IFMG – INSTITUTO FEDERAL DE MINAS GERAIS CAMPUS BETIM

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  IFMG – INSTITUTO FEDERAL DE MINAS GERAIS

CAMPUS BETIM

  PROCESSOS DE FABRICAđấO I METALURGIA DO PÓ PROJETO E DESENHOS DAS PEÇAS SINTERIZADAS

  Professor Responsável: Carlos Bruno Paixão Igor Galindo Ranzoni João Vitor de Lima Santos Lucas José Rodrigues

  Belo Horizonte 27 de Novembro de 2017

  

Índice

  1. Introdução ................................................................................................................. 3

  2. Dimensões das Peças .............................................................................................. 4

  2.1. Tolerância Dimensional .............................................................................. 4

  2.1.1. Orientação das Dimensões ...................................................................... 4

  2.1.2. Dimensões das Peças ............................................................................. 4

  2.1.3. Complexidade das Peças ........................................................................ 4

  2.1.4. Planicidade .............................................................................................. 4

  2.1.5. Fatores Relacionados com Próprio Processo .......................................... 4

  2.1.6. Desgaste das Matrizes ............................................................................ 4

  2.1.7. Tratamento Térmico ................................................................................ 5

  2.1.8. Recompressão e Calibragem .................................................................. 5

  3. Projeto das Peças ..................................................................................................... 5

  3.1. Desníveis ou Degraus Simples ................................................................... 6

  3.2. Conicidade e Ângulo de Saída ................................................................... 7

  3.3. Orifícios ...................................................................................................... 7

  3.4. Filetes e Raios ............................................................................................ 8

  3.5. Chanfros ..................................................................................................... 8

  3.6. Saliências e Protuberâncias ....................................................................... 9

  3.7. Chavetas, Rasgos de Chavetas, Orifício em D ........................................... 9

  4. Recomendações Para Projeto de Peças Sintetizadas ............................................. 10

  4.1. Regra 1 ...................................................................................................... 10

  4.2. Regra 2 ...................................................................................................... 11

  4.3. Regra 3 ...................................................................................................... 11

  4.4 Regra 4 ...................................................................................................... 12

  4.5. Regra 5 ...................................................................................................... 12

  4.6. Regra 6 ...................................................................................................... 12

  5. Conclusão ................................................................................................................ 13

  6. Referencia bibliográfica ............................................................................................ 14

1. Introdução

  Cada método de produção de peças estruturais oferece vantagens específicas e tem características específicas. A grande vantagem da metalurgia do pó em relação a outros métodos de fabricação é sua capacidade de produzir, peças estruturais complicadas de alta precisão dimensional, em grandes quantidades e com custos razoavelmente baixos. Na maioria dos casos, existem maneiras de se adaptar projetos convencionais para os requisitos específicos e possibilidades únicas da metalurgia do pó sem afetar as propriedades estruturais das peças. O projeto adequado de peças utilizando a técnica da metalurgia do pó requer atenção nos seguintes aspectos:

  • Verificar se a quantidade de produção é suficiente para justificar o necessário investimento em ferramentas.
  • Examinar de forma específica as dimensões da peça proposta e sugerir algumas mudanças caso sejam necessárias.
  • Verificar se as propriedades físicas estão dentro dos limites.
  • Realizar os cálculos para determinar se o processamento do pó é mais econômico do que outros métodos possíveis de conformação mecânica.

  Os projetos e desenhos de peças sintetizadas exigem tolerâncias dimensionais muito maiores que os processos convencionais, isso acontece porque grande parte das peças sintetizadas geralmente são fabricadas em apenas um único processo sem a necessidade de passar por procedimentos de acabamentos.

2. Dimensões das Peças

  Todo processo de conformação mecânica exige uma atenção rigorosa quanto às dimensões das peças no projeto para posteriormente serem fabricadas, para a sinterização os fatores envolvidos são: característica do pó, densidade da peça e capacidade da prensa. De acordo com as propriedades dos pós-metálicos quanto a densidade podemos dizer que é inversamente proporcional ao tamanho que estes pode alcançar dentro da prensa na etapa de compactação, importante ressaltar que ao aumentar o comprimento da peça a densidade se torna um fator que não permanecerá estacionário, ou seja, irá variar.

2.1. Tolerância Dimensional

  As tolerâncias dimensionais na sinterização podem ser alcançadas até certo ponto que podemos considerar como o limite concebível com sujeição a fatores determinantes.

  2.1.1. Orientação das Dimensões

  Ao ser compactado o pó metálico fica restrito a ser ponderado pela geometria da matriz. Suas dimensões perpendiculares a força de compressão dependem das dimensões da matriz devido ao contato direto, as dimensões paralelas dependem da movimentação da matriz e do correto preenchimento de material nesta.

  2.1.2. Dimensões das Peças

  A dimensão perpendicular a força de compressão é importante na tolerância dimensional, pois quanto maior a peça maior será a dimensão a ser compactada pela matriz, ou seja, a relação entre o tamanho da peça e a tolerância é diretamente proporcional.

  2.1.3. Complexidade da Peça

  Quanto maior o grau de dificuldade de se produzir uma peça maior será a complexidade dos equipamentos envolvidos para produzi-la ou até mesmo se a peça tiver muitos detalhes que exijam geometrias relacionadas para se torna possível a confecção maior será enredamento da matriz e da prensa no processo de sinterização.

  2.1.4. Planicidade

  Na sinterização a planicidade depende da espessura e área superficial da peça, quando a geometria é complexa e contém seções transversais, a densidade não é constante e consequentemente se torna difícil obter uniformidade na superfície da peça, para se corrigir e alcançar dimensões aceitas pode ser feito realizado uma recompressão ou retificação.

  2.1.5. Fatores Relacionados com Próprio Processo

  Podem afetar a tolerância da peça intervalo de tempo indevido na compactação, fatores ambientais dentro do espaço do processo como temperatura incorreta, composição química da mistura sem analisar as propriedades mecânicas antes receber os esforços.

  2.1.6. Desgaste das Matrizes

  Consequência do tipo e das propriedades do material a ser conformado e da própria matriz, sendo que todo equipamento tem um tempo de vida útil que ao ser usado constantemente o desgaste é um fator inevitável, o que deve ser feito para ocorrer uma degradação controlada é ter ciência de quais misturas não devem ser usadas no processo. Este fenômeno pode ser constatado verificando a tolerância externa e interna da peça, pois ambas divergem entre si.

  2.1.7. Tratamento Térmico

  Após o processo de fabricação das peças e dependendo da aplicação estas devem passar por processo de tratamento térmico para obter as propriedades necessárias como tenacidade, ductilidade, resistência mecânica, etc. Porém com a aplicação desta técnica ocorrem transformações dimensionais, nas peças que apresentam baixo nível de densidade estas alterações nas dimensões são maiores devido ao fato de que o tratamento consegue ser mais efetivo e auferir níveis mais acentuados nas propriedades internas da peça.

  2.1.8. Recompressão e Calibragem

  São métodos que tem a finalidade de recuperar a tolerância dimensional das peças deixando-as no limite ou intervalo aceitável novamente. A característica da recompressão é que aumenta a densidade e diminui os poros da peça, ou seja, deixando a superfície lisa e consequentemente diminuindo a força de atrito ao entrar em contato com outros objetos ou fluídos.

3. Projeto das Peças

  Para que os percentuais de erros possam ser sanados o projeto é uma ferramenta excepcional para que tudo ocorra dentro do planejado. O principal fator que deve ser levado em consideração pelo projetista é a possibilidade de que a peça tenha capacidade de ser ejetada da matriz sem nenhuma restrição ou obstrução. O ferramental envolvido na sinterização deve ser fabricado com propriedades que lhe permita resistir aos esforços de reação ao compactar o pó-metálico, interessante ter uma reflexão ligada a grande responsabilidade e alto nível de tolerância dimensional ao se projetar e fabricar peças para manufaturar outras peças.

  Existem relações entre o comprimento e a espessura da parede da peça que devem ser consideradas, peças com comprimentos significativos não é aconselhável projetar com paredes internas de 1,52mm, quando esta relação for maior ou igual a 8:1 deve se ter a certeza de que a matriz será preenchida uniformemente e com níveis de precisão assegurados. Para se produzir peças com paredes finas é necessário matriz especifica para esta finalidade, contudo deve se levar em consideração que estas são frágeis, grande probabilidade de ocorrer defeitos irreparáveis e custo elevado. Para se obter peças com formatos esféricos é um tanto um desafio, pois não é possível aplicar a carga de compressão devidamente por toda a geometria da mesma, considerando que os punções não resistiriam a carga de reação, pela figura 1 é possível exemplificar a informação, construção do punção preferido se dá para que haja superfície

  Figura 1 plana. Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

3.1. Desníveis ou Degraus Simples

  Para qualquer peça os desníveis não devem ter sua dimensão superior a 0,15 da dimensão total do material a ser confeccionado sendo que é necessário conter ângulo de saída nas faces de contorno dos punções para que possa haver facilidade na ejeção, como pode ser observado na figura 2. Para distâncias radiais as diferenças entre os degraus devem ser de no mínimo 1,5mm para que os punções exerçam força de compressão adequada, de acordo com a figura 3.

  

Figura 2

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  

Figura 3

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  3.2. Conicidade e Ângulo de Saída

  Para que a peça possa ser ejetada da melhor maneira possível com grande facilidade é conveniente que existam ângulos e conicidade para tal finalidade, figura 4 possibilita a visualização do que será explicado, no ponto A contém um desnível que deve ser coerente com aquilo apresentado no tópico 3.1 e conicidade com 12° para ejeção suave, B conicidade de 2° a 3° para ejeção facilitada, quando a compressão é inferior a conicidade máxima deve ser de 15° referente ao ponto C e D, superfície paralela no intervalo de 0,25mm a 0,5mm para impedir que o punção trave ao compactar o material, recomendável também superfície paralela nos pontos F e G no intervalo de 0,12mm – 0,25mm e 0,25mm – 0,5mm respectivamente.

  

Figura 4

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992

  3.3. Orifícios

  Em geral orifícios no processo de sinterização não são difíceis de ser produzidos e nem apresentam resistência quanto à confecção seja ele redondo, chavetas, quadrados, hexagonais, etc. O único ponto a ser ressaltado é relacionado aos orifícios cegos, pois a extremidade cega não deve ser oposta ao flange da peça, um dos motivos se refere à falta de aplicação no meio industrial, de acordo com a figura 5 é possível eliminar um pouco desta informação abstrata.

  Figura 5 Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  3.4. Filetes e Raios

  É recomendado projetar as peças com filetes e raios com dimensões significativas para minimizar o custo tanto das ferramentas como na confecção, sempre deve-se evitar extremidades vivas devido o acumulo de energia, sendo que se receber algum esforço é o primeiro ponto que estará sujeito a ruptura. Na figura 6 podemos observar que é incorreto submeter um raio a força de compressão com a face do punção e também em contato com a parede da matriz o correto é deixar uma superfície plana coma função de rebaixar o raio para que a peça possa ser ejetada sem sofrer rupturas e danos.

  

Figura 6

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  3.5. Chanfros

  O chanfro é uma técnica usada pelos projetistas para que no ato da compactação a peça não tenha rebarbas, considerando que as rebarbas irão ser produzidas quando se aplica os raios. Para eliminar as extremidades com concentração de energia é preciso desenhar seção plana de dimensão 0,125mm e 45° com a horizontal, figura 7.

  

Figura 7

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  Caso o chanfro precise ser aplica próximo ao macho (ferramenta para se fazer furo) o procedimento correto é aplicar uma superfície plana ao contato deste com a peça e logo após aplicar o chanfro com inclinação de aproximadamente 45° a 49°, figura 8.

  

Figura 8

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  3.6. Saliências ou Protuberâncias

  São necessários em algumas aplicações as peças apresentarem essas característica, porém deve ser ter a dimensão menor ou igual a 0,15 a dimensão total da peça, contudo a geometria recomendada é a redonda para que os custos da matriz se tornem favorável a produção em larga escala, destacando que a inclinação ideal é aproximadamente 12°, sendo um fator que se deve ter prudência ao projetar a peça, figura 9.

  

Figura 9

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  3.7. Chavetas, Rasgos de Chavetas, Orifício em D

  Podem ser confeccionadas como característica da peça para a aplicação final desde que sua orientação seja a mesma da força de compressão na etapa de compactação, figura 10.

  

Figura 10

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° ediçao, 1992.

4. Recomendações Para Projeto de Peças Sinterizadas

  É notavel a grande facilidade que se tem ao produzir peças pela metalurgia do pó até mesmo com vasta complexidade em sua geometria requerida para suprir a necessidade direta no campo industrial, mas é preciso avaliar critérios para que a produção deste processo vantajoso não se tornar maléfico devido a falta de planejamento dos possíveis desafios a serem superados. Procedimentos para o acabamento das peças sinterizadas são praticamente inutilizados, pois este processo de conformação confecciona a peça praticamente pronta sem ser necessário procedimentos posteriores para acabá-las. Abaixo será exemplicado algumas regras para o projeto das peças.

4.1. Regra 1

  Importante que a geomeria da peça seja favorável para que esta possa ser ejetada da matriz. Como exemplificado na figura 11, os rebaixos podem ser usinados (a) para evitar de utilizar uma matriz para esta finalidade, as aplicação da conicidade não pode ser obtida na compactação (b), recartilhados não podem ser moldados somente os bordos dentados.

  

Figura 11

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992

  4.2. Regra 2

  Na figura 12 podemos exemplificar algumas questões que possibilitam a eliminação de probelmas, (a) paredes finas tem a capacidade de reter pó metálico e novamente evitar extremidades que concentrem energia com em (b) e (c).

  

Figura 12

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  4.3. Regra 3

  Na figura 13 podemos exemplificar esta regra de maneira didática, em (a) é preferido ter seção plana na lateral da peça, em (b) deve-se utilizar chanfros com aproximadamente 40° a 45° paraevitar as quinas vivas, em (c) a conicidade é capaz de ejetar a peça com maior facilitar da matriz. Observando que orificios finos são desvantajoso, pois os machos se tornam frágeis.

  Figura 13 Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992

  4.4. Regra 4

  O comprimento da peça não deve ser superior a 2,5 a dimensão transversal, ou seja, a dimensão do diâmetro, figura 14.

  

Figura 14

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  4.5. Regra 5

  Peça projetada deve ter um número máximo de desníveis ou degraus, da mesma forma não é propicio ocorrer muita variação de diâmetro em uma peça para que suas propriedades mecânicas não sejam afetadas negativamente. Neste caso para se obter varios desnivies é aconselhavel utilizar a usinagem para fazer este acabemento na peça, figura 11.

  

Figura 11

Fonte: Vicente Chiaverini, 3° edição, 1992.

  4.6. Regra 6

  A metalurgia do pó é exclusivamente um processo que permite a capacidade de se produzir peça que seriam impossiveis pelos processos de conformação usuais, porem certas caracterisiticas como chavetas e rasgos para chaveta tem a possibilidade de ser obtidas na etapa de compactação pela geometria da matriz e do punção.

5. Conclusão

  A geometria das peças e suas particularidades de projeto são variáveis importantes a serem consideradas, desde a sua idéia que parte muitas vezes de um croqui e que depois vai ganhando corpo ao ser desenhada e parametrizada em software (CAD), passando pelo cálculo (CAE) ate sua fabricação. Não é aconselhável em face de um determinado desenho resolver optar pelo processo de metalurgia do pó, só porque o processo é mais econômico. É necessário analisar criticamente e proceder de forma objetiva e correta na hora de se projetar e fabricar determinados componentes, pois em muitos casos alguns processos são interrompidos em função da falta de análise e critério na hora de se decidir qual processo adotar. Tendo em vista o que foi dito acima a escolha de um processo não adequado pode acarretar em prejuízos e até mesmo a inviabiliadde de um projeto, por isso em empresas organizadas a equipe de metódos e processos precisa estar em sintonia com o mercado e a tecnologia afim de que se escolha no momento de uma fabricação o melhor metódo, ou seja, mais econômico, viável e capaz de atender as necessidades do cliente final.

6. Referencia Bibliográfica

  CHIAVERINI, Vicente. Metalurgia do Pó: Técnica e Produtos. 3° edição. São Paulo: Afiliada, 1992.

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