Processos de Fabricação

Processos de Fabricação

(Parte 1 de 2)

Celso Henrique

Henrique Gonçalves Leonardo Fontana

1) Definir processos de fabricação por usinagem.

Os processos de fabricação por usinagem são bastante flexíveis em termos de formatos e dimensões das peças. O custo e o tempo necessários podem variar bastante.A seleção dos processos é feita com base na análise da capacidade do processo de executar o formato da peça com a exatidão e acabamento superficial requeridos.

Inicialmente selecionam-se os grupos de processos compatíveis com a forma da superfície a ser usinada (classificada em assimétrica ou prismática) e com as possíveis características como furos, roscas e cavidades. Grupos de acordo com o formato

Assimétrico Prismático Características Adicionais Torneamento fresamento furação Retificação retificação alargamento brunimento brunimento mandrilamento Lapidação lapidação fresamento Polimento polimento retificação,roscamento

Limites dos processos de usinagem

Classificação dos processos de usinagem - Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida

Classificação dos processos de usinagem - Usinagem com Ferramentas de Geometria não Definida

Usinagem por Processos Não Convencionais

Remoção térmica Remoção Química Remoção Eletroquímica

Remoção por ultra-som Remoção por jato d'água, outros

2) Explicar os seguintes processos de fabricação: A) Torneamento

É um processo de usinagem com remoção de cavaco onde um sólido cilíndrico bruto é transformado retirando-se cavaco de sua periferia com a com a finalidade de se obter um objeto cilíndrico com formas definidas e com precisão. Neste processo a peça gira em torno do eixo principal da máquina e a ferramenta desloca se numa trajetória no mesmo plano do referido eixo.

O torneamento é normalmente executado com ferramenta mono cortante podendo também ser executado com ferramentas com múltiplo fio de corte e até com brocas, alargadores e fresas.A figura ao lado mostra uma ferramenta em trabalho com o sentido de rotação da peça e o deslocamento da ferramenta.

A) Fresamento

A operação de fresamento é uma das mais importantes no processo mecânico de fabricação. A operação consiste em remover cavaco de um material com a finalidade de construir superfícies planas retilíneas ou com uma determinada forma.

A Fresa é uma ferramenta cilíndrica provida de dentes cortantes paralelos á superfície a ser usinada.

Através do movimento combinado entre a rotação da ferramenta e o deslocamento da peça é possível produzir uma superfície plana ou com forma determinada. Como exemplo vamos utilizar o desenho abaixo de uma fresa cilíndrica com movimento de rotação e uma peça com o movimento de avanço para explicar o funcionamento da operação. A ferramenta do desenho gira no sentido horário, seus dentes arrancam cavaco da superfície da peça que se desloca no sentido do movimento do avanço. Assim conseguimos produzir uma superfície plana com certo grau de acabamento.

B) Furação

Processo mecânico destinado à obtenção de um furo, geralmente cilíndrico, com auxílio de uma ferramenta multicortante. Junto com fresamento e torneamento, é a operação de usinagem mais utilizada na indústria.

Diferente do torneamento, a rotação ocorre no eixo da ferramenta, com avanço perpendicular à superfície a ser furada. Operação de desbaste (provém fraco acabamento superficial), o processo de furação é usado em conjunto com grande parte dos processos de fabricação a fim de prover elementos de fixação, muitas vezes de importância secundária, ou pré-furos para acabam,então através de outros processos (alargamento, brochamento).

Existem diversas operações de furação. Algumas das mais comuns estão representadas na Figura abaixo:

C) Aplainamento

O processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas, geradas por movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou vertical. Quanto à finalidade, as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste e aplainamento de acabamento.

As ferramentas de aplainar são geralmente fabricadas em aço rápido, muitas vezes os gumes são constituídos de metal duro. Existem dois tipos de básicos conforme a função que a erramenta vai desempenhar.

Plaina Limadora (ROSSI, 1981)

D) Brochamento

O processo consiste em uma remoção progressiva do material pela ação de uma ferramenta de corte de múltiplos dentes, denominada brocha. A brocha contém estes múltiplos dentes dispostos em série e de alturas crescentes, que definem de antemão a penetração de avanço por dente e proporcionam uma transformação de perfil gradativa.

Questão 3) Definir Usinagem por Abrasão a. Definir retificação.

A retificação é um processo de usinagem por abrasão que utiliza ferramentas de múltiplas arestas a fim de melhorar o acabamento superficial da peça, eliminando irregularidades, fissuras, poros, óxidos e corpos estranhos. Para executar este processo, utilizam-se principalmente rebolos em forma de disco, compostos por abrasivos e elementos aglomerantes. Devido ao fato de possuir inúmeras arestas de corte, quando o rebolo em rotação entra em contato com a peça, retira cavacos bem pequenos. Com isso, a retificação é um processo que consegue obter na peça excelente precisão e, conseqüentemente, é um processo de acabamento de superfícies que já sofreram operações de usinagem anteriores.

É também considerado um processo de corte por abrasão, na qual as partículas abrasivas atuam como ferramenta de corte. As retificadoras são altamente especializadas em retificar e polir peças e componentes cilíndricos ou planos.

Partes de uma Retifica.

Questão 4)Definir processos de fabricação por conformação mecânica

Os processos de conformação mecânica são processos de fabricação que empregam a deformação plástica de um corpo metálico, mantendo sua massa e integridade. Alguns exemplos destes rocessos são apresentados na figura abaixo mostra a representação esquemática de alguns processos de conformação mecânica.

Todos os processos podem ser realizados a quente (acima da temperatura de recristalização) ou a frio (abaixo da temperatura de recristalização).

Questão 5) Explicar os seguintes processos de fabricação: a. Laminação

O processo de deformação plástica dos metais no qual o material passa entre rolos é conhecido como laminação. Na laminação, o metal é submetido a elevadas tensões de compressão, resultantes da ação de prensagem dos rolos, e tensões cisalhantes superficiais, resultantes da fricção entre os rolos e o material.

Arranjos típicos de rolos em laminadores.

b) Forjamento

O forjamento consiste na alteração da forma de um metal por meio de prensagem ou de martelamento. A maioria das operações de forjamento é realizada a quente, entretanto certas ligas podem ser forjadas a frio. Empregam-se duas classes de equipamentos para o forjamento:

o martelo ou martelete de forjamento, que aplica golpes de impacto rápidos sobre a superfície do metal (velocidades entre 3,0 e 20 m/s) e prensas hidráulicas ou mecânicas de forjamento, que submetem a liga a forças compressivas aplicadas com velocidade lenta (velocidades entre 0,06 a 1,5 m/s).

O forjamento pode ser apresentado em duas variantes:

forjamento livre e forjamento em matriz fechada.

c) Trefilação

A trefilação é uma operação em que a matéria-prima é estirada através de uma matriz em forma de canal convergente por meio de uma força trativa aplicada do lado de saída da matriz. O escoamento plástico é produzido principalmente pelas forças compressivas provenientes da reação da matriz sobre o material. Esta é normalmente realizada a frio e a simetria circular é muito comum em peças trefiladas, mas não obrigatória.

As vantagens deste processo é que o material pode ser estirado e reduzido em secção transversal mais do que com qualquer outro processo; a precisão dimensional obtenível é maior do que em qualquer outro processo exceto a laminação a frio, que não é aplicável às bitolas comuns de arames; a superfície produzida é uniformemente limpa e polida.

O processo influi nas propriedades mecânicas do material, permitindo, em combinação com um tratamento térmico adequado, a obtenção de uma gama variada de propriedades com a mesma composição química.

Trefilação de barras e tubos

E) Estampagem

Por estampagem entende-se o processo de fabricação de peças, através do corte ou deformação de chapas em operação de prensagem a frio. Emprega-se a estampagem de chapas para fabricarse peças com paredes finas feitas de chapa ou fita de diversos metais e ligas. As operações de estampagem podem ser resumidas em três básicas: corte, dobramento e embutimento ou repuxo.

A estampagem da chapa pode ser simples, quando se executa uma só operação, ou combinada. Com a ajuda da estampagem de chapas, fabricam-se peças de aço baixo carbono, aços inoxidáveis, alumínio, cobre e de diferentes ligas não ferrosas. Devido às suas características este processo de fabricação é apropriado, preferencialmente, para as grandes séries de peças, obtendo-se grandes vantagens, tais como:

Alta produção; Reduzido custo por peça; Acabamento bom, não necessitando processamento posterior; Maior resistência das peças devido à conformação, que causa o encruamento no material Baixo custo de controle de qualidade devido à uniformidade da produção e a facilidade para a detecção de desvios.

Como principal desvantagem deste processo, podemos destacar o alto custo do ferramental, que só pode ser amortizado se a quantidade de peças a produzir for elevada.

Questão ) Definir processos de fabricação por fundição.

Transformação dos metais e suas ligas em peças de uso industrial tendo como ponto de partida o metal líquido ou fundido → derramamento do metal no interior de uma cavidade ou forma, chamada molde.

Molde → pode corresponder à forma final da peça desejada ou pode sofrer posteriores tratamentos de conformação no estado sólido até chegarmos às dimensões desejadas. Cavidade no molde → “negativo” da peça.

Fundição por gravidade Fundição sob pressão

Fundição por centrifugação

Fundição de precisão

Etapas dos processos de fundição:

• Projeto da peça • Projeto do modelo

• Confecção do modelo (modelagem ou modelação)

• Confecção do molde (moldagem)

• Fusão do metal

• Vazamento no molde

• Limpeza e rebarbação

• Controle de qualidade

Existem muitas variantes no processo de fundição (grau de automação, produtividade, precisão dimensional, acabamento superficial), entretanto destaca-se a influência do tipo de molde nas propriedades físicas do material resultante. A taxa de extração de calor através do molde determina o tamanho final de grão e, portanto, a característica de resistência mecânica da peça. Por este motivo os processos de fundição são muitas vezes classificados de acordo com o tipo de molde utilizado.

Os processos típicos podem ser classificados em quatro grupos básicos:

a) Areia Verde (molde é descartável) b) Molde Permanente (molde é metálico, bipartido). c) Injeção (molde é metálico, o metal líquido entra sob pressão) d) Cera Perdida (molde e modelo são descartáveis)

O tipo de processo a ser usado deve ser escolhido adequadamente. Os mais importantes fatores a considerar são: Quantidade de peças a produzir, projeto da fundição, tolerâncias requeridas, grau de complexidade, especificação do metal, acabamento superficial desejado, custo do ferramental, comparativo econômico entre usinagem e fundição, limites financeiros do custo de capital, requisitos de entrega.

A comparação entre os processos pode ser vista no quadro a seguir:

Questão 7) Considere um parafuso M14x2,0. Quais processos de fabricação podem ser usados na produção deste parafuso?

O processo de forjamento a frio empregado na fabricação de parafusos envolve, de maneira geral, as seguintes etapas: • Corte por cisalhamento;

• Posicionamento do material na ferramenta (conjuntos matriz-prensa-extratores de material)

• Forjamento a frio da cabeça;

• Laminação da rosca.

Seqüência de passes de recalque para obtenção de parafuso sextavado de rosca métrica. Da esquerda para a direita: etapa 1 (tarugo), etapa 2 (recalque da cabeça), etapa 3 (recalque da cabeça) e etapa 4 (corte).

Partindo-se de um tarugo, são realizadas duas etapas seguidas (2 e 3 na Figura acima) nas quais ocorre a deformação do material, visando atingir o formato mais adequado à formação do sextavado, última etapa do forjamento, que é feita através do corte de material.

Durante a realização das segunda e terceira etapas, e mesmo na etapa de corte, podem surgir defeitos nos produtos que inviabilizam sua utilização posterior. Os defeitos mais comuns são as trincas e marcas de ferramentas.(1) Os tipos mais comuns de trincas são as trincas , que são trincas de tração formadas na expansão livre do material, e as trincas de atrito (trincas ) formadas por lubrificação ineficiente. As marcas de ferramenta ocorrem quando o material é comprimido contra a borda do punção, imprimindo-lhe uma marca. Para o uso em serviço, há fabricantes de fixadores mecânicos que adotam especificações de profundidade máxima de defeitos toleráveis por faixa de bitola da matéria prima inicial em função das diferentes aplicações a que destinam seus produtos.

Questão8) Considere o metal duro (widia) usado em brocas de perfuratrizes. Qual processo de fabricação é usado na produção de metal duro (Widia)?

Metal duro é o nome dado a uma liga de carboneto de tungstênio, produzido por metalurgia do pó. O produto é obtido pela prensagem e sinterização de uma mistura de pós de carboneto e outros materias de menor ponto de fusão, chamados aglomerantes (cobalto, cromo, níquel ou uma combinação deles).

Após a prensagem, o composto já tem consistência suficiente para ser usinado na forma desejada, ou bem próximo dela. Ocorre a seguir o processo de sinterização, aquecimento a uma temperatura suficiente para fundir o aglomerante, que preenche os vazios entre os grãos dos carbonetos. O resultado é um material de dureza elevada, entre 75 e 90 HRa, dependendo do teor de aglomerante e do tamanho de grão do carboneto. A maiores durezas são conseguidas com baixos teores de aglomerante e tamanho de grão reduzido. Por outro lado maior tenacidade é obtida aumentando o teor de aglomerante e/ou aumentando o tamanho de grão.

As ferramentas de corte, onde a propriedade desejada é elevada dureza, tem teores baixos de aglomerante, menos de 5%. Já em discos de laminação, onde a resistência ao impacto passa a ser vital, é necessário perder um pouco da dureza para conseguir um mínimo de tenacidade. Nesse caso, dependendo da aplicação, o teor de aglomerante pode chegar a 30 ou 35%.

A furação profunda usa metal duro na sua composição e é um dos mais complicados e difíceis processos de usinagem, pois para além de trabalhar a uma certa profundidade ainda tem de partir e retirar o cavaco que está a ser produzido pela furação, devido a evitar entupimentos, aquecimentos em demasia e para não danificar as paredes do furo bem como a ferramenta que está a ser utilizada na furação. Tem também de fazer chegar à zona de corte o liquido refrigerante bem como fazê-lo sair juntamente com o cavaco. Devem-se usar processos específicos de modo a garantir que a furação é realizada, obtendo-se o resultado esperado. Para isso acontecer usam-se vários tipos de brocas como as que vão aqui ser representadas.

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