Aula7 materiais

Materiais 1
Tiago Cruz
tiagoitajai@gmail.com

A fabricação pode ser definida como a arte e
a ciência de transformar os materiais em
produtos finais utilizáveis e num contexto de
economia de mercado.

Fabricar é transformar matérias-primas
em produtos acabados, por uma
variedade de processos.

Definição

É um processo de fabricação onde
um metal ou liga metálica, no
estado líquido, é vazado em
um molde com formato e
medidas correspondentes aos da
peça a ser produzida.
Fundição

É um processo de fabricação inicial, porque
permite a obtenção de peças com formas
praticamente definitivas, com mínimas limitações
de tamanho, formato e complexidade, e também é
o processo pelo qual se fabricam os lingotes.
Permite um alto grau de automatização,
portanto, é possível produzir com velocidade e
em grande quantidade.

Fundição

Podem apresentar formas externas e internas desde a mais simples até a
mais complexa
Podem apresentar dimensões limitadas somente pelas restrições das
instalações onde serão produzidas
Podem ser produzidas dentro de padrões variados de acabamento (mais liso
ou mais áspero) e tolerância dimensional (entre ±0,2 mm e ± 0,6 mm)
É possível produzir peças com poucas gramas de peso (e com espessura de
apenas alguns milímetros), até peças pesando muitas toneladas
Pode ocorrer a inclusão da areia do molde nas paredes internas ou
externas da peça
Defeitos de composição da liga metálica que causam o aparecimento de
partículas duras indesejáveis no material
A peça pode apresentar porosidade

Carac. Das Peças

Sequência de etapas normalmente seguida no processo de
fundição por gravidade em areia, que é o mais utilizado. Ex:
bloco dos motores de automóveis e caminhões.
1. Confecção do modelo
2. Confecção do molde
3. Confecção dos machos
4. Fusão
5. Vazamento
6. Desmoldagem
7. Rebarbação
8. Limpeza

Passo a passo

Em um ambiente industrial, a
conformação mecânica é qualquer
operação durante a qual se aplicam
esforços mecânicos em metais, que
resultam em uma mudança
permanente em suas dimensões.

Conformação

Forjamento
Laminação
Trefilação
Extrusão
Repuxo
Estiramento
Dobramento
Corte

Tipos de Conformação

Materiais que têm estrutura CFC (alumínio, níquel, prata,
cobre e ouro) têm uma forma de agrupamento atômico que
permite o deslocamento de camadas de átomos
sobre outras camadas. Por isso, eles se deformam
mais facilmente do que os que apresentam os outros
tipos de arranjos. Isso acontece porque, nessa estrutura, os
planos de escorregamento permitem que camadas de
átomos “escorreguem” umas sobre as outras com mais
facilidade.

Materiais e Conformação

É o processo de conformação mecânica em que o
material é deformado por martelamento ou
prensagem
É empregado para a fabricação de produtos acabados
ou semi-acabados de alta resistência mecânica,
destinados a sofrer grandes esforços e solicitações em
sua utilização
As operações de forjamento são realizadas a
quente, em temperaturas superiores às de recristalização
do metal. É importante que a peça seja aquecida
uniformemente e em temperatura adequada
Forjamento

No forjamento por martelamento são usados martelos
de forja que aplicam golpes rápidos e sucessivos ao
metal por meio de uma massa de 200 a 3.000 kg que cai
livremente ou é impulsionada de uma certa altura que
varia entre 1 e 3,5 m
Desse modo, a pressão máxima acontece quando o
martelo toca o metal, decrescendo rapidamente de
intensidade à medida que a energia do golpe é absorvida
na deformação do material

Forjamento por Martelamento

Na prensagem, o metal fica sujeito à ação da força de
compressão em baixa velocidade e a pressão atinge
seu valor máximo pouco antes de ser retirada, de
modo que as camadas mais profundas da estrutura do
material são atingidas no processo de conformação
O forjamento por prensagem é realizado por prensas
mecânicas ou hidráulicas
As prensas mecânicas, de curso limitado, são acionadas por eixos excêntricos e
podem aplicar cargas entre 100 e 8.000 toneladas. As prensas hidráulicas podem
ter um grande curso e são acionadas por pistões hidráulicos. Sua capacidade de
aplicação de carga fica entre 300 e 50.000 toneladas. Elas são bem mais caras que
as prensas mecânicas

Forjamento por Prensagem

Matrizes abertas ou forjamento livre

Matrizes fechadas

Tipos de Forjamento

É um processo de conformação mecânica pelo qual um
lingote de metal é forçado a passar por entre dois
cilindros que giram em sentidos opostos, com a
mesma velocidade.
Ao passar entre os cilindros, o
material sofre deformação
plástica. Por causa disso, ele tem
uma redução da espessura e
um aumento na largura e no
comprimento.

Laminação

A laminação pode ser feita a quente ou a frio. Ela é
feita a quente quando o material a ser conformado é
difícil de laminar a frio ou quando necessita de
grandes reduções de espessura.
A laminação a frio se aplica a metais de fácil
conformação em temperatura ambiente, o que é mais
econômico. É o caso do cobre, do alumínio e de algumas
de suas ligas.

Laminação

É o resultado de uma mudança na estrutura do metal,
associada a uma deformação permanente dos grãos
do material, quando este é submetido à deformação a
frio. O encruamento aumenta a dureza e a
resistência mecânica.

Encruamento

É o processo de fabricação utilizado para obtenção de
rolos de arame, cabos ou fios elétricos
Por esse processo, é possível obter produtos de grande
comprimento contínuo, seções pequenas, boa
qualidade de superfície e excelente controle
dimensional

Trefilação

O princípio do processo de trefilação é, de certa forma,
parecido com o da extrusão, ou seja, é necessário que
o material metálico passe por uma matriz para ter seu
diâmetro diminuído e seu comprimento aumentado
A grande diferença está no fato de que, em vez de ser
empurrado, o material é puxado. Além disso, a
trefilação é normalmente realizada a frio
Existem bancos de tração de até 100 toneladas, capazes de
trabalhar a uma velocidade de até 100 metros por minuto,
percorrendo distâncias de até 30 metros. Em alguns casos, vários
conjuntos desse tipo podem ser montados em série, a fim de
produzir arames e fios com diâmetros ainda menores

Trefilação

A barra que deve ser trefilada é chamada de fio de
máquina. Ela deve ser apontada, para facilitar a passagem
pela fieira, e presa por garras de tração que vão puxar
o material para que ele adquira o diâmetro desejado
A fieira é uma ferramenta cilíndrica que contém um
furo no centro por onde passa o fio, e cujo diâmetro
vai diminuindo. Assim seu perfil apresenta o formato de
um funil.

Trefilação

Sem deslizamento

Com deslizamento

Tipos de Trefilação

É um processo de fabricação utilizado para obtenção de
perfis com formato complicados ou, então, de tubos.
A extrusão é um processo de fabricação de produtos
semi-acabados, ou seja, produtos que ainda
sofrerão outras operações, tais como corte,
estampagem ou forjamento, antes de seu uso final.
Consiste basicamente em forçar a passagem de um
bloco de metal através do orifício de uma matriz.
Isso é conseguido aplicando-se altas pressões ao material
com o auxílio de um êmbolo.

Extrusão

De acordo com o tipo de metal, que deve suportar
rigorosas condições de atrito e temperatura , e com
a seção a ser obtida, a extrusão pode ser realizada a
quente ou a frio
Os metais mais duros, como o aço, passam normalmente
pelo processo de extrusão a quente
Os equipamentos usados na extrusão consistem em
prensas horizontais, mecânicas ou hidráulicas, com
capacidades normais entre 1 500 e 5 mil toneladas. Prensas
hidráulicas conseguem cargas de até 30 mil toneladas

Extrusão

Direta e Indireta

Extrusão

Seção transversal reduzida e grande comprimento
Na extrusão a quente, as reduções de área
conseguidas são da ordem de 1:20 (um para vinte). Isso
significa que, se você tiver uma barra de 100 mm2 de área, ela pode
ter sua área reduzida para 5 mm2
Os materiais mais dúcteis, como o alumínio, podem
passar por extrusão tanto a frio quanto a quente e obtêm
reduções de área da ordem de 1:100 (um para cem)

Características da Peça

Na extrusão a frio, o material endurece por
encruamento durante a deformação porque os grãos do
metal se quebram e assim permanecem, aumentando as
tensões na estrutura e, conseqüentemente, sua dureza.
Na extrusão a quente, os grãos se reconstituem após a
extrusão por causa da alta temperatura.

Características da Peça

Sequência de etapas normalmente seguida no processo de
extrusão
1. Fabricação de lingote ou tarugo de seção circular
2. Aquecimento uniforme do lingote ou tarugo
3. Transporte do lingote ou tarugo aquecido para a câmara de extrusão
4. Execução da extrusão com o tarugo aquecido apoiado diante da câmara de
extrusão, o pistão é acionado e o material é empurrado para o interior da
câmara
5. Fim da extrusão o pistão recua e a câmara se afasta para a retirada do disco
e da parte restante do tarugo
6. Remoção dos resíduos de óxido com o auxílio de disco raspador acionado
pelo pistão

Passo a passo

É o processo de conformação, geralmente realizado a
frio, que engloba um conjunto de operações
Por meio dessas operações, a chapa plana é
submetida a transformações que a fazem adquirir uma
nova forma geométrica, plana ou oca
As operações de estampagem são realizadas por
meio de prensas que podem ser mecânicas ou
hidráulicas, dotadas ou não de dispositivos de
alimentação automática das chapas, tiras cortadas,
ou bobinas

Estampagem

As chapas metálicas de uso mais comum na
estampagem são as feitas com as ligas de aço de baixo
carbono, os aços inoxidáveis, as ligas alumínio-
manganês, alumínio-magnésio e o latão 70-30, que
tem um dos melhores índices de estampabilidade entre
os materiais metálicos
Na estampagem, além das prensas, são usadas
ferramentas especiais chamadas estampos que se
constituem basicamente de um punção (ou macho) e
uma matriz

Estampagem

As operações básicas de estampagem são:

Corte
Dobramento
Estampagem profunda (ou "repuxo")

Estampagem

O corte é a operação de cisalhamento de um material
na qual uma ferramenta ou punção de corte é forçada
contra uma matriz por intermédio da pressão exercida
por uma prensa. Quando o punção desce, empurra o
material para dentro da abertura da matriz.

Estampagem: Corte

O dobramento é a operação pela qual a peça
anteriormente recortada é conformada com o auxílio de
estampos de dobramento. Estes são formados por um
punção e uma matriz normalmente montados em uma
prensa
O material, em forma de chapa, barra, tubo ou
vareta, é colocado entre o punção e a matriz. Na
prensagem, uma parte é forçada contra a outra e com isso
se obtém o perfil desejado

Estampagem:
Dobramento e Curvamento

Estampagem:
Dobramento e Curvamento

É o processo de conformação mecânica em que chapas
planas são conformadas no formato de um copo. Ela é
realizada a frio e, dependendo da característica do
produto, em uma ou mais fases de conformação.
Por esse processo, produzem-se panelas, partes das
latarias de carros como pára-lamas, capôs, portas, e peças
como cartuchos e refletores parabólicos
Quando a profundidade do embutimento é grande, ou
seja, tem a altura maior que o diâmetro da peça, e são
necessárias várias operações sucessivas para obtê-la, tem-
se a reestampagem.

Estampagem Profunda

É o processo de união de materiais usado para obter
a união localizada de metais, produzida por
aquecimento, com ou sem a utilização de pressão e/ou
material de adição
Pode-se unir dois materiais parafusando, rebitando,
colando; porém, a grande vantagem da soldagem é a
possibilidade de obter uma união em que os materiais
têm uma continuidade na aparência externa e também
nas suas características e propriedades mecânicas
e químicas, relacionadas à sua estrutura interna.

Soldagem

O processo mecânico de usinagem é definido como sendo
todo e qualquer processo onde se obtém uma peça
pela remoção de material
Pode-se usinar vários materiais, desde plásticos,
pedras, madeira, metal, dentre tantos outros exemplos
possíveis
Na usinagem a utilização de equipamentos modernos,
automáticos e muito avançados, onde a interferência do
homem é mínima e muitas vezes até inexistente,
possibilitam o desenvolvimento de peças com alta
precisão dimensional e de elevada durabilidade

Soldagem

O calor é necessário porque grande parte dos processos de
soldagem envolve a fusão dos materiais, ou do
material de adição, no local da solda.

Mesmo quando se usa pressão e, às vezes, o ponto de
fusão não é atingido, o aquecimento facilita a
plasticidade do metal e favorece a ação da pressão
para a união dos metais

Soldagem

A soldagem por fusão inclui a maioria dos processos mais
versáteis usados atualmente

Soldagem por Fusão

Outros processos se baseiam na aplicação de pressões
elevadas na região a ser soldada. O aquecimento das
peças a serem unidas facilita a ligação entre as partes.

Soldagem por Pontos

Para unir duas chapas de 0,8mm de espessura, trabalha-se
com uma corrente de aproximadamente 1500 A e uma
força de 300kg

Soldagem por Costura

Os processos mais comuns são:
Soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido
Processo TIG (Tungsten Inert Gas), que quer dizer
(eletrodo de) tungstênio e gás (de proteção) inerte
Processos MIG/MAG, (Metal Inert Gas e Metal Activ Gas),
ou seja, metal e (proteção de) gás inerte, e metal e
(proteção de) gás ativo
Arcosubmerso
Arcoplasma
eletrodo revestido

Soldagem ao Arco Elétrico

É o processo, contido de diversas atividades e
etapas distintas. Visam complementar as peças
metálicas, aumentando a sua vida útil, beleza
e aparência

A superfície de uma peça metálica, por mais bem
acabada que ela esteja, sempre apresenta
imperfeições superficiais que reduzem a
possibilidade de uma melhor aparência

Acabamento Superficial

Dependendo da liga metálica em questão, se a
superfície da peça for deixada por algum tempo
sem nenhum tipo de proteção superficial ela
pode se oxidar, no caso do ferro, enferrujar,
tornando-a até inoperante
O acabamento superficial é processo que procura
reduzir estas imperfeições superficiais e
minimizar o grau de irregularidades
superficiais existentes em uma peça


O acabamento superficial tem enorme influência no
comportamento de uma peça, procura-se
melhorar a superfície de um metal por vários
aspectos, que vão desde redução de desgaste,
redução do atrito, corrosão, melhoria na
aparência, resistência à fadiga, transmissão
de calor, propriedades óticas, escoamento
de fluidos e superfícies de medição
(micrômetros, paquímetros, etc.).


Esmerilhamento
Lixamento
Polimento
Retífica
Pintura
Deposição superficial

Tipos de Acabamento

Processo normalmente utilizado em fundições de
metais para a retirada de canais de
alimentação da superfície de peças fundidas
ou após o processo de soldagem, para a
retirada de excessos ou pingos de solda.
Seu acabamento resultante é grosseiros e
requer algum outro tipo de processo para que a
peça tenha um bom aspecto superficial.

Esmirilhamento

Processo normalmente utilizado, após o
esmerilhamento, em fundições de metais,
visando a retirada de sobras de metal para
melhorar o aspecto superficial de uma peça fundida
Consegue-se um bom acabamento superficial
utilizando-se lixas que variam de gramatura,
que vão desde de grãos de óxidos cerâmicos tipo
comercial 40, 60, 80, 100 e 200, para o lixamento
grosseiro e de 200 a 1000 para o lixamento fino

Lixamento

Processo utilizado para melhorar a característica
superficial de uma peça, trazendo uma excelente
aparência superficial. O polimento é realizado
com o auxílio de panos (feltros) especiais que com
auxílio de pastas polidoras retiram a mínima
imperfeição superficial de uma peça
O polimento pode ser manual, semi-
automatizado ou automatizado, com o auxílio
de máquinas especiais

Polimento

Processo mecânico onde submete-se uma
dada superfície da peça, a equipamentos
especiais que reduzem as imperfeições
da mesma, estes equipamentos são
máquinas, tornos ou até fresas
mecânicas adaptados para esta atividade

Retífica

Processo de deposição de materiais sobre a
superfície de uma peça, onde procura-se recobrir
a mesma e reduzir as suas imperfeições
superficiais existentes, proporcionando a peça
uma proteção adicional e evitando o contato do
metal com o meio ambiente
Com isso a durabilidade e a vida útil de uma
peça é aumentada devido ao aumento da proteção
contra a corrosão (oxidação)

Pintura

Um processo que vem crescendo, no meio
industrial, é a pintura eletrostática, que nada
mais é que a deposição de tintas por diferença
de potencial que existe entre a tinta em pó e a
peça metálica, depois realiza-se o cozimento da
peça, recoberta com a tinta em pó, em fornos
especiais a baixas temperaturas, realizando a cura
da mesma e protegendo a peça

Pintura Eletrostática

É todo e qualquer processo onde se obtém uma
peça pela remoção de material.
Na usinagem a utilização de equipamentos
modernos, automáticos e muito avançados, onde
a interferência do homem é mínima e muitas vezes
até inexistente, possibilitam o desenvolvimento de
peças com alta precisão dimensional e de
elevada durabilidade.

Usinagem

Equipamento utilizado
para cortar peças de
metal

Consiste de uma lâmina de
aço que pode ser circular ou
chapa fina (curta, de mão, ou
longa), com uma enorme
quantidade de dentes
dispostos de forma a
possibilitar o corte do metal

Serra

Equipamento utilizado
para formar superfícies
planas nos metais
Normalmente adotado para
peças grandes, onde a
utilização de tornos não é a
melhor opção. Consiste em
passar uma ferramenta de
corte, num movimento de vai
e vem, sobre a superfície a ser
aplainada

Plaina

Equipamento utilizado para usinar controladamente
o metal, dentre outras funções

A peça em metal é fixada em uma placa de torno e ambas são
rotacionadas (giram), em vários ciclos de rotação controláveis,
por minuto, que visa retirar metal de uma determinada parte
da peça, isso com o auxílio de uma ferramenta detalhadamente
escolhida em função do metal, da rotação e da operação
mecânica a ser realizada. Tanto a peça como a ferramenta de
usinagem devem ser lubrificados para reduzir possíveis
imperfeições superficiais e isso ocorre devido as temperaturas
originadas na operação de trabalho

Torno

Este equipamento é utilizado para realizar a
operação de rebaixar o metal, visando formar
superfícies diferenciadas, que podem ser de topo
ou em ângulo variados

A peça é fixada em uma morsa, que fica estática e a
ferramenta se move sobre a mesma, girando ao redor de
seu eixo, retirando o metal para formar a peça desejada

Fresa

Equipamento utilizado para realizar a operação de abrir
furos no metal

Pode apenas abrir buracos redondos lisos, alargar buracos
já existentes originários de processos anteriores, ou após a
furação realizar outras operações nestes furos para as mais
variadas finalidades, tais como inserir roscas, brochar e até
raiar furos para originar a formação de raios internos nas
peças, muito utilizado na parte interna de canos de armas,
por exemplo

Furadeira

Equipamento utilizado para realizar a operação de
construir roscas no metal

Essas podem ser roscar internas ou externas. Este processo
é bastante complexo e requer muita habilidade do
operador para a sua confecção manual, no caso de
equipamentos automáticos, requer muito conhecimento
técnico para a sua fabricação

Rosqueadeira

Equipamento utilizado para realizar a operação de
construir raias em câmaras internas de peças
usinadas

Normalmente costuma-se produzir raias internas em canos
de armas de mão, armas militares e canhões, que
proporcionam o giro do projétil, quando o mesmo é
disparado. Confere a superfície do metal elevada
resistência mecânica, pois sua utilização
proporciona compactação e esmagamento da superfície da
peça

Broca

Aumento do tempo de vida
Economia de energia
Redução da quantidade de material em aterros
Conservação dos recursos naturais
Participação e aumento de consciência ambiental
Redução da poluição atmosférica e dos recursos
hídricos
Diminuição dos impactos negativos da extração e
refinação dos minérios
Criação de emprego

Vantagens da Reciclagem

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