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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CENTRO TECNOLÓGICO
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA: CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
PLÁSTICA
LAMINAÇÃO
LAMINAÇÃO
LAMINAÇÃO
A laminação consiste na passagem de um corpo sólido
(peça) entre dois cilindros (ferramentas) que giram à mesma
velocidade periférica, mas em sentidos contrários.
Processo de Laminação.
Fundamentos do Processo
Processo pode ser realizado:
• continuo ou em etapas
• com uma ou mais ferramentas rotativas (cilindros de laminação)
• com ou sem ferramentas adicionais (p.ex.: mandris, calços ou
hastes)
Permitindo:
• alcançar as dimensões dos produtos semi-acabados ou da peça
pronta.
• caldeamento de rechupes e poros provenientes do processo de
lingotamento
• conformação da estrutura de solidificação do lingote.
• melhora das propriedades mecânicas.
Característica básica do processo
• A tensão predominante, que conduz o processo é a tensão de
compressão.
• Os cilindros de laminação podem tanto ser motores ou então
movidos pelo movimento do material que está sendo laminado.
TRANSVERSALLONGITUDINAL CISALHANTE
CLASSIFICAÇÃO CONFORME A
CINEMÁTICA
LAMINAÇÃO
PLANA
LAMINAÇÃO
DE PERFIS
CLASSIFICAÇÃO CONFORME A
GEOMETRIA
• Tipos de laminadores
• duo reversível: usado na LQ para “desbaste”de
lingotes e para esboço
• trio: usado na LQ para chapas e placas
• quádruo, quádruo reversível: usado em LQ e LF
para chapas grossas e planos
• linhas contínuas: chapas de espessura média e fina a
quente
• Sendzimir: usado na LF para chapas finas
• Sequencial: usado na LQ e LF de perfis e tubos com
costura a partir de tiras
• Mannesmann: usado na LQ e LF de tubos sem
costura, com o uso de mandris
TIPOS DE LAMINADOR PARA LAMINAÇÃO
CONVENCIONAL
DUO DUO REVERSÍVEL TRIO
SENDZIMIRQUADRUO
Um laminador consiste
basicamente em cilindros
laminadores, mancais, gaio
a e um motor.
Gaiola e cilindro de Laminação.
CILINDRO
LAMINAÇÃO
Tipos de laminadores.
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LAMINAÇÃO
LAMINAÇÃO A QUENTE
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• Serve como etapa de preparação para laminação final, a frio.
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• Forças de laminação menores que as da laminação a frio
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• Resulta em tolerâncias dimensionais largas.
LINGOTAMENTO CONTÍNUO PARA PRODUÇÃO
DE CHAPAS POR LAMINAÇÃO A QUENTE
LAMINAÇÃO A QUENTE
PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAÇÃO A QUENTE
LAMINAÇÃO A FRIO
• Requer material com boa plasticidade a frio.
• É precedida por laminação a quente.
• As reduções de espessura são limitadas pelo encruamento.
• As forças de laminação são bem maiores que as da laminação a
quente.
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laminação a quente.
LAMINAÇÃO A FRIO DE CHAPAS
PROCESSO INDUSTRIAL PARA LAMINAÇÃO A
FRIO DE CHAPAS
PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAÇÃO A FRIO
Processos de conformação   parte i
PRODUTO SEMI ACABADO Produto que necessita de acabamento final
PRODUTO ACABADO Produto empregado na forma em que se encontra
PRODUTO PLANO Produto obtido com cilindros de geratriz
BLOCO Produto semi-acabado de secção transversal > 15.600 mm²,
relação largura/espessura ≤ 2
PLACA Produto semi-acabado de espessura > 40 mm, relação
largura/espessura > 2
TARUGO Produto semi-acabado de secção transversal ≤ 15.600 mm²,
espessura > 40 mm relação largura/espessura ≤ 2
BARRA Produto acabado com secção transversal constante e com
geometria simples
PERFIL Produto acabado com secção transversal com geometria
simples ou composta
VERGALHÃO Barra redonda com ampla tolerância dimensional
TUBO Produto oco de secção constante e parede uniforme
VIGA METÁLICA Perfil de secção transversal na forma de H, I, U, etc.
CHAPA Produto plano de espessura ≥ 0,3 mm, largura ≥ 300 mm
CHAPA GROSSA Chapa com espessura > 5 mm, largura < 300 mm
CHAPA FINA Chapa com espessura entre 0,3 e 6 mm, largura ≥ 300 mm
FOLHA Produto plano de espessura < 0,3 mm
FITA Produto plano de largura ≤ 300 mm
Classificação de alguns produtos laminados. LAMINAÇÃO
MECÂNICA DA LAMINAÇÃO
• Arco de contato
• Esforço predominante: compressão direta
• Ponto neutro: pressão máxima dos cilindros sobre a peça
• Ângulo de laminação: ângulo de contato, ângulo de
ataque, ângulo de mordida
• Forças de atrito: no sentido da laminação até o ponto
neutro e contrário a partir dele tendência de movimento para trás
e para frente da peça a laminar
• Carga de laminação: força de separação dividida pela área
de contato Tensão de laminação
• Cilindros de diâmetros menores
• Área de contato menor
• Força de separação menor
• Forças de atrito menores
• Maior rigidez e precisão
• Aplicação nos
quádruos e múltiplos
LAMINAÇÃO
Relações Geométricas na
Laminação de Planos
Figura 5 - Relações geométricas na laminação de planos.
Comprimento do Arco de Contato (L)
O arco de contato está sobre o cilindro de laminação, e
encontra-se entre os pontos A e C (figura 5).
LAMINAÇÃO
Ângulo de Contato (α)
Define-se o ângulo de contato α como o ângulo limitado
pela linha OC, que une os centros dos cilindros, e o raio AO do
cilindro que passa pelo ponto de entrada A (figura 5).
LAMINAÇÃO
Deformação e Redução na
Laminação
Figura 6 - Deformação na laminação.
Condições de Mordida e
Arrastamento
No instante em que a chapa entra em contato com os
cilindros de laminação, duas forças atuam sobre ela: a força
normal e a força de atrito (Figura 7a) .
A condição para que a mordida ocorra é Fx > 0.
LAMINAÇÃO
LAMINAÇÃOA condição para o arrastamento é Fx > 0 (Figura 7b).
ou
a b
Figura 7 – (a) Agarramento da chapa pelo cilindro; (b) Condições de arrastamento.
LAMINAÇÃO
A posição do ângulo neutro pode ser calculada através da
equação:
(forma simplificada para
pequenos ângulos)
Figura 8 – Ângulo Neutro.
Ângulo Neutro ou Ângulo de
Não Deslizamento
LAMINAÇÃO
ONDE: P = carga (força) de laminação
W = largura da chapa
Δh = hi - hf
Deformação Elástica dos
Cilindros de Laminação
Equação de Hitchoock
A análise mais comumente usada para a deformação elástica
dos cilindros é a desenvolvida por Hitchoock. De acordo com
essa análise o raio de curvatura aumenta de R para 'R.
LAMINAÇÃO
Cálculo da Carga de
Laminação de Chapas a Frio
Deformação homogênea
Uma estimativa para a força de laminação de chapas a frio
pode ser obtida considerando o processo de laminação como um
processo de compressão homogênea entre placas bem
lubrificadas.
Com atrito - Orowan
Sem atrito
LAMINAÇÃO
Equação de Ekelund
Para o cálculo da força de laminação, foi proposta por
Ekelund em 1927, uma expressão de grande utilidade, por sua
facilidade e razoável precisão.
LAMINAÇÃO
Chapa de Espessura Mínima
Quando se lamina uma chapa fina, conclui-se
experimentalmente que não é possível reduzir sua espessura
abaixo de um certo valor. Tal tentativa resultará em uma
deformação maior dos cilindros e nenhuma deformação plástica
da chapa.
Sendo: h = espessura mínima
μ = coeficiente de atrito
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σ = tensão média de escoamento
LAMINAÇÃO
Cálculo da Força de
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Onde:
Equação de Ekelund
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LAMINAÇÃO
Figura 9 – Diagrama para o cálculo de Qs.
Equação de
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Onde:
LAMINAÇÃO
Torque na Laminação
O torque é igual à força total de laminação multiplicado
pelo braço de momento efetivo.
Onde:
λ = 0,5 (laminação a quente)
λ = 0,45 (laminação a frio)
Figura 10 – Braço de alavanca na laminação.
LAMINAÇÃO
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Se é expresso em Kgf.m e deseja-se obter N em CV:
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LAMINAÇÃO DE TUBOS
Etapas de conformação:
1. produção de bloco oco
2. laminação longitudinal do
bloco oco com mandril
3. laminação de redução
a) cilindro motor
b) mandril
c) retorno
d) haste do mandril
e) mancal de encosto
f) bloco oco
EXEMPLO DE LAMINAÇÃO NÃO-CONVENCIONAL: LAMINAÇÃO
PLANA DE ROSCAS
EXEMPLO DE LAMINAÇÃO NÃO-CONVENCIONAL: LAMINAÇÃO DE
ROSCAS COM ROLOS
Processos de conformação   parte i
EXEMPLO DE LAMINAÇÃO NÃO-CONVENCIONAL: LAMINAÇÃO DE
ROSCAS COM SEGMENTOS
Perfis estruturais
Blocos Laminados
Placas Laminadas
LAMINAÇÃO
 Além das características, os produtos laminados apresentam
defeitos que, geralmente, originam-se dos defeitos de fabricação do
próprio lingote. Assim, os defeitos mais comuns dos
produtoslaminados são:
 • Vazios - podem ter origem nos rechupes ou nos gases retidos
durante a solidificação do lingote. Causam tanto defeitos de
superfície quanto enfraquecimento da resistência mecânica do
produto.
 • Gotas frias - respingos de metal que se solidificam nas paredes da
lingoteira durante o vazamento. Posteriormente,eles se agregam ao
lingote e permanecem no material até o produto acabado na forma
de defeitos na superfície.
DEFEITOS DOS PRODUTOS LAMINADOS
LAMINAÇÃO
 • Trincas - aparecem no próprio lingote ou durante as operações
de redução que acontecem em temperaturas inadequadas.
 • Dobras - provenientes de reduções excessivas em que um excesso
de massa metálica ultrapassa os limites do canal e sofre recalque
no passe seguinte.
 • Inclusões - partículas resultantes da combinação de elementos
presentes na composição química do lingote, ou do desgaste de
refratários e cuja presença pode tanto fragilizar o material durante a
laminação, quanto causar defeitos na superfície.
 • Segregações - concentração de alguns elementos nas partes mais
quentes do lingote, as últimas a se solidificarem. Podem acarretar
heterogeneidades nas propriedades, fragilização e enfraquecimento
de seções dos produtos laminados. O produto pode ficar
empenado, retorcido, ou fora de seção, em consequência de
deficiências no equipamento, e nas condições de temperatura sem
uniformidade ao longo do processo.
TREFILAÇÃO
Fundamentos do Processo
A trefilação é um processo de conformação plástica que se
realiza pela operação de conduzir um fio (barra ou tubo) através
da fieira – que possui formato cilíndrico e um furo.
Esquema simplificado do processo de trefilação.
TREFILAÇÃO
A fieira é constituída de quatro regiões distintas, ao longo
do furo interno: cone de entrada, cone de trabalho, cilindro de
calibração e cone de saída.
Representação das regiões da fieira.
a = cone de entrada
b = cone de trabalho
c = cilindro de calibração
d = cone de saída
TREFILAÇÃO
O semi-ângulo da fieira se refere ao ângulo do cone de trabalho.
Representação dos semi-ângulos dos cones, altura e diâmetro do cilindro de calibração.
α = semi-ângulo do cone
de trabalho
β = semi-ângulo de
entrada
γ = semi-ângulo de saída
Hc = altura do cilindro
de calibração
Dc = diâmetro do
cilindro de calibração
MATERIAL DA FIEIRA
O material é escolhido conforme as exigências do processo
(dimensões, esforços) e o material a ser trefilado. Os materiais
mais utilizados são:
– Carbonetos sinterizados (sobretudo WC – Widia)
– Aços de alto C revestidos de Cr (cromagem dura)
– Aços especiais (Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-W, etc.)
– Ferro fundido branco
– Cerâmicos (pós de óxidos metálicos sinterizados)
– Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras)
Barras Ø < 25mm
Arames Comuns Grossos: Ø = 5...25mm
Médios: Ø =
1,6…5,0mm
Finos: Ø = 0,7...1,6mm
Especiais Ø < 0,02mm
Tubos Trefilados de diferentes formas
PRODUTOS MAIS COMUNS
VANTAGENS
– O material pode ser estirado e reduzido em secção transversal
mais do que com qualquer outro processo;
– A precisão dimensional obtida 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.
BANCADA DE TREFILAÇÃO
EQUIPAMENTOS
Classificam-se em dois grupos:
• BANCADAS DE TREFILAÇÃO – Utilizadas para
produção de componentes não bobináveis, como barras e
tubos.
•TREFILADORAS DE TAMBOR – Utilizadas para produção
de componentes bobináveis, ou seja, fios e arames.
TREFILADORAS DE TAMBOR
Classificam-se em três grupos:
• Simples (um só tambor) – Para arames grossos
• Duplas – Para arames médios
• Múltiplas (contínuas) – Para arames médios e finos
Os elementos das máquinas de trefilação dependem das
características de cada máquina. Existem entretanto componentes
básicos que ususalmente sempre estão presentes nas trefiladoras.
Eles são:
– Carretel alimentador
– Porta-fieira
– Garra ou mordaça para puxar a primeira porção do arame
– Tambor para enrolar o arame trefilado
Processos de conformação   parte i
MÁQUINA DE TREFILAÇÃO CONTÍNUA DE FIOS LEVES
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TREFILAÇÃO
Cálculo da Força de Trefilação
de Seções Circulares
Força Ideal
(Para seção circular)
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Onde:
(Redução da área)
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elementos
TREFILAÇÃO
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Onde: L = 0, comprimento da zona cilíndrica
m = coeficiente de atrito
Deformação homogênea Efeito do atrito Efeito do trabalho
TREFILAÇÃO
Figura 14 – Representação gráfica das energias dissipadas em função de α, segundo
Avitzur.
TREFILAÇÃO
Cálculo do Ângulo Ótimo de
Trefilação
O ângulo ótimo satisfaz:
Equação para o ângulo ótimo:
TREFILAÇÃO
Redução Máxima por Passe
MÉTODOS DE TREFILAÇÃO DE
TUBOS
O PROCESSO PRODUTIVO
• Matéria-prima: Fio-máquina (vergalhão laminado a quente)
• Descarepação:
- Mecânica (descascamento), dobramento e escovamento.
- Química (decapagem): com HCl ou H2S04 diluídos.
• Lavagem: em água corrente.
• Recobrimento: comumente por imersão em leite de cal Ca(OH)2
a 100°C a fim de neutralizar resíduos de ácido, proteger a
superfície do arame, e servir de suporte para o lubrificante de
trefilação.
• Secagem (em estufa) - Também remove H2 dissolvido na
superfície do material.
• Trefilação - Primeiros passes a seco. Eventualmente:
recobrimento com Cu ou Sn e trefilação a úmido.
LUBRIFICAÇÃO
• Por imersão ou por aspersão
• Seca: sabões sólidos em pó
• Úmida: soluções ou emulsões de óleos em água
• Lubrificantes
• Pastas e graxas
EQUIPAMENTOS AUXILIARES
• Afinadoras de ponta
• Soldadoras topo-a-topo
• Decapagem
• Fornos para recozimento (contínuo ou estático)
• Linhas de revestimento superficial
DEFEITOS EM TREFILADOS
Podem resultar:
- de defeitos na matéria-prima (fissuras,lascas, vazios, inclusões);
- do processo de deformação.
anéis de trefilação (marcas circunferenciais e transversais)
decorrentes do desgaste na região do cone de trabalho,
provocado pela operação com fios de metais moles;
marcas de trefilação (marcas longitudinais) decorrentes do
desgaste na região do cone de trabalho, provocado pela operação
com fios de metais duros;
trincas, que variam desde quebras de parte da ferramenta até
fissuramentos superficiais, provocadas por diversos fatores como
impurezas do material do fio e do lubrificante, defeito de fiação
do núcleo da fieira em seu montante e redução excessiva; •
DEFEITOS EM TREFILADOS
Podem resultar:
- de defeitos na matéria-prima (fissuras,lascas, vazios, inclusões);
- do processo de deformação.
rugosidades decorrentes de erros na operação de polimento ou
de lubrificação deficiente no uso;
riscos decorrentes de erros na operação de polimento.
Também devem ser considerados os defeitos que podem surgir
no processamento de preparação por laminação ou por
extrusão. Esses defeitos são transmitidos ao fio trefilado de
forma mais ou menos intensa, conforme a sua natureza e as
condições de trefilação, e podem ser revelados, muitas vezes,
através do ensaio de torção (principalmente para casos em que se
manifestam na superfície do fio, antes e após a trefilação).
DEFEITOS EM TREFILADOS
Exemplo de defeito:Trincas internas em ponta de flecha
("chevrons") - veja figura abaixo
TRATAMENTO TÉRMICO DE FIOS
TREFILADOS
• RECOZIMENTO:
Indicação: principalmente para arames de baixo carbono
Tipo: subcrítico, entre 550 a 650°C
Objetivo: remover efeitos do encruamento.
• PATENTEAMENTO:
Indicação:aços de médio a alto carbono (C> 0,25 %)
Tipo: aquecimento acima da temperatura crítica (região g) seguido
de resfriamento controlado, ao ar ou em banho de chumbo
mantido entre 450 e 550°C. A seguir, encruamento em trefila.
Objetivo: obter uma boa combinação de resistência e ductilidade,
pela estrutura resultante de perlita fina ou bainita encruadas.
PRODUTOS TREFILADOS: FIOS DE AÇO
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Processos de conformação parte i

  • 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CENTRO TECNOLÓGICO CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA DISCIPLINA: CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA
  • 4. LAMINAÇÃO A laminação consiste na passagem de um corpo sólido (peça) entre dois cilindros (ferramentas) que giram à mesma velocidade periférica, mas em sentidos contrários. Processo de Laminação. Fundamentos do Processo
  • 5. Processo pode ser realizado: • continuo ou em etapas • com uma ou mais ferramentas rotativas (cilindros de laminação) • com ou sem ferramentas adicionais (p.ex.: mandris, calços ou hastes) Permitindo: • alcançar as dimensões dos produtos semi-acabados ou da peça pronta. • caldeamento de rechupes e poros provenientes do processo de lingotamento • conformação da estrutura de solidificação do lingote. • melhora das propriedades mecânicas.
  • 6. Característica básica do processo • A tensão predominante, que conduz o processo é a tensão de compressão. • Os cilindros de laminação podem tanto ser motores ou então movidos pelo movimento do material que está sendo laminado.
  • 9. • Tipos de laminadores • duo reversível: usado na LQ para “desbaste”de lingotes e para esboço • trio: usado na LQ para chapas e placas • quádruo, quádruo reversível: usado em LQ e LF para chapas grossas e planos • linhas contínuas: chapas de espessura média e fina a quente • Sendzimir: usado na LF para chapas finas • Sequencial: usado na LQ e LF de perfis e tubos com costura a partir de tiras • Mannesmann: usado na LQ e LF de tubos sem costura, com o uso de mandris
  • 10. TIPOS DE LAMINADOR PARA LAMINAÇÃO CONVENCIONAL DUO DUO REVERSÍVEL TRIO SENDZIMIRQUADRUO
  • 11. Um laminador consiste basicamente em cilindros laminadores, mancais, gaio a e um motor. Gaiola e cilindro de Laminação. CILINDRO LAMINAÇÃO
  • 13. O processo de laminação pode ser conduzido a frio ou a quente. Laminação de barras e perfis estruturais. LAMINAÇÃO
  • 14. LAMINAÇÃO A QUENTE • Utilizada para materiais que tenham baixa plasticidade a frio. • Serve como etapa de preparação para laminação final, a frio. • Permite grandes reduções de espessura. • Forças de laminação menores que as da laminação a frio • Produz acabamento superficial pobre. • Resulta em tolerâncias dimensionais largas.
  • 15. LINGOTAMENTO CONTÍNUO PARA PRODUÇÃO DE CHAPAS POR LAMINAÇÃO A QUENTE
  • 17. PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAÇÃO A QUENTE
  • 18. LAMINAÇÃO A FRIO • Requer material com boa plasticidade a frio. • É precedida por laminação a quente. • As reduções de espessura são limitadas pelo encruamento. • As forças de laminação são bem maiores que as da laminação a quente. • Produz acabamento superficial bom ou ótimo. • Resulta em tolerâncias dimensionais mais estreitas que a laminação a quente.
  • 19. LAMINAÇÃO A FRIO DE CHAPAS
  • 20. PROCESSO INDUSTRIAL PARA LAMINAÇÃO A FRIO DE CHAPAS
  • 21. PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAÇÃO A FRIO
  • 23. PRODUTO SEMI ACABADO Produto que necessita de acabamento final PRODUTO ACABADO Produto empregado na forma em que se encontra PRODUTO PLANO Produto obtido com cilindros de geratriz BLOCO Produto semi-acabado de secção transversal > 15.600 mm², relação largura/espessura ≤ 2 PLACA Produto semi-acabado de espessura > 40 mm, relação largura/espessura > 2 TARUGO Produto semi-acabado de secção transversal ≤ 15.600 mm², espessura > 40 mm relação largura/espessura ≤ 2 BARRA Produto acabado com secção transversal constante e com geometria simples PERFIL Produto acabado com secção transversal com geometria simples ou composta VERGALHÃO Barra redonda com ampla tolerância dimensional TUBO Produto oco de secção constante e parede uniforme VIGA METÁLICA Perfil de secção transversal na forma de H, I, U, etc. CHAPA Produto plano de espessura ≥ 0,3 mm, largura ≥ 300 mm CHAPA GROSSA Chapa com espessura > 5 mm, largura < 300 mm CHAPA FINA Chapa com espessura entre 0,3 e 6 mm, largura ≥ 300 mm FOLHA Produto plano de espessura < 0,3 mm FITA Produto plano de largura ≤ 300 mm Classificação de alguns produtos laminados. LAMINAÇÃO
  • 24. MECÂNICA DA LAMINAÇÃO • Arco de contato • Esforço predominante: compressão direta • Ponto neutro: pressão máxima dos cilindros sobre a peça • Ângulo de laminação: ângulo de contato, ângulo de ataque, ângulo de mordida • Forças de atrito: no sentido da laminação até o ponto neutro e contrário a partir dele tendência de movimento para trás e para frente da peça a laminar • Carga de laminação: força de separação dividida pela área de contato Tensão de laminação • Cilindros de diâmetros menores • Área de contato menor • Força de separação menor • Forças de atrito menores • Maior rigidez e precisão • Aplicação nos quádruos e múltiplos
  • 25. LAMINAÇÃO Relações Geométricas na Laminação de Planos Figura 5 - Relações geométricas na laminação de planos.
  • 26. Comprimento do Arco de Contato (L) O arco de contato está sobre o cilindro de laminação, e encontra-se entre os pontos A e C (figura 5). LAMINAÇÃO Ângulo de Contato (α) Define-se o ângulo de contato α como o ângulo limitado pela linha OC, que une os centros dos cilindros, e o raio AO do cilindro que passa pelo ponto de entrada A (figura 5).
  • 27. LAMINAÇÃO Deformação e Redução na Laminação Figura 6 - Deformação na laminação.
  • 28. Condições de Mordida e Arrastamento No instante em que a chapa entra em contato com os cilindros de laminação, duas forças atuam sobre ela: a força normal e a força de atrito (Figura 7a) . A condição para que a mordida ocorra é Fx > 0. LAMINAÇÃO
  • 29. LAMINAÇÃOA condição para o arrastamento é Fx > 0 (Figura 7b). ou a b Figura 7 – (a) Agarramento da chapa pelo cilindro; (b) Condições de arrastamento.
  • 30. LAMINAÇÃO A posição do ângulo neutro pode ser calculada através da equação: (forma simplificada para pequenos ângulos) Figura 8 – Ângulo Neutro. Ângulo Neutro ou Ângulo de Não Deslizamento
  • 31. LAMINAÇÃO ONDE: P = carga (força) de laminação W = largura da chapa Δh = hi - hf Deformação Elástica dos Cilindros de Laminação Equação de Hitchoock A análise mais comumente usada para a deformação elástica dos cilindros é a desenvolvida por Hitchoock. De acordo com essa análise o raio de curvatura aumenta de R para 'R.
  • 32. LAMINAÇÃO Cálculo da Carga de Laminação de Chapas a Frio Deformação homogênea Uma estimativa para a força de laminação de chapas a frio pode ser obtida considerando o processo de laminação como um processo de compressão homogênea entre placas bem lubrificadas. Com atrito - Orowan Sem atrito
  • 33. LAMINAÇÃO Equação de Ekelund Para o cálculo da força de laminação, foi proposta por Ekelund em 1927, uma expressão de grande utilidade, por sua facilidade e razoável precisão.
  • 34. LAMINAÇÃO Chapa de Espessura Mínima Quando se lamina uma chapa fina, conclui-se experimentalmente que não é possível reduzir sua espessura abaixo de um certo valor. Tal tentativa resultará em uma deformação maior dos cilindros e nenhuma deformação plástica da chapa. Sendo: h = espessura mínima μ = coeficiente de atrito R = raio do cilindro σ = tensão média de escoamento
  • 35. LAMINAÇÃO Cálculo da Força de Laminação a Quente Deformação Plana Onde: Equação de Ekelund Onde:
  • 36. Equação de Sims LAMINAÇÃO Figura 9 – Diagrama para o cálculo de Qs. Equação de Orowan-Pascoe Onde:
  • 37. LAMINAÇÃO Torque na Laminação O torque é igual à força total de laminação multiplicado pelo braço de momento efetivo. Onde: λ = 0,5 (laminação a quente) λ = 0,45 (laminação a frio) Figura 10 – Braço de alavanca na laminação.
  • 38. LAMINAÇÃO Potência na Laminação A potência N consumida para cada cilindros: Se é expresso em Kgf.m e deseja-se obter N em CV: A potência total necessária para os dois cilindros:
  • 39. LAMINAÇÃO DE TUBOS Etapas de conformação: 1. produção de bloco oco 2. laminação longitudinal do bloco oco com mandril 3. laminação de redução a) cilindro motor b) mandril c) retorno d) haste do mandril e) mancal de encosto f) bloco oco
  • 40. EXEMPLO DE LAMINAÇÃO NÃO-CONVENCIONAL: LAMINAÇÃO PLANA DE ROSCAS
  • 41. EXEMPLO DE LAMINAÇÃO NÃO-CONVENCIONAL: LAMINAÇÃO DE ROSCAS COM ROLOS
  • 43. EXEMPLO DE LAMINAÇÃO NÃO-CONVENCIONAL: LAMINAÇÃO DE ROSCAS COM SEGMENTOS
  • 45. LAMINAÇÃO  Além das características, os produtos laminados apresentam defeitos que, geralmente, originam-se dos defeitos de fabricação do próprio lingote. Assim, os defeitos mais comuns dos produtoslaminados são:  • Vazios - podem ter origem nos rechupes ou nos gases retidos durante a solidificação do lingote. Causam tanto defeitos de superfície quanto enfraquecimento da resistência mecânica do produto.  • Gotas frias - respingos de metal que se solidificam nas paredes da lingoteira durante o vazamento. Posteriormente,eles se agregam ao lingote e permanecem no material até o produto acabado na forma de defeitos na superfície. DEFEITOS DOS PRODUTOS LAMINADOS
  • 46. LAMINAÇÃO  • Trincas - aparecem no próprio lingote ou durante as operações de redução que acontecem em temperaturas inadequadas.  • Dobras - provenientes de reduções excessivas em que um excesso de massa metálica ultrapassa os limites do canal e sofre recalque no passe seguinte.  • Inclusões - partículas resultantes da combinação de elementos presentes na composição química do lingote, ou do desgaste de refratários e cuja presença pode tanto fragilizar o material durante a laminação, quanto causar defeitos na superfície.  • Segregações - concentração de alguns elementos nas partes mais quentes do lingote, as últimas a se solidificarem. Podem acarretar heterogeneidades nas propriedades, fragilização e enfraquecimento de seções dos produtos laminados. O produto pode ficar empenado, retorcido, ou fora de seção, em consequência de deficiências no equipamento, e nas condições de temperatura sem uniformidade ao longo do processo.
  • 47. TREFILAÇÃO Fundamentos do Processo A trefilação é um processo de conformação plástica que se realiza pela operação de conduzir um fio (barra ou tubo) através da fieira – que possui formato cilíndrico e um furo. Esquema simplificado do processo de trefilação.
  • 48. TREFILAÇÃO A fieira é constituída de quatro regiões distintas, ao longo do furo interno: cone de entrada, cone de trabalho, cilindro de calibração e cone de saída. Representação das regiões da fieira. a = cone de entrada b = cone de trabalho c = cilindro de calibração d = cone de saída
  • 49. TREFILAÇÃO O semi-ângulo da fieira se refere ao ângulo do cone de trabalho. Representação dos semi-ângulos dos cones, altura e diâmetro do cilindro de calibração. α = semi-ângulo do cone de trabalho β = semi-ângulo de entrada γ = semi-ângulo de saída Hc = altura do cilindro de calibração Dc = diâmetro do cilindro de calibração
  • 50. MATERIAL DA FIEIRA O material é escolhido conforme as exigências do processo (dimensões, esforços) e o material a ser trefilado. Os materiais mais utilizados são: – Carbonetos sinterizados (sobretudo WC – Widia) – Aços de alto C revestidos de Cr (cromagem dura) – Aços especiais (Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-W, etc.) – Ferro fundido branco – Cerâmicos (pós de óxidos metálicos sinterizados) – Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras)
  • 51. Barras Ø < 25mm Arames Comuns Grossos: Ø = 5...25mm Médios: Ø = 1,6…5,0mm Finos: Ø = 0,7...1,6mm Especiais Ø < 0,02mm Tubos Trefilados de diferentes formas PRODUTOS MAIS COMUNS
  • 52. VANTAGENS – O material pode ser estirado e reduzido em secção transversal mais do que com qualquer outro processo; – A precisão dimensional obtida 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.
  • 53. BANCADA DE TREFILAÇÃO EQUIPAMENTOS Classificam-se em dois grupos: • BANCADAS DE TREFILAÇÃO – Utilizadas para produção de componentes não bobináveis, como barras e tubos. •TREFILADORAS DE TAMBOR – Utilizadas para produção de componentes bobináveis, ou seja, fios e arames.
  • 54. TREFILADORAS DE TAMBOR Classificam-se em três grupos: • Simples (um só tambor) – Para arames grossos • Duplas – Para arames médios • Múltiplas (contínuas) – Para arames médios e finos
  • 55. Os elementos das máquinas de trefilação dependem das características de cada máquina. Existem entretanto componentes básicos que ususalmente sempre estão presentes nas trefiladoras. Eles são: – Carretel alimentador – Porta-fieira – Garra ou mordaça para puxar a primeira porção do arame – Tambor para enrolar o arame trefilado
  • 57. MÁQUINA DE TREFILAÇÃO CONTÍNUA DE FIOS LEVES
  • 58. MÁQUINA DE TREFILAÇÃO CONTINUA DE FIOS PESADOS
  • 59. TREFILAÇÃO Cálculo da Força de Trefilação de Seções Circulares Força Ideal (Para seção circular) (Equação da força)
  • 60. TREFILAÇÃO Força de trefilação real Onde: (Redução da área) Método da divisão em elementos
  • 61. TREFILAÇÃO Equação de Avitzur Onde: L = 0, comprimento da zona cilíndrica m = coeficiente de atrito Deformação homogênea Efeito do atrito Efeito do trabalho
  • 62. TREFILAÇÃO Figura 14 – Representação gráfica das energias dissipadas em função de α, segundo Avitzur.
  • 63. TREFILAÇÃO Cálculo do Ângulo Ótimo de Trefilação O ângulo ótimo satisfaz: Equação para o ângulo ótimo:
  • 66. O PROCESSO PRODUTIVO • Matéria-prima: Fio-máquina (vergalhão laminado a quente) • Descarepação: - Mecânica (descascamento), dobramento e escovamento. - Química (decapagem): com HCl ou H2S04 diluídos. • Lavagem: em água corrente. • Recobrimento: comumente por imersão em leite de cal Ca(OH)2 a 100°C a fim de neutralizar resíduos de ácido, proteger a superfície do arame, e servir de suporte para o lubrificante de trefilação. • Secagem (em estufa) - Também remove H2 dissolvido na superfície do material. • Trefilação - Primeiros passes a seco. Eventualmente: recobrimento com Cu ou Sn e trefilação a úmido.
  • 67. LUBRIFICAÇÃO • Por imersão ou por aspersão • Seca: sabões sólidos em pó • Úmida: soluções ou emulsões de óleos em água • Lubrificantes • Pastas e graxas EQUIPAMENTOS AUXILIARES • Afinadoras de ponta • Soldadoras topo-a-topo • Decapagem • Fornos para recozimento (contínuo ou estático) • Linhas de revestimento superficial
  • 68. DEFEITOS EM TREFILADOS Podem resultar: - de defeitos na matéria-prima (fissuras,lascas, vazios, inclusões); - do processo de deformação. anéis de trefilação (marcas circunferenciais e transversais) decorrentes do desgaste na região do cone de trabalho, provocado pela operação com fios de metais moles; marcas de trefilação (marcas longitudinais) decorrentes do desgaste na região do cone de trabalho, provocado pela operação com fios de metais duros; trincas, que variam desde quebras de parte da ferramenta até fissuramentos superficiais, provocadas por diversos fatores como impurezas do material do fio e do lubrificante, defeito de fiação do núcleo da fieira em seu montante e redução excessiva; •
  • 69. DEFEITOS EM TREFILADOS Podem resultar: - de defeitos na matéria-prima (fissuras,lascas, vazios, inclusões); - do processo de deformação. rugosidades decorrentes de erros na operação de polimento ou de lubrificação deficiente no uso; riscos decorrentes de erros na operação de polimento. Também devem ser considerados os defeitos que podem surgir no processamento de preparação por laminação ou por extrusão. Esses defeitos são transmitidos ao fio trefilado de forma mais ou menos intensa, conforme a sua natureza e as condições de trefilação, e podem ser revelados, muitas vezes, através do ensaio de torção (principalmente para casos em que se manifestam na superfície do fio, antes e após a trefilação).
  • 70. DEFEITOS EM TREFILADOS Exemplo de defeito:Trincas internas em ponta de flecha ("chevrons") - veja figura abaixo
  • 71. TRATAMENTO TÉRMICO DE FIOS TREFILADOS • RECOZIMENTO: Indicação: principalmente para arames de baixo carbono Tipo: subcrítico, entre 550 a 650°C Objetivo: remover efeitos do encruamento. • PATENTEAMENTO: Indicação:aços de médio a alto carbono (C> 0,25 %) Tipo: aquecimento acima da temperatura crítica (região g) seguido de resfriamento controlado, ao ar ou em banho de chumbo mantido entre 450 e 550°C. A seguir, encruamento em trefila. Objetivo: obter uma boa combinação de resistência e ductilidade, pela estrutura resultante de perlita fina ou bainita encruadas.