Baixe Notas aula de Fabricação e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!
Processos de Fabricação
1. Conformação Mecânica
2. Fundição
3. Metalurgia do Pó
4. Usinagem
1- Conformação mecânica
Vamos conhecer um pouco do processo pelo qual são produzidos objetos dobrados de aspecto cilíndrico, cônico ou em forma prismática a partir de chapas de metal. Vamos estudaras máquinas de dobrar e curvar, os cuidados a serem tomados durante essas operações e como se efetuam essas operações em grande escala.
Deformação por flexão
Dobramento é a operação que é feita pela aplicação de dobra ao
material. Dobra é a parte do material plano que é flexionada sobre uma base
de apoio. Na ilustração abaixo vemos uma chapa presa a uma morsa de
bancada sendo dobrada com o auxílio de um macete.
Curvamento é a operação feita pela aplicação de curva ao material produzido.
Curva é a parte de um material plano que apresenta uma curvatura ou arqueamento.
Na figura abaixo vemos uma operação de curvamento de uma chapa com o auxílio
de um dispositivo cilíndrico preso à morsa.
O curvamento da chapa é obtido por meio das pancadas de martelo. Nas
operações de curvamento e dobramento,o esforço de flexão é feito com
intensidade, de modo que provoca uma deformação permanente no material.
Dobramento
O dobramento pode ser feito manualmente ou à máquina. Quando
a operação é feita manualmente, usam-se ferramentas e gabaritos. Na operação
feita à máquina, usam-se as chamadas prensas dobradeiras. A escolha de
utilização de um ou outro tipo de operação depende das necessidades de
produção. A operação de dobramento é feita, na maior parte das vezes, a
frio.Pode ainda ser feita a quente, em casos especiais.
Deformação plástica e elástica
A operação de dobramento provoca uma deformação permanente no material
trabalhado. A deformação que é feita numa peça por meio do dobramento chama-
se deformação plástica. Antes desta deformação, porém, ocorre uma outra,
chamada deformação elástica, que não é permanente.
Todo processo de deformação acontece do seguinte modo: tomemos como
exemplo uma mola.
Quando tracionamos com pouco esforço e a soltamos, ela volta à sua
posição inicial. Este tipo de deformação chama-se deformação elástica. Se,
entretanto, tracionarmos com muito esforço, o material ultrapassa sua resistência
à deformação e não retorna mais à sua forma inicial. Desse modo, o material é
deformado permanentemente. Chama-se a essa deformação, deformação
plástica, embora nessa fase o material também apresente certa recuperação
elástica.
Portanto, ao se planejar uma operação de dobramento, é preciso calcular
corretamente o ângulo de dobramento que se quer. O ângulo deve ser calculado
com abertura menor do que a desejada, para que depois da recuperação elástica
a peça fique com a dobra na dimensão prevista.
Dobramento manual
No dobramento manual, o esforço de flexão é exercido manualmente, com o
auxílio de ferramentas e dispositivos como: martelo, morsa, cantoneira e calços
protetores, como mostra a figura a seguir.
Numa operação desse tipo, a escolha da ferramenta de impacto, como o
martelo, tem que ser adequada à espessura do material a ser dobrado. Além
disso, para evitar deformações, devem ser usados calços protetores para a peça
a ser dobrada.
Dobradeiras manuais
As dobradeiras manuais ou viradeiras são máquinas acionadas manualmente
e de grande uso nas indústrias que produzem gabaritos, perfis, gabinetes de
máquinas, armários etc. Estas máquinas se movimentam pela aplicação da força
de um ou mais operadores.
Para operar essas máquinas, o trabalhador precisa ter conhecimentos de
cálculo de dobra, de preparação do material e de ajuste da dobradeira.
Dependendo do trabalho a ser executado, as dobras são feitas com o auxílio de
dispositivos especiais, existentes ou adaptados à viradeira. Essa operação é
amplamente empregada na confecção de perfilados, abas, corpos de
transformadores etc.
espessura da chapa, a quantidade de calor necessária, a pressão que vai ser dada
na dobra, os dispositivos adequados etc.
Curvamento
A operação de curvamento é feita manualmente, por meio de dispositivo se
ferramentas, ou à máquina, com auxílio da calandra, que é uma máquina de
curvar chapas, perfis e tubos.
Curvamento manual
O esforço de flexão para a operação de curvamento é feito à mão, com o
auxílio de martelo, grifa e gabaritos, sempre de acordo com o raio de curvatura
desejado. Esta operação permite fazer cilindros de pequenas dimensões,
suportes, flanges para tubulações etc. Na figura seguinte vemos o curvamento de
uma barra com auxílio da grifa fixa, presa à morsa, onde são aplicados esforços
gradativos para se conseguir a curvatura planejada, com ajuda da grifa móvel.
Curvamento a quente
O trabalho de curvar barras torna-se mais fácil quando o material recebe
aquecimento. Peças como anéis, flanges, elos etc. são executados com êxito a
quente quando observados cuidadosamente os componentes do processo como:
calor aplicado no local correto por meio de maçarico ou forja adequados à
espessura da peça, pressão exercida durante o curvamento e dispositivos
adequados a cada tipo de trabalho.
Curvamento à máquina
A máquina usada para curvar chapas chama-se calandra. Na calandra são
curvados chapas, perfis e tubos. As peças podem ser curvadas de acordo com o
raio desejado. Nesse tipo de máquina é que se fabricam corpos ou costados de
tanques, caldeiras, trocadores de calor, colunas de destilação etc.
Elementos da calandra
A calandra é constituída por um conjunto de rolos ou cilindros, com
movimento giratório e pressão regulável. O material a ser curvado é colocado
entre rolos que giram e pressionam até que o curvamento esteja de acordo com
as dimensões desejadas.
Rolos fixos e móveis
A calandra permite curvar peças de acordo com o raio desejado. O
curvamento é feito por meio dos rolos, que podem ser fixos ou móveis. Rolo fixo é
aquele que tem apenas o movimento giratório. Rolo móvel é aquele que, além de
girar, também pode ser movimentado para cima e para baixo. Desse modo, o raio
de curvatura varia de acordo com a distância entre os rolos.
Nas calandras podem ser curvadas chapas de acordo com o raio desejado.
Quando se quer produzir um cone, cujos raios de curvatura são diferentes,
recorre-se a um tipo especial de calandra. Ela possui rolos inferiores que se
deslocam inclinados entre si, no sentido vertical.
Tipos de calandra
Existem calandras para chapas e calandras para tubos e perfis.
Calandras para chapas
Têm geralmente 3 ou 4 rolos. As de Três rolos são as mais usadas na
indústria e nelas os rolos estão dispostos em formação de pirâmide, como mostra
a ilustração seguinte. As calandras para chapas com Quatro rolos apresentam a
vantagem de facilitar o trabalho de pré-curvamento. Nas calandras de três rolos,o
pré-curvamento é feito manualmente.
Calandras para tubos e perfis
Apresentam conjuntos de rolos ou cilindros sobrepostos, feitos de aço
temperado, com aproximadamente 200 mm de diâmetro. Podem curvar qualquer
tipo de perfil: barras, quadrados, cantoneiras, em T etc.
Quanto ao acionamento, as calandras podem ser: manuais, com um volante
ou manivela para fazer girar os rolos, ou mecânicas, com motor elétrico e redutor
c) ( ) calandras; d) ( ) tornos.
Exercício 4 - A calandra é formada por: a) ( ) conjunto de rolos ou cilindros; b) ( ) partes móveis dispostas em formação de pirâmide; c) ( ) carcaça e grifa; d) ( ) rolos cônicos e rolos paralelos.
Exercício 5 - Existem tipos especiais de calandra para: a) ( ) aço temperado e cobre; b) ( ) chapas e tubos; c) ( ) materiais com recuperação elástica; d) ( ) deformações a quente e a frio.
Corte e dobra
Introdução
Nesta aula você vai ter uma visão geral de como são os processos de fabricação por conformação, por meio de estampos de corte e dobra. Inicialmente, veremos os princípios do corte e da dobra. Depois, os processos de fabricação com utilização destes estampos. Será apresentada a relação entre a resistência do material a ser cortado e a montagem da ferramenta de corte. Veremos ainda aspectos gerais que determinam a qualidade de um produto que incorpora os processos de corte e dobra.
Princípios do corte e da dobra
O corte é um processo de fabricação em que uma ferramenta, com duas cunhas de corte, que se movem uma contra a outra, provoca a separação de um material por cisalhamento. Cisalhamento é a deformação que um corpo sofre devido à ação de forças cortantes opostas. As cunhas de corte são também chamadas de faca ou punção e matriz.O punção é pressionado contra o material e a matriz, de tal modo que para efetuar o corte é preciso aplicar certa força. A essa força se dá o nome de esforço de corte.
Durante o corte, quando o punção pressiona o material contra a matriz, aparecem inicialmente no material, deformações elásticas. Logo a seguir, surgem deformações plásticas em ambos os lados da chapa a ser cortada. Em seguida, com a pressão contínua do punção contra a matriz, o material começa a trincar. Essas trincas de ruptura, ao se unirem, separam a peça da chapa. Uma característica do corte é que a separação de materiais acontece sem a formação de cavacos.
Um corte perfeito, sem rebarbas, é obtido quando as trincas, que se iniciam nos fios de corte, se encontram. Para que isso ocorra, é preciso haver uma folga adequada entre o punção e a matriz, conhecida como folga de corte. Ela é calculada conforme o material a ser trabalhado, sua espessura e sua resistência à tração. Observe uma representação do corte de uma chapa.
Colar Figura
A dobra é um processo de fabricação em que uma ferramenta composta por um conjunto de duas ou mais peças exerce uma força sobre uma superfície, alterando-a. A figura abaixo apresenta um conjunto de dobra. A chapa, plana, é alterada, obtendo-se a mesma forma encontrada tanto no punção quanto na matriz. As operações de dobra são utilizadas para dar forma a peças e a perfis.
Ferramenta de corte e de dobra
O estampo é a ferramenta usada nos processos de corte e de dobra. Compõe se de um conjunto de peças ou placas que, associado às prensas ou balancins, executa operações de corte e de dobra para produção de peças em série. A figura abaixo apresenta um estampo de corte.
Durante o processo, o material é cortado de acordo com as medidas das peças a serem estampadas, a que se dá o nome de tira. Quando cortamos numa tira de material as formas de que necessitamos, a parte útil obtida recebe o nome de peça. O restante de material que sobra chama-se retalho, como mostra a figura abaixo.
O punção pode ser classificado em simples, quando sua forma não apresenta dificuldade de construção. É classificado como punção com peças postiças quando apresenta partes frágeis que serão submetidas a grandes esforços.
Faca de avanço é um punção cuja largura equivale ao passo da matriz. Deve ser usada em estampos progressivos para obter maior rapidez no trabalho. As facas podem ser simples ou duplas.
A faca de avanço faz um corte lateral na tira com a mesma medida do passo. Isso possibilita o deslocamento da tira em passos constantes para obtenção de peças padronizadas.
Conjunto inferior
Placa-guia é uma placa de aço 1020 a 1030 que tem a função de guiar os punções e pilotos centradores nas cavidades cortantes da matriz. A espessura da guia varia conforme o tamanho do estampo, o curso e a função dos punções.
Guias laterais são duas peças de aço 1040 a 1060 colocadas na lateral da placa- matriz. Podem ser temperadas e revenidas. Sua função é guiar a tira de material a ser cortado.
Placa-matriz é uma placa de aço com elevado teor de carbono, temperada, revenida e retificada, com cavidades que têm a mesma secção dos punções. Tem a função de reproduzir peças pela ação dos punções. Observe que a matriz apresenta, nas arestas internas de corte, uma parte cônica para facilitar a passagem da peça ou do retalho.
As placas-matrizes podem ser inteiriças, quando constituídas de uma única peça, ou seccionadas, quando constituídas de várias peças utilizadas nos estampos de grandes dimensões.
Placa-base é uma placa que serve de apoio à placa-matriz e fixada a ela por meio de parafusos e pinos de guia. É construída em aço 1020 a 1030.Quando a peça já cortada sai
pela parte inferior da matriz, a placa-base tem sempre uma cavidade com dimensão maior para facilitar a saída.
Partes do estampo de dobra
O estampo de dobra é também conhecido como dobrador. É formado de punção e matriz e, geralmente, guiado pelo cabeçote da prensa ou placa-guia.O punção é uma peça de aço, temperada e revenida, cuja parte inferior tem um perfil que corresponde à superfície interna da peça. Pode ser fixado diretamente no cabeçote da prensa ou por meio da espiga. A matriz é de aço e sua parte superior tem a forma da parte exterior da peça. Pode ser fixada diretamente sobre a mesa da prensa. Geralmente, é sobre a matriz que se fixam as guias do material da peça, que são elementos adaptados ao estampo para dar uma posição adequada de trabalho.
Procedimento de dobrar
Com um estampo simples de dobrar podemos conseguir vários perfis, mudando somente a posição da peça para obter a forma desejada. Devido à recuperação elástica, uma peça que foi dobrada tende a voltar à sua forma inicial. Por isso, preciso, ao dobrar, calcular um ângulo menor do que o desejado para que depois da recuperação elástica a forma fique com as dimensões previstas.
Outros fatos a considerar no processo são:
- A peça comprime-se na parte interna da dobra e estende-se na parte externa;
- Existe uma região na peça dobrada onde não ocorre deformação por tração nem por compressão. É onde se localiza a chamada linha neutra, que é utilizada para os cálculos do estampo de dobra. Observando a figura abaixo, nota-se que na região tracionada houve diminuição da secção, e na região comprimida houve aumento da seção
- Quando se dobra uma chapa com um raio interno muito pequeno, ela pode: trincar, romper, ter uma redução de espessura, e, conseqüentemente, perder a resistência
Exercício 5 - Linha neutra é a região a) ( ) da prensa que exerce menos força sobre o material; b) ( ) do material onde há maior esforço e concentração de material; c) ( ) do punção localizada nos lados direito e esquerdo; d) ( ) da peça dobrada onde não ocorre deformação do material.
Repuxo
Repuxo é um processo de fabricação, pelo qual uma chapa metálica adquire forma volumétrica, oca, previamente definida. As ferramentas que executam esse trabalho têm as mesmas características dos estampos de corte e dobra. São formadas basicamente por um punção e uma matriz. Na figura abaixo, vemos uma ferramenta de repuxo simples, utilizada para a fabricação de um recipiente.
Observe que o embutimento com esta ferramenta simples produz rugas na peça.
Os estampos de repuxo simples têm custo mais baixo que outros estampos de repuxo. Eles são pouco usados devido à formação de rugas nas bordas durante a operação. Os estampos de repuxo mais elaborados possuem um sujeitador , também conhecido como prensa-chapas. Este dispositivo evita que as bordas, após repuxadas, apresentem rugas. Embora o custo seja mais elevado, são os tipos mais usados na operação de repuxar. Veja, a seguir, um exemplo de estampo com prensa-chapas.
O prensa-chapas tem a função de manter a chapa sob pressão para fazer com que ela deslize apenas para o interior da cavidade da matriz, sem formar rugas. Para evitar a formação de trincas ou fissuras, vários fatores devem ser observados: o cálculo do raio da matriz, a lubrificação do material da peça, a folga entre o punção e a matriz, a regulagem da pressão exercida pelo prensa-chapas etc.
Ao terminar a operação de repuxo, a peça já moldada fica presa à matriz do estampo de repuxar devido à propriedade de recuperação elástica do material. Para que a peça se desloque da cavidade da matriz, existe um dispositivo chamado extrator , que tem a função de liberar a peça.
Na figura abaixo vemos um estampo de repuxo com um extrator que possibilita a saída da peça pela parte inferior do estampo.
Na figura abaixo, um estampo de repuxo com um extrator que possibilita a saída da peça pela parte superior do estampo.
Folga
Quando se planeja fabricar uma peça pelo processo de repuxo, tem-se que levar em conta a folga que deve ser deixada entre o punção e a matriz de repuxo. Calcula-se a folga, representada pela letra grega minúscula delta (δ) em função do tipo e da espessura do material a ser repuxado. A folga corresponde ao valor da espessura do material mais um coeficiente determinado empiricamente para grupos de materiais, como mostram as fórmulas a seguir.
FÓRMULA GRUPOS DE MATERIAIS (CHAPAS)
δ = e + 0,07 Aço
δ = e + 0,04 Metais não ferrosos
δ =e + 0,02 Alumínio
Estágios de uma operação de repuxo
Muitas vezes, uma operação de repuxo durante a produção industrial necessita ser executada em etapas, por meio do qual o produto final vai se completando aos poucos.
Quando não se consegue realizar o repuxo em uma única vez, porque a relação entre o diâmetro do embutimento final e o diâmetro da chapa, conhecido como blank, é muito grande, divide-se a operação em estágios até a peça tomar, aos poucos, sua forma final. A figura a seguir apresenta uma representação esquemática dos estágios de conformação de uma peça, por repuxo.
O número de operações necessárias para se obter um repuxo depende da severidade do repuxo (lê-se beta zero).
Severidade do repuxo ( ) é a relação entre o diâmetro do Blank (D) e o diâmetro do punção (d), ou seja:
= , onde a menor severidade é maior que 1.
A severidade máxima ( max ) é a condição limite para determinar se o repuxo pode ser feito numa única operação. É função do tipo de material, da sua espessura (e) e do diâmetro interno (d) da peça a ser repuxada. Para calcular o max usam-se as fórmulas a seguir:
max MATERIAIS (ADEQUADOS AO REPUXO)
Aços com baixa porcentagem de carbono (1006 - 1008) Aços inoxidáveis Ligas de cobre Alumínio Ligas de latão
2 - 0,0011 Aços com alta porcentagem de carbono (1020 -1030) Ligas de cobre e alumínio com maior dureza Brinell
Se a severidade do repuxo for menor ou igual à severidade máxima que o material suporta, é possível fazer a peça em uma única operação. Mas, se a severidade do repuxo for maior que a severidade máxima, será necessário dividir o processo em estágios.
Em resumo: Se ≤ max → uma operação de repuxo Se > max → mais de uma operação de repuxo
Procedimento de repuxar
Se a peça for como a da figura mostrada abaixo, o ponto de partida para a conformação é obter um Blank com as dimensões apropriadas.
As dimensões do Blank podem ser calculadas por gráfico ou por fórmula matemática. Para calcular matematicamente o diâmetro do blank de uma peça simples, sem abas, utilizamos a fórmula abaixo:
D =
Substituindo os termos da fórmula pelos valores conhecidos, temos:
D = → D = 81,97 → D 82 mm
Consegue-se assim uma chapa com forma e dimensões adequadas ao repuxo.
O passo seguinte é determinar a quantidade de estágios necessários para realizar a operação. Para isso, devemos calcular a severidade do repuxo e a severidade máxima usando as fórmulas:
= e max = 2,15 - 0,
Fazendo os cálculos corretamente, chegamos à conclusão que é igual a 4,1 mm e max é igual a 2,13 mm. Ora, uma vez que é maior que max , ou seja, 4,1 mm > 2,13 mm, a operação de repuxo deverá ser feita em mais de um estágio.
Para determinar o número de estágios, deve-se levar em conta que no primeiro estágio deve haver uma redução de 40% (ou 0,6) do diâmetro do blank.Nos demais estágios, a redução deve ser de 20% (ou 0,8), até que se obtenha o diâmetro interno desejado ().
Os produtos de lubrificação podem ser usados puros ou diluídos. De modo geral, empregam-se os produtos diluídos. Observe, a seguir, o quadro que relaciona os materiais e seus lubrificantes correspondentes.
MATERIAL LUBRIFICANTE Aços Sabão em pasta, óleo de rícino, talco, emulsões de óleos minerais
Alumínio e suas ligas Querosene, óleo de coco, vaselina, sebo, óleo grafitado
Zinco, estanho, chumbo e metal branco Sebo
Cobre, bronze e latão Óleo mineral grosso, pasta de sabão com água, petróleo grafitado
Aço inoxidável Água Grafitada
Prensas
A operação de repuxar pode ser realizada em tipos diferentes de prensa. Dependendo da força necessária, das dimensões da peça e da produção desejada, a seleção da prensa correta é um fator de grande produtividade. Existem vários tipos de prensa, com diferentes estruturas e funcionamento. Exemplos: prensa de fricção, prensa excêntrica, prensa de alavanca e prensa hidráulica. Dessas, a hidráulica é a mais indicada para a operação de repuxo. Ela permite grandes pressões em grandes profundidades de repuxo.
A prensa hidráulica (figura abaixo) apresenta a vantagem de facilitar a regulagem da pressão do óleo, evitando com isso a formação de rugas. Como já foi explicado, isso permite utilizar somente a força necessária do prensa-chapas, de modo controlado.
Marque com X a resposta correta.
Exercício 1 - Repuxo é: a) ( ) processo de cortar chapas metálicas; b) ( ) processo pelo qual uma chapa adquire forma volumétrica; c) ( ) operação de esticar metal até formar uma peça;
d) ( ) operação de dobrar chapas metálicas.
Exercício 2 - Os estampos de repuxo são formados basicamente por: a) ( ) punção e matriz; b) ( ) torno repuxador e morsa; c) ( ) extrator e prensa-chapas; d) ( ) prensa e matriz. Exercício 3 - Sujeitador é o mesmo que: a) ( ) repuxo b) ( ) prensa-chapas c) ( ) porta-punção d) ( ) extrator
Exercício 4 - Severidade máxima (b0max) é: a) ( ) a relação entre o diâmetro do Blank e o diâmetro da matriz; b) ( ) a condição limite para repuxar a peça de uma só vez; c) ( ) a relação entre o diâmetro do punção e o diâmetro do Blank ; d) ( ) a diferença entre o diâmetro do punção e o diâmetro da matriz.
Exercício 5 - A prensa mais adequada para repuxar chama-se: a) ( ) excêntrica b) ( ) hidráulica c) ( ) de manivela d) ( ) de fricção
Fundição
Processo de fundição
