Processos de conformação parte ii

EXTRUSÃO

A extrusão é um processo de conformação plástica que consiste em passar um tarugo ou lingote, colocado dentro de um recipiente, pela abertura existente no meio de uma ferramenta. A extrusão pode ser classificada em extrusão direta (Figura a) e inversa (Figura b).

Fundamentos do Processo

Ilustração do processo de (a) extrusão direta e (b) extrusão inversa.

a b

MATERIAIS

Quase todos os materiais. Também materiais frágeis, como Ferro Fundido, mediante uso de punção com contra-pressão.

EQUIPAMENTO:

Prensa mecânica de manivela e excêntrica, bem como prensa hidráulica.

TIPOS DE EXTRUSÃO

• Extrusão Direta• Extrusão Indireta

MÉTODO DIRETO

• Matriz e recipiente fixos• Flui material no sentido da força aplicada• Material extrudado passa pela matriz• Melhor acabamento superficial• Maiores valores de Atrito

EXTRUSÃO DIRETA DE BARRA ÔCA

MÉTODO NDIRETO

• Recipiente fixo e matriz móvel• Fluxo de metal contrário ao da Força• Embolo Oco e Móvel• Força menor que a do método direto• Acabamento superficial não tão bom

TIPOS DE EXTRUSÃO DIRETA

TIPOS DE EXTRUSÃO INDIRETA

TIPOS DE EXTRUSÃO TRANSVERSAL

Os processos de extrusão podem ainda ser divididos

pela temperatura da peça:

Extrusãoa frio

Extrusãosemi-aquecida

Extrusãoa quente

•Elevada economia•Combinação com outros processos•Alta qualidade dimensional e superficial•Fabricação de peças complexas•Melhores propriedades mecânicas

•Propriedades semelhantes às dos extrudados a frio.•Menor tensão de escoamento•Importância cada vez maior

•Melhora da trabalhabilidade

MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

• Tarugo • Forno ou Aquecedores • Matriz • Prensa Hidráulica• Punção ou haste do Embolo • Disco de Apoio • Recipiente • Disco de Pressão • Equipamento para Estiramento do Produto Extrudado

MATRIZ

• Influencia diretamente na qualidade do produto

• Perfis maciços ou tubulares

• Polimento: Rugosidade muito baixa

• Alta resistência à abrasão

• Alta Dureza• Revestimentos

Superficiais

TARUGOS

PRENSA HIDRÁULICA HORIZONTAL

EXTRUSÃO

Cálculo das Forças de Extrusão a Quente

Pressão de extrusão ideal

Onde:

Força de Extrusão

Método da divisão em elementos

Onde:

EXTRUSÃO

Equação de Avitzur

A quente

Onde: Vr = velocidade do embolo; Dt = diâmetro do tarugo; Df = diâmetro do produto; α = semi-ângulo da matriz.

LINHA DE ESTIRAMENTO DE BARRAS

PRODUTOS EXTRUDADOS

PRODUTOS EXTRUDADOS

DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS

DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS

DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS

DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS

DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS

FORJAMENTO

Forjamento é o processo de conformação plástica através do qual se obtém a forma desejada da peça por martelamento ou aplicação gradativa de uma pressão.

Fundamentos do Processo

a b

Representação esquemática dos processos de forjamento: (a) forjamento livre e (b) forjamento em

matriz.

FORJAMENTO A QUENTE

• recristalização

• mais comum

FORJAMENTO A FRIO

• encruamento• para peças de geometrias mais simples

• Ação das matrizes por meio de golpes (martelos) ou por ação contínua (prensas hidráulicas, excêntricas e de parafuso)

• para formas complexas

• oxidação e contração térmica: sobremetais

• tolerâncias mais fechadas

FORJAMENTO LIVRE

• formas regulares (anéis, eixos)• normalmente realizado em martelos

VantagensMatrizes simples e barato; grande faixa de tamanhos; boa resistência mecânica

LimitaçõesSomente formatos simples; dificil obter tolerâncias estreitas; usinagem requerida; baixa taxa de produção; pobre aproveitamento do material; maior habilidade requerida

FORJAMENTO EM MATRIZES FECHADAS• para peças de geometrias complexas• normalmente realizado em prensas

VantagensMelhor aproveitamento do material; maior homogeneidade estrutural; Melhores propriedades; boa precisão dimensional; Alta taxa de produção; boa reprodutibilidade

LimitaçõesAlto custo do ferramental para pequenas quantidades; Necessidade frequente de Usinagem

FORJAMENTO A QUENTE

Processos básicos

• rebarbação, normalização

• corte, aquecimento• limpeza, etapas de forjamento

• limpeza

recalque e ascensão

Seqüência de processamento

Formação de rebarba

• garantir preenchimento correto das matrizes• acomodar defeitos de forjamento• escoar excesso de material do tarugo

• região mais tensionada do forjado

FORJAMENTO A QUENTE

• Etapas de forjamento: esboçadora, formadora, calibradora

• Recalque de eixos: recalcadoras horizontais

Comparação do forjamento a quente convencional e de precisão

• controle da temperatura do aquecimento • controle do corte e das dimensões do tarugo • precisão dimensional e geométrica de matrizes e insertos

FORJAMENTO A FRIO

Processos básicos

• etapas de forjamento

• corte• lubrificação

• recozimentos intermediários

recalque e extrusão

Seqüência de processamento

• a quente, a frio, morno ou isotérmico

FORJAMENTO DE PRECISÃO

• menores sobremetais, sem rebarbas, sem ângulos de extração e raios de arredondamento menores

• martelos (queda livre e auxiliados) • prensas (excêntricas, de parafuso e hidráulicas)

EQUIPAMENTOS DE FORJAMENTO

• recalcadoras

Deformação por impacto e não-uniforme O martelo mais simples é o de queda livre

(gravidade) Martelos controlados por computador podem

fornecer golpes variáveis Recomendado para peças menores e mais finas Lotes de até 3000 peças

Martelo de forja - características

Prensas - características

As prensas são usadas para peças grandes ou espessasAção de compressão lenta penetra completamente o metal– Produz um fluxo de metal e uma deformação

mais uniforme – Tempos de contato entre a matriz e peça mais

longosAs matrizes podem ser aquecidas (forjamento isotérmico)Podem ser mecânicas ou hidráulicas

FORJAMENTOCálculo da Força de Forjamento no Estado Plano de Deformações

Figura 17 – Bloco isolado no forjamento no estado plano.

Substituindo τ na expressão acima e dividindo por w:

Modelo de Coulomb

Onde: p = pressão agindo no bloco

(Para X>0)

Dividindo por h:

Critério de escoamento de von Mises:

FORJAMENTO

Na borda da matriz (x = b/2)

Centro

Borda

Centro

Borda

FORJAMENTO

Figura 18 – Distribuição de pressões ao longo da largura

da matriz.

Força total (F)

FORJAMENTO

Pressão média (p) sobre interface metal/matriz

( )

Força para forjar o metal

FORJAMENTO

FORJAMENTOFORJAMENTO

Cálculo da Força de Forjamento de um

Disco

Figura 19 – Forjamento em um disco.

FORJAMENTO

Utilizando

Substituindo-se

Lei de atrito de Coulomb ( )

Critério de von Mises

FORJAMENTO

Se

Superfície externa do disco: r = a = D/2 σr = 0p = σe

Onde: D = diâmetro do cilindro ; h = altura do disco; σe= tensão de escoamento do metal sob compressão; R = distância de um ponto do disco até o eixo; P(r) = pressão na interface metal/matriz, à distância r do eixo do disco.

FORJAMENTOForça Total

Pressão média

Equação aproximada para a força de forjamento de um disco

Pressão média

DEFEITOS DOS PRODUTOS FORJADOS

Podem ser mencionados os seguintes defeitos típicos de peças forjadas, decorrentes de falhas :

na matéria-prima ou da técnica de operação; falta de redução, trincas superficiais, trincas nas rebarbas, trincas internas, gotas, incrustações de óxidos, queimas e descarbonetação.