FUNDAMENTOS+DA+CONFORMAÇÃO+EM+METAIS

Fundamentos da Conformação em Metais 1. Descrição geral 2. Comportamento do material 3. Temperatura do material 4. Velocidade de deformação 5. Atrito e lubrificação

674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

Conformação em Metais 





Grande grupo de processos de fabricação em que a deformação deformação plástica plástica é usado para para alterar alterar a forma forma de peças peças de metal Na ferramenta, chamada geralmente matriz, aplica-se uma tensão que excede o limite de elasticidade do metal O material tem a forma determinada pela geometria do dado.


Conformação em Metais 



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Grande grupo de processos de fabricação em que a deformação deformação plástica plástica é usado para para alterar alterar a forma forma de peças peças de metal Na ferramenta, chamada geralmente matriz, aplica-se uma tensão que excede o limite de elasticidade do metal O material tem a forma determinada pela geometria do dado.


Tensão Conformação em Metais As tensões para conformar plasticamente os metais são compressivas. 

 



Ex. laminação, forjamento, extrusão

Entretanto em outros processos: 

Esticar o material : tensão de tração



Dobrar o material : tração e compressão



Corte : cisalhamento 674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

Propriedades do Material em Conformação 

Propriedades desejáveis do material: Baixa elasticidade Alta ductilidade  



Essas propriedades são afetadas pela temperatura: Aumento da ductilidade e baixa elasticidade, diminui a força de trabalho quando se eleva a temperatura de trabalho 



Outros fatores: Velocidade de deformação e atrito 


Processos Básicos de Conformação 

Deformação de volume Laminação Forjamento Extrusão Trefilação Deformação em chapas Dobra Embutimento Corte Processos diversos 

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










Processos de Deformação Volumétrica

Caracterizada por deformações e mudanças de forma significativas 

Os materiais de partida incluem os tarugos cilíndricos e retangulares 


Laminação


Forjamento


Extrusão


Trefilação


Conformação em chapas Operações de conformação e afins realizada em chapas, tiras e bobinas 

Alta área de superfície em relação ao volume do material de partida, o que distingue estes, dos processos conformação de volume 

Muitas vezes chamado estampagem porque utiliza prensas para executar essas operações 



Peças se chamam estampados



Ferramentas usuais: punção e matriz 674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

Embutimento


Estampagem


Características do material na Conformação A região da curva tensão-deformação é o interesse principal, pois é onde o material é deformado plasticamente 

Na região plástica o comportamento do metal é expresso pela curva de fluxo: 

 

K 

n

K = coeficiente de resistência do material n = expoente de encruamento Є = tensão máxima durante o processo de deformação A curva de fluxo é baseada na tensão e deformação reais 674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

Tensão de Escoamento Para a maioria dos metais à temperatura ambiente, a força aumenta, quando deformado devido endurecimento 

Tensão de escoamento = valor instantâneo da tensão necessária para continuar a deformar o material 

f 

K 

n

Yf = limite de escoamento em função da deformação 674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

Tensão de Escoamento Média Determinado por integração da equação da curva de fluxo entre zero e o valor de tensão final que define o intervalo de interesse _ Y f

_ Y f

K  

n

1  n

= Tensão de escoamento média

= tensão máxima durante o processo de deformação Є


Temperatura na Conformação

Para qualquer metal, K e n na curva de fluxo dependem da temperatura 

Tanto a força (K) e encruamento (n) são reduzidos a altas temperaturas 

Além disso, a ductilidade aumenta com temperaturas mais elevadas 


Temperatura na Conformação

Qualquer operação de deformação pode ser realizada com forças e potência baixas, em temperaturas elevadas 

 

Três faixas de temperatura em conformação de metais: 





Trabalho a frio Trabalho morno Trabalho a quente


Trabalho a Frio



Realizado à temperatura ambiente ou ligeiramente acima

Muitos processos de formação de frio são importantes operações de produção em massa 



Mínima ou nenhuma usinagem é normalmente exigida 

Essas operações são near net shape ou net

shape processes


Vantagens da Conformação a Frio



Melhor precisão, tolerâncias mais apertadas



Melhor acabamento superficial



Encruamento aumenta a resistência e a dureza

Fluxo de grão durante a deformação pode causar desejáveis propriedades direcionais nos produtos 



Nenhum aquecimento do trabalho é necessário


Desvantagens da Conformação a Frio Força e potência deformação 

maior,

requerida

na

operação

Superfícies do material de partida deve ser livre de rebarbas e/ou sujeira 

Ductilidade e encruamento limitam a quantidade de conformação que pode ser feito 

Em alguns casos, o metal deve ser recozido para permitir mais deformações 

Em outros casos o metal não dúctil o suficiente para ser trabalhado a frio 


Trabalho Morno

Realizado em temperaturas acima da temperatura ambiente, mas abaixo da temperatura de recristalização 

Linha divisória entre o trabalho a frio e quente de trabalho, muitas vezes expressos em termos de ponto de fusão: 

0.3Tm, onde Tm = ponto de fusão (temperatura absoluta) para metais 


Vantagens doTrabalho Morno



Força e potência menor do que no trabalho a frio



Geometrias mais complexas

Necessidade de recozimento pode ser reduzida ou eliminada 


Trabalho a Quente Deformação em temperaturas acima da temperatura de recristalização 

Temperatura de recristalização = cerca de metade do ponto de fusão na escala absoluta 

Na prática normalmente o trabalho a quente é realizado ligeiramente acima 0.5Tm 

O metal continua a ficar mais macio com o aumento da temperatura acima 0.5Tm, melhora a vantagem de trabalhar quente acima deste nível 


Por queTrabalho a Quente?

Capacidade de deformação plástica substancial do metal = muito mais possível do que com o trabalho a frio ou morno 



Por quê? Força coeficiente (K) é substancialmente inferior do que à temperatura ambiente 

Expoente de encruamento por deformação (n) é zero (teoricamente) 



Ductilidade é significativamente aumentada 674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

Vantagens do Trabalho a Quente 

A forma da peça pode ser significativamente alterada



Força e potência baixa

Metais que habitualmente fraturam no trabalho a frio podem ser conformados a quente 

Propriedades de resistência do produto são geralmente isotrópicas 



Não há rigidez da peça pois não ocorre encruamento Vantagem nos casos em que o produto será posteriormente processado por conformação a frio 


Desvantagens do Trabalho a Quente



Baixa precisão dimensional

Aumento da energia total necessária (devido à energia térmica para aquecer a peça) 

Oxidação da superfície de trabalho acarreta acabamento inferior 



Vida da ferramenta curta


Sensibilidade a Velocidadde de Deformação Teoricamente, um metal em trabalho a quente se comporta como um material perfeitamente plástico, com expoente de encruamento por deformação n = 0 

O metal deve continuar a fluir no mesmo fluxo de tensão, logo que a tensão é atingida 

No entanto, um fenômeno adicional ocorre durante a deformação, principalmente em temperaturas elevadas: sensibilidade a taxa de deformação 


O que é Velocidadde de Deformação? Taxa de deformação na conformação está diretamente relacionada à velocidade de deformação v 

Velocidade de deformação v = velocidade do êmbolo ou outro movimento do equipamento 



Taxa de deformação é definida: .  

v h

= taxa de deformação h = altura no instantante em que a peça a começa ser deformada Є


Estimativa da Taxa de Deformação

Na maioria das operações práticas, a estimativa da taxa de deformação é difícil devido a: 



Geometria da peça

Variações na taxa de deformação em diferentes regiões da parte 

Taxa de deformação pode chegar a 1000 s-1 ou mais para algumas operações de conformação de metais 


Efeito da Taxa de Deformação na Tensão de Escoamento



A tensão de escoamento é função da temperatura

No trabalho a quente, a tensão de escoamento também depende da taxa de deformação 

Conforme aumenta a tensão, a resistência à deformação também aumenta 

Este efeito é conhecido como: sensibilidade à taxa de deformação 


Sensibilidade a Taxa de Deformação

a) Efeito da taxa de deformação sobre a tensão de

escoamento no trabalho em temperatura elevada. b) Relação plotada em coordenadas log-log 674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

Equação da Sensibilidade a Taxa de Deformação

Y f = C ε

m

Yf = limite de escoamento em função da deformação C = força constante (semelhante, mas não é igual ao coeficiente na equação da curva de escoamento) m = expoente de sensibilidade da taxa de deformação Є

= taxa de deformação 674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

Efeito da Temperatura na Tensão de Escoamento Efeito da temperatura sobre a tensão der escoamento para um metal típico. A força constante C, indicada pela interseção de cada reta com a linha tracejada vertical, na taxa de deformação = 1,0 diminui, e m (variação de cada reta) aumenta com o aumento da temperatura. 674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

Observações sobre a Taxa de Deformação



Aumentando a temperatura diminui C e aumenta m Em temperatura ambiente, o efeito da taxa de deformação é quase insignificante 

Curva de escoamento é uma boa representação do comportamento do material 

Com o aumento da temperatura, taxa de deformação torna-se cada vez mais importante na determinação da tensão de escoamento 


Atrito na Conformação Na maioria dos processos de conformação de metais, o atrito é indesejável: 



O fluxo do metal é retardado



Forças e energia são aumentadas



Ferramentas desgastam mais rápido

Atrito e do desgaste de ferramentas são mais severos no trabalho a quente 


Lubrificação na Conformação

Lubrificantes para trabalho em metais são aplicados a interface material-ferramenta em várias operações de conformação para reduzir os efeitos prejudiciais do atrito 



Benefícios: Reduz aderência, forças, energia, desgaste da ferramenta 



Melhor acabamento superficial



Remove o calor do ferramental 674N - FABRICAÇÃO MECÂNICA

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