Prof. José B. Marcomini
SMM0333 - SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA PROJETO MECÂNICO
Processos e Seleção de Processos
• Processo é um método de dar forma, união ou acabamentopara um material.
• É muito importante a escolha correta de uma rota deprocessamento no estágio inicial do projeto, antes que sejamuito custoso fazer a troca do processo.
• A escolha do processo, para um dado componente dependedo material do qual ele será fabricado, do tamanho, da formae precisão e do número de peças a ser produzido. Enfim,depende dos requisitos do projeto.
• Cada processo é caracterizado por um conjunto de atributos:o material ao qual pode ser aplicado, as dimensões e formasque ele pode produzir e sua precisão.
Processo
• O objetivo é encontrar a melhor correspondência entreatributos de processo e requerimentos do projeto.
• Não se deve esquecer que o material, forma e processointeragem.
Seleção de Processo
As propriedades do material e a
forma limitam a escolha do
processo:
-materiais dúteis podem ser
forjados, laminados e estampados;
- materiais frágeis devem ser
moldado de outras formas;
• Materiais que fundem em temperaturas moderadas podemser fundidos;
• A forma tem que ser considerada na escolha do processo.Peças delgadas podem ser produzidas por laminação ouestampagem, mas não por fundição;
• O processo afeta as propriedades. A laminação eforjamento afetam a dureza e a textura dos metais, alinhaminclusões, podem promover incremento de resistência eredução de dutilidade;
• Como outros aspectos do projeto, a seleção do processo éum procedimento interativo. A primeira interação forneceuma ou mais possíveis rotas de processamento;
• O projeto deve ser repensado para adaptá-lo, à rota maisviável no intuito de facilitar e reduzir o custo de fabricação;
CONSIDERAÇÕES: TAMANHO, FORMA, TOLERÂNCIA
DIMENSIONAL, ACABAMENTO SUPERFICIAL (TENSÃO
RESIDUAL E RUGOSIDADE) E PROPRIEDADES.
• A escolha final é baseada na comparação do custo doprocesso, exigindo o uso de modelos de custo, e nasinformações suporte: história de casos, experiênciadocumentada e exemplos de rotas de processamento usadasem produtos correlatos;
• As informações suporte podem ajudar também com oacoplamento entre processo e propriedades do material;
• O processo influencia as propriedades, algumas vezes deforma desejável (tratamentos térmicos) ou de formaindesejável (defeitos de fundição). Esta interação não podeser descrita por simples atributos de processo, masnecessitam caracterizações empíricas ou modelagem deprocesso;
• A MODELAGEM E SELEÇÃO POR MÉTODOS TEÓRICOS ÉA PRIMEIRA ABORDAGEM. ANTES DA ESCOLHA FINAL,SÃO NECESSÁRIOS ENSAIOS, SE POSSÍVEL, COMSIMULAÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO.
CONSIDERAÇÕES
Classificação dos ProcessosProcessos primários
Processos
secundários
Para estruturar os atributos de processos para a triagem,precisaremos uma classificação hierárquica das famílias deprocessos, similar aquela realizada para os materiais
Dependendo da família, deve-se estender parcialmente,devido ao número de processos!
Metalurgia do pó
Taplicada < Tfusão Taplicada > Tfusão
Processos de fabricação
Matéria prima metálica
Mecânicos
(emprego de tensão)
Metalúrgicos
(emprego de temperatura)
Tratamentos térmicos
UsinagemFundição
Soldagem
Lingotamento
aplicada > ruptura aplicada < ruptura
Trefilação
Laminação
Extrusão
Forjamento
MHRobert
Processos: Fundição
FUNDIÇÃO:
• METAL FUNDIDO FLUI POR AÇÃO DE FORÇA DE GRAVIDADE
OU OUTRA, PARA DENTRO DE UM MOLDE E SOLIDIFICA-SE
NA FORMA DA CAVIDADE DO MESMO;
VANTAGENS:
• GEOMETRIAS COMPLEXAS;
• NET SHAPE OU NEAR NET SHAPE;
• PEÇAS GRANDES (>100 ton) E PEQUENAS (<1kg);
• GRANDE LEQUE DE COMPOSIÇÕES;
• USO DE SUCATA.
DESVANTAGENS:
• PROPRIEDADES MECÂNICAS;
• CONTROLE DE DEFEITOS (POROSIDADE);
• ALGUNS PROCESSOS: ACABAMENTO SUPERFICIAL;
• PERICULOSIDADE;
• DESCARTE: PROBLEMAS AMBIENTAIS.
FUNDIÇÃO
FUNDIÇÃO
OUTRA DEFINIÇÃO:
Conformação de metais e ligas a partir do material
líquido, vazado em moldes apropriados onde, ao
solidificar-se, toma-lhe a forma; resultando em:
• produtos acabados (peças, componentes);
• semi-acabados;
• matéria prima para processamento mecânico
(tarugos, lingotes, chapas).
MHRobert
FUNDIÇÃO
FUNDIÇÃO
HISTÓRIA
5000 aC: facas, pontas de lança, moedas, artefatos
domésticos em Cu, bronzes (Cu/Sn);
2000 aC: ferrosos;
500 aC: bronzes, esculturas religiosas (cera perdida);
500 aC: ampliou-se para uso em armamentos, escudos;
habilidade de produção com qualidade;
Desde então a fundição se desenvolveu como ciência.
MHRobert
FUNDIÇÃO
Rômulo e Remo – 500 aC
Perseu – B, Cellini– 1500-1571 Pensador – Rodin– 1840-1917
FUNDIÇÃO
APLICAÇÃO DA FUNDIÇÃO:
- Partes e corpos de motores;
- Turbinas (hidráulicas, de aviões);
- Equipamentos e ferramentas para indústria mecânica e
metalúrgica;
- Laminadores;
- Propulsores para navios, hélices etc;
- Válvulas de alta e baixa precisão;
- Sapatas de freios;
- Milhares de tipos de componentes para indústria
automobilística;
- Milhares de tipos de componentes e artefatos para uso
doméstico.
FUNDIÇÃO
Fluxograma de produção por fundição
modelaçãomoldagem e
macharia
fusão
vazamento desmoldagem
rebarbação,
limpeza, corte
de canais
inspeção/testes
insp
eção
visu
al
recuperação
expedição
refugos
FUNDIÇÃO
MOLDAGEM:
• Fabricação do molde com a cavidade que será
preenchida. Deve-se levar em consideração a
contração do metal na solidificação;
• Molde de areia: cavidade-modelos de madeira em torno
do qual a areia é conformada;
• Moldes metálicos: cavidade é usinada;
• Partes ocas – machos-peças de areia aglomerada (com
ligantes)-dentro do molde – etapa de macharia;
• No molde: canais de alimentação, respiro, etc.
FUNDIÇÃO
24
MACHO
MATERIAIS ESPECIAIS – FUNDIÇÃO A VÁCULO
FORNO POR INDUÇÃO
• Aquecimento é por efeito Joule da corrente induzida por
um campo eletromagnético de alta frequência;
• Capacidade de 50kg a 100 ton;
• Potencia de 1500kW para um forno de 35 ton;
• Velocidade de fusão de 2,5 t/h e temperatura de trabalho
de 600 a 1750ºC.
• Provoca grande agitação-favorece a homogeneização;
• Forno por indução a vácuo: ligas especiais.
FUNDIÇÃO - FUNDAMENTOSFORNO DE
INDUÇÃO A
VÁCUO
27
FILME DIE CASTING
28
EXEMPLO DE SIMULAÇÃO:
MAGMA
A MODELAGEM E SELEÇÃO POR MÉTODOS TEÓRICOS É
A PRIMEIRA ABORDAGEM. ANTES DA ESCOLHA FINAL,
SÃO NECESSÁRIOS ENSAIOS, SE POSSÍVEL, COM
SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO.
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O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO AÇO INFLUENCIA AS
PROPRIEDADES E DEVE SER SELECIONADO:
• ALTO-FORNO OU ACIARIA ELÉTRICA;
• UTILIZAÇÃO DE COQUE OU CARVÃO VEGETAL;
• LINGOTAMENTO CONVENCIONAL OU CONTÍNUO;
• TOTALMENTE ACALMADO OU SEMI-ACALMADO;
• TRATADO COM Al OU NÃO;
• DESGASEIFICADO A VÁCUO OU NÃO.
HEMATITA Fe2O3. xH2O
MAGNETITA(Fe3O4)
WUSTITA (FeO)LIMONITA (Fe2O3.H2O)
SIDERITA (FeCO3)
ILMENITA(FeTiO3)
PIRITA(FeS2) – “OURO DE
TOLO”
DESENFORNAMENTO
ALTO-FORNO
SOLEIRA DO ALTO-FORNO
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Planta de Dessulfuração
DESCARREGAMENTO DO GUSA PARA OS CONVERSORES
FABRICAÇÃO DO AÇO
Conversão do gusa
ACIARIA
ELÉTRICAFABRICAÇÃO DO AÇO
AÇO SAE 1045 PRODUZIDO POR ACIARIA ELÉTRICA RESPONDE
DIFERENTE AO TRATAMENTO DE TÊMPERA E REVENIMENTO.
FORNO - PANELA
SOLIDIFICAÇÃO
(Colpaert)
SOLIDIFICAÇÃO
(Colpaert)
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Processos: Moldagem
Processos: Conformação
FORJAMENTO
FORJAMENTO EM MATRIZ
FECHADA.
FORJAMENTO EM MATRIZ
ABERTA.
FIBRAMENTO
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EXEMPLO DE SELEÇÃO DE
PROCESSOS:
MELHORIA CONTÍNUA
Bielas SAE 1541 X 27MnSiVS6: Metalurgia,Processo de Forjamento,Usinabilidade,Propriedades Mecânicas e Atendimentos aos Requisitos
Operacionais
Alessandro Teixeira Neto
Antônio José de Araujo Pôrto
Edward Werninghaus
José Benedito Marcomini
Mauro Valadão
tk
Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp
Automotive
Company
CROSS WEDGE ROLLING
tk
Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp
Automotive
Company
Fibramento CWR e convencional
CROSS WEDGE ROLLING
tk
Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp
Automotive
Company
tk
Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp
Automotive
Company
Resultados
da análise
de MEF.
tk
Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp
Automotive
Company
tk
Krupp Metalúrgica Campo LimpoA ThyssenKrupp
Automotive
Company
NA PIOR CONDIÇÃO, SE O CARRO FICASSE LIGADO ININTERRUPTAMENTE, LEVARIA
MAIS DE 300 ANOS PARA FALHAR POR FADIGA.