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. 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 para movimentar os rolos. As calandras mecânicas podem apresentar, além do motor elétrico, um sistema hidráulico que imprime maior ou menor pressão aos rolos. Este último tipo é usado para trabalhos de grande porte. Calandra mecânica com sistema hidráulico Todos os tipos apresentam, em uma das extremidades, um dispositivo que permite soltar o cilindro superior para retirar a peça calandrada. Marque com X a resposta correta. Exercício 1 - Nas operações de curvamento e dobramento ocorrem: a) ( ) deformação elástica e deformação plástica; b) ( ) deformação elástica e deformação por ruptura; c) ( ) deformação plástica e deformação permanente; d) ( ) deformação elástica e recuperação plástica. Exercício 2 - As máquinas acionadas manualmente para dobrar são: a) ( ) prensas dobradeiras; b) ( ) morsas viradeiras; c) ( ) viradeiras; d) ( ) dobradeiras. Exercício 3 - As máquinas para curvar chamam-se: a) ( ) curvadeiras; b) ( ) morsas; 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. 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 desejada. Por isso, existem cálculos para o raio mínimo a ser observado, dependendo do material com que se trabalha; • Na ação de dobrar, a força a ser aplicada também é calculada, de modo que se defina a prensa adequada para realização do trabalho. Estampo misto: Corte e Dobra Existem estampos mistos cujas estruturas são o resultado da união dos estampos de corte e de dobra. Os estampos mistos realizam as duas operações, tanto de corte como de dobra. Na figura abaixo, vemos um estampo em corte e seu produto correspondente. Marque com X a resposta correta. Exercício 1 - As cunhas de corte nos estampos são conhecidas como: a) ( ) placa-guia e faca de avanço; b) ( ) faca e ferramenta de corte; c) ( ) punção e matriz; d) ( ) placa de choque e punção. Exercício 2 - Durante o processo de corte, a) ( ) a matriz sustenta o material junto com as ferramentas de corte; b) ( ) a matriz produz cavacos em contato com o punção; c) ( ) a chapa pressiona as ferramentas no mesmo sentido das ferramentas; d) ( ) o punção pressiona o material contra a matriz. Exercício 3 - Folga de corte é: a) ( ) espaço adequado entre punção e matriz; b) ( ) espaço entre a placa-guia e os punções; c) ( ) tempo entre um corte e outro; d) ( ) espaço deixado na tira entre uma peça e outra. Exercício 4 - Uma peça a ser dobrada tende a voltar à sua forma anterior por causa da: a) ( ) elasticidade permanente; b) ( ) compressão na estampagem; c) ( ) recuperação elástica; d) ( ) tensão superficial. δ = e + 0,20 Metais resistentes ao calor Exemplo: Calcular a folga entre a matriz e o punção de um estampo que vai repuxar uma chapa de alumínio com 2 mm de espessura. Solução: Em função da Tabela, basta substituir o valor da espessura na fórmula δ = e + 0,02 . Deste modo: δ = 2 + 0,02 → δ = 2 + 0,09 → δ = 2,09 mm Ou seja, como você vê na figura a seguir, a folga entre o punção e a matriz deve ser de 2,09 mm. Desse modo, evita-se o excesso de atrito, que provoca rachaduras e marcas na peça repuxada.A folga deve ser calculada de modo correto. Se houver erro de cálculo e a folga for menor que o necessário, o material repuxado tende a estirar-se, podendo até romper- se, como mostra a figura abaixo. Se a folga for maior que o necessário, pode haver deformações no perfil. Se a folga for mal distribuída, pode ocorrer variação da altura. Deformação no perfil Variação na altura Entrada e saída de ar Para facilitar a saída de ar, durante o repuxo, é utilizado um punção provido de orifícios. Eles permitem a livre passagem do ar que se acha debaixo do punção quando ele desce sobre a matriz para moldar a peça e permitem a entrada de ar quando o punção retrocede. 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) 2,15 - 0,001 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 - 0,001 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 (). 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 O processo de fundição consiste em vazar (despejar) metal líquido num molde contendo uma cavidade na geometria desejada para a peça final. Os processos podem ser classificados pelo tipo de molde e modelo e/ou pela força ou pressão usada par preencher o molde com o metal líquido. O processo de fundição permite obter, de modo econômico, peças de geometria complexa, sendo sua principal vantagem em relação a outros processos. Abaixo, representa esquemática da fundição em molde de areia. O processo de fundição aplica-se a vários tipos de metais, tais como aços, ferros fundidos, Alumínio, Cobre, Zinco, Magnésio e respectivas ligas. Porém existem também desvantagens. Os aços fundidos, por exemplo, podem apresentar elevadas tensões residuais, microporosidade, zoneamento e variações de tamanho de grão. Tais fatores resultam em menor resistência e ductilidade, quando comparados aos aços obtidos por outros processos de fabricação como conformação a quente. Processos Típicos Classificação: Existem muitas variantes no processo de fundição (grau de automação, produtividade, precisão dimensional, acabamento superficial), entretanto destaca-se a influência do tipo de molde nas propriedades físicas do material resultante. A taxa de extração de calor através do molde determina o tamanho final de grão e, portanto a característica de resistência mecânica da peça. Por este motivo os processos de fundição são muitas vezes classificados de acordo com o tipo de molde utilizado. Os processos típicos podem ser classificados em quatro grupos básicos: • Areia Verde • Molde Permanente • Injeção • Cera Perdida a) Areia Verde (molde é descartável) b) Molde Permanente (molde é metálico, bipartido). c) Injeção (molde é metálico, o metal líquido entra sob pressão) d) Cera Perdida (molde e modelo são descartáveis) Etapas do processo de Fundição Apesar do grande número de variantes do processo de fundição, a obtenção dos diferentes tipos de ferros fundidos pode ser sintetizada de acordo com o fluxograma a seguir: Hoje são inúmeras as aplicações industriais de peças produzidas por sinterização. Esta tecnologia, comparada à metalurgia convencional, tornou-se competitiva tanto por razões tecnológicas quanto por razões econômicas. Onde for preciso produzir grandes quantidades de peças, de formas complexas, sempre haverá espaço para a metalurgia do pó. Se você quiser saber mais sobre a metalurgia do pó, estudar os assuntos desta aula será um bom caminho. Você ficará conhecendo as etapas do processo de produção baseado na metalurgia do pó, poderá analisar as vantagens e desvantagens desta tecnologia e descobrirá suas principais aplicações. Por que utilizar a metalurgia do pó Observe, com atenção, as peças a seguir. Você consegue imaginar quantas operações seriam necessárias para produzi-las pelos processos convencionais de usinagem? É capaz de avaliar quanto cavaco seria gerado? Acha que seria possível produzir 2.000 peças iguais a qualquer uma dessas, por dia? Quantas pessoas e máquinas seriam necessárias para dar conta da encomenda? A metalurgia do pó é uma alternativa que torna possível esta produção com uma única prensa e um operador, com o máximo aproveitamento da matéria-prima.Essa tecnologia baseia-se na prensagem de pós em moldes metálicos e consolidação da peça por aquecimento controlado. O resultado é um produto com a forma desejada, bom acabamento de superfície, composição química e propriedades mecânicas controladas. A seguir, você ficará conhecendo mais detalhes sobre as etapas do processo da metalurgia do pó. Etapas do processo O processo de produção da metalurgia do pó envolve três etapas fundamentais: • Obtenção dos pós • Compactação • Sinterização propriamente dita Obtenção do pó O tamanho, a forma e a distribuição dos grãos são características importantes na produção de peças sinterizadas e variam conforme o método de obtenção do pó. Os métodos de obtenção podem ser: mecânico, químico, físico e físico-químico. Dependendo das características desejadas do grão, mais de um método pode ser empregado sucessivamente. Um dos métodos físicos mais usados é a atomização.O metal fundido é vazado por um orifício, formando um filete líquido que é “bombardeado” por jatos de ar, de gás ou de água.Esses jatos saem de bocais escolhidos de acordo como formato de grão desejado e produzem a pulverização do filete de metal fundido e seu imediato resfriamento. Depois, o pó é recolhido, reduzido, peneirado e está pronto para ser usado. A espessura do filete, a pressão do fluido utilizado, as formas do conjunto de atomização, a configuração do bocal de atomização e o tipo de atomização determinam o tamanho e forma das partículas do material pulverizado. Um método físico-químico utilizado, principalmente para a produção de pós de cobre, é a eletrólise. O metal, na forma sólida, é colocado num tanque e dissolvido numa solução eletrolítica, na qual passa uma corrente elétrica. Reduzido: Submetido à reação química em que o átomo recebe elétrons de outros átomos, pela ação de um agente redutor que pode ser sólido ou gasoso. Eletrólise: reação não espontânea que produz a decomposição de uma substância, em solução aquosa ou fundida, por meio de corrente elétrica. Os pós obtidos por esse processo apresentam elevado grau de pureza. Depois de recolhida do tanque de eletrólise, a massa de pó, em forma de lama, é neutralizada, secada , reduzida e classificada por peneiramento. Para obtenção de grãos menores, este processo é complementado por métodos mecânicos. Pode ser obtido também, por meio da pirólise, um método físico-químico que consiste na decomposição de uma substância por ação do calor. Entre os métodos mecânicos para obtenção de pós, um dos mais usados é a moagem. Em geral, ela é feita num equipamento chamado moinho de bolas, que consiste num tambor rotativo contendo esferas metálicas de material resistente ao desgaste. Quando o tambor gira, as esferas chocam-se umas contra as outras, desintegrando gradativamente o material que se encontra no interior do tambor. Os pós podem ser obtidos também por métodos químicos, como a corrosão, que produz a oxidação do metal pelo ataque de ácidos ou bases, ou a redução de óxidos metálicos pelo emprego de hidrogênio ou monóxido de carbono. Compactação Nesta etapa, uma quantidade predeterminada de pó é colocada na cavidade de uma matriz montada em uma prensa de compressão, que pode ser mecânica ou hidráulica. A compactação ocorre por eslocamentos simultâneos dos punções superior e inferior, à temperatura ambiente. Veja abaixo a seqüência dessa operação. Nos primeiros movimentos do punção superior e do punção inferior, a compactação causa apenas o adensamento do pó, sem deformação das partículas e sem produzir adesão entre elas. Se o processo for interrompido, o pó não manterá uma forma com contornos definidos. O aumento da pressão provocará deformação plástica das partículas. As partes mais finas de cada partícula sofrerão deformação ou quebra, que favorece o entrelaçamento dos grãos, produzindo uma espécie de “solda fria”. Com o aumento da compressão, o atrito do material contra as paredes da matriz e a fricção interna das partículas, eleva a densidade do material aos valores desejados. Após a compactação, a peça é chamada de “compactado verde”. A consistência do compactado verde faz lembrar a de uma paçoca de amendoim, que deve ser manuseada com cuidado para não se quebrar. A densidade e a resistência são duas características importantes nesta etapa, pois influenciam as propriedades mecânicas da peça final. sinterização, esta mistura é levada a uma temperatura de cerca de 1.700°C, que provoca a união do tungstênio e do carbono, dando origem às partículas duras do metal duro, representadas pelos carbonetos de tungstênio (WC). O carboneto de tungstênio dissolve-se facilmente em cobalto (Co), o qual é adicionado à mistura, atuando como metal ligante. O resultado final combina as propriedades da partícula dura (resistência ao desgaste) com as propriedades do metal ligante (tenacidade). Mancais autolubrificantes Uma das características da sinterização é possibilitar o controle da porosidade do produto final. Esta característica é particularmente importante na produção de mancais autolubrificantes. A porosidade existente no mancal pode ser preenchida com óleo, para garantir uma lubrificação permanente entre o eixo e o mancal. A metalurgia do pó veio para ficar A sinterização é um processo em que a economia de material é levada ao extremo, com mínimas perdas de matéria-prima. Certas ligas podem ser obtidas pela metalurgia do pó a custos muitas vezes inferiores do que se fossem produzidas pela metalurgia convencional. A possibilidade de conjugar peças simples e partes sinterizadas também representa um importante fator de economia de custos, com preservação de qualidade do produto final. O controle exato da composição química desejada do produto final, a redução ou eliminação das operações de usinagem, o bom acabamento de superfície, a pureza dos produtos obtidos e a facilidade de automação do processo produtivo são alguns dos motivos que tornaram a metalurgia do pó uma fonte produtora de peças para praticamente todos os ramos da indústria, como o automobilístico, o de informática, o aeroespacial, o de material eletroeletrônico, o de equipamentos e implementos agrícolas, o têxtil e tantos outros. Entretanto, algumas limitações ainda não superadas tornam a metalurgia do pó uma solução inviável em algumas situações. A peça tem de ser extraída de uma matriz. Isso dificulta a produção de peças com certas características geométricas, já citadas anteriormente (rasgos transversais), que devem ser obtidas por usinagem posterior. O custo de produção do ferramental (matriz e macho) é muito elevado. Por isso, só se justifica a escolha desse processo quando o volume de produção requerido for muito grande. A maioria das peças sinterizadas pesa menos de 2,5 kg. Peças maiores, com até 15 kg, podem ser fabricadas. Porém, o tamanho da peça é um limitador importante, uma vez que as potências de compactação são proporcionais à área da seção transversal das peças. Grandes peças exigem máquinas de elevada potência de compactação, muitas vezes acima das opções disponíveis. Talvez você não tenha se dado conta, mas é provável que já venha utilizando peças sinterizadas em muitos dos equipamentos e dispositivos que usa no dia-a-dia. Fazer uma pesquisa para descobrir até que ponto a metalurgia do pó faz parte da sua vida poderá ser uma maneira interessante de conhecer e avaliar, na prática, as características dos produtos sinterizados. E, para consolidar os conhecimentos obtidos nesta aula, resolver os exercícios a seguir será uma boa idéia. USINAGEM Introdução A Usinagem como Referencial Pré-Histórico A Pré-História compreende o período que vai desde o surgimento do homem até o aparecimento da escrita, sendo subdividida em: • Idade da Pedra Lascada (Paleolítico- fig. Machado de Pedra Lascada). • Idade da Pedra Polida (Neolítico - fig. Foice de osso). • Idade dos Metais (fig. Pontas de armas). Observe que a usinagem evoluiu juntamente com o homem, sendo usada como parâmetro de subdivisão de um período. Fonte: SOUZA. Osvaldo, "História Antiga e Medieval", Editora Atica Surge o Princípio da Fabricação. No Período Paleolítico, as facas, pontas de lanças e machados eram fabricados com lascas de grandes pedras. No Período Neolítico, os artefatos eram obtidos com o desgaste e polimento da pedra (Princípio da Retificação). Surge o Conhecimento de Novos Materiais. O Homem passa a usar metais na fabricação de ferramentas e armas no fim da pré- história. Os primeiros metais a serem conhecidos foram o cobre e o ouro, e , em escala menor, o estanho. O ferro foi o último metal que o homem passou a utilizar na fabricação de seus instrumentos. A Evolução da Ferramenta. Com a pancada de uma cunha manual surgiu o cinzel, movimentando esta ferramenta para frente e para trás, aplicando-se pressão surgiu a serra. Dispositivo da era Neolítica usado no corte de pedras Um grande avanço nesse período foi a transformação do movimento de translação em movimento de rotação (com sentido de rotação invertido a cada ciclo). Este princípio foi aplicado em um dispositivo denominado Furação de Corda Puxada. A prova da existência desse mecanismo foi uma pintura encontrada em um túmulo datado de 1450 A.C. No fresamento periférico (ou tangencial) a superfície fresada se encontra, de modo geral, paralela ao eixo da fresa. Também a profundidade de corte ap é significativamente maior que a penetração de trabalho ae. No fresamento periférico concordante (ou apenas fresamento concordante), os sentidos das velocidades de corte e de avanço são, em média, os mesmos. A espessura do cavaco decresce durante a sua formação. Como mostrado na animação abaixo, a espessura do cavaco é máxima no início do corte e mínima no final (teoricamente zero). Assim, na saída do gume, ocorre o esmagamento de material e maior atrito entre o gume e a superfície de corte. No fresamento periférico discordante (ou apenas fresamento discordante) ocorre o contrário. Os sentidos das velocidades de corte e de avanço são, em média, opostos. A espessura do cavaco cresce durante a sua formação. Neste caso, a espessura do cavaco é mínima no início do corte e máxima no final. Se ocorrer fresamento discordante puro, como mostrado na animação abaixo, a espessura inicial é teoricamente zero. Assim, no momento da entrada do gume, não há corte, mas apenas o esmagamento de material. Consequentemente os esforços e a tendência a vibrações na ferramenta são maiores. As vantagens do fresamento concordante, quando comparado com o discordante, são: • Menor desgaste e, como conseqüência, maior vida da ferramenta; • Melhor qualidade superficial; • Menor potência requerida para o corte; • A força resultante empurra a peça contra a mesa onde está fixada, reduzindo os efeitos de vibração. Mas deve-se preferir o fresamento discordante nas seguintes situações: • Quando existe folga no fuso da mesa da máquina-ferramenta; • Quando a superfície da peça tiver resíduo de areia de fundição, ou for muito irregular ou o material for proveniente de processos de forjamento. A maioria das fresadoras trabalha com o avanço da mesa baseado em uma porca e um parafuso. Com o tempo e desgaste da máquina ocorre uma folga entre eles. No movimento concordante, a folga é empurrada pelo dente da fresa no mesmo sentido de deslocamento da mesa. Isto faz com que a mesa execute movimentos irregulares, que prejudicam o acabamento da peça e podem até quebrar o dente da fresa. No movimento discordante, a folga não influi no deslocamento da mesa. Por isso, a mesa tem um movimento de avanço mais uniforme. Isto gera um melhor acabamento da peça. Assim, nas fresadoras dotadas de sistema de avanço com porca e parafuso, é melhor utilizar o movimento discordante. Para tanto, basta observar o sentido de giro da fresa e fazer a peça avançar contra o dente da ferramenta. Como outros processos, a fresagem permite trabalhar superfícies planas, convexas, côncavas ou de perfis especiais. Mas tem a vantagem de ser mais rápido que o processo de tornear, limar, aplainar. Isto se deve ao uso da fresa, que é uma ferramenta multicortante. Fresadoras As máquinas fresadoras são classificadas geralmente de acordo com a posição do seu eixo-árvore em relação à mesa de trabalho. Mesa de trabalho é o lugar da máquina onde se fixa a peça a ser usinada. O eixo-árvore é a parte da máquina onde se fixa a ferramenta. As fresadoras classificam-se em relação ao eixo-árvore em horizontal, vertical e universal. A fresadora é horizontal quando seu eixo-árvore é paralelo à mesa da máquina. • Fresamento de formas complexas • Fresamento periférico ou tangencial • Fresamento de ranhuras e contornos • Fresamento de ranhuras (chavetas) Woodruff • Fresamento de guias prismáticas • Fresamento de ranhuras com perfil constante • Fresamento de canais • Fresamento de roscas. Se o eixo-árvore for perpendicular mesa da máquina, dizemos que se trata de uma fresadora vertical. 1. Fresamento frontal 2. Fresamento de cantos a 90° 3. Fresamento de ranhuras em T 4. Fresamento de guias em forma de cauda de andorinha 5. Fresamento de canais 6. Faceamento. Já a fresadora universal dispõe de dois eixos-árvore, um horizontal e outro vertical. O eixo vertical situa-se no cabeçote, parte superior da máquina. O eixo horizontal localiza-se no corpo da máquina. O fato de a fresadora universal dispor de dois eixos permite que ela seja utilizada tanto na posição horizontal quanto na vertical. Todas as aplicações citadas anteriormente podem ser executadas na fresadora universal. Quando realizamos operações de fresamento com ferramentas usadas na fresadora vertical, precisamos utilizar o cabeçote vertical acoplado na fresadora universal para executar o fresamento. 1. Fresamento frontal 2. Fresamento de cantos a 90° 3. Fresamento de ranhuras em T 4. Fresamento de guias em forma de cauda de andorinha 5. Fresamento de canais 6. Faceamento. Cabeçote vertical acoplado na fresadora universal Quando executamos operações de fresamento com ferramentas usadas na fresadora horizontal, retiramos o cabeçote vertical da máquina e acoplamos o mandril - eixo porta ferramenta (figura abaixo) na fresadora universal. Mandril (eixo porta ferramenta) acoplado na fresadora universal Abaixo temos alguns exemplos de operações que podem ser realizadas na fresadora universal quando temos o eixo porta ferramenta ou mandril instalado. 1. Fresamento de formas complexas. 2. Fresamento periférico ou tangencial. 3. Fresamento de ranhuras e contornos. 4. Fresamento de ranhuras (chavetas) Woodruff. 5. Fresamento de guias prismáticas. 6. Fresamento de ranhuras com perfil constante. 7. Fresamento de canais 8. Fresamento de roscas. Não pense porém que há apenas esses tipos de fresadoras! Há outras que tomaram como modelo as fresadoras horizontais e verticais, mas não funcionam do mesmo modo. Uma delas é a fresadora copiadora, que trabalha com uma mesa e dois cabeçotes: o cabeçote apalpador e o de usinagem. Como o nome diz, a fresadora copiadora tem a finalidade de usinar, copiando um dado modelo. Fresas planas Trata-se de fresas utilizadas para usinar superfícies planas, abrir rasgos e canais. Veja a seguir um exemplo de fresa plana. Fresas angulares Estas são fresas utilizadas para a usinagem de perfis em ângulos, como rasgos prismáticos e encaixes do tipo rabo-de-andorinha. Fresas para rasgos As fresas para rasgos são utilizadas para fazer rasgos de chavetas, ranhuras retas ou em perfil T, como as das mesas das fresadoras e furadeiras. Fresas com Insertos Intercambiáveis São também chamadas de cabeçote de fresamento. Trata-se de uma ferramenta com dentes ou insertos postiços. Esses dentes são pastilhas de metal duro, fixadas por parafusos, pinos ou garras, e podem ser substituídas facilmente. Fresas para desbaste Estas são fresas utilizadas para o desbaste de grande quantidade de material de uma peça. Em outras palavras, servem para a usinagem pesada. Esta propriedade de desbastar grande quantidade de material é devida ao seccionamento dos dentes. Veja figuras abaixo. ESCOLHA DA VELOCIDADE DE CORTE MATERIAL a ser cortado Velocidade de corte, em m/ min. CÁLCULO DE ROTAÇÃO DA FRESA Desbaste até a profundidade de Acabament o 8 mm 5 mm 1,5 mm Aço até 60 kg/mm2 Aço de 60 - 90 kg/mm2 Aço de 90 - 110 kg/mm2 16 - 20 14 - 16 12 - 14 22 - 26 20 - 24 18 - 22 32 - 36 26 - 30 22 - 26 Aço acima de 110 kg/mm2 Ferro fundido, até 180 HB Ferro fundido, acima de 180 HB Latão Metais Leves Cobre 8 - 12 18 - 22 10 - 14 32 - 48 220 - 320 40 - 50 14 - 16 24 - 28 12 - 18 46 - 72 280 - 480 60 - 80 16 - 20 18 - 32 18 - 22 60 - 120 400 - 520 80 - 100 ESCOLHA DO AVANÇO POR DENTE MATERIAL a ser cortado TIPO de fresa AVANÇO em milímetro por dente Aço até 60 kg/mm2 Aço de 60 - 90 kg/mm2 Aço de 90 - 110 kg/mm2 Aço acima de 110 kg/mm2 Ferro fundido, até 180 HB Ferro fundido, acima de 180 HB Latão Metais Leves Cobre Cilíndrica 0,22 0,20 0,17 0,10 0,22 0,18 0,24 0,10 0,26 n = número de rotações da fresa por minuto, em rpm. Vf = velocidade do avanço, em mm/ min. Vc = velocidade de corte em m/ min. conf. tabela acima. Z = número de dentes da fresa. d = diâmetro externo da fresa. fz = avanço por dente e milímetro, conf. tabela ao lado. Aço até 60 kg/mm2 Aço de 60 - 90 kg/mm2 Aço de 90 - 110 kg/mm2 Aço acima de 110 kg/mm2 Ferro fundido, até 180 HB Ferro fundido, acima de 180 HB Latão Metais Leves Cobre Circulares 0,08 0,07 0,06 0,05 0,08 0,06 0,08 0,10 0,10 Aço até 60 kg/mm2 Aço de 60 - 90 kg/mm2 Aço de 90 - 110 kg/mm2 Aço acima de 110 kg/mm2 Ferro fundido, até 180 HB Ferro fundido, acima de 180 HB Latão Metais Leves Cobre Topo p/ Mandril 0,25 0,22 0,22 0,12 0,25 0,18 0,25 0,12 0,26 ATÉ Ø 6 ATÉ Ø 12 ACIMA Ø 12 Aço até 60 kg/mm2 Aço de 60 - 90 kg/mm2 Aço de 90 - 110 kg/mm2 Aço acima de 110 kg/mm2 Ferro fundido, até 180 HB Ferro fundido, acima de 180 HB Latão Metais Leves Cobre Topo c/ haste 0,032 0,032 0,025 0,025 0,056 0,032 0,012 0,010 0,014 0,056 0,056 0,056 0,045 0,090 0,056 0,024 0,025 0,036 0,080 0,080 0,080 0,056 0,125 0,080 0,039 0,050 0,056