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Trabalho acadêmico na disciplina de processos de fabricação II.
Tipologia: Trabalhos
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Não perca as partes importantes!
Engenharia Mecânica
Prof Eliane Sell Espíndola
Joinville 2010/
Trabalho acadêmico referente a hidroconformação de metais, mostrando os parâmetros envolvidos no processo.
Prof Eliane Sell Espíndola
Joinville 2010/
Dentro do ramo metal-mecânico, especialmente na indústria automobilística, têm-se procurado processos de fabricação que tenham como característica a obtenção de peças mais leves e resistentes de modo também a reduzir custos de componentes, conjuntos, produtos e do processo em si. Um destes processos é a hidroconformação, que vem sendo utilizada principalmente na fabricação de peças com geometrias complexas como a estrutura principal de carrocerias e peças estruturais de componentes agregados como suporte do motor e eixos dianteiros e traseiros, bem como de conjuntos que antes eram constituídos de várias peças e que através deste processo podem ser fabricados como uma peça inteiriça. O processo de hidroconformação é relativamente recente e vem sendo aplicado principalmente em tubos de aço baixo carbono com costura, aços de alta resistência e baixa liga com costura (ARBL), ambos produzidos a partir de chapas finas laminadas e tubos de alumínio extrudados.
Segundo Bortolussi em seu artigo Hidroconformação de Tubos: Influência dos parâmetros de processo, a hidroconformação (2010: 01): “..consiste na obtenção de peças metálicas por conformação a partir da aplicação simultânea de pressão hidrostática de fluido e esforços de compressão sobre o material a ser conformado (chapas, ou tubos).” Neste processo, existe um tipo especial de matriz que usa um fluido hidráulico em alta pressão para empurrar o material contra um molde que em geral possui o formato do negativo da peça. Assim, o fluido é injetado por pistões causando a compressão do material contra o molde. Através da hidroconformação é possível produzir peças das mais variadas formas complexas que seriam impossíveis de serem obtidas por processos convencionais de conformação. Consegue-se também peças com elevada rigidez em relação ao peso do material e um baixo custo em relação a peças soldadas ou estampadas. Originalmente, a hidroconformação foi utilizada na fabricação de torneiras de cozinha nos anos 50 e foi patenteada por Milton Garvin da Schaible Company of Cincinnati, Oklahoma. A figura 1 apresenta algumas peças feitas por este processo:
Figura 1 – Peças Fabricadas por Hidroconformação
As principais vantagens do processo de hidroconformação são:
prensas especiais como as hidráulicas comuns deste que sejam robustas o bastante para gerar a pressão necessária. O processo consiste no fechamento da matriz em torno de uma pré-forma oca e então um ou dois fusos deslizam para dentro da matriz para vedar uma ou duas saídas da pré-forma. Posteriormente os cilindros de compressão empurram o material e simultaneamente a pressão interna começa a aumentar mudando a forma do tubo, neste instante o cilindro de contra pressão, colocado na parte superior da ferramenta, evita que ocorra uma redução excessiva de espessura exercendo uma força contrária à direção da expansão. Com isso pode-se conformar peças com alto grau de precisão com tolerâncias comparáveis a matrizes mecânicas. A repetibilidade do processo é bem alta. A Figura 3 ilustra as etapas:
Figura 3 – Etapas do processo
Uma forma de evitar a formação de regiões com parede fina, pode-se pressionar o material utilizando-se os fusos, sendo que esta técnica não é aconselhável para peças mais complexas. A figura 4 mostra as diferentes peças que podem ser obtidas utilizando uma mesma pré-forma.
Para cada tamanho e geometria da peça utiliza-se forças e pressões do fluido específicas. Normalmente a força necessária da prensa vária entre 2 e 360 MN (200 a 36000 toneladas) e a pressão do fluido de 10 a 6000 MPa.
Figura 4 – Peças obtidas com uma mesma pré-forma
A máquina de hidroconformação deve garantir controle sobre a força de fechamento das ferramentas, que deve aumentar conforme aumenta a pressão interna, sobre a força de contra pressão e sobre o deslocamento dos cilindros de compressão. Bortolussi comenta em seu artigo que o processo de hidroconformação pode ser controlado pelo deslocamento dos cilindros de compressão ou controlado pela força de compressão, sendo que este último tipo de controle depende muito das condições de fornecimento do material, pois variações nas propriedades mecânicas implicará em mudanças na força de compressão. Alterações das condições de atrito durante a vida útil da ferramenta também irão provocar variações na força de compressão, cabe ressaltar que para as elevadas pressões que ocorrem na região reta do tubo, a força de compressão sofrerá grandes variações para pequenas variações de coeficiente de atrito.
2.2 CONFORMAÇÃO HIDROMECÂNICA
A conformação por fluido também conhecida por conformação hidromecânica é similar ao embutimento profundo com prensa mecânica, em que a matriz consiste em uma câmara fechada cheia de fluido hidráulico com capacidade média de transmissão controlada de pressão.
em regiões concentradas é denominada de localizada e é mais preocupante pois pode levar a ruptura do material. A ruptura ou fissura também pode ocorrer em tubos e chapas e aparece quase sempre após a estricção localizada devido a pressão interna excessiva. Estas falhas citadas podem acontecer devido à instabilidade do material sob carregamentos inadequados, produzidos por certas relações entre o deslocamento dos cilindros axiais e a pressão interna, principalmente. A figura 6 ilustra estes defeitos:
Figura 6 – Defeitos na Hidroconformação
Nos últimos anos o processo de Hidroconformação vem sendo cada vez mais utilizado por ser capaz de produzir peças com menores variações dimensionais, mais leves, mais resistentes e também mais versáteis e flexíveis para redução de custo de produção. Indústrias automobilísticas são as que mais utilizam este processo, com uma das finalidades de produzir peças complexas e com boa qualidade superficial para carros esportivos de alto nível. Entre as maiores limitações deste processo, estão os fenômenos de falha por estricção, enrugamento e ruptura. De modo geral vale ressaltar que a Hidroconformação é uma forma econômica de conformar metais maleáveis, tornando-se possível produzir o que antes era formado de várias peças em uma única peça inteiriça.
