Processos de Fabricação em Engenharia de Produção

Autor Prof João Ricardo Auada Colaboradores Prof Cristiano Roberto Martins Foli Profa Christiane Mazur Doi Prof José Carlos Morilla Processos de Fabricação Engenharia de Produção Professor conteudista João Ricardo Auada Graduado em Engenharia Mecânica e especialista em Formação de Professores para o Ensino Superior pela Universidade Paulista UNIP Professor e coordenador de cursos de Engenharia Mecânica e de Engenharia de Produção Mecânica da UNIP Orientador de Trabalhos de Conclusão de Curso e responsável pela organização de projetos da Feira de Engenharia Mecânica e Engenharia de Produção Mecânica da UNIP Todos os direitos reservados Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma eou quaisquer meios eletrônico incluindo fotocópia e gravação ou arquivada em qualquer sistema ou banco de dados sem permissão escrita da Universidade Paulista Dados Internacionais de Catalogação na Publicação CIP A88p Auada João Ricardo Processos de Fabricação Engenharia de Produção João Ricardo Auada São Paulo Editora Sol 2022 188 p il Nota este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e Pesquisas da UNIP Série Didática ISSN 15179230 1 Usinagem 2 Fundição 3 Soldagem ITítulo CDU 6702 U51493 22 Prof Dr João Carlos Di Genio Reitor Profa Sandra Miessa Reitora em Exercício Profa Dra Marilia Ancona Lopez ViceReitora de Graduação Profa Dra Marina Ancona Lopez Soligo ViceReitora de PósGraduação e Pesquisa Profa Dra Claudia Meucci Andreatini ViceReitora de Administração Prof Dr Paschoal Laercio Armonia ViceReitor de Extensão Prof Fábio Romeu de Carvalho ViceReitor de Planejamento e Finanças Profa Melânia Dalla Torre ViceReitora de Unidades do Interior Unip Interativa Profa Elisabete Brihy Prof Marcelo Vannini Prof Dr Luiz Felipe Scabar Prof Ivan Daliberto Frugoli Material Didático Comissão editorial Profa Dra Christiane Mazur Doi Profa Dra Angélica L Carlini Profa Dra Ronilda Ribeiro Apoio Profa Cláudia Regina Baptista Profa Deise Alcantara Carreiro Projeto gráfico Prof Alexandre Ponzetto Revisão Ricardo Duarte Ana Fazzio Sumário Processos de Fabricação Engenharia de Produção APRESENTAÇÃO 7 INTRODUÇÃO 8 Unidade I 1 FUNDIÇÃO 11 11 Noções gerais sobre fundição 11 12 Importância da fundição nos processos de fabricação 12 13 Classificação dos processos de fundição 14 14 Métodos de fundição 14 141 Fundição em areia 14 142 Fundição em casca shell molding 29 143 Fundição em molde metálico coquilha 31 144 Fundição sob pressão 32 145 Outros processos de fundição 35 2 SOLDAGEM 39 21 Soldagem por fusão 42 211 Metalurgia da solda por fusão 42 212 Soldagem com eletrodo revestido 44 213 Solda MIGMAG GMAW 47 214 Solda TIG 50 22 Soldagem por resistênci 54 221 Juntas soldadas58 3 PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO NA FABRICAÇÃO MECÂNICA 60 31 Laminação 62 32 Extrusão 66 33 Trefilação 68 34 Forjamento 71 341 Tipos de forjamento 72 4 PROCESSOS DE ESTAMPAGEM 75 41 Corte por estampagem 76 42 Embutimento 78 43 Dobramento 83 Unidade II 5 NOÇÕES SOBRE OPERAÇÕES DE USINAGEM94 51 Parâmetros da usinagem 96 52 Índice de usinabilidade 98 53 Parâmetros de corte 101 54 Materiais para as ferramentas de usinagem 104 55 Operações de usinagem 106 6 TORNEAMENTO FRESAMENTO E FURAÇÃO113 61 Torneamento 113 611 Máquinasferramenta para torneamento 115 612 Conceitos básicos sobre movimentos e relações geométricas do processo de usinagem nas operações de torneamento 120 613 Força e potência de corte nas operações de usinagem 124 62 Fresamento130 621 Fresas e fresadoras 133 63 Furação 137 631 Brocas e furadeiras 140 632 Parâmetros de corte na furação 145 7 CENTROS DE USINAGEM 149 8 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE MATERIAIS PLÁSTICOS 151 81 Processo de termoformagem 154 82 Moldagem por compressão 157 83 Moldagem por extrusão 159 84 Moldagem por injeção 162 85 Processos de adição impressão 3D 165 7 APRESENTAÇÃO Caro aluno Nas diversas dinâmicas de fabricação é fundamental compreendermos processos como fundição soldagem laminação forjamento estampagem torneamento fresamento furação e termoformagem Esses processos visam a atribuir rapidez segurança e precisão à fabricação dos mais diversos bens úteis à sociedade Logo o conhecimento dessa área é competência de profissionais habilitados em várias áreas da engenharia como engenharia mecânica e engenharia de produção A disciplina Processos de Fabricação aborda características diferenças e nuances dos diversos modos de produção relacionados à área de metalurgia seu papel nas organizações suas aplicações pelas principais ferramentas e procedimentos utilizados sem deixar de enfatizar o papel fundamental da qualificação dos profissionais que atuam na área Nesta disciplina veremos que fabricar significa transformar recursos como matériasprimas e insumos em produtos acabados destinados a uma utilização específica Tal transformação envolve muitos processos alguns já com tradição histórica que são constituídos pelas operações empregadas para dar a forma desejada ao produto e englobam diferentes fenômenos físicos como fusão solidificação deformação plástica e remoção de material A disciplina tem como objetivo capacitar os estudantes a empregar as técnicas e as práticas fundamentais que envolvem os principais processos de fabricação em voga nas sociedades contemporâneas especialmente os que contemplam fundição soldagem fabricação mecânica e estampagem A fim de alcançar tal objetivo o que pretendemos fazer neste livro é compreender o papel dos processos de fabricação no contexto industrial e suas implicações e aplicações de acordo com os fins e a viabilidade daquilo que se tem intenção de produzir para que sejam alcançados sempre os melhores resultados Bom estudo 8 INTRODUÇÃO Fabricar significa transformar recursos como matériaprima e insumos em produtos acabados destinados a uma utilização específica Essa transformação ocorre em processos que são constituídos pelas operações empregadas para dar a forma desejada ao produto e que envolvem diferentes fenômenos físicos como fusão solidificação deformação plástica e remoção de material Vários são os aspectos que devem ser levados em conta na escolha dos processos de fabricação tipo e quantidade de material forma da peça tolerâncias dimensionais acabamento superficial custos envolvidos A escolha de cada processo está associada a vários fatores como necessidade de atendimento aos requisitos de projeto às especificações e às normas garantia da qualidade nos diferentes estágios da fabricação otimização do custo de produção satisfação dos requisitos ambientais Em suma a escolha dos processos de fabricação deve considerar a taxa de produção o tempo o custo e todos os aspectos que envolvem qualidade Basicamente os processos de fabricação mecânica podem ser agrupados em duas classes processos sem remoção de cavaco processos com remoção de cavaco Nos processos sem remoção de cavaco encontramos a fundição a conformação mecânica a soldagem a laminação a sinterização a injeção e os métodos que usam as tecnologias aditivas Nos processos com remoção de cavaco temos os métodos de usinagem como o torneamento a furação o fresamento o brochamento e o alargamento 9 O conhecimento sobre os diversos tipos de processo de fabricação é muito importante para o profissional que atua nas áreas de produção e de fabricação de peças Com base nesse conhecimento determinamse os processos adequados e verificase se eles são capazes de satisfazer as necessidades de desempenho quantidade qualidade prazo e custo No presente livro serão descritos os principais processos de fabricação utilizados na indústria e suas relações com os parâmetros físicos e econômicos desejados às peças por eles fabricados Serão feitas descrições desses processos serão apresentadas suas características e serão mostrados os tipos de equipamento utilizados por cada um deles O conteúdo será dividido em três unidades intituladas unidade I unidade II e unidade III Na unidade I serão abordados os seguintes tópicos fundição noções gerais sobre fundição importância da fundição nos processos de fabricação e classificação dos métodos de fundição soldagem noções gerais sobre soldagem soldagem por fusão soldagem com eletrodos revestidos soldas MIGMAG e TIG e juntas soldadas principais processos de transformação na fabricação mecânica laminação extrusão trefilação e forjamento processos de estampagem corte por estampagem embutimento e dobramento Na unidade II serão abordados os seguintes tópicos usinagem noções gerais sobre usinagem índice de usinabilidade parâmetros de corte e materiais e operações de usinagem torneamento noções gerais sobre torneamento e máquinasferramenta para torneamento fresamento noções gerais sobre fresamento fresas e fresadoras furação noções gerais sobre furação brocas e furadeiras centros de usinagem termoformagem noções gerais sobre termoformagem moldagem por compressão moldagem por extrusão moldagem por injeção e impressão 3D 11 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Unidade I 1 FUNDIÇÃO 11 Noções gerais sobre fundição A fundição é um processo de fabricação que consiste basicamente em preencher com material líquido a cavidade de um molde cujo formato e cujas dimensões são correspondentes ao formato e às dimensões da peça desejada A peça é obtida quando ocorre a solidificação do material líquido dentro da cavidade Observação O molde é o recipiente que contém cavidades com a forma da peça a ser fundida No interior dessas cavidades é vazado o metal líquido A figura 1 é uma representação de como uma peça é obtida pelo processo de fundição Material líquido sendo despejado no molde Canal de alimentação Molde Cavidade da peça preenchida A Peça pronta B Figura 1 Peça obtida pelo processo de fundição Adaptada de Moro e Auras 2007 p 16 Na figura 1A vemos a cavidade sendo preenchida com o material no estado líquido Na figura 1B vemos a peça obtida depois da solidificação e da retirada do molde 12 Unidade I A fundição é um dos processos mais antigos conhecidos da humanidade Os primeiros vestígios do uso desse processo datam de 5 mil anos antes de Cristo quando eram fabricados artefatos domésticos moedas facas e pontas de lança com cobre e ligas de cobre Isso significa que a fundição consiste em um dos primeiros processos industriais utilizados na produção de artigos de metal O vazamento de metal líquido em moldes feitos de areia é uma das mais antigas artes industriais Esse processo ainda é utilizado quando as peças fundidas são requeridas em pequenas quantidades de tamanho excepcionalmente grande ou de geometria muito complexa Desse modo verificamos que a fundição é um dos mais versáteis processos de fabricação principalmente quando consideramos os diferentes formatos e tamanhos das peças que podem ser produzidas Saiba mais Para conhecer um pouco mais sobre a fundição na Antiguidade leia a reportagem indicada a seguir CABRAL D C Como eram produzidos os primeiros objetos metálicos criados pelo homem Superinteressante 3 mar 2009 Disponível em httpsbitly3HWApBV Acesso em 15 fev 2022 12 Importância da fundição nos processos de fabricação Praticamente todos os processos de fabricação que envolvem metais têm a fundição como procedimento inicial A fabricação de qualquer produto metálico em geral é iniciada por um processo de fundição Tomemos por exemplo a fabricação de um eixo de máquina para conseguilo é necessário fundir um lingote laminálo para que se torne uma barra e usinálo para que a peça seja obtida Em peças fundidas temos a ocorrência de características e propriedades físicas econômicas e principalmente metalúrgicas muito importantes para a engenharia As peças fundidas apresentam propriedades mecânicas que podem ser consideradas homogêneas e isotrópicas Essas são características desejáveis para engrenagens camisas de cilindros de motores anéis de pistão etc Comparando o custo de produção de peças fundidas peças forjadas e peças obtidas por solda podemos observar que o custo relativo às peças fundidas é muito menor do que o custo relativo às peças forjadas e às peças soldadas 13 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Observação A fundição é muito mais barata do que outros métodos desde que o lote mínimo equipondere o investimento do modelo necessário para a obtenção do molde Pelo fato de o metal na forma líquida poder escoar e penetrar nos vazios dos moldes o processo de fundição possibilita a obtenção de formatos que seriam bastante difíceis de atingir por meio de outros processos Um exemplo está na figura 2 que mostra uma peça obtida pelo processo de fundição Figura 2 Peça obtida pelo processo de fundição Fonte httpsbitly3pcvWnt Acesso em 15 fev 2022 Outra particularidade importante da fundição é que as peças assim obtidas estão próximas da sua forma final o que possibilita a economia de material e de tempo até que a peça esteja totalmente pronta Saiba mais Para saber mais sobre a importância do setor de fundição no Brasil consulte o site da Associação Brasileira de Fundição Abifa httpwwwabifaorgbr 14 Unidade I 13 Classificação dos processos de fundição Os processos de fundição podem ser categorizados pelo tipo de molde usado e pela força ou pressão usada para preencher o molde com o metal líquido Com relação ao molde os processos de fundição podem ser classificados nos tipos elencados a seguir Fundição em areia verde Fundição em molde permanente Fundição em casca Fundição em cera perdida Com relação à forma de enchimento os processos de fundição podem ser classificados nos tipos elencados a seguir Enchimento por gravidade Enchimento sob pressão Enchimento por centrifugação Em suma a fundição pode ser feita por gravidade com molde de areia ou com molde metálico Além disso nos processos de fundição por gravidade também encontramos a fundição em casca e a fundição por cera perdida Nos moldes metálicos além da fundição por gravidade pode ser feita a fundição sob pressão e a fundição por centrifugação Quando desejamos peças de baixo custo mas com melhor acabamento superficial do que o obtido pela fundição em areia é usado o processo de fundição por gravidade em matriz metálica Para grandes volumes de peças a fundição sob pressão é a mais adequada 14 Métodos de fundição 141 Fundição em areia A fundição em areia é o processo mais tradicional e também o mais utilizado Ele é usado na fundição de peças feitas com materiais de alto ponto de fusão como aço ferro fundido alumínio e cobre O fluxo do processo de fundição está representado na figura 3 15 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Preparação da areia Preparação do molde Montagem da caixa Vazamento do metal Desmoldagem da peça Corte de canais Rebarbação da peça Inspeção da peça Usinagem da peça Tratamento térmico Peça pronta Preparação dos machos Modelo da peça Quando necessário Figura 3 Fluxo do processo de fundição em areia verde Fonte Penteado 2000 p 7 Como pode ser observado na figura 3 temos a preparação da areia a preparação do modelo e a preparação dos machos Essas três atividades são independentes e podem ser feitas de maneira que fiquem prontas ao mesmo tempo 1411 Areias de fundição Depois do metal fundido a areia é o material mais importante no processo de fabricação por fundição A areia de moldagem é composta por quatro ingredientes principais grãos de areia 16 Unidade I aglomerante que pode ser argila natural argila com resina ou cimento aditivos água para ligar os grãos As areias de moldagem são classificadas de acordo com o aglomerante As principais são areias aglomeradas com argila entre as quais a mais usada é a bentonita areias aglomeradas com resinas areias aglomeradas pelo processo silicato CO2 areias aglomeradas com cimento As areias verdes usadas para a confecção do molde são areias aglomeradas com argila no estado úmido Esse material é constituído por granulados refratários chamados de areiasbase e por um produto com capacidade de adicionar coesão e plasticidade chamado de aglomerante que no caso é a argila Na operação de moldagem as areias mais aplicadas são as areias de sílica A quantidade de sílica pode variar de 80 a 95 da massa total A sílica SiO2 tem grãos arredondados de vários tamanhos o que proporciona boa permeabilidade ao material As areias de sílica são constituídas por sílica água e um aglutinante que se forma quando a massa de areia é umedecida com quantidade de água que varia entre 5 e 10 da massa total Os aglutinantes mais utilizados são a bentonita e a argila As argilas são silicatos de alumina compostos por alumínio óxido de alumínio sílica dióxido de silício e água As argilas formam uma massa plástica ligando os grãos de areia Quanto maior a quantidade de argila maior a resistência e menor a permeabilidade da areia Observação O óxido de alumínio Al2O3 ou alumina é uma cerâmica de elevada resistência à corrosão baixa reatividade química elevada resistência térmica mesmo em altas temperaturas alta dureza e excelentes propriedades dielétricas Tratase de um bom isolante térmico usado na fabricação por exemplo de micropastilhas de computadores materiais odontológicos componentes para máquinas industriais velas de ignição pistões válvulas e placas para fornos 17 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO A bentonita é um mineral que se encontra sob a forma de pó finíssimo o qual umedecido produz uma massa muito compacta A quantidade de bentonita usada para a preparação da areia é muito menor do que a de argila A quantidade usada de bentonita está entre 1 e 5 Por motivos de permeabilidade e de valor de temperatura de fusão as areias muito argilosas são utilizadas apenas para a fundição de metais de baixo ponto de fusão Alguns desses metais estão listados na tabela 1 Tabela 1 Ponto de fusão de alguns metais Substância Ponto de fusão C Estanho 231 Chumbo 327 Zinco 420 Alumínio 660 1412 Propriedades das areias Para garantirmos a boa qualidade das peças fundidas as areias devem apresentar uma série de propriedades que permitirão a moldagem adequada Essas propriedades são resistência mecânica ao calor moldabilidade desmoldabilidade refratariedade colapsibilidade permeabilidade a gases inércia química estabilidade térmica dimensional A resistência mecânica ao calor está associada à necessidade de haver resistência aos esforços oriundos do impacto e do empuxo causados pela massa de metal líquido durante o preenchimento do molde As paredes do molde e dos machos precisam resistir a esses esforços 18 Unidade I A moldabilidade é a propriedade que a areia deve apresentar para permitir que sejam reproduzidas as formas dos modelos mantendoas durante todo o processo de fundição Tratase da propriedade da areia de modelarse A desmoldabilidade está relacionada com a facilidade de retirar a peça de dentro do molde Essa propriedade é importante para se obter uma peça fundida livre de resíduos do material de moldagem A refratariedade é a capacidade que o material de moldagem tem de resistir à temperatura de fusão do metal sem que ocorra a fusão dos grãos de areia A colapsibilidade é uma propriedade que deve ser levada em conta na moldagem pois desejamos que exista facilidade na destruição das paredes do molde após a solidificação Quando temos um molde que pode colapsar com facilidade o risco de formação de trincas e de rompimento das peças diminui A permeabilidade a gases é muito importante para evitar a formação de bolhas e cavidades nas peças fundidas As areias devem permitir que os gases produzidos no interior dos moldes pelo vazamento do metal sejam liberados pela areia A inércia química em relação ao metal líquido é fundamental para impedir que ocorram reações químicas entre o molde o metal e os gases A estabilidade térmica dimensional é imprescindível para que sejam mantidas as dimensões das peças a serem produzidas 1413 Modelo Com relação ao modelo ele é uma reprodução da peça a ser fundida visto que é sobre ele que o material de moldagem será compactado Além disso é ele que dará forma à cavidade do molde que receberá o material fundido Os modelos podem ser feitos em metal madeira plástico resinas epóxi gesso e cera entre outros materiais Os modelos têm formas e dimensões muito próximas às formas e às dimensões das peças que serão obtidas pelo processo de fundição Eles podem ser inteiros ou bipartidos No segundo caso os modelos são partidos em duas partes e montados em placas de maneira que cada parte fique presa em um dos lados da placa Essas placas são conhecidas como placas de fundição A figura 4 mostra uma placa de fundição com modelos presos a ela 19 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Modelo Placa Figura 4 Placa de fundição Fonte Artmann 2015 p 55 Existem algumas diferenças entre o modelo e a peça que se deseja produzir Por exemplo as dimensões do modelo são maiores do que as dimensões da peça para compensar a contração do metal durante a solidificação e o resfriamento até a temperatura ambiente Além disso essa superioridade dimensional possibilita que seja feita uma usinagem futura o que é conhecido como uso de sobremetal No modelo temos a criação de saliências que deixarão locais na areia do molde destinados à colocação de machos São as chamadas marcações de machos As paredes perpendiculares à placa de fundição são feitas com inclinação para facilitar a retirada do modelo de dentro do molde sem arrastar a areia Essas inclinações são denominadas ângulos de saída 1414 Machos Outra parte feita antes do início do processo de fundição em areia propriamente dito é conhecida como macho Os machos são dispositivos que têm a função de formar vazios furos e reentrâncias na peça fundida Eles são colocados nos moldes antes que estes sejam fechados para receber o metal líquido Na figura 5 são mostradas as duas partes de uma caixa de fundição na parte de cima é apresentada a cavidade deixada pelo modelo 20 Unidade I Macho Figura 5 Colocação de macho para formação de vazios em uma peça fundida Adaptada de Paredes sd Na figura 5 podemos observar que na parte inferior existe um macho cuja função é formar um vazio na peça produzida A peça final produzida na fundição representada na figura 5 é a mostrada na figura 6 Figura 6 Peça produzida na fundição representada na figura 5 Os machos devem possibilitar a contração das peças quando o resfriamento do metal ocorrer e não deve haver dificuldade para sua retirada quando a peça estiver pronta Para isso em situações como a apresentada nas figuras 5 e 6 o macho deve ser cônico de maneira que seja facilitada sua retirada de dentro da peça Os machos na maioria das vezes são feitos de areias endurecidas e podem ser reforçados com estruturas de arame quando houver necessidade As areias devem apresentar alta resistência depois de estufadas secas elevada dureza alta permeabilidade e estabilidade química Para a confecção dos machos como já mencionado são necessárias areias mais duras do que as usadas para a obtenção dos moldes e por esse motivo são utilizados juntamente com a bentonita e a sílica aglutinantes que proporcionam maior endurecimento Alguns desses aglutinantes são as resinas sintéticas os óleos e o cimento Portland 21 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Os machos feitos com resinas sintéticas são conhecidos como machos de casca shell A figura 7 mostra alguns machos feitos com resina sintética Macho para fundição Figura 7 Machos feitos com resina sintética Fonte Becker et al 2017 p 17 O uso da resina sintética proporciona machos com bom acabamento superficial duros e fáceis de serem manuseados Além disso as resinas têm baixa emissão de gases durante o processo de fundição e pequeno tempo de secagem na estufa o que proporciona economia na preparação As resinas mais utilizadas na confecção de machos são a fenólica a uretânica e a furânica Saiba mais Sugerimos que visite o site indicado a seguir Nele você encontrará várias informações e publicações sobre as resinas usadas em fundição RESINAS Vesuvius 2020 Disponível em httpscuttlyXPzBP4V Acesso em 15 fev 2022 O principal óleo utilizado na preparação de machos é o óleo de linhaça Nessa preparação também são utilizadas farinha de trigo e farinha de milho Os machos preparados com esses aglutinantes são endurecidos em estufas apresentam boa resistência e são facilmente desmoldados O silicato sódico com anidrido carbônico CO2 também é usado para a confecção de machos A principal vantagem desse processo é dispensar a utilização de estufa o que diminui o tempo de preparação dos machos 22 Unidade I O processo resumese em unir um aglutinante à base de silicato sódico com sílica seca Em seguida completamos as caixas de machos com essa mistura e a secamos imediatamente fazendo passar CO2 pela massa O CO2 provoca uma reação química que endurece a areia pela formação de um gel coloidal de silício Em consequência de sua grande resistência outra vantagem desse processo é que não existe a necessidade de que sejam usados suportes internos e armaduras 1415 Moldagem Com a areia o modelo e os machos é possível iniciar o processo de fundição O primeiro passo é a obtenção do molde e para isso é tomada uma caixa de fundição como a representada na figura 8 Caixa de fundição Figura 8 Caixa de fundição Adaptada de Alves sd p 8 A caixa de fundição é composta de duas partes conhecidas como inferior e superior Essas partes são separadas e entre elas é colocada a placa de fundição A obtenção do molde é feita pelo preenchimento e pela compactação da caixa de areia com a areia previamente preparada A figura 9 mostra uma caixa de fundição com o molde de areia Na figura 9 também é possível verificarmos a existência de canais chamados de canais de distribuição que fazem a interligação entre as peças que serão obtidas na fundição Esses canais integram a placa de fundição e são previstos para o perfeito preenchimento do molde durante o processo 23 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Metal fundido Cadinho Molde de areia Macho Peça fundida Linha divisória Canal de alimentação Canal de distribuição Figura 9 Caixa de fundição com os canais de fundição Adaptada de Paredes sd p 26 Na figura 9 podemos observar ainda a existência de um canal que vem da parte superior da caixa chamado de canal de alimentação É por meio dele que o metal líquido será colocado dentro do molde Em função da quantidade e do tamanho das peças a serem produzidas a moldagem pode ser feita manualmente ou com o auxílio de máquinas A moldagem manual é utilizada quando os lotes de produção são pequenos quando se fazem peças experimentais e protótipos ou quando as peças são extremamente grandes A moldagem à máquina por impacto e compressão é um dos métodos mais utilizados na indústria pela facilidade da produção em série O processo é iniciado com o preenchimento da caixa por meio de uma máquina que despeja a areia dentro dela Completada a caixa uma prensa finaliza a tarefa comprimindo a areia Ainda com a placa de fundição entre as caixas são construídos os canais de alimentação e os espaços destinados aos massalotes Retirada a placa de fundição as caixas são presas entre si e é iniciado o processo de preenchimento do molde Saiba mais Para saber mais sobre a fabricação de moldes em areia verde assista ao vídeo indicado a seguir FUNDIÇÃO em moldes de areia 2016 1 vídeo 138 min Publicado pelo canal Mateus Grando Disponível em httpsbitly3rU2W5m Acesso em 15 fev 2022 24 Unidade I 1416 Alimentação e preenchimento dos moldes A alimentação e o preenchimento dos moldes são feitos pelo sistema de alimentação dos moldes composto pelas seis partes indicadas a seguir Bacia de vazamento Canal de descida Bolsa de contenção Canal de distribuição Canais de alimentação Massalotes A figura 10 mostra um sistema de alimentação para um molde de fundição em areia Barras de caixa Gancho Tampa Saída Caixa de moldagem intermediária Fundo Prancha de fundo Cavidade na areia após o modelo ter sido removido Canal de entrada Canal de distribuição Linha divisória Pino de guia Canal de descida Bacia de vazamento Massalote Figura 10 Sistema de alimentação de uma peça que será fundida em areia Fonte Oliveira 2013 p 16 25 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO A bacia de vazamento é por onde é feita a alimentação do molde Sua principal função é permitir o vazamento do metal em forma líquida do cadinho sem que ocorra derramamento Em razão disso ela apresenta seção transversal maior que a do canal de descida O canal de descida ou canal de alimentação deve ter diâmetro suficiente para possibilitar a passagem do metal líquido e ter altura satisfatória para que todo o molde seja ocupado com o metal fundido Uma das funções do canal de descida além de alimentar o molde é fazer com que essa alimentação ocorra em regime laminar o que evita a turbulência no metal líquido durante o vazamento São tais razões que fazem com que esse canal tenha forma de tronco de cone A principal função da bolsa de contenção de escória é justamente não permitir a passagem de areia e sujeira ou seja da escória para a peça A função do canal de distribuição é repartir o metal líquido nos vários canais de alimentação que irão alimentar os moldes das peças Esse canal destinase a alimentar as cavidades com a quantidade de metal suficiente para que todo o espaço seja preenchido O metal líquido pode ser introduzido no molde pelo canal de distribuição por três formas diferentes por baixo por cima ou pela divisão das caixas Na figura 9 por exemplo o canal de distribuição foi feito na divisão das caixas Os massalotes são massas de metal cuja função é o preenchimento dos eventuais vazios que se formam durante a solidificação Esses vazios são conhecidos como rechupes O rechupe é originado quando a peça se solidifica Esse processo ocorre de fora para dentro o que gera vazios dentro da peça Ele é função da contração do metal quando passa do estado líquido para o estado sólido Os massalotes têm o papel de prover com metal líquido esses vazios e provocar para eles a transferência dos vazios que ocorreriam nas peças O metal que vaza na cavidade do molde inicia a solidificação a partir das superfícies do molde e isso forma uma peça que se não for alimentada com mais metal líquido terá vários vazios internos A massa dos massalotes fornece metal líquido para preencher esses vazios o que faz com que pouco a pouco eles se movam pela peça até atingir os massalotes que geralmente são a última região a solidificarse A figura 11 mostra dois massalotes com rechupes que ocorreram durante a solidificação 26 Unidade I Rechupe Figura 11 Rechupes em massalotes Adaptada de Fuoco 2016 Na figura 12 podemos observar o molde sendo preenchido pelo canal de alimentação a presença de dois canais que servem de respiro e a formação de uma massa que garante o total preenchimento do molde massalote Canal de alimentação Massalotes Figura 12 Preenchimento do molde pelo canal de alimentação Adaptada de Alves sd p 8 A figura 13 é uma representação gráfica do preenchimento do molde durante o processo de fundição 27 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Caixa inferior Caixa superior Metal fundido Canal de alimentação Cadinho Molde de areia Massalote Macho Peça fundida Linha divisória Figura 13 Preenchimento do molde no processo de fundição em areia Adaptada de Paredes sd Observação A forma do molde depende da geometria da peça desejada 1417 Desmoldagem Após a solidificação do metal dentro do molde a peça sofre desmoldagem os canais são cortados as eventuais rebarbas oriundas do processo dos canais são retiradas Após uma inspeção é feita a usinagem da peça Para retirarmos a peça do molde geralmente usamos máquinas de desmoldar Essas máquinas consistem em uma grelha vibratória na qual o molde é colocado até que ele se desfaça e a peça fundida fique solta A figura 14 mostra um desmoldador rotativo empregado na desmoldagem de peças de pequenas dimensões 28 Unidade I Areia da desmoldagem Tambor rotativo Peças Figura 14 Desmoldador rotativo Fonte Baumber 2004 p 20 1418 Remoção de canais e rebarbação Para finalizarmos a peça os canais e os massalotes devem ser removidos Geralmente eles são retirados da peça por meio de corte com discos abrasivos ou serras Cada caso deve ser avaliado de modo particular a fim de encontrarmos o melhor método a ser empregado A rebarbação de peças grandes é feita por esmerilhamento ou lixamento As peças pequenas são rebarbadas em tambores rotativos juntamente com material abrasivo Saiba mais Para saber mais sobre a fundição em areia e ver todo o processo desde a moldagem até a retirada das peças assista ao vídeo indicado a seguir AMAZING cast aluminum process using sand mold fast melting metal casting technology working 2018 1 vídeo 1232 min Publicado pelo canal Wet Point Disponível em httpsbitly3LCTgnL Acesso em 15 fev 2022 29 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 142 Fundição em casca shell molding Na fundição em casca shell molding usamos um molde de paredes delgadas que formam uma espécie de casca Esse processo consiste em utilizar um modelo de material metálico ferroso ou alumínio que é aquecido entre 175 e 370 C e recobrilo com outro material como silicone O modelo é então colocado dentro de uma caixa com areia que contém de 25 a 4 de resina fenólica A caixa é movimentada o que faz com que a areia permaneça aderida à superfície do modelo e forme uma casca O tempo de permanência do modelo dentro da caixa é de 15 a 20 segundos suficiente para formar uma casca de 6 a 10 mm Após a casca ser formada o modelo é curado por 30 ou 40 segundos à temperatura de 250 a 300 C Os moldes são normalmente constituídos de duas partes unidas por meio de presilhas ou de cola A figura 15 mostra o processo de fundição por shell molding Cadinho Metal líquido Pino extrator Peça Material de suporte Casca Casca Caixa de areia com resina Carcaça Fundição Modelo aquecido Areia com resina Figura 15 Fundição em casca Em resumo o processo de fundição em casca é composto pelas etapas elencadas a seguir Preparação das cascas Fixação das partes das cascas para formar os moldes Colocação dos moldes dentro de uma caixa Preenchimento da caixa com material de suporte Vazamento do metal líquido Retirada do molde 30 Unidade I Saiba mais Para saber mais sobre como são produzidas as placas de shell molding assista aos vídeos indicados a seguir FUNDIÇÃO em casca shell molding process animation processo shell fundición animación 2019 1 vídeo 136 min Publicado pelo canal Processos de FabricaçãoManufacturing Process Disponível em httpsbitly3BvEafk Acesso em 15 fev 2022 FUNDIÇÃO FTI do Brasil processo de shell molding 2012 1 vídeo 121 min Publicado pelo canal Agência DOM Disponível em httpsbitly3LFwI5R Acesso em 15 fev 2022 O processo shell molding tem grande aplicação na produção de peças como engrenagens em que são necessários elevada precisão e bom acabamento Esse processo apresenta diversas características como as listadas a seguir Tecnologia simples e fácil de mecanizar e automatizar Precisão que varia de 05 a 20 mm Produção de peças com excelente acabamento superficial se comparadas às obtidas na fundição em areia Possibilidade de fabricação de peças com massa que varia de alguns gramas a 200 kg Obtenção de peças com paredes mais delgadas do que as obtidas na fundição em areia Moldes preparados com antecedência e passíveis de serem estocados por longo período Superfície da peça moldada limpa o suficiente para que não haja a necessidade de tratamento mecânico de limpeza Elevado custo em razão do processo de obtenção e dos materiais empregados na fabricação das cascas Acabamento final do modelo com influência direta no acabamento da peça obtida 31 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 143 Fundição em molde metálico coquilha A fundição em molde metálico consiste em obter peças por meio do vazamento do metal líquido em uma matriz metálica que também é chamada de coquilha A introdução do metal é essencialmente determinada pela força da gravidade Nesse processo em geral a cavidade é aberta e fechada manualmente entretanto é possível mecanizar e automatizar tal procedimento Os machos usados podem ser metálicos ou de areia caso em que devido à sua complexidade seria difícil retirálos da peça pronta A figura 16 apresenta as duas partes de um molde metálico para a fundição de um cotovelo metálico Peça Partes do molde metálico Figura 16 Molde metálico coquilha Adaptada de Dutra 2017 p 64 Comparadas às peças produzidas na fundição em areia as obtidas por esse processo apresentam maior uniformidade melhor acabamento superficial tolerâncias dimensionais mais estreitas e propriedades mecânicas mais constantes No entanto a utilização de moldes permanentes é limitada à fabricação de peças pequenas devido ao seu elevado custo Os materiais mais comuns com os quais são feitos os moldes metálicos são as ligas de aço ou ferro fundido cuja vida útil permite a fundição de até 100 mil peças 32 Unidade I A utilização desse tipo de molde está restrita às ligas metálicas com ponto de fusão mais baixo do que as ligas de aço como chumbo zinco alumínio magnésio cobre e suas ligas Algumas das características da fundição em moldes permanentes são as indicadas a seguir Alta capacidade de produção Possibilidade de automação do processo Uso de materiais com baixo ponto de fusão em comparação ao ponto de fusão do aço Dimensões e pesos limitados em função do molde a ser construído Grande volume de produção de peças Alto custo de fabricação do molde Retenção de ar no interior da matriz o que gera peças incompletas e porosas Saiba mais Para conhecer como funciona a fundição em molde metálico assista ao vídeo indicado a seguir FUNDIÇÃO em coquilha 2013 1 vídeo 150 min Publicado pelo canal Eli Hebert Lima Disponível em httpsbitly355kG52 Acesso em 15 fev 2022 144 Fundição sob pressão A fundição sob pressão é o processo metalmecânico no qual o metal líquido fundido é injetado sob pressão em uma cavidade que tem a forma e o tamanho da peça que se deseja obter A ferramenta em que se encontra a cavidade é chamada de matriz A figura 17 mostra parte de uma matriz para fundição sob pressão e a peça por ela produzida 33 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Figura 17 Matriz e peça de fundição sob pressão Adaptada de Dutra 2017 p 67 Devido à pressão e à consequente alta velocidade de enchimento da cavidade do molde o processo possibilita a fabricação de peças de formatos complexos e de paredes mais finas do que as resultantes dos processos por gravidade A matriz é constituída por duas partes que são hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido Nesse processo de fundição o metal é bombeado na cavidade da matriz e sua quantidade deve ser tal que não só preencha a cavidade existente na matriz como também preencha os canais para a evasão do ar Esses canais servem para garantir o total preenchimento da cavidade da matriz A figura 18 mostra parte de uma máquina injetora de alumínio líquido usada na fundição sob pressão Mecanismo de acionamento Mecanismo de acionamento da placa móvel da placa móvel Cilindro de acionamento da Cilindro de acionamento da placa móvel placa móvel Placa fixa Placa fixa Cilindro de injeção Cilindro de injeção Placa móvel Placa móvel Canal de alimentação Canal de alimentação de material de material Produto Produto Molde Molde Cilindro extrator Cilindro extrator Figura 18 Máquina injetora usada na fundição sob pressão Fonte Aquino 2016 34 Unidade I A figura 19 mostra uma peça feita em liga de alumínio e obtida pelo processo de fundição sob pressão Figura 19 Peça obtida por fundição sob pressão Fonte Schmidt Light Metal sd p 5 Durante a fundição é aplicada pressão para que o metal preencha a cavidade e ela é mantida até que a solidificação se complete Após isso a matriz é aberta e a peça é expelida Nesse tipo de fundição sempre pode ocorrer a formação de rebarbas Basicamente existem dois tipos de máquina injetora máquina injetora de câmara fria máquina injetora de câmara quente A principal diferença entre os dois tipos de máquina está na posição do cilindro de injeção que no processo em câmara quente fica na vertical está conectado ao forno e permite a injeção direta do metal no interior do molde no processo de câmara fria fica na horizontal e o metal é dosado manualmente A figura 20 mostra o funcionamento dos dois tipos de injetora estudados 35 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Injeção com câmara fria Injeção com câmara quente Altura da matriz abertura Cilindro hidráulico de fechamento Matriz móvel de ejeção Matriz fixa Cilindro hidráulico Metal fundido Forno Metal fundido alumínio ou bronze Cilindro hidráulico Punção Panela Matrizes Peça Pressão de fechamento Figura 20 Injeção com câmara fria e injeção com câmara quente Adaptada de Processos metalúrgicos sd p 78 Saiba mais Para saber mais sobre fundição sob pressão consulte os links indicados a seguir INJETORA hidráulica Mod 250T injeção em alumínio 2012 1 vídeo 337 min Publicado pelo canal RM Máquinas Hidráulicas Disponível em httpsbitly3HZik67 Acesso em 15 fev 2022 MANUAL de fundição sob pressão São Paulo Votorantim Metais sd Disponível em httpscuttly4PnYMYM Acesso em 15 fev 2022 145 Outros processos de fundição Além dos processos descritos anteriormente encontramos ainda o processo de fundição por cera perdida conhecido como microfusão o processo de fundição contínua e o processo de fundição por centrifugação entre outros 1451 Fundição por cera perdida A fundição por cera perdida também conhecida como microfusão ou investment casting e precision casting é um processo de fundição cuja obtenção do molde parte de um modelo consumível preparado em cera ou plástico gerado por injeção em matriz metálica Pronto o modelo é revestido com material refratário o que proporciona a formação de uma casca rígida em volta do modelo 36 Unidade I Depois de formada a casca o conjunto é aquecido o que faz com que a cera derreta e a casca se transforme no molde de fundição Após a solidificação do metal fundido pelo processo em estudo o molde é quebrado para a obtenção das peças Esse processo é utilizado para a produção de peças de pequenas dimensões com muitos detalhes e fabricadas com tolerâncias dimensionais estreitas Uma aplicação bastante extensa desse tipo de fundição ocorre na indústria de joias A figura 21 mostra a sequência de etapas da microfusão Injeção dos modelos em cera Produto final Formação da casca Desmoldagem Montagem do cacho Acabamento Remoção dos modelos em cera Vazamento Figura 21 Sequência de etapas da microfusão Fonte Fundição de precisão 2017 p 23 As principais características da fundição de precisão são as expostas a seguir Produção de peças com a geometria próxima da forma final Flexibilidade de projeto tanto em possibilidades de formas quanto em materiais utilizados Capacidade de reprodução de detalhes Acabamento superficial excelente Diminuição eou eliminação de usinagem 37 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Saiba mais Para saber mais sobre o processo de microfusão assista ao vídeo indicado a seguir PASSO a passo fundição por cera perdida 2017 1 vídeo 948 min Publicado pelo canal Gold Star Brasil Disponível em httpsbitly3rTHAFg Acesso em 15 fev 2022 1452 Fundição contínua A fundição contínua é um processo muito empregado na indústria primária para a fabricação de tubos barras e lâminas que serão utilizados como matériaprima em outros processos de transformação Nesse processo de fundição o material é despejado de forma contínua em uma bica de enchimento e desce por um veio até chegar a um molde permanente onde o metal é resfriado e alcança seu formato final A figura 22 é uma representação desse processo de fundição A C E F B E H I J G D C L M A K D Figura 22 Fundição contínua A metal líquido B bica de enchimento C forno de alimentação D molde de grafite refrigerado a água E roletes de apoio F painel de controle G unidade de tracionamento H unidade de corte I unidade quebrada J barra para moinho cortada K entrada e saída de água L resfriador M barra fundida Adaptada de Fundição contínua sd p 9 38 Unidade I Saiba mais Para saber mais sobre o processo de fundição contínua assista ao vídeo indicado a seguir HDC contínua para ligas de cobre Indufor 2015 1 vídeo 226 min Publicado pelo canal Indufor Equipamentos Disponível em httpsbitly3oWI23L Acesso em 15 fev 2022 1453 Fundição centrifugada A fundição centrifugada é um processo normalmente utilizado para a produção de peças cilíndricas Tratase de peças metálicas ocas que têm formas simples de corpos de revolução Nesse processo de fundição o molde permanece em rotação e o metal líquido é inserido pelo canal de vazamento que está localizado junto ao centro de rotação da peça A força centrífuga gerada pela rotação faz com que o metal líquido vá para as extremidades do molde Na fundição centrífuga o eixo de rotação pode estar tanto na posição horizontal quanto na posição vertical Quando o eixo de rotação estiver posicionado na horizontal as paredes da peça cilíndrica terão em todo o seu comprimento a mesma espessura A figura 23 é uma ilustração da fundição centrífuga com o eixo na horizontal Movimento do molde Figura 23 Fundição centrífuga com eixo na horizontal Adaptada de Dutra sd p 72 Quando o eixo estiver na vertical ocorrerá no centro do molde a formação de um furo cônico Esse tipo de fundição é usado na produção de peças de pequena dimensão ou pequena espessura quando comparadas ao raio de rotação 39 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO A figura 24 é uma ilustração da fundição centrífuga com o eixo na vertical Movimento do molde Figura 24 Fundição centrífuga com eixo na vertical Adaptada de Dutra sd p 77 Saiba mais Para saber mais sobre o processo de fundição centrifugada assista aos vídeos e veja as animações presentes no site indicado a seguir FUNDIÇÃO por centrifugação sdb Disponível em httpsbitly3GZftZH Acesso em 15 fev 2022 2 SOLDAGEM A soldagem é um processo de junção de peças em que elas são colocadas em contato íntimo e levadas ao estado de fusão ou de plasticidade Nesse processo pode existir ou não a adição de material para a união entre as partes Embora conhecida desde a Idade Média a soldagem teve seu progresso alavancado a partir da descoberta do arco elétrico em 1801 A primeira máquina de solda portátil foi inventada em 1911 e em 1916 foi desenvolvida a primeira versão do processo de soldagem MIG metal inert gas 40 Unidade I O quadro 1 mostra a evolução dos processos de soldagem Quadro 1 Evolução dos processos de soldagem Anos de evolução Processos de soldagem Idade Média Início 1801 Arco elétrico 1885 Resistência elétrica 1907 Oxiacetilênica 1926 TIG 1950 Atrito 1953 MIGMAG 1954 Feixe de elétrons 1957 Plasma 1990 Laser Adaptado de Wainer Brandi e Homem de Mello 1992 Os processos de soldagem podem ser classificados de acordo com a fonte de energia para o aquecimento e a condição das superfícies em contato Logo nessa classificação a soldagem pode ocorrer por um processo por fusão ou por um processo por pressão Existe ainda um terceiro tipo de processo que é o processo de brasagem ou soldagem branda Saiba mais Para saber mais sobre o processo de soldagem branda leia a tese de doutorado indicada a seguir DOI C M Proposta de modelamento do perfil da gota obtida no ensaio da gota séssil 2005 Tese Doutorado em Engenharia Metalúrgica Universidade de São Paulo São Paulo 2005 Na soldagem a energia aplicada é capaz de gerar calor suficiente para fundir o material de base Dizemos nesse caso que a solubilização ocorre na fase líquida que caracteriza a soldagem por fusão Assim no processo por fusão a soldagem é obtida pela solubilização na fase líquida das partes a unir e subsequentemente pela solubilização da junção Na soldagem por pressão a energia é aplicada para provocar tensão de compressão no material de base capaz de produzir a solubilização na fase sólida Existe grande número de processos por fusão que podem ser separados em subgrupos de acordo com o tipo de fonte de energia utilizado para a fusão das peças 41 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO O quadro 2 mostra os processos de soldagem por fusão e suas características principais Quadro 2 Processos de soldagem por fusão Processo Fontes de calor Tipo de corrente e polaridade Agente protetor ou de corte Outras características Aplicações Soldagem por eletroescória Aquecimento por resistência da escória líquida Contínua ou alternada Escória Automáticamecanizada junta na vertical arame alimentado mecanicamente na poça de fusão não existe arco Soldagem de açoscarbono baixa e alta liga espessura 50 mm soldagem de peças de grande espessura eixos etc Soldagem ao arco submerso Arco elétrico Contínua ou alternada eletrodo Escória e gases gerados Automáticamecanizada ou semiautomática o arco arde sob uma camada de fluxo granular Soldagem de açoscarbono baixa e alta liga espessura 10 mm posição plana ou horizontal de peças estruturais tanques vasos de pressão etc Soldagem com eletrodos revestidos Arco elétrico Contínua ou alternada eletrodo ou Escória e gases gerados Manual vareta metálica recoberta por camada de fluxo Soldagem de quase todos os metais exceto cobre puro metais preciosos reativos e de baixo ponto de fusão usado na soldagem em geral Soldagem com arame tubular Arco elétrico Contínua eletrodo Escória e gases gerados ou fornecidos por fonte externa em geral o CO2 O fluxo está contido dentro de um arame tubular de pequeno diâmetro automática ou semiautomática Soldagem de açoscarbono com espessura 1 mm soldagem de chapas Soldagem MIGMAG Arco elétrico Contínua eletrodo Argônio ou hélio argônio O2 argônio CO2 CO2 Automáticamecanizada ou semiautomática o arame é sólido Soldagem de açoscarbono baixa e alta liga não ferrosos com espessura 1 mm soldagem de tubos chapas etc qualquer posição Soldagem a plasma Arco elétrico Contínua eletrodo Argônio hélio ou argônio hidrogênio Manual ou automática o arame é adicionado separadamente eletrodo não consumível de tungstênio o arco é constrito por um bocal Todos os metais importantes em engenharia exceto Zn Be e suas ligas com espessura de até 15 mm passes de raiz Soldagem TIG Arco elétrico Contínua ou alternada eletrodo Argônio hélio ou misturas destes Manual ou automática eletrodo não consumível de tungstênio o arame é adicionado separadamente Soldagem de todos os metais exceto Zn Be e suas ligas espessura entre 1 e 6 mm soldagem de não ferrosos e aços inox passe de raiz de soldas em tubulações Soldagem por feixe eletrônico Feixe eletrônico Contínua alta tensão peça Vácuo 104 mm Hg Soldagem automática não há transferência de metal feixe de elétrons focalizado em um pequeno ponto Soldagem de todos os metais exceto nos casos de evolução de gases ou vaporização excessiva a partir de 25 mm de espessura indústria nuclear e aeroespacial Soldagem a laser Feixe de luz Argônio ou hélio Como acima Como acima corte de materiais não metálicos Soldagem a gás Chama oxiacetilênica Gás CO H2 CO2 H2O Manual arame adicionado separadamente Soldagem manual de açocarbono Cu Al Zn Pb e bronze soldagem de chapas finas e tubos de pequeno diâmetro Adaptado de Modenesi e Marques 2000 42 Unidade I Devido à tendência de reação do material fundido com os gases presentes na atmosfera a maioria dos processos por fusão utiliza algum meio de proteção para minimizar esse tipo de reação No quadro 2 vemos que um dos tipos de soldagem por fusão é a soldagem a arco observe da segunda à sexta linha que é o tipo de soldagem mais extensamente utilizado Na soldagem a arco a fonte de calor é um arco elétrico que funciona pela passagem de uma corrente elétrica do eletrodo para a peça e nessa situação o metalbase da peça participa da constituição da solda pela fusão com o material do eletrodo Nos processos de soldagem por pressão estão inclusas as soldagens por fricção por ultrassom e por resistência elétrica Lembrete O arco elétrico também chamado de arco voltaico ocorre quando uma descarga elétrica é produzida por uma ruptura dielétrica 21 Soldagem por fusão Na soldagem por fusão em que há a presença de um material de adição o calor gerado deve ser suficiente para fundir o material de adição e para permitir que ele combine com o material da peça 211 Metalurgia da solda por fusão O mais alto grau de soldabilidade por fusão é apresentado pelos metais que são capazes de formar uma série contínua de soluções sólidas Nesse tipo de solda é possível distinguir a zona de depósito do material de adição a zona onde existe a fusão entre o material de adição e o metalbase a zona onde o metalbase original sofreu alteração pelo aquecimento Na figura 25 observamos as zonas onde os fenômenos metalúrgicos ocorrem durante a soldagem de um aço 43 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 1500 1 3 2 1100 700 1300 900 Temperatura 500 Comprimento da zona Figura 25 Zonas em uma junta soldada Adaptada de Chiaverini 1986 p 165 A zona indicada por 2 na figura 25 corresponde à camada depositada obtida pela fusão do metal de enchimento e sua mistura com o metalbase 1 Uma zona afetada pelo calor conhecida como zona termicamente afetada ZTA está indicada por 3 Nessa região a estrutura do metalbase é modificada pelo aquecimento que acontece durante a soldagem e pelo resfriamento executado em seguida Na região marcada com 1 não ocorre qualquer alteração na estrutura do metalbase A figura 26 é um detalhamento da figura 25 Verificamos que na zona afetada pelo calor existem três subzonas a zona de superaquecimento a zona de normalização e a zona de recristalização incompleta Zona de depósito do metal da solda Zona de fusão Zona de superaquecimento Zona de normalização Zona de recristalização incompleta Zona sem alteração estrutural Zona de estrutura semelhante à do metal original Figura 26 Zonas de uma solda Fonte Chiaverini 1986 p 165 44 Unidade I 212 Soldagem com eletrodo revestido Na soldagem com eletrodo revestido o material de adição é fornecido por um eletrodo composto por um núcleo metálico alma revestido com uma camada de minerais eou outros materiais A alma do eletrodo conduz a corrente elétrica e serve como metal de adição A diferença de potencial existente entre a peça e o eletrodo permite a formação de um arco elétrico o qual será responsável pela geração do calor e pela condução do material de adição que será depositado na peça O revestimento gera os gases que protegem a região soldada da atmosfera e contém elementos que formarão uma escória depositada na superfície da região soldada O revestimento também pode conter elementos que são incorporados à solda o que influencia a composição química e as características metalúrgicas da região soldada A figura 27 ilustra o processo de soldagem com eletrodo revestido Sentido do movimento do eletrodo A B C G F D E Figura 27 Soldagem com eletrodo revestido A revestimento B vareta alma C gás de proteção D poça de fusão E metalbase F cordão depositado G escória solidificada Adaptada de httpscuttlywPv0845 Acesso em 15 fev 2022 Além de criar a atmosfera protetora para a região soldada e formar a escória o revestimento tem como funções a estabilização do arco elétrico e a manutenção do cordão de solda formado evitando descontinuidades A soldagem com eletrodo revestido normalmente feita de forma manual tem as características listadas a seguir É executada em materiais com espessura entre 2 e 200 mm Apresenta baixa produtividade Necessita de treinamento de pessoal para a operação 45 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Precisa de cuidados especiais com o transporte e o armazenamento dos eletrodos Ocorre na presença de gases gerados na operação de soldagem Tem custo baixo em comparação ao custo de outros tipos de processo de soldagem É versátil Apresenta fácil manuseio e possibilidade de trabalhar locais de difícil acesso Usa equipamentos que requerem pouco espaço físico Pode ser utilizada em peças feitas de aço ou de ligas não ferrosas Os eletrodos são classificados em função da resistência à tração da posição de soldagem em que eles podem ser usados do tipo de corrente elétrica a ser utilizada e da composição química A figura a seguir representa a forma pela qual um eletrodo revestido é designado Número que indica a posição de soldagem 1 todas as posições 2 plana e horizontal 3 somente plana Eletrodo para soldagem a arco elétrico AWS E XXXYZ Conjunto de dois ou três números que indicam a resistência do material em ksi 1 ksi 100 psi 6850 Pa Número que indica tipo de revestimento e corrente XX10 rev celulósico sódio CC XX20 rev ácido CC XXY1 rev celulósico potássio CC CA XXY2 rev rutílico sódio CC CA XXY3 rev rutílico potássio CC CC CA XXY4 rev rutílico pó de ferro CC CC CA XXY5 rev básico sódio CC XXY6 rev básico potássio CC CA XXY7 rev ácido pó de ferro CC CA XXY8 rev básico pó de ferro CC CA Figura 28 Designação de eletrodo revestido Adaptada de httpscuttlywPv2Tl0 Acesso em 15 fev 2022 Com relação aos equipamentos de soldagem basicamente são usadas unidades retificadoras que transformam corrente alternada em corrente contínua Nelas são acoplados cabos elétricos Ao polo negativo fica acoplada a peça a ser soldada e ao positivo o portaeletrodo A figura 29 mostra um equipamento usado na soldagem com eletrodo revestido 46 Unidade I Amperímetro Voltímetro Fonte Cabos Terra Eletrodo Grampoterra Arco Portaeletrodo Alma do eletrodo Eletrodo revestido Solda coberta pela escória Metalbase Figura 29 Equipamento usado na solda com eletrodo revestido Adaptada de Carraro 2017 p 4 A figura 30A mostra os eletrodos usados na soldagem com eletrodos revestidos e a figura 30B mostra uma unidade retificadora usada na solda por eletrodo revestido A B Figura 30 Eletrodos e unidade retificadora Fonte A Senai 2015 p 98 B IFSC sd p 13 O revestimento recobre a parte consumível do eletrodo alma que fornecerá o material de adição para a constituição da solda Saiba mais Para saber mais sobre o processo de soldagem com eletrodo revestido leia o capítulo 2b do livro indicado a seguir WAINER E BRANDI S D HOMEM DE MELLO F D Soldagem processos e metalurgia São Paulo Blucher 1992 47 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 213 Solda MIGMAG GMAW Uma maneira de proteger o metal do meio circundante da atmosfera é fazer a proteção com uma cobertura gasosa da zona onde o arco elétrico está ocorrendo Para isso aplicase um gás em volta do arco a fim de evitar que o eletrodo e o metalbase entrem em contato com o ar do meio ambiente Nesse processo geralmente são utilizados gases inertes como argônio Ar e hélio He Esses gases de proteção além de não permitirem que existam reações químicas do eletrodo e do metalbase com a atmosfera facilitam a transferência de elétrons do eletrodo para o metalbase o que gera uma solda homogênea O processo de soldagem GMAW gas metal arc welding ou soldagem a arco elétrico com atmosfera de proteção gasosa é um processo de alimentação constante de um arame consumível e não revestido com polaridade positiva que realiza a união de peças metálicas com polaridade negativa sob atmosfera de proteção gasosa A diferença entre o processo MIG e o processo MAG está no gás de proteção No processo MIG metal inert gas o gás de proteção é inerte e protege a região em que a solda está ocorrendo pela capacidade de impedir as reações com o oxigênio No processo MAG metal active gas o gás de proteção interage com a poça de fusão para a formação de camadas protetoras A figura 31 mostra um diagrama do sistema de soldagem MIGMAG Nesse diagrama podemos observar que o eletrodo arame é fornecido continuamente para a soldagem por meio de um alimentador Alimentador de eletrodo nu Bobina do eletrodo nu Controle de alimentação do eletrodo nu Pistola Terra Refrigeração da tocha Fonte de energia Reservatório de gás Figura 31 Diagrama do processo de soldagem MIGMAG Fonte Wainer Brandi e Homem de Mello 1992 p 101 A figura 32 um detalhe da figura 31 mostra em destaque o bocal e a região em que está ocorrendo a solda Podemos notar que o arame passa pelo centro do bocal e que entre eles existe um espaço por onde passa o gás de proteção 48 Unidade I Arameeletrodo Gás de proteção Tubo de contato Metal de solda solidificado Cabo de corrente Sentido da solda Bocal Gás de proteção Arco elétrico Metal de base Poça de fusão Figura 32 Soldagem no processo MIGMAG Os gases de proteção podem ser o argônio e o hélio no processo MIG o CO2 no processo MAG Esses gases dividemse quanto à composição que pode ser simples com apenas um tipo de gás composta com dois ou mais tipos de gás Basicamente o tipo de soldagem em estudo é aplicado nos mesmos materiais usados no processo de eletrodo revestido açoscarbono de baixa liga aços inoxidáveis materiais não ferrosos Na tabela 2 são apresentadas algumas composições de gases e sua utilização 49 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Tabela 2 Composição dos gases usados no processo MIGMAG Arame Gás Ar CO2 Ar CO2 Ar He Ar O2 Aços ao carbono e de baixa liga x 100 8 15 20 25 ou 50 de CO2 x x Aço inoxidável x x Até 4 de CO2 x 2 a 4 de O2 Alumínio e suas ligas 100 x x Até 25 de He x Cobre e suas ligas 100 x x Até 75 de He x Ligas de níquel 100 x x Até 75 de He x Fonte Processo sdc As características desse tipo de processo de soldagem são mencionadas a seguir Alto custo dos gases de proteção Difícil locomoção Fácil manuseio Fácil instalação constituída por uma tocha de soldagem e acessórios um motor de alimentação do arame e uma fonte de energia Processo sensível a correntes de ar Risco de inclusões provocadas pelo CO2 Elevada taxa de deposição do metal da solda Soldagem possível em várias posições Possibilidade de soldagem automatizada Não formação de escória Boa qualidade de solda Menor tempo de operação em comparação ao tempo do processo de soldagem com eletrodo revestido 50 Unidade I Saiba mais Para saber mais sobre o processo MIGMAG faça o que se sugere a seguir Acesse este site TUDO o que você precisa saber sobre o processo de soldagem MIGMAG Sumig 23 nov 2018 Disponível em httpscuttlyhPz8dgm Acesso em 15 fev 2022 Assista a este vídeo MIG welding technique taught by Old Timer sd 1 vídeo 1 min Disponível em httpsbitly3gOtjnb Acesso em 15 fev 2022 214 Solda TIG A soldagem pelo processo TIG tungsten inert gas também conhecida como processo GTAW gasshielded tungsten arc welding é um processo que utiliza um eletrodo sólido de tungstênio não consumível Nesse processo o eletrodo o arco e a área em volta da poça de fusão da solda são protegidos por uma atmosfera de gás inerte Quando necessário o metal de adição é colocado no limite da poça de fusão A soldagem pelo processo TIG produz uma solda limpa de alta qualidade e sem geração de escória o que diminui a chance de existirem inclusões no cordão de solda e reduz a necessidade de limpeza no final do processo A figura 33 mostra um cordão de solda sendo executado pelo processo TIG Bocal cerâmico Cordão de solda Metal de base Gás de proteção Arco elétrico Eletrodo de tungstênio Sentido da soldagem Metal de base Figura 33 Cordão de solda sendo executado pelo processo TIG 51 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Como características principais do processo de soldagem TIG temos o que segue Excelente controle da energia transferida para a peça devido ao controle independente da fonte de calor e da adição de metal de enchimento Processo aplicável para a maioria dos metais e suas ligas sendo particularmente adequado na soldagem de chapas finas e de materiais de difícil soldabilidade Grande visibilidade para o soldador Arco bastante estável Baixa distorção em virtude da baixa energia de soldagem Aplicação em todas as posições Boa aparência do cordão formado que exige pouca ou nenhuma limpeza Cordão com baixa sensibilização à corrosão intergranular Dificuldade para soldagem em campo influência do vento Inadequação para chapas com espessura maior do que 10 mm Alta emissão de ultravioleta e infravermelho Exigência de grande habilidade do soldador Custo mais alto dos equipamentos e produtividade menor em relação ao processo com eletrodo revestido O equipamento necessário para a execução de uma solda TIG é composto por uma fonte de energia com os respectivos cabos um sistema de alimentação do gás de proteção um sistema de refrigeração da tocha Na figura 34 encontramos um diagrama do sistema de soldagem TIG 52 Unidade I Fluxômetro Regulador Direção da soldagem Metal de adição Tocha Cabo 2 Peça de trabalho Cabo 1 Fonte de potência Cilindro do gás de proteção Figura 34 Diagrama de um sistema de soldagem TIG Fonte Lermen 2011 p 3 Com relação à fonte energia ela pode ser de corrente contínua CC usada na soldagem de aços e suas ligas de corrente alternada CA usada na soldagem de metais não ferrosos A figura 35 mostra uma fonte energia encontrada no mercado Cabo para ligar no metalbase Fonte de energia Tocha Figura 35 Fonte de energia de um sistema de soldagem TIG Adaptada de Correia 2017 O quadro 3 mostra os tipos de corrente usados e as características dos cordões de solda obtidos pelo processo TIG 53 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Quadro 3 Tipos de corrente e características dos cordões obtidos pelo processo TIG Características Corrente contínua Corrente alternada Direta CC Inversa CC CA Objetivo Penetração profunda e preservação do tungstênio Penetração rasa e efeito limpeza de óxido superficial Preservação do W e efeito limpeza a cada meiociclo Aplicação Açoscarbono baixaalta liga inoxidáveis prata e cobre e ligas revestimentos Viável para soldagem de pequenas espessuras Alumínio magnésio e suas ligas Eletrodo de W capacidade de suportar corrente sem fundir Ótima podese usar altos valores de corrente Pobre somente para baixos valores de corrente Boa podese usar valores intermediários de corrente Ação de limpeza do óxido na soldagem de Al e Mg e suas ligas Não Sim Sim a cada meiociclo Balanço de calor no arco aprox 70 na peça 30 no eletrodo 30 na peça 70 no eletrodo 50 na peça 50 no eletrodo Fluxo de elétrons Penetração e e e Adaptado de Processo sdd Saiba mais Para saber mais sobre o processo TIG faça o que se indica a seguir Acesse este site SOLDAGEM TIG Walter sd Disponível em httpscuttlypPz0IZZ Acesso em 15 fev 2022 Leia o conteúdo e assista aos vídeos presentes neste site O QUE É TIG guia completo de soldagem TIG Aventa 14 ago 2018 Disponível em httpscuttlyXPzVXht Acesso em 15 fev 2022 Leia o capítulo 13 deste livro MARQUES P V MODENESI P J BRACARENSE A Q Soldagem fundamentos e tecnologia Belo Horizonte UFMG 2009 54 Unidade I 22 Soldagem por resistência Na soldagem por resistência a união entre as partes é feita pela fusão delas em uma pequena área de contato entre as superfícies a serem soldadas A fusão ocorre por meio do calor gerado pela passagem de corrente elétrica que pelo efeito Joule aquece as peças a serem soldadas até que aconteça a fusão entre elas Entre os processos de soldagem por resistência podemos citar os que seguem Soldagem por ponto Soldagem por projeção Soldagem por costura Soldagem de topo A figura 36 mostra esquematicamente a solda por ponto a solda por costura e a solda por projeção Eletrodos Eletrodos Eletrodos Antes Depois A B C Figura 36 Soldas por resistência A por ponto B por costura C por projeção Adaptada de Loureiro 2016 p 16 A soldagem por ponto consiste em um processo no qual as superfícies são unidas por meio de um ou mais pontos onde são aplicados calor e pressão A figura 37 mostra uma soldagem por ponto sendo executada em duas chapas 55 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Figura 37 Solda por ponto executada em duas chapas Fonte Soldagem por resistência 2013 Para realizar uma solda por ponto duas ou mais partes são colocadas sobrepostas e pressionadas pelos eletrodos a fim de que seja garantido um bom contato elétrico Após isso é feita a passagem da corrente elétrica que irá aquecer a área em contato até que ocorra a fusão entre as partes A figura 38 mostra a sequência básica de um ciclo de soldagem por ponto Nessa figura Fe representa a força de compressão entre as partes e Is representa a intensidade da corrente de soldagem O tempo compreendido entre as fases 1 e 6 é chamado de tempo de soldagem Eletrodo móvel Eletrodo fixo Término da passagem de corrente Início da passagem de corrente Pressão entre as partes 1 2 3 4 5 6 Tempo Is Fe Figura 38 Ciclo de uma solda por ponto 56 Unidade I No processo de soldagem por projeção a corrente e o calor ficam localizados em um ou mais pontos já predeterminados pelo projeto que podem estar em uma ou mais peças Previamente à soldagem as peças são conformadas para que possam adquirir as formas da projeção A figura 39 mostra uma peça soldada por projeção Solda Figura 39 Peça soldada por projeção Adaptada de Satyro et al sd Podemos entender a soldagem por costura como uma solda por ponto contínua Nesse processo de soldagem os eletrodos são roldanas ou barras que promovem a soldagem das partes o que forma uma linha de solda chamada de costura A base do processo é a mesma da solda por ponto entretanto a soldagem é feita em infinitos pontos justapostos A figura 40 é uma ilustração de uma máquina de solda elétrica para a produção de costuras Roda superior Roda de fricção Peça Roda inferior Abertura Figura 40 Ilustração de máquina de solda por costura Adaptada de Soldagem por resistência 2013 Com relação à soldagem de topo ela pode ser dividida em dois tipos de processo soldagem de topo por resistência pura soldagem de topo por centelhamento 57 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Na soldagem de topo por resistência pura a união das peças ocorre na área de contato entre as partes Elas são pressionadas uma contra a outra até que o calor gerado pela passagem da corrente elétrica faça com que a fusão aconteça Esse tipo de soldagem é utilizado normalmente para unir arames barras chapas e tubos com no máximo 15 mm de diâmetro A figura 41 é uma representação esquemática de uma solda elétrica de topo Eletrodo fixo Faíscascentelhas Eletrodo móvel Solda de materiais Figura 41 Solda de topo Saiba mais Para saber mais sobre o processo de soldagem por resistência leia o capítulo 4 do livro indicado a seguir WAINER E BRANDI S D HOMEM DE MELLO F D Soldagem processos e metalurgia São Paulo Blucher 1992 Assista aos vídeos indicados a seguir PONTADEIRAsolda ponto Fusion Point linha mecânica 2020 1 vídeo 258 min Publicado pelo canal Fusion Point Disponível em httpsbitly33uJIdm Acesso em 15 fev 2022 SOLDA por resistência tipo costura conjunto solda e calandra para boiler 2009 1 vídeo 206 min Publicado pelo canal Jack Rocha Disponível em httpsbitly3GTIMwH Acesso em 15 fev 2022 SOLDAGEM por resistência 2013 1 vídeo 322 min Publicado pelo canal Heitor Pinto Coelho Disponível em httpsbitly3rSZGHE Acesso em 15 fev 2022 58 Unidade I 221 Juntas soldadas São denominadas juntas soldadas as regiões nas quais as peças são unidas por meio do processo de soldagem Entre os diferentes tipos de junta soldada os mais comuns são junta de topo junta canto junta em ângulo junta sobreposta e junta em aresta A figura 42 mostra esses tipos de junta A B D C E Figura 42 Tipos de junta soldada A junta de topo B junta de canto C junta em ângulo D junta sobreposta E junta em aresta As superfícies a serem soldadas devem ser preparadas para que exista a fusão entre as peças e quando há material de adição do material da solda Isso é particularmente importante nas juntas soldadas de topo e em aresta O chanfro a ser executado depende da espessura das peças soldadas e da região onde ocorrerá a solda Os tipos de chanfro estão representados na figura 43 A B D C E Figura 43 Tipos de chanfro usados nas juntas soldadas A chanfro reto ou I B chanfro duplo V ou X C chanfro V D chanfro duplo ½ V ou K E chanfro ½ V O chanfro reto também conhecido como I é usado na soldagem de placas com espessura entre 5 e 6 mm O chanfro duplo V também conhecido como X é projetado em função da espessura da peça do material do processo de soldagem a ser adotado das dimensões da peça e da facilidade de acesso à região da solda o que permite a redução de até 50 do volume total do material a ser soldado Esse tipo de chanfro possibilita soldar placas com espessura entre 15 e 40 mm 59 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Os chanfros do tipo K também conhecidos como duplo ½ V são recomendados para soldar placas com espessura superior a 16 mm Os chanfros V e ½ V são usados para chapas de até 15 mm Nesses tipos de chanfro esperase que a solda penetre até que ela seja visível no lado da chapa em que não foi feito o chanfro Lembrete Entre os diversos tipos de chanfro o mais comum é o tipo V Observação O tipo de junta é caracterizado pela posição relativa entre as partes a serem soldadas Determinado tipo de junta pode ser obtido por mais de um processo de soldagem Saiba mais Para saber mais sobre as juntas soldadas e os tipos de chanfros acesse o site indicado a seguir LAGARES JÚNIOR M L Processos de fabricação III soldagem conceitos gerais sd Disponível em httpsbitly3H2aN57 Acesso em 15 fev 2022 Exemplo de aplicação A soldagem pode ser considerada o mais importante processo de união entre peças metálicas pois existem muitos tipos de soldagem que permitem a união entre diversos tipos de material Em muitas aplicações a soldagem pode complementar outros processos de união e de fabricação ou competir com eles o que significa que a escolha do processo a ser adotado tem influência sobre a qualidade final do produto Com relação aos processos MIGMAG e TIG analise as afirmativas I O processo MIG usa um gás de proteção inerte e a adição de material na solda é feita pelo eletrodo II O processo MAG usa um gás ativo que irá reagir com a poça de fusão para evitar a formação de escória e a adição de material é feita por uma vareta de adição que não faz parte do eletrodo 60 Unidade I III O processo TIG usa um eletrodo de tungstênio e um gás inerte de proteção para evitar a formação de óxidos na solda O material de adição é colocado nos limites da poça de fusão É correto apenas o que se afirma em A I B II C III D II e III E I e III Resolução Vamos analisar cada uma das afirmativas presentes no exemplo A afirmativa I é correta pois no processo MIG o gás de proteção é um gás inerte que forma uma atmosfera protetora para a zona da solda Nesse processo o eletrodo é um arame consumível que além de provocar a diferença de potencial entre o eletrodo e a peça faz a alimentação da solda A afirmativa II é incorreta pois embora no processo MAG o gás de proteção seja um gás ativo isto é ele reage com o material da solda para evitar a formação de escória a adição do material é feita pelo eletrodo A diferença básica entre o processo MIG e o processo MAG está no gás de proteção A afirmativa III é correta pois a soldagem pelo processo TIG é um processo que utiliza um eletrodo sólido de tungstênio não consumível Nesse processo o eletrodo o arco e a área em volta da poça de fusão da solda são protegidos por uma atmosfera de gás inerte e quando necessário o metal de adição é colocado no limite da poça de fusão Como as únicas afirmativas corretas são a I e a III a alternativa certa é a E 3 PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO NA FABRICAÇÃO MECÂNICA Nem sempre a estrutura de um material obtido por fundição é adequada para determinadas aplicações O mesmo pode ser dito com relação à forma ao acabamento e às dimensões Para a obtenção de propriedades mais compatíveis com as desejadas os metais passam por outros tipos de processamento que visam a gerar a forma almejada e as propriedades mecânicas necessárias Esses processos são chamados de processos primários 61 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Os processos primários também conhecidos como processos de conformação mais comuns são laminação extrusão trefilação forjamento Em função do tipo de esforço aplicado a conformação mecânica para a produção de peças metálicas pode ser classificada em CHIAVERINI 1986 processos de compressão direta processos de compressão indireta processos de tração processos de dobramento ou flexão processos de cisalhamento A figura 44 mostra alguns exemplos típicos das categorias citadas Forjamento Trefilação Laminação Compressão direta Tração Flexão Compressão indireta Estiramento Calandragem Dobramento Embutimento estampagem profunda Extrusão Figura 44 Exemplos de processos de conformação e suas categorias Adaptada de Rego e Faria sdc p 16 62 Unidade I O forjamento e a laminação são exemplos de compressão direta Nesses processos a conformação se dá diretamente pela compressão existente entre as partes das ferramentas ou máquinas e as peças A trefilação a extrusão e a estampagem profunda são processos de compressão indireta Na trefilação por exemplo é aplicada uma força de tração na peça e a conformação ocorre em virtude da compressão entre a peça e a ferramenta Saiba mais Para saber mais sobre os processos de fabricação por conformação leia o capítulo 3 do livro indicado a seguir KIMINAMI C S CASTRO W B OLIVEIRA M F Introdução aos processos de fabricação de produtos metálicos São Paulo Blucher 2018 A seguir serão descritos alguns processos de conformação 31 Laminação A laminação consiste em modificar a seção transversal de uma barra de metal por sua passagem entre dois cilindros A figura 45 é a representação de uma barra de espessura H sendo laminada e tendo a espessura reduzida para h Cilindro Cilindro h H Sentido da rotação do cilindro Sentido da rotação do cilindro Sentido do movimento da chapa Figura 45 Chapa tendo sua espessura reduzida por meio de laminação 63 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO São encontrados vários tipos de laminador destinados aos mais diversos fins Com relação à sua forma construtiva e ao seu funcionamento os laminadores podem ser duos trios quádruos reversíveis não reversíveis etc A figura 46 mostra alguns tipos de laminador A B C D E F Cilindros horizontais Cilindros verticais Figura 46 Tipos de laminador A laminador duo não reversível B laminador duo reversível C laminador trio D laminador quádruo E laminador Sendzimir F laminador universal Disponível em httpscuttlygPbqufJ Acesso em 15 fev 2022 Os laminadores duos são aqueles que têm apenas dois cilindros Esse tipo de laminador pode ser reversível figura 46B quando a rotação de seus cilindros pode ser invertida ou não reversível figura 46A quando a rotação de seus cilindros não pode ser invertida Os laminadores trios são os constituídos por três cilindros como mostra a figura 46C Nesse tipo de laminador o cilindro do meio comportase como o cilindro superior quando a barra vai da esquerda para a direita e comportase como o cilindro inferior quando a barra vai da direita para a esquerda Os laminadores quádruos são laminadores nos quais existem dois cilindros de trabalho e dois cilindros de apoio Esse tipo de laminador está representado na figura 47 64 Unidade I Cilindro de apoio Cadeira Cilindros de trabalho Cilindro de apoio Figura 47 Laminador quádruo Adaptada de Monteiro 2012 p 19 A figura 48 é uma representação esquemática de um laminador quádruo A B C G D E F Figura 48 Representação esquemática de um laminador quádruo A motor de acionamento dos cilindros B redutor C eixo de transmissão D servoválvula E travessas F montantes G transdutor de pressão Fonte Bielskis 2006 p 6 O laminador quádruo é indicado para a laminação de chapas finas cujo controle de espessura se torna difícil com o laminador duo Uma observação importante a ser feita com relação à laminação é que quanto mais fina for a chapa a ser laminada menor será o diâmetro do cilindro de trabalho para a laminação Assim quando se deseja 65 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO laminar espessuras muito finas como as encontradas nas folhas de alumínio para uso doméstico que estão na ordem de 0005 mm os cilindros de trabalho têm diâmetro muito pequeno e necessitam de cilindros de apoio para evitar sua flexão Os laminadores indicados para a laminação de folhas de alumínio são os do tipo Sendzimir Nesse tipo de laminador além dos cilindros de trabalho são encontrados 18 cilindros de apoio nove para cada cilindro de trabalho A figura 49 mostra a lateral de um laminador Sendzimir com destaque para os cilindros de trabalho e os de apoio Cilindros de apoio do cilindro de trabalho superior Cilindros de apoio do cilindro de trabalho inferior Cilindros de trabalho Figura 49 Cilindros de trabalho e cilindros de apoio em um laminador Sendzimir Adaptada de Krelling sdb Em função do diâmetro do cilindro existe uma espessura mínima abaixo da qual não é possível realizar a redução desejada Além do diâmetro do cilindro essa espessura é função do tipo de material a ser laminado A tabela 3 mostra para o aço inoxidável AISI 304 a espessura mínima que pode ser laminada para alguns diâmetros de cilindros 66 Unidade I Tabela 3 Espessura mínima de laminação Diâmetro do cilindro mm Espessura mínima laminada mm 400 090 300 066 200 045 130 030 Fonte Penteado 2000 Saiba mais Para saber um pouco mais sobre laminação assista a este vídeo CST laminação 2010 1 vídeo 436 min Publicado pelo canal Ouronegropeg Disponível em httpsbitly3JxSKFJ Acesso em 15 fev 2022 Para saber um pouco mais sobre laminação e ver um laminador Sendzimir em operação assista a este vídeo 20 ROLL high mill Skoda 2009 1 vídeo 123 min Publicado pelo canal maquitos1 Disponível em httpsbitly3HVUwQt Acesso em 15 fev 2022 32 Extrusão A extrusão é um processo no qual um bloco metálico é comprimido dentro de uma câmara e forçado a escoar através de uma matriz cuja forma irá determinar a seção transversal do produto resultante Na extrusão a conformação acontece pela compressão entre o bloco e as paredes da ferramenta A figura 50 é um exemplo de um tarugo sendo extrudado Tarugo Câmara Pressão Perfil extrudado A1 A0 Matriz Figura 50 Perfil sendo extrudado em uma matriz para extrusão A figura 51 mostra o processo de fabricação por extrusão de um perfil de alumínio Nessa figura um tarugo de alumínio é forçado dentro de uma câmara em cuja extremidade há uma ferramenta matriz vazada com o formato da seção com o perfil que se deseja 67 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Revestimento do container Tarugo Matriz Suporte posterior da matriz Extrudado Placa de aplicação de pressão Pistão Container Figura 51 Processo de extrusão Fonte Carvalho 2013 p 4 A figura 52 mostra a sequência para a obtenção de um perfil Tarugo Carcaça portamatriz Feeder Anel alimentador BA Backer Encosto Perfil extrudado BO Bolster Encosto Ferramenta sólida Força de extrusão Figura 52 Sequência para a obtenção de um perfil extrudado Fonte Extrusão sda p 45 Em função da temperatura do material a extrusão pode ser a quente ou a frio A extrusão a frio é feita na temperatura ambiente e a extrusão a quente é feita em temperaturas nas quais o esforço para a extrusão é menor do que o esforço necessário para a extrusão a frio Na tabela 4 estão listados alguns materiais e as respectivas temperaturas usadas para a extrusão a quente Tabela 4 Faixas de temperatura de extrusão para alguns metais Metal Temperatura C Chumbo 200250 Alumínio e suas ligas 375475 Cobre e suas ligas 650950 Aços 8751300 Adaptada de Krelling sda p 5 68 Unidade I Quanto ao movimento do material em relação à ferramenta a extrusão pode ser direta ou indireta Na extrusão direta o material flui no mesmo sentido do movimento do pistão êmbolo que aplica a pressão no sistema Na extrusão indireta o material flui no sentido oposto ao do movimento do pistão A figura 53A mostra a extrusão direta e a figura 53B mostra a extrusão indireta Movimento do êmbolo Pistão B A Produto extrudado Matriz Figura 53 Extrusão direta e extrusão indireta Adaptada de Rego e Faria sdb p 8 Saiba mais Para saber um pouco mais sobre extrusão assista a este vídeo A EXTRUSÃO do alumínio 2013 1 vídeo 314 min Publicado pelo canal Poliformas Alumínios e Ferragens Disponível em httpsbitly34IfDaW Acesso em 15 fev 2022 33 Trefilação De maneira análoga à extrusão a trefilação é um processo de deformação que força a passagem de uma barra por uma seção de área menor do que a sua A diferença básica entre a trefilação e a extrusão está na forma pela qual o material é forçado a passar pela matriz Vimos que na extrusão o material é empurrado dentro da ferramenta para a conformação Na trefilação o material é puxado para dentro da ferramenta Ou seja o processo de trefilação consiste em fazer passar o material através de uma matriz em forma de canal convergente fieira ou trefila utilizandose uma força de tração aplicada na saída da matriz Esse tipo de operação é muito usado na fabricação de fios A figura 54 é uma representação gráfica de uma trefilação de fios 69 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Rolos de tração Rolo de fio trefilado Fieira Rolo de vergalhão Detalhe da fieira Saída Entrada Figura 54 Produção de fios por meio de trefilação Na fabricação de fios a matriz de trefilação é conhecida como fieira Na figura 55A estão mostradas algumas matrizes para trefilação e na figura 55B está mostrado o detalhe construtivo de uma fieira A B Núcleo de metal duro embutido Estojo de aço Figura 55 Fieiras e detalhe construtivo de uma fieira Fonte Aula 7 sd p 21 Para a fabricação de fios é necessário que o metal passe por fieiras de diâmetros cada vez menores até que o diâmetro final desejado seja alcançado Na figura 56 é possível observar um equipamento para a fabricação de fios que tem oito estações de redução de diâmetro 70 Unidade I Figura 56 Equipamento para a produção de fios com oito estações de redução de diâmetro Disponível em httpscuttlyQPbyiVc Acesso em 15 fev 2022 Uma das aplicações da trefilação é a fabricação de tubos Nesse sistema é aplicado um mandril flutuante que é empurrado pelo material ao ser forçado a passar pela matriz Na figura 57 podemos ver a redução de dimensões que está ocorrendo em um tubo trefilado Entrada Saída Fieira Mandril flutuante Figura 57 Mandril flutuante em uma fieira de extrusão para tubos Note que na figura 57 são reduzidos o diâmetro e a espessura do tubo com o auxílio do mandril flutuante que fica preso pelo esforço existente entre o material e a ferramenta 71 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Saiba mais Para saber mais sobre trefilação leia o capítulo 6 do livro indicado a seguir FERREIRA R A S Conformação plástica fundamentos metalúrgicos e mecânicos Recife UFPE 2006 Para saber mais sobre trefilação de tubos assista ao vídeo indicado a seguir FABRICAÇÃO do tubo de cobre fábrica Eluma 2018 1 vídeo 1548 min Publicado pelo canal Carlos Djones Disponível em httpsbitly3gWX0SM Acesso em 15 fev 2022 34 Forjamento O forjamento é um processo de deformação plástica que agindo por choque ou por pressão produz uma peça com um formato determinado Ele é o mais antigo processo de conformação de metais e tem origem no trabalho de ferreiros que existiam antes de Cristo A figura 58 é um exemplo de peça fabricada por forjamento a partir de um cilindro de aço 1 2 3 4 5 6 Figura 58 Forjamento em seis etapas Adaptada de Balancin 2015 A figura 58 mostra as fases de forjamento que sofre um cilindro de aço o qual após ser aquecido e passar por seis etapas de forjamento transformase no gancho apresentado na etapa 6 Como em toda operação de conformação as operações de forjamento podem ser feitas a quente ou a frio No forjamento a quente a temperatura de trabalho deve ficar acima da temperatura de recristalização para evitar os efeitos do encruamento que ocorre no forjamento a frio Além disso a 72 Unidade I força usada na conformação das peças no forjamento a quente é menor do que a força necessária para o forjamento a frio Consideramos forjamento a quente quando a temperatura de trabalho for próxima a 60 da temperatura de fusão e consideramos forjamento a frio quando a temperatura for menor que 30 da temperatura de fusão Com relação às máquinas frequentemente usadas nas operações de forjamento são encontrados os martelos de forjamento e as prensas A diferença das operações nessas máquinas está na forma como o material sofre a conformação Nos martelos o material sofre sucessivos golpes até que fique com a geometria desejada e nas prensas o material é conformado em um único golpe A figura 59 mostra um martelo pneumático e uma prensa usados nas operações de forjamento Martelo Prensa de fuso Figura 59 Martelo e prensa usados em forjamento Adaptada de Souza 2015 p 51 e 54 341 Tipos de forjamento Em função das ferramentas e das máquinas usadas o forjamento pode ser classificado em forjamento com matriz aberta também conhecido como forjamento livre ou em forjamento com matriz fechada No forjamento livre o material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples que normalmente não se tocam Em geral ele é usado na fabricação de peças com grande volume e geometria simples 73 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Nesse tipo de forjamento a máquina mais comumente usada é o martelo de forjamento A figura 60 mostra um anel de aço sendo conformado a quente em um forjamento livre Figura 60 Forjamento livre de um anel de aço Fonte Processo de forjamento sdb p 12 A figura 61 apresenta um martelo para forjamento produzindo uma peça circular A mesa inferior do equipamento é fixa e a superior aplica sucessivos golpes no metal que se encontra entre elas até que ele fique com a forma da peça desejada Mesa móvel Mesa fixa Figura 61 Martelo para forjamento Adaptada de Souza 2015 p 51 O forjamento em matriz fechada é usado para a fabricação de peças cuja geometria é mais detalhada do que a geometria das peças produzidas pelo forjamento livre Além disso no forjamento em matriz fechada é possível obter tolerâncias dimensionais mais estreitas que no processo de forjamento livre Nesse tipo de forjamento a deformação ocorre em uma cavidade fechada formada pelas duas metades de uma matriz onde a peça é deformada até que se obtenha a forma desejada para o metal A limitação da deformação imposta pela matriz permite obtermos peças com tolerâncias dimensionais menores do que as existentes no forjamento livre 74 Unidade I A figura 62 mostra uma peça sendo forjada com uma matriz fechada Matriz inferior Peça Matriz superior Matriz usada para a fabricação de um virabrequim Figura 62 Peça sendo forjada em matriz fechada Adaptada de Pinto 2017 p 15 Nem sempre é possível obtermos a peça em um único golpe da prensa muitas vezes a geometria da peça demanda a existência de várias etapas de forjamento até que a forma seja obtida Esse é o caso da peça da figura 63 em que são necessárias quatro etapas até que a peça tenha a forma e as dimensões requeridas no projeto Peça com o sobremetal recortado Sobremetal Cavidade para o sobremental bacia Mesa inferior fixa Mesa superior móvel 1 3 2 4 2 3 4 1 Figura 63 Etapas de um forjamento em matriz fechada Adaptada de Forjamento sd p 13 75 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Nas etapas 3 e 4 da figura 63 podemos observar a existência de um sobremetal que é retirado em etapa posterior para que seja possível a obtenção da peça Como a existência do sobremetal é prevista no projeto da ferramenta notamos uma cavidade bacia na ferramenta destinada a acomodar o material Saiba mais Para saber mais sobre forjamento assista a este vídeo FORJAMENTO em matriz fechada 2014 1 vídeo 201 min Publicado pelo canal Gustavo Simão Disponível em httpsbitly3545nJz Acesso em 15 fev 2022 Para saber mais sobre forjamento leia a indicação a seguir MORO N AURAS A P Processos de fabricação conformação mecânica I generalidades laminação e forjamento 2007a Disponível em httpscuttlymPzpFsJ Acesso em 15 fev 2022 4 PROCESSOS DE ESTAMPAGEM Qualquer processo de corte ou de conformação de chapas em operações feitas a frio pode ser classificado como um processo de estampagem As três operações básicas da estampagem são o corte a dobra e o embutimento também conhecido como repuxo Ou seja entendese por estampagem toda operação executada em prensas que envolva corte dobra ou embutimento A figura 64 mostra uma peça que foi obtida por processos de estampagem Nela além do corte do perímetro externo da peça é possível observarmos os furos feitos pelo processo de corte as dobras e os repuxos Repuxo Dobra Corte Figura 64 Peça obtida por processos de estampagem 76 Unidade I 41 Corte por estampagem As operações de corte consistem na separação de uma chapa mediante um golpe da prensa em uma parcela de material com contornos bem definidos Isso é feito por meio de uma ferramenta chamada de estampo de corte A figura 65 mostra uma tira de metal e a peça obtida em uma operação de estampagem Punção Matriz Tira de metal Peças Figura 65 Tira e peças obtidas por uma operação de corte em prensa Adaptada de Estampagem sda p 9 Observação As ferramentas usadas nos processos de estampagem são conhecidas por estampos A figura 66 mostra as partes constituintes de um estampo de corte para a fabricação de uma peça por estampagem A parte móvel do estampo é presa ao cabeçote da prensa que apresenta movimento alternativo de aproximação e afastamento da parte fixa que é fixada na mesa da prensa 77 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Cabeçote da prensa Mesa da prensa A B G F M C D E H I J K L Figura 66 Partes de um estampo de corte A espiga B cabeçote C placa de choque D portapunção E punção F colunas de guia G buchas H pinos de fixação I parafusos J extrator K guias da chapa L matriz M base inferior Adaptada de Marcondes sd p 2 Quando se introduz uma tira de metal na canaleta da matriz espaço entre os dois guias da chapa item K da figura 66 o movimento da parte móvel faz com que partes da tira sejam cortadas pelo punção originando peças e retalhos como os mostrados na figura 67 Tira Peça Figura 67 Peça e tira obtidas pelo estampo da figura 66 Para que o corte seja possível é necessário que exista uma folga entre o punção e a matriz isto é o punção deve ser menor do que a matriz Essa folga não pode ser muito grande pois folgas muito grandes provocam o aparecimento de rebarbas na peça e não pode ser muito pequena já que folgas muito pequenas provocam trincas na ferramenta 78 Unidade I Em geral a folga está relacionada à espessura e ao material a ser cortado Como valores orientativos podemos destacar os apresentados na tabela 5 Tabela 5 Folgas entre punção e matriz Material Folga Aço 5 a 8 da espessura da chapa Latão 4 a 8 da espessura da chapa Cobre 6 a 10 da espessura da chapa Alumínio 3 da espessura da chapa Duralumínio 7 a 8 da espessura da chapa Adaptada de Oliveira sd Saiba mais Para saber mais sobre corte assista a estes vídeos PNEUMATIC punch press feeder 2011 1 vídeo 204 min Publicado pelo canal mekanizmalar Disponível em httpsbitly3oUYT75 Acesso em 15 fev 2022 PRENSA de três cortes 2012 1 vídeo 121 min Publicado pelo canal Precisão Ferramentaria Disponível em httpsbitly3GXh8iv Acesso em 15 fev 2022 Leia o capítulo 1 do livro indicado a seguir MARCOS F Corte e dobragem de chapas São Paulo Hemus 2007 42 Embutimento O processo de estampagem profunda embutimento profundo ou repuxo é um processo de fabricação cuja matériaprima é uma chapa metálica plana que por conformação plástica é transformada em diferentes formas geométricas com saliências profundas ou rasas Lembrete A chapa metálica usada no processo de embutimento tem dimensões predeterminadas e é conhecida como recorte geratriz ou blank 79 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO A figura 68 mostra exemplos de peças que foram obtidas por embutimento profundo Tanque de combustível Catalisador Figura 68 Peças obtidas por embutimento profundo Adaptada de Estampagem ou conformação de chapas sdb p 28 As ferramentas usadas nas operações de embutimento são constituídas por três partes principais a matriz o punção e o sujeitador A figura 69 é a representação de uma peça sendo conformada pelo processo de embutimento Nessa figura estão indicadas as partes principais da ferramenta A Recorte Peça sendo conformada B C Figura 69 Peça sendo conformada por embutimento profundo A punção B matriz C sujeitador Adaptada de Rego e Faria sda p 15 Assim com relação às partes constituintes de uma ferramenta de embutimento podemos dizer que ele é um processo utilizado para fazer com que o blank adquira a forma de uma matriz imposta pela ação de um punção 80 Unidade I O processo é empregado na fabricação de peças de uso diário paralamas utensílios domésticos e rodas por exemplo Na operação de embutimento além da força exercida pelo punção é aplicada no recorte pelo conjunto matrizsujeitador uma força de compressão cuja função é evitar a formação de pregas na chapa Essas pregas impediriam a passagem da chapa pela folga existente entre o punção e a matriz A figura 70 mostra uma peça que ao ser embutida apresentou a formação de pregas Pregas Figura 70 Formação de pregas no embutimento Adaptada de Processo de estampagem sda p 22 A figura 71 mostra uma peça que a partir do recorte sofre seis operações de estampagem para chegar à sua configuração final Note que a aba presente em todas as operações é plana Essa planicidade é função da ação do sujeitador Recorte Peça 1 4 5 6 2 3 Figura 71 Sequência de operações de uma peça fabricada por estampagem Adaptada de Rego e Faria sda p 23 Podemos notar que na peça da figura 71 as quatro primeiras operações são operações de embutimento Na operação 5 é feito o corte do excesso de material existente no perímetro da peça Na operação 6 são feitos os furos Ou seja a peça é fabricada por quatro operações de embutimento e duas operações de corte 81 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO A necessidade de várias etapas para a obtenção de uma peça não é exclusiva de peças mais elaboradas como a apresentada na figura 69 Mesmo em peças simples como nos recipientes metálicos para bebidas são necessárias várias etapas até que se consiga o formato desejado Na figura 72 podemos ver as etapas de embutimento para a obtenção de um desses recipientes 1 2 3 4 Figura 72 Etapas de embutimento para a obtenção de recipiente metálico para bebida Adaptada de Torres sd p 6 Note que em toda operação de embutimento existirá deslizamento entre a chapa e a ferramenta Isso significa que as superfícies devem estar lubrificadas e livres de imperfeições Essas características reduzem os esforços de conformação e o desgaste da ferramenta Os óleos normalmente indicados para essas operações são os óleos do tipo EP extrema pressão que devem garantir a presença do lubrificante entre as partes mesmo em situações de grandes compressões Além disso esses lubrificantes devem proporcionar boa proteção contra a corrosão da chapa devem ser de fácil desengraxe e não devem levar à oxidação do material da ferramenta Geralmente são óleos minerais com uma série de aditivos Cl Pb P gorduras orgânicas etc Observação Os óleos do tipo EP contêm aditivos que formam um revestimento superficial e impedem que duas superfícies metálicas se unam quando submetidas a alta pressão de contato Os aditivos de extrema pressão reagem com o metal das superfícies e formam compostos que reduzem o atrito entre as peças Outro fator a levar em conta em uma operação de embutimento é a folga que deve existir entre o punção e a matriz Essa folga deve permitir que a chapa deslize pela ferramenta sem que exista alteração em sua espessura 82 Unidade I Na figura 73 que é a representação de uma ferramenta para embutimento de um copo cilíndrico a folga está representada pela dimensão f B A C D f Figura 73 Ferramenta de embutimento para copos cilíndricos A sujeitador B punção C matriz D chapa A folga é função da espessura e do material da peça que está sendo embutida Na tabela 6 são apresentadas as formas de determinação da folga para alguns materiais tendo como parâmetro a espessura da chapa e Tabela 6 Folgas entre punção e matriz no embutimento Material Folga f Açocarbono e e 0 07 10 Alumínio e e 0 02 10 Metais não ferrosos em geral e e 0 04 10 Materiais resistentes ao calor e e 0 02 10 Adaptada de Repuxo sd 83 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Saiba mais Para saber mais sobre embutimento profundo leia o capítulo 2 deste livro CAVALER L C C SCHAEFFER L Fundamentos da estampagem incremental de chapas aplicados ao aço AISI 304L Curitiba Appris 2018 Acesse os links indicados a seguir EMBUTIMENTO de panela 2014 1 vídeo 1 min Publicado pelo canal Gustavo Simão Disponível em httpsbitly3rV3Mz1 Acesso em 15 fev 2022 OPERAÇÕES de estampagem profunda ou embutimento CIMM sd Disponível em httpscuttlyBPzL1oi Acesso em 15 fev 2022 43 Dobramento O processo de dobramento e o processo de calandragem são exemplos de dobramento ou flexão Nesses processos é aplicada força no centro da distância entre os apoios da chapa que sofre flexão de tal forma que o momento de maior intensidade fique no ponto de aplicação da força A figura 74A mostra uma chapa sendo dobrada em uma dobradeira e a figura 74B mostra uma barra sendo dobrada pelo processo de calandragem Aplicação da força Cilindro de apoio Cilindro de apoio Cilindro de aplicação do esforço Aplicação da força de dobramento Matriz Punção Ponto de aplicação da força de dobramento Pontos de apoio Chapa A B Figura 74 Chapa sendo dobrada Adaptada de A Dobramento de chapas sd B Almeida 2014 p 6 84 Unidade I Basicamente o processo de dobramento pode ser classificado em dois tipos dobramento livre dobramento em matriz No dobramento livre os ângulos da dobra são determinados pelo curso do punção Nessa operação exigese o controle exato do curso do punção para que seja obtido o ângulo de curvatura desejado No dobramento em matriz o ângulo da dobra é obtido pela limitação imposta pela ferramenta A figura 74A mostra uma operação de dobramento em matriz e a figura 74B mostra um dobramento livre Algumas máquinas foram desenvolvidas especialmente para o dobramento de peças específicas como é o caso da máquina da figura 75A que foi desenvolvida para o dobramento de tubos A B C Figura 75 Máquinas de dobramento Fonte A Basso 2014 p 29 B Almeida 2012 p 17 C Basso 2014 p 28 A máquina da figura 75B é uma perfiladeira usada para a obtenção de barras com perfis predeterminados como calhas e rufos usados na construção civil A figura 75C mostra uma dobradeira de vergalhão que produz a partir de vergalhões retos peças usadas na montagem da armação metálica dos concretos armados Devemos observar três características de extrema importância no processo de dobramento o raio mínimo de dobramento o retorno elástico o comprimento a ser dobrado 85 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Com relação ao raio mínimo de dobramento a intensidade das tensões que atuam nas seções que sofrem o esforço de dobramento cresce com a redução do raio de dobramento Assim em dobras feitas com raios muito pequenos podem aparecer fissuras e trincas na região dobrada como as mostradas na figura 76 Fissuras Trinca Figura 76 Fissuras e trincas de chapas dobradas Adaptada de Capelari e Mazzaferro 2009 p 222 O raio mínimo é função da ductilidade e da espessura da chapa a ser dobrada Na tabela 7 são apresentados os raios mínimos recomendados para alguns materiais tendo como parâmetro a espessura da chapa e Tabela 7 Raio mínimo de dobramento Material Raio mínimo r Aço r 1 a 3 e Cobre r 08 a 12 e Latão r 1 a 18 e Zinco r 1 a 3 e Alumínio puro r 08 a 1 e Ligas de alumínio r 09 a 3 e Adaptada de Dobramentosd A segunda característica diz respeito ao retorno elástico da chapa dobrada Sabemos que em qualquer operação que envolva a deformação plástica do material retirado o esforço há um retorno elástico do material fazendo com que a deformação provocada seja menor do que aquela que estava ocorrendo durante a operação Assim no caso das operações de dobramento quando o material sofre dobra em que as partes ficam inclinadas sob determinado ângulo retirado o esforço o ângulo residual é maior do que aquele que estava ocorrendo durante a operação A figura 77 mostra uma operação de dobramento livre em que o ângulo de dobramento é 90 86 Unidade I Punção Sujeitador Matriz Retorno elástico D Durante B Final C Início A Figura 77 Retorno elástico em uma operação de dobramento livre Fonte Marcondes sdb p 25 Podemos notar que na figura 77D foi retirado o punção e nessa situação apareceu o retorno elástico O retorno elástico é função do raio de dobramento e do material que está sendo dobrado A tabela 8 mostra o retorno elástico para chapas de dois aços inoxidáveis que sofreram um dobramento de 90 Tabela 8 Retorno elástico em um dobramento de 90 Material Raio de dobramento 1 e 6 e 20 e ABNT 304 2º 4º 15º ABNT 301 4º 13º 43º Adaptada de Capítulo 2005 Com relação ao comprimento a ser dobrado devemos lembrar que parte da região dobrada está sujeita a tensões de tração e que outra parte da região dobrada está submetida a tensões de compressão Além disso nas seções dessa região parte dos pontos está sujeita à deformação plástica e parte à deformação elástica Essa situação provoca deslocamento da linha neutra de maneira que ela fica mais próxima do raio interno da dobra como mostra a figura 78 Observação A linha neutra é formada pelos pontos de uma seção fletida em que a tensão normal resultante é igual a zero Para uma chapa plana essa linha passa pela metade da espessura 87 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO c e L1 L2 R α Compressão Tração α R c Figura 78 Deslocamento da linha neutra A distância entre a linha neutra e a borda interna c é função da espessura da chapa A tabela 9 apresenta alguns valores orientativos para essa distância Tabela 9 Distância entre a linha neutra e a borda interna da chapa Espessura da chapa e Distância entre a linha neutra e a borda interna da chapa c e 2 mm c e 1 2 2 mm e 4 mm c e 3 7 e 4 mm c e 1 3 Adaptada de Penteado sd p 61 A determinação do comprimento da linha neutra é importante pois ele é o comprimento que a chapa deve ter antes de sofrer a dobra Para a chapa dobrada da figura 78 o comprimento L0 que a chapa deve ter antes da dobra é determinado por L0 L1 α R c L2 88 Unidade I Na expressão L1 e L2 são os comprimentos das partes retas α é o ângulo de dobramento da chapa R é o raio de dobramento c é a distância entre a linha neutra e a borda interna da chapa Saiba mais Para saber mais sobre processo de dobramento assista aos vídeos disponíveis nas indicações a seguir CALANDRAGEM de 200 mm de espessura da chapa 2016 1 vídeo 432 min Publicado pelo canal DNC Técnica Disponível em httpscuttlyXPnPmsD Acesso em 15 fev 2022 CURVADOR hidráulico de tubos 2012 1 vídeo 322 min Publicado pelo canal Adriano Kanto Disponível em httpscuttlyEPnPZui Acesso em 15 fev 2022 DOBRA dos perfis de aço nas perfiladeiras 2016 1 vídeo 150 min Publicado pelo canal Marretto Soluções Metálicas Disponível em httpscuttlyCPnP4Ab Acesso em 15 fev 2022 PROCESSO de dobra de metais 2016 1 vídeo 111 min Publicado pelo canal JW Metais Disponível em httpsbitly3v47Kae Acesso em 15 fev 2022 Leia o capítulo 8 do livro a seguir FERREIRA R A S Conformação plástica fundamentos metalúrgicos e mecânicos Recife UFPE 2006 89 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Resumo Nesta unidade foram estudados os processos de fundição e de soldagem A fundição é um dos processos mais antigos relacionados ao campo de trabalho dos metais datando de aproximadamente 5000 aC A maioria dos processos de transformação aplicados na indústria tem como precedente um processo de fundição Vários são os processos de fundição conhecidos Sua nomenclatura está relacionada à forma de obtenção do molde de fundição Os processos de fundição podem ser classificados em fundição em areia shell molding fundição em moldes permanentes fundição sob pressão microfusão cera perdida fundição contínua e fundição centrifugada Qualquer que seja o processo de fundição empregado o início é dado pelo vazamento do metal líquido dentro molde e o final ocorre pela retirada da peça fundida Em geral as peças fundidas não estão prontas para uso Isso fica claro quando se diz que a peça fundida está no estado bruto de fusão Logo as peças fundidas em geral devem ser submetidas a algum processo de usinagem para ficarem com as dimensões e os acabamentos desejados Com relação aos processos de soldagem foram estudados os processos em que existe a deposição de material de adição e os processos em que isso não ocorre Nos processos em que há introdução de material de adição na solda temos a preocupação com a formação de escória e com a formação de óxidos durante a soldagem Essa preocupação é traduzida pelo uso dos revestimentos nas soldas elétricas feitas com eletrodos revestidos e pelo uso de gases de proteção nas soldas dos tipos MIG MAG e TIG Vale lembrar que a diferença básica entre os processos MIGMAG e TIG é que no processo MIGMAG o material de adição é fornecido pelo eletrodo que está sendo usado e no processo TIG o material de adição é fornecido por uma vareta colocada na regiãolimite do cordão de solda 90 Unidade I Nas soldas por resistência não há material de adição e a solda é obtida pela fusão entre as partes Também foram apresentados os tipos de junta que podem ser obtidos nos vários processos de soldagem Ainda nesta unidade foram estudados os processos de transformação mecânica Além das operações de redução de seção obtidas pelos processos de laminação extrusão e trefilação foram estudados os processos obtidos com as operações feitas com prensas que são o corte a dobra e o repuxo Foram apresentados os limites dimensionais que existem em cada tipo de operação estudado e as características gerais dos materiais utilizados e das ferramentas empregadas No caso da laminação de chapas foi mostrada a relação entre o diâmetro do cilindro e a espessura mínima que ele é capaz de laminar No caso da extrusão foram indicadas as temperaturas de trabalho de alguns materiais No caso do forjamento foram estudados os tipos de forjamento e algumas das características das ferramentas do forjamento em matriz Foram também abordadas as operações de corte dobra e repuxo que basicamente são operações efetuadas em chapas planas Nessas operações foi dada ênfase ao estudo das características dos recortes necessários para a obtenção das peças Foram estudadas algumas características das ferramentas e foram verificados os limites de utilização No que concerne às operações de corte foi dada atenção especial à distância entre duas peças recortadas em uma mesma chapa Para as operações de dobramento foi dado enfoque ao retorno elástico que ocorre após a operação ao raio mínimo de dobramento e à determinação do comprimento inicial da chapa Com relação às operações de repuxo foram verificadas as partes principais das ferramentas e a relação entre elas e a geometria da chapa 91 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Exercícios Questão 1 Enade 2014 adaptada Uma empresa de fundição de sistemas de exaustão de motores de combustão interna está com problemas no seu processo de fundição por gravidade pois encontrou falhas de preenchimento nos produtos Os engenheiros responsáveis atribuíram o problema ao erro de dimensionamento dos massalotes usados no processo anteriormente descrito Dessa forma um trabalho minucioso foi realizado para recalcular a dimensão e a posição corretas desses massalotes dentro dos moldes de fundição Com base na situação descrita avalie as afirmativas I O massalote é um elemento que realimenta as zonas esvaziadas pelas contrações líquidas durante a mudança de fase no processo de fundição II O massalote deve ser posicionado no mesmo lado do canal de descida do material que está sendo vazado III O massalote é moldado por meio de um modelo simples na caixa superior e conectase com o molde caixa inferior É correto o que se afirma em A I apenas B II apenas C I e III apenas D II e III apenas E I II e III Resposta correta alternativa C Análise das afirmativas I Afirmativa correta Justificativa o massalote funciona como uma reserva de material para preencher os espaços que ficariam vazios durante a contração do material Isso ocorre no processo de solidificação 92 Unidade I II Afirmativa incorreta Justificativa o massalote deve ser posicionado em locais que permitam o preenchimento de qualquer ponto da peça Isso inclui os locais mais afastados do canal de injeção III Afirmativa correta Justificativa o massalote não faz parte da peça ele mantém uma reserva de material para o preenchimento dos espaços vazios que ocorrem na contração Logo ele deve ser o mais simples possível a fim de facilitar o escoamento Questão 2 Enade 2014 adaptada Um metal em sua condição encruada apresenta energia interna elevada em relação ao metal não deformado plasticamente Aumentandose a temperatura existe a tendência de o metal retornar à condição mais estável de menor energia interna O tratamento térmico para se obter esse efeito é denominado recozimento e além da recuperação da estrutura cristalina do metal esse tratamento provoca a diminuição da resistência mecânica bem como a elevação da ductilidade Com base no contexto apresentado e nos seus conhecimentos avalie as afirmativas a seguir e a relação entre elas I A fabricação de latas de alumínio de refrigerantes é realizada por estampagem em mais de uma etapa ocorrendo a necessidade de realizar tratamento térmico de recozimento entre as etapas para que seja fornecida ao metal a ductilidade suficiente para haver a continuidade do processo porque II A estampagem das latas de refrigerante é realizada a frio ocorrendo encruamento em cada etapa com alteração das propriedades mecânicas do material da chapa A respeito dessas afirmativas assinale a opção correta A As afirmativas I e II são proposições verdadeiras e a II justifica a I B As afirmativas I e II são proposições verdadeiras e a II não justifica a I C A afirmativa I é uma proposição verdadeira e a II é uma proposição falsa D A afirmativa I é uma proposição falsa e a II é uma proposição verdadeira E As afirmativas I e II são proposições falsas Resposta correta alternativa D 93 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Análise da questão A afirmativa I é uma proposição falsa pois embora a fabricação seja feita por estampagem em mais de uma etapa não são necessários recozimentos entre as etapas A afirmativa II é uma proposição verdadeira pois em cada etapa o grau de encruamento aumenta e com isso ocorrem alterações das propriedades mecânicas do alumínio