1. materiais. - Universidade Santa Cecília

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1. materiais. - Universidade Santa Cecília
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UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA
Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica
Princípios de Engenharia Mecânica
1. MATERIAIS.
Os materiais são constituídos de átomos, e são estes que determinam se o material é
um plástico, madeira, metal ou ar... (é a estrutura geral do átomo que diferencia um material
do outro).
O domínio e o conhecimento das propriedades dos materiais são importantes para a
indústria em geral (metalmecânica, química, elétrica, civil... etc), estas propriedades se
referem ao comportamento do material em diversas situações e em níveis de solicitação do
normal ao critico.
Quando escolhemos ou podemos dizer especificamos um material levamos em
consideração vários fatores, por exemplo: serem bonitos, baratos, práticos, leves,
resistentes, duráveis... etc. Inúmeros fatores podem ser citados uns mais gerais outros mais
restritos ao emprego dado para o material.
Os produtos são feitos de materiais que conseguem atender não só, as exigências de
mercado, mas também às exigências técnicas de adequação ao uso e ao processo de
fabricação.
A especificação de um determinado material só pode ser feita quando se pode prever o
que vai acontecer quanto solicitado por fatores do cotidiano de trabalho do material (que
podem ser: aquecimento, resfriamento, dobramento, tração, torção, lixamento, corte... etc).
Como também a possibilidade da alteração das propriedades originais de um material
muitas vezes é desejada até visando facilitar o trabalho com o material, no momento da
fabricação, por exemplo.
O comportamento em relação ao processo de fabricação e do modo como à peça será
usada, devem ser previstos quando especificamos o material.
Os materiais estão agrupados em duas famílias:
•
•
Materiais metálicos - ferrosos e não-ferrosos.
Materiais não-metálicos - naturais e sintéticos.
Essa separação em grupos está diretamente relacionada às propriedades desses
materiais. Na simples verificação e comparação dos materiais da tabela podemos tirar
conclusões sobre as propriedades dos materiais. Por exemplo: os materiais metálicos
apresentam plasticidade, isto é, podem ser deformados sem se quebrarem e são bons
condutores de calor e de eletricidade. Essa propriedade térmica e elétrica, esta ligada à
mobilidade dos elétrons dos átomos de sua estrutura. Comparando agora os não
metálicos verificamos que na sua maioria são maus condutores de calor e de eletricidade.
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MATERIAIS
Metálicos
Não-Metálicos
Ferrosos
Não-ferrosos
Naturais
Sintéticos
Aço
Alumínio
Madeira
Vidro
Ferro fundido
Cobre
Asbesto
Cerâmica
Zinco
Couro
Plástico
Magnésio
borracha
Chumbo
Estanho
Titânio
2. PROPRIEDADES:
Quando pensamos em utilizar um material pensamos em: dureza, fragilidade,
resistência, impermeabilidade, elasticidade, condução do calor, etc. Ou seja, pensamos se as
propriedades do mesmo suportam as solicitações do trabalho a que devem ser aplicado.
Pensamos em propriedades, estas podem ser:
•
•
Propriedades físicas.
Propriedades químicas.
2.1. Propriedades físicas:
É o grupo de propriedades que determinam o comportamento do material no momento
do processo de fabricação como também durante sua utilização posterior.
2.2. Propriedades mecânicas:
Conjunto de propriedades de grande importância na indústria mecânica. Estas
propriedades são aquelas que surgem quando o material está sujeito a esforços de natureza
mecânica. O que é avaliado é a capacidade que o material tem para transmitir ou resistir aos
esforços que lhe são aplicados (é levado em conta no processo de fabricação e posterior
utilização).
•
Resistência mecânica: é a resistência à ação de determinados tipos de esforços, como
a tração e a compressão.
Exemplo: cabo de aço.
•
Elasticidade: é a capacidade que um material deve ter de se deformar, quando
submetido a um esforço, e de retornar a forma original quando o esforço termina.
Exemplo: borracha, aço para fabricação de molas.
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•
Plasticidade: é a capacidade que um material, quando submetido a um esforço tem de
se deformar e mantiver está quando o esforço desaparece.
Obs: a plasticidade pode se apresentar no material com maleabilidade e como ductibilidade.
o Maleabilidade: é a propriedade que um material, por exemplo, um aço, apresenta
de poder ser laminado, estampando, forjado, entortado e repuxado.
o Ductibilidade: é o oposto de fragilidade, são materiais que, ao sofrerem a ação de
uma força, deformam-se plasticamente sem se romperem.
Exemplo: processos que necessitam conformação mecânica, como por exemplo, na
prensagem, para fabricação de partes de carroceria de veículos, na laminação, para a
fabricação de chapas, na extrusão, para a fabricação de tubos.
•
Dureza: é a resistência do material à penetração, deformação plástica permanente, ao
desgaste mecânico.
o Em geral materiais duros são também frágeis.
o Quanto maior a dureza maior a resistência ao desgaste.
•
Fragilidade: é a baixa resistência aos choques. Podemos dizer que são materiais
duros, que tendem a quebrar quando sofrem choques ou batidas.
Exemplo: vidro.
•
Densidade: é a medida da quantidade de matéria (massa) que um material ocupa por
volume. Por exemplo: tomemos 1cm3 de cortiça, 1cm3 de água e 1cm3 de chumbo.
1cm3
CORTIÇA
Massa: 0,24g
1cm3
AGUA
Massa: 1g
1cm3
CHUMBO
Massa: 11,4g
Verifica-se que quantidades diferentes de matéria, num mesmo volume possuem massas
diferentes.
•
Tenacidade: é a resistência a choques, pancadas, vibrações, golpes, impactos.
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2.3. Propriedades térmicas:
Determinam o comportamento dos materiais quando são submetidos a variações de
temperatura. Está propriedade é verificada no comportamento que o material pode oferecer
quando em trabalho (materiais resistente a altas temperaturas ou baixas temperaturas) um
material pode contrair ou dilatar com a temperatura, sua estrutura pode se alterar.
O conhecimento dessas propriedades também estão relacionadas com a fabricação
do material:
o Ponto de fusão: temperatura que o material passa do estado sólido para o estado
liquido (dentre os matérias metálicos o ponto de fusão e muito importante para
determinar sua utilização).
o Ponto de ebulição: é a temperatura em que o material passa do estado liquido para
o estado gasoso.
•
Dilatação térmica: propriedade que faz com que os materiais em geral aumentem de
tamanho quando a temperatura sobe.
•
Condutividade térmica: capacidade que determinados materiais tem de conduzir o calor.
2.4. Propriedades elétricas:
•
Condutividade elétrica: capacidade que determinados materiais tem de conduzir
corrente elétrica.
• Resistividade: resistência que o material oferece à passagem da corrente elétrica.
Exemplo: a capa plástica que recobre o fio elétrico.
2.5. Propriedades químicas:
Estas propriedades se manifestam quando o material entra em contato com outros
materiais ou com o ambiente. Elas se apresentam sob a forma de presença ou ausência de
resistência à corrosão, aos ácidos, às soluções salinas.
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3. AÇO:
3.1. Como indicar e interpretar a norma para aço.
As propriedades de um aço são determinadas pela quantidade de carbono ou de
elementos de liga dentro do metal, estas propriedades deveram estar compatíveis quando da
escolha e utilização do aço, (este tipo de informação e padronizada pela norma da ABNT –
NBR 6006).
Obs: A norma NBR 6006 é uma reunião das normas estabelecidas pela AISI (American Iron
and Steel Institute – Instituto Americano do Ferro e do Aço) e pela SAE (Society of
Automotive Industry – Sociedade da Indústria Automotiva).
De um modo geral, os aços são classificados por meio de um número, de quatro ou
cinco dígitos, no qual cada dígito tem a função de informar características da composição
química.
Obs: Os 2 últimos algarismos (os da direita) servem para indicar a porcentagem de carbono
do aço, em centésimos, tanto para os aços-carbono, como para os aços especiais ou aços
finos (porcentagem média).
Assim: SAE-1060, os dois últimos algarismos da direita, isto é, o 60, está indicando que
este aço tem 0,60% (60 centésimos %) de carbono. Outros exemplos:
•
•
•
•
SAE 1144 - aços com 44 centésimos % de carbono.
SAE 1330 - aços com 30 centésimos % de carbono.
SAE 4320 - aços com 20 centésimos % de carbono.
SAE 5115 - aços com 15 centésimos % de carbono.
Os dois algarismos iniciais indicam a denominação do aço, isto é, se são aço-carbono,
aço-manganês, aço-níquel, etc. reservando está indicação mais ao primeiro número, e
ficando ao segundo o papel de dar uma indicação aproximada da porcentagem em que o
elemento principal (o que dá o nome à liga) entra no aço.
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Tipo:
Açoscarbono
Aços-liga
Aços com
adições
especiais
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Designação:
SAE
AISI
10XX
C 10XX
11XX
C 11XX
12XX
14XX
15XX
13XX
13XX
23XX
23XX
25XX
25XX
31XX
31XX
33XX
E 33XX
303XX
40XX
40XX
41XX
41XX
43XX
43XX
46XX
46XX
47XX
47XX
48XX
50XX
51XX
501XX
511XX
521XX
514XX
515XX
61XX
48XX
50XX
51XX
E511XX
E521XX
61XX
86XX
86XX
87XX
87XX
92XX
92XX
93XX
93XX
950
XXBXX
XXLXX
XXBXX
CXXLXX
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Designação
Aços-carbono comuns.
Aços de usinagem (ou corte) fácil, com alto S (ressulfurado).
Ressulfurado ou refosfatado
Aços com adição de nióbio, Nb 0,10%.
Aços com adição de manganês, Mn 1,00 a 1,65%.
Aços-manganês com 1,75% de Mn.
Aços-níquel com 3,5% de Ni.
Aços-níquel com 5,0% de Ni.
Aços-níquel-cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr.
Aços-níquel-cromo com 3,50% de Ni e 1,57% de Cr.
Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Ni-Cr.
Aços-molibdênio com 0,25% de Mo.
Aços-cromo-molibdênio com 0,50% ou 0,95% de Cr e
0,12%. 0,20% ou 0,25% de Mo.
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,82% de Ni, 0,50% ou
0,80% de Cr e 0,25% de Mo.
Aços-níquel-molibdênio com 1,5% ou 1,82% de Ni, 0,50%
ou 0,80% de Cr de 0,25% de Mo.
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,05% de Ni, 0,45% de
Cr e 0,20% de Mo.
Aços-níquel-molibdênio com 3,50% de Ni e 0,25% de Mo.
Aços-cromo com 0,27%, 0,40% ou 0,50% de Cr.
Aços-cromo com 0,80% a 1,05% de Cr.
Aços de baixo cromo para rolamentos, com 0,50% de Cr.
Aços de médio cromo para rolamentos, com 1,20% de Cr.
Aços de alto cromo para rolamentos, com 1,45% de Cr.
Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr.
Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr.
Aços-cromo-vanádio com 0,80% ou 0,95% de Cr e 0,10% ou
0,15% de V (mín).
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de Ni, ou 0,65%
de Cr e 0,20% de Mo.
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de Ni, 0,50% de
Cr e 0,25% de Mo.
Aços-silício-manganês com 0,65%; 0,82%; 0,85% ou 0,87%
de Mn, 1,40% ou 2,00% de Si e 0%; 0,17%, 0,32% ou
0,65% de Cr.
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 3,25% de Ni, 1,20% de
Cr e 0,12% de Mo.
Aços de baixo teor em liga e alta resistência.
Aços-boro com 0,0005% de B mín.
Aços-chumbo com 0,15% - 0,35% de Pb.
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4. CONFORMAÇÃO MECÂNICA:
No momento que se dobra um pedaço de metal qualquer, ou um pedaço de arame ou
ainda um fio de cobre; ou desentorta ou bate com martelo no material, nesse momento se
aplica esforços sobre o material, e se desses esforços resultam uma mudança de forma,
então ocorreu uma conformação.
Conformação mecânica é o nome que associamos aos vários processos em que se
tem em comum a aplicação de uma força externa sobre a matéria-prima, obrigando-a a
adquirir a forma desejada por deformação plástica. O volume e a massa da matéria prima se
conservam nestes processos.
Em um ambiente industrial, a conformação mecânica é definido como acima ou seja,
qualquer operação durante a qual se aplicam esforços mecânicos em metais, que resultam
em uma mudança permanente em suas dimensões (alteração da geometria). Os esforços
mecânicos são propiciados através de forças aplicadas por ferramentas adequadas que
podem variar de pequenas matrizes até grandes cilindros, como os utilizados na laminação.
Esses processos abrangem desde a fabricação de pequenas peças como agulhas e pregos
até navios onde as chapas utilizadas são obtidas por conformação mecânica.
Devido ao grande número dos diferentes processos unitários de conformação
mecânica, desenvolvidos para aplicações específicas, que atinge atualmente algumas
centenas. Criamos categorias ou famílias de processos, e utilizamo-nos de critérios para
classificar e agrupar esses processos unitários dentro dessas famílias. Essas famílias, que
compõem a conformação mecânica, são divididas por processos que são:
•
•
•
•
•
•
Laminação.
Forjamento.
Trefilação.
Extrusão.
Estampagem.
Conformação de chapas.
o Embutimento;
o Estiramento;
o Corte;
o Dobramento.
Obs: Esses processos têm em comum o fato que para se produzir à peça aplica-se
algum esforço sobre o material constituinte da peça, como compressão, tração, dobramento,
etc.
Uma outra característica do processo é que dependendo da temperatura e do material
utilizado a conformação mecânica pode ser classificada como trabalho a frio, a morno e a
quente. Cada uma dessas opções de trabalho resultara características especiais ao material
e à peça obtida.
Obs: A composição química e estrutura metalúrgica da matéria prima, e as condições
impostas pelo processo, como por exemplo, a velocidade de deformação, o tipo e o grau de
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deformação e a temperatura em que o material é deformado, terão influência nas
características do produto final.
RELEMBRANDO: Propriedades dos materiais (propriedades mecânicas).
Elasticidade: é a capacidade que um material tem de se deformar, se um esforço
é aplicado sobre ele, e de voltar à forma anterior se o esforço deixar de existir.
Plasticidade: e a propriedade do material de deformar ao ser submetido a um esforço e de manter essa deformação ao cessar o esforço.
Essas propriedades são as que permitem a existência de processos de conformação mecânica.
4.1. Laminação:
A laminação é um processo de conformação mecânica pelo qual o lingote de metal e
forçado a passar entre dois cilindros que giram em sentido opostos, com a mesma
velocidade. Consegue-se a redução da espessura do metal a cada passe da laminação,
que é como se designa cada passagem do material (metal) pelos cilindros de laminação.
Ao passar entre os cilindros o material sofre deformação plástica. Como conseqüência
disso ocorre uma redução da espessura e um aumento na largura e no comprimento. Como
a largura é limitada pelo tamanho dos cilindros o aumento do comprimento é sempre maior
que o da largura.
•
•
Classifica-se em dois tipos a laminação:
Laminação a frio.
Laminação a quente.
A escolha de um ou outro processo e principalmente feita com base no grau de
resistência do material.
4.1.1. Laminação a frio:
Aplica-se a materiais de fácil conformação em temperatura ambiente tornando o
processo mais econômico (em comparação com a laminação a quente).
Exemplo de materiais que utilizam o processo: Cobre e alumínio e de algumas de
suas ligas.
Com algumas ressalvas e limitações a laminação a frio também pode ser feita em
metais cuja resistência à deformação e maior. Neste caso passes rápidos e brandos cuja
finalidade é obter maior precisão nas dimensões das chapas. Também em alguns casos
temos a dureza e a resistência do material melhorados (ocorre um processo denominado
encruamento).
Obs: quando se necessita de precisão dimensional e ductibilidade a chapa laminada a frio
deve passar por um tratamento chamado recozimento.
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4.1.2. Laminação a quente:
Este tipo de laminação é aplicado quando a laminação a frio não é possível, ou seja, a
conformação do material é difícil a frio, também é aplicada quando grandes reduções de
espessura são necessárias. A grande vantagem de uma laminação a quente no aço é que
quando aquecido sua estrutura cristalina apresenta a configuração CFC que, tem vantagens
no processo da laminação.
Independentemente da laminação, quente ou fria, esta tem como material inicial na
forma de lingotes, passado pelos laminadores pode se transformar em produtos de uso
imediato como trilhos, vigas, perfis, etc.
Ou ainda pode se transformar em produtos intermediários que serão beneficiados em
outros processos. Exemplo: tarugos, que passarão por forjamento, extrusão e trefilação.
Chapas que podem ser utilizadas para estampagem, etc.
4.2. Extrusão:
Extrusão é um processo de fabricação de produtos semi-acabados, portanto, tais
produtos ainda deverão passar por outras operações, como corte, estampagem, usinagem
ou forjamento, antes de seu uso final.
O processo de extrusão consiste basicamente em forçar a passagem de um bloco de
metal através do orifício de uma matriz. Para isso aplica-se altas pressões ao material com
auxilio de um êmbolo.
Percebe-se que materiais ditos “moles” é fácil de imaginar o difícil é admitir por
exemplo com aço. Entre os metais existem aqueles que são de mais fácil conformação como
o cobre e o alumínio os quais tem muitos produtos fabricados por meio de extrusão. E
também temos produtos extrudados que usam como matéria prima o aço ao carbono e o aço
inoxidável.
Materiais não metálicos como plástico também tem produtos gerados por extrusão,
principalmente embalagens.
A extrusão pode ser realizada a quente ou a frio. A escolha se baseara no tio de
material, e da secção a ser obtida. Metais mais duros, como os aços utilizam-se do processo
de extrusão a quente.
Observação: no processo de forçar o material por uma passagem gerará muito atrito e uma
conseqüência do atrito é a elevação da temperatura. Então se conclui que o material devera
suportar estás condições (independente do processo quente ou frio a temperatura se
elevara).
4.3. Trefilação:
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De uma forma bem simples o princípio do processo de trefilação é o de “puxar” a
matéria-prima através de um orifício de uma matriz. (Obs: puxar, significa que esta ocorrendo
uma força de tração).
O resultado desse processo é a redução do diâmetro (função do diâmetro da matriz) e
o aumento do comprimento. Por esse processo, é possível obter produtos de grande
comprimento contínuo, seções pequenas, boa qualidade de superfície e excelente controle
dimensional.
A trefilação normalmente é realizada a frio.
A barra (matéria-prima) 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.
4.3.1. A fieira ou trefila:
É uma ferramenta cilíndrica que contém um furo no centro por onde passa o fio, e cujo o
diâmetro vai diminuindo. Assim seu perfil apresenta o formato de um funil.
Barras
Arames
Tubos
φ 25mm
Comuns
Grossos 25>φ>5mm
Médios 5>φ>1,6mm
Finos 1,6>φ>0,7mm
Especiais
0,02mm>φ
Trefilados de diferentes formas
Fios elétricos (cobre, alumínio)
Cabos e arames de aço
4.4. Forjamento:
O forjamento é um processo de conformação mecânica, ou seja, mediante aplicação
de esforços mecânicos que neste processo são o martelamento ou prensagem, altera-se
plasticamente a forma dos materiais controlando e obtendo suas propriedades físicas e
mecânicas. Como outros processos de conformação mecânica, este também tem a
característica de uma mínima perda de material e do processo gerar ótimas propriedades
mecânicas no produto final. O processo de forjamento do material pode ser em termos de
temperatura a quente, a morno (o material é aquecido para então ser levado as máquinas)
ou a frio.
Estas temperaturas serão aplicadas de acordo com o tipo de material e propriedades
que se deseja obter no final do forjamento. O material em si inicialmente de forma com
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geometria simples, e após uma ou mais operações de forjamento podemos obter uma forma
geométrica mais complexa.Uma peça forjada acabada geralmente não é conformada em um
só golpe, porque tanto a direção quanto a extensão na qual o metal pode escoar são
pequenas. Devido a esse fato, para a confecção de uma única peça são necessárias várias
matrizes com cavidades correspondentes aos formatos intermediários que o produto vai
adquirindo durante o processo de fabricação.
Cabe ressaltar que os processos realizados a quente são os mais utilizados, a
temperatura e superior a de recristalização do material. É importante que a peça seja
aquecida uniformemente e em temperatura adequada. Esse aquecimento e feito em fornos
de tamanhos e formatos variados, relacionados ao tipo de metal usado e de peças a serem
produzidas e vão desde fornos de câmara simples até os fornos com controle específico de
atmosfera e temperatura. Já a temperatura a frio e mais utilizada para alguns materiais não
ferrosos.
Conformação após o aquecimento do material (quente / morno):
• Permite grandes deformações.
• Menor valores de esforços.
• Boa precisão dimensional.
• Ótimas propriedades física e mecânica.
Conformação sem o aquecimento do material (frio):
• Deformação limitada.
• Necessita maiores esforços mecânicos.
• Ótima precisão.
• Boas propriedades físicas e mecânicas.
4.1.1. Forjamento 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 a
medida em que a energia do golpe é absorvida na deformação do material. Como resultado
verificamos que o martelamento produz deformação principalmente nas camadas superficiais
da peça, o que dá uma deformação irregular nas fibras do material. Pontas de eixo,
virabrequins, disco de turbinas são exemplos de produtos forjados fabricados por
martelamento.
Os equipamentos utilizados são os martelos de forja que aplicam golpes rápidos e
sucessivos ao metal por meio de uma massa de 200 a 3000 kg que cai livremente ou é
impulsionada de uma certa altura que varia entre 1 a 3,5m.
4.1.2. Forjamento por prensagem:
Neste método o metal fica sujeito a ação de uma 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. Comparando o material resultante com o método do martelamento
observamos que o métodos de prensagem da uma deformação mais regular no material.
Palhetas de turbinas e forjados de liga leve são produtos fabricados por prensagem.
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Os equipamentos utilizados são as prensas mecânicas ou hidráulicas. As prensas
mecânicas, de curso limitado, são acionadas por eixos excêntricos e podem aplicar cargas
entre 100 e 8000 ton. Tem como característica alta velocidade e uma sólida estrutura de aço
que fornece a robustez necessárias. As prensas hidráulicas podem ter um grande curso e
são acionadas por pistões hidráulicos. Sua capacidade de carga fica entre 300 e 50000 ton.
Elas são bem mais caras que as prensas mecânicas.
4.1.3. Matriz aberta ou fechada:
Toda operação de forjamento precisa de uma matriz. É ela que ajuda a fornecer o
formato final da peça forjada. É também através dela podemos classificar os processos de
forjamento:
• Forjamento em matrizes abertas, ou forjamento livre.
• Forjamento em matrizes fechadas.
As matrizes de forjamento são submetidas a altas tensões de compressão, altas
solicitações térmicas e, ainda, a choques mecânicos. Devido a essas condições de
trabalho, é necessário que essas matrizes apresentem alta dureza, elevada tenacidade,
resistência à fadiga, resistência mecânica a quente e alta resistência ao desgaste. O
material de construção delas costuma ser blocos de aços-liga forjados e tratados
termicamente. Quando as solicitações são ainda maiores, as matrizes são fabricadas com
metal duro.
Matriz aberta:
As matrizes têm geometria ou formatos bastante simples. Esse tipo de forjamento é
usado quando o número de peças que se deseja produzir é pequeno e seu tamanho é
grande. É o caso de eixos de navios, turbinas, virabrequins e anéis de grande porte.
Matriz fechada:
O metal adquire o formato da cavidade esculpida na matriz e, por causa disso, há forte
restrição ao escoamento do material para as laterais. Essa matriz e construída em duas
metades: a metade de baixo fica presa à bigorna e nela é colocado o metal aquecido. A
outra metade está presa as partes moveis (martelo ou prensa) que desce sobe a metade
inferior, fazendo o material escoar e preencher a cavidade da matriz.
5. FUNDIÇÃO:
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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. O material utilizado como matéria prima vai desde o ferro até as
mais variadas ligas metálicas, desde que este material apresente propriedades adequadas
ao processo as quais se destacam a temperatura de fusão e a fluidez.
Em termos históricos a fundição começou a ser utilizada a aproximadamente uns 3000
a.C. Inicialmente os materiais utilizados eram o cobre depois o bronze e o ferro que teve a
necessidade que se desenvolvesse processos de fabricação que atingissem a temperaturas
necessárias para fundi-lo, comparado com a data do inicio das primeiras fundições de metais
podemos dizer que a ciência de fundição do ferro e mais recente.
O grande salto da concepção dos equipamentos dos processos de fundição foi na
época da Revolução Industrial, neste período os fornos foram aperfeiçoados chegando nos
atuais, em paralelo a mecanização dos processos para a fundição e beneficiamento do ferro
e conseqüentemente do aço ocorriam. Cabe ressaltar que graças ao aperfeiçoamento das
cerâmicas é que se conseguiu ter os materiais necessários como os materiais refratários
para a construção dos fornos e cadinhos.
É impensável sem a fundição, o desenvolvimento de máquinas operatrizes e agrícolas
ou de máquinas ferramentas. Os produtos fundidos têm a seu favor a economia da produção
a partir do metal liquido, obtenção de peças com formas internas ou externas complicadas
bem próxima da forma final, ampla faixa de peso e dimensões, adaptação à produção em
serie.
Em termos de industria de fundição pode-se dividir em dois grandes grupos de acordo
com o tipo de produto fabricado, ou seja, as que produzem lingotes e aquelas que fabricam
peças.
5.1. Classificação dos processos:
Destaca-se a influência do tipo de molde, nas propriedades físicas do material
resultante. Por exemplo, a taxa de extração de calor através do molde, determina o tamanho
final do grão, portanto a característica de resistência mecânica da peça.
Os processos típicos podem ser classificados em quatro grupos básicos:
• Areia verde (molde é descartável).
• Molde permanente (molde é metálico, bipartido).
• Injeção (molde é metálico, o metal líquido entra sob pressão).
• Cera perdida (molde e modelo são descartáveis).
5.2. Seqüência de etapas normalmente seguida:
1. Confecção do modelo
2. Confecção do molde
3. Confecção dos machos
4. Fusão
6. USINAGEM:
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5. Vazamento
6. Desmoldagem
7. Rebarbação
8. Limpeza
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Princípios de Engenharia Mecânica
Assim podemos dizer que usinagem é todo o processo pelo qual a forma de uma peça
e modificada pela remoção progressiva de cavacos ou aparas de material metálico ou nãometálico. Ela permite:
•
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Acabamento de superfície de peças fundidas ou conformadas, fornecendo melhor
aspecto e dimensões com maior grau de exatidão.
Possibilidade de abertura de furos, roscas, rebaixos etc.
Custo mais baixo porque possibilita a produção de grandes quantidades de peça.
Fabricação de somente uma peça com qualquer formato a partir de um bloco de
material metálico ou não-metálico.
Do ponto de vista da estrutura do material a usinagem é basicamente um processo de
cisalhamento, ou seja, ruptura por aplicação de pressão, que ocorre na estrutura cristalina
do metal.
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Com já foi dito usinagem é uma enorme família de operações, tais como:
Torneamento.
Aplainamento.
Furação.
Mandrilamento.
Fresamento.
Serramento.
Brochamento.
Roscamento.
Brunimento.
Lapidação.
Polimento.
Afiação.
Limagem.
Rasqueteamento.
Essas operações são realizadas manualmente ou por uma grande variedade de
máquinas-ferramenta que empregam as mais variadas ferramentas. Um exemplo de
usinagem manual é a operação de limar. Tornear por sua vez, só se faz com uma
máquina-ferramenta denominada torno.
Quer seja com ferramentas manuais como talhadeira, a serra ou a lima, quer seja com
ferramentas usadas em um torno, uma fresadora ou uma furadeira, o corte dos materiais é
sempre executado pelo que chamamos de princípio fundamental, um dos mais antigos
elementos que existe a cunha.
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Observe que a característica mais
β
β
importante da cunha é o ângulo de
cunha ou ângulo de gume (β).
Quanto menor ele for, mais
facilidade a cunha terá para cortar.
Assim, uma cunha mais aguda
facilita a penetração da aresta
cortante no material, e produz
cavacos pequenos, o que é bom
para o acabamento da superfície.
Por outro lado, ferramenta com
ângulo muito agudo terá a
resistência de sua aresta cortante diminuída. Isso pode danificá-la devido a pressão feita
para executar o corte.
Outra coisa que temos de lembrar é que qualquer material oferece certa resistência ao
corte. Essa resistência será tanto maior quanto maiores forem a dureza e a tenacidade do
material a ser cortado. Por isso, quando se constrói e se usa uma ferramenta de corte,
deve-se considerar a resistência que o material oferecerá ao corte.
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