipo, tipo, pode-se pode-se citar citar osos
 processos  processos de de laminação, laminação, trefilação trefilação e e extrusão extrusão a a quente. quente. Os Os processos processos de de extrusão extrusão a a frio,frio,
estampagem e forjamento são exemplos de processos com fluxo intermitente.estampagem e forjamento são exemplos de processos com fluxo intermitente.
Os processos de conformação podem ainda ser separados em duas categorias deOs processos de conformação podem ainda ser separados em duas categorias de
acordo com o produto obtido: processos de conformação primária, através dos quais seacordo com o produto obtido: processos de conformação primária, através dos quais se
obtém produtos semi-acabados e processos de conformação secundários, através dos quaisobtém produtos semi-acabados e processos de conformação secundários, através dos quais
se obtém produtos se obtém produtos acabados.acabados.
AA Tabela 1- 1Tabela 1- 1 e ae a Figura 1- 2,Figura 1- 2, a seguir, apresentam um resumo da classificação dos a seguir, apresentam um resumo da classificação dos
 processos de co processos de conformação plástica.nformação plástica.
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Tabela 1- 1:Tabela 1- 1: Classificação dos Processos de Conformação Mecânica.Classificação dos Processos de Conformação Mecânica.
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Figura 1- 2:Figura 1- 2: Classificação dos Classificação dos produtos de produtos de conformação pconformação plásticalástica
Técnica consagrada na indústria automotiva e de eletrodomésticos, apresenta-seTécnica consagrada na indústria automotiva e de eletrodomésticos, apresenta-se
como a melhor solução na produção de peças em larga escala, a um baixo custo, com umacomo a melhor solução na produção de peças em larga escala, a um baixo custo, com uma
grande pgrande precisão dimrecisão dimensional. ensional. NaNa Figura 1- 3Figura 1- 3 são mostradas algumas peças obtidas pelo dosão mostradas algumas peças obtidas pelo do
 processo de me processo de metalurgia do pó.talurgia do pó.
Também conhecida por sinterização, consiste na compactação de pó metálico emTambém conhecida por sinterização, consiste na compactação de pó metálico em
um ferramental com a dimensão e o formato da peça final. A composição química doum ferramental com a dimensão e o formato da peça final. A composição química do
material é preparada de acordo com a necessidade do cliente.material é preparada de acordo com a necessidade do cliente.
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Figura 1- 3:Figura 1- 3: Peças obtidas pPeças obtidas pelo do processo elo do processo de metalurgia do pó.de metalurgia do pó.
A peça pode passar posteriormente por A peça pode passar posteriormente por processos de tratamento térmico, tratamentoprocessos de tratamento térmico, tratamento
superficial (zincagem, níquelação, pintura, ferroxidação), jateamento, tamboreamento,superficial (zincagem, níquelação, pintura, ferroxidação), jateamento, tamboreamento,
usinagem e retífica. As etapas deste processo são representadas esquematicamente nausinagem e retífica. As etapas deste processo são representadas esquematicamente na
Figura 1- 4.Figura 1- 4.
Figura 1- 4:Figura 1- 4: Etapas do Etapas do processo de processo de metalurgia do pmetalurgia do pó.ó.
Por ser um processo que requer uma baixa energia de transformação e também porPor ser um processo que requer uma baixa energia de transformação e também por
ter um aproveitamento de matéria prima superior a 99%, o sinterizado é tambémter um aproveitamento de matéria prima superior a 99%, o sinterizado é também
economicamente vantajoso frente a outros processos como usinagem, microfusão eeconomicamente vantajoso frente a outros processos como usinagem, microfusão e
fundição.fundição.
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O processo de conformação por fundição consiste em vazar (despejar) metal líquido
num molde contendo uma cavidade na geometria desejada para a peça final. Os processos
 podem ser classificados pelo tipo de molde e modelo e/ou pela força ou pressão usada par
 preencher o molde com o metal líquido. O processo de fundição permite obter, de modo
econômico, peças de geometria complexa, sua principal vantagem em relação a outros
 processos
Modelo: É a ferramenta indispensável para a execução de uma encomenda, toda vez que
for prevista a produção dos moldes na própria oficina de fundição. É ele quem
imprime, no molde a forma e as características da peça metálica a ser fundida.
Molde: É a forma onde se irá vazar o metal líquido, que ao se solidificar tomará as formas
e características do molde (que será igual ao modelo).
Fundição:  É o processo que consiste em se obter peças, acabadas ou não, pelo
 preenchimento de um molde por um metal líquido.
1. Desenho da Peça;
2. Projeto do Modelo;
3. Confecção do Modelo (modelagem);
4. Confecção do Molde (molde);
5. Fusão do Metal;
6. Vazamento no Molde;
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7. Desmoldagem, Limpeza e Rebarbação
8. Controle de Qualidade.
− Vantagem econômica – em geral baixo custo;
− Peças obtidas com diversas formos, simples ou complexas, satisfazendo as exigências
de produção e reduzindo ao mínimo o número de operações subseqüentes de
acabamento;
− Peças de diversos tamanhos;
− Possibilidade de se reproduzir uma grande quantidade de peças (produção seriada);
− Peças com padrões variados
de tolerância e acabamento;
− Peças com propriedades mecânicas mais homogêneas.
OBS.: O processo de fundição proporciona o caminho mais curto entre a matéria prima e
a peça acabada.
− Limitada quanto ao grau de acabamento;
− Peças com menores limites de resistência mecânica quando comparadas com peças
obtidas por outros processos de fabricação;
−  Necessidade de sempre se possuir um molde;
− Grande dimensão dos equipamentos utilizados (equipamentos de grande porte).
A fundição na maior parte das vezes é o primeiro passo nas etapas de fabricação de
uma peça qualquer, sendo assim ela é amplamente utilizada na fabricação dos mais
diversos produtos, tais como:
− Industria automobilística: Blocos e pistões de motores; Carburadores; Carcaças de
 bombas; Tambores de freio; Caixas de engrenagens.
Conforme pode ser observado na Figura 1- 5, a seguir.
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Figura 1- 5: Motor boxer do Subaru Impreza 2.0 WRX Turbo.
− Industria de construção civil:  Tampas de bueiros; Corpos de válvulas; Grades;
Fabricação de tubos e conexões. Como exemplo
temos a Figura 1- 6, a seguir.
Figura 1- 6: Válvula Kennedy ULFM-AWWA.
− Industria siderúrgica:  Fabricação de lingotes contínuos (tarugos, tiras e chapas);
Fabricação de lingotes convencionais (Figura 1- 7).
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Figura 1- 7: Representação do Processo de Lingotamento Contínuo - SMS.
− Industria jóias
Figura 1- 8: Sarcófago em Ouro de Tutâncamon.
− Fabricação de próteses dentárias, etc.
Figura 1- 9: Próteses metálicas – articulações de joelhos.
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1. FUNDIÇÃO EM AREIA OU MOLDE TEMPORÁRIO:
− Em areia verde (úmida);
− Em areia seca (estufada);
− Em areia de macho;
− Em areia aglomerada com cimento;
− Em areia aglomerada com silicato de sódio e gás carbônico (processo CO 2);
− Em areia aglomerada com resina de cura ao ar (resina furânica).
2. FUNDIÇÃO DE PRECISÃO (CERA PERDIDA), " I  NVESTMENTC  ASTING ".
3. FUNDIÇÃO EM CASCA ( S  HELL M OLDING ).
4. FUNDIÇÃO EM MOLDE SEMI-PERMANENTE:
− Metade em areia e metade metálico;
− Molde externo metálico e molde interno (macho) em areia.
5. FUNDIÇÃO EM MOLDE PERMANENTE POR GRAVIDADE.
6. FUNDIÇÃO EM MOLDE PERMANENTE SOB PRESSÃO OU FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO ( D IE
C  ASTING ).
7. FUNDIÇÃO EM MOLDE PERMANENTE COM SOLIDIFICAÇÃO I NCOMPLETA ( S  LUSH
C  ASTING ).
8. FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO.
9. FUNDIÇÃO EM MOLDES ESPECIAIS:
− Fundição em moldagem plena
− Fundição em gesso;
− Fundição pelo processo antioch;
− Fundição em moldes de grafita;
− Fundição em moldes cerâmicos.
10. FUNDIÇÃO CONTÍNUA.
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De forma a compreender a melhor utilização dos processos de fundição, nós podemos compará-los sob vários aspectos, como por
exemplo quanto as suas principais características de aplicação, conforme pode ser observado na Tabela 1- 2, a seguir:
Tabela 1- 2: Comparação entre os processos de fundição.
Fundição em Molde de Precisão
Processos de Fundição
Fundição em
Areia Verde
Molde
Permanente
Molde Perm.
Sob Pressão
Mole Cerâmico e
Cera Perdida
Casa e Molde
de Cura
Química
Tolerância Dimensional
" 05 ,0
" 15 ,0 XX 
±
±
" 10 ,0
"  30 ,0 XX 
±
±
" 10 ,0
"  50 ,0 XX 
±
±
" 001 ,0
" 150 ,0 XX 
±
±
" 010 ,0
"  200 ,0 XX 
±
±
Grande Quant. BAIXO BAIXO MAIS BAIXO MAIS ALTO MÉDIO ALTO
Custo Relativo
 Pequena Quant. MAIS BAIXO ALTO MAIS ALTO MÉDIO MÉDIO ALTO
 Peso Fund. CO2 e Cura Química ILIMITADO 100 lb 75 lb oz – 100 lb Casca (oz – 250lb)
 Espessura Mínima 1/10” 1/8” 1/32” 1/16” 1/10”
 Acabamento Superficial Relativo
CO2 – razoável
RAZOÁVEL-
BOM BOM MELHOR BOM-V BOM-CASCA
 Facilidade de Fundição de Peça
de Projeto Complexo
RAZOÁVEL-
BOM RAZOÁVEL BOM MELHOR BOM
 Facil. de Alt. de Proj. na Fund. MELHOR RUIM PIOR RAZOÁVEL RAZOÁVEL   A
   t
  r
   i
   b
  u
   t
  o
  s
 Ligas que Pod em ser Fundidas ILIMITADA
Pref. a base de Al
e a base de Cu
Preferencialmente
a base de Al ILIMITADA ILIMITADA
14
 Materiais de Construção Mecânica IV
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2-1: Reconstituição de fornos de lupa (processo direto) encontrados em Altena
(Alemanha) datando de 100 a.C.. .................................................................................. 5
Figura 2-2: Esboço de forno Catalão ou rústico.................................................................. 6 
Figura 2-3: Esboço de forno Catalão ou rústico................................................................ 12
Figura 2-4: Unidade Dwight-Lloyd  para sinterização de minério de ferro. ...................... 12
Figura 2-5: (a) Tambor giratório de pelotização;
(b) Disco giratório de pelotização. ............................................................... 13
Figura 2-6: Conjunto de uma coqueria.............................................................................. 18
Figura 2-7: Principais produtos obtidos na destilação do carvão mineral......................... 19
Figura 2-8: Seção transversal típica de um Alto-Forno moderno. .................................... 22
Figura 2-9: Equipamentos e instalações de um Alto-Forno moderno............................... 23
Figura 2-10: Sistema de Carregamento de um Alto-Forno............................................... 24
Figura 2-11: Coletor-distribuidor instalado no topo dos altos-fornos............................... 25
Figura 2-12: Sistema de Sopro de um altos-fornos........................................................... 26 
Figura 2-13: Representação esquemática de um Regenerador ou Cowper ....................... 27 
Figura 2-14: Representação das reações que ocorrem no interior do Alto-Forno. ........... 30
Figura 2-15: Representação da distribuição no interior do Alto-Forno, segundo a NKK. 32
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ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2-1: Tabela referente à composição química da crosta terrestre. ............................ 8
Tabela 2-2: Comparação entre sinterização e pelotização. ............................................... 14
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2- FABRICAÇÃO DO AÇO
2.1 Introdução )
A metalurgia pode ser definida como a ciência ou arte de extrair, economicamente,
os metais de seus minérios, transformá-los e utilizá-los industrialmente.
A Siderurgia pode ser definida como o ramo da engenharia metalúrgica que trata da
obtenção dos produtos ferrosos. Etimalogicamente, a palavra "Siderurgia", de uso corrente
nos países de origem 1atina, é ainda objeto de discussão dada a coexistência dos radicais
"SIDEROS ", grego, significando "céu" e "SIDUS, SIDERIS ", latino, significando "ferro".
2.1.1 Primórdios da Extração e Elaboração dos Metais
−  Egípcios: BENIPE – metal do céu (4.000 a.C.);
− Gregos: Knossos, em Creta, cerca de 1.800 a.C.;
−  Assírios: forno em forma de chaminé com cerca de 1,5 m de altura, em Ur (750 a.C.);
− Celtas: século VI e V antes de Cristo;
−  Altena – Siergerland (Alemanha): fornos de lupa produzindo cerca de 1.120 Kg de Fe
(100 a.C.);
Figura 2-1: Reconstituição de fornos de lupa (processo direto) encontrados em Altena
(Alemanha) datando de 100 a.C..
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−  Forjas Catalãs: dominaram a produção de ferro até o século XV (Figura 2-2);
Figura 2-2: Esboço de forno Catalão ou rústico.
− Stückofen (Baixo Reno): surgem em 1.400 os primeiros altos fornos com produção
diária em torno de 1.500 Kg.
EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA PRODUÇÃO DE GUSA (ALTO-FORNO)
− 1.400: Aparecimento dos primeiros altos fornos (Stueckofen ou Blauofen) na
Alemanha. Com capacidade em torno de 1.500 Kg de ferro gusa diários;
− 1.500: Instalação de um Alto-Forno, na Inglaterra, com capacidade de 1.500 Kg de
ferro gusa diários;
− 1.619: Instalação do primeiro Alto-Forno à coque (Inglaterra);
− 1.700: Substituição
das ventaneiras de pedra por ventaneiras de cobre;
− 1.754: Construção do primeiro Alto-Forno de seção circular;
− 1.829: Introdução do pré-aquecimento de ar nos altos fornos, elevando a capacidade
dos aparelhos para 3 toneladas de ferro gusa diários;
− 1.850: Instalação do 1º Alto-Forno nos Estados Unidos, com capacidade de produção
de 100 toneladas de ferro gusa diários;
− 1.880: Aparecimento de altos fornos com capacidade de produção de 140 toneladas de
ferro gusa diários;
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− 1.910: Primeiras experiências com fornos de redução a arco elétrico, denominados
“altos fornos elétricos”;
− 1.921: Aparecimento, na Noruega, do forno elétrico a arco submerso, sem chaminé,
denominado “forno elétrico de redução”;
− 1.952: Construção, na cidade de Ougrée, Bélgica, do primeiro Alto-Forno de altura
reduzida, visando o emprego de minério e redutor de qualidades inferiores;
− 1.829: Início da entrada em operação de altos fornos de grande capacidade (acima de
5.000 t/d de ferro gusa).
BRASIL
−  Afonso Sardinha: fundador da siderurgia em 1590 na cidade de Biraçoiaba, no distrito
de Vila Sorocaba em São Paulo. Os fornos construídos eram
semelhantes as forjas catalãs;
−  Barão de Eschwege: primeira corrida de ferro gusa em Congonhas do campo;
−  Real Fábrica de Ferro de São João de Ipanema: localizada em Sorocaba produzindo
920 Kg de ferro gusa/dia (1.818).
− Companhia Siderúrgica Nacional : fundada em 1.941 no governo de Getúlio Vargas e
inaugurada em outubro de 1.946 .
Atualmente são empregados três processos na fabricação do ferro gusa, em função
dos aparelhos ou fornos, são eles.
−  Altos Fornos, utilizando carvão de madeira ou coque;
−  Fornos Elétricos de Redução;
−  Fornos de Chaminé Reduzida ou Baixos Fornos.
2.2 Matérias Primas
 Minério de Ferro→ óxidos, carbonetos, sulfetos e silicatos;
 Redutor→ carvão ou coque combustível, redutor do minério e fornece
carbono;
 Fundente→ calcário;
 Manganês→ dessulfurante e desoxidante.
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2.2.1 Minério de Ferro
INTRODUÇÃO - CROSTA TERRESTRE:
É a parte externa consolidada do globo terrestre. É reconhecida duas zonas que
formam a crosta nas regiões continentais. A primeira zona é a superior, chamada de sial
(devido ao predomínio de rochas graníticas, ricas em silício e alumínio). A zona inferior é
conhecida por sima, pelo fato de se acreditar que nesta porção da crosta haja a
 predominância de silicatos de magnésio e ferro. Acredita-se que a espessura da crosta
(sial + sima) se encontre numa profundidade média de 35 – 50 Km.
A crosta terrestre é formada por rochas, observa-se três tipos de rochas de acordo
com sua gênese: rochas magmáticas, metamórficas e sedimentares. Proporção
aproximada das rochas que ocorrem na crosta terrestre, segundo A. Poldervaart é:
Sedimentos 6,2%
Granodioritos, granitos, gnaisses 38,3 %
Andesito 0,1 %
Diorito 9,5%
Basaltos 45,8%
Para a identificação dos componentes químicos da crosta, é lançado mão de
algumas técnicas, como exemplo, a metodologia de Clark e Washington, que consiste em
se tirar a média ponderada de numerosas análises de rochas e em seguida montar uma
tabela dos elementos encontrados e suas respectivas percentagens.
Tabela 2-1: Tabela referente à composição química da crosta terrestre.
 Elemento Peso (%) Volume
Químico Segundo CLARK Segundo LENZ (%)
O 46,6 46,4 91,77
Si 27,7 28,4 0,80
Al 8,1 7,3 0,76
Fe 5,0 5,1 0,68
Ca 3,6 3,7 1,48
 Na 2,8 1,9 1,60
K 2,6 2,5 2,14
Mg 2,1 2,4 0,56
Total 98,5% 97,7% 99,79%
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Abrangem os vazados em: aço carbono entre 0,50 e 1,0% e aço liga, com teores de
carbono entre 0,50 e 2,60%, com porcentagens diversas de cromo, níquel, molibdênio,
vanadio, etc. Na Tabela 3- 2,  são apresentados os diferentes tipos de cilindros de aço
fundido e suas aplicações.
Tabela 3- 2: Aplicação dos cilindros aços fundido
TIPO
DUREZA SHORE C
CASCA - NÚCLEO
USO
Ao carbono 28-36 Desbastadores
Preparados de perfis
estruturais
Ligados com Molibdênio 30-40 Desbastadores
Preparados e
intermediários de tarugos
e barras
Preparados de chapas
grossas
Ligados (tipos adamite, graus
A a E)
30-48 Preparados de chapas
grossas
Preparados,
intermediários e
acabadores em trens para
 perfis pesados
A maioria deste tipo de cilindro é feita com aços ao Cromo, ( 1 a 2%), contendo de
0,8 a 1,1  % de Carbono, do tipo usado para fabricação de rolamentos. No forjamento,
 procura-se ter uma redução de seção da ordem de 4:1, para se obter um bom refinamento e
 bomogeneidade da estrutura. O resfriamento deve ser lento e bem controlado, de
 preferência fazendo-se o recozimento logo em seguida ao trabalho de forja. Depois deste
recozimento de homogeneização, o cilindro é usinado e, em muitos casos, faz-se uma ou
mais têmperas (para uniformizar e melhorar a estrutura interna), objetivando colocar o
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material no estado mais favorável ao tratamento térmico final. Na Tabela 3- 3,  são
apresentados os diferentes tipos de cilindros de aço forjado e suas aplicações.
Tabela 3- 3: Aplicação dos cilindros aços forjado
TIPO
DUREZA SHORE C
CASCA – NÚCLEO
USO
Aços forjados ao Carbono 24-30 Desbastadores em trens para
 perfis pesados
Aços forjados com elementos
de liga
Até 100 Cilindros de apoio em
tiras a quente (50-55)
Cilindros de apoio em
tiras a frio (80)
Cilindros de trabalho em
tiras a frio (90-100)
A durabilidade do cilindro depende de uma boa refrigeração, pois os cilindros são
aquecidos pelo material laminado a quente. O gradiente térmico é elevado, com
temperaturas da ordem de 800ºC na superfície e 150-200ºC, 0,5  mm logo abaixo. As
camadas superficiais do canal são submetidas a tensões de expansão e contração, que
levam ao aparecimento de trincas. Daí, a importância de resfriar o cilindro, de forma
intensa e imediata, após deixar o contato com a barra. Os cilindros podem ser refrigerados
da seguinte forma:
 – Interna: onde cilindro é oco e a refrigeração é com água, normalmente nos cilindros de
trabalho de laminadores de encruamento.
 – Externa: neste caso, a refrigeraçao é feita por meio de chuveiros ou sprays e pode ser à
água, óleo, emulsão ou ar.
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Os cilindros de laminação são submetidos as mais variadas condições de trabalho e
solicitações, principalmente em função de sua posição no processo de laminação
(desbastador, acabamento, etc.) e do tipo de produto obtido pela laminação (planos ou não-
 planos). A seguir são relacionados vários laminadores e descritas as condições de trabalho
ao qual os mesmos estão expostos:
A exposição às temperaturas elevadas durante o contato entre o cilindro e o lingote
é o fator mais importante, pois o desgaste é relativamente pequeno e as suas dimensões
 bastante robustas garantem uma baixa solicitação mecanica. Os cilindros dos
desbastadores são, em geral, em aço ligado ou em ferro fundido nodular.
Em geral, procura-se ferro fundido cinzento para as cadeiras dispostas em linha e,
em aço, para as cadeiras contínuas escolhendo-se durezas cada vez maiores, à medida que
nos aproximamos da cadeira acabadora. Nos trens de alta velocidade, os cilindros vêm
sendo substituídos pelos anéis em carboneto de tungstênio.
A primeira cadeira preparadora, ou de desbaste, emprega cilindros de aço forjado,
 pois o desgaste será relativamente pequeno, porém a resistência mecânica deve ser a maior
 possivel, em vista das grandes deformações dos passes iniciais. As cadeiras intermediárias
usam cilindros de aço forjado ou em nodular.
A cadeira acatadora é, geralmente, dotada de cilindros em nodular ou de ferro
fundido ligado.
As cadeiras preparadoras terão cilindros de aço forjado ou moldado, as
intermediárias, cilindros indefinite chill  ou em nodular e as cadeiras acatadoras, nodular
 perlítico
ou martensítico.
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As primeiras cadeiras serão montadas com cilindros em aço, e os acatadores, em
nodular martensítico, ou ferro fundido coquilhado ou ainda, indefinite chilp.
O custo, uma moderna instalação de laminação é da ordem de milhões de dólares e
consome-se muitas horas de projetos, conforme dito anteriormente. É importante ressaltar,
também, que a parada de um laminador, seja para uma manutenção corretiva ou mesmo
 preventiva, implica em um elevado custo, não só pela troca ou substituição do
equipamento, ou de parte dele, mas principalmente pela interrupção no processo produtivo
de uma planta metal-mecância, levando a uma diminuição da produtividade e do lucro.
Sendo assim, alguns cuidados devem ser tomados de modo a aumentar a vida útil
dos cilindros de laminação. Dentre eles podemos sitar:
 – Utilizar cilindros com a dureza adequada;
 – Aquecer o cilindro até a temperatura de trabalho;
 – Evitar pontas frias e/ou barras insuficientemente aquecidas;
 – Resfriar adequadamente o canal de laminação;
 – O resfriamento dos cilindros não deve ser desligado imediatamente após o término da
laminação;
 – Se uma barra parar no trem, o resfriamento do canal deve ser interrompido logo;
 – A água não deve ser ligada com os cilindros parados, devido aos esforços térmicos
causados pelo resfriamento desigual;
 – No resfriamento após a desmontagem, evitar as correntes de ar;
 – Ao retificar os cilindros, eliminar quaisquer vestígios de trincas térmicas, pois estas se
 propagam novamente e podem levar a fendas;
 – Na estocagem de cilindros prontos para o uso deve-se evitar impactos ou amontoar os
cilindros uns sobre os outros.
Mesmo tomando os cuidados anteriormente descritos, durante a realização do
 processo de laminação os cilindros de laminação sofrem um elevado desgaste o que leva os
mesmos a apresentarem os principais defeitos: fendas, lasca, trincas témicas, pontos
moles, mossas, estriamento, etc. A seguir são descritos os principais defeitos apresentados
 pelos cilindros de laminação.
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Quando em torno da parte central, ou longitudinais, podem ser causadas por
sobrecargas extremas, defeitos internos ou tratamento térmico eficiente. As fendas junto
ao pescoço do mancal, frequentemente são causadas pelo raio muito pequeno na mudança
de secção, resultando em trincas de fadiga.
Ocorrem quando o cilindro permanece sob carga, em contato com o materialquente,
durante uma parada do laminador, ou fica exposto ao calor excessivo durante o
esmerilhamento da superfície, ou ainda, quando se faz reduções muito fortes por
 passe. Deve-se procurar manter o melhor contato possível entre os cilindros de trabalho e
os de encosto.
“Pele de Crocodilo”: São devidas ao aquecimento localizado da superfície do
cilindro. O aparecimento deste defeito pode ser atenuado por meio de uma refrigeração
eficiente.
Resultam de um super aquecimento local durante a preparação (pelo
esmerilhamento) ou em serviço, má refrigeração do cilindro.
Devido às pontas mais frias das chapas ou partículas estranhas, causando
deformações locais em parte da superfície do cilindro.
São faixas ou estrias circunferenciais na superfície do cilindro, causadas pelo atrito
da carepa, ocorrendo caldeamento seguido de desprendimento entre o material laminado e
a matriz do cilindro.
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Os utensílios ou ferramentas de laminação têm por finalidade facilitar a entrada e
saída da barra nos cilindros. Eles desempenham um papel de grande importância na
laminação, pois muitas vezes o bom funcionamento do laminador e a qualidade dos
 produtos laminados dependem destes equipamentos. Entre estes utensílios podemos
destacar os seguintes:
 – Guias de entrada: colocadas ao lado da entrada dos cilindros, tem como finalidade
fazer com que o eixo do produto que está sendo laminado fique
 perpendicular ao eixo dos cilindros.
 – Guias de saída: colocadas ao lado da saída é destinado a conduzir corretamente a barra
após a saída desta do canal.
 – Guardas ou cachorros: colocados nos lados de saída tem o objetivo de soltar a barra
do contato com os cilindros
 – Dobredeiras ou dobretas: colocadas entre duas cadeiras de um trem aberto
 – Aparelhos de torsão: colocados entre duas cadeiras de um trem contínuo de produtos
não planos.
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 – Laminadores ou Cadeiras Especiais.
 Nas Figura 3- 8 e Figura 3- 9 são representados os principais tipos de cadeiras ou
gaiolas de laminação:
Figura 3- 8: Arranjos típicos de cilindros de laminação: (a) laminador duo; (b) laminador
duo reversível; (c) laminador trio; (d) laminador quádruo, (e) laminador Sendzimir
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Figura 3- 9: Laminador universal
Utilizam-se variadas disposições de cilindros na laminação, o mais simples é
constituído por dois cilindros de eixo horizontais, colocados verticalmente um sobre o
outro. Este equipamento é chamado de laminador duo e pode ser reversível ou não. Nos
duos não reversíveis, Figura 3- 8a, o sentido do giro dos cilindros não pode ser invertido e
o material só pode ser laminado em um sentido. Nos reversíveis, Figura 3- 8 b, a inversão
da rotação dos cilindros permite que a laminação ocorra nos dois sentidos de passagem
entre os rolos, pois o sentido de rotação é mudado após cada passe. A posição do cilindro
é horizontal, exceto em alguns tipos de laminadores contínuos quando pode também ser
vertical.
Os laminadores desbastadores (blooming ) para lingotes grandes, são empregados
como reversíveis. Os trens contínuos de tarugos, trens contínuos de perfis pequenos e os
trens de fio-máquina são empregados como não reversíveis.
São as que possuem 3 cilindros (Figura 3- 8c). A posição dos cilindros é sempre
horizontal e nunca são reversíveis. O produto é introduzido de um lado, entre o cilindro do
meio e o inferior e devolvido do outro lado entre o cilindro do meio e o superior. Ou seja,
no laminador trio, os cilindros sempre giram no mesmo sentido. Porém, o material pode
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ser laminado nos dois sentidos, passando-o alternadamente entre o cilindro superior e o
intermediário e entre o intermediário e o inferior. Dentre as suas aplicações, destacam-se:
 – trens desbastadores para lingotes pequenos;
 – trens de perfis grandes, médios e pequenos;
 – cadeiras acabadoras de trens de fio-máquina abertos.
 No caso de cadeiras acabadoras de trens de fio-máquina abertos, porém, apenas
dois cilindros em cada cadeira são utilizados para laminação. O terceiro cilindro é
substituído por um eixo que transmite o movimento da cadeira anterior para a seguinte. Na
cadeira 1 são utilizados os cilindros do meio e de cima; na 2 o do meio e o de baixo; na 3 o
do meio e o de cima e assim sucessivamente. Neste caso, esta disposição é chamada de
duo alternados.
Como seu nome indica, compreende dois duos incorporados nas mesmas colunas,
ou seja, são constituídas de 2 duos montados numa mesma cadeira ( Figura 3- 10). Essas
cadeiras têm, como as trio, facilidade de permitir passes de ida e volta na mesma cadeira,
mas elas apresentam, em relação à trio, a vantagem de dar uma precisão de regulagem bem
melhor, idêntica à de um duo. Enfim, elas permitem engajar uma barra simultaneamente
no duo de baixo e no duo de cima, sem que haja interferência entre os dois passes, como
seria o caso com o trio.
Figura 3- 10: Laminador duplo duo
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As duplo duo não apresentam unicamente vantagens, elas exigem o emprego de
uma caixa de pinhões complicada e custosa e são muito incomodas. Os operadores sofrem
na
montagem e regulagem das ferramentas de saída. Com cilindros de grande diâmetro,
isso seria impraticável. Encontram-se, então, sobretudo, cadeiras duplo duo em trens de
folhas que têm ferramental simples e para os quais é extremamente interessante aproveitar
as vantagens desse tipo de cadeira para passar a fita simultaneamente em cima e em baixo
e transportá-la de uma passagem para outra, com uma dobradora muito simples. Este tipo
de cadeira praticamente não é utilizada altualmente.
São aquelas dotadas de 4 cilindros: 2 grandes chamados de cilindro de encosto e 2
 pequenos chamados de cilindros de trabalho, conforme a (Figura 3- 8d). Pois, a medida
que se laminam materiais cada vez mais finos, há interesse em utilizar cilindros de trabalho
de pequeno diâmetro. Estes cilindros podem fletir, e devem ser apoiados por cilindros de
encosto. A exemplo do duo também podem ser reversíveis e a posição dos cilindros é
sempre horizontal. É utilizado, principalmente, em laminadores à quente e à frio de chapas
e tiras.
Um outro laminador muito utilizado é o universal, que dispõe de dois pares de
cilindros de trabalho, com eixos verticais e horizontais, Figura 3- 8f . Quando são usados
 para laminação de vigas H de abas paralelas, os 4 cilindros têm seus eixos no mesmo plano
vertical. No caso de chapas grossas, porém, os cilindros verticais estão situados na frente
ou atrás dos horizontais.
Quando os cilindros de trabalho são muito finos, podem fletir tanto na direção
vertical quanto na horizontal e devem ser apoiados em ambas as direções; um laminador
que permite estes apoios é o Sendzimir, contendo 20 cilindros, representado na Figura 3-
8e. Este laminador é utilizado na laminação à frio de chapas finíssimas.
Destas, a forma, a disposição e o número de cilindros é bastante variada. Entre as
cadeiras ditas especiais podemos destacar a cadeira planetária, usada na laminação de tiras
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à quente; o laminador Mannesmann para fabricação de tubos sem costura; a cadeira
Sendzimer, laminadores para rodas de vagões, “passo peregrino”, laminador de bolas, etc
De um modo geral podemos ter laminadores primários ou de semi produtos e
laminadores de produtos acabados.
São aqueles que produzem semi produtos (blocos, placas, tarugos, platinas)
destinados aos trens acabadores. Entre os laminadores primários podemos distinguir os
laminadores desbastadores e os de tarugos ou platinas.
Os desbastadores também conhecidos pelo nome de blooming , operam sempre a
 partir de lingotes. No caso de lingotes grandes os seus produtos serão os blocos ( blooms)
ou as placas e no caso de lingotes pequenas produzem diretamente tarugos ou platinas. Já
os laminadores de tarugos ou platinas operam sempre a partir de blocos ou de placas
transformando-os em tarugos ou platinas.
São aqueles que transformam os semi produtos (blocos, placas, tarugos, platinas)
em produtos acabados, permitindo a obtenção de produtos tais como: laminadores de
 perfis pesados (vigas, trilhos, etc), laminadores de perfis médios, laminadores comerciais
ou de perfis pequenos, laminadores de fio-máquina, laminadores de tubos e laminadores de
chapas.
Como dito anteriormente, um conjunto de cadeiras forma um trem de laminação. A
disposição das cadeiras depende, principalmente do programa de laminação, do número de
 passagens necessário para a laminação de um determinado produto e da capacidade de
 produção exigida. Em função destes fatores surgiram diversas disposições de cadeiras. As
 principais são:
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 – trens com 1 cadeira
 – trens abertos ou em linha
 – trens “cross-country”
 – trens semi contínuos
 – trens contínuos
É o tipo mais simples de trem de laminação. Compõe-se do motor de acionamento,
de acoplamento, da caixa de pinhões e da cadeira de laminação, que geralmente é trio o
duo reversível. Nos trens não reversíveis é comum intercalar-se um redutor de velocidade
e um volante entre o motor e caixa de pinhões.
Como trio são usados em trens desbastadores para lingotes pequenos e trens de
tarugos. E como duo reversível são usados em trens desbastadores para lingotes grandes e
trens de chapas grossas.
São constituídos de diversas cadeiras colocadas lado a lado. Estas cadeiras podem
ser trio ou duos alternados. Em geral, todas as cadeiras são acionadas pelo mesmo
motor. São usadas em trens de perfis, trens de fio-máquina de pequena produção e trens
comerciais.
Este tipo de trem é usado principalmente em laminação de tarugos e perfis médios.
Estes trens surgiram com a finalidade de suprir as desvantagens dos trens
abertos. Portanto, estes trens constituem uma transição entre os abertos e os contínuos. O
conjunto preparador pode ser do tipo contínuo e o acabador do tipo aberto, como ocorre
nos trens semi contínuos comerciais ou de fio-máquina. Já nos semi contínuos de tiras à
quente o conjunto preparador é reversível e o acabador é contínuo.
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 Nos trens contínuos as cadeiras são colocadas uma após a outra. Dá-se apenas uma
 passagem em cada cadeira. Em geral o produto é laminado simultaneamente em várias
cadeiras sendo necessário um controle perfeito de velocidade de cada cadeira.
São usados em trens de tarugos, de fio-máquina, de perfis pequenos e de tiras à
quente e à frio.
Muitas vezes os trens de laminação são designados também pelo diâmetro primitivo
dos cilindros ou pela distância entre os centros dos eixos da caixa de pinhões. Nos
laminadores de produtos planos, porém, usa-se geralmente, a largura da mesa em lugar de
diâmetro.
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Estes laminadores também são conhecidos pelo nome de “ bloomings” e destinam-
se a transformar o lingote em semi produto. No caso mais comum estes semi produtos têm
a seção transversal quadrada ou retangular com os cantos arredondados. São os blocos
(blooms), as placas (quando se trata de lingote grande), tarugos (billettes) e as platinas
(para lingotes pequenos). Excepcionalmente os desbastadores também produzem barras
redondas para fabricação de tubos sem costura e esboços para fabricação de determinados
 perfis. Normalmente, este semi produtos são cortados adequadamente, resfriados,
inspecionados, reaquecidos e enviados a um outro laminador para continuidade do
 processo.
As primeiras passagens são na mesa de achatamento para eliminar a conicidade do
lingote, soldar as bolhas ou vazios, etc. para evitar a formação de defeitos, as reduções de
espessura nas primeiras passagens, são da ordem de 10 a 15%. Nos passes seguintes pode-
se aumentar as reduções de acordo com as características desejadas.
Durante o desbaste ocorre uma melhoria em algumas propriedades do lingote
devido à eliminação dos vazios e á modificação da estrutura cristalina, a resistência e a
dureza são pouco modificadas, mas a tenacidade e ductilidade são sensivelmente
aumentadas. A seqüência de operação de desbaste é da seguinte maneira: há um
aquecimento do lingote no forno – poço, laminação, eliminação das partes defeituosas do
lingote (rechupe), corte no comprimento desejado, identificação ou marcação e transporte
até o pátio de estocagem ou até outro laminador. Deste processo depende em grande parte,
o bom rendimento da laminação. Os laminadores desbastadores são dos seguintes tipos:
 – Duo reversível
 – Universais para placas: destinado à placas de grande largura.
 – Contínuos: é composto de 2 ou mais cadeiras onde o lingote sofre um passe a cada
cadeira.
 – Trio: destinado à lingotes de pequeno peso.
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Os tarugos são semi produtos de seção quadrada ou ligeiramente retangular com
cantos arredondados. Eles são destinados à fabricação de fio – máquina, barras chatas,
 perfis e barras de pequenas
dimensões. Em muitas usinas os blocos vão diretamente do
desbastador ao trem de tarugos sem reaquecimento. Em outras, particularmente, em se
tratando de aços que exigem controle mais rigoros da temperatura, os blocos são
requecidos em fornos contínuos. Os principais tipos de trens de tarugos são:
 – Aberto: cadeiras dispostas lado a lado.
 – Cross country
 – Contínuos: usado para grandes produções devido ao custo de instalação.
Os tubos de aço podem ser classificados em tubos sem costura e tubos soldados ou
com costura. Os tubos sem costura podem ser feitos por processos de perfuração,
estiramento à quente e extrusão.
O processo de perfuração é realizado em duas etapas que são: perfuração do tarugo
redondo e laminação do tubo formado para a redução do diâmetro ou parede. Existem
laminadores especiais para aumentar o diâmetro dos tubos. Quanto á fabricação dos tubos
soldados, após a obtenção da espessura desejada através dos laminadores, faz-se a união
das bordas.
As chapas grossas são produtos planos com espessura superior a
6 mm. Reaquecidas, as placas passam pelo Laminador de Chapas Grossas que as
transformam em chapas de 4,5 a 100 mm de espessura. As chapas grossas atendem aos
fabricantes de tubos, navios, vagões, máquinas industriais, plataformas marítimas,
construção civil e estruturas industriais. Na pode Figura 3- 11 ser observada a laminação
de chapas grossas da COSIPA.
A preparação ou condicionamento das placas, consiste na eliminação de seus
defeitos para evitar que apareçam no produto acabado. As placas vindas do desbastador
são resfriadas à água (só para aços doces) ou ar e conduzidas até a área de limpeza onde se
faz a marcação e eliminação dos defeitos. A inspeção é feita visualmente ou por ultra
som. Depois deste procedimento, as placas são levadas até a mesa de carregamento dos
fornos de reaquecimento (normalmente fornos conínuos), em seguida faz-se a
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descarepação e segue-se a laminação. Existem três categorias de laminadores de chapas
grossas, que são:
 – Tipo tandem: possui 2 cadeiras, uma preparadora e outra acabadora.
 – Tipo semi contínuos: estes têm uma capacidade de produção maior que o anterior, mas
também apresentam um investimento inicial maior.
 – Tipo contínuo.
Figura 3- 11: Laminação de chapas grossas.
Estes laminadores são destinados à laminação de tiras e de chapas finas, que são
cortadas e bobinadas na saída do trem. Uma boa parte das chapas laminadas são utilizadas
na espessura com que sai do laminador e outra grande parte é destinada à laminação à frio
 para a produção das chapas finas á frio e das folhas. A seqüência de operações nos trens
de tiras á quente é a seguinte:
Preparação das placas;
Reaquecimento das placas;
Descarepação;
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Laminação;
Bobinamento ou corte;
Decapagem;
Acabamento.
A laminação pode ser efetuada em 4 tipos de laminadores: contínuos, semi
contínuos, reversível ou planetário. O laminador reversível é usado em programas de
 pequenas produções. Na pode Figura 3- 12 ser observada a laminação de tiras a quente da
COSIPA.
Figura 3- 12: Laminação de trias a quente.
As tiras produzidas pelo laminador de tiras à quente vão para o laminador de tiras à
frio onde são reduzidas para uma espessura de até 0,60 mm. Os laminados dentro dessa
especificação são comercializados em forma de bobinas ou de chapas, atendendo às
indústrias automobilística, de eletrodomésticos, de tubos, de móveis, além da construção
civil.
A espessura mínima que se pode alcançar no laminador contínuo de tiras à quente é
da ordem de 1,5mm. Este limite é imposto pelo decréscimo de resistência da tira, o que
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tornaria o processo impraticável. Portanto as chapas finas com espessuras inferiores atornaria o processo impraticável. Portanto as chapas finas com espessuras inferiores a
citada acima e também as folhas, só podem ser obtidas por laminação á frio, que além decitada acima e também as folhas, só podem ser obtidas por laminação á frio, que além de
obter espessuras menores, dá ao material excelentes características de aspecto superficial eobter espessuras menores, dá ao material excelentes características de aspecto superficial e
de aplainamento. de aplainamento. Permite também um melhoPermite também um melhor controle das propriedades mecânicr controle das propriedades mecânicas.as.
 Neste tipo  Neste tipo de de laminação o laminação o material além material além de ser de ser reduzido pelos reduzido pelos cilindros, é cilindros, é puxadopuxado
 para  para frente frente e e para para trás. trás. As As trações trações diminuem diminuem a a força força de de laminação laminação nas nas diversas diversas cadeirascadeiras
facilitando a obtenção de espessuras menores e anulando o efeito do encruamento emfacilitando a obtenção de espessuras menores e anulando o efeito do encruamento em
 parte.  parte. Estas Estas trações contribuem trações contribuem também para também para o o aplainamento e aplainamento e regularidade da regularidade da espessuraespessura
da tira. da tira. Isto não é possível no caso da laminaçIsto não é possível no caso da laminação à quente porque o mão à quente porque o metal se romperia ouetal se romperia ou
ficaria irregular.ficaria irregular.
O material laminado à frio O material laminado à frio fica excessivamente duro e quebradiço e para devolver afica excessivamente duro e quebradiço e para devolver a
ductibilidade á chapa laminada, é necessário submete-la à um tratamento térmicoductibilidade á chapa laminada, é necessário submete-la à um tratamento térmico
denominado recozimento e depois à um passe de encruamento para evitar defeitosdenominado recozimento e depois à um passe de encruamento para evitar defeitos
superficiais. Na podesuperficiais. Na pode Figura 3- 13Figura 3- 13 ser observado bobinamento de uma chapa laminada aser observado bobinamento de uma chapa laminada a
frio.frio.
Figura 3- 13:Figura 3- 13: Laminação tiras a frio.Laminação tiras a frio.
Barras de seção circular e hexBarras de seção circular e hexagonal e perfis estruturais comoagonal e perfis estruturais como: : vigas em I, calhas evigas em I, calhas e
trilhos podem ser produzidos em grande quantidade por laminação a quente com cilindrostrilhos podem ser produzidos em grande quantidade por laminação a quente com cilindros
ranhurados, conforme mostrado naranhurados, conforme mostrado na Figura 3- 14,Figura 3- 14, a seguir. a seguir.
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Figura 3- 14:Figura 3- 14: Laminação de barra de seção quadrado e perfil U.Laminação de barra de seção quadrado e perfil U.
A laminação de barras e perfis difere da laminação de planos, pois a seçãoA laminação de barras e perfis difere da laminação de planos, pois a seção
transversal do metal é reduzida em duas direções. Entretanto, em cada passe o metal étransversal do metal é reduzida em duas direções. Entretanto, em cada passe o metal é
normalmente comprimido somente em uma direção. No passe subseqüente o material énormalmente comprimido somente em uma direção. No passe subseqüente o material é
girado de 90girado de 90oo. Uma vez que o metal se expande muito mais na laminação a quente de. Uma vez que o metal se expande muito mais na laminação a quente de
 barras  barras do do que que na na laminação laminação a a frio frio de de folhas, folhas, o o cálculo cálculo da da tolerância tolerância necessária necessária para para aa
expansão é um problema importante no planejamexpansão é um problema importante no planejamento dos passes para barras e perfis. ento dos passes para barras e perfis. UmUm
método
típico para reduzir um tarugo quadrado numa barra é alternando-se passes atravésmétodo típico para reduzir um tarugo quadrado numa barra é alternando-se passes através
de ranhuras ovais e quadradas. O planejamento dos passes para perfis estruturais é muitode ranhuras ovais e quadradas. O planejamento dos passes para perfis estruturais é muito
mais complexo e requer bastante experiência.mais complexo e requer bastante experiência.
A maioria dos laminadores de barras é equipada com guias para conduzir o tarugoA maioria dos laminadores de barras é equipada com guias para conduzir o tarugo
 para as ranhuras e  para as ranhuras e repetidores para inverter a dirrepetidores para inverter a direção da barra e conduzi-la para eção da barra e conduzi-la para o próximoo próximo
 passe.  passe. Os Os laminadores laminadores desse desse tipo tipo podem podem ser ser normalmente normalmente duos duos ou ou trios. trios. A A instalaçãoinstalação
comum para a produção de barras consiste em uma cadeira de desbaste, uma cadeiracomum para a produção de barras consiste em uma cadeira de desbaste, uma cadeira
formadora e uma cadeira de formadora e uma cadeira de acabamentoacabamento
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Como a laminação é um processo em que os cilindros atuam em um esforço deComo a laminação é um processo em que os cilindros atuam em um esforço de
compressão diretamente sobre a peça, a velocidade deste é um fator importante, assimcompressão diretamente sobre a peça, a velocidade deste é um fator importante, assim
como agarramento, ângulo de mordida entre outros como agarramento, ângulo de mordida entre outros que falaremos adiante.que falaremos adiante.
A velocidade angular dos cilindros é medida em rotações por minuto (rpm). NoA velocidade angular dos cilindros é medida em rotações por minuto (rpm). No
entanto, quando se fala em laminação, tem mais significado falarmos em velocidadeentanto, quando se fala em laminação, tem mais significado falarmos em velocidade
 periférica ou tangencial, que é dada em me periférica ou tangencial, que é dada em metros por segundo. tros por segundo. Esta velocidade é o quocEsta velocidade é o quocienteiente
entre o arco percorrido por um determinado ponto e o teentre o arco percorrido por um determinado ponto e o tempo gasto para tal. mpo gasto para tal. A velocidadeA velocidade
 periférica  periférica dá dá aproximadamente aproximadamente a a velocidade velocidade de de saída saída de de uma uma barra barra que que está está sendosendo
laminada entre dois cilindros.laminada entre dois cilindros.
 Na  Na entrada entrada dos dos cilindros cilindros há há um um deslizamento deslizamento dos dos mesmos mesmos sobre sobre a a barra barra e e umum
retrocesso do metal. retrocesso do metal. A velocidade de entrada da barra é menor que a velocidaA velocidade de entrada da barra é menor que a velocidade periféricade periférica
dos cilindros e velocidade de saída é maior. Este fato é conhecido como avanço oudos cilindros e velocidade de saída é maior. Este fato é conhecido como avanço ou
deslizamento à frente, que dependem da temperatura da barra, redução de espessura,deslizamento à frente, que dependem da temperatura da barra, redução de espessura,
diâmetro dos cilindros e estado da superfície dos cilindros, como veremos mais à frente.diâmetro dos cilindros e estado da superfície dos cilindros, como veremos mais à frente.
Existe um ponto intermediário no arco de contato entre a velocidade de entrada e aExiste um ponto intermediário no arco de contato entre a velocidade de entrada e a
velocidade de saída, que chamamvelocidade de saída, que chamamos de ponto neutro. os de ponto neutro. Neste ponto, a velocidade da barra éNeste ponto, a velocidade da barra é
igual a velocidade periférica dos cilindros.igual a velocidade periférica dos cilindros.
A velocidade periférica depende de alguns fatores, A velocidade periférica depende de alguns fatores, tais como:tais como:
 –  – características do sistemcaracterísticas do sistema de acionamena de acionamento do trem (motor, redutor)to do trem (motor, redutor)
 –  – tipo do perfil, pois certos petipo do perfil, pois certos perfis exigem velocidaderfis exigem velocidades mais baixas.s mais baixas.
 –  – meios meios de de manipulação manipulação da da barra barra (em (em trens trens mecanizados mecanizados pode-se pode-se usar usar maioresmaiores
velocidades que nos operacionais)velocidades que nos operacionais)
 –  – tipo de trem (trens contínuos tipo de trem (trens contínuos permitem maiores vepermitem maiores velocidades)locidades)
 –  – capacidade de capacidade de agarramento do lamagarramento do laminador, que já foi explicadinador, que já foi explicado anteriormente.o anteriormente.
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Uma vez que o objetivo principal da laminação consiste em reduzir a área da seçãoUma vez que o objetivo principal da laminação consiste em reduzir a área da seção
transversal da barra a ser laminada, segue-se que a espessura inicial etransversal da barra a ser laminada, segue-se que a espessura inicial e 11 desta barra é maior desta barra é maior
que a distância e entre os 2 cilindros. Surge então o problema do agarramento da barraque a distância e entre os 2 cilindros. Surge então o problema do agarramento da barra
 pelos  pelos cilindros. cilindros. Para Para que que o o agarramento agarramento se se efetue, efetue, é é necessário necessário que que sejam sejam satisfeitassatisfeitas
determinadas condiçõdeterminadas condições. es. Sabe-se que o agarrameSabe-se que o agarramento depende dos seguintes fatorento depende dos seguintes fatores:s:
 –  – Coeficiente de atrito da suCoeficiente de atrito da superfície dos cilindros;perfície dos cilindros;
 –  – Diâmetro dos cilindros;Diâmetro dos cilindros;
 –  – Redução de eRedução de espessura;spessura;
 –  – Velocidade dos cVelocidade dos cilindros;ilindros;
 –  – Temperatura da baTemperatura da barra;rra;
 –  – Impulso da barra.Impulso da barra.
Se não houvesse atrito entre a barra e Se não houvesse atrito entre a barra e os cilindros, o agarramento seria praticamenteos cilindros, o agarramento seria praticamente
impossível. Pois sabe-se que em mecânica, que o atrito entre duas superfícies que seimpossível. Pois sabe-se que em mecânica, que o atrito entre duas superfícies que se
tocam será tanto maior quanto mais rugosas e quanto maiores forem as áreas dessastocam será tanto maior quanto mais rugosas e quanto maiores forem as áreas dessas
superfícies em contato. superfícies em contato. Quando os cilindros forem rugosos e a barra a ser laminaQuando os cilindros forem rugosos e a barra a ser laminada estiverda estiver
 bem  bem aquecida, aquecida, o o coeficiente coeficiente de de atrito atrito entre entre as as superfícies superfícies tornam-se tornam-se maiores, maiores, tornando tornando oo
atrito entre a barra e os cilindros maior, o que faz com que a barra seja agarrada. Naatrito entre a barra e os cilindros maior, o que faz com que a barra seja agarrada. Na
Tabela 3-4,Tabela 3-4,  a seguir, são relacionados alguns valores do coeficiente de atrito mais  a seguir, são relacionados alguns valores do coeficiente de atrito mais
comumente encontrados para Laminação à quente.comumente encontrados para Laminação à quente.
Tabela 3-4:Tabela 3-4: Valores deValores de µµ no processo de laminação à quente. no processo de laminação à quente.
Material LaminadoMaterial Laminado
Material doMaterial do
CilindroCilindro
Temperatura deTemperatura de
LaminaçãoLaminação
Coeficiente de atritoCoeficiente de atrito
Aço Aço ao ao C C Aço Aço 400-900º 400-900º C C 0,400,40
Aço Aço ao ao C C Aço Aço 900-1000º 900-1000º C C 0,300,30
Aço Aço ao ao C C Aço Aço 1000-1100º 1000-1100º C C 0,200,20
Alumínio
Alumínio Aço Aço 375º 375º C C 0,540,54
Cobre Cobre Aço Aço 750º 750º C C 0,350,35
 Níquel e Chumbo  Níquel e Chumbo Aço Aço 900 e 180º C 900 e 180º C 0,320,32
Estanho Estanho e e Zinco Zinco Aço Aço 100 100 e e 110º 110º C C 0,170,17
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Quanto maior o diâmetro dos cilindros, melhor o agarramento, pois quanto maior a
área de contato, maior será o atrito entre as áreas.
Redução de espessura é a diferença entre a espessura de entrada no laminador e a
espessura de saída. E em relação à redução, quanto menor for a redução, mais fácil é o
agarramento.
A velocidade dos cilindros influi diretamente no atrito, pois quanto menor for a
velocidade relativa entre duas superfícies que se tocam, maior será o atrito entre elas,
facilitando assim o agarramento. Esta é uma grande vantagem dos laminadores com
reguladores de velocidade, pois podemos através desta regulagem, aumentar ou diminuir o
agarramento.
Através de estudos e experiências, é comprovado que até temperaturas da ordem de
500o C, o coeficiente de atrito entre a barra e os cilindros aumenta. Acima deste valor,
quanto maior for a temperatura, menor será o coeficiente de atrito, dificultando o
agarramento. Conforme observado na Tabela 3-4, anteriormente.
A barra a ser laminada é empurrada contra os cilindros pelo próprio operário, ou
 pelos rolos da mesa de entrada da cadeira, ou pelos cilindros da cadeira anterior (caso de
laminadores contínuos) ou através de dispositivos mecânicos especiais. E quando há
impulso o agarramento torna-se mais fácil porque há uma força suplementar que auxilia a
 penetração da barra entre os cilindros.
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OBS: O agarramento deve ser imediato, evitando deslizamento, pois este além de gerar
um decréscimo na produção por perda de tempo, também gera um desgaste mais
 pronunciado nos cilindros.
Quando uma barra, num passe de laminação, sofre uma redução de espessura, o
metal é deslocado principalmente na posição longitudinal (direção de laminação), mas
também há deslocamento na direção transversal (perpendicular à direção de laminação),
originando assim, um alongamento e um alargamento simultaneamente.
Como o que se busca em laminação é o alongamento da barra, o alargamento é
visto como um desperdício, devendo ser reduzido à um mínimo possível. Somente em
alguns casos, tal como laminação de perfis, procura-se tirar proveito do alargamento para
se obter uma determinada seção transversal.
O alargamento é influenciado por fatores que podem aumentar ou diminuí-lo. Tais
fatores são:
 – Redução de espessura, pois quanto maior for a redução, maior será o alargamento.
 – Diâmetro dos cilindros, pois grandes diâmetros, dão um alargamento maior.
 – Velocidade dos cilindros, pois quanto maior for a velocidade, menor será o
alargamento.
 – Superfície dos cilindros, pois superfícies rugosas dão maior alargamento que
superfícies polidas.
 – Composição química do aço que está sendo laminado, pois os aços doces (ferro), dão
maior alargamento que aços duros.
 – Temperatura da barras, pois quanto menor a temperatura da barra maior será o
alargamento.
 – Largura inicial do produto.
O alongamento, como dito anteriormente, também sofre a influência destes fatores,
 porém, de maneira inversa. Somente a redução de espessura tem o mesmo efeito, isto é,
quanto maior a redução, maior o alongamento.
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Quando se introduz uma barra entre os cilindros, aparece a força de laminação que
comprime os cilindros contra seus mancais, alonga as colunas da cadeira e flexiona os
cilindros, além de desaparecerem as folgas do conjunto. A força de laminação aparece
entre os dois cilindros tendendo separá-los. A separação de fato não acontece porque é
contida pelos mancais e pela cadeira, mas ela é necessária para vencer a resistência do
metal e o atrito deste contra os cilindros. O motor deve fornecer além da força para vencer
a resistência do metal quando este é introduzido, uma força suplementar para vencer a
resistência oferecida pelo atrito dos cilindros contra os mancais, pelo atrito entre as
engrenagens da caixa de pinhões ou do redutor, pelas perdas do próprio motor, entre
outras.
A força de laminação é medida pelas células de pressão e é também conhecida
como carga de laminação ou pressão de laminação. A força de laminação é afetada por
alguns fatores, mas antes de citá-los, explicaremos um pouco sobre a espessura limite.
Para um determinado diâmetro de cilindro de trabalho, há uma espessura
mínima. Este fato não é devido à deformação do laminador nem à flexão dos cilindros,
mas sim ao achatamento local destes em contato com a chapa. A partir de um certo limite,
 para se obter espessuras menores, é necessário usar cilindros de menor diâmetro porque
quando se atinge tal limite, qualquer força suplementar, que se obtém ajustando os
 parafusos de pressão, se traduz por um aumento tal no achatamento e no arco de contato
enquanto a pressão sobre a chapa não aumenta.
As forças de atrito aumentam com o arco de contato e absorvem o esforço
suplementar. Para determinarmos a espessura mínima de um metal a ser laminado, usamos
a seguinte fórmula:
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Figura 4- 1: Produtos obtidos pelo seccionamento do perfil extrudado...................................2
Figura 4- 2: Mastro extrudado em Alumínio......................................................................................3
Figura 4- 3: Representação esquemática da extrusão direta....................................................4
Figura 4- 4: Representação esquemática da extrusão indireta ou inversa...........................4
Figura 4- 5: Representação esquemática da extrusão lateral...................................................5
Figura 4- 6: Representação esquemática da extrusão direta..................................................6
Figura 4- 7: Tipos de escoamento de metal em matrizes quadradas na extrusão
direta........................................................................................................................................................7
Figura 4- 8: Representação esquemática da extrusão inversa..................................................9
Figura 4- 9: Seqüência de operação de uma máquina de extrusão inversa..........................10
Figura 4- 10: Representação esquemática da extrusão hidrostática.....................................11
Figura 4- 11: Representação esquemática do processo de extrusão direta a quente......16
Figura 4- 12: Exemplo de produtos extrudados a frio...................................................................19
Figura 4- 13: Processo de extrusão direta a frio tipo Hooker (a) e tipo ironing (b)..........20
Figura 4- 14: Representação esquemática da extrusão por impacto.....................................21
Figura 4- 15: Êmbolo (a) e matriz (b) utilizados na extrusão por impacto..........................22
Figura 4- 16: Representação esquemática de uma extrusora.................................................26
Figura 4- 17: Detalhamento do conjunto suporte de fieira ou matriz.....................................27
Figura 4- 18: Máquina extrusora horizontal. ..................................................................................28
Figura 4- 19: Tipos usuais de perfis de ferramentas de extrusão...........................................30
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Figura 4- 20: Representação esquemática de matrizes de extrusão....................................31
Figura 4- 21: Secção transversal de um produto extrudado.....................................................31
Figura 4- 22: Representação do fluxo de metal durante a extrusão de tubos..................33