processos de conformação parte ii
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EXTRUSÃO
A extrusão é um processo de conformação plástica que consiste em passar um tarugo ou lingote, colocado dentro de um recipiente, pela abertura existente no meio de uma ferramenta. A extrusão pode ser classificada em extrusão direta (Figura a) e inversa (Figura b).
Fundamentos do Processo
Ilustração do processo de (a) extrusão direta e (b) extrusão inversa.
a b
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MATERIAIS
Quase todos os materiais. Também materiais frágeis, como Ferro Fundido, mediante uso de punção com contra-pressão.
EQUIPAMENTO:
Prensa mecânica de manivela e excêntrica, bem como prensa hidráulica.
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TIPOS DE EXTRUSÃO
• Extrusão Direta• Extrusão Indireta
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MÉTODO DIRETO
• Matriz e recipiente fixos• Flui material no sentido da força aplicada• Material extrudado passa pela matriz• Melhor acabamento superficial• Maiores valores de Atrito
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EXTRUSÃO DIRETA DE BARRA ÔCA
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MÉTODO NDIRETO
• Recipiente fixo e matriz móvel• Fluxo de metal contrário ao da Força• Embolo Oco e Móvel• Força menor que a do método direto• Acabamento superficial não tão bom
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TIPOS DE EXTRUSÃO DIRETA
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TIPOS DE EXTRUSÃO INDIRETA
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TIPOS DE EXTRUSÃO TRANSVERSAL
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Os processos de extrusão podem ainda ser divididos
pela temperatura da peça:
Extrusãoa frio
Extrusãosemi-aquecida
Extrusãoa quente
•Elevada economia•Combinação com outros processos•Alta qualidade dimensional e superficial•Fabricação de peças complexas•Melhores propriedades mecânicas
•Propriedades semelhantes às dos extrudados a frio.•Menor tensão de escoamento•Importância cada vez maior
•Melhora da trabalhabilidade
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MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
• Tarugo • Forno ou Aquecedores • Matriz • Prensa Hidráulica• Punção ou haste do Embolo • Disco de Apoio • Recipiente • Disco de Pressão • Equipamento para Estiramento do Produto Extrudado
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MATRIZ
• Influencia diretamente na qualidade do produto
• Perfis maciços ou tubulares
• Polimento: Rugosidade muito baixa
• Alta resistência à abrasão
• Alta Dureza• Revestimentos
Superficiais
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TARUGOS
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PRENSA HIDRÁULICA HORIZONTAL
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EXTRUSÃO
Cálculo das Forças de Extrusão a Quente
Pressão de extrusão ideal
Onde:
Força de Extrusão
Método da divisão em elementos
Onde:
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EXTRUSÃO
Equação de Avitzur
A quente
Onde: Vr = velocidade do embolo; Dt = diâmetro do tarugo; Df = diâmetro do produto; α = semi-ângulo da matriz.
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LINHA DE ESTIRAMENTO DE BARRAS
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PRODUTOS EXTRUDADOS
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PRODUTOS EXTRUDADOS
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DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS
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DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS
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DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS
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DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS
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DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS
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FORJAMENTO
Forjamento é o processo de conformação plástica através do qual se obtém a forma desejada da peça por martelamento ou aplicação gradativa de uma pressão.
Fundamentos do Processo
a b
Representação esquemática dos processos de forjamento: (a) forjamento livre e (b) forjamento em
matriz.
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FORJAMENTO A QUENTE
• recristalização
• mais comum
FORJAMENTO A FRIO
• encruamento• para peças de geometrias mais simples
• Ação das matrizes por meio de golpes (martelos) ou por ação contínua (prensas hidráulicas, excêntricas e de parafuso)
• para formas complexas
• oxidação e contração térmica: sobremetais
• tolerâncias mais fechadas
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FORJAMENTO LIVRE
• formas regulares (anéis, eixos)• normalmente realizado em martelos
VantagensMatrizes simples e barato; grande faixa de tamanhos; boa resistência mecânica
LimitaçõesSomente formatos simples; dificil obter tolerâncias estreitas; usinagem requerida; baixa taxa de produção; pobre aproveitamento do material; maior habilidade requerida
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FORJAMENTO EM MATRIZES FECHADAS• para peças de geometrias complexas• normalmente realizado em prensas
VantagensMelhor aproveitamento do material; maior homogeneidade estrutural; Melhores propriedades; boa precisão dimensional; Alta taxa de produção; boa reprodutibilidade
LimitaçõesAlto custo do ferramental para pequenas quantidades; Necessidade frequente de Usinagem
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FORJAMENTO A QUENTE
Processos básicos
• rebarbação, normalização
• corte, aquecimento• limpeza, etapas de forjamento
• limpeza
recalque e ascensão
Seqüência de processamento
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Formação de rebarba
• garantir preenchimento correto das matrizes• acomodar defeitos de forjamento• escoar excesso de material do tarugo
• região mais tensionada do forjado
FORJAMENTO A QUENTE
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• Etapas de forjamento: esboçadora, formadora, calibradora
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• Recalque de eixos: recalcadoras horizontais
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Comparação do forjamento a quente convencional e de precisão
• controle da temperatura do aquecimento • controle do corte e das dimensões do tarugo • precisão dimensional e geométrica de matrizes e insertos
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FORJAMENTO A FRIO
Processos básicos
• etapas de forjamento
• corte• lubrificação
• recozimentos intermediários
recalque e extrusão
Seqüência de processamento
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• a quente, a frio, morno ou isotérmico
FORJAMENTO DE PRECISÃO
• menores sobremetais, sem rebarbas, sem ângulos de extração e raios de arredondamento menores
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• martelos (queda livre e auxiliados) • prensas (excêntricas, de parafuso e hidráulicas)
EQUIPAMENTOS DE FORJAMENTO
• recalcadoras
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Deformação por impacto e não-uniforme O martelo mais simples é o de queda livre
(gravidade) Martelos controlados por computador podem
fornecer golpes variáveis Recomendado para peças menores e mais finas Lotes de até 3000 peças
Martelo de forja - características
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Prensas - características
As prensas são usadas para peças grandes ou espessasAção de compressão lenta penetra completamente o metal– Produz um fluxo de metal e uma deformação
mais uniforme – Tempos de contato entre a matriz e peça mais
longosAs matrizes podem ser aquecidas (forjamento isotérmico)Podem ser mecânicas ou hidráulicas
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FORJAMENTOCálculo da Força de Forjamento no Estado Plano de Deformações
Figura 17 – Bloco isolado no forjamento no estado plano.
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Substituindo τ na expressão acima e dividindo por w:
Modelo de Coulomb
Onde: p = pressão agindo no bloco
(Para X>0)
Dividindo por h:
Critério de escoamento de von Mises:
FORJAMENTO
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Na borda da matriz (x = b/2)
Centro
Borda
Centro
Borda
FORJAMENTO
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Figura 18 – Distribuição de pressões ao longo da largura
da matriz.
Força total (F)
FORJAMENTO
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Pressão média (p) sobre interface metal/matriz
( )
Força para forjar o metal
FORJAMENTO
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FORJAMENTOFORJAMENTO
Cálculo da Força de Forjamento de um
Disco
Figura 19 – Forjamento em um disco.
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FORJAMENTO
Utilizando
Substituindo-se
Lei de atrito de Coulomb ( )
Critério de von Mises
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FORJAMENTO
Se
Superfície externa do disco: r = a = D/2 σr = 0p = σe
Onde: D = diâmetro do cilindro ; h = altura do disco; σe= tensão de escoamento do metal sob compressão; R = distância de um ponto do disco até o eixo; P(r) = pressão na interface metal/matriz, à distância r do eixo do disco.
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FORJAMENTOForça Total
Pressão média
Equação aproximada para a força de forjamento de um disco
Pressão média
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DEFEITOS DOS PRODUTOS FORJADOS
Podem ser mencionados os seguintes defeitos típicos de peças forjadas, decorrentes de falhas :
na matéria-prima ou da técnica de operação; falta de redução, trincas superficiais, trincas nas rebarbas, trincas internas, gotas, incrustações de óxidos, queimas e descarbonetação.