domingo, 25 de março de 2007
Sintese
Introdução
PRINCIPAIS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
quinta-feira, 22 de março de 2007
Temperatura na Conformação
No trabalho a quente, devido à intensa vibração térmica -que facilita muito a difusão de átomos e a mobilidade e aniquilamento das discordâncias - o encruamento e a estrutura distorcida dos grãos produzida pela deformação, são rapidamente eliminados pela formação de novos grãos livres de deformação, como resultado da recristalização. É possível conseguir grandes níveis de deformação, uma vez que os processos de recuperação e recristalização acompanham a deformação. Ela ocorre a uma tensão constante. E como a tensão de escoamento plástico decresce com o aumento da temperatura,ver figura, a energia necessária para a deformação é geralmente muito menor para o trabalho a quente do que para o trabalho a frio ou a morno.
Fonte: http://www.cimm.com.br/
VARIAÇÃO DA TENSÃO DE COMPRESSÃO COM A DEFORMAÇÃO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA PARA UM AÇO DE BAIXO CARBONO
REPRESENTAÇÃO DA TEMPERATURA HOMÓLOGA E DAS FAIXAS DE TEMPERATURA : trabalho a frio (TF), a morno (TM) e a quente (TQ).
Em termos de conformação mecânica, chama-se de trabalho a quente (TQ) aquele que é executado em temperaturas acima de 0,5Tf trabalho a morno (TM), executado na faixa compreendida (grosseiramente) entre 0,3 e 0,5 Tf e trabalho a frio (TF) aquele que é executado entre 0 e 0,3 Tf . É importante compreender que a distinção básica entre TQ e TF é portanto, função da temperatura em que se dá a recristalização efetiva do material. Assim, embora para muitas ligas comerciais a temperatura do TQ seja realmente elevada em relação à ambiente, para metais como Pb e Sn, que se recristalizam rapidamente à temperatura ambiente após grandes deformações, a conformação à temperatura ambiente é TQ. Por outro lado, a conformação a 1100oC é TF para o tungstênio, cuja temperatura de recristalização é superior a esta, embora seja TQ para o aço.
Fonte: http://www.cimm.com.br/
Geração de Calor na Conformação Mecânica
Para uma deformação e = 1,0 tem –se DTmáx igual a 74oC para alumínio, 277oC para ferro e 571oC para o titânio. Se a velocidade de um dado processo é alta, a perda do calor gerado será pequena e o aumento efetivo da temperatura será próximo do valor teórico.
Fonte: www.cimm.com.br
Faixas de Temperaturas Permissíveis no Trabalho a Quente
O trabalho a frio é acompanhado do encruamento (inglês "strain hardening") do metal, que é ocasionado pela interação das discordâncias entre si e com outras barreiras – tais como contornos de grão – que impedem o seu movimento através da rede cristalina. A deformação plástica produz também um aumento no número de discordâncias, as quais, em virtude de sua interação, resultam num elevado estado de tensão interna na rede cristalina. Um metal cristalino contém em média 106 a 108 cm de discordâncias por cm3, enquanto que um metal severamente encruado apresenta cerca de 1012 cm de discordâncias por cm3. A estrutura característica do estado encruado examinada ao microscópio eletrônico, apresenta dentro de cada grão, regiões pobres em discordâncias, cercadas por um emaranhado altamente denso de discordâncias nos planos de deslizamento. Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento de resistência e dureza e num decréscimo da ductilidade do material (ver figura). Num ensaio de tração, isso se traduz no aumento da tensão de escoamento, Y, e do limite de resistência, Sr, bem como no decréscimo do alongamento total (alongamento na fratura), ef.
A figura mostra que o limite de escoamento, Y, cresce mais rapidamente e se aproxima do limite de resistência, Sr, enquanto que a ductilidade – expressa aqui como ef – cai de modo bastante brusco após uma limitada quantidade de trabalho a frio. A microestrutura também muda, com os grãos se alongando na direção de maior deformação, podendo o material como um todo desenvolver propriedades direcionais (anisotropia).
TRABALHO A MORNO
TRABALHO A QUENTE
Geralmente, a estrutura e propriedades dos metais trabalhados a quente não são tão uniformes ao longo da seção reta como nos metais trabalhados a frio e recozidos, já que a deformação é sempre maior nas camadas superficiais. O metal possuirá grãos recristalizados de menor tamanho nesta região. Como o interior do produto estará submetido a temperaturas mais elevadas por um período de tempo maior durante o resfriamento do que as superfícies externas, pode ocorrer crescimento de grão no interior de peças de grandes dimensões, que resfriam vagarosamente a partir da temperatura de trabalho. A maioria das operações de TQ é executada em múltiplos passes ou estágios; em geral, nos passes intermediários a temperatura é mantida bem acima do limite inferior do trabalho a quente para se tirar vantagem da redução na tensão de escoamento, embora com o risco de um crescimento de grão. Como, porém, deseja-se usualmente um produto com tamanho de grão pequeno, a temperatura dos últimos passes (temperatura de acabamento) é bem próxima do limite inferior e a quantidade de deformação é relativamente grande. Pequenos tamanhos de grãos darão origem a peças com melhor resistência e tenacidade.
Fonte: http://www.cimm.com.br/
VANTAGENS E DESVANTAGENS DO TRABALHO A QUENTE
menor energia requerida para deformar o metal, já que a tensão de escoamento decresce com o aumento da temperatura;
aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade);
homogeneização química das estruturas brutas de fusão (e.g., eliminação de segregações) em virtude da rápida difusão atômica interna;
eliminação de bolhas e poros por caldeamento;
eliminação e refino da granulação grosseira e colunar do material fundido, proporcionado grãos menores, recristalizados e equiaxiais;
aumento da tenacidade e ductilidade do material trabalhado em relação ao bruto de fusão.
necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de energia para aquecimento das peças;
reações do metal com a atmosfera do forno, levando as perdas de material por oxidação e outros problemas relacionados (p.ex., no caso dos aços, ocorre também descarbonetação superficial; metais reativos como o titânio ficam severamente fragilizados pelo oxigênio e tem de ser trabalhados em atmosfera inerte ou protegidos do ar por uma barreira adequada);
formação de óxidos, prejudiciais para o acabamento superficial;
desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é difícil;
necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa de expansão e contração térmicas;
estrutura e propriedades do produto resultam menos uniformes do que em caso de TF seguido de recozimento, pois a deformação sempre maior nas camadas superficiais produz nas mesmas uma granulação recristalizada mais fina, enquanto que as camadas centrais, menos deformadas e sujeitas a um resfriamento mais lento, apresentam crescimento de grãos.
Fatores que afetam a recristalização
Embora os recozimentos aumentem o custo do processo (sobretudo com metais reativos, que têm de ser recozidos em atmosferas inertes ou em vácuo), fornecem também grande versatilidade, pois ajustando-se adequadamente o ciclo TF- recozimento, pode-se obter qualquer grau desejado de encruamento no produto final. -Se for desejado um produto final mais resistente do que o material integralmente recozido, então a operação final é um passe de TF com o grau de deformação necessário para dar a resistência desejada, seguindo-se geralmente um aquecimento de recuperação (abaixo da temperatura de recristalização) apenas para aliviar as tensões residuais; Obs.: este procedimento é mais adequado do que tentar controlar a resistência da peça encruada por recozimento, porque o processo de recristalização avança rapidamente e é muito sensível a pequenas flutuações de temperatura no forno. - Se for desejado um produto final com o material inteiramente amolecido, então o recozimento é a operação final. Os artigos trabalhados a frio usualmente produzidos(como tiras, chapas e fios), agrupam-se segundo classificações que dependem do grau de encruamento, conforme mostrado na tabela abaixo, para chapas de aço laminadas a frio. Cada estado (inglês "temper") indica uma diferente percentagem de trabalho a frio após o último recozimento. A classificação varia conforme o metal, sendo em geral baseada em valores comparativos do limite de resistência à tração, e não em valores de dureza de penetração. Observe-se que nem todas as ligas admitem os graus de encruamento correspondentes às classes mais elevadas.
PROCESSOS DE RECUPERAÇÃO E RECRISTALIZAÇÃO
Alterações na resistência, ductilidade e microestrutura durante (a) trabalho a frio, (b) recuperação e (c) recristalização
A temperatura de 0,5 Tf é apenas uma referência aproximada, pois mesmo pequenos teores de elemento de liga podem retardar substancialmente a formação de novos grãos, elevando a temperatura de recristalização. Na prática, a temperatura de recristalização é convencionalmente definida como aquela em que o metal severamente encruado recristaliza totalmente no espaço de uma hora. A tabela abaixo apresenta as temperaturas de recristalização para alguns metais e ligas de uso comum.
Extrusão
O que é : na extrusão o material é forçado através de uma matriz, de forma similar ao aperto de um tubo de pasta de dentes. Formas resultantes: Praticamente qualquer forma de seção transversal vazada ou cheia pode ser produzida por extrusão. Como a geometria da matriz permanece inalterada, os produtos extrudados tem seção transversal constante. Características: dependo da ductilidade do material a extrudar o processo pode ser feito a frio ou a quente, em altas temperaturas. Cada tarugo é extrudado individualmente, caracterizando a extrusão como um processo semi-contínuo. O produto é essencialmente uma peça semi- acabada. A extrusão pode ser combinada com operações de forjamento, sendo neste caso denominada extrusão fria.
Produtos mais comuns: quadros de janelas e portas, trilhos para portas deslizantes, tubos de várias seções transversais e formas arquitetônicas. Produtos extrudados podem ser cortados nos tamanhos desejados para gerarem peças, como maçanetas, trancas e engrenagens, como mostrado na figura abaixo. Em operação combinada com forjamento pode gerar componentes para automóveis, bicicletas, motocicletas, maaquinário pesado e equipamento de transporte. Materiais: Aluminio, cobre, aço, magnésio e chumbo são os materiais mais comumente extrudados.
Fonte:www.infomet.com.br
Equipamentos utilizados na Extrusão
Prensas hidráulicas verticais são geralmente usadas para extrusão a frio. Elas tem usualmente menor capacidade daquelas usadas para extrusão a quente, mas ocupam menos espaço horizontal. Prensas excêntricas são também usadas para extrusão a frio e por impacto, e são indicadas para produção em série de pequenos componentes. Operações de múltiplos estágios, onde a área da seção transversal é progressivamente reduzida, são efetuadas em prensas especiais.
Tipos de Extrusão
Destacam-se os métodos mais usuais:
-Extrusão Indireta (reversa, invertida) : a matriz se desloca na direção do tarugo
-Extrusão Hidrostática: o diâmetro do tarugo é menor que o diâmetro da câmara, que é preenchida por um fluido . A pressão é transmitida ao tarugo através de um pistão. Não há fricção nas paredes da câmara.
-Extrusão Lateral : o material do tarugo é forçado através de abertura lateral da câmara.Os eixos do punção e da peça tem diferentes direções ( ângulo reto).
Fonte: www.infomet.com.br
Extrusão a Frio
Vantagens em relação a extrusão a quente
-Melhores propriedades mecânicas resultantes do encruamento, desde que o calor gerado pela deformação não recristalize o metal
-Controle das tolerâncias, requerendo pouca ou nenhuma operação posterior de acbamento
melhor acabamento superficial, devido em parte pela não existência de camada de óxido, desde que a lubrificação seja eficiente
-Eliminação do pré-aquecimento do tarugo
-Taxas de produção e custos competitivos com outros métodos. Alguma máquinas são capazes de produzir mais de 2000 partes por hora.
Desvantagens
Fonte: www.infomet.com.br
Extrusão a Quente
Características
A extrusão a quente apresenta alguns problemas como todo o processo de alta temperatura:
O degaste da matriz é excessivo.
O esfriamento do tarugo na câmara pode gerar deformações não-uniformes.
O tarugo aquecido é coberto por filme de óxido ( exceto quando aquecido em atmosfera inerte) que afeta o comportamento do fluxo do metal por suas características de fricção e pode gerar um produto de pobre acabamento superficial.
Algumas medidas preventivas podem sanar ou minorar o efeito dos problemas mencionados acima:
Para reduzir o efeito de esfriamento e prolongar a vida da ferramenta, a matriz pode ser pré-aquecida.
Para melhorar o acabamento superficial, a camada de óxido é removida através do uso de uma placa, com diâmetro inferior ao da câmara, posicionada sobre o pistão. Ao extrudar o tarugo, uma casca cilíndrica contendo a camada de óxido permanece " colada " à parede da câmara. Com isto elimina-se a presença de óxidos no produto. A casca é posteriormente removida da câmara.
Veja o campo de temperaturas para extrusão de vários metais:
Projeto de Matrizes e Materiais
O projeto de matrizes requer experiência considerável. Dois exemplos de configurações são mostrados na figura abaixo.
Os diferentes tipos de matrizes tem suas características classificadas abaixo.
Linhas gerais para um projeto adequado são mostradas na figura abaixo. Destacam-se: procurar simetria da seção transversal, evitar cantos vivos e mudanças extremas nas dimensões dentro da seção tansversal.
Lubrificação é importante na extrusão a quente. O vidro é excelente lubrificante para aço, aço inox, metais e ligas para altas temperaturas. No processo Séjournet, uma pastilha de vidro é colocada na entrada da matriz. A pastilha atua como um reservatório de vidro fundido, que lubrifica a interface da matriz durante a extrusão. Vidro pulverizado sobre o tarugo reduz a fricção da interface câmara-tarugo.
Para metais com tendênca a aderir à parede da matriz, pode-se usar um revestimento fino de metal macio e de baixa resistência, como cobre ou aço doce. O procedimento é denominado “jaquetamento” ou “enlatamento”. Além de formar um superfície de baixa fricção o tarugo fica protegido contra contaminação do ambiente, e vice-versa no caso de material tóxico ou radioativo.
Defeitos na Extrusão
Os principais defeitos são:
-Trinca superficial : ocorre quanto a temperatura ou a velocidade é muito alta. Estas causam um aumento significativo da temperatura da superfície, causando tricas e rasgos. Os defeitos são intergranulares. Ocorrem especialmente em ligas de alumínio, magnésio e zinco, embora possam ocorrer em ligas de alta temperatura. Estes defeitos podem ser evitados reduzindo-se a velocidade de extrusão e diminuindo a temperatura do tarugo.
-cachimbo: o tipo de padrão de fluxo mostrado na figura c mostrada anteriormente ( rever) tende a arrastar óxidos e impurezas superficiais para o centro do tarugo, como num funil. Este defeito é conhecido como defeito cachimbo ( ou rabo de peixe) . O defeito pode se estender até um terço do comprimento da parte extrudada e deve ser eliminado por corte. O defeito pode ser minimizado alterando-se o padrão de fluxo para um comportamento mais uniforme., controlando a fricção e minimizando os gradientes de temperatura. Alternativamente o tarugo pode ser usinado ou tratado quimicamente antes da extrusão, removendo-se as impurezas superficiais.
-Trinca interna: o centro do tarugo pode desenvolver fissuras que são conhecidas como trincas centrais, fratura tipo ponta de flecha ou chevron. O defeito é atribuído à tensão hidrostática de tração na linha central , similar à situação da região de estricção em um corpo em ensaio de tração. A tendência à formação de fissuras centrais aumenta com o crescimento da fricção e da relação de extrusão . Este tipo de defeito também aparece na extrusão de tubos.
Aplicações do Forjamento
utilizados para a produção de peças forjadas são os aços (comuns e ligados, aços
estruturais, aços para cementação e para beneficiamento, aços inoxidáveis ferríticos e
austeníticos, aços ferramenta), ligas de alumínio, de cobre (especialmente os latões), de
magnésio, de níquel (inclusive as chamadas superligas, como Waspaloy, Astraloy, Inconel,
Udimet 700, etc., empregadas principalmente na indústria aeroespacial) e de titânio.
O material de partida é geralmente fundido ou, mais comumente, laminado - condição
esta que é preferível, por apresentar uma microestrutura mais homogênea. Peças forjadas
em matriz, com peso não superior a 2 ou 3 kg, são normalmente produzidas a partir de
barras laminadas; as de maior peso são forjadas a partir de tarugos ou palanquilhas, quase
sempre também laminados, e cortados previamente no tamanho adequado. Peças delgadas,
como chaves de boca, alicates, tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirúrgicos, etc.,
podem ser forjadas a partir de recortes de chapas laminadas.
Fonte: http://meusite.mackenzie.com.br/carlosmonezi/seminarios/1o_semestre/1_2005/forjamento.pdf
Forjamento em Matriz
peças forjadas com tolerâncias dimensionais bastante precisas. Normalmente, para justificar
a utilização dessas matrizes relativamente dispendiosas, esse processo é usado para taxas de
produção altas. Em geral, na forja em matriz o tarugo é primeiro desbastado e
esquadrinhado para ajustar o metal nas posições corretas na matriz para o forjamento
subseqüente. O tarugo pré-moldado é então colocado na cavidade da matriz de forja em
bruto para atingir uma forma próxima à desejada. A maior parte da mudança da forma
ocorre quase sempre nessa etapa. Em seguida a peça é transferida para uma matriz de
acabamento, onde é forjada para a forma e dimensões finais .
Normalmente a cavidade de forja em bruto e a cavidade de acabamento são usinadas
no mesmo bloco de matriz. Com freqüência, são feitos o desbaste e a expansão do metal
nos extremos do bloco da matriz.
É importante usar sempre uma quantidade de metal suficiente para encher toda a
cavidade da matriz. Como é difícil colocar a quantidade exata de metal nos lugares corretos
durante o desbaste e a expansão é comum usar-se uma quantidade ligeiramente acima do
necessário. Quando a matriz executa a etapa final de acabamento. o excesso de metal escoa
para fora da cavidade como uma fita de metal chamada de rebarba de forjamento em matriz
fechada. A fim de evitar a formação de uma rebarba muito grande. em geral projeta-se um
ressalto conhecido como uma calha de rebarba . A etapa final no forjamento de uma peça
em matriz fechada é remoção da rebarba com uma matriz para aparar ou matriz de
rebarbação.
A rebarba tem duas funções. Como descrito acima. ela atua como uma "válvula de
segurança" para o excesso de metal na cavidade da matriz. De maior importância é que a
rebarba regula o escape do metal, portanto uma rebarba muito fina aumenta muito a
resistência de escoamento do sistema de maneira que a pressão sobe para valores bem altos,
assegurando que o metal preencha todos os espaços da cavidade da matriz. O segredo do
projeto da rebarba é ajustar de tal forma as suas dimensões de maneira que a extrusão do
metal através da abertura estreita para a rebarba seja mais difícil do que preencher os
detalhes mais intrincados da matriz. Porém, isso não deve ser feito em excesso para não só
criar altas cargas de forjamento, como também evitar problemas com a deformação ou
quebra da matriz. O ideal é projetar a rebarba ao mínimo necessário à realização do
trabalho.
Em forja com matrizes fechadas é extremamente difícil produzir componentes com
filetes muito agudos. almas finas e frisos ou arestas muito altas. Além disso, as matrizes de
forja devem ser afuniladas para facilitar a remoção das peças acabadas. Este ângulo de
saída varia 5°a 7° para superfícies internas e de 7° a 8° para superfícies.
Generalidades Peças de formas complexas ou de precisão não podem ser obtidas por técnicas de forjamento livre, exigindo matrizes especialmente preparadas que contenham o negativo (ou contorno) da peça a ser produzida. Tais matrizes são caras, exigindo na maioria das vezes, alta produção para justificar seu custo. A obtenção de um formato complexo normalmente não é possível com uma única etapa de trabalho, exigindo uma ou mais etapas de pré-forjamento. As etapas de pré-forjamento podem ser efetuadas com o auxilio de superfícies especialmente usinadas no próprio bloco das matrizes, ou em equipamento separado, ou mesmo por meio de outros processos como a laminação. O objetivo do pré-forjamento redistribuir o metal para posições mais adequadas ao forjamento subseqüente. A pré-forma assim obtida pode ser conformada para uma configuração mais próxima da final em uma matriz de esboço ("blocker die"), que assegura uma distribuição adequada de metal, mas ainda não na forma final. Diante da dificuldade para se distribuir precisamente o material nas etapas de operações unitárias, utiliza-se na maioria dos casos um certo excesso de material, que já na etapa de esboçamento se permite escapar por entre as duas matrizes, formando uma rebarba que por vezes é removida (cortada) antes do forjamento final nas matrizes de acabamento ("finishing dies") . Na etapa de acabamento o excesso de material também forma rebarba, que tem de ser fina para assegurar o preenchimento total da matriz e tolerâncias rigorosas. Isto porque uma rebarba fina, em presença de atrito, gera alta pressão de conformação.Veja o caso de distribuição de pressão nas cavidades das matrizes, no caso de forjamento de uma pá de turbina
Para evitar um aumento excessivo desta pressão as matrizes são usualmente projetadas de tal modo que a rebarba fica reduzida à sua espessura mínima somente em uma largura pequena (garganta ou costura - “flash land”) sendo permitido ao restante escoar livremente dentro da calha ou bacia ("flash gutter").
A decomposição da conformação de uma peça complexa entre diversas etapas de trabalho e ferramentas permite em muitos casos economizar energia e material, reduzir o desgaste das ferramentas e aumentar a precisão do forjado.
Métodos do Forjamento em Matriz As operações de obtenção das formas intermediárias de uma peça constituem a conformação intermediária, que se compõe normalmente de três etapas: (i) distribuição de massas; (ii) dobramento (se for o caso); (iii) formação da seção transversal. Na etapa de distribuição de massas se procede à retirada de material das porções nas quais a seção transversal deva ser reduzida, e o acúmulo do material nas posições onde a seção deva ser aumentada (fase (b) da figura abaixo). As operações mais empregadas para esta etapa são: o estiramento, o encalcamento, o alargamento, a laminação, a extrusão e o rolamento, sendo o recalque usado para aumentar a secção transversal. O dobramento (segunda etapa), pode ser executado durante o forjamento, sem um estágio especial, quando for paralelo ao movimento da ferramenta. Em caso contrário, é efetuado numa etapa específica durante (fase (c) da figura abaixo) ou mesmo após o forjamento da peça. Pode envolver ou não uma redução da seção transversal da peça e uma defasagem do eixo da mesma como o caso do forjamento de virabrequins (ver Dobramentos Intermediários abaixo).
A formação da seção transversal, ou esboçamento é a última etapa da conformação intermediária, na qual as seções transversais são aproximadas das secções definitivas da peça, de modo que as ferramentas acabadoras imprimam a forma e dimensões exatas da peça, com um consumo mínimo de energia. Esta etapa envolve uma distribuição de massa perpendicularmente ao eixo longitudinal da peça (ver fase (d) da figura acima). Observação: Por vezes é necessário mais de um estágio de esboço, quando uma única ferramenta não é capaz de estabelecer o fluxo adequado de metal ou exige um consumo de energia além da capacidade do equipamento disponível.
Formação da Rebarba- Funções Na etapa de conformação final, ao iniciar-se a formação da rebarba, em virtude da presença do estrangulamento ou garganta da rebarba entre as duas matrizes, as tensões compressivas na cavidade das matrizes elevam-se consideravelmente e causam o preenchimento de todos os recessos dessa cavidade. As funções da rebarba, portanto, são duas: Atuar como "válvula de segurança" para o excesso de metal na cavidade das matrizes; e Regular o escapamento do metal, aumentando a resistência ao escoamento do sistema de modo que a pressão cresça até valores elevados, assegurando que o metal preencherá todos os recessos da cavidade. A figura abaixo é uma curva típica da variação da pressão ou carga de forjamento em função do avanço das matrizes.
Fonte:http://meusite.mackenzie.com.br/carlosmonezi/seminarios/1o_semestre/1_2005/forjamento.pdf
Forjamento Livre
contra as outras e que não contêm a forma da peça ou somente a contêm em parte.
A moldagem livre é apropriada para a confecção de peças de tamanhos diversos, que
devem receber formas simples e lisas com superfícies planas ou uniformemente redondas.
Para o forjamento de peças pesadas de um tamanho da ordem de 100 toneladas a moldagem
livre é a única possibilidade de fabricação.
O forjamento livre pode ser realizado com o auxílio da força muscular, quando então
é denominado forjamento livre manual, ou com o auxílio ,das prensas ou máquinas de
forjar, neste caso recebe a denominação de forjamento livre a máquina. Tanto numa
situação quanto outra, o formato da peça, assim como suas dimensões são obtidas pela
habilidade do forjador em manipular as máquinas e as ferramentas, sendo portanto uma
operação a ser realizada por profissional especializado.
No forjamento livre manual é comum o uso da bigorna como elemento de apoio. A
bigorna é assentada sobre um bloco de concreto, ferro fundido ou ainda madeira e também
se faz uso de diversas
Nas situações em que as peças já não são tão pequenas, ou ainda que se deseje maior
produção o forjamento livre pode ser realizado com máquinas, neste caso a única mudança
é que a força para a deformação não é mais muscular, ela é produzida por uma máquina,
mas todo o controle da forma, dimensão e deformação é levado a cabo pelo forjador
baseado na sua habilidade e conhecimento.
Fonte: http://meusite.mackenzie.com.br/carlosmonezi/seminarios/1o_semestre/1_2005/forjamento.pdf
Equipamentos utilçizados para forjar
os martelos e cada um deles se subdividem de forma genérica em alguns tipos peculiares
1. Prensas de fuso
São constituídas de um par porca/parafuso, com a rotação do fuso, a massa superior se
desloca, podendo estar fixada no próprio fuso ou então fixada à porca que neste caso deve
ser móvel, dando origem a dois sub-tipos de prensas; as de fuso móvel; e as de porca móvel
Ligado ao fuso há um disco de grande dimensão que funciona como disco de inércia,
acumulando energia que é dissipada na descida. O acionamento das prensas de fuso podem
ser de três tipos:
• através de discos de fricção;
• por acoplamento direto de motor elétrico;
• acionado por engrenagens
2. Prensas excêntricas ou mecânicas
Depois do martelo de forja, a prensa mecânica é o equipamento mais comumente
utilizado. Pode ser constituído de um par biela/manivela, para transformar um movimento
de rotação, em um movimento linear recíproco da massa superior da prensa.
Para melhorar a rigidez deste tipo de prensa algumas variações do modelo
biela/manivela foram propostos assim nasceram as prensas excêntricas com cunha e as
prensas excêntricas com tesoura conforme mostra a figura
Prensas excêntricas com cunha e com tesoura que tem a finalidade de serem mais
rígidas que uma prensa excêntrica convencional.
O curso do martelo neste tipo de prensa é menor que nos martelos de forjamento e nas
prensas hidráulicas. O máximo de carga é obtido quando a massa superior está a
aproximadamente 3 mm acima da posição neutra central. São encontradas prensas
mecânicas de 300 a 12.000 toneladas. A pancada de uma prensa é mais uma aplicação de
carga crescente do que realmente um impacto. Por isto as matrizes sofrem menos e podem
ser menos maciças. Porem o custo inicial de uma prensa mecânica é maior que de um
martelo.
3. Prensas hidráulicas
As prensas hidráulicas são máquinas limitadas na carga, na qual a prensa hidráulica
move um pistão num cilindro. A principal característica é que a carga total de pressão é
transmitida em qualquer ponto do curso do pistão. Essa característica faz com que as
prensas hidráulicas sejam particularmente adequadas para operações de forja do tipo de
extrusão. A velocidade do pistão pode ser controlada e mesmo variada durante o seu curso.
A prensa hidráulica é uma máquina de velocidade baixa, o que resulta em tempos longos de
contato com a peça que pode levar a problemas com a perda de calor da peça a ser
trabalhada e com a deterioração da matriz. Por outro lado. a prensagem lenta de uma prensa
hidráulica resulta em forjamento de pequenas tolerâncias dimensionais. As prensas
hidráulicas são disponíveis numa faixa de 500 a 18.000 toneladas, já tendo sido
construídas, também, prensas hidráulicas de 50.000 toneladas. O custo inicial de uma
prensa hidráulica é maior do que o de uma prensa mecânica da mesma capacidade. São
disponíveis na literatura técnica fatores para conversão entre a capacidade das prensas e dos
martelos de forja.
4. Martelo
A peça mais comumente usada dos equipamentos de forja é o martelo de forja. Os
dois tipos básicos de martelo são: martelo de queda livre com prancha e o martelo de duplo
efeito. No martelo de queda com prancha, a matriz superior e a massa cadente são elevadas
por rolos de atrito engrenados à prancha, correntes ou outros mecanismos. Quando a
prancha é liberada, a massa cadente cai sob a influência da gravidade para produzir a
energia da pancada. A prancha é imediatamente elevada para nova pancada. O forjamento
com um martelo é normalmente feito com pancadas repetidas. Os martelos podem atingir
entre 60 e 150 pancadas por minuto dependendo do tamanho e capacidade. A energia
suprida pelas pancadas é igual à energia potencial devido ao peso da massa cadente e da
altura de queda. Os martelos de queda são classificados pelo peso da massa cadente.
Entretanto, uma vez que o martelo é uma máquina limitada energeticamente. no qual a
deformação se processa até que a energia cinética é dissipada pela deformação plástica da
peça de trabalho ou pela deformação elástica das matrizes e da máquina, é mais correto
classificar essas máquinas em termos da energia transmitida.
Uma capacidade maior de forja é atingida com um martelo de duplo efeito no qual o
martelo é acelerado no seu curso descendente por pressão de vapor ou ar comprimido em
adição à gravidade. O vapor ou ar comprimido podem também serem usados para elevar o
martelo no seu curso ascendente. Nos martelos de queda o choque produzido pela queda da
massa é transmitido para toda a estrutura da máquina, bem como para as fundações. O que
é um grande transtorno.
Para amenizar este fato foram desenvolvidos os martelos de contragolpe, em que a
chabota se movimenta ao mesmo tempo que a massa superior encontrando-se ambas no
meio do percurso. Desta forma a reação do choque praticamente inexiste e não é
transmitida para a estrutura da máquina e fundações.
Mas dada a configuração deste tipo de martelo temos como desvantagens:
• maior desalinhamento entre as partes superior e inferior da matriz;
• a força de forjamento deve estar localizada no meio da matriz para
evitar grandes atritos entre as massas e as guias;
• não é possível manipular a peça durante o movimento do martelo
• maiores despesas de manutenção
Uma característica comum aos martelos é que em função do forjamento ser
feito por meio de golpes, o martelo adquire grande flexibilidade, pois enquanto as
prensas são limitadas em termos de força (só podem ser aplicadas se a força
requerida for menor que a disponível), nos martelos esta limitação não existe uma
vez que o martelo aplicará golpes sucessivos até que a conformação desejada se
processe. Desta forma os martelos são mais indicados para o uso com matrizes
de múltiplas cavidades em que em um único bloco existem as cavidades para préconformação
e conformação final.
Um outro aspecto relativo aos martelos é que estes requerem em média
400% mais energia, que as prensas, para executar a mesma deformação
Desenho da peça para forjamento
Fonte: http://meusite.mackenzie.com.br/carlosmonezi/seminarios/1o_semestre/1_2005/forjamento.pdf
Trefilçação
O que é: a trefilação é uma operação em que a matéria-prima é estirada através de uma matriz em forma de canal convergente (FIEIRA ou TREFILA) por meio de uma força trativa aplicada do lado de saída da matriz. O escoamento plástico é produzido principalmente pelas forças compressivas provenientes da reação da matriz sobre o material. Forma resultante: simetria circular é muito comum em peças trefiladas, mas não obrigatória. Condições térmicas: normalmente a frio. Uso - produtos mais comuns:
- sem apoio interno (REBAIXAMENTO ou AFUNDAMENTO)(fig.a)
- com mandril passante (fig.b)
- com plug (bucha) interno (fig. c)
- com bucha flutuante (fig.d)
A precisão dimensional obtenível é maior do que em qualquer outro processo exceto a laminação a frio, que não é aplicável às bitolas comuns de arames;
A superfície produzida é uniformemente limpa e polida;
O processo influi nas propriedades mecânicas do material, permitindo, em combinação com um tratamento térmico adequado, a obtenção de uma gama variada de propriedades com a mesma composição química.
Fieira
Material: os materiais dependem das exigências do processo (dimensões, esforços) e do material a ser trefilado. Os mais utilizados são:
Carbonetos sinterizados (sobretudo WC) – widia,
Metal duro,etc. (figura abaixo)
Aços de alto C revestidos de Cr (cromagem dura)
Aços especiais (Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-W, etc.)
Ferro fundido branco
Cerâmicos (pós de óxidos metálicos sinterizados)
Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras)
Trefilação dos arames de aço
Etapas do processo
Os passos a percorrer são discriminados no esquema abaixo . Observe que a trefilação propriamente dita é precedida por várias etapas preparatórias que eliminam todas as impurezas superficiais, por meios físicos e químicos.
Matéria-prima: fio-máquina (vergalhão laminado a quente)
Descarepação: - Mecânica (descascamento): dobramento e escovamento. Química (decapagem): com HCl ou H2S04 diluídos.
Lavagem: em água corrente
Recobrimento: comumente por imersão em leite de cal Ca(OH)2 a 100°C a fim de neutralizar resíduos de ácido, proteger a superfície do arame, e servir de suporte para o lubrificante de trefilação.
Secagem (em estufa) - Também remove H2 dissolvido na superfície do material.
Trefilação - Primeiros passes a seco.Eventualmente: recobrimento com Cu ou Sn e trefilação a úmido.
Tratamentos térmicos dos arames
Depois da trefilação os arames são submetidos a tratamentos térmicos para alívio de tensões e/ou obtenção de propriedades mecânicas desejadas. Abaixo, os principais tratamentos utilizados Recozimento: Indicação: principalmente para arames de baixo carbono Tipo: subcritico, entre 550 a 650°C Objetivo: remover efeitos do encruamento. Patenteamento: Indicação:aços de médio a alto carbono (C> 0,25 %) Tipo: aquecimento acima da temperatura crítica (região g) seguido de resfriamento controlado, ao ar ou em banho de chumbo mantido entre 450 e 550°C. Objetivo: obter uma melhor combinação de resistência e ductilidade que a estrutura resultante (perlita fina ou bainita) fornece.
Análise da trefilação de arames
Carga de trefilação Para cada passe de trefilação, a carga necessária pode ser estimada pela seguinte expressão:
OBSERVAÇÕES: 1- Em trefiladoras múltiplas o arame pode ficar sujeito a uma pequena tração à ré a partir da segunda trefila; com isto a tensão de trefilação st aumenta, mas a pressão na interface da matriz com o metal cai, diminuindo o desgaste da fieira:
Veja na figura as condições de fluxo em relação aos ângulos críticos.
Defeitos em trefilados
- de defeitos na matéria
-prima (fissuras,lascas, vazios, inclusões); - do processo de deformação. Exemplo de defeito:Trincas internas em ponta de flecha ("chevrons")- veja figura abaixo
Quando a redução é pequena e o ângulo de trefilação é relativamente grande (tipicamente, quando D/L > 2) a ação compressiva da fieira não penetra até o centro da peça. Durante a trefilação as camadas mais internas da peça não recebem compressão radial, mas são arrastadas e forçadas a se estirar pelo material vizinho das camadas superficiais, que sofrem a ação direta da fieira. Tal situação (deformação heterogênea) gera tensões secundárias trativas no núcleo da peça, que pode vir a sofrer um trincamento característico, em ponta de flecha. A melhor solução é diminuir a relação D/L, o que pode ser feito empregando-se uma fieira de menor ângulo (a), ou então aumentando-se a redução no passe (em outra fieira com saída mais estreita) .
O que é Laminação ?
Fonte:www.infomet.com.br
Laminadores
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 a), o sentido do giro dos cilindros não pode ser invertido e o material só pode ser laminado em um sentido. Nos reversíveis, figura b), a inversão da rotação dos cilindros permite que a laminação ocorra nos dois sentidos de passagem entre os rolos. No laminador trio, figura c), os cilindros sempre giram no mesmo sentido. Porém, o material pode ser laminado nos dois sentidos, passando-o alternadamente entre o cilindro superior e o intermediário e entre o intermediário e o inferior.
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, figura d). Este tipo de laminador denomina-se quádruo, podendo ser reversível ou não. 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, figura e). Um outro laminador muito utilizado é o universal, que dispõe de dois pares de cilindros de trabalho, com eixos verticais e horizontais, figura f). Existem outros tipos de laminadores mais especializados, como o planetário, “passo peregrino”, Mannesmann, de bolas, etc.
Arranjos típicos de Laminadores
A figura (a) abaixo mostra uma vista esquemática de um laminador duo, constituído por um quadro, dois cilindros de trabalho e os mancais nos quais giram os cilindros. Neste laminador o cilindro inferior é fixo e o cilindro superior pode mover-se, durante a operação, através de um sistema de parafusos. Este movimento também pode ter acionamento hidráulico.
Os quadros são construídos de aço ou ferro fundido e podem ser do tipo aberto ou fechado. O quadro fechado é constituído por uma peça inteiriça e os cilindros devem ser colocados ou retirados por um movimento paralelo ao seu eixo. A parte superior do quadro aberto é removível e denomina-se chapéu; neste caso, os cilindros são retirados por um movimento vertical, após a remoção do chapéu, figura (b). O quadro fechado é mais resistente que o aberto, mas apresenta maiores problemas para troca de cilindros.
Os mancais dos cilindros servem de apoio a estes cilindros; eventuais deformações destas peças provocariam variações dimensionais nos produtos, o que é altamente indesejável. Três tipos de mancais são usados em laminadores: mancais de fricção, onde o pescoço gira sobre casquilhos de bronze, madeira, etc., devidamente lubrificados; mancais de rolamento; mancais a filme de óleo sob pressão (tipo “Morgoil”).
Laminação a Frio
Trens de laminadores quádruos de alta velocidade com três a cinco cadeiras são utilizados para a laminação a frio do aço, alumínio e ligas de cobre. Normalmente esses trens de laminação são concebidos para terem tração avante e a ré. A laminação contínua tem alta capacidade de produção, o que resulta num custo de produção baixo. A redução total atingida por laminação a frio geralmente varia de 50 a 90%. Quando se estabelece o grau de redução em cada passe ou em cada cadeira de laminação, deseja-se uma distribuição tão uniforme quanto possível nos diversos passes sem haver uma queda acentuada em relação à redução máxima em cada passe. Normalmente, a porcentagem de redução menor é feita no último passe para permitir um melhor controle do aplainamento, bitola e acabamento superficial. A eliminação do limite de escoamento descontínuo nas tiras de aço recozido é um problema prático muito importante, pois a ocorrência deste fenômeno provoca uma deformação heterogênea em posterior processamento (linhas de Lüders). Isto é devido ao alongamento descontínuo do limite de escoamento. A prática normal é dar uma pequena redução final a frio no aço recozido, chamada de passe de encruamento superficial, que elimina o alongamento descontínuo do limite de escoamento. Esse passe de acabamento também resulta numa melhora da qualidade superficial e controle dimensional. Outros métodos podem ser utilizados na melhoria do controle dimensional das tiras ou folhas laminadas, entre estes estão o aplainamento por rolos e o desempeno por tração.
Laminação a Quente
Quando o aço é lingotado convencionalmente, a primeira operação de laminação ocorre em um laminador desbastador (“blooming”, “slabbing mill”), que é usualmente um duo reversível cuja distância entre os rolos pode ser variada durante a operação. Na operação de desbaste utiliza-se também laminadores universais, o que permite um melhor esquadrinhamento do produto. Os produtos desta etapa são blocos (“blooms”, seção quadrada) ou placas (“slab”, seção retangular).
As placas são laminadas até chapas grossas (material mais espesso) ou tiras a quente. Na laminação de chapas grossas utilizam-se laminadores duos ou quádruos reversíveis, sendo este último o mais utilizado. Na laminação de tiras, comumente utilizam laminadores duos ou quádruos reversíveis numa etapa preparadora e um trem contínuo de laminadores quádruos. A figura abaixo mostra esquematicamente um trem contínuo de laminação. O material, após a laminação é então, bobinado a quente, decapado e oleado indo a seguir para o mercado ou para a laminação a frio.
Deve-se observar que, com o lingotamento contínuo, produzem-se placas e tarugos diretamente da máquina de lingotar, evitando-se uma série de operações de laminação, em especial a laminação desbastadora.
As indústrias de transformação de não ferrosos operam com uma diversidade muito grande de produtos, portanto os equipamentos utilizados na laminação a quente desses materiais são muito menos especializados do que os empregados na laminação a quente de aços. Os lingotes de materiais não ferrosos são menores e as tensões de escoamento são normalmente mais baixas do que as dos materiais ferrosos, o que permite o uso de laminadores de pequeno porte. Laminadores duos ou trios são normalmente usados para a maioria dos metais não ferrosos na laminação a quente, entretanto, laminadores quádruos contínuos são usados para as ligas de alumínio.
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