1732574832585trefilação2

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302 Capítulo 13 Processos de Conformação Volumétrica de Metais 303 A pressão hidrostática na peça aumenta a ductilidade do material. Por conseguinte, este A diferença é que, na trefilação, metal é puxado através da matriz, enquanto é empurrado processo pode ser usado para metais que seriam muito em operações convencionais de através da matriz na extrusão. Embora a presença de tensões trativas seja clara na trefilação, extrusão. Metais dúcteis também podem ser extrudados e elevadas razões a compressão também exerce papel fundamental, visto que metal é comprimido à medida de redução são possíveis nestes materiais. Uma das desvantagens do processo é a preparação que passa pela abertura da matriz. Por essa razão, a deformação que na trefilação é, às necessária do material do tarugo de partida. o tarugo deve ser conformado com uma das ex- vezes, denominada compressão indireta. tremidades com formato cônico para ajustar-se precisamente na cavidade de entrada da ma- A diferença básica entre trefilação de barra e trefilação de arame é na dimensão do metal Isto estabelece uma vedação que previne que fluido jorre a por meio do furo da matriz que é processado. Trefilação de barra é termo usado para barras e vergalhões de metal de quando a câmara é inicialmente pressurizada. grandes diâmetros, enquanto trefilação de arame se aplica a menores diâmetros. Os tamanhos de arames até 0,03 mm in) são possíveis na trefilação de arames. Apesar de os meca- nismos do processo serem os mesmos para os dois casos, os métodos, equipamentos, e mesmo 13.3.5 DEFEITOS EM PRODUTOS EXTRUDADOS terminologia, são um tanto diferentes. Devido à considerável deformação associada às operações de extrusão, um número de defei- A trefilação de barra é geralmente realizada como operação de única redução o tos pode ocorrer em produtos extrudados. Os defeitos podem ser classificados nas seguintes metal é puxado através da abertura de uma matriz. Uma vez que o metal de partida tem grande categorias, ilustradas na Figura 13.33: diâmetro, este é na forma de uma peça cilíndrica retilinea. Isto limita 0 comprimento do metal que pode ser trefilado, necessitando de uma operação tipo batelada. Ao contrário, a trefilação (a) Trinca central. Este defeito é caracterizado por uma trinca interna que se desenvolve de arames a partir de bobinas consiste em várias centenas (ou mesmo vários milhares) de como resultado de tensões trativas ao longo da linha de centro da peça durante a extrusão. metros de arame e é realizada por meio de uma série de matrizes de trefilação. número de Embora as tensões trativas possam parecer estranhas a um processo de compressão como matrizes varia tipicamente entre 4 e 12. termo trefilação contínua é usado para descrever a extrusão, estas tendem a ocorrer sob condições de grandes deformações em regiões este tipo de operação devido aos longos ciclos de produção que são obtidos com as bobinas do metal afastadas do eixo central. o importante movimento de material nestas regiões de arame, as quais podem ser unidas por solda de topo para fazer uma operação realmente afastadas estira o material ao longo do centro do metal. Se as tensões são suficientemente elevadas, ocorre a formação de trincas. As condições que promovem as trincas centrais Em uma operação de trefilação, a mudança de tamanho do metal é usualmente dada pela são altos ângulos da matriz, baixas razões de extrusão e impurezas no material de traba- redução de área, definida por: lho, que servem como pontos de nucleação dos defeitos na forma de O aspecto que dificulta a trinca central é sua detecção. É um defeito interno que não é usualmente (13.28) pela observação visual. Outros nomes, às vezes usados para este tipo de de- feito, incluem fratura de ponta de flecha, fissura central, fratura tipo chevron. (b) Cachimbo. o cachimbo é um defeito associado com a extrusão direta. Como mostrado em que r é a redução de área na trefilação; Ao é a área inicial do metal, e As é a área final, A redução de área é frequentemente expressa em valores percentuais. na Figura 13.33(b), é a formação de um rechupe na ponta do tarugo. uso de um falso Nos processos de trefilação de barras e vergalhões, e na trefilação de grandes diâmetros pistão, cujo diâmetro é ligeiramente menor que do tarugo, ajuda a evitar 0 cachimbo. em arames para as operações de recalcamento e formação de cabeças, termo é usado Este tipo de defeito é também conhecido como rabo de peixe. para denotar a diferença entre o antes e depois no tamanho do metal processado. esboço (c) Trinca de superficie. Este defeito resulta das altas temperaturas da peça que causam de- é simplesmente a diferença entre os diâmetros inicial e final do metal: senvolvimento de trincas na superfície. Eles sempre acontecem quando a velocidade de extrusão é muito alta, que conduz a altas taxas de deformação associadas com a geração de calor. Outros fatores que contribuem com as trincas superficiais são elevado atrito e (13.29) resfriamento da superfície dos tarugos em altas temperaturas na extrusão a quente. em que d é esboço, mm (in); Do é diâmetro inicial do metal, mm (in); e diâmetro final, mm (in). Matriz de trefilação (fieira) FIGURA 13.33 Alguns defeitos comuns na Metal de partida extrusão: (a) trinca central, (b) cachimbo e (c) D, trinca de superfície. (Crédito: Fundamentals of Modern Manufacturing, Edição, Mikell P. Groover, 2010. Reimpresso com permissão de John Wiley & Sons, Inc.) (a) (b) (c) F Tamanho final do metal 13.4 TREFILAÇÃO DE BARRAS E ARAMES FIGURA 13.34 Trefilação de barra, vara ou arame. (Crédito: Fundamentals of Modern Manufacturing, No contexto de deformação volumétrica, a trefilação é uma operação na qual uma seção trans- Edição, Mikell P. Groover, 2010. Reimpresso com permissão de John Wiley & Sons, Inc.) versal de uma barra, vara ou arame é reduzida, puxando-a através da abertura de uma matriz, como na Figura 13.34. As características gerais do processo são similares da extrusão.304 Capítulo 13 Processos de Conformação Volumétrica de Metais 305 13.4.1 ANÁLISE DA TREFILAÇÃO A força de trefilação correspondente é então obtida pela área da seção transversal multiplicada pela tensão de Nesta seção, nós consideramos a mecânica da trefilação de arames e barras. Como as tensões e forças são computadas no processo? Também consideramos quão grande uma redução é possível em uma operação de trefilação. (13.35) Mecânica da Trefilação Se nenhum atrito ou trabalho redundante ocorrerem na trefilação, a deformação verdadeira poderia ser determinada como se segue: em que F é a força de trefilação, t (lbf); e os outros termos já estão definidos. A potência requerida em uma operação de trefilação é igual à força de trefilação multiplicada pela velo- (13.30) cidade do metal. em que Ao e são as áreas inicial e final da seção transversal inicial do metal, como definido Exemplo 13.4 Um arame é trefilado em uma matriz de trefilação com ângulo de entrada igual a o diâ- previamente; e é a redução na trefilação definida pela Eq. (13.28). A tensão que resulta desta Tensão e Força metro inicial é 2,5 mm, e o diâmetro final igual a 2,0 mm. o coeficiente de atrito na interface deformação ideal é dada por na Trefilação de metal-matriz é igual a 0,07. metal tem coeficiente de resistência = 205 MPa, e expoente de Arames encruamento n = 0,20. Determine a tensão de trefilação e a força de trefilação nesta operação. Solução: Os valores de D e na Eq. (13.33) podem ser determinados usando as Eqs. (13.31) (13.34a, b). e 0,966 mm. Portanto, em que é a tensão média de escoamento calculada com base no valor da deforma- ção dada pela Eq. (13.30). Visto que atrito está presente na trefilação, e o material experimenta deformação não As áreas da seção transversal circular antes e depois da trefilação são calculadas por homogênea, a tensão real é maior que a fornecida pela Eq. (13.31). Além da razão ou- deformação verdadeira resultante e a ten- tras variáveis que influenciam a tensão de trefilação são o ângulo da matriz e o coeficiente de são média de escoamento na operação é obtida por: atrito na interface Um número de métodos foi proposto para predizer a tensão de trefilação com base nos valores destes parâmetros [1], [3] e [19]. Apresentamos a equação sugerida por Schey [19]: (13.32) A tensão de trefilação é dada pela Eq. (13.32): em que é a tensão de trefilação, MPa é o coeficiente de atrito na interface matriz- metal; a é o ângulo da matriz (metade do ângulo entre as laterais) como definido na Figura 13.34; e é um fator que leva em consideração a deformação não homogênea, a qual é deter- minada para uma seção transversal circular como: Finalmente, a força de trefilação é esta tensão multiplicada pela área da seção transversal do arame de saída: (13.33) em que D é o diâmetro médio do metal durante a trefilação, mm (in); e é o comprimento de contato do metal com a matriz de trefilação na Figura 13.34, mm (in). Os valores de Máxima Redução por Passe Uma questão que pode ocorrer ao leitor é: Por que é neces- podem ser determinados a partir de: sária mais de uma etapa para atingir a redução desejada na trefilação de arames? Por que não tomar toda a redução em um único passe por meio de uma única matriz, como na extrusão? A resposta pode ser explicada da seguinte forma. A partir das equações precedentes, fica claro (13.34a) que à medida que a redução aumenta, a tensão de trefilação aumenta. Se a redução é grande bastante, a tensão de trefilação excederá limite de resistência do material na região fora da Quando isto acontece, o arame trefilado simplesmente alongará no lugar do material (13.34b) 2sena a ser comprimido através da abertura da matriz. Para se ter êxito na trefilação de arames, a máxima tensão de trefilação deve ser menor que limite de resistência do metal de saída. É uma questão simples determinar esta máxima tensão de trefilação e a máxima redução possível resultante, que pode ser realizada em um único passe, sob certas hipóteses. Vamos306 Capítulo 13 Processos de Conformação Volumétrica de Metais 307 assumir um metal com plasticidade perfeita atrito zero e nenhum trabalho redundante. Metal de partida Mesa de alimentação Neste caso ideal, a tensão máxima de trefilação possível é igual ao limite de resistência do Cadeira de trefilação material de trabalho. Expressando este usando a equação para a tensão de trefilação sob con- dições de deformação ideal, Eq. (13.31), e colocando (visto que 0). Barras de trefilação Carro Cilindro hidráulico Isto significa que Neste caso, tem-se que 1/(1 deve Prateleira de saída se igualar à base e do logaritmo natural. Por conseguinte, a máxima razão de áreas possível é (13.36) e a máxima redução possível é FIGURA 13.35 Bancada de trefilação de barras operada hidraulicamente para trefilar barras de (Crédito: Fundamentals of Modern Manufacturing, Edição, Mikell P. Groover, 2010. Reimpresso com permissão de John Wiley & Sons, Inc.) (13.37) A trefilação de arames é conduzida em máquinas de trefilação contínuas compostas de múl- tiplas matrizes, separadas por tambores acumuladores entre as como na Figura 13.36. valor fornecido pela Eq. (13.37) é frequentemente usado como uma máxima redução Cada tambor, chamado cabestrante, é um motor de acionamento para fornecer a força adequada teórica possível num único passe de trefilação, mesmo se esta despreza (1) os efeitos de atrito e de puxada para trefilar metal de arame através da fieira a montante. Este elemento também trabalho redundante, os quais reduziriam valor máximo e (2) o encruamento, o qual tem o objetivo de manter a tensão baixa no arame enquanto este avança para a próxima fieira aumentaria a máxima redução possível, visto que arame de saída seria mais resistente que o em série. Cada fieira fornece certa quantidade de redução ao arame, de modo que a redução metal de partida. Na prática, reduções de trefilação por passe estão bem abaixo do limite teórico. total seja obtida pelo conjunto de fieiras em série. Dependendo do metal a ser processado e da Reduções de 0,50 para um passe simples de trefilação de barras e 0,30 para múltiplos passes de redução total, o recozimento do arame é, às vezes, necessário entre os grupos de fieiras em série. trefilação de arames são considerados os limites superiores nas operações industriais. Fieiras de Trefilação A Figura 13.37 identifica as características de uma fieira típica de trefilação. Quatro regiões da matriz podem ser distinguidas por: (1) entrada, (2) ângulo de 13.4.2 PRÁTICA DA TREFILAÇÃO redução, (3) (calibração), e (4) saída. A região de entrada é usualmente uma abertura na forma de boca de sino que não tem contato com metal. o seu objetivo é afu- A trefilação é usualmente realizada como uma operação de trabalho a frio. É usada com mais nilar o lubrificante na fieira e prevenir arranhões nas superfícies do metal e da matriz. A zona frequência para produzir seções transversais circulares, porém seções quadradas e outras for- de redução ou trabalho é onde o processo de conformação na trefilação ocorre. Esta região mas são também A trefilação de arames é um processo industrial importante no tem a forma de um cone, cuja metade de seu ângulo varia normalmente de 6° a o ângulo fornecimento de produtos comerciais, tais como fios e cabos elétricos, arames para cercas, cabides de roupas, carrinhos de compras e barras de metais para produzir pregos, parafusos, molas e outras ferragens. A trefilação de barras é usada para produzir barras de metais para Caixa de lubrificante usinagem, forjamento e outros processos. Arame metálico (na forma de bobina) Fieira As vantagens da trefilação nestas aplicações incluem (1) controle dimensional de preci- são, (2) bom acabamento da superfície, (3) melhorias de propriedades mecânicas, tais como resistência e dureza, e (4) adaptabilidade para produções econômicas em batelada ou em massa. As velocidades de trefilação podem chegar a valores tão altos quanto 50 m/s (10.000 ft/min) para arames finos. No caso de trefilação de barras como matéria-prima fornecida ao processo de usinagem, a operação melhora a usinabilidade da barra (Seção 17.5). + Equipamento de Trefilação A trefilação de barras é realizada em uma máquina chamada ban- cada de trefilação, que consiste em uma mesa de entrada, uma cadeira de trefilação (a qual contém a matriz de trefilação ou fieira), um carro e uma prateleira de saída de material. o arranjo deste Tambor cabestrante (acumula múltiplas voltas de arame) equipamento está mostrado na Figura 13.35. o carro é usado para puxar o metal através da ma- (1) (2) (3) triz de trefilação. Este carro é acionado por cilindros hidráulicos ou por correntes acionadas por motores. A cadeira de trefilação é frequentemente projetada para suportar mais de uma matriz, de FIGURA 13.36 Trefilação contínua de arames. (Crédito: Fundamentals of Modern Manufacturing, Edição, Mikell P. modo que várias barras possam ser puxadas, ao mesmo tempo, através das suas respectivas fieiras. Groover, 2010. Reimpresso com permissão de John Wiley & Sons, Inc.)308 Capítulo 13 Processos de Conformação Volumétrica de Metais 309 [9] Hosford, W. F., and Caddell, R. M. Metal For- [14] Lange, K. Handbook of Metal Forming. So- ming: Mechanics and Metallurgy, 3rd ed. ciety of Manufacturing Engineers, Dearborn, Cambridge University Press, Cambridge, Uni- Michigan, 2006. Entrada ted Kingdom, 2007. [15] Laue, K., and Stenger, H. Extrusion: Proces- Aproximação Região de saída [10] Jensen, J. E. (ed.). Forging Industry Hand- ses, Machinery, and Tooling. American So- Superfície cilíndrica (calibração) book. Forging Industry Association, Cleveland, ciety for Metals, Materials Park, Ohio, 1981. Ângulo de redução Ohio, 1970. [16] Mielnik, E. M. Metalworking Science and En- [11] Johnson, W. "The Pressure for the Cold Ex- gineering. McGraw-Hill, Inc., New York, 1991. trusion of Lubricated Rod Through Square [17] Roberts, W. L. Hot Rolling of Steel. Marcel Dies of Moderate Reduction at Slow Speeds." Dekker, Inc., New York, 1983. Journal of the Institute of Metals, Vol. 85, FIGURA 13.37 Fieira de trefilação para trefilar barra redonda ou arame. (Crédito: [18] 1956. Roberts, W. L. Cold Rolling of Steel. Marcel Fundamentals of Modern Manufacturing, Edição, Mikell P. Groover, 2010. Reimpresso com Dekker, Inc., New York, 1978. permissão de John Wiley & Sons, Inc.) [12] Kalpakjian, S. Mechanical Processing of Ma- [19] Schey, J. A. Introduction to Manufacturing terials. D. Van Nostrand Company, Inc., Prin- Processes, 3rd ed. McGraw-Hill Book Com- ceton, New Jersey, 1967, Chapter 5. adequado varia de acordo com material de trabalho. A cilíndrica, também cha- pany, New York, 2000. mada calibração, determina o tamanho final do metal trefilado. Finalmente, a zona de [13] Kalpakjian, S., and Schmid, S. R. Manufactu- [20] Wick, C., et al. (eds.). Tool and Manufactu- é a região de saída. Esta é disposta com um ângulo de saída (metade do ângulo) de cerca de ring Processes for Engineering Materials, 6th ring Engineers Handbook, 4th ed., Vol. II, As fieiras de trefilação são fabricadas com aços-ferramenta ou metal duro (carbonetos). ed. Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, Forming. Society of Manufacturing Engineers, As fieiras para operações em altas velocidades de trefilação de arames usam frequentemente New Jersey, 2010. Dearborn, Michigan, 1984. insertos de diamante (ambos sintético e natural) para as superficies de desgaste. Preparação do Metal Antes da trefilação, 0 metal de partida deve ser preparado de forma QUESTÕES DE REVISÃO adequada. Isto envolve três etapas: (1) recozimento, (2) limpeza, e (3) apontamento. o ob- jetivo do recozimento é aumentar a ductilidade do metal para suportar a deformação durante a trefilação. Como mencionado previamente, recozimento é, às vezes, necessário entre os 13.1 Quais são as razões que fazem com que os pro- 13.12 Por que a rebarba é desejável no forjamento em estágios de uma trefilação contínua. A limpeza do metal é necessária para evitar danos às cessos de conformação volumétrica sejam co- matriz fechada? superfícies do metal e da fieira. Esta consiste na remoção de contaminantes superficiais (por mercialmente e tecnologicamente importantes? 13.13 o que é uma operação de rebarbação no con- exemplo, carepas e ferrugens) por meio de decapagem química ou jateamento de granalhas. 13.2 Cite os quatro principais processos de confor- texto do forjamento em matriz fechada? Em alguns casos, a pré-lubrificação do metal é realizada após a limpeza. mação volumétrica. 13.14 Quais são os dois tipos básicos de equipamen- o apontamento consiste na redução do diâmetro de entrada do metal de modo que possa ser inserido através da fieira para iniciar o processo de trefilação. Este é usualmente realizado 13.3 o que é a laminação no contexto de processos tos de forjamento? por forjamento rotatório, laminação ou lado apontado do metal é agarrado pelo de conformação volumétrica? 13.15 o que é forjamento isotérmico? mordente do carro puxador ou outro dispositivo para então iniciar o processo de trefilação. 13.4 Liste alguns dos produtos fabricados em um 13.16 o que é extrusão? laminador. 13.17 Diferencie a extrusão direta da extrusão 13.5 o que é 0 desbaste na operação de laminação? REFERÊNCIAS 13.6 o que é agarramento na operação de laminação 13.18 Cite alguns produtos que são fabricados pela a quente? extrusão. [1] Altan, T., Oh, S-I., and Gegel, H. L. Metal For- [5] Byrer, T. G., et al. (eds.). Forging Handbook. ming: Fundamentals and Applications. ASM Forging Industry Association, Cleveland, Ohio; 13.7 Identifique algumas das maneiras segundo as 13.19 Por que o atrito é um fator determinante na for- International, Materials Park, Ohio, 1983. and American Society for Metals, Materials quais a força de laminação de planos pode ser ça do êmbolo da extrusão direta e não na extru- Park, Ohio, 1985. reduzida. são indireta? [2] ASM Handbook, Vol. 14A, Metalworking: Bulk Forming. ASM International, Materials [6] Cook, N. H. Manufacturing Analysis. Addi- 13.8 o que é um laminador-duo? 13.20 o que são os processos de trefilação de barras e Park, Ohio, 2005. son-Wesley Publishing Company, Inc., Rea- trefilação de arames? [3] Avitzur, B. Metal Forming: Processes and ding, Massachusetts, 1966. 13.9 o que é uma cadeira reversível na laminação? 13.21 Embora a peça em uma operação de trefilação Analysis. Robert E. Krieger Publishing Com- [7] Groover, M. P. "An Experimental Study of the 13.10 o que é forjamento? esteja obviamente sujeita a tensões trativas, pany, Huntington, New York, 1979. Work Components and Extrusion Strain in the 13.11 Uma maneira de classificar as operações de for- como as tensões compressivas também exer- [4] Black, J. T., and Kohser, DeGarmo's Ma- Cold Forward Extrusion of Steel." Research jamento é pela forma de escoamento do metal cem papel importante neste processo? terials and Processes in Manufacturing, 10th Report. Steel Corporation, 1966. de trabalho que é contido pelas matrizes. A par- 13.22 Em uma operação de trefilação de arames, por ed. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New [8] Harris, J. N. Mechanical Working of Metals. tir desta classificação, cite os três tipos básicos que a tensão de trefilação não deve nunca exce- Jersey, 2008. Pergamon Press, Oxford, England, 1983. de forjamento. der o limite de resistência do metal?310 Capítulo 13 Processos de Conformação Volumétrica de Metais 311 PROBLEMAS atrito na interface matriz-metal é igual a 0,10. igual a 0,1. uso de uma planilha de cálculo é material de trabalho tem curva de escoamen- recomendado. 13.1 Uma chapa grossa de aço baixo carbono com 13.7 Uma placa de 4,50 in de espessura, 9 in de lar- to definida por: K = 40.000 e = 0,15. 13.16 limite de resistência é igual a 15.750 Uma peça é projetada para ser forjada a quen- espessura igual a 42.0 mm deve ser reduzida gura e 24 in de comprimento deve ser reduzida te em uma matriz fechada. A área projetada para 34,0 mm em um passe numa operação de em um único passe num laminador-duo rever- Determine a força instantânea na operação (a) da peça, incluindo a rebarba, é 16 Após a laminação. A medida que a espessura é redu- sivel de 3,87 in. cilindro gira à velocidade de quando o limite de escoamento é atingido (es- rebarbação, a peça tem área projetada de 10 zida, a chapa grossa alarga 4%. limite de 5,50 rpm e tem raio de 17,0 in. o material tem coamento em uma deformação igual a 0,002), e A geometria da peça é complexa. Quando resistência da chapa grossa de aço é 290 MPa. coeficiente de resistência igual a 30.000 nas alturas (b) = 2,3 in, (c) h = in, (d) h = aquecido, o material de trabalho escoa a 10.000 A velocidade de entrada da chapa grossa é e expoente de encruamento igual a 0,15. Deter- 1.9 in, (e) h = 1,7 in, e (f) h = 1,5 in. uso de e não tem tendência ao encruamento. 15,0 m/min. raio do cilindro de trabalho é mine (a) a força de laminação, (b) o torque de uma planilha de cálculo é recomendado. temperatura ambiente, o material escoa a 325 mm, e a velocidade de rotação é 49,0 rpm. laminação, e (c) a potência exigida para reali- 13.12 Uma operação de conformação de cabeças a 25.000 Determine a força máxima exi- Determine (a) 0 mínimo coeficiente de atrito zar esta operação. frio é realizada para produzir cabeças em pre- gida para realizar esta operação de forjamento. necessário para que esta operação de lamina- 13.8 Uma operação de laminação em um único pas- gos de aço. o coeficiente de resistência deste 13.17 Uma biela é projetada para ser forjada a quen- ção seja realizada, (b) a velocidade de saída da se reduz uma chapa grossa de 20 mm para 18 aço é 600 MPa, e 0 expoente de encruamento é te em uma matriz fechada. A área projetada da chapa grossa, e (c) o deslizamento avante. mm. A chapa grossa de partida tem 200 mm de 0,22. arame de metal a partir do qual o prego peça é 6.500 projeto da matriz provoca- 13.2 Uma placa tem 2,0 in de espessura, 10 in de largura. raio do cilindro de trabalho é igual é fabricado tem 5,00 mm de diâmetro. A cabeça rá a formação de rebarba durante o forjamento, largura e 12,0 ft de comprimento. A espessura a 250 mm e sua velocidade de rotação é igual a deve ter um diâmetro de 9,5 mm e uma espes- de modo que a área, incluindo a rebarba, será deve ser reduzida em três passes de uma opera- 12 rpm. material tem coeficiente de resistên- sura de 1,6 mm. comprimento final do prego de 9.000 A geometria da peça é conside- ção de laminação a quente. Cada passe reduzirá cia igual a 600 MPa e expoente de encruamento é 120 mm. (a) Qual é o comprimento do metal rada complexa. Quando aquecido, o material a placa de 75% da sua espessura de entrada. É igual a 0,22. Determine (a) a força de lamina- que deve ser projetado para fora da matriz de de trabalho escoa a 75 MPa, e não apresenta esperada, para este metal, uma redução, na qual ção, (b) o torque de laminação, e (c) a potência modo a fornecer volume de material suficiente tendência ao encruamento. Determine a força a placa se alargará de 3% em cada passe. Se exigida para realizar esta operação. para esta operação de recalcamento? (b) Cal- máxima exigida para realizar esta operação. a velocidade de entrada da placa no primeiro cule a força máxima que deve ser aplicada ao 13.9 Um laminador a quente tem cilindros de traba- passe for 40 ft/min, e a velocidade do cilindro punção para conformar a cabeça nesta opera- 13.18 Um tarugo cilíndrico que possui 100 mm de lho com diâmetro igual a 24 in. Estes podem de trabalho for a mesma para os três passes, de- ção em matriz aberta? comprimento e 50 mm de diâmetro é reduzido exercer força máxima igual a 400.000 por extrusão indireta (a ré) para 20 mm no diâ- termine: (a) o comprimento e (b) a velocidade laminador tem potência máxima de 100 HP. 13.13 Foi um obtido um prego comum grande (cabeça metro. o ângulo da matriz é 90°. Na equação de da placa após a última redução. Deseja-se reduzir uma chapa grossa de 1,5 in chata) pelo processo de forjamento por recalque. Johnson, a = 0,8 e b 1,4. Na curva de escoa- 13.3 Uma série operações de laminação a frio são de espessura por meio do máximo desbaste em Foi medido o diâmetro da cabeça e sua espes- mento do material, o coeficiente de resistência empregadas para reduzir a espessura de uma um único passe. A chapa grossa tem 10 in de sura, bem como diâmetro do corpo do prego. é igual a 800 MPa, e o expoente de encruamen- chapa grossa de 50 mm para 25 mm em um la- largura. Na condição de aquecido, o material (a) Qual é o comprimento do metal que deve ser to igual a 0,13. Determine (a) a razão de extru- minador-duo diâmetro do cilindro tem coeficiente de resistência igual a 20.000 projetado para fora da matriz de modo a forne- são, (b) a deformação verdadeira (deformação de trabalho é igual a 700 mm, e o coeficiente e expoente de encruamento igual a zero. cer material suficiente para produzir prego? (b) homogênea), (c) a deformação de extrusão, e de atrito entre os cilindros e metal igual a 0,15. Determine (a) máximo desbaste possível, (b) Usando valores apropriados para o coeficiente (e) a força do êmbolo. A limitação é que desbaste seja a mesma em a deformação verdadeira correspondente, e (c) de resistência e expoente de encruamento para cada passe. Determine (a) 0 número mínimo metal a partir do qual o prego é fabricado (Ta- 13.19 Um tarugo cilíndrico de 3 in de comprimento, a máxima velocidade de operação dos cilindros de trabalho. bela 3.4), calcule a força máxima necessária na cujo diâmetro é 1,5 in, é reduzido por extru- de passes necessário, e (b) a redução de cada operação para conformar a cabeça do prego. são indireta para um diâmetro igual a 0,375 in. passe. 13.10 Um peça cilíndrica é forjada a momo em uma o ângulo da matriz é igual a 90°. Na equação 13.4 No problema anterior, assuma que a redução operação de recalcamento em matriz aberta. 13.14 Uma operação de recalcamento a quente é rea- de Johnson, a = 0,8 e b = 1,5. Na curva de es- percentual foi especificada para ser a mesma diâmetro inicial é 45 mm e altura inicial é 40 lizada em uma matriz A peça de parti- coamento do material, K = 75.000 e n em cada passe, em vez de adotar desbaste. (a) mm. A altura, após o forjamento, é 25 mm. o da tem diâmetro igual a 25 mm e altura igual a 0,25. Determine (a) a razão de extrusão, (b) a coeficiente de atrito na interface metal-matriz Qual é o número mínimo de passes necessário? 50 mm. A peça deve ser recalcada para diâmetro deformação verdadeira (deformação homogê- (b) Qual é desbaste em cada passe? é 0,20. o limite de resistência do material de médio de 50 mm. metal nesta temperatura ele- nea), (c) a deformação de extrusão, (e) a força trabalho é 285 MPa, e sua curva de escoamento vada escoa a 85 MPa (n = 0). coeficiente de do êmbolo, e (f) a potência se a velocidade do 13.5 Uma chapa grossa tem 250 mm de largura e 25 é definida por coeficiente de resistência de 600 atrito na interface matriz-metal é igual a 0,40. êmbolo for igual a 20 in/min. mm de espessura e deve ser reduzida em um MPa e expoente de encruamento de 0,12. De- Determine (a) a altura final da peça, e (b) a força único passe num laminador-duo reversível para termine a força na operação (a) quando limite máxima na operação. 13.20 Um tarugo de 75 mm de comprimento com diâme- uma espessura final de 20 mm. cilindro de de escoamento é atingido (escoamento em uma tro de 35 mm deve ser reduzido por extrusão direta trabalho tem raio igual a 500 mm, e sua velo- 13.15 Uma prensa hidráulica de forjamento tem a ca- deformação igual a 0,002), (b) a uma altura de para diâmetro de 20 mm. A matriz de extrusão tem cidade é 30 m/min. o material tem coeficiente pacidade de carga de 1.000.000 N. Uma peça 35 mm, (c) a uma altura de 30 mm, e (d) a uma ângulo igual a Para o material da peça, K=600 de resistência igual a 240 MPa e expoente de cilíndrica deve ser forjada a frio. A peça de altura de 25 mm. o uso de uma planilha de cál- MPa e n = 0,25. Na equação de Johnson, a = 0,8 encruamento igual a 0,2. Determinar (a) a força culo é recomendado. partida tem diâmetro igual a 30 mm e altura e 1,4. Determine (a) a razão de extrusão, (b) a de 30 mm. A curva de escoamento do metal é de laminação, (b) 0 torque de laminação, e (c) a deformação verdadeira (deformação homogênea), potência exigida para realizar esta operação. 13.11 Uma peça cilíndrica de trabalho com diâmetro definida por K = 400 MPa e n = 0,20. Deter- (c) a deformação de extrusão, e (d) a pressão e for- igual a 2,5 in e altura de 2,5 in deve ser recal- mine a máxima redução de altura para a qual ça do êmbolo para L = 70, 60, 50, 40, 30, 20 e 10 13.6 Resolva o problema 13.5 usando um raio do ci- cada por meio de forjamento em matriz aber- a peça pode ser comprimida com esta prensa mm. o uso de uma planilha de cálculo é recomen- lindro de trabalho igual a 250 mm. ta para uma altura de 1,5 in. coeficiente de de forjamento, se coeficiente de atrito for dado para o item (d).312 Capítulo 13 Processos de Conformação Volumétrica de Metais 313 13.21 Um tarugo de 2,0 in de comprimento com comprimento da seção extrudada no final da o expoente de encruamento é igual a 0,26. A coeficiente de atrito na interface metal-fieira metro igual a 1,25 in é reduzido por extrusão operação se 0 volume do fundo deixado na câ- trefilação é realizada à temperatura ambiente. é igual a 0,08. o metal se comporta como um direta para um diâmetro de 0,50 in. o ângulo mara for igual a 600.000 Determine (a) a redução de área, (b) a tensão de material perfeitamente plástico, com limite de da matriz de extrusão é igual a 90°. Para o ma- 13.26 Em uma operação de extrusão direta, a seção trefilação, e (c) a força de trefilação exigida na escoamento igual a 105 MPa. Determine (a) a terial da peça, K = 45.000 e n = 0,20. Na transversal mostrada na Figura P13.24(b) é operação. redução de área, (b) a força de trefilação para a equação de Johnson, a = 0,8 e b = 1,5. Deter- produzida a partir de um tarugo de cobre cujo 13.30 Uma barra de metal com diâmetro inicial de operação, e (c) potência para realizar a opera- mine (a) a razão de extrusão, (b) a deformação diâmetro é igual a 100 mm e comprimento igual 0,50 in é trefilada através de uma fieira com ção se a velocidade de saída do metal for igual verdadeira (deformação homogênea), (c) a de- a 500 mm. Na curva de escoamento do cobre, ângulo de entrada de 13°. diâmetro final da a 1,0 m/min. formação de extrusão, e (d) a pressão do êmbo- o coeficiente de resistência é igual a 300 MPa, barra redonda é 0,375 in. o metal tem coefi- 13.32 Um arame de metal com diâmetro inicial de lo para 2,0; 1,5; 1,0; 0,5 e in zero. o uso de e o expoente de encruamento é igual a 0,50. Na ciente de resistência igual a 40.000 e o 0,125 in é trefilado através duas fieiras, cada uma planilha de cálculo é recomendado para o equação de deformação de Johnson, a = 0,8 e expoente de encruamento é igual a 0,20. coe- uma com 0,20 de redução de área. o metal de item (d). b = 1,5. Determine (a) a razão de extrusão, (b) ficiente de atrito na interface metal-fieira é 0,1. partida tem coeficiente de resistência igual a 13.22 Um processo de extrusão indireta inicia com o fator de forma, (c) a força necessária para Determine (a) a redução de área, (b) a força de 40.000 e expoente de encruamento igual um tarugo de alumínio com diâmetro igual acionar o êmbolo avante durante a extrusão no trefilação para a operação, e (c) potência para a 0,15. Cada fieira tem ângulo de entrada de 12°, 2,0 in e comprimento igual a 3,0 in. A seção ponto do processo quando comprimento re- realizar a operação se a velocidade de saída do e coeficiente de atrito na interface metal-fieira transversal após a extrusão é quadrada com manescente do tarugo na câmara é igual a 450 metal for igual a 2 ft/s. é estimado igual a 0,10. Cada um dos motores 1,0 de lado. o ângulo da matriz é igual a 90°. mm, e (d) comprimento da seção extrudada 13.31 Uma barra de metal de diâmetro inicial igual a de acionamento dos cabestrantes nas saídas das A operação é realizada a frio, 0 coeficiente de no final da operação se o volume do fundo dei- 90 mm é trefilada com desbaste igual a 15 mm. fieiras pode fornecer 1,5 HP com 90% de rendi- resistência do metal K = 26.000 e ex- xado na câmara for igual a 350.000 A fieira tem ângulo de entrada igual a 18°, e mento. Determine a máxima velocidade poente de encruamento n = 0,20. Na equação vel do arame na saída da segunda fieira. 13.27 Em uma operação de extrusão direta, a seção de Johnson, a e b = 1,2. (a) calcule a razão transversal mostrada na Figura P13.24(c) é pro- de extrusão, a deformação verdadeira e a defor- duzida a partir de um tarugo de alumínio cujo 5 mação extrusão. (b) Qual é fator de forma diâmetro é igual a 150 mm e comprimento igual do produto? (c) Se fundo deixado na câmara a 500 mm. Os parâmetros da curva de escoa- 5 5 no fim do curso tem 0,5 mm de espessura, qual mento do alumínio são K = 240 MPa e n = 0,16. é comprimento da seção extrudada? (d) De- 55 Na equação de deformação de Johnson, a = 0,8 5 termine a pressão do êmbolo no processo. 30 e b = 1,2. Determine (a) a razão de extrusão, 20 2,5 50 13.23 Um peça na forma de copo deve ser extrudada a (b) o fator de forma, (c) a força necessária para 60 60 acionar o êmbolo avante durante a extrusão no 85 ré a partir de um tarugo de alumínio de 50 mm de diâmetro. As dimensões finais do copo são: ponto do processo quando o comprimento rema- (a) (b) (c) (d) diâmetro externo = 50 mm, diâmetro interno = nescente do tarugo na câmara é igual a 400 mm, 40 mm, altura = 100 mm e espessura do fun- e (d) comprimento da seção extrudada no final FIGURA P13.24 Formas das seções transversais para o Problema 13.24 (dimensões estão em mm): (a) barra retangular, do = 5 mm. Determine (a) a razão de extrusão, da operação se o volume do fundo deixado na (b) tubo, (c) perfil U, e (e) aletas de resfriamento. (Créditos: Fundamentals of Modem Manufacturing, Edição, Mikell P. (b) o fator de forma, e (c) a altura do tarugo de câmara for igual a 600.000 Groover, 2010. Reimpresso com permissão de John Wiley & Sons, Inc.) partida para atingir as dimensões finais. (d) Se 13.28 Em uma operação de extrusão direta, a seção o metal tiver uma curva de escoamento com os transversal mostrada na Figura P13.24(d) é pro- parâmetros MPa e n = 0,25, e as cons- duzida a partir de um tarugo de alumínio cujo tantes na equação de deformação de extrusão diâmetro é igual a 150 mm e comprimento igual de Johnson forem: a = 0,8 b = 1,5, determine a 900 mm. Os parâmetros da curva de escoa- a força de extrusão. mento do alumínio são K = 240 MPa e n = 0,16. 13.24 Determine o fator de forma para cada uma das Na equação de deformação de Johnson, a = 0,8 formas de orifício de matriz de extrusão da Fi- e b = 1,5. Determine (a) a razão de extrusão, gura P13.24. (b) fator de forma, (c) a força necessária para acionar êmbolo avante durante a extrusão no 13.25 Uma operação de extrusão direta produz uma ponto do processo quando o comprimento rema- seção transversal mostrada na Figura P13.24(a) nescente do tarugo na câmara é igual a 850 mm, a partir de um tarugo de latão cujo diâmetro é igual a 125 mm e comprimento igual 350 mm. e (d) o comprimento da seção extrudada no final da operação se o volume do fundo deixado na Os parâmetros da curva de escoamento do la- câmara for igual a 600.000 tão são K = 700 MPa e n = 0,35. Na equação de deformação de Johnson, a = 0,7 e b = 1,4. 13.29 Um arame em bobina tem diâmetro inicial de Determine (a) a razão de extrusão, (b) o fator 2,5 mm. Ele é trefilado através de uma fieira de forma, (c) a força necessária para acionar o com abertura de 2,1 mm. ângulo de entra- êmbolo avante durante a extrusão no ponto do da da fieira é 18°. o coeficiente de atrito na processo quando o comprimento remanescente interface metal-fieira é 0,08. o material tem do tarugo na câmara é igual a 300 mm, e (d) coeficiente de resistência igual a 450 MPa eConformação de Chapas Metálicas 315 muito elevada. Esses são usualmente casos nos quais se deve usar o trabalho a morno, no CONFORMAÇÃO DE lugar da conformação a quente. A maior parte das operações de chapas metálicas é realizada em máquinas-ferramentas chamadas prensas. termo prensa de estampar é usado para distingui-las das prensas de 14 CHAPAS METALICAS forjamento e extrusão. o ferramental que realiza o trabalho de conformação de chapas é chamado punção e termo matriz de estampar é também utilizado. Os produtos de chapas metálicas são chamados estampos. Para facilitar a produção em massa, a chapa me- tálica é frequentemente alimentada na prensa, na forma de longas tiras ou bobinas. Diversos tipos de ferramentais de punção-matriz e prensas de estampar são apresentados na Seção 14.5. As seções finais do capítulo apresentam várias operações que não utilizam o ferramental con- vencional punção-matriz, em que a maior parte delas não é realizada em prensas de estampar. As três maiores categorias de processos de conformação de chapas são: (1) corte, (2) do- bramento e (3) estampagem. corte é usado para separar chapas grandes em peças menores. Sumário que é chamado "conformação de chapas metáli- recortar perímetros das peças e puncionar furos nas peças. Dobramento e estampagem são na verdade, engloba, além das operações de usados para conformar peças de chapas metálicas nas suas formas desejadas. 14.1 Operações de Corte conformação realizadas em chapas relativamente 14.1.1 Cisalhamento, Recorte e finas de metal, as operações de corte por cisalha- Puncionamento mento de chapas. As espessuras típicas de chapas 14.1 OPERAÇÕES DE CORTE 14.1.2 Análise do Corte de Chapas metálicas estão entre 0,4 mm (1/64 in) e 6 mm (1/4 Metálicas in). Quando a espessura excede cerca de 6 mm, esse corte de chapas metálicas é realizado pela ação de cisalhamento entre dois gumes afiados de 14.1.3 Outras Operações de Corte de produto metálico plano é em geral denominado corte. Essa ação está ilustrada em quatro passos esquematizados na Figura 14.1, em que o gume Chapas Metálicas chapa grossa. Esses metais, tanto em forma de cha- superior de corte (o punção) se move para baixo além de um gume inferior estacionário (a matriz). 14.2 Operações de Dobramento pas finas ou grossas, usados na conformação de À medida que o punção começa a operar no metal, ocorre a deformação plástica nas superfi- 14.2.1 Dobramento em V chapas, são produzidos por laminação de planos cies da chapa. A medida que o punção se move para baixo, ocorre a penetração, na qual punção Dobramento de Flange (Seção 13.1.1). A chapa metálica comumente mais comprime a chapa e corta metal. Essa zona de penetração é geralmente cerca de um terço da 14.2.2 Análise do Dobramento 14.2.3 Outras Operações de usada é a de aço baixo-carbono (0,06% a 0,15%C). espessura da chapa. medida que punção continua a andar no metal, inicia-se a fratura na peça Dobramento e Conformação de seu baixo custo e a boa conformabilidade, ajus- de trabalho, nos dois gumes de corte. Se a folga entre punção e a matriz estiver adequada, as duas tados com resistência suficiente para a maior parte linhas da fratura se encontram, resultando na completa separação do metal em duas partes. Chapas Metálicas 14.3 Estampagem das aplicações, fazem dele uma matéria-prima ideal 14.3.1 Mecânica da Estampagem para esse processo de fabricação. Deslocamento 14.3.2 Análise da Estampagem A importância comercial da conformação de Punção do punção 14.3.3 Outras Operações de chapas metálicas é significante. Considere número provocando Penetração deformação Estampagem de produtos de consumo e industriais que utilizam plástica 14.3.4 Defeitos de Estampagem peças de chapas metálicas finas ou grossas: carro- 14.4 Outras Operações de Conformação cerias de carros e caminhões, vagões ferro- de Chapas viários, locomotivas, equipamentos agrícolas e de 14.4.1 Operações Realizadas com construção, utensílios, material de escritório e muito Fratura Ferramental Rígido mais. Embora esses exemplos sejam óbvios, porque 14.4.2 Operações Realizadas com têm exteriores em chapas metálicas, muitas das suas Matriz Ferramental Elástico (1) (2) (3) (4) peças internas são também feitas de chapas finas ou 14.5 Matrizes e Prensas Empregadas grossas de metais. As peças de chapas metálicas são nos Processos de Conformação de FIGURA 14.1 Cisalhamento de chapas metálicas entre dois gumes de corte: (1) antes do contato do punção com a peça de em geral caracterizadas pela elevada resistência, boa trabalho; (2) deformar plasticamente a superfície da peça; (3) o punção avança e penetra na chapa provocando uma região Chapas tolerância dimensional, acabamento superficial com grande deformação por cisalhamento; e (4) a fratura é iniciada nos lados opostos dos gumes de corte, que irão separar 14.5.1 Matrizes e custo baixo. Para componentes que a chapa. Os símbolos F indicam o movimento e a força aplicada, respectivamente, t é a espessura do esboço, é a 14.5.2 Prensas devem ser feitos em grandes quantidades, operações folga. (Crédito: Fundamentals of Modern Manufacturing, Edição por Mikell P. Groover, 2010. Reimpresso com permissão 14.6 Operações de Conformação de de John Wiley & Sons, Inc.) econômicas que visam à produção em grande escala Chapas não Realizadas em Prensas podem ser projetadas a fim de processar as peças. As 14.6.1 Conformação por Estiramento Zona de deformação latas de bebidas de alumínio são excelente exemplo. 14.6.2 Calandragem e Conformação de Zona de penetração Chapas por Rolos o processamento de chapas metálicas é usual- FIGURA 14.2 Zonas características do cisalhamento do Zona fraturada 14.6.3 Repuxo mente realizado à temperatura ambiente (trabalho metal de trabalho. (Crédito: Fundamentals of Modern 14.6.4 Conformação a Altas Taxas de a frio). As exceções são: quando o esboço é espes- Manufacturing, Edição por Groover, 2010. Energia so, o metal é frágil, ou a deformação acumulada é Reimpresso com permissão de John Wiley & Sons, Inc.) Rebarba 314