Tratamentos Superficie.pptx

TECNOLOGIA MECÂNICA
ROBÓTICA E INTELIGÊNCIA INDUSTRIAL
CURSO TÉCNICO SUPERIOR PROFISSIONAL
RICARDO CAMPOS

RECOBRIMENTOS OU
REVESTIMENTOS (SUPERFÍCIES)
PMR 3301 Profa. Izabel Machado – machadoi@usp.br 2
Coating
 São utilizados para obter :
 Redução de desgaste, atrito e/ou corrosão
 Controle da condutividade térmica
 Filtragem espectral de radiação eletromagnética
 Controle de sinais eletrônicos e eletro-mecânicos
 Variam entre 10-9 m a 10-3 m deespessura
 Múltiplos componentes e arranjos espaciais

RECOBRIMENTOS OU
 Tipos de recobrimentos
 Aplicações
 Processos de deposição
 Propriedades mecânicas

RECOBRIMENTOS OU REVESTIMENTOS
(SUPERFÍCIES)
 Tipos de recobrimentos
 Metálicos
 Zn, Cr, Ag, Au, Cu...
 Cerâmicos
 Óxidos (ZnO, Al2O3, TiOx)
 Carbonetos (NbC, TiC, SiC)
 Nitretos, Boretos...
 Poliméricos
 PVA
 PU
 Resina acrílica
_JMhttp://produto.mercadolivre.com.br/MLB-
679742179-400gr-corante-em-po-para-fabricaco-de-
tinta-para-impressora-
http://www.globalspec.com/learnmore/materials_chemicals_adhesives/industrial_
sealants_coatings/industrial_coatings
Recobrimento
Intercamada
Substrato

RECOBRIMENTOS OU
 Tipos de recobrimentos - Exemplos
Galvanoplastia
Adquirir resistência a corrosão;
Adquirir proteção contra a oxidação;
Apresentar maior durabilidade;
Aumentar a resistência da peça;
Ampliar a espessura da peça;
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-
50532007000600010
https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/galvanoplastia.htm

 Aspersão térmica - Exemplos
https://www.imrtest.com/tests/thermal-spray-coating-analysis

APLICAÇÕES DE
RECOBRIMENTOS
 Proteção a oxidação e corrosão
 Redução de desgaste e atrito
 Resistência térmica
 Agente bactericida
 Componentes eletrônicos
 Sistemas eletro-mecânicos
Ionbond (2015)
http://prometheus.med.
utah.edu/~bwjones/20
10/06/apple-retina-
display
Profa. Izabel Machado – machadoi@usp.br

RECOBRIMENTOS:
REDUÇÃO DE ATRITO
 Lubrificantes sólidos
 Teoria do baralho de cartas
http://www.tribology-
abc
https://www.researchgate.net/publication/272314519_Impact_of_laser_pow
er_density_on_tribological_properties_of_Pulsed_Laser_Deposited_DLC_fil
ms/figures?lo=1
http://friction.tsinghuajournals.com/EN/10.1007/s40544-014-
0055-1#1

RECOBRIMENTOS:
REDUÇÃO DE ATRITO
 Lubrificantes sólidos
 Formação de tribocamada
 Passivação de superfícies
http://www.sciencedirect.com/scien
ce/article/pii/S0257897214006203
#f0005
https://www.researchgate.net/publication/222546572_Boundar
y_lubrication_mechanisms_of_carbon_coatings_by_MoDTC_a
nd_ZDDP_additives
https://uu.diva-portal.org/smash/get/diva2:754210/FULLTEXT01.pdf

RECOBRIMENTOS:
FERRAMENTAS
 Recobrimentos típicos: TiN, CrN, WC, NbC, ta-C
 Alta dureza (> 20GPa)
 Alto módulo de elasticidade (> 300GPa)
 Deposição por PVD ou CVD
 Baixa espessura (< 10 μm)
 Alta tensão residual
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0254058415300158

RECOBRIMENTOS:
DESGASTE
https%3A%2F%2Fwww.oe
rlikon.com%2FecomaXL%
2Ffiles%2Foerlikon_Therm
allySprayedAbradableCoat
ings_2012.10.pdf%26dow
nload%3D1&usg=AFQjCN
H6vlw7BRysIazBS1FngcX
zIVs7DA
PMR 3301

RECOBRIMENTOS:
FILTROS ÓPTICOS
 Filtros dicroicos
Espelho dicroico é um filtro de cores, usado para selecionar a
luz que passa em uma pequena faixa de cores e refletir a luz
de uma cor determinada
http://www.sherlan.com/bandpass-
filters.html
https://www.go-ttv.com/optical-filters/
http://www.dfisica.ubi.pt/~hgil/fotometria/HandBook/ch03.html
https://alemdainercia.wordpress.com/2016/02/16/fisica-
moderna-interferencia-e-difracao-de-luz/
http://www.dfisica.ubi.pt/~hgil/fotometria/HandBoo
k/ch03.html

RECOBRIMENTOS:
FILTROS ÓPTICOS
 Filtros dicroicos
http://www.sherlan.com/bandpass-filters.html
https://www.go-ttv.com/optical-filters/
http://prometheus.med.utah.edu/~bwjones/2010/0
6/apple-retina-display/
https://fotobellarte.wordpress.com/category/funcionamento

RECOBRIMENTOS:
OUTROS
 Baseados em Carbono
(NanoTubos, NanoDiamantes)
 Bio-compatíveis
 Baterias e capacitores
Opto-eletrônica
https://www.ifw-dresden.de/de/institute/institut-fuer-komplexe-
materialien/abteilungen/mikro-und-nanostrukturen/molecular-
nanostructures/carbon-nanotubes-i/
http://users.ecs.soton.ac.uk/apl08r/adamplewis/
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/13/2/025012/meta

RECOBRIMENTOS: OUTROS
 Recobrimentos bactericidas e bio-compatíveis
 Dopados por Ag e Cu
http://avs.scitation.org/doi/10.1116/1.4871435
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TB/c6tb0
0563b#!divAbstract
http://www.artworldmedical.com/antibacterial.html

PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO
 Eletrodeposição
 Espessos
 Densos
 Homogêneos
 Imersão
 Precursor sólido ou líquido
https://www.mobly.com.br/aparador-viterbo-cromado-vidro-
incolor-64101.html
http://www.hypeness.com.br/2011/07/audi-r8-cromado/
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABYGkAI/corr
osao

RECOBRIMENTOS OU
18
https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/galvanoplastia.htm
PMR 3301 Profa. Izabel Machado – machadoi@usp.br
 Tipos de recobrimentos - Exemplos
Galvanoplastia é uma técnica industrial
que utiliza a eletrólise em meio
aquoso para cobrir uma determinada
peça metálica com outro metal. O
objetivo é obter uma ou mais das
vantagens a seguir:
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-
50532007000600010

PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO
 Laser
 Espessos
 Densos
 Linha de visão
 Precursor sólido
ou líquido
http://www.castolin-eutectic-oiltec.com/services/laser-cladding-
services
https://en.wikipedia.org/wiki/Cladding_(metalworking)
http://www.ogj.com/articles/print/volume-105/issue-34/drilling-production/special-
report-lasers-used-to-clad-strengthen-nonmagnetic-steel-equipment.html

PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO
 Aspersão térmica
 Espessos
 Porosos
 Heterogêneos
 Alta temperatura
 Linha de visão
https://www.vividinc.com/thermal-coatings-1
http://www.thefabricator.com/article/me
talsmaterials/better-bonding-a-thermal-
spray-primer
https://www.imrtest.com/tests/thermal-spray-
coating-analysis

Recobrimento Metálico por Aspersão Térmica
 A técnica de aspersão térmica consiste no depósito em um substrato devidamente
preparado utilizando de partículas finamente divididas, sendo estas metálicas ou não, na
condição fundida ou semi-fundida, formando uma camada superficial. A energia para a
deposição é advinda de uma tocha ou um arco elétrico, aquecendo as partículas e
atirando- as sobre o substrato através de um gás comprimido. As camadas formadas
possuem estrutura lamelar, com a presençade óxidos e poros. Estas camadas conferem
ao material proteção de natureza mecânica(desgaste), química (corrosão) e física (calor e
eletricidade).
E. M. Mazzer & C. R. M. Afonso / Revista Eletrônicade Materiais e Processos /
ISSN 1809‐8797 / v.7.2 (2012) 123 – 130
PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO

Recobrimento Metálico por Aspersão Térmica
O número de técnicas de aspersão térmica para recobrimento metálico é variado, dependendo da
aplicação requisitado. Elas são classificadas principalmente pela fonte de calor utilizada no processo,
podendo ser por processos elétricos ou por combustão, de uma maneira geral. Os tipos principais de
processos de recobrimento e suas siglas são listados como segue:
• FS – Flame Spraying (aspersão a chama oxi-gás com material de adição na forma de pó ou arame);
•HVOF – High Velocity Oxy-Fuel flame spraying (aspersão a chama oxigênio-combustível de alta
velocidade com material de adição na forma de pó);
•D-gun – Detonation-Gun spraying (aspersão por detonação); • TWAS - Twin Wire Arc Spraying
(aspersão térmica por arames gêmeos).
• PS – Plasma Spraying (aspersão a plasma);
• AS – Arc Spraying (aspersão a arco elétrico); • LS – Laser Spraying (aspersão a laser);
• CS – Cold Spraying (aspersão a frio).
E. M. Mazzer & C. R. M. Afonso / Revista Eletrônicade Materiais e Processos / ISSN
1809‐8797 / v.7.2 (2012) 123 – 130
PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO

 Aspersão térmica
Aspersão por arco elétrico Processo de aspersão por HVOF
Aspersão a plasma
E. M. Mazzer & C. R. M. Afonso / Revista Eletrô nica de Materiais e Processos / ISSN 1809‐8797 / v
.7.2
(2012) 123 – 130
PMR 3301 Profa. Izabel Machado – machadoi@usp.br
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PROCESSOS DE DEPOSIÇÃO
 Deposição física de vapor (PVD)
 Densos
 Homogêneos
 Finos
 Baixa temperatura
 Linha de visão
O processo PVD (Deposição física de vapor) é uma tecnologia utilizada para a deposição de
filmes metálicos finos sobre diversos tipos de substratos. O processo é realizado, sob
vácuo, aonde os metais a serem depositados ( tais como zircônio, titânio, cromo ) são
evaporados. Graças a energia cinética e ao diferencial de potencial aplicado sobre a peça
a ser recoberta, os íons metálicos são atraídos para a superfície do objeto a ser recoberto,
onde se condensam, juntamente com um gás de processo, formando o revestimento
desejado.
O PVD é particularmente indicado para aqueles produtos inovadores e de qualidade que
necessitam atender elevados padrões ( resistência a abrasão, ao risco, a corrosão,
dureza superficial, etc ) e permite ainda obter uma vasta gama de cores.
http://www.coddametais.com.br/compasso/processo-pvd-physical-vapor-deposition/

 Deposição física de vapor (PVD)
http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/material-
science-products.html?TablePage=108832720

 Deposição química de vapor (CVD)
 Cerâmicos
 Densos
 Homogêneos
 Finos
 Imersão
 Precursor gasoso
Deposição química em fase vapor ou CVD (chemical vapour deposition) é um processo versátil
para construção de filmes sólidos, revestimentos, fibras, componentes monolíticos, entre outros
materiais. Essa tecnologia é usada na indústria de semicondutores e outros componentes
eletrônicos, em componentes ópticos e optoeletrônicos, fotossensíveis e revestimentos.
No processo de CVD ocorre a formação de um filme fino sólido pela deposição atômica ou
molecular, em uma superfície aquecida, sendo o sólido resultante de uma reação química onde os
precursores estão na fase de vapor. No processo de CVD as espécies depositadas são átomos ou
moléculas ou a combinação desses.

 Deposição química de vapor (CVD)
 Cerâmicos
 Densos
 Homogêneos
 Finos
 Imersão
 Precursor gasoso
https://www.withfriendship.com/user/svaruna/Chemical-vapor-deposition.php
PVD -Arco CVD

CVD: usa gases ou precursores em estado vapor e o filme depositado a partir de
reações químicas sobre superfície do substrato.
PVD: vaporiza o material sólido por calor ou sputtering e recondensa o vapor sobre a
superfície do substrato para formar o filme fino sólido.
. Filmes CVD: melhor cobertura de degrau.
• Filmes PVD: melhor qualidade, baixa concentração de impurezas e baixa
resistividade
https://www.ccs.unicamp.br/novosite/ie521/files/2013/08/PVD-I.pdf

PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO
https://www.youtube.com/watch?v=c4Sic1DRXJI
PMR 3301
https://www.youtube.com/watch?v=c4Sic1DRXJI

PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO
 Processos por deposição de vapor (PVD/CVD)
 Composição variável
Diferentes elementos
 Melhorar as características
Adesão, resistência ao desgaste
Intercamada

PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO
 Processos PVD/CVD
↓Ti ↑MoS2
Ti = MoS2
↑Ti ↓MoS2
Ti

PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO

 Morfologia
PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392017000100200&lng=en&tlng=en
http://iopscience.iop.org/article/1
0.1088/0957-4484/19/41/415203

DEFEIT
OS
Transição do comportamento mecânico das micropartículas em um revestimento WC/C
durante ensaios de riscamento. Cassiano Ferreira Bernardes
PMR 3301

PROCESSOS DE
DEPOSIÇÃO
 Tensão residual
 Dureza
 Falha
https://www.researchgate.net/publication/229
230748_Buckle_morphologies_of_wedge-
shaped_Fe_films_quenched_by_silicone_oil
_during_deposition
E. Harry, A. Rouzaud, M. Ignat, P.
Juliet, Thin Solid Films 332 (1998)
195-201.

CARACTERIZAÇÃO DOS
RECOBRIMENTOS
 Módulo elástico: até 600+ GPa
 Dureza: até 70+ GPa
 Tenacidade a fratura: 0.1 a 7 MPa m1/2
http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/373/2038/20140130

 Nano-indentação
 Método indireto
 Baixo custo
 Influência da rugosidade
 Influência do substrato
RECOBRIMENTOS
http://www.blue-scientific.com/picoindenter/

 Ensaio de flexão
 Método direto
 Alto custo
 Influência do corte
RECOBRIMENTOS
http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/373/2038/20140130

RECOBRIMENTOS

PMR 3301

INFORMAÇÃO
COMPLEMENTAR :
Recobrimentos ou Revestimentos (partículas)
 A solução de recobrimento é adicionada no leito fluido de produto. A solução de
recobrimento cobre as superfícies das partículas durante a mistura.
 Uma cobertura de 100 % das superfícies é raramente obtida com este processo uma
vez que a distribuição não pode ser controlada. Os graus de recobrimento usuais estão
entre 70 e 95%. Entretanto, isto é absolutamente suficiente para a maioria das
aplicações.
http://protea.com.br/portfolio/revestir

CEMENTAÇ
ÃO
É utilizada em aços carbono ou ligados com teores de carbono
até 0,2%. O aço é aquecido entre 870-950 oC em atmosfera
rica em carbono. O processo de cementação segue a seguinte
reação:
Fe + 2CO  Fe(C) + CO2
A atmosfera rica em carbono pode ser fornecida basicamente
por gás, ou por um banho (líquido) de sais. A superfície rica em
carbono produzida tem dureza entre 55 e 60 HRC. A
profundidade da camada cementada varia normalmente de 0,5
a 1,5 mm.

http://mecanica-blog.blogspot.com/2013/09/tratamentos-termoquimicos-cementacao.html
PMR 3301
44

NITRETA
ÇÃO
É utilizada em aços carbono ou ligados (Cr, Mo), aços ferramenta
e aços inoxidáveis. O aço é aquecido entre 500-600 oC em
atmosfera rica em nitrogênio. Quando a atmosfera é gasosa, o gás
utilizado contém amônia, que dissociada gera o nitrogênio.
http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10970/

NITRETA
ÇÃO
Outra forma de se obter o nitrogênio dissociado, a partir do N2, pela
formação de um plasma. Esse processo consiste em colocar uma
mistura de gases em um recipiente onde foi existe vácuo. Nesse
recipiente é estabelecida uma diferença de potencial, produzindo
ionização do gás nitrogênio. Esse processo tem como vantagens
menores problemas ambientais, melhor estabilidade dimensional e
melhor controle da camada nitretada, além da utilização de menores
temperaturas.
As durezas alcançadas na superfície atingem um valor maior do que
1100 HV. A profundidade da camada nitretada varia de 0,1 a 0,6 mm.
No caso dos aços rápidos essa camada varia de 0,02 a 0,07 mm.

https://www.solucoesindustriais.com.br/empresa/prestadores-de-
servicos/heattech/produtos/quimico/nitretacao-gasosa
Nitretação gasosa
PMR 3301
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Nitretação por plasma

Carbonitretação
É um processo realizado em aços baixo carbono, onde ocorre um
enriquecimento na superfície tanto em carbono como em nitrogênio.
Nesse caso a reação é dada por:
2NaCN + O2  2NaNCO
4NaNCO  Na2CO3 + CO + 2N
Neste processo o aço é aquecido entre 700 e 800 oC em uma
atmosfera rica em carbono e em amônia. A peça é resfriada em óleo.
PMR 3301
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http://maxitrate.com.br/imagens/informacoes/tratamento-carbonitretacao-02.jpg
https://www.ipen.br/biblioteca/cd/cbecimat/2000/Docs/TC301-033.pdf
PMR 3301
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http://pelicano.ipen.br/PosG30/TextoCompleto/
Alessandro%20Francelino%20Nogueira_M.pdf
PMR 3301
50

http://pelicano.ipen.br/PosG30/TextoCompleto/Alessandro%20Francelino%20Nogueira_M.pdf
PMR 3301
51

http://pelicano.ipen.br/PosG30/TextoCompleto/Alessandro%20Francelino%20Nogueira_M.pdf
PMR 3301
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DEFINIÇÃO
É um processo de fabricação de peças, através do corte ou deformação de chapas
através da operação de conformação a frio.
Emprega-se a conformação de chapas para se fabricar peças com paredes finas feitas
de chapa ou fita de diversos metais e ligas.
CONFORMAÇÃO MECÂNICA

DEFINIÇÃO
Conformação de chapa é o processo de transformação mecânica que consiste em
conformar uma chapa à forma de uma matriz, pela aplicação de esforços transmitidos
através de um punção.
Na operação ocorrem alongamento e contração das dimensões de todos os elementos
de volume. A chapa, originalmente plana, adquire uma nova forma geométrica.
CONFORMAÇÃO MECÂNICA DE CHAPA

VANTAGENS
Devido às suas características este processo de fabricação é apropriado,
preferencialmente, para as grandes séries de peças, obtendo-se grandes vantagens,
tais como:
▪ Elevada produção
▪ Reduzido custo por peça
▪ Bom acabamento, não necessitando processamento posterior.
▪ Maior resistência das peças devido à conformação, causada pelo encruamento no
material.
▪ Baixo custo de controlo de qualidade devido à uniformidade da produção e a
facilidade para a deteção de desvios.

DESVANTAGENS
Como principal desvantagem deste processo, podemos destacar o elevado custo das
ferramentas, que só pode ser amortizado se a quantidade de peças a produzir for
elevada.

APLICAÇÃO
Fabrico de peças em:
▪ Aço baixo carbono,
▪ Aços inoxidáveis,
▪ Alumínio,
▪ Cobre
▪ Ligas não ferrosas.

CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS
A conformação de chapas metálicas finas pode ser classificada através do tipo de
operação empregue. Assim pode-se ter :
 Corte em prensa
 Quinagem
 Estampagem profunda (embutidura)

MÉTODOS DE CONFORMAÇÃO- MÁQUINAS E FERRAMENTAS
Máquinas: A maior parte da produção em série de partes conformadas
a partir de chapas finas é realizada em prensas mecânicas ou hidráulicas.
Ferramentas e Acessório
As ferramentas básicas utilizadas numa prensa de conformação
de peças metálicas são o punção e a matriz.
▪ O punção, normalmente o elemento móvel, é a ferramenta convexa que se acopla
com a matriz côncava.
▪ Como é necessário um alinhamento entre a matriz e o punção, é comum mantê-los
permanentemente montados num porta matriz, que pode ser rapidamente inserido
na prensa.

Ferramentas e Acessórios
▪ Geralmente, para evitar a formação de rugas na chapa a conformar usam-se
elementos de fixação ou a ação de grampos para comprimir o disco contra a matriz.
▪ A fixação é conseguida por meio de um dispositivo denominado anti-rugas ou
prensa-chapas.

Nomenclatura básica de ferramentas
▪ Punção: é o elemento da ferramenta que provoca a perfuração através de
movimento e força transmitidos pela prensa.
▪ Matriz: é o elemento da ferramenta que fica fixo na base da prensa e sob o qual se
apoia a chapa.
▪ Folga: é o espaço existente entre o punção e a matriz na parte paralela de corte.
▪ Alívio de ferramenta: é o ângulo dado à matriz, após a parte paralela de corte, para
permitir o escape fácil da parte cortada.

CORTE DE CHAPA
Etapas do corte:
1. Deformação plástica: Aparecimento de deformações plásticas
em ambos os lados da chapa
2. Redução de área: Com o aumento da pressão, o material começa
a trincar
3. Fratura: As trincas unem-se e separam a peça da chapa

CORTE DE CHAPA

CORTE DE CHAPA
Características generalistas
▪ Destina-se à obtenção de formas geométricas, a partir de chapas submetidas à ação
de pressão exercida por um punção ou cunha de corte contra o material e a matriz.
▪ Quando o punção ou a lâmina inicia a penetração na chapa, o esforço de
compressão converte-se em esforço cisalhante (esforço de corte) provocando a
separação brusca de uma porção da chapa.
▪ No processo, a chapa é deformada plasticamente e levada até a ruptura nas
superfícies em contato com as lâminas

CORTE DE CHAPA
Características
A aresta de corte apresenta em geral três regiões: uma rugosa (correspondente à
superfície da trinca da fratura), uma lisa (formada pelo atrito da peça com as paredes
da matriz) e uma região arredondada (formada pela deformação plástica inicial).

CORTE DE CHAPA
Características
▪ A qualidade das arestas cortadas não é a mesma das maquinadas, entretanto
quando as lâminas são mantidas afiadas e ajustadas é possível obter arestas
aceitáveis para uma grande faixa de aplicações.
▪ A qualidade das bordas cortadas geralmente melhora com a redução da espessura
da chapa.

CORTE DE CHAPA
FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ
A folga entre o punção e a matriz tem uma função muito importante, pois dela
depende o aspecto da peça acabada e a força necessária para o corte e o desgaste da
ferramenta.
Quando a folga é correta, os inícios das fraturas que começam no canto de corte do
punção e da matriz, depois de prolongarem-se, encontrar-se-ão no mesmo ponto,
produzindo uma peça sem rebarbas.
Essa folga depende das características do material, bem como de sua espessura.

CORTE DE CHAPA
Segundo Oehler, a folga ideal pode ser obtida através das seguintes fórmulas
empíricas:

CORTE DE CHAPA
FORÇA NECESSÁRIA PARA O CORTE
O esforço de corte é obtido multiplicando-se a área da seção a ser cortada pela
resistência ao cisalhamento do material.
Como a área da seção a ser cortada é igual à espessura da chapa multiplicada pelo
perímetro de corte, podemos dizer que:

CORTE DE CHAPA
FORÇA NECESSÁRIA PARA O CORTE
Valor de Ks para alguns metais
Na falta do valor exato Ks pode ser tomado como sendo 0,8 da tensão de ruptura à
tração do material.

CORTE DE CHAPA
FORÇA DE SUJEIÇÃO
Algumas vezes a tira a ser cortada fica presa através de um sujeitador ou prensa-
chapa ligado ao mecanismo do punção e acionado pela pressão dada por molas.
Podemos considerar que, para condições médias de folga e afiação das ferramentas, o
esforço de sujeição varia de 5 a 12% do esforço de corte e na prática, quando não se
conhece o valor exato, utiliza-se 10%. Assim, nesse caso, a força total de corte será
igual a 1,1.Fc

CORTE DE CHAPA
REDUÇÃO DA FORÇA DE CORTE
Muitas vezes é interessante procurar-se diminuir o esforço de corte, com o intuito de
minimizar a necessidade de grandes prensas. Isto pode ser feito através de um ângulo
no punção ou na matriz, de maneira a diminuir a área de resistência ao corte.
A redução do esforço de corte pode ser demonstrada conforme segue:

CORTE DE CHAPA
O trabalho requerido para cortar uma chapa de metal pode ser calculado pela fórmula
básica:
Trabalho = Força x distância em que a força atua
No caso do punção de face reta, a distância percorrida pelo punção para executar o
corte será igual à espessura da chapa (e).
Portanto: Tc1 = Fc1 x e
No caso do punção de face angular a distância percorrida pelo punção para executar o
corte completo será igual a (e + c), conforme desenho
Assim: Tc2 = Fc2 x (e + c)

CORTE DE CHAPA
Como o trabalho para executar o mesmo corte não varia, (Tc1 = Tc2) e como a
distância percorrida pelo punção com face angular é maior, para manter-se a
igualdade, a força de corte, neste caso, necessariamente, terá que ser menor.
▪ Tc1 = Fc1 x e Tc2 = Fc2 x (e + c)
▪ Tc1 = Tc2 (e + c) > e
Portanto: Fc2 < Fc1
O ângulo de inclinação dado na face do punção não deve ultrapassar a 18 graus.

DESEJAMOS CORTAR 1 DISCO DE 30 MM DE DIÂMETRO, NUMA
CHAPA DE AÇO CARBONO RECOZIDO PARA ESTAMPAGEM, COM 0,1%
C, DE 2 MM DE ESPESSURA.
CALCULAR O VALOR DA FORÇA TOTAL DE CORTE.
SOLUÇÃO :
Fc = e x L x Ks
L = π × d da tabela Ks = 24 Kgf/mm2
Assim: Fc = 2 × π × 30 × 24 × 1 = 4521,6 kgf

DESEJAMOS CORTAR, SIMULTANEAMENTE, DEZ DISCOS DE 30 MM
DE DIÂMETRO, NUMA CHAPA DE AÇO CARBONO RECOZIDO PARA
ESTAMPAGEM, COM 0,1% C, DE 2 MM DE ESPESSURA.
CALCULAR O VALOR DA FORÇA TOTAL DE CORTE.
SOLUÇÃO :
Fc = e x L x Ks × 10
L = π × d da tabela Ks = 24 Kgf/mm2
Assim: Fc = 2 × π × 30 × 24 × 10 = 45216 kgf

A) CALCULAR A ALTURA DE “C” QUE DEVERIA TER A FACE DO PUNÇÃO
PARA QUE PUDÉSSEMOS CORTAR 10 DISCOS EM SIMULTÂNEO, USANDO
UMA PRENSA DE 30 TON.F
SOLUÇÃO :
Tc1 = Fc1× e = 45216× 2 = 90480kgf .mm
Tc2 = Fc2 × (e + c)
Tc1 = Tc2 = 90480 kgf.mm
Fc2 = 30000kgf
Portanto: 904320 = 30000× (20 + c) . Assim: c = 10,02
Tag-1(0,34) = 18º
B) Calcule a distancia “c” caso só fosse possível cortar 1 disco

CORTE DE CHAPA
ESTUDO DO "LAYOUT" PARA O MELHOR APROVEITAMENTO DAS CHAPAS
Podemos obter uma importante economia de material, particularmente quando se
tratar de grandes séries de peças, se estudarmos a posição que deve ocupar a peça na
tira de chapa.
Além do aspecto relativo à redução de sobras, muitas vezes é importante considerar-
se o sentido de laminação da chapa, para obter-se uma resistência mecânica
adequada da peça.
Um bom arranjo contribui para:
▪ Aumento de produtividade
▪ Bom acabamento das peças
▪ Uso de ferramentas mais simples

CORTE DE CHAPA
Para melhor disposição possível da peça na tira devemos seguir as seguintes regras:
▪ Separação entre as peças
▪ Modos de disposição das peças na tira

CORTE DE CHAPA
Separação entre as peças
A separação que se deve deixar entre peças ou entre essas e as bordas da tira varia de
acordo com:
▪ a espessura da chapa
▪ o formato da peça.
É importante observar que o retalho de chapa deve manter sempre a rigidez, pois
caso contrário haverá problemas de posicionamento da tira na ferramenta com
consequentes interferências, produtos incompletos, gripagem da ferramenta, etc.

CORTE DE CHAPA
Normalmente adotam-se como distanciamentos mínimos os que se seguem:
S = distância ou sobra de material
e = espessura da chapa
S = 2 x e: se os lados de duas peças consecutivas são paralelos, portanto a separação
das peças é constante.
S = e: quando a separação mínima entre duas peças é somente num ponto, (por
exemplo, formatos circulares).
O mesmo critério é empregue para a distância mínima entre as bordas da tira e a
peça.
Qualquer que seja a espessura, S deve ser sempre > 0,5 mm.

CORTE DE CHAPA
Em alguns casos, quando o formato da peça permite, pode-se conseguir um
aproveitamento máximo não se deixando retalho entre as peças, conforme mostra a
figura abaixo.

CORTE DE CHAPA
Modos de disposição das peças na tira
A disposição das peças na tira é feita através de uma das seguintes formas:
▪ Reta
▪ Inclinada
▪ Invertida
▪ Múltipla

CORTE DE CHAPA
▪ Reta

CORTE DE CHAPA
▪ Inclinada

CORTE DE CHAPA
▪ Invertida

CORTE DE CHAPA
▪ Invertida
A disposição invertida exige que a tira do metal passe duas vezes pela mesma
ferramenta, sendo que da segunda vez a tira deve ser invertida.
Outra alternativa é dispor de uma ferramenta equipada com dois punções, para corte
simultâneo das duas peças. Essa solução acarretará aumento no preço da ferramenta
e a exigência de prensas mais potentes para execução do corte.

CORTE DE CHAPA
▪ Múltipla

▪ Múltipla
CORTE DE CHAPA

CORTE DE CHAPA
Para se descobrir qual a melhor disposição para determinada peça, o método mais
prático, se não tivermos acesso a um software adequado, é o de recortar-se modelos
da peça em cartolina e distribuí-los de várias formas sobre papel milimétrico, até
encontrar-se a disposição que seja a mais económica.

CALCULAR QUAL DAS DISPOSIÇÕES: PARALELA, OBLÍQUA OU
INVERTIDA APRESENTA O MELHOR APROVEITAMENTO DA TIRA DE
CHAPA (MENOR ÁREA OCUPADA), PARA A FABRICAÇÃO DA PEÇA
ABAIXO.

OPERAÇÕES DE QUINAGEM
DEFINIÇÃO
Consiste na deformação da chapa ou tira, de forma a obter-se uma ou mais curvaturas
através da aplicação de esforços de flexão.
Dizemos, então, que o material está submetido a um estado duplo de tensão.

CARACTERÍSTICAS
Como todo material submetido à flexão, a chapa dobrada é solicitada por tração no
lado externo da dobra e por compressão no lado interno, caracterizando o estado
duplo de tensão.
Assim sendo, as tensões a que está sujeito o material são decrescentes das faces
externas em direção ao núcleo da peça e, como as mesmas são de sentido inverso
haverá uma linha onde essas tensões se anulam, que é chamada de linha neutra
(L.N.).

CARACTERÍSTICAS
Esta linha neutra é importante na operação de quinagem, pois como aí a tensão é zero
ela não sofre alteração de comprimento durante a deformação, o que não acontece
com as partes que estão sendo tracionadas e comprimidas que, aumentam ou
diminuem de comprimento, respectivamente, após a operação.
É através da linha neutra que se calculam as dimensões do desenvolvimento, ou seja,
da tira antes da quinagem.
Quando se inicia a quinagem, a linha neutra está localizada no centro da espessura da
tira e, conforme operação vai sendo executada, a sua tendência é deslocar-se em
direção ao lado interno da curvatura (lado da compressão).

DETERMINAÇÃO DA POSIÇÃO DA LINHA NEUTRA (LN).
Valores práticos para localização da LN, em função da espessura da chapa

Para determinação exata da posição da LN, é necessário fazer-se a Quinagem de uma
tira de chapa, de comprimento “L” e espessura “e” conhecidos, com um raio “r” de
quinagem desejado, como mostra a figura abaixo.
r

EXERCÍCIO 5
QUINAGEM DE CHAPA

DETERMINAR A DISTÂNCIA ENTRE A LN E A FACE INTERNA DA
DOBRA DE UMA TIRA DE AÇO DE 100 X 20 X 3 MM, QUE UMA VEZ
DOBRADA, FICARÁ COM AS DIMENSÕES INDICADAS A SEGUIR:

CÁLCULO DO DESENVOLVIMENTO
Para se obter uma peça dobrada temos que partir de um esboço plano, cortado com
dimensões adequadas, denominado desenvolvimento da peça. Este desenvolvimento
é calculado, baseado na linha neutra da peça, pois essa não muda de comprimento
após a deformação da chapa.
Assim, para o cálculo do desenvolvimento, basta determinar o comprimento da
mesma.

Exemplo de aplicação:
Calcular o desenvolvimento da peça
desenhada a seguir, construída
numa chapa de 2 mm de espessura.
Como a espessura da chapa
é de 2 mm, podemos considerar
a LN no centro da chapa (LN = 1/2.e)

AB = 8 - (3 + 2) = 3 mm
BC = 2πR/4 = 1/2.π. (3 +1) = 6,28mm
CD = 15 - (5 + 5) = 5 mm
DE = BC = 6,28 mm
EF = 40 - (3 + 2) = 35 mm
FG = 2πR/2 = π. (5 + 1) = 18,84 mm
Portanto, o desenvolvimento terá o seguinte comprimento:
L = 3 + 6,28 + 5 + 6,28 + 35 + 18,84 = 74,40 mm

DEFORMAÇÃO DURANTE A QUINAGEM
Na Quinagem de tiras de seção retangular, os lados do retângulo são formados pela
largura da tira e pela sua espessura.
Quando chapas espessas são dobradas com raios de curvatura pequenos, este
retângulo é distorcido para um trapézio, onde o lado interno à curvatura tem suas
dimensões diminuídas, devido aos esforços de compressão e o lado externo tem suas
dimensões aumentadas, devido aos esforços de tração.

RAIO MÍNIMO DE QUINAGEM
Quanto menor o raio de quinagem maiores serão as tensões a que o material ficará
submetido.
Para que não haja início de trinca ou esmagamento, as tensões máximas de tração e
compressão atingidas nas partes externas e internas da curvatura nunca devem atingir a
tensão limite de ruptura.
O raio mínimo de quinagem deve ser limitado de forma a evitar esta ocorrência.
Existem fórmulas empíricas para a determinação do raio mínimo, mas na prática utilizam-
se valores obtidos experimentalmente. Para o aço macio recomenda-se Rmin > e, onde
“e” é a espessura da chapa.

RETORNO ELÁSTICO
Na quinagem deve-se ter em consideração o fato que, após cessado o esforço do punção
sobre o material, haverá um certo retorno da peça dobrada, ficando a dobra com um
ângulo maior que o obtido no momento da pressão da ferramenta.
Esse retorno é devido à componente elástica do material, pois a deformação plástica
permanente é conseguida apenas nas fibras mais externas do material, permanecendo às
próximas à linha neutra no estado elástico.

RETORNO ELÁSTICO
O ângulo de retorno depende, principalmente, do material, de sua espessura e do raio de
curvatura. Normalmente ele varia de 1°a 10° e, para ter-se uma ideia de seu valor,
convém realizar-se um ensaio prévio de dobra. Portanto, as ferramentas de dobra devem
ser feitas com ângulo que compensem esse retorno.
Nas dobras de perfis "U" o fundo é feito levemente côncavo para compensar a ação
elástica do material.

A folga entre o punção e a matriz deve ser igual à espessura da chapa, a menos que a
chapa vá ser submetida a um efeito de cunhagem, o que aumentará significativamente as
forças necessárias para a quinagem.
Como a espessura da chapa pode variar dentro das tolerâncias de fabrico, isto deve ser
considerado no dimensionamento da folga. Normalmente costuma- se acrescentar 10%
da espessura para compensar essas tolerâncias.
Usando-se esse critério a folga será igual a 1,1 e

FORÇA DE QUINAGEM
Para o cálculo da força necessária para realizar-se um dobramento é preciso saber como
será realizado o mesmo pois, conforme o desenho da ferramenta, haverá uma variação
nessa força.
Assim sendo apresentaremos três tipos básicos de dobramento mostrando o roteiro que
deve ser seguido para determinação dessa força. Para qualquer outro tipo de
dobramento não analisado aqui, o roteiro a ser seguido é o mesmo.
Assim, para calcularmos a força de dobramento devemos associar o tipo de dobramento
com um correspondente carregamento de uma viga.

FORÇA DE QUINAGEM
A seguir mostramos o cálculo da força de dobramento (FD ) para dobras em "V", "L" e
"U".
▪ Quinagem em “V”

FORÇA DE QUINAGEM

FORÇA DE QUINAGEM
"U".
▪ Quinagem em “L”

FORÇA DE QUINAGEM
"U".
▪ Quinagem em “U”

FORÇA DE QUINAGEM
e l = 30mm

FORÇA DE QUINAGEM
Nas operações de dobramento poderá haver a necessidade de manter-se a tira de chapa
presa firmemente, para evitar que a mesma desloque-se durante a operação.
Para isso, poderá ser usado um prensa-chapa ou sujeitador de ação por molas.
Normalmente, o valor dessa força de sujeição pode ser considerado como sendo 0,3 Fd.

ENCURVAMENTO
A operação de encurvamento segue, em linhas gerais, os mesmos princípios e conceitos
explicados na operação de quinagem.
Curvatura total de uma chapa realizada com uma única matriz

EMBUTIDURA OU ESTAMPAGEM PROFUNDA

OPERAÇÕES DE ESTAMPAGEM PROFUNDA
DEFINIÇÃO
A embutidura é uma operação de estampagem onde uma chapa, inicialmente plana, é
transformada num corpo oco sem que haja aparecimento de rugas e trincas.
Ela é realizada a frio e, dependendo da característica do produto, numa ou mais fases
de conformação.
Por este processo, produzem-se panelas, partes de carros como para-lamas, capôs,
portas, e peças como cartuchos e refletores parabólicos.

DEFINIÇÃO

DESENHO ESQUEMÁTICO DE UMA MATRIZ SIMPLES PARA ESTAMPAGEM PROFUNDA

DEFINIÇÃO
As possibilidades de embutidura começam no limite elástico e terminam um
pouco antes do limite de ruptura. Portanto, quanto maior for a diferença entre o
limite elástico e o de ruptura, maiores serão as possibilidades de embutir
determinado aço.
A chapa de aço para operações de embutidura deve ter um limite elástico bastante
baixo (18 a 21 kgf / mm2 ) uma carga de ruptura a mais elevada possível (35 a 42
kgf/mm2), com um coeficiente de alongamento em torno de 33 a 45%.
Nesta operação, ao contrário das precedentes, praticamente todo o volume da
peça sofre tensões e é encruado, exceto o fundo da peça, que serviu de apoio à
face do punção.

DEFINIÇÃO
A figura mostra as tensões a que está sujeita uma peça embutida. Enquanto as
paredes verticais são tracionadas, a área plana do desenvolvimento sofre a
atuação de forças de compressão. Gerando variações na sua espessura.

Basicamente, existem quatro regiões com deformações distintas:
1. Parte plana do fundo da peça cuja espessura final é praticamente a mesma do
disco, quase não apresentando deformação;
2. O raio do fundo da peça onde ocorre significativa deformação na espessura;
3. O raio da matriz onde se verifica um aumento de espessura pelas diferenças
entre as tensões de tração, compressão e a componente tangencial;
4. As paredes laterais onde ocorre um decréscimo gradual da espessura até ao
fundo da peça.

Formas mais comuns de punções em processos de embutidura.

A Figura a seguir apresenta, como referência, os intervalos recomendados para o
raio da matriz Rm, o raio do punção r e a folga matriz-punção δ em função da
espessura do disco

O erro demonstrado abaixo ocorre porque somente em chapas de perímetro
arredondado é possível obter um copo com arestas perfeitas (onde indica a aresta
B, na figura).

Exemplo de aplicação de estampagem profunda - Dedal de costura
A partir do corte da chapa, 7 operações são realizadas. A quinta operação é mais
conhecida por cunhagem.
1 2 3 4 5 6 7

Exemplo de aplicação de estampagem profunda – Cartucho
Para a fabricação deste componente, são necessárias 11 operações. As operações
de 1 a 5 são de embutimento-estiramentos. As de 6 a 9 procuram formar a base
do cartucho. Da décima operação em diante, a redução da frente do cartucho é
realizada. Uma observação interessante é que a bala que irá ser montada no
cartucho também necessita de 8 operações de estampagem para ser conformada.
1 2 3 4 5 6 7

REESTAMPAGEM
▪ Acontece quando a profundidade do embutido é maior que o diâmetro da peça,
sendo necessárias várias operações sucessivas para obtê-la.
▪ A redução teórica máxima que se obtém numa única operação de estampagem
é cerca de 50% e mesmo nas condições mais favoráveis não ultrapassa 60%.

OPERAÇÕES DE REESTAMPAGEM
1 2 3 4 5 6 7

REESTAMPAGEM INVERSA
1 2 3 4 5 6 7

CONFORMAÇÃO – TECNOLOGIA MECÂNICA
RICARDO CAMPOS

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