Processos de fabricação

Processos de Fabricação

Luciano Santos

Processos de Fabricação A fabricação pode ser definida como a arte

e a ciência de transformar os materiais em produtos finais utilizáveis e num contexto de economia de mercado – vendáveis. A nível industrial a fabricação está evidentemente relacionada a diversas outras atividades técnicas.

Fabricar é transformar matérias-primas em produtos acabados, por uma variedade de processos.

Processos de FabricaçãoClassificação

Processos de FabricaçãoClassificação

Classificação


Processos de FabricaçãoMateriais para Construção Mecânica

- Átomos

- Estrutura Cristalina

- Classificação

- Propriedades

Materiais para Construção Mecânica

Estrutura Cristalina

Se você pudesse ampliar a maioria dos materiais sólidos a ponto de ver as partículas que o compõem, observaria que essas partículas se arrumam de uma forma muito organizada.



Essa organização parece uma rede em três dimensões que se repete em todo o material. Ela é chamada estrutura cristalina. Materiais metálicos, como o ferro, o aço, o cobre e materiais não-metálicos, como a cerâmica, apresentam esse tipo de estrutura.



- Rede CristalinaÉ a estrutura cristalina que se

forma segundo um reticulado espacial de forma geométrica definida e simétrica dos átomos no espaço.



- Parâmetro de Rede

É a distancia entre as posições médias dos átomos.

OBS: A estrutura cristalina é determinada pelo tipo e pelo parâmetro da rede.



- Parâmetro de Rede



- Látice ou célula unitáriaÉ o menor elemento espacial que

pode representar a simetria da rede cristalina.



Dependendo da forma geométrica que essas estruturas cristalinas apresentam, elas recebem um nome.



Assim, se você tiver metais como berílio, zinco e cádmio, a estrutura formada será um prisma hexagonal, com três átomos dentro dela. Essa estrutura se chama hexagonal compacta, ou HC.



- Estrutura Hexagonal Compacta





Se os metais a sua disposição forem alumínio, níquel, cobre, prata, ouro, platina, chumbo, por exemplo, a estrutura terá a forma de um cubo com um átomo em cada uma de suas faces. Essa estrutura recebe o nome de estrutura cúbica de face centrada, ou CFC.



- Estrutura Cúbica de Face Centrada



Metais como ferro, cromo, tungstênio, molibdênio apresentam a estrutura em forma de cubo com um átomo extra em seu centro. Essa estrutura recebe o nome de estrutura cúbica de corpo centrado, ou CCC.



- Estrutura Cúbica de Corpo Centrado



- Alotropia

É a propriedade que possui um material de apresentar-se em dois ou mais estados cristalinos diferentes, seja pela simetria seja pela estrutura reticular de acordo com a mudança de temperatura.



- AlotropiaExemplos:1. O ferro acima de 723°C apresenta uma

estrutura cúbica de corpo centrado (CCC);

2. O ferro entre uma temperatura de 910°C a 1400°C apresenta uma estrutura cúbica de face centrada (CFC);



- AlotropiaExemplos:3. O ferro com a temperatura acima

1400° no estado sólido apresenta uma estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) com parâmetro de rede aumentado;

4. O alumínio à temperatura ambiente apresenta uma estrutura hexagonal compacta.


Classificação

Os materiais estão agrupados em duas famílias:

-Materiais metálicos ferrosos e não-ferrosos;

-Materiais não-metálicos naturais e sintéticos.


Classificação


Propriedades

Cada material possui características próprias: o ferro fundido é duro e frágil, o aço é bastante resistente, o vidro é transparente e frágil, o plástico é impermeável, a borracha é elástica, o tecido é bom isolante térmico...


Propriedades

Dureza, fragilidade, resistência, impermeabilidade, elasticidade, condução de calor... Todas essas capacidades próprias de cada material e mais algumas que estudaremos são o que chamamos de propriedades.


Propriedades

Para tornar nosso estudo mais fácil, as propriedades foram reunidas em grupos, de acordo com o efeito que elas causam.

Assim, temos:

- Propriedades físicas;

- Propriedades químicas.


Propriedades

- Propriedades Físicas

Esse grupo de propriedades determina o comportamento do material em todas as circunstâncias do processo de fabricação e de utilização. Nele, você tem as propriedades mecânicas, as propriedades térmicas e as propriedades elétricas.


Propriedades


As propriedades mecânicas aparecem quando o material está sujeito a esforços de natureza mecânica. Isso quer dizer que essas propriedades determinam a maior ou menor capacidade que o material tem para transmitir ou resistir aos esforços que lhe são aplicados.

Materiais para Construção MecânicaPropriedades


Mecânicas:• Resistência Mecânica • Elasticidade• Plasticidade• Dureza• Fragilidade

• Densidade• Usinabilidade• Tenacidade• Soldabilidade• Forjabilidade



Térmicas:• Ponto de Fusão• Dilatação Térmica• Condutividade Térmica• Temperabilidade



Elétricas:• Condutividade Elétrica• Resistividade


- Propriedades Químicas

• Resistência à corrosão• Resistência aos ácidos• Resistência às soluções salinas


Metais

Os metais são materiais com estrutura cristalina, compostos pôr elementos químicos eletropositivos e que tem como propriedades a dureza, a resistência mecânica, a plasticidade e a condutibilidade térmica e elétrica.


Metais

Para que um metal seja considerado ferroso, é necessário que ele constitua uma liga de ferro com carbono e podem aparecer mais outros elementos como: Silício, manganês, fósforo e enxofre.


Metais

Os materiais ferrosos mais importantes são:

- Aço (e suas ligas)

- Ferro Fundido


Metais

Aços e Ferros Fundidos são obtidos por via líquida, isto é, são elaborados no estado de fusão. São chamados aços, quando contêm de 0,022 a 2,11% de carbono, e ferros fundidos, quando o teor deste elemento está entre 2,11 e 6,7%.


Metais

Aços

Os aços podem ser divididos em duas grandes categorias, a saber:

-Aços ao carbono

-Aços especiais


Metais

Aço Carbono

Os aços ao carbono são ligas Fe-C que tem como elementos fundamentais o ferro e o carbono, apresentando pequenas porcentagens de outros elementos, tais como silício, manganês, fósforo, enxofre, cobre, etc.


Metais

Aço Carbono

Os aços ao carbono podem ser classificados em razão da quantidade (teor) de carbono que contém, da seguinte forma:


- Aços Extra-Doces ( < 0,15% C ) (SAE ou ABNT 1010 e 1015)

- Aços Doces (0,15 – 0,30% C) (SAE ou ABNT 1020)

-Aços Meio-Doces (0,30 – 0,40% C) (SAE ou ABNT 1030 a 1040)

-Aços Semi-Duros (0,40 – 0,60% C) (SAE ou ABNT 1040 a 1060)

-Aços Duros (0,60 – 0,70% C) (SAE ou ABNT 1060 a 1070)

- Aços Extra-Duros (0,70 – 1,20% C) (SAE ou ABNT

1070 a 1095)


Para fins de aplicação industrial e de tratamentos térmicos, os aços ao carbono, resumidamente, são conhecidos da seguinte forma:

- Aços de baixo teor de carbono..................1010 a 1035- Aços de médio teor de carbono.................1040 a 1065- Aços de alto teor de carbono.....................1070 a 1095



Metais

Aços liga ou aços especiais

São ligas de Ferro mais Carbono, além dos outros elementos presentes nos aços ao carbono adicionamos propositadamente elementos como o níquel (Ni), cromo (Cr), tungstênio (W), Vanádio (V), cobalto (Co), molibdênio (Mo), com a finalidade de melhorar as propriedades mecânicas e tecnológicas.


Os aços especiais podem ser classificados em:


Formas de comercialização do aço:


Formas de comercialização do aço:


Siderurgia

É o ramo da metalurgia que se dedica a fabricação e tratamento dos materiais ferrosos.


Siderurgia

A fabricação do aço pode ser dividida em 4 partes.

Preparação da matéria-prima Redução Refino Conformação


Siderurgia

Etapas para a obtenção do aço:

- Preparação da matéria-prima


SiderurgiaEtapas para a obtenção do aço:

- Redução (Ferro Gusa)


Alto FornoMinério

Coque

ZonaGranular

Zonade Amolecimento

e Fusão

Zonade Coque Ativa

Camadaem Amolecimento

e Fusão

Zonade Combustão

Cadinho

Zona deGotejamento

Zonade CoqueEstagnado


Siderurgia


- Refino (Aciaria)


Siderurgia

O refino do aço normalmente é realizado em batelada pelos seguintes processos:

- Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga predominantemente líquida).

- Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEA (carga predominantemente sólida).


Siderurgia

Conversor LD


Siderurgia

Aciaria Elétrica


Siderurgia

Após o refino, o aço ainda não se encontra em condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito visa os acertos finais na composição química e na temperatura.

- Forno de panela

- Desgaseificação


Siderurgia

Forno de Panela


Siderurgia

Desgaseificação


Siderurgia

Toda a etapa de refino do aço se dá no estado líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma adequada em função da sua utilização posterior.

Esse processo é denominado lingotamento.


Siderurgia

O lingotamento do aço pode ser realizado de três maneiras distintas:

- DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;

- INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua base;

- CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para um molde de cobre refrigerado à água.


Siderurgia

Lingotamento Contínuo


Siderurgia

O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o aço fundido é solidificado em um produto semi-acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente laminação.


Siderurgia

Seções possíveis no lingotamento contínuo (mm)


Siderurgia


- Conformação

Os processos de conformação mecânica podem ser classificados de acordo com o tipo de força aplicada ao material:


Siderurgia

- Compressão direta: Forjamento, Laminação;

- Compressão indireta: Trefilação, Extrusão, Embutimento;

- Trativo: Estiramento;

- Dobramento: Dobramento;

- Cisalhamento: Corte.


SiderurgiaTipos de Conformação


Lingotamento e Laminação


Produção do aço (Resumo)


Ferro Fundido

O ferro fundido é o que chamamos de uma liga ternária. Isso quer dizer que ele é composto de três elementos: ferro, carbono (2 a 4,5%) e silício (1 a 3%). Existe ainda o ferro fundido ligado, ao qual outros elementos de liga são acrescentados para dar alguma propriedade especial à liga básica


Tipos de Ferro Fundido

Dependendo da quantidade de cada elemento e da maneira como o material é resfriado ou tratado termicamente, o ferro fundido será cinzento, branco, maleável ou nodular.


Tipos de Ferro Fundido

O que determina a classificação em cinzento ou branco é a aparência da fratura do material depois que ele resfriou. E essa aparência, por sua vez, é determinada pela forma como carbono se apresenta depois que a massa solidifica. E ele se apresenta sob duas formas : como cementita (Fe3C) ou como grafita , um mineral de carbono usado , por exemplo , na fabricação do lápis .


Ferro Fundido Cinzento

O carbono se apresenta sob a forma de grafita , em flocos ou lâminas, que dá a cor acinzentada ao material.

Como o silício favorece a decomposição da cementita em ferro e grafita, esse tipo de liga ferrosa apresenta um teor maior de silício (até 2,8%).



Apresenta boa usinabilidade e grande capacidade de amortecer vibrações.

É empregado nas indústrias automobilísticas, de equipamentos agrícolas e de máquinas e, na mecânica pesada, na fabricação de blocos e cabeçotes de motor, carcaças e platôs de embreagem, suportes, barras e barramentos para máquinas industriais.



Apresenta elevadas porcentagens de carbono (de 3,5% a 5%).

Muito resistente à compressão. Não resiste bem à tração.

Fácil de ser fundido e moldado em peças.




Ferro Fundido Branco

Formado no processo de solidificação, quando não ocorre a formação da grafita e todo o carbono fica na forma de carboneto de ferro (ou cementita).

Quando quebrado, a parte fraturada é brilhante e quase branca.



Tem baixo teor de carbono variando entre 2,5 a 3 % e de silício menor que1 %.

Difícil de ser fundido. Muito duro, difícil de ser usinado, só podendo

ser trabalhado com ferramenta de corte especiais.

É usado apenas em peças que exijam muito resistência ao desgaste.



- revestimentos de moinhos;

- bolas para moinhos de bolas;

- rodas de ferro para vagões;

- cilindros para laminação de borracha, vidro, plástico, metal;

- peças para britadeiras;

- matrizes.




Ferro Fundido Maleável

Material que reúne as vantagens do aço e as do ferro fundido cinzento.

Tem, ao mesmo tempo, alta resistência mecânica e alta fluidez no estado líquido, o que permite a produção de peças complexas e finas.



É produzido a partir de um ferro fundido branco submetido a um tratamento térmico, por várias horas, que torna as peças fabricadas com esse material mais resistentes ao choque e às deformações.

Dependendo das condições do tratamento térmico, o ferro pode apresentar o núcleo preto ou branco.



O ferro fundido maleável de núcleo preto (ou americano) passa por um tratamento térmico em atmosfera neutra, em que a cementita se decompõe em ferro e carbono e, no qual, o carbono forma uma grafita compacta, diferente da forma laminada dos ferros fundidos cinzentos.



O ferro fundido maleável de núcleo preto é usado para a fabricação de suportes de molas, caixas de direção, cubos de rodas, bielas, conexões para tubulações hidráulicas e industriais.

O ferro fundido maleável de núcleo preto não é soldável.



O ferro fundido maleável de núcleo branco passa por um tratamento térmico, em atmosfera oxidante, no qual o carbono é removido por descarbonetação, não havendo formação de grafita.

Por causa disso, ele adquire características semelhantes às de um aço de baixo carbono, pode ser soldado e é empregado na fundição de peças de pequenas espessuras.


Ferro Fundido Maleável O ferro fundido maleável de núcleo branco é um

material indicado para a fabricação de barras de torção, corpos de mancais, flanges para tubos de escapamento.

De uma forma geral os ferros fundidos maleáveis apresentam as seguintes propriedades:

-resistência à tração, à fadiga, ao desgaste e à corrosão;

- dureza;

- boa usinabilidade.


Ferro Fundido Maleável de núcleo preto


Ferro Fundido Nodular

A estrutura apresenta partículas arredondadas de grafita. Isso é obtido com a adição de elementos, como o magnésio, na massa metálica ainda líquida.

Com o auxílio de tratamentos térmicos adequados, esse material pode apresentar propriedades mecânicas, como ductilidade, a tenacidade, a usinabilidade e as resistências mecânica e à corrosão, melhores do que as de alguns aços-carbono.



Por causa disso e do menor custo de processamento, está substituindo alguns tipos de aços e os ferros fundidos maleáveis na maioria de suas aplicações.

Mancais, virabrequins, cubos de roda, peças de sistema de transmissão de automóveis, caminhões e tratores são produtos fabricados com o ferro fundido nodular.





Os processos de transformação dos metais e ligas metálicas em peças para utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados: você pode fundir, conformar mecanicamente, soldar, utilizar a metalurgia do pó e usinar o metal e, assim, obter a peça desejada.


Evidentemente, vários fatores devem ser considerados quando se escolhe o processo de fabricação. Como exemplo, podemos lembrar: o formato da peça, as exigências de uso, o material a ser empregado, a quantidade de peças que devem ser produzidas, o tipo de acabamento desejado, e assim por diante.


Fundição

Dentre essas várias maneiras de trabalhar o material metálico, a fundição se destaca, não só por ser um dos processos mais antigos, mas também porque é um dos mais versáteis, principalmente quando se considera os diferentes formatos e tamanhos das peças que se pode produzir por esse processo.


Fundição

É o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada.


Fundição

A fundição é um processo de fabricação inicial, porque permite a obtenção de peças com formas praticamente definitivas, com mínimas limitações de tamanho, formato e complexidade, e também é o processo pelo qual se fabricam os lingotes.


Fundição: Vantagens

As peças fundidas podem apresentar formas internas e externas bem simples ou bastante complicadas, com formatos impossíveis de serem obtidos por outros processos.



É possível produzir peças com poucas gramas de peso (e com espessura de apenas alguns milímetros), até peças pesando muitas toneladas. As peças fundidas só apresentam restrições dimensionais devido às limitações dos equipamentos de cada indústria.



O processo de fundição permite um alto grau de automatização, portanto, é possível produzir com velocidade e em grande quantidade.



As peças fundidas podem ser produzidas dentro de variados padrões de acabamento (mais ásperos ou mais lisos) e com tolerâncias dimensionais variadas (entre 0,2 mm e 6 mm aproximadamente), em função do processo adotado. Por causa disto, há uma grande economia em operações de usinagem.



A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque permite a obtenção de paredes com espessuras quase ilimitadas.


Fundição

O processo de fabricação por meio de fundição pode ser resumido nas seguintes operações:

1. Confecção do modelo 5. Vazamento

2. Confecção do molde 6. Desmoldagem

3. Confecção dos machos 7. Rebarbação

4. Fusão 8. Limpeza


Fundição

Essa seqüência de etapas é a que normalmente é seguida no processo de fundição por gravidade em areia, que é o mais utilizado. Um exemplo bem comum de produto fabricado por esse processo é o bloco dos motores de automóveis e caminhões.


Fundição

O processo de fundição por gravidade com moldagem em areia apresenta variações. As principais são:

fundição com moldagem em areia aglomerada com argila;

fundição com moldagem em areia aglomerada com resinas.


Fundição

A fundição por gravidade usa também moldes cerâmicos. Esse processo recebe o nome de fundição de precisão.

Existe ainda um outro processo de fundição por gravidade que usa moldes metálicos. Quando são usados moldes metálicos, não são necessárias as etapas de confecção do modelo e dos moldes.

Outro processo que usa molde metálico é o processo de fundição sob pressão.


Fundição: Defeitos dos produtos fundidos

Inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas da peça.

Defeitos de composição da liga metálica que causam o aparecimento de partículas duras indesejáveis no material.

Rechupe. Porosidade.



Conformação Mecânica

Em um ambiente industrial, a conformação mecânica é qualquer operação durante a qual se aplicam esforços mecânicos em metais, que resultam em uma mudança permanente em suas dimensões.



Para a produção de peças de metal, a conformação mecânica inclui um grande número de processos: laminação, forjamento, trefilação, extrusão, estampagem...Esses processos têm em comum o fato de que, para a produção da peça, algum esforço do tipo compressão, tração, dobramento, tem que ser aplicado sobre o material.



Materiais que têm estrutura CFC têm uma forma de agrupamento atômico que permite o deslocamento de camadas de átomos sobre outras camadas. Por isso, eles se deformam mais facilmente do que os que apresentam os outros tipos de arranjos.



Isso acontece porque, nessa estrutura, os planos de escorregamento permitem que camadas de átomos “escorreguem” umas sobre as outras com mais facilidade.


Laminação

É um processo de conformação mecânica pelo qual um lingote de metal é forçado a passar por entre dois cilindros que giram em sentidos opostos, com a mesma velocidade.


Laminação

Ao passar entre os cilindros, o material sofre deformação plástica. Por causa disso, ele tem uma redução da espessura e um aumento na largura e no comprimento.


Laminação

A laminação pode ser feita a quente ou a frio. Ela é feita a quente quando o material a ser conformado é difícil de laminar a frio ou quando necessita de grandes reduções de espessura.


Laminação

Encruamento é o resultado de uma mudança na estrutura do metal, associada a uma deformação permanente dos grãos do material, quando este é submetido à deformação a frio. O encruamento aumenta a dureza e a resistência mecânica.


Laminação


Laminação

A laminação a frio se aplica a metais de fácil conformação em temperatura ambiente, o que é mais econômico. É o caso do cobre, do alumínio e de algumas de suas ligas.


Laminação

Sendo a quente ou a frio, a laminação parte dos lingotes que, passando pelos laminadores, pode se transformar em produtos de uso imediato como trilhos, vigas e perfis. Pode se transformar também em produtos intermediários que serão usados em outros processos de conformação mecânica.


Laminação


Laminação

As instalações de uma laminação são compostas por fornos de aquecimento e reaquecimento de lingotes, placas e tarugos, sistemas de roletes para deslocar os produtos, mesas de elevação e basculamento, tesouras de corte e, principalmente, o laminador.


Laminação


Laminação


Extrusão

É o processo de fabricação utilizado para obtenção de perfis com formato complicados ou, então, de tubos.


Extrusão

Assim como a laminação, a extrusão é um processo de fabricação de produtos semi-acabados, ou seja, produtos que ainda sofrerão outras operações, tais como corte, estampagem, usinagem ou forjamento, antes de seu uso final.


Extrusão

O processo de extrusão consiste basicamente em forçar a passagem de um bloco de metal através do orifício de uma matriz. Isso é conseguido aplicando-se altas pressões ao material com o auxílio de um êmbolo.


Extrusão


Extrusão

O produto extrudado tem como característica:

seção transversal reduzida e grande comprimento


Extrusão

De acordo com o tipo de metal, que deve suportar rigorosas condições de atrito e temperatura, e com a seção a ser obtida, a extrusão pode ser realizada a quente ou a frio.


Extrusão

O metais mais duros, como o aço, passam normalmente pelo processo de extrusão a quente. Esse processo envolve as seguintes etapas:


Extrusão

1. Fabricação de lingote ou tarugo de seção circular.

2. Aquecimento uniforme do lingote ou tarugo.

3. Transporte do lingote ou tarugo aquecido para a câmara de extrusão.


Extrusão

4. Execução da extrusão: com o tarugo aquecido apoiado diante da câmara de extrusão, o pistão é acionado e o material é empurrado para o interior da câmara.

5. Fim da extrusão: o pistão recua e a câmara se afasta para a retirada do disco e da parte restante do tarugo.

6. Remoção dos resíduos de óxido com o auxílio de disco raspador acionado pelo pistão.


Extrusão

Na extrusão a quente, as reduções de área conseguidas são da ordem de 1:20 (um para vinte). Isso significa que, se você tiver uma barra de 100 mm2 de área, ela pode ter sua área reduzida para 5 mm2.


Extrusão

Os materiais mais dúcteis, como o alumínio, podem passar por extrusão tanto a frio quanto a quente e obtêm reduções de área da ordem de 1:100 (um para cem).


Extrusão

Na extrusão a frio, o material endurece por encruamento durante a deformação porque os grãos do metal se quebram e assim permanecem, aumentando as tensões na estrutura e, conseqüentemente, sua dureza. Na extrusão a quente, os grãos se reconstituem após a extrusão por causa da alta temperatura.


Extrusão Direta


Extrusão Indireta


Extrusão

Os equipamentos usados na extrusão consistem em prensas horizontais, mecânicas ou hidráulicas, com capacidades normais entre 1 500 e 5 mil toneladas. Prensas hidráulicas conseguem cargas de até 30 mil toneladas!


Trefilação

É o processo de fabricação utilizado para obtenção de rolos de arame, cabos ou fios elétricos.

Por esse processo, é possível obter produtos de grande comprimento contínuo, seções pequenas, boa qualidade de superfície e excelente controle dimensional.


Trefilação

O princípio do processo de trefilação é, de certa forma, parecido com o da extrusão, ou seja, é necessário que o material metálico passe por uma matriz para ter seu diâmetro diminuído e seu comprimento aumentado.


Trefilação

A grande diferença está no fato de que, em vez de ser empurrado, o material é puxado. Além disso, a trefilação é normalmente realizada a frio.

Processos de FabricaçãoTrefilação


Existem bancos de tração de até 100 toneladas, capazes de trabalhar a uma velocidade de até 100 metros por minuto, percorrendo distâncias de até 30 metros. Em alguns casos, vários conjuntos desse tipo podem ser montados em série, a fim de produzir arames e fios com diâmetros ainda menores.


A barra que deve ser trefilada é chamada de fio de máquina. Ela deve ser apontada, para facilitar a passagem pela fieira, e presa por garras de tração que vão puxar o material para que ele adquira o diâmetro desejado.


A fieira é uma ferramenta cilíndrica que contém um furo no centro por onde passa o fio, e cujo diâmetro vai diminuindo. Assim seu perfil apresenta o formato de um funil.

Processos de FabricaçãoTrefilaçãoFieiras


Trefilação

existem dois tipos básicos de máquinas de trefilar:

Sem deslizamentoCom deslizamento


Trefilação sem deslizamento


Trefilação com deslizamento

Processos de FabricaçãoForjamento

É um processo de conformação mecânica em que o material é deformado por martelamento ou prensagem.

É empregado para a fabricação de produtos acabados ou semi-acabados de alta resistência mecânica, destinados a sofrer grandes esforços e solicitações em sua utilização.

Processos de FabricaçãoForjamento por martelamento

É feito aplicando-se golpes rápidos e sucessivos no metal. Desse modo, a pressão máxima acontece quando o martelo toca o metal, decrescendo rapidamente de intensidade à medida que a energia do golpe é absorvida na deformação do material.

Pontas de eixo, virabrequins, discos de turbinas são exemplos de produtos forjados fabricados por martelamento.



No forjamento por martelamento são usados martelos de forja que aplicam golpes rápidos e sucessivos ao metal por meio de uma massa de 200 a 3.000 kg que cai livremente ou é impulsionada de uma certa altura que varia entre 1 e 3,5 m.

Processos de FabricaçãoForjamento por Prensagem

Na prensagem, o metal fica sujeito à ação da força de compressão em baixa velocidade e a pressão atinge seu valor máximo pouco antes de ser retirada, de modo que as camadas mais profundas da estrutura do material são atingidas no processo de conformação.



O forjamento por prensagem é realizado por prensas mecânicas ou hidráulicas. As prensas mecânicas, de curso limitado, são acionadas por eixos excêntricos e podem aplicar cargas entre 100 e 8.000 toneladas.


As prensas hidráulicas podem ter um grande curso e são acionadas por pistões hidráulicos. Sua capacidade de aplicação de carga fica entre 300 e 50.000 toneladas. Elas são bem mais caras que as prensas mecânicas.


As operações de forjamento são realizadas a quente, em temperaturas superiores às de recristalização do metal. É importante que a peça seja aquecida uniformemente e em temperatura adequada.


Toda a operação de forjamento precisa de uma matriz. É ela que ajuda a fornecer o formato final da peça forjada. E ajuda também a classificar os processos de forjamento, que podem ser:

forjamento em matrizes abertas, ou forjamento livre;

forjamento em matrizes fechadas.

Processos de Fabricação forjamento em matrizes abertas, ou

forjamento livre;

Processos de Fabricação forjamento em matrizes fechadas.

Processos de FabricaçãoEstampagem

É um processo de conformação mecânica, geralmente realizado a frio, que engloba um conjunto de operações.

Por meio dessas operações, a chapa plana é submetida a transformações que a fazem adquirir uma nova forma geométrica, plana ou oca.


As operações básicas de estampagem são:

cortedobramentoestampagem profunda (ou "repuxo")


As chapas metálicas de uso mais comum na estampagem são as feitas com as ligas de aço de baixo carbono, os aços inoxidáveis, as ligas alumínio-manganês, alumínio-magnésio e o latão 70-30, que tem um dos melhores índices de estampabilidade entre os materiais metálicos.



As operações de estampagem são realizadas por meio de prensas que podem ser mecânicas ou hidráulicas, dotadas ou não de dispositivos de alimentação automática das chapas, tiras cortadas, ou bobinas.



Na estampagem, além das prensas, são usadas ferramentas especiais chamadas estampos que se constituem basicamente de um punção (ou macho) e uma matriz.


Essas ferramentas são classificadas de acordo com o tipo de operação a ser executada. Assim, temos:

ferramentas para corte ferramentas para dobramento ferramentas para estampagem

profunda

Processos de FabricaçãoEstampagem: Corte de Chapas

O corte é a operação de cisalhamento de um material na qual uma ferramenta ou punção de corte é forçada contra uma matriz por intermédio da pressão exercida por uma prensa. Quando o punção desce, empurra o material para dentro da abertura da matriz.

Processos de FabricaçãoEstampagem: Corte de Chapas

Processos de FabricaçãoEstampagem: Dobramento e Curvamento

O dobramento é a operação pela qual a peça anteriormente recortada é conformada com o auxílio de estampos de dobramento. Estes são formados por um punção e uma matriz normalmente montados em uma prensa.


O material, em forma de chapa, barra, tubo ou vareta, é colocado entre o punção e a matriz. Na prensagem, uma parte é forçada contra a outra e com isso se obtém o perfil desejado.



Processos de FabricaçãoEstampagem Profunda

A estampagem profunda é um processo de conformação mecânica em que chapas planas são conformadas no formato de um copo. Ela é realizada a frio e, dependendo da característica do produto, em uma ou mais fases de conformação.


Por esse processo, produzem-se panelas, partes das latarias de carros como pára-lamas, capôs, portas, e peças como cartuchos e refletores parabólicos.



Quando a profundidade do embutimento é grande, ou seja, tem a altura maior que o diâmetro da peça, e são necessárias várias operações sucessivas para obtê-la, tem-se a reestampagem.



Tratamento Térmico

É processo de aquecer e resfriar um aço, visando modificar as sua propriedades.

Processos de FabricaçãoTratamento Térmico

Um tratamento térmico é feito em três fases distintas:

1 - aquecimento

2 - manutenção da temperatura

3 - resfriamento

Processos de FabricaçãoTratamento Térmico

Processos de FabricaçãoTratamento Térmico: Tipos

Existem duas classes de tratamentos térmicos:

1 - Os tratamentos que por simples aquecimento e resfriamento, modificam as propriedades de toda a massa do aço, tais como:

a - Têmpera

b - Revenimento

c - Recozimento

Processos de FabricaçãoTratamento Térmico: Tipos

2 - Os tratamentos que modificam as propriedades somente numa fina camada superficial da peça. Esses tratamentos térmicos nos quais a peça é aquecida juntamente com produtos químicos e posteriormente resfriado são:

a - Cementação

b - Nitretação

Processos de FabricaçãoTêmpera

É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem igual ou maior do que 0,4% de carbono.

O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza.

Processos de FabricaçãoTêmpera: Fases1ª Fase:

– Aquecimento – A peça é aquecida em forno ou forja, até uma temperatura recomendada. (Por volta de 800ºC para os aços ao carbono).

2ª Fase:

– Manutenção da temperatura – Atingida a temperatura desejada esta deve ser mantida por algum tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda a peça.

Processos de FabricaçãoTêmpera: Fases

3ª Fase:

– Resfriamento – A peça uniformemente aquecida na temperatura desejada é resfriada em água, óleo ou jato de ar.

Processos de FabricaçãoTêmpera: Efeitos

1 - Aumento considerável da dureza do aço.

2 - Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza. (O aço torna-se muito quebradiço).

Processos de FabricaçãoTêmpera: Observações1 - A temperatura de aquecimento e o meio de

resfriamento são dados em tabelas:

Processos de FabricaçãoTêmpera: Observações

2 - O controle da temperatura durante o aquecimento, nos fornos, é feito por aparelhos denominados pirômetros.

Nas forjas o mecânico identifica a temperatura pela cor do material aquecido.

Processos de FabricaçãoTêmpera: Observações

3 - De início o aquecimento deve ser lento, (pré-aquecimento), afim de não provocar defeitos na peça.

4 - A manutenção da temperatura varia de acordo com a forma da peça; o tempo nesta fase não deve ser além do necessário.

Processos de FabricaçãoRevenimento

É o tratamento térmico que se faz nos aços já temperados, com a finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto é, torná-lo menos quebradiço.

Processos de FabricaçãoRevenimento

O revenimento é feito aquecendo-se a peça temperada até uma certa temperatura resfriando-a em seguida.

As temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e para os aços ao carbono variam entre 210ºC e 320ºC.

Processos de FabricaçãoRevenimento: Fases

1ª Fase:

– Aquecimento – Feito geralmente em fornos controlando-se a temperatura com pirômetro.

Nos pequenos trabalhos os aquecimento pode ser feito apoiando-se a peça polida, em um bloco de aço aquecido ao rubro.


O forte calor que desprende do bloco, aquece lentamente a peça, produzindo nesta uma coloração que varia à medida que a temperatura aumenta.


Essas cores, que possibilitam identificar a temperatura da peça, são denominadas cores de revenimento.

Processos de FabricaçãoRevenimento: Fases2ª Fase:

– Manutenção da Temperatura – Possível quando o aquecimento é feito em fornos.

3ª Fase:

– Resfriamento – O resfriamento da peça pode ser:

– Lento – deixando-a esfriar naturalmente.

– Rápido – mergulhando-a em água ou óleo.

Processos de FabricaçãoRevenimento: Efeitos

Diminui um pouco a dureza da peça temperada, porém aumenta consideravelmente a sua resistência aos choques.

Processos de FabricaçãoRecozimento

É o tratamento térmico que tem por finalidade eliminar a dureza de uma peça temperada ou normalizar materiais com tensões internas resultantes do forjamento, da laminação, trefilação etc..

Processos de FabricaçãoRecozimento: Tipos

1 - Recozimento para eliminar a dureza de uma peça temperada.

Processos de FabricaçãoRecozimento: Tipos

2 - Recozimento para normalizar a estrutura de um material.

Processos de FabricaçãoRecozimento: Fases

1ª Fase:

Aquecimento – A peça é aquecida a uma temperatura que varia de acordo com o material a ser recozido. (Entre 500ºC e 900ºC).



2ª Fase:

Manutenção da temperatura – A peça deve permanecer aquecida por algum tempo na temperatura recomendada para que as modificações atinjam toda a massa da mesma.


3ª Fase:

Resfriamento – O resfriamento deve ser feito lentamente, tanto mais lento quanto maior for a porcentagem de carbono do aço.


No resfriamento para recozimento adotam-se os seguintes processos:

1 - Exposição da peça aquecida ao ar livre. (Processo pouco usado).

2 - Colocação da peça em caixas contendo cal, cinza, areia ou outros materiais.


3 - Interrompendo-se o aquecimento, deixando a peça esfriar dentro do próprio forno.

Nota – No recozimento do cobre e latão o resfriamento deve ser o mais rápido possível.

Processos de FabricaçãoRecozimento: Efeitos

− Elimina a dureza de uma peça temperada anteriormente, fazendo-se voltar a sua dureza normal.

− Torna o aço mais homogêneo, melhora sua ductilidade tornando-o facilmente usinável.

Processos de FabricaçãoNormalização

No processo de normalização, a peça é levada ao forno com temperatura acima da zona crítica, na faixa de 750ºC a 950ºC. O material se transforma em austenita. Depois de uma a três horas, o forno é desligado. A peça é retirada e colocada numa bancada, para se resfriar.

Processos de FabricaçãoCementação

É um tratamento que consiste em aumentar a porcentagem de carbono numa fina camada externa da peça.


Após a cementação tempera-se a peça; as partes externas adquirem elevada dureza enquanto as partes internas permanecem sem alterações.


A cementação é feita aquecendo-se a peça de aço de baixo teor de carbono, junto com um material rico em carbono (carburante). Quando a peça atinge alta temperatura (750ºC a 1.000ºC) passa a absorver parte do carbono do carburante.


Quanto mais tempo a peça permanecer aquecida com o carburante, mais espessa se tornará a camada.

Os carburantes podem ser sólidos, (grãos ou pós), líquidos ou gasosos. A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que se forma a camada.

Processos de FabricaçãoCementação: Fases1ª Fase:

Aquecimento

− Cementação em caixa:

As peças são colocadas em caixas juntamente com o carburante, fechadas hermeticamente e aquecidas até a temperatura recomendada.

Processos de FabricaçãoCementação: Fases

− Cementação em banho:

As peças são mergulhadas no carburante líquido aquecido, através de cestas ou ganchos.


2ª Fase:

Manutenção da temperatura – O tempo de duração desta fase varia de acordo com a espessura da camada que se deseja e da qualidade do carburante utilizado. (0,1mm a 0,2mm por hora).


3ª Fase:

Resfriamento – A peça é esfriada lentamente dentro da própria caixa.

Após a cementação as peças são temperadas.

Processos de FabricaçãoNitretação

É um processo semelhante à cementação, que se faz aquecendo o aço a uma temperatura de 500ºC a 525ºC na presença de um gás denominado Nitrogênio. Após algum tempo, obtém-se uma fina camada, extremamente dura, não havendo necessidade de se temperar a peça.

Processos de FabricaçãoSoldagem

É o “processo de união de materiais usado para obter a coalescência (união) localizada de metais e não-metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição” (American Welding Society - AWS)

Processos de FabricaçãoSoldagem

Solda: é a zona de união das peças que foram submetidas a um processo de soldagem


Terminologia da Soldagem

É o estudo dos termos técnicos da soldagem.

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Processos de fabricação