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JoséAdilson de Castro
Luciano Pessanha Moreira Luiz Carlos Rolim Lopes
Escola de Engenharia Metalúrgica Industrial de Volta Redonda Universidade Federal Fluminense
IntrProcMats 2 Etapas de Produção de Aços
IntrProcMats 3 Etapas de Acabamento de Aços
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2. Processamento e aplicações de materiais metálicos I 2.1 Introdução
2.4 Processosde usinagem Corte Ortogonal, Desbastee Acabamento
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AMSTEAD, B. H., OSTWAD, P.F. e BEGEMAN, M. L., Manufacturing Processes,
BRESCIANI FILHO, E. et al., Conformação Plástica dos Metais, Ed. da UNICAMP, Campinas, São Paulo, 1997.
HELMAN, H. e CETLIN, P.R., Fundamentos da Conformação Mecânica dos Metais. Ed.Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1983.
KALPAKJIAN, S., Manufacturing Processes for Engineering Materials.
SCHEY, J. A., Introduction to Manufacturing Processes. McGraw Hill, New
Centro de InformaçãoMetal Mecânicawww.cimm.com.br MATTER w w w. matter.org.uk
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Os processos de fabricação de peças metálicas por conformação mecânica são responsáveis pela produção de um grande número de produtos;
Diversos materiais metálicos podem ser conformados, destacando-se os aços, as ligas de alumínio, as ligas de cobre e as ligas de titânio, entre os materiais empregados industrialmente;
Os produtos conformados apresentam uma grande gama de geometrias, desde as mais simples atéas mais complexas, representadas pelos produtos de grandes comprimentos como perfis, chapas, folhas, tubos, barras e peças diversas como eixos, engrenagens, bielas, entre outros;
A conformação mecânica, também denominada conformação plástica, representa um conjunto de processos em que a modificação da forma e das dimensões da peça metálica ocorre pela ação de tensões mecânicas que causam a deformação plástica dessa peça, sem que haja remoção de material como ocorre nos processos de usinagem. Assim, nos processos de conformação não hávariação do volume das peças conformadas.
Processos de Conformação Mecânica dos Metais
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Mecanismo básico : mudança de forma por processo de deformação plástica
Conformação de materiais policristalinos (metais) : sem mudança de volume (regime incompressível)
Desvantagens ou inconvenientes :
1.Esforços necessários são elevados (>> consumo de energia) 2.Custo elevado de usinagem/fundição de ferramental
Característica : produção em grande escala
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Classificação Geral Processos Volumétricos ou Massivos
Dimensões do esboço metálicos muito próximas. Exemplo: Esboço plano Largura (W) ~ Espessura (t)
Dimensões do esboço metálicos muito distintas. Exemplo: Esboço plano Largura (W) >> Espessura (t)
IntrProcMats 9 Processos Volumétricos ou Massivos
IntrProcMats 10 Processos de Conformação de Chapas
Processos de Conformação Mecânica Outras classificações
1.Esforço predominante
2.Temperatura de trabalho
3.Forma do esboço ou produto final
4.Região de deformação
5.Fluxo do material 6. Produto
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Classificações : Esforço predominante
1)Compressão direta: predomina a solicitação externa por compressão sobre a peça de trabalho. Nesse grupo podem ser classificados os processos de forjamento (livre e em matriz) e laminação (plana e de perfis).
2)Compressão indireta: as forças externas aplicadas sobre a peça podem ser tanto de tração quanto de compressão, mas as que efetivamente provocam a conformação plástica do metal são de compressão indireta, desenvolvidas pela reação da matriz sobre a peça. Exemplos: trefílaçãoe extrusão de tubos e fios, e a estampagem profunda (embutimento) de chapas.
3)Estiramento: onde a peça toma a forma da matriz através da aplicação de forças de tração em suas extremidades, éo principal exemplo éo estiramento de chapas finas.
4)Cisalhamento:onde ocorrem forças cisalhantes suficientes ou não para romper o metal no seu plano de cisalhamento. Os melhores exemplos deste tipo de processo são a torção de barras e o corte de chapas.
5)Flexão: as modificações de forma são obtidas mediante a aplicação de um momento fletor. Esse princípio éutilizado para dobrar chapas, barras e outros produtos. Por exemplo, processos de dobramento livre, dobramento de borda, dobramento de matriz e calandragem.
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Esforço predominante
Processo Ilustração Laminação
Estampagem (profunda) Estiramento de chapas Dobramento
Calandragem Corte
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Trabalho Se mi- produtos ou produtos Processo Força Preponderante a quentea frioAçosNãoferrosos
X Placas/ Chapas
Barras / Perfis
Placas/ Chapas
Barras La minação Co mpressão direta
Trefilação Co mpressãoindireta X Barras / Arames
Barras / Arames Fios/ Tubos
Barras / Tubos/
Perfis Extrusão Co mpressãoindireta
X Peças pequenas Peçaslongas
X Peçasforjadas Forja mento Co mpressão direta
X Peças pequenasforjadas
X Peças grandes esta mpadasEsta mpage m (profunda)
Co mpressãoindireta e m parte X Peças de chapas esta mpadas
Estira mento de chapas Tração X Peças de chapas estiradas
Dobra mento Flexão X X Peças de chapas e tiras dobradas Calandrage m Flexão X Tubos
Corte Cisalha mento X X Peças cortadas de chapas ou
Perfis pequenos diversos
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Classificações : Temperatura
Quando a temperatura de trabalho T émaior que a temperatura que provoca a recristalização do metal, o processo édenominado trabalho a quente e, abaixo desta temperatura, trabalho a frio.
No trabalho mecânico a frio, provoca-se o aparecimento do efeito de encruamento do metal, ou seja, o aumento da resistência mecânica com a deformação plástica.
O trabalho mecânico a frio permite aumentar a resistência mecânica de certos materiais não-ferrosos que não podem ser endurecer por meio de tratamentos térmicos.
No trabalho mecânico a quente, a deformação plástica érealizada numa faixa de temperatura, e durante um determinado tempo, em que o encruamento éeliminado por mecanismos de recuperação e recristalização do metal.
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Quente T /T
T/T fusão
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Placas, chapas, perfis : laminação, estampagem
Tubos, barras, fios : trefilação, extrusão
3. Forma do Esboço ou Produto Final
Localizada : laminação, trefilação, extrusão
4. Região de Deformação Generalizada : estampagem profunda, forjamento
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5.Fluxo de Deformação do Material
Contínuo ou quase-estacionário : laminação, trefilação, extrusão
6.Produto final (Acabamento)
Intermitente : Estampagem, forjamento
Primário : semi-acabado
Secundário : acabado
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5.Fluxo de Deformação do Material Intermitente : Estampagem profunda
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Variáveis Independentes 1.Material de partida (% química)
2.Geometria do esboço de partida
3.Geometria do ferramental
4.Lubrificação
5.Temperatura de trabalho
6.Velocidade de processamento 7.Quantidade de deformação
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1. Esforços/Energia/Potência
2.Propriedades finais do produto
3.Temperatura final ou de saída
4.Acabamento superficial
5. Tolerâncias 6.Escoamento do material
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Carga P Alongamento ∆L
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Ensaio de Tração Uniaxial Corpos de provas
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Tração Uniaxial Definições : curva tensão-deformação
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Tração Uniaxial : Medidas de Engenharia
Deformação de engenharia 0 0 onde
A Área inicial da seção transversal
L Base de medida inicial
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Tração Uniaxial : Medidas Verdadeiras
Tensão verdadeira A
L ln dL d onde
A Área atual da seção transversal
L Base de medida atual
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Tração Uniaxial : Medidas Verdadeiras X Engenharia
Defor mação
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Tração Uniaxial : Relações entre "S x e"e "σx ε"
Deformação VerdadeiraEngenhariaDefinição
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Fenômeno pelo qual um material endurece devido à deformação plástica (Trabalho àFrio)
Mecanismo de endurecimento : aumento de imperfeições e discordâncias e promovidas pela deformação
Mecanismo de deformação plástica : escorregamento (Cisalhamento) de planos atômicos
A medida que se aumenta o encruamento maior éa força necessária para produzir uma maior deformação
Pode ser removido através de tratamentos térmicos (Recristalização)
IntrProcMats 31 Encruamento
IntrProcMats 32 Encruamento
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níquel com quantidades cada vez maiores de deformação por laminação
(a) Variação nas propriedades mecânicas, reveladas por um ensaio de tração, do (b) Recuperação das propriedades mecânicas de acordo com ciclos de recozimento de 1 hora nas temperaturas indicadas (Meyerse Chawla, 1983)
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Encruamento σ ε Trabalho a frio
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Encruamento na Tração Uniaxial
Equação de Hollomon n Kε=σ onde
K Coeficiente de resistência nExpoente de encruamento
(Regime de deformações plásticas)
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Encruamento na Tração Uniaxial... Alumínio 10-0
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Capacidade ou medida de quanto um metal pode escoar plasticamente sem que ocorra fratura
Medidas de ductilidade
= Deformação na fratura
= Redução de área
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Resiliência: Capacidade de um metal absorver energia quando deformado elasticamente e liberá-la quando descarregado
Energia de deformação elástica por unidade de volume
Área sob a região elástica da curva σ -ε
Tenacidade: capacidade para absorver energia no domínio plástico
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Taxa de Deformação onde
Verdadeira Lv
L/dL v Velocidade da travessa da máquina de ensaios
L Comprimento de deformação
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Variação no limite de escoamento em função da taxa de deformação e temperatura de teste para uma liga de alumínio (Dieter, 1988)
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K Coeficiente de resistência mExpoente de sensibilidade a taxa de deformação
Mesmo material : 2 ensaios
IntrProcMats 42
Ensaio de tração com mudanças na taxa de deformação ao longo do ensaio (Meyerse Chawla, 1983 e Dieter1988)
IntrProcMats 43
Valores do parâmetro m da equação para três metais obtidos em ensaios de compressão (Helman e Cetlin, 1983)
Limite de escoamento em função da quantidade de deformação e temperatura obtido para três metais em ensaios de compressão (Helman e Cetlin, 1983)
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Em geral, quando T aumenta :
Resistência ao escoamento diminui aumentando a ductilidade
Temperatura homóloga h T onde
Temperatura de trabalho (0 K)
TTemperatura de início de fusão (0 K)
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Alterações microestruturais que podem ocorrer devido à conformação plástica a frio e a quente nos processos de laminação e extrusão
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Evolução do processo de recuperação das propriedades mecânicas de um material encruado sofrendo tratamento de recozimento de recristalização, Callister(1997)
IntrProcMats 48 Laminação a Quente
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Laminação Mecanismos de deformações dos metais
(a) escala do sistema
(distribuição de tensões e deformação e atrito) (b) microestrutura observada por microscópio ótico (grãos e fases) (c) microestrutura observada por microscópio eletrônico (discordâncias, precipitados e sub-grãos) (d) retículo cristalino (átomos de soluto e defeitos estruturais)