IFPA

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Conformao Mecnica

Otvio Fernandes Lima da Rocha

2012Belm - PA

INSTITUTO FEDERAL DEEDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA

CampusBelmPAR

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O GRANDEO SUL

NSTITUTO

EDERAL

Presidncia da Repblica Federativa do Brasil

Ministrio da Educao

Secretaria de Educao Profissional e Tecnolgica

Equipe de Elaborao Instituto Federal de

Educao, Cincia e Tecnologia do Par/

IFPA-Belm

Reitor

Edson Ary de O. Fontes/IFPA-Belm

Coordenador Institucional

Erick Alexandre de Oliveira Fontes/IFPA-Belm

Coordenador de Curso

Oscar Jesus Choque Fernandez/IFPA-Belm

Professor-autor

Otvio Fernandes Lima da Rocha/IFPA-Belm

Equipe Tcnica

Carlos Lemos Barboza/IFPA-Belm

Fabiano Darlindo Veloso/IFPA-Belm

Gisely Regina Lima Rebelo/IFPA-Belm

Wuyllen Soares Pinheiro/IFPA-Belm

Comisso de Acompanhamento e Validao

Colgio Tcnico Industrial de Santa Maria/CTISM

Coordenador Institucional

Paulo Roberto Colusso/CTISM

Coordenao Tcnica

Iza Neuza Teixeira Bohrer/CTISM

Coordenao de DesignErika Goellner/CTISM

Reviso Pedaggica

Andressa Rosemrie de Menezes Costa/CTISM

Francine Netto Martins Tadielo/CTISM

Marcia Migliore Freo/CTISM

Reviso Textual

Lourdes Maria Grotto de Moura/CTISM

Vera da Silva Oliveira/CTISM

Reviso Tcnica

Eduardo Lehnhart Vargas/CTISM

Moacir Eckhardt/CTISM

Ilustrao

Gustavo Schwendler/CTISM

Marcel Santos Jacques/CTISM

Rafael Cavalli Viapiana/CTISM

Ricardo Antunes Machado/CTISM

Diagramao

Leandro Felipe Aguilar Freitas/CTISM

Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia do ParEste caderno foi elaborado em parceria entre o Instituto Federal de Educao,

Cincia e Tecnologia do Par/IFPA-Belm e a Universidade Federal de Santa Maria

para o Sistema Escola Tcnica Aberta do Brasil Rede e-Tec Brasil.

V149 Rocha, Otvio Fernandes Lima da.Conformao mecnica / Otvio Fernandes Lima da Rocha.

Belm : IFPA ; Santa Maria : UFSM, 2012.68p.

1. Conformao mecnica. I. Escola Tcnica Aberta do Brasil.II. Ttulo.

CDD: 669

Setor de Processamento Tcnico Biblioteca IFPA Campus Belm

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e-Tec Brasil33

Apresentao e-Tec Brasil

Prezado estudante,

Bem-vindo ao e-Tec Brasil!

Voc faz parte de uma rede nacional pblica de ensino, a Escola Tcnica

Aberta do Brasil, instituda pelo Decreto n 6.301, de 12 de dezembro de

2007, com o objetivo de democratizar o acesso ao ensino tcnico pblico,

na modalidade a distncia. O programa resultado de uma parceria do

Ministrio da Educao, por meio das Secretarias de Educao a Distncia

(SEED) e de Educao Profissional e Tecnolgica (SETEC), as universidades e

escolas tcnicas estaduais e federais.

A educao a distncia no nosso pas, de dimenses continentais e grande

diversidade regional e cultural, longe de distanciar, aproxima as pessoas ao

garantir acesso educao de qualidade e ao promover o fortalecimento

da formao de jovens moradores de regies distantes dos grandes centros

geogrfica e ou economicamente.

O e-Tec Brasil leva os cursos tcnicos a locais distantes das instituies de

ensino e para a periferia das grandes cidades, incentivando os jovens a con-

cluir o ensino mdio. Os cursos so ofertados pelas instituies pblicas de

ensino, e o atendimento ao estudante realizado em escolas-polo integran-

tes das redes pblicas municipais e estaduais.

O Ministrio da Educao, as instituies pblicas de ensino tcnico, seus

servidores tcnicos e professores acreditam que uma educao profissional

qualificada integradora do ensino mdio e da educao tcnica, capaz

de promover o cidado com capacidades para produzir, mas tambm com

autonomia diante das diferentes dimenses da realidade: cultural, social,

familiar, esportiva, poltica e tica.

Ns acreditamos em voc!

Desejamos sucesso na sua formao profissional!

Ministrio da Educao

Janeiro de 2010

Nosso contato

[email protected]

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e-Tec Brasil5

Indicao de cones

Os cones so elementos grficos utilizados para ampliar as formas de

linguagem e facilitar a organizao e a leitura hipertextual.

Ateno:indica pontos de maior relevncia no texto.

Saiba mais: oferece novas informaes que enriquecem o

assunto ou curiosidades e notcias recentes relacionadas ao

tema estudado.

Glossrio: indica a definio de um termo, palavra ou expresso

utilizada no texto.

Mdias integradas: sempre que se desejar que os estudantes

desenvolvam atividades empregando diferentes mdias: vdeos,

filmes, jornais, ambiente AVEA e outras.

Atividades de aprendizagem: apresenta atividades em

diferentes nveis de aprendizagem para que o estudante possa

realiz-las e conferir o seu domnio do tema estudado.

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e-Tec Brasil7

Sumrio

Palavra do professor-autor 9

Apresentao da disciplina 11

Projeto instrucional 13

Aula 1 Introduo conformao dos metais 151.1 Conceito 15

1.2 Classificao geral da conformao dos metais 16

Aula 2 Fundamentos da conformao plstica dos metais 232.1 Diagrama tenso x deformao () 23

2.2 Parmetros da mudana de forma 25

2.3 Resistncia mudana de forma ou resistncia conformao (kf)27

Aula 3 Operaes de conformao mecnica por deformaoplstica 33

3.1 No processo de laminao 33

3.2 No processo de forjamento 40

3.3 No processo de trefilao 42

3.4 No processo de extruso 46

3.5 No processo de estampagem ou conformao de chapas50

Referncias 67

Currculo do professor-autor 68

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e-Tec Brasil11

Apresentao da disciplina

Prezados alunos.

A disciplina foi preparada para ser trabalhada em 3 aulas, as duas primeiras

ministradas em 2 semanas e a terceira em 4 semanas, totalizando 6 semanas.

Estudar-se-o os princpios da correlao do processamento do material com

a estrutura, e a influncia desses fenmenos no desempenho do material,

considerados nas principais aplicaes dos processos de fabricao por

deformao plstica, alm dos tipos de esforos atuantes nos processos de

conformao mecnica por deformao plstica, bem como vantagens edesvantagens dos materiais processados a frio e a quente. Finalmente, sero

repassadas habilidades e competncias profissionais acerca das aplicaes

dos princpios bsicos do Diagrama Tenso versus Deformao, principais

fenmenos que ocorrem ao longo da deformao do material, com desta-

que s principais zonas de deformao que surgem nesse diagrama, clculo

da resistncia mudana de forma e do trabalho na conformao por defor-

mao plstica. Clculos de esforos predominantes, dimensionamento da

ferramenta e de peas fabricadas pelos processos mencionados fazem parte

do rol de conhecimentos que sero oferecidos no Curso Tcnico em Meta-

lurgia ofertado no Programa e-Tec Brasil pelo IFPA.

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Palavra do professor-autor

e-Tec Brasil13

Disciplina: Conformao Mecnica (carga horria: 40h).

Ementa: Introduo conformao dos metais. Fundamentos da conformao

plstica dos metais. Operaes de conformao mecnica por deformao

plstica.

AULA OBJETIVOS DEAPRENDIZAGEM MATERIAISCARGA

HORRIA(horas)

1. Introduo

conformao dos

metais

Compreender conformao mecnica e

metalrgica dos metais, suas aplicaes e

classificao.

Diferenciar trabalho mecnico a frio do a

quente, suas vantagens e desvantagens.

Ambiente virtual:

plataforma moodle.

Apostila didtica.

Recursos de apoio: links,

exerccios.

05

2. Fundamentos

da conformao

plstica dos metais

Compreender os fundamentos

metalrgicos da conformao plstica dos

metais, que consolidam a identificao

das principias zonas envolvidas no

diagrama tenso-deformao.

Calcular os principais parmetros que

influenciam na mudana de forma

do metal e determinar a resistncia

mudana de forma, a fora e o trabalhona conformao.

Ambiente virtual:

plataforma moodle.

Apostila didtica.


exerccios.

10

3. Operaes

de conformao

mecnica por

deformao plstica

Compreender os principais parmetros

operacionais considerados nos clculos

dos esforos de conformao mecnica

por deformao plstica.

Ambiente virtual:

plataforma moodle.

Apostila didtica.


exerccios.

25

Projeto instrucional

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e-Tec Brasil

Aula 1 Introduo conformao dos metais

Objetivos

Compreender conformao mecnica e metalrgica dos metais,

suas aplicaes e classificao.

Diferenciar trabalho mecnico a frio do a quente, suas vantagens

e desvantagens.

1.1 ConceitoEntende-se como conformao dos metais a modificao de um corpo

metlico para outra forma definida.

Os processos de conformao podem ser divididos em dois grupos: proces-

sos mecnicos, nos quais as modificaes de forma so provocadas pela

aplicao de tenses externas, e processos metalrgicos, nos quais as modi-

ficaes de forma esto relacionadas com altas temperaturas.

Os processos mecnicos so constitudos pelos processos de conformao

plstica, para os quais as tenses aplicadas so geralmente inferiores ao

limite de resistncia trao (U), e pelos processos de conformao por

usinagem, para os quais as tenses aplicadas so sempre superiores ao limite

mencionado. A forma final, portanto, obtida por retirada de material. Esses

processos so tambm denominados Processos de Conformao Mec-

nica pela sua natureza.

Os processos metalrgicos subdividem-se em conformao por solidificao,

para os quais a temperatura adotada superior temperatura de fuso

(TF) do metal, e a forma final obtida pela transformao lquido-slido, econformao por sinterizao, em que a temperatura de processamento

inferior ao ponto de fuso do metal (metalurgia do p).

e-Tec BrasilAula 1 - Introduo conformao dos metais 15

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1.2 Classificao geral da conformaodos metais

A Figura 1.1 apresenta um quadro geral da classificao dos processos de

conformao.

Nosso estudo ser intensificado nos processos de conformao plstica

porque mais de 80% de todos os produtos metlicos produzidos so sub-

metidos, em um ou mais estgios, a tais processos. Os processos de confor-

mao plstica dos metais permitem a obteno de peas em estado slido,

com caractersticas controladas, atravs da aplicao de esforos mecnicos

em corpos metlicos iniciais que mantm o seu volume constante. De uma

forma resumida, os objetivos desses processos so a obteno de produtos

finais com especificao de:

a)Dimenso e forma.

b) Propriedades mecnicas.

c)Condies superficiais.

Os processos de conformao plstica podem ser classificados de acordo

com vrios critrios:

a)Tipo de esforo predominante.

b)Temperatura de trabalho.

c)Forma do material trabalhado ou do produto final.

d)Tamanho da regio de deformao (localizada ou geral).

e) Tipo de fluxo do material (estacionrio ou intermitente).

f) Tipo de produto obtido (semiacabado ou acabado).

Conformao Mecnicae-Tec Brasil 16

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Figura 1.1: Quadro geral de classificao dos processos de conformao dos metaisFonte: Adaptado de Garcia, 2000

1.2.1 Classificao quanto ao tipo de esforo predominanteOs processos de conformao podem ser classificados de acordo com o tipo

de esforo predominante em:

a)Processo de conformao por compresso direta.

b)Processo de conformao por compresso indireta.

c)Processo de conformao por trao.

d) Processo de conformao por cisalhamento.

e)Processo de conformao por flexo.


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Nos processos de conformao por compresso direta, predomina a solici-

tao externa por compresso sobre a pea de trabalho a exemplo do forja-

mento e da laminao.

Nos processos de conformao por compresso indireta, as foras externasaplicadas sobre a pea podem ser tanto de trao como de compresso,

mas as que efetivamente provocam a conformao plstica do metal so as

de compresso indireta desenvolvidas pela reao da matriz sobre a pea, a

exemplo da trefilao, da extruso e da estampagem profunda.

O principal exemplo de processo de conformao por trao o estiramento

de chapas em que a pea toma a forma da matriz pela aplicao de foras

de trao em suas extremidades.

Os processos de conformao por cisalhamento envolvem foras cisalhantessuficientes para romper o metal no seu plano de cisalhamento. Os melhores

exemplos desse tipo de processo so a toro de barras e o corte de chapas.

Nos processos de conformao por flexo, as modificaes de forma so

obtidas mediante a aplicao de um momento fletor a exemplo do dobra-

mento de chapas e das tiras dobradas.

1.2.2 Quanto temperatura de trabalhoEm relao temperatura de trabalho, os processos de conformao podem

ser classificados em processos com trabalho mecnico a frio e com trabalho

mecnico a quente. Quando a temperatura de trabalho maior que a tem-

peratura que provoca a recristalizao do metal, o processo denominado

como trabalho a quente e, abaixo dessa temperatura, o trabalho denomi-

nado como a frio.

No trabalho mecnico a frio, provoca-se o aparecimento no metal do cha-

mado efeito de encruamento, ou seja, o aumento da resistncia mecnica

com a deformao plstica. O trabalho mecnico a frio permite aumentar a

resistncia mecnica de certos metais no-ferrosos que no so endurecveispor tratamentos trmicos.

No trabalho mecnico a quente, a deformao plstica realizada numa

faixa de temperatura, e durante um determinado tempo em que o encrua-

mento eliminado pela recristalizao do metal.


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Um metal na sua condio encruada possui energia interna elevada em rela-

o ao metal no deformado plasticamente. Aumentando-se a temperatura,

h uma tendncia de o metal retornar condio mais estvel de menor

energia interna. O tratamento trmico para obter esse efeito denominado

recozimento e, alm da recuperao da estrutura cristalina do metal, essetratamento provoca a diminuio da resistncia mecnica e a elevao da

ductilidade.

Os esquemas representativos mostrados pela Figura 1.2 apresentam as

modificaes estruturais que ocorrem nos trabalhos mecnicos a frio e a

quente. Verifica-se, portanto, no caso do trabalho a frio, no final do pro-

cesso, a estrutura completamente deformada e alinhada na mesma direo

da deformao. Situao contrria observada para o trabalho a quente

onde, durante o processo, ocorre a recristalizao da estrutura.

Figura 1.2: Ilustrao dos processos mecnicos: (a) trabalho a frio, (b) aumento da tem-peratura de conformao acima da temperatura de recristalizao e trabalho a quenteFonte: CTISM, adaptado de http://conformacaomecanica-unisc.blogspot.com/2007_03_01_archive_html


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1.2.2.1 Vantagens e desvantagens do trabalho a quente

a)Vantagens

Menor energia requerida para deformar o metal, j que a tenso de es-

coamento decresce com o aumento da temperatura.

Aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ducti-

lidade).

Homogeneizao qumica das estruturas brutas de fuso (ex.: eliminao

de segregaes) em virtude da rpida difuso atmica interna.

Eliminao de bolhas e poros por caldeamento.

Eliminao e refino da granulao grosseira e colunar do material fundi-do, proporcionando gros menores, recristalizados e equiaxiais.

Aumento da tenacidade e ductilidade do material trabalhado em relao

ao material bruto de fuso.

b)Desvantagens

Necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e

gasto de energia para aquecimento das peas.

Reaes do metal com a atmosfera do forno, levando a perdas de ma-

terial por oxidao e outros problemas relacionados. No caso dos aos,

ocorre tambm descarbonetao superficial; metais reativos como o tit-

nio ficam severamente fragilizados pelo oxignio e tm de ser trabalha-

dos em atmosfera inerte ou protegidos do ar por uma barreira adequada.

Formao de xidos, prejudiciais ao acabamento superficial.

Desgaste das ferramentas maior, e a lubrificao difcil.

Necessidade de grandes tolerncias dimensionais por causa de expanso

e contrao trmicas.

Estrutura e propriedades do produto resultam menos uniformes do que

em caso de trabalho a frio seguido de recozimento, pois a deformao

sempre maior nas camadas superficiais produz nelas uma granulao re-


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cristalizada mais fina, enquanto as camadas centrais, menos deformadas e

sujeitas a um resfriamento mais lento, apresentam crescimento de gros.

No trabalho a morno ocorre uma recuperao parcial da ductilidade do mate-

rial e a tenso de conformao situa-se numa faixa intermediria entre o tra-balho a frio e a quente. Em termos de conformao mecnica, chama-se de:

Trabalho a Quente (TQ) aquele que executado em temperaturas acima

de 0,5Tf.

Trabalho a Morno (TM), executado na faixa compreendida (grosseira-

mente) entre 0,3 e 0,5 Tf.

Trabalho a Frio (TF) aquele que executado entre 0 e 0,3 T f.

ResumoNesta aula vimos que a conformao pode ser entendida como a modifica-

o de um corpo metlico para outra forma definida.

Apresentamos a diviso dos processos de conformao que podem ser divi-

didos em dois grupos: processos mecnicos nos quais as modificaes de

forma so provocadas pela aplicao de tenses externas; processos meta-

lrgicos nos quais as modificaes de forma esto relacionadas com altas

temperaturas. Apresentaram-se os principais objetivos dos processos de

conformao e sua classificao geral.

Atividades de aprendizagem1. Diferencie os processos de conformao.

2. Quais os objetivos principais dos processos de conformao plstica dos

metais?

3. Como podem ser classificados os processos de conformao plstica dos

metais?

4. Quanto ao tipo de esforo predominante, o corte de chapas e a fabricao

de tubos, barras e perfis se encaixam em que processos de conformao

mecnica?


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5. Quais as diferenas entre o trabalho mecnico a frio e o trabalho mec-

nico a quente?

6. Como se apresenta o produto conformado depois de trabalhado a frio e

a quente?

7. Os trabalhos a frio ou a quente permitem que a pea sofra vrias etapas

de conformao plstica sem precisar de tratamentos trmicos interme-

dirios. Critique esta afirmao.


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e-Tec Brasil

Aula 2 Fundamentos da conformaoplstica dos metais

Objetivos

Compreender os fundamentos metalrgicos da conformao pls-

tica dos metais, que consolidam a identificao das principias zonas

envolvidas no diagrama tenso-deformao.

Calcular os principais parmetros que influenciam na mudana de

forma do metal e determinar a resistncia mudana de forma, a

fora e o trabalho na conformao.

2.1 Diagrama tenso x deformao ()O estudo do diagrama tenso versus deformao de elevada importncia

para se entender como um material diante de um estado de tenso se com-

porta durante a deformao.

Para se definir tenso e deformao convencionais, vamos considerar uma

barra cilndrica e uniforme que submetida a uma carga de trao uniaxial

crescente, semelhante ao procedimento aplicado para um ensaio de trao

normalizado, conforme mostra a Figura 2.1.

e-Tec BrasilAula 2 - Fundamentos da conformao plstica dos metais 23

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Figura 2.1: Esquema representativo do corpo de prova para ensaio de trao e dodiagrama correspondenteFonte: CTISM, adaptado de Garcia, 2000, p. 8

A tenso convencional, nominal ou de engenharia (C), dada por:

Onde: c(Pa) a tenso

P (N) a carga aplicada

S0(m2) seo transversal original

A deformao convencional ou nominal (C) dada por:

Onde: C a deformao L0e L1so, respectivamente, os comprimentos inicial e final da pea

metlica

Na curva da Figura 2.1, observam-se quatro regies de comportamentos

distintos: 0A regio de comportamento elstico; AB regio de escoa-

mento de discordncia; BU regio de encruamento uniforme; UF regio


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de encruamento no uniforme (o processo de ruptura tem incio em U, e

concludo no ponto F).

Para um material de alta capacidade de deformao permanente, o dimetro

do corpo de prova comea a decrescer rapidamente ao se ultrapassar a cargamxima (ponto U). Assim, a carga necessria para continuar a deformao

diminui at a ruptura do material.

Observa-se, na prtica, uma grande variao nas caractersticas das curvas

tenso-deformao para diferentes tipos de materiais. A Figura 2.2 mostra

curvas tenso-deformao para algumas ligas metlicas comerciais.

Figura 2.2: Relao do comportamento entre tenso-deformao para algumas ligascomerciaisFonte: CTISM, adaptado de Garcia, 2000, p. 10

2.2 Parmetros da mudana de formaQuando na solicitao mecnica de um corpo metlico se atinge a tenso

limite de escoamento (Pdo diagrama apresentado na Figura 2.1), a pea

metlica inicia um processo de deformao permanente ou deformao

plstica. O principal mecanismo de deformao plstica o de escorrega-

mento de discordncia, conforme mostra a Figura 2.3.


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Figura 2.3: Mecanismo de deformao plstica por escorregamentoFonte: CTISM, adaptado de Filho, 1991

Quando a conformao se propaga por escorregamento, nas diferentes dire-

es, o volume do corpo conformado permanece constante. Na deformao

de uma pea metlica, com forma de um paraleleppedo, por exemplo, de

dimenses iniciais h0, L0e b0, para as dimenses finais h1, L1e b1, a mudanade forma expressa pelas seguintes relaes:

Onde: Vie VFso, respectivamente, os volumes inicial e final da pea metlica.

Na conformao mecnica por deformao plstica V i= VF, logo:

As deformaes absoluta, relativa e logartmica podem, respectivamente, ser

escritas na seguinte forma:


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A soma de todas as deformaes logartmicas nula.

2.3 Resistncia mudana de formaou resistncia conformao (kf)

Essa tenso medida na regio de deformao plstica, zona BU na curva

da Figura 2.1, definida pela relao entre a fora aplicada e a rea da seo

reduzida. Para manter a deformao permanente, ela deve ser sempre supe-

rada a cada instante para se conseguir uma deformao adicional.

A relao entre Kf e a deformao logartmica permite obter a curva de

encruamento do metal, conforme mostra a Figura 2.4.

Figura 2.4: Curva de encruamento e resistncia mdia mudana de formaFonte: CTISM, adaptado de Gruning, 1973, p. 23


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2.3.1 Fora de conformao (FC)A fora de conformao dada por:

Onde: A0 rea da seo inicial da pea (mm2)

2.3.2 Trabalho na conformao (W)Na deformao de um corpo cilndrico, por exemplo, de altura h0at uma

altura h1, consumido um certo trabalho que pode ser determinado pela

multiplicao do volume (V) do material deformado e da rea varrida sob a

curva de encruamento (a), ou seja:

Onde:

A Figura 2.5 apresenta as curvas para determinao de kf e a, em fun-

o da deformao logartmica.


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Figura 2.5: Curva de encruamento para o ao Ck 10Fonte: CTISM, adaptado de Gruning, 1973, p. 21

ResumoNesta aula foi apresentado o diagrama tenso versus deformao. Por ele foi

definida a tenso convencional nominal ou de engenharia como a relao

entre a fora aplicada sobre a seo transversal de um corpo de prova sub-

metido a um ensaio de trao. Foram apresentadas as principais regies do

diagrama como as de comportamento elstico, escoamento de discordncia,

encruamento uniforme, e encruamento no-uniforme.

Foram estudados os principais parmetros de mudana de forma como

deformao absoluta, deformao relativa, e deformao logartmica. Estu-

dou-se tambm a resistncia mudana de forma (kf) e como calcul-la.Essa tenso medida na regio de deformao plstica, definida pela rela-

o entre a fora aplicada e a rea da seo reduzida, curva de encruamento.


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Atividades de aprendizagem1. De que forma a estrutura bruta de fuso influencia no desempenho de

um material que ser submetido a um ou mais processos de conformao

plstica?

2. O que se entende por elasticidade e plasticidade dos metais? Na prtica,

quando se quer dar forma a um corpo metlico por aplicaes de tenses

externas, em que regio de deformao no diagrama da Figura 2.1 voc

deve trabalhar? Justifique. E na construo civil? Que regio do grfico

voc deve empregar, considerando que nesse segmento o material mais

empregado o ao estrutural? Justifique.

3. Utilize os parmetros de mudana de forma num paraleleppedo nas

condies que seguem:

Exerccio 3.1: Parmetro de mudana de forma num paraleleppedoFonte: Autor

a) Dimenses inicias: h0= 40 mm; b0= 20 mm e L0= 100 mm

b) Dimenses aps deformao: h1= 20 mm; b1= 20 mm e L1= 120 mm

Analisando os planos de deformao do paraleleppedo, pelas suas dimen-

ses finais, que tipos de esforo foram aplicados ao longo das dimenses

L, h e b?


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4. Nas condies que seguem, calcule:

Exerccio 4.1: Exemplos para clculoFonte: Autor

a) A resistncia mudana de forma (kf).

b) Fora de deformao (FC).

c) Trabalho de deformao (W).


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e-Tec Brasil

Aula 3 Operaes de conformaomecnica por deformao plstica

Objetivos

Compreender os principais parmetros operacionais considerados

nos clculos dos esforos de conformao mecnica por deforma-

o plstica.

3.1 No processo de laminaoA laminao um processo de conformao que consiste na passagem

de um corpo slido (pea) entre dois cilindros (ferramentas) que giram mesma velocidade perifrica, mas em sentidos contrrios, conforme mostra

a Figura 3.1.

Figura 3.1: Ilustrao do processo de laminaoFonte: CTISM, adaptado de Filho, 1991

e-Tec BrasilAula 3 - Operaes de conformao mecnica por deformao plstica 33

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3.1.1 Condies de arraste da pea pelos cilindros

Onde: o coeficiente de atrito entre o cilindro de laminao (Figura 3.1) e

a pea

o ngulo de contato

A reduo de laminao definida como:

Onde: hie hfso, respectivamente, as espessuras iniciais e finais do corpo

R o raio de curvatura do cilindro de laminao

3.1.2 Condio para reduo mxima

3.1.3 Comprimento do arco de contato (L)

3.1.4 Clculo da carga na laminao (P)3.1.4.1 Laminao de chapas a frio

Onde: A = L w

A a rea de contato

L o comprimento (arco de contato na direo de laminao)

w a largura da chapa (direo do arco de contato na direo transversal)

0 a tenso mdia de escoamento do material laminado


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Onde:

Onde: o coeficiente de atrito varia de acordo com a temperatura de lami-

nao, conforme a Equao 3.13

L o comprimento do arco de contato definido pela Equao 3.5

Onde: T a temperatura de laminao em C

Figura 3.2: baco para clculo de QSFonte: CTISM, adaptado de Helman; Cetlin, 1983, p. 158

c) Equao de Orean-Pascoe (HELMAN; CETLIN, 1983, p. 158)


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Onde:

3.1.5 Clculo do torque na laminao (M)

Onde: um fator que leva em considerao o efeito da deformao elstica do cilindro de laminao, apresentando os seguintes valores: 0,5

e 0,45 para laminao a quente e a frio, respectivamente

3.1.6 Clculo da potncia na laminao (N)A potncia consumida por cada cilindro, girando a n revolues por minu-

tos, dada por:

Onde: M medido em kg.m

n medido em rpm

Para obter N em CV, a Equao 3.17 se transforma em:

A potncia total necessria pelos cilindros obtida multiplicando a Equao3.18 por 2 (dois).

3.1.7 Especificao do cilindro de laminaoOs cilindros com superfcies cilndricas (geratriz reta), Figura 3.1, so utili-

zados para laminao de placas e chapas. Por outro lado, os cilindros que

apresentam ranhuras ou passagens (aberturas formadas na superfcie),

destinam-se laminao de perfis e barras, conforme mostra a Figura 3.3.


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A literatura prope as seguintes recomendaes para um projeto eficiente

de um cilindro de laminao:

a) Quanto menor for o nmero de passes, menor ser o custo de fabricao

do cilindro.

b) Temperatura de trabalho maior permite uma maior intensidade de redu-

o com menor desgaste dos cilindros.

c) Um dimetro maior dos cilindros permite maior intensidade de reduo

sem fratura de cilindro e maior facilidade de entrada da pea com uma

rea de contato maior. Exige, contudo, maior potncia motora, provoca

maior espalhamento e reduz a deformao na direo da laminao.

Os cilindros de laminao de blocos e placas tm como principal requisito aresistncia mecnica, pois so submetidos na laminao de grandes massas

com elevadas redues, a presses elevadas e choques intensos que se asso-

ciam solicitao trmica transmitida superfcie. Essa solicitao trmica

pode provocar a formao de fissuras superficiais que tm a possibilidade

de se expandirem com os choques mecnicos e provocarem a fratura dos

cilindros. Para essas solicitaes, os cilindros so comumente constitudos de

ao-liga (por exemplo: 0,85% C, 1% Mn, 1% Cr, 0,25% Mo) e fabricados

por fundio, com tratamentos trmicos posteriores de recozimento, tm-

pera e revenido.

Figura 3.3: Arranjo duo de cilindros com passagens para a laminao a quente de barrasFonte: CTISM, adaptado de Cetlin; Helman, 1983


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3.1.8 Classificao dos produtos laminadosA classificao dos produtos laminados realizada considerando suas formas

e dimenses, de acordo com normas tcnicas tradicionalmente estabeleci-

das. Essas normas apresentam diferenas nas indicaes entre si e quando

se trata de produtos siderrgicos ou de produtos de metais no ferrosos. OQuadro 3.1 indica o sistema de definio para os laminados de ao.

Quadro 3.1: Definies de produtos siderrgicos laminados (ABNT TB-52/68)Produto semiacabado Produto que, para a utilizao final, necessita de acabamento (por exemplo, placa, tarugo, etc.)

Produto acabado Produto que pode ser empregado na forma em que se encontra.

Produto plano Produto obtido com cilindros de geratriz aproximadamente reta.

BlocoProduto semiacabado da seco transversal > 15.600 mm, de relao largura/espessura 2 e

com arestas arredondadas.

PlacaProduto semiacabado e com espessura > 40 mm, relao largura/espessura > 2 e com arestas

arredondas.

Platina Produto semiacabado 150 mm e espessura 6 e 40 mm.

TarugoProduto semiacabado da seco transversal 15.600 mm, de espessura mnima = 40 mm, rela-

o largura/espessura 2, e com arestas arredondadas; outra denominao possvel palanquilha.

BarraProduto acabado de seco transversal constante e com forma geomtrica simples (barra qua-

drada, retangular, oval, sextavada, etc.).

VergalhoBarra redonda laminada a quente com amplas tolerncias dimensionais ou de superfcie (uso

comum em concreto armado).

PerfilProduto acabado da seco transversal com forma geomtrica simples ou composta de formas

geomtricas simples.

Perfil leve Perfil com dimenses nominais < 80 mm.

Perfil mdio Perfil com dimenses nominais > 80 mm e < 200 mm.

Perfil pesado Perfil com dimenses nominais > 200 mm.

TrilhoPerfil de seco transversal especial destinado a formar a pista de rolamento dos veculos do

tipo ferrovirio.

Tubo Produto oco de seco constante e parede uniforme, geralmente retilneo e de seco circular.

Viga metlica Perfil de seco transversal na forma de H, I, U, etc.

Fio mquinaProduto intermedirio de seco circular utilizado para a fabricao de arames, fios, rebites, etc.,

e geralmente fornecidos em rolos.

Chapa Produto plano de espessura 0,3 mm e largura 300 mm.

Tira Produto plano de espessura 0,30 mm e 5,00 mm, e largura < 300 mm.

Chapa grossa Chapa com espessura > 5,00 mm e largura 300 mm.

Chapa fina Chapa com espessura 0,30 mm e 6,00 mm, e largura 300 mm.

Folha Produto plano com espessura < 0,30 mm e com qualquer largura.

F ita Produto plano de largura 300 mm e fornecida em bobina.

Fonte: Adaptado de Filho, 1991

Os produtos laminados podem ser inicialmente classificados em produtos

semiacabados e acabados. Os produtos semiacabados so os blocos, as pla-

cas e os tarugos (ou palanquilhas). Os produtos acabados, por sua vez, se

subdividem em dois grupos: os no planos e os planos.


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3.2 No processo de forjamentoForjamento o processo de conformao atravs do qual se obtm a forma

desejada da pea por martelamento ou aplicao gradativa de presso. Esse

processo normalmente efetuado a quente, embora certos metais possam

ser forjados a frio. Neste item, tratar-se- do forjamento convencional, ouseja, o processo conduzido a quente.

O processo de forjamento subdivide-se em duas categorias: forjamento livre,

ou em matriz aberta e forjamento em matriz fechada, conhecido apenas

como forjamento em matriz. A Figura 3.4 apresenta de forma esquemtica

as duas categorias de forjamento em questo.

No forjamento em matrizes fechadas, o metal deve adotar a forma esculpida

previamente nas duas matrizes, havendo fortes restries ao livre espalhamento

do material. O forjamento em matriz aberta usado normalmente quando o

nmero de peas a produzir relativamente pequeno, e o tamanho delas

grande (eixos de turbina e de navios, grandes virabrequins e anis, etc.).

Existem duas classes principais de equipamentos de forjamento: os martelos

e as prensas. Os martelos provocam deformao do metal por impacto e as

prensas submetem o metal a uma fora de compresso em baixa velocidade.

3.2.1 Classificao dos produtos forjadosA classificao desses produtos pode se dar considerando o processo a que

foram submetidos e da qualidade particularmente dimensional do produto

acabado. Assim, podem ser: forjados em matriz aberta e forjados em matriz

fechada, forjados em martelos, forjados em mquinas forjadas, forjados a

quente ou a frio e forjados em diferentes nveis de preciso dimensional, de

acordo com normas de convenes internacionais.

3.2.2 Propriedades de produtos forjadosAs propriedades mecnicas dos produtos forjados so limitadas tempe-

ratura de trabalho, isto , entre os forjados a frio e a quente. Sabe-se que

o trabalho a frio proporciona ao produto conformado limites de resistnciamaiores e ductilidade menor. Os forjados a frio se apresentam com ndice de

rugosidade bem menor.


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Figura 3.4: (a) Forjamento em matriz aberta e (b) forjamento em matriz fechadaFonte: CTISM, adaptado de www.cimm.com.br

3.2.3 Clculo do esforo no forjamento (P)3.2.3.1 Estado plano de deformao

As equaes 3.19 e 3.20 representam o clculo do esforo no processo de

forjamento.

Onde: P o esforo ou a presso de forjamento para deformar a pea

Pm a carga mdia agindo sobre a interface metal/matriz

O produto ab rea afetada pela presso P exercida pelas matrizes

0 a tenso mdia de escoamento do material forjado o coeficiente de atrito entre as interfaces de forjamento


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A Figura 3.5 mostra de forma esquemtica a ao da presso P.

Figura 3.5: Esquema representativo do esforo de forjamentoFonte: CTISM, adaptado de www.cimm.com.br

3.3 No processo de trefilaoA trefilao um processo de conformao plstica que se realiza pela ope-

rao de conduzir um fio (uma barra ou tubo) atravs de uma ferramenta

denominada fieira, de formato externo cilndrico e que contm um furo no

centro por onde passa o fio. Esse furo, com dimetro decrescente, apresenta

um perfil na forma de funil curvo ou cnico.

A passagem do fio pela fieira provoca a reduo de sua seo e, como a

operao comumente realizada a frio, ocorre o encruamento com altera-

o das propriedades mecnicas do material do fio. Essa alterao se d no

sentido da reduo da ductilidade e do aumento da resistncia mecnica.

Portanto, entre as diversas etapas da trefilao, pode ocorrer a necessidade

de se realizarem tratamentos trmicos de recozimento, para diminuir o

efeito do encruamento e para fornecer pea ductilidade suficiente para a

continuidade do processo.

A matria-prima para o processo de trefilao um produto na forma de

arame (barra ou tubo) obtido pelo processo de extruso (para metais no

ferrosos) ou pelo processo de laminao (para metais ferrosos e no ferro-sos). Os esforos preponderantes na deformao so esforos de compres-

so exercidos pelas paredes do furo da ferramenta sobre o fio no momento

de sua passagem, por efeito de um esforo de trao de origem externa

aplicado na direo axial do fio. Como o esforo externo de trao, e o

esforo que provoca a deformao de compresso, o processo de trefila-

o, conforme a aula 1, classificado como de compresso indireta, como

mostra o esquema apresentado pela Figura 3.6.


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Figura 3.6: Esquema representativo do processo de trefilao

Fonte: CTISM, adaptado de www.cimm.com.br

Como se observa na Figura 3.6, ce Tso, respectivamente, as tenses de

compresso e trao, A representa as reas da barra trefilada (Af) e a trefilar (Ai).

3.3.1 Tenso aplicada na trefilao (T)3.3.1.1 Deformao homognea

Onde: 0 a tenso mdia de escoamentoAie Afso, respectivamente, as reas da barra a trefilar e trefilada

3.3.1.2 Mtodo dos blocos

Onde:


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Onde: o semingulo da fieira

o coeficiente de atrito na interface barra-fieira

R a relao de trefilao

B o fator que considera o efeito de atrito

O ngulo timo para a fieira dado pela seguinte expresso:

Onde: Rie Rfso os raios iniciais e finais da barra, antes e depois da trefila-

o, respectivamente

3.3.2 Condio de reduo mxima

Sem atrito:

Tenso mxima admissvel: T= 0

Logo: R = 63%, que a reduo mxima na trefilao, sem o atrito, que

obtida quando se igual T= 0.

O denominado ngulo ou semingulo da fieira se refere ao ngulo do cone

de trabalho, conforme o esquema mostrado na Figura 3.6.

3.3.3 Especificao da ferramenta de trabalhoNo projeto da ferramenta de trefilao, os materiais da fieira devem:

a) Permitir a trefilao de grande quantidade de fios, sem que ocorra um

desgaste acentuado da fieira.

b) Permitir a trefilao a altas velocidades para produzir elevadas quantida-

des por unidade de tempo.

c) Permitir a adoo de elevadas redues de seco.


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d) Conferir calibrao constante do dimetro do fio.

e) Conferir longa vida ferramenta, sem necessidade de paradas da mquina

de trefilar para controle de dimenses e para substituio da ferramenta.

f) Permitir a obteno de superfcie lisa e brilhante no fio durante longo

perodo de uso.

Os materiais comumente usados para a fieira so:

Diamante, para fios de dimetro at ou menor que 2 mm.

Metal duro, para fios com dimetro maior que 2 mm.

Os diamantes industriais, provenientes de pedras trabalhadas ou de lascasde pedras, so usados para fieiras aps o estudo da orientao cristalogr-

fica que permita a melhor furao para determinado dimetro. No devem

ter defeitos. Precisam possuir suficientes dureza e resistncia mecnica em

todas as direes de trabalho.

As fieiras fabricadas com metal duro so obtidas por sinterizao seguindo

as seguintes etapas de fabricao: mistura dos ps metlicos, compresso

dos ps em matriz com forma prxima final, correo da forma por raspa-

gem, sinterizao a uma temperatura elevada, em atmosfera controlada e

polimento final.

3.3.4 Classificao dos produtos trefiladosA classificao dos produtos trefilados realizada inicialmente considerando

o tipo de produto: barra, tubo, arame ou fio.

As barras mais finas, em geral com dimetro menor do que 5 mm, passam

a se denominar arames ou fios. Usualmente, denomina-se o produto como

arame quando o seu uso para fins de construo mecnica e como fio,

quando seu uso para fins eltricos (condutor eltrico).

Os fios podem, por sua vez, ser classificados considerando seu dimetro

e o tipo de metal que o constitui. No caso dos fios de cobre, comum a

classificao em fios grossos (5 a 2 mm), fios mdios (2 a 0,5 mm), fios finos

(0,5 a 0,15 mm) e fios capilares (menor do que 0,15 mm). Alm disso, os fios

podem ser ainda classificados pelo seu emprego e pelos tipos de eventuais

revestimentos plsticos ou metlicos aplicados.


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3.3.5 Propriedades dos produtos trefiladosAs propriedades mecnicas e metalrgicas e as caractersticas dimensionais

dos produtos trefilados dependem das caractersticas da matria-prima e dos

diversos fatores no processo de trefilao (tenso, temperatura de trabalho,

lubrificao, deformao, velocidade de deformao, entre outros).

Diversas normas tcnicas, nacionais e internacionais, estabelecem as especi-

ficaes dos diversos produtos trefilados, tanto em ferrosos quanto em no

ferrosos. Como exemplo, pode-se citar, resumidamente, a especificao de

fios de cobre (fios de cobre Nu de seco circular para fins eltricos, EB-11,

ABNT, RJ, 1978). Essa norma se aplica a fios para enrolamentos em geral,

para telecomunicaes e para projetos de condutores especiais.

3.3.6 Propriedades mecnicas

Especificao de fios de cobre Nu de seco circular para fins eltricos.(extrado da Norma EB-11, ABNT, RJ, 1978).

Tabela 3.1: Propriedades mecnicas

TmperaAlongamento da

ruptura mnimo (%)

Limite de resistncia

trao (MPa)

Mole 25 (em 250 mm) ----

Mole-duro 0,88 (em 1500 mm) 373-422

Duro 0,85 (em 1500 mm) 471

Fonte: Adaptado de Filho, 1991, p. 117

Tabela 3.2: Propriedades eltricas

TmperaResistividade a 20C

(ohm.mm/m)

Condutividade a 20C

(%IACS)

Mole 0,017241 100

Mole-duro 0,017837 96,66

Duro 0,017930 96,16

Fonte: Adaptado de Filho, 1991, p. 117

3.3.7 Condies superficiais

As superfcies dos fios acabados devem estar isentas de fissuras, asperezas, escamas,estrias, rebarbas, incluses, resduos de xidos ou de outros materiais estranhos.

3.4 No processo de extrusoA extruso um processo de conformao plstica que consiste em fazer

passar um tarugo ou lingote de seo circular colocado dentro de um reci-

piente, pela abertura existente no meio de uma ferramenta colocada na


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extremidade do recipiente, por meio da ao de compresso de um pisto

acionado pneumtica ou hidraulicamente. Os produtos da extruso so per-

fis e tubos e, particularmente, barras de seo circular.

Normalmente o processo de extruso realizado a quente, diminuindo, por-tanto, os efeitos do encruamento.

O lingote inicial assim denominado por ser proveniente de um processo

de fundio. Contudo, se a pea inicial, matria-prima para a extruso, for

obtida do processo de laminao de barras de grande seo, melhor ser

designada como barra inicial ou tarugo.

A extruso classificada como processo de compresso indireta, pois so

as paredes internas da ferramenta que provocam, por causa da reao

presso do pisto, a ao de compresso sobre o tarugo.

A Figura 3.7 apresenta o esquema do processo em questo.

Figura 3.7: Esquema representativo do processo de extruso diretaFonte: CTISM, adaptado de www.cimm.com.br

O processo de extruso, quanto ao movimento do material, pode ser classifi-

cado em dois tipos: direto e inverso, conforme mostram as Figuras 3.7 e 3.8,respectivamente. Na extruso direta, o pisto age sobre o tarugo, forando

sua passagem pela ferramenta, colocada no lado oposto do recipiente e

provocando uma intensa ao de atrito entre o tarugo e o recipiente de

extruso. Na extruso inversa, o pisto se mantm fixo, com a ferramenta

colocada na sua extremidade, e o recipiente com o tarugo avana em sua

direo, tornando inexistente o atrito entre o tarugo e o recipiente.


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Figura 3.8: Esquema representativo do processo de extruso inversaFonte: CTISM, adaptado de www.cimm.com.br

3.4.1 Presso de extruso3.4.1.1 Deformao homognea

Onde: Re a relao de extruso definida com Ai/Af

3.4.1.2 Mtodo dos blocos

3.4.2 Especificao da ferramenta de trabalhoAs ferramentas para extrudar, ou fieiras, podem apresentar diversos tipos de

perfis, sendo que a escolha deles depende do tipo de metal a ser trabalhado

e da experincia acumulada em cada condio de trabalho. Condies a

serem observadas no estabelecimento dos perfis:

a) Propriedades do metal a ser extrudado.

b)Tolerncia de distoro no extrudado.

c)Nveis das tenses aplicadas.

d)Contrao trmica no extrudado.

e) Escoamento uniforme e equilibrado do metal pela matriz.


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A Figura 3.9 apresenta de forma esquemtica os perfis das fieiras conforme

as condies citadas.

Figura 3.9: Tipos de ferramentas de extruso

Fonte: Filho, 1981, p. 71

Os tipos de ferramentas com ngulos de entrada mais acentuados (Figura

3.9b e Figura 3.9c) e com ngulos de 120 a 160 so usados comumente

para extruso de tubos. Os formatos mais complexos so usados para metais

duros (Figura 3.9d) e para reduzir os esforos na matriz recomenda-se o

formato mostrado pela Figura 3.9e.

3.4.3 Classificao dos produtos extrudadosA classificao dos produtos extrudados realizada de acordo com a forma

de seo transversal. Os produtos so barras (redondas, quadradas, hexago-

nais, etc.), arames, tubos e perfis (ocos ou macios) de formas diversas.

Os materiais metlicos comumente extrudados so o alumnio, o cobre e

suas ligas. Outros no ferrosos, de aplicao mais restrita, podem ser tam-

bm extrudados. Tubos e barras de aos podem ser produzidos a partir do

processo em questo, mas isso ocorre de forma limitada pelas dificulda-

des operacionais. Esses materiais (aos-carbonos, aos inoxidveis e alguns

aos-liga) exigem elevadas temperaturas e presses de trabalho que criam

dificuldades de lubrificao e, em consequncia, impem baixas velocidades

de trabalho e pequenas redues.

3.4.4 Propriedades dos produtos extrudadosA reduo de rea um fator determinante da microestrutura do extrudado. Par-

tindo-se de um lingote e, adotando-se uma reduo de 4 a 10 para 1, obtm-se

uma estrutura orientada, mas sem que a estrutura bruta de fuso anterior possa

ser eliminada. Na prtica, so comuns relaes de reduo de 10 a 60 para 1.


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A microestrutura da seo transversal pode se apresentar de maneira no

uniforme quanto forma e ao tamanho dos gros, e essa variao de micro-

estrutura pode ser diferente ao longo do comprimento do extrudado. A no

uniformidade decorrente das condies em que ocorre o fluxo de metal

que, por sua vez, dependente do tipo de processo (extruso direta, comou sem lubrificao, ou extruso inversa). Logo, as propriedades mecnicas

ficam dependentes do tamanho e forma dos gros, da natureza do metal

ou da liga metlica e de tratamentos trmicos posteriores, conforme mostra

a Tabela 3.3.

Tabela 3.3: Propriedades da liga de Al-Mg-Si extrudado

TmperaLimite de resistncia

(MPa)

Limite de escoamento

(MPa)Alongamento (%)

0 90 48 ----

T1 152 90 20

T4 172 90 22

Fonte: Filho, 1991, p. 88

Onde: 0, T1e T4so, respectivamente: (a) recozido; (b) resfriado da tempe-

ratura de trabalho e com envelhecimento natural at uma condio

estvel e (c) tratado termicamente por solubilizao (520C) com

envelhecimento natural at uma condio estvel.

Outras propriedades como elevada resistncia corroso e elevada soldabi-

lidade so exigidas de produtos extrudados.

3.5 No processo de estampagem ouconformao de chapas

Os processos de conformao de chapas podem ser classificados em dois

grandes grupos: estampagem profunda ou embutimento e conformao

geral, apresentados de forma esquemtica nas Figuras 3.10 e 3.11.

Na tcnica de fabricao de peas por conformao plstica a partir de chapas, oprocesso de corte da chapa sempre est presente. As operaes de conformao

plstica da pea so feitas de um pedao de chapa cortada que se pode denomi-

nar disco ou esboo (a segunda denominao se refere a uma forma qualquer).


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Figura 3.10: Processos de estampagem profunda (a) conformao de copos e (b) con-formao de caixasFonte: CTISM, adaptado de Filho, 1991, p. 121

Figura 3.11: Processos de conformao geralFonte: CTISM, adaptado de Filho, 1991, p. 123


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3.5.1 Ferramentas de estampagemAs ferramentas de corte por estampagem, comumente denominadas

estampas de corte, so constitudas basicamente de uma matriz e de um

puno, conforme mostra a Figura 3.12. A mquina de conformao mais

usada uma prensa excntrica.

Figura 3.12: Ferramenta de corteFonte: CTISM, adaptado de Filho, 1991, p. 135

Um parmetro importante de projeto de ferramenta a folga entre puno

e matriz determinada pela espessura e pelo material da chapa. As matrizes

determinam as dimenses das peas e os punes determinam as dimenses

dos furos. A folga entre punes e matrizes no processo de corte pode ser

obtida de acordo com o processo mostrado na Figura 3.13.

As matrizes de corte tero as dimenses correspondentes ao limite inferior

da tolerncia das peas. Por outro lado, os punes de furao tero as

dimenses correspondentes ao limite superior da tolerncia das peas.


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Figura 3.13: Folga entre puno e matrizFonte: CTISM, adaptado de Provenza, 1985, p. 9.09

3.5.2 Ferramentas de dobramentoO dobramento realizado em ferramentas denominadas estampos de dobra-

mento. A Figura 3.14 apresenta um desses estampos que se compe de uma

parte superior (macho) e uma inferior (fmea). As mquinas de conformao

podem, nesse caso, ser prensas excntricas ou prensas viradeiras.

Para o dobramento deve-se levar em considerao o raio de curvatura uti-

lizado para a pea e a elasticidade do material. Deve-se, ainda, evitar os

cantos vivos, sendo, portanto, necessrio fixar os raios externos de curvatura

durante o dobramento. O raio de curvatura deve ser entre uma e duas vezes

a espessura da chapa para materiais moles, e entre trs e quatro vezes para

materiais duros.


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Figura 3.14: Ferramenta de dobramento adaptada (a) prensa excntrica ou (b)prensa viradeiraFonte: CTISM, adaptado de Filho, 1991, p. 137

Aps a deformao que provoca o dobramento, a pea tende a voltar a sua

forma primitiva, em proporo tanto maior quanto mais duro for o material

da chapa, devido recuperao elstica intrnseca no material. Portanto,

ao se construir os estampos de dobramento deve-se fixar um ngulo de

dobramento mais acentuado, de modo que, uma vez cessada a presso de

conformao, possa se obter uma pea com ngulo desejado. A Figura 3.15

esquematiza o efeito da recuperao elstica.

Figura 3.15: Esquema representativo da recuperao elstica em peas dobradasFonte: CTISM, adaptado de Umaras, 1979, p. 24


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A Tabela 3.4 est baseada em literatura alem sobre o tema em questo.

(UMARAS, 1979). Serve como ponto de referncia execuo de futuros

ensaios prticos. A razo R2/e na referida tabela a relao entre o raio

interno da dobra e a espessura da chapa.

Tabela 3.4: Tabela orientativa para determinar o retorno elstico (L1/L2)

R2/e Ao SAE 1010 Ao SAE 1020

1 0,99 0,99

1,6 0,99 0,99

2,5 0,985 0,98

4 0,98 0,975

6,3 0,975 0,97

10 0,97 0,96

16 0,96 0,93

25 0,94 0,90

40 0,92 0,86

63 0,87 0,79

100 0,83 0,88

R2/e Alumnio Ao inoxidvel

1 0,94 0,92

1,2 0,94 0,92

1,6 0,94 0,91

1,8 0,93 0,90

2 0,93 0,89

2,5 0,93 0,86

3 0,92 0,87

4 0,91 0,85

5 0,90 0,83

8 0,86 0,79

10 0,81 0,75

Fonte: Adaptado de Umaras, 1979, p. 25

3.5.3 Ferramentas de estampagem profundaA Figura 3.16 apresenta uma ferramenta de embutimento de um copo.

O disco ou esboo que se deseja embutir colocado sob o sujeitador (ou

prensa-chapas) o qual prende a chapa pela parte externa. O puno estfixado ao porta-puno, e o conjunto fixado parte mvel da prensa.

A matriz fixada na base que, por sua vez, fixada na mesa da prensa. A

mquina de conformao uma prensa excntrica para peas pouco pro-

fundas ou uma prensa hidrulica para embutimento profundo.


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A fabricao de uma pea pode exigir diversas etapas de embutimento, o

que torna necessria a utilizao de uma srie de ferramentas com dime-

tros da matriz e do puno decrescentes. O nmero de etapas depende do

material da chapa (normalmente no estado recozido) e das relaes entre o

disco inicial e os dimetros das peas estampadas.

Figura 3.16: Ferramenta de estampagem profunda de um copoFonte: CTISM, adaptado de Filho, 1991, p. 138

3.5.4 Materiais para ferramentas de estampagemOs materiais para ferramentas de estampagem so selecionados conside-

rando os seguintes fatores: tamanho e tipo de ferramenta (corte, dobra-

mento, embutimento), temperatura de trabalho (na estampagem geral-

mente o processo realizado a frio) e natureza do material da pea.

Os materiais de uso mais comum para o conjunto puno-matriz so

aos-ligas da categoria aos para ferramentas. Para os demais componen-

tes estruturais so normalmente utilizados aos de baixo e mdio carbono

e para os elementos mais solicitados (molas, pinos, etc.) aos-ligas de uso

comum na construo mecnica. Para elevar a resistncia do desgaste, par-


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ticularmente das ferramentas de corte, empregam-se alguns tipos de metal

duro (carbeto de tungstnio aglomerado com cobalto).

3.5.5 Produtos estampados

A classificao simples e se baseia na forma da pea e, consequentemente,no tipo do processo de conformao aplicado.

Os materiais metlicos de uso mais comum nas chapas so os aos de baixo

carbono que, para as operaes de estampagem profunda, devem possuir

caractersticas de elevada conformabilidade. O lato 70-30 (liga de cobre

com 30% de zinco) o material que apresenta um dos maiores ndices

de estampabilidade, sendo por isso empregado em peas cujos requisitos

justifiquem a seleo de um material de custo elevado. O cobre, alumnio,

zinco e outros metais no ferrosos, e suas ligas (na forma de chapas, tiras

e folhas) podem ser tambm submetidos com facilidade, dependendo dotipo de liga, ao processo de estampagem profunda e conformao por

estampagem geral.

3.5.6 Fora de corte (Q)A fora de corte o produto resultante da tenso de cisalhamento (C) com

a rea de corte AC, conforme mostra a Equao 3.29.

Onde: Ac definida como a rea de corte a qual igual ao permetro (p) de

corte multiplicado pela espessura da chapa

A Figura 3.17 apresenta um exemplo para o clculo da fora de corte. Logo:

A tenso de cisalhamento C(kg/mm) uma propriedade mecnica quedepende do material.

Para levar em conta o efeito do atrito, sugere-se aumentar o valor de Q de

10% a 20%.


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Figura 3.17: Exemplo ilustrativo de uma pea em processo de corteFonte: CTISM, adaptado de www.cimm.com.br

Dependendo do tipo de corte, so definidos diversos grupos de operaes

da prensa, conforme a listagem a seguir:

A operao de corte usada para preparar o material para posterior

estampagem (blank). A parte desejada cortada (removida) da chapa

original.

A fabricao de furos em prensa (piercingoupunching) caracteriza uma

operao de corte em que o metal removido descartado; a fabricao

de entalhes (notching) nas bordas de uma chapa pode ser feita em pren-

sa atravs do puncionamento dessas regies.


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O corte por guilhotina uma operao que no retira material da chapa

metlica.

A rebarbao (trimming) uma operao que consiste em aparar o mate-

rial em excesso (rebarbas) da borda de uma pea conformada. A remoode rebarbas de forjamento em matriz fechada uma operao desse tipo.

Existe um processo relativamente recente de corte fino de blanks (fine

blanking) que se caracteriza pelo emprego de folgas muito pequenas

(0,0002 pol) com prensas e jogo de matrizes muito rgidos (para evi-

tar dobramento da chapa). Com esse equipamento possvel produzir

blanks com superfcies de corte quase isentas de defeitos. As peas

produzidas podem ser empregadas como engrenagens, cames, sem que

seja necessria a usinagem das bordas cortadas.

3.5.7 Determinao da linha neutraem peas dobradas

Para obter uma chapa dobrada segundo um determinado perfil, necessrio

cort-la no tamanho certo. Para isso necessrio conhecer as dimenses da

pea desenvolvida. Na conformao da dobra, todas as fibras do material

padecem solicitaes de compresso ou trao, sofrendo consequentemente

alongamento ou encurtamento.

As nicas fibras que permanecem inalteradas so as que esto localizadas

no plano neutro ou, tratando-se de elementos lineares, na linha neutra. As

fibras ali localizadas no sofrem deformaes, portanto o desenvolvimento

dessa linha nos fornecer o comprimento exato da chapa ou da tira a ser

cortada. A Figura 3.18 apresenta de forma esquemtica a posio da linha

neutra em uma pea dobrada.


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Figura 3.18: Representao esquemtica da posio da linha neutraFonte: CTISM, adaptado de www.cimm.com.br

A linha neutra no se encontra sempre na metade da espessura da chapa.

Atravs de ensaios prticos chegou-se concluso de que: (UMARAS, 1979).

A linha neutra ser na metade da espessura da chapa quando esta for

at 1 mm.

Para espessura acima de 1 mm, a linha neutra ser 1/3 da espessura.

3.5.8 Clculo de desenvolvimento de peasdobradas

Analiticamente uma pea dobrada pode ser desenvolvida facilmente atravs

do seguinte processo:

a) Determinar a linha neutra x, somar com o raio e calcular o seu desenvol-

vimento.

b) Determinar todas as partes retas da pea.

c) Determinar as partes curvas.

d) Somar as partes retas e curvas.


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A Figura 3.19, apresenta uma pea dobrada com as dimenses correspon-

dentes para o clculo do comprimento desenvolvido.

Figura 3.19: Representao esquemtica do desenvolvimento de peas dobradasFonte: CTISM, adaptado de Provenza, 1985, p. 9.09

O comprimento do raio R calculado pela seguinte frmula:

Onde: o ngulo que se encontra representado pela Figura 3.19

Rx o raio da curvatura na linha neutra, ou seja Rx = R + x

ResumoNesta aula foram apresentadas as operaes dos principais processos de

conformao por deformao plstica: laminao, forjamento, trefilao,

extruso e estampagem. Vale destacar que o nico processo estudado nesta

aula que no se enquadra como processo de conformao por deformaoplstica a estampagem por corte.


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Atividades de aprendizagem1. Calcular o comprimento do arco de contato e o ngulo de contato quan-

do se laminam chapas de espessura inicial h i= 5 mm, com passes de

12%, 15%, 45% e 50% (deformaes logartmicas), com rolos de di-

metros D = 300 mm.

2. Calcular as redues mximas que podem ser realizadas em uma chapa

de espessura inicial hi= 10 mm, nos laminados do exerccio 1, com rolos

de diferentes estados superficiais, que produzem coeficientes de atrito

0,2, 0,1 e 0,05.

3. Qual a carga mxima aproximada para reduzir o tarugo de alumnio a

2 mm de espessura, em um passe, em um laminador com rolos de 350

mm de dimetro?

Exerccio 3.1: Tarugo de alumnioFonte: CTISM, adaptado de Helman; Cetlin, 1983, p. 166

4. Se, no exerccio anterior, a reduo h passasse para 0,75 mm, qual seria

a influncia sobre a carga nos rolos?

Dados: 0= 7 kgf/mm

5. Em um processo de laminao a quente, calcular a carga e a potncia

necessria para deformar uma placa de alumnio de 150 x 100 mm at

125 x 100 mm com rolos de dimetro 500 mm e uma velocidade angular

de 6 rad/s. Considere a tenso mdia de escoamento 7 kgf/mm e des-preze a deformao lateral. Utilize as equaes de Ekelund (com = 0,4).

6. Como se apresentam as propriedades mecnicas de um produto forjado

a frio e a quente?

7. Em que condies devemos aplicar o forjamento em matrizes fechadas?


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8. Executa-se a operao que segue, no estado plano de deformao. O

material elasticamente rgido e no encruvel.0 = 20 kgf/mm. Calcu-

lar a presso de forjamento. Comparar essa presso com aquela determi-

nada pela teoria do limite superior.

Exerccio 8.1: Operao de deformaoFonte: CTISM, adaptado de Helman; Cetlin, 1991, p. 118

9. Como constituda a matria-prima para o processo de trefilao?

10.Por que a trefilao denominada de processo de compresso indireta?

11.Provar que em condies de reduo mxima na trefilao Ai/Af = e, onde

e a base do logaritmo neperiano.

12.Quanto ao modo de aplicao, qual a diferena entre arame e fio de

trefilao?

13.Uma barra de alumnio com 0,64 cm de dimetro trefilada at um

arame com 0,57 cm de dimetro. O semingulo vale 10 06. Calcular a

tenso de trefilao para os seguintes casos:

a)0= 30,2 x 10 kgf/cm; = 0; deformao homognea.

b)0= 30,2 x 10 ()0,246kgf/cm; = 0; deformao homognea.

c)0= 30,2 x 10 kgf/cm; = 0,4; mtodo do bloco.


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14.Quanto origem de fabricao, quando a matria-prima para extruso

denominada: (a) lingote e (b) tarugo?

15.Qual a diferena da extruso direta para a inversa?

16.Calcular a presso de extruso mdia necessria para extrudar uma barra

de alumnio com 10,9 cm de dimetro para 3,8 cm. Considerar o =

0,15 e o ngulo da matriz 45. Utilizar os mtodos de deformao ho-

mogna e bloco.

Dado: 0= 2,81 kgf/m

17.Determinar as dimenses do puno e da matriz para cortar uma pea

em chapa de alumnio duro.

Dados: e = 2mm e D = 50-0,160 mm

18.Determinar a fora de cisalhamento para obter uma pea de acordo com

as condies:

+0,000


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Exerccio 18.1: Exemplo de peaFonte: CTISM, adaptado de Provenza, 1985, p. 4 e 12


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19.Determinar o comprimento da chapa para se obter produtos dobrados

de acordo com os formatos abaixo:

Exerccio 19.1: Produto dobradoFonte: CTISM, adaptado de Umara, 1979, p. 4 e 5


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Referncias

BUTTON, S. T. Apostila de conformao plstica dos metais. Campinas: Editora da

Unicamp, 2000.

CHIAVERINI, V. Tecnologia mecnica. v. I. 2. ed. So Paulo: Mc Graw-Hill, 1986.

DIETER, G. E. Metalurgia mecnica. Parte IV. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1981.

FILHO, E. B.; ZAVAGLIA, C. A. C.; BUTTON, S. T.; GOMES E.; NERY, F. A. C. Conformao

plstica dos metais. Campinas-SP: Editora da Unicamp, 1991.

GARCIA, A., SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios de materiais. Rio de Janeiro: Editora

Livros Tcnicos e Cientficos S. A., 2000.

GRUNING, K. Tcnicas de conformao, polgono da tcnica mecnica. So Paulo:

Editora Polgono, 1973.

HELMAN, H.; CETLIN, P. R. Fundamentos da conformao mecnica dos metais.

Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1983.

PROVENZA, F. Estampos. v. II. So Paulo: Pro-Tec, 1985.

UMURAS, J. Tecnologia de estampagem. v. II. 1. ed. Santo Andr: Editora Tcnica

Piping Ltda, 1979.

e-Tec Brasil67

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Currculo do professor-autor

Otvio Fernandes Lima da Rocha, possui graduao em Engenharia

Mecnica pela Universidade Federal do Par (1988), mestrado em Engenharia

Mecnica pela Universidade Federal do Par (1998) e doutorado em EngenhariaMecnica pela Universidade Estadual de Campinas (2003). Atualmente

Professor D5-II do Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia do Par,

pertencente carreira do Ensino Bsico, Tcnico e Tecnolgico, com atuao

na educao presencial e a distncia. Possui experincia na rea de Engenharia

de Materiais e Metalrgica, com nfase em estudos de pesquisas na rea de

solidificao, onde desenvolve trabalhos que analisam o processamento,

estrutura, propriedades e desempenho de produtos fundidos, com destaque

correlao entre os parmetros trmicos e estruturais e as influncias nas

suas propriedades. Na indstria, possui vasta experincia profissional onde

desenvolveu funes tcnicas de Engenheiro de Produto e de Engenheiro deProcessos Medicinais.

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