Baixe Telecurso 2000 - Processos de Fabricação e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Neste último livro de Processos de fabri- cação foram reunidos métodos e processos de natureza diversa, que não se enquadravam satisfatoriamente nos livros anteriores . Basicamente, são apresentados alguns processos mecânicos conven- cionais, ao lado de métodos avançados de usinagem, que incorporam as mais recentes conquistas da tecnologia industrial. Ao todo, o livro compreende vinte aulas, praticamente independentes entre si, que abordam diferentes maneiras de usinar, cortar, colar, dobrar e conformar os materiais. As aulas que tratam dos métodos avançados de usinagem, também chamados de métodos não tradicionais de usinagem, procuram dar uma visão introdutória e panorâmica de cada método, sem a prentensão de esgotar o assunto. As duas últimas aulas procuram mostrar que há um espaço de convi- vência entre os processos tradicionais e os métodos avançados, cabendo, diante de cada situação de produção, uma análise cuidadosa das opções possíveis. Finalmente, são discutidas algumas tendências observadas no mundo do trabalho, com o objetivo de esboçar um perfil genérico do profissional do século XXI. Todas as aulas incluem baterias de exercícios, com gabarito para autocor- reção, de modo a permitir que você mesmo avalie seu progresso em relação a cada assunto. Apresentação Os temas tratados neste livro são também apresentados sob a forma de teleaulas, transmitidas por emissoras de TV, ou gravadas em fitas de video- cassete. Quer você estude junto com outras pessoas, numa telessala, ou sozinho, o ideal é que você assista às aulas pela TV e estude a matéria correspondente pelo livro, sem esquecer de fazer todos os exercícios propostos. Terminando o estudo do módulo, você poderá obter o reconhecimento formal do seu aprendizado, submetendo-se a uma avaliação dos assuntos estudados nos quatro livros correspondentes. Mas, o melhor de tudo é que você certamente terá adquirido um conjunto de conhecimentos que o tornarão mais preparado para enfrentar as mu- danças radicais que estão tomando conta do mundo do trabalho nesta vira- da de século. Autores Adriano Ruiz Secco Dario do Amaral Filho Nelson Costa de Oliveira Texto Regina Maria Silva Colaboração Célio Renato Bueno Ruiz Celso da Silva Morelli Jorge Tadeu Bastin Mano José Saturnino Peopke Nilton dos Santos Reinaldo Baldessin Junior Sidnei Antonio Munhato Valdemir Ferreira de Carvalho 5 senvolveu e fabricou facas, serras, plainas, buris, raspadores, martelos, agulhas, lanças, arpões e outras ferramentas . Para tornar sua produção cada vez maior, o homem começou a criar instrumentos capazes de repetir mecanicamente os movi- mentos que ele idealizou para obter as formas que queria. Surgi- am, assim, os protótipos das máquinas-ferramenta. A adoção da agricultura e a domesticação de animais como forma de garantir a sobrevivência, obrigou o homem a desenvolver ou- tras ferramentas especiais, como a enxada, o arado, a foice e consolidou a posição do artesão na comunidade primitiva. Só que tudo isso ainda era feito de madeira, pedra, osso. 6 O metal entra em ação Foi o desenvolvimento da cerâmica que abriu ao homem as por- tas para o definitivo salto tecnológico: o processamento dos me- tais. A cerâmica trouxe consigo a descoberta das possibilidades de exercer controle sobre o material. Com ela, o homem podia pen- sar uma forma, pegar a argila e fazer aparecer um objeto onde antes existia apenas material sem forma. E por volta de 4000 a.C., ele percebeu que podia fazer o mesmo com os metais. Começando pelo cobre, depois o bronze e final- mente o ferro, o homem foi vagarosamente dominando a tecnolo- gia de utilização desses materiais metálicos. Por forjamento, isto é, martelando a massa aquecida de metal, o forjador dava ao me- tal a forma desejada, o que antes era impossível de ser obtido na pedra. Aplicando técnicas de soldagem, inicialmente no cobre e depois nos outros metais, ele aprendeu a unir partes metálicas. Para o acabamento da ferramenta, era necessário, em seguida, limá-la e afiá-la. Essas atividades especializadas fizeram surgir a classe dos pro- fissionais que não mais se dedicavam diretamente às tarefas li- gadas ao fornecimento de meios de subsistência, ou seja, a agri- cultura e o pastoreio. Eles tinham que ser sustentados por outros para poder ter tempo de produzir os instrumentos necessários a todas as atividades do grupo social ao qual pertenciam. A locali- zação das matérias-primas em diferentes regiões, integrou defini- tivamente a roda e o comércio à vida do homem. A técnica de produção econômica do ferro teve que superar gran- des barreiras tecnológicas. Os fornos primitivos não conseguiam 7 alcançar temperaturas de fusão. A massa de minério era aqueci- da várias vezes e martelada para que o metal se separasse da escória. Dependendo da habilidade do ferreiro, as propriedades do ferro podiam ser melhoradas em maior ou menor grau, conforme o tra- tamento térmico aplicado posteriormente. Uma vez dominada essa complicada técnica, arados, enxadas, facas e machados de ferro tornaram possíveis a expansão da agricultura pela Ásia e Europa. Por volta de 500 a.C. os artesãos já eram capazes de elaborar uma grande variedade de ferramentas de ferro para seu próprio uso: tenazes, punções, rodas hidráulicas, formões e foles bem aperfeiçoados, além de martelos de vários modelos, adequados a cada tipo de trabalho. Com o passar do tempo, outros métodos para dar forma aos metais foram desenvolvidos. À furadeira de arco acrescenta-se a broca de ferro e a operação de tornear se realiza com ferramentas também de ferro. Surgem as máquinas-ferramenta No período pré-histórico, ou seja, antes de o homem inventar a escrita, não existiam máquinas-ferramenta propriamente ditas. O torno foi uma das primeiras e mais importantes máquinas- ferramenta, porque dele derivaram todas as máquinas operatrizes que existem atualmente. Ele se caracteriza por dois movimentos: a rotação da peça e o avanço da ferramenta. 10 Gabarito 1. a) Cérebro, olhos e mãos trabalhando em conjunto. b) Facas, serras, plainas, buris, raspadores e outras ferra- mentas. c) Enxada, arado, foice etc. 11 Fundição: um bom começo Quando se fala em Mecânica, o que vem à sua cabeça? Certa- mente máquinas. Grandes, pequenas, complexas, simples, auto- matizadas ou não, elas estão por toda a parte. E se integraram às nossas vidas como um complemento indispensável que nos ajuda a vencer a inferioridade física diante da natureza. Pois é, na aula anterior, vimos como o homem, ainda antes de construir abrigos e inventar a agricultura já “fabricava” instrumen- tos que o ajudavam em sua sobrevivência. E no momento em que ele se sentiu capaz disso, não existiram mais limites para a sua criatividade. E daí para a idéia dos mecanismos que pudessem tornar as tarefas mais rápidas, mais fáceis e cada vez mais perfei- tas, foi só uma questão de tempo. Foi um progresso que levou alguns milhares de anos, é verdade, mas que, de uns duzentos anos para cá tornou-se cada vez mais rápido. É o caso, por exemplo, do relacionamento do homem com os me- tais que já dura uns 6 mil anos. Você pode pensar nos conjuntos mecânicos que você conhece sem metais? Por enquanto não, certo? Todavia, o aperfeiçoamento desses conjuntos só se tornou possível com o domínio de dois conhecimentos: a tecnologia dos materiais e os processos de fabricação. Sobre a tecnologia dos materiais, você já deve ter estudado um módulo inteiro do Telecurso Profissionalizante: o módulo chamado de Materiais. Quanto aos processos de fabricação, vamos come- çar nosso estudo agora. Que tal, então, imaginar que você tenha de fabricar alguma coisa de metal. Você tem idéia por onde co- 12 meçar? Não? Pois vamos dar uma dica: vamos começar pela fundição. “Como?!”, você deve estar perguntando, “O que isso tem a ver com mecânica?” Mais do que você imagina. E nesta aula você vai ver por quê. Que processo é esse? Os processos de transformação dos metais e ligas metálicas em peças para utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados: você pode fundir, conformar mecanicamente, soldar, utilizar a metalurgia do pó e usinar o metal e, assim, obter a peça desejada. Evidentemente, vários fatores devem ser conside- rados quando se escolhe o processo de fabricação. Como exem- plo, podemos lembrar: o formato da peça, as exigências de uso, o material a ser empregado, a quantidade de peças que devem ser produzidas, o tipo de acabamento desejado, e assim por diante. Dentre essas várias maneiras de trabalhar o material metálico, a fundição se destaca, não só por ser um dos processos mais anti- gos, mas também porque é um dos mais versáteis, principalmen- te quando se considera os diferentes formatos e tamanhos das peças que se pode produzir por esse processo. Mas, afinal, o que é fundição? É o processo de fabricação de pe- ças metálicas que consiste essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas corres- pondentes aos da peça a ser fabricada. 15 a) As peças fundidas podem apresentar formas externas e inter- nas desde as mais simples até as bem complicadas, com for- matos impossíveis de serem obtidos por outros processos. b) As peças fundidas podem apresentar dimensões limitadas somente pelas restrições das instalações onde são produzi- das. Isso quer dizer que é possível produzir peças de poucos gramas de peso e com espessura de parede de apenas al- guns milímetros ou pesando muitas toneladas. c) A fundição permite um alto grau de automatização e, com isso, a produção rápida e em série de grandes quantidades de peças. d) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variados de acabamento (mais liso ou mais áspero) e tole- rância dimensional (entre ± 0,2 mm e ± 6 mm) em função do processo de fundição usado. Por causa disso, há uma grande economia em operações de usinagem. Tolerância dimensional é a faixa dentro da qual uma medida qualquer pode variar. Por exemplo, o desenho especifica uma medida de 10 mm, com uma tolerância dimensional de ± 1. Is- so quer dizer que essa medida pode variar entre 9 e 11 mm. e) A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque permite a obtenção de paredes com espessuras quase ilimita- das. Essas vantagens demonstram a grande diversidade de peças que podem ser produzidas por esse processo e que os outros não conseguem alcançar. Para você ter uma idéia, um automóvel não poderia sair do lugar se não fosse o motor. Nele, a maioria das peças é feita por meio de processos de fundição. 16 Pare! Estude! Responda! Exercício 2 Responda às seguintes perguntas. a) Por que o processo de fundição é mais vantajoso quando comparado com outros processos de fabricação? b) Escreva V para as sentenças corretas ou F para as sentenças erradas mostradas a seguir. 1. ( ) Na fundição, a produção de peças é demorada e sempre em pequena quantidade. 2. ( ) As medidas das peças fundidas podem ter tolerân- cias entre 0,2 e 6 mm. 3. ( ) As peças fundidas podem ter tamanhos pequenos ou muito grandes e formatos simples ou complica- dos. 4. ( ) A fundição só produz peças com acabamento muito áspero. Exercício 3 Reescreva corretamente as afirmações que você considerou er- radas. Fundição passo-a-passo A matéria-prima metálica para a produção de peças fundidas é constituída pelas ligas metálicas ferrosas (ligas de ferro e car- bono) e não-ferrosas (ligas de cobre, alumínio, zinco e magné- sio). O processo de fabricação dessas peças por meio de fundição pode ser resumido nas seguintes operações: 1. Confecção do modelo – Essa etapa consiste em construir um modelo com o formato aproximado da peça a ser fundida. Esse modelo vai servir para a construção do molde e suas dimensões devem prever a contração do metal quando ele se solidificar bem como um eventual sobremetal para posterior 17 usinagem da peça. Ele é feito de madeira, alumínio, aço, re- sina plástica e até isopor. 2. Confecção do molde – O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é colocado para que se obtenha a peça desejada. Ele é feito de material refratário composto de areia e aglomerante. Esse material é moldado sobre o modelo que, após retirado, deixa uma cavidade com o formato da peça a ser fundida. 3. Confecção dos machos – Macho é um dispositivo, feito tam- bém de areia, que tem a finalidade de formar os vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para receber o metal líquido. 20 Pare! Estude! Responda! Exercício 4 Relacione a coluna A com a coluna B. Coluna A Coluna B a) ( ) Retirada de canais, massalotes e rebarbas da peça. 1. Confecção do molde b) ( ) O metal é derretido em fornos especiais. 2. Confecção do macho c) ( ) Retirada da peça sólida do molde. 3. Confecção do modelo d) ( ) O modelo é construído com madeira, metal ou resi- na. 4. Fusão 5. Vazamento e) ( ) O metal líquido é despejado no molde. 6. Desmoldagem f) ( ) Etapa em que o molde é construído. 7. Rebarbação g) ( ) Etapa em que os machos são construídos. 8. Limpeza h) ( ) Etapa em que a peça é jateada e limpa. Exercício 5 Responda às seguintes perguntas. a) Como se chamam os dutos que conduzem o metal líquido para o interior do molde? b) Qual é o nome do reservatório que serve para suprir a peça com metal à medida que ele se resfria e contrai? c) Escreva os nomes dos outros processos de fundição citados nesta parte da aula. Características e defeitos dos produtos fundidos Quando um novo produto é criado, ou quando se quer aperfeiçoar algo que já existe, o departamento de engenharia geralmente tem alguns critérios que ajudam a escolher o tipo de processo de fa- bricação para as peças projetadas. No caso da fundição, vários fatores podem ser considerados: • formato e complexidade da peça • tamanho da peça • quantidade de peças a serem produzidas • matéria-prima metálica que será usada 21 Além disso, as peças fundidas apresentam características que estão estreitamente ligadas ao processo de fabricação como por exemplo: • acréscimo de sobremetal, ou seja, a camada extra de metal que será desbastada por processo de usinagem • furos pequenos e detalhes complexos não são feitos na peça porque dificultam o processo de fundição, embora apareçam no desenho. Esses detalhes são depois executados também por meio de usinagem. • arredondamento de cantos e engrossamento das paredes da peça para evitar defeitos como trincas e melhorar o preenchimento com o metal líquido. Como em todo o processo, às vezes, alguma coisa “sai errado” e aparecem os defeitos. Alguns defeitos comuns das peças fundi- das são: • inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas da peça. Isso causa problemas de usinagem: os grãos de areia são abrasivos e, por isso, estragam a ferramenta. Além disso, causam defeitos na superfície da peça usinada. • defeitos de composição da liga metálica que causam o apare- cimento de partículas duras indesejáveis no material. Isso também causa desgaste da ferramenta de usinagem. • rechupe, ou seja, falta de material devido ao processo de soli- dificação, causado por projeto de massalote malfeito. • porosidade, ou seja, a existência de “buraquinhos” dentro de peça. Eles se originam quando os gases que existem dentro do metal líquido não são eliminados durante o processo de va- zamento e solidificação. Isso causa fragilidade e defeitos su- perficiais na peça usinada. Esta aula termina aqui. Nela você teve uma noção básica e geral sobre o que é fundição e como se obtêm as peças fundidas. Essa é uma etapa importante no processo de fabricação de peças para conjuntos mecânicos e pode ser que sobre para você usinar uma peça dessas, não é mesmo? Agora dê uma repassada na aula e faça os exercícios. 22 Pare! Estude! Responda! Exercício 6 Resolva às seguintes questões. a) Ao lado são apresentados dois desenhos: o primeiro de uma peça acabada, já usinada, e o segundo, da mesma peça, po- rém apenas fundida. Use os conhecimentos que você adquiriu nesta aula e responda por que a peça fundida teve que ser modificada e qual a finalidade de cada modificação feita. b) Se você estivesse usinando uma peça fundida e verificasse a presença de muitos buraquinhos, como você chamaria esse defeito? Qual sua causa? c) Se na usinagem você notar que a ferramenta está desgastan- do muito rapidamente, qual o defeito de fundição que estaria causando esse problema? 25 quisermos vencer a competição com os concorrentes; o que não é nada fácil. A qualidade da peça fundida está diretamente ligada à qualidade do molde. Peças fundidas de qualidade não podem ser produzi- das sem moldes. Por isso, os autores usam tanto o material quan- to o método pelo qual o molde é fabricado como critério para classificar os processos de fundição. Portanto, é possível classifi- car os processos de fundição em dois grupos: 1. Fundição em moldes de areia 2. Fundição em moldes metálicos Nesta aula, não nos preocuparemos com a fundição em moldes metálicos. Vamos estudar apenas a moldagem em areia. Como já dissemos, esse processo de fundição, particularmente a moldagem em areia verde é o mais simples e mais usado nas empresas do ramo. A preparação do molde, neste caso, consiste em compactar me- cânica ou manualmente uma mistura refratária plástica chamada areia de fundição, sobre um modelo montado em uma caixa de moldar. 26 Esse processo segue as seguintes etapas: 1. A caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão. O modelo, coberto com talco ou grafite para evitar aderência da areia, é então colocado no fundo da caixa. A a- reia é compactada sobre o modelo manualmente ou com o auxílio de marteletes pneumáticos. 2. Essa caixa, chamada de caixa-fundo, é virada de modo que o modelo fique para cima. 3. Outra caixa de moldar, chamada de caixa-tampa, é então pos- ta sobre a primeira caixa. Em seu interior são colocados o massalote e o canal de descida. Enche-se a caixa com areia que é socada até que a caixa fique completamente cheia. 27 4. O canal de descida e o massalote são retirados e as caixas são separadas. 5. Abre-se o copo de vazamento na caixa-tampa. 6. Abre-se o canal de distribuição e anal de entrada na caixa- fundo e retira-se o modelo. 7. Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para pren- der uma na outra, usam-se presilhas ou grampos. 30 Areia de fundição é sempre verde?! Bem, para início de conversa, a fundição em moldes de areia ver- de não tem nada a ver com a cor verde. O processo tem esse nome somente porque a mistura com a qual o molde é feito man- tém sua umidade original, quer dizer, não passa por um processo de secagem. A matéria-prima para esse tipo de moldagem é composta basi- camente por um agregado granular refratário chamado de areia- base que pode ser sílica, cromita ou zirconita, mais argila (como aglomerante) e água. Tanto metais ferrosos quanto não-ferrosos podem ser fundidos nesse tipo de molde. Os moldes são preparados, o metal é vaza- do por gravidade, e as peças são desmoldadas durante rápidos ciclos de produção. Após a utilização, praticamente toda a areia (98%) pode ser reutilizada. Esse processo de moldagem é facil- mente mecanizável, sendo realizado por meio de máquinas au- tomáticas. Como qualquer outro processo, apresenta vantagens e desvanta- gens que estão listadas a seguir: Vantagens Desvantagens 1. A moldagem por areia verde é o mais barato dentre todos os métodos de produ- ção de moldes. 2. Há menos distorção de formato do que nos métodos que usam areia seca, porque não há necessidade de aquecimento. 3. As caixas de moldagem estão prontas para a reutilização em um mínimo espaço de tempo. 4. Boa estabilidade dimensional. 5. Menor possibilidade de surgimento de trincas. 1. O controle da areia é mais crítico do que nos outros processos que também usam areia. 2. Maior erosão quando as peças fundidas são de maior tamanho. 3. O acabamento da superfície piora nas peças de maior peso. 4. A estabilidade dimensional é menor nas peças de maior tamanho. Foram as desvantagens que obrigaram os fundidores a procurar outros tipos de materiais aglomerantes que pudessem ser mistu- rados com a areia. Isso levou à utilização das resinas sintéticas 31 que permitiram o aparecimento de processos de modelagem co- mo “shell molding”, caixa quente e por cura a frio. Este será o assunto da próxima parte desta aula. Pare! Estude! Responda! Exercício 5. Responda: a) Cite os componentes básicos de uma mistura de molda- gem a verde. b) Cite duas vantagens e duas desvantagens da moldagem a verde. O molde fica mais resistente O uso das resinas foi um grande aperfeiçoamento na utilização de areia para a produção de moldes de fundição. A areia não precisa mais ser compactada porque o aglomerante, que é como uma espécie de cola, tem a função de manter juntos os grãos de areia. E isso é feito de dois modos: a quente ou a frio. Um dos processos, que usa calor para provocar a reação química entre o aglomerante e os grãos da areia, é aquele chamado de “shell molding”, que em português quer dizer moldagem de casca. Ele é realizado da seguinte maneira: 1. Os modelos, feitos de metal para resistir ao calor e ao desgas- te, são fixados em placas, juntamente com os sistemas de ca- nais e os alimentadores. 32 2. A placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até atingir a temperatura de trabalho (entre 200 e 250ºC). 3. A placa é então girada contra um reservatório contendo uma mistura de areia/resina de modo que o modelo fique envolto por essa mistura. 4. O calor funde a resina que envolve os grãos de areia e essa mistura, após algum tempo (±15 segundos), forma uma casca (“shell”) com a espessura necessária (entre 10 e 15 mm) so- bre o modelo. 35 Pare! Estude! Responda! Exercícios 6. O quadro a seguir está incompleto. Estude bem a aula e tente completar as informações que faltam. Processo de moldagem Material do molde Método de vazamento Características Emprego Vantagens Desvantagens Areia verde Por gravida- de Molde é destruí- do. A areia é reapro- veitada. O mais usado para aço e ferro fundido. Maior erosão quando as peças fundidas são maiores. Areia + resina sintética termo-fixa. Por gravida- de. Produção de peças peque- nas em gran- des quantida- des. Bom acaba- mento para a superfície das peças. Cura a frio. Por gravida- de. Moldes mais rígidos 7. Responda: a) Qual é a diferença básica entre o processo de moldagem a verde e o processo shell? b) A seqüência de produção de moldes em “shell”, apresen- tada a seguir, está correta? • O modelo aquecido é inserido na mistura de arei- a/resina. • Após certo tempo de cura na estufa, a resina endurece completamente. • Formação da casca com a espessura necessária. • Extração da casca. ( ) Sim ( ) Não c) Se a seqüência não estiver certa, reescreva as frases na ordem correta. d) Qual a diferença entre o processo “shell” e cura a frio quanto: ⇒ ao endurecimento da resina; ⇒ ao modelo; ⇒ à extração do modelo. 36 Gabarito 1. a) Moldes de areia, moldes metálicos. b) Moldagem em areia. c) Moldagem em areia verde. 2. a) 5; b) 7; c) 2; d) 4; e) 6; f) 1; g) 3; h) 8. 3. a) (V) b) (V) c) (F) d) (V) e) (F) 4. c) A contração da peça ocorre durante a solidificação. e) O molde precisa ter resistência suficiente para suportar a pressão do metal líquido. 5. a) Areia-base (sílica. zirconita ou cromita), aglomerante (argi- la) e água. b) Vantagens Desvantagens − menor distorção de formato que nos métodos com areia seca. − boa estabilidade dimensional. − controle de areia mais crítico que nos outros processo. − estabilidade dimensional menor nas peças de maior tamanho. 6. Processo de moldagem Material do molde Características Emprego Vantagens Desvantagens areia de fundição é mais barato shell molding moldes mais rígidos para serem usados na produção de peças grandes e formatos complica- dos. custo mais elevado em relação a mol- dagem em área verde resina em estado líquido catalisador, areia limpa para obtenção de moldes mais rígidos para serem usados a produção de peças grandes e de formatos complicados endurecimento da resina sem utilização de calor processos mais caros e os catali- sadores são com- postos de substân- cias ácidas, corro- sivas e tóxicas processos mais caros e os catali- sadores são com- postos de substân- cias ácidas, corro- sivas e tóxicas 37 7. a) O custo do processo shell é mais elevado. b) Não c) O modelo aquecido é inserido na mistura, areia/resina; – forma-se a casca com a espessura desejada; – após certo tempo de areia, a resina endurece; – a casca é extraída. d) Processo Endurecimento Modelo Extração do modelo Shell por calor de metal por pino extrator cura a frio por catalisador de madeira manual 40 com um aglomerante feito com água, silicato de sódio e/ou silica- to de etila. Essa lama endurece em contato com o ar e é nela que o modelo de cera ou plástico é mergulhado. Quando a lama endu- rece em volta do modelo, forma-se um molde rígido. Após o endu- recimento da pasta refratária, o molde é aquecido, o modelo der- retido, e destruído. Essa casca endurecida é o molde propriamente dito e é nele que o metal líquido é vazado. Assim que a peça se solidifica, o molde é inutilizado. Por causa das características desse processo, ele também pode ser chamado de fundição por moldagem em cera perdida. Resumindo, a fundição por moldagem em cera perdida apresenta as seguintes etapas: 1. A cera fundida é injetada na matriz para a produção do mode- lo e dos canais de vazamento. 2. Os modelos de cera endurecida são montados no canal de alimentação ou vazamento. 3. O conjunto é mergulhado na lama refratária. 41 4. O material do molde endurece e os modelos são derretidos e escoam. 5. O molde aquecido é preenchido com metal líquido por gravi- dade, centrifugação ou a vácuo. 6. Depois que a peça se solidifica, o material do molde é que- brado para que as peças sejam retiradas. 42 7. As peças são rebarbadas e limpas. Em muitos casos, as peças obtidas por esse processo chegam a dispensar a usinagem devido à qualidade do acabamento de su- perfície obtido. Mesmo quando a usinagem faz-se necessária, demanda acabamento mínimo e isso reduz os custos de produ- ção. Pare! Estude! Responda 45 1. a) O modelo feito de cera é derretido para formar a cavidade do molde. O molde é destruído para a retirada das peças solidificadas. b) de cera. c) Os moldelos em cera - que é injetada em estado líquido dentro da matriz - e os moldes são produzidos a partir de uma pasta ou lama refratória que endurece em contato com o ar. d) Fundição por moldagem em cera perdida. 2. a) sim b) não c) sim d) sim e) sim f) sim 3. a) d) 46 Esse molde é (quase) para sempre Manuais ou mecanizados, de precisão, não importa qual o pro- cesso de fundição que tenhamos estudado até agora, todos ti- nham em comum duas coisas: o fato de que o material básico para a confecção dos moldes era, na maioria dos casos, areia e que após a produção da peça o molde era destruído. Acontece que, ao lado de todas as vantagens que a areia apre- senta na confecção de moldes, existem sempre os problemas comuns à sua utilização para a fundição: quebras ou deforma- ções dos moldes, inclusões de grãos de areia na peça fundida, problemas com os materiais aglomerantes e com as misturas de areia, e assim por diante. Dependendo do trabalho que se quer realizar, da quantidade de peças a serem fundidas e, principalmente, do tipo de liga metálica que será fundida, o fabricante tem que fundir suas peças em ou- tro tipo de molde: os moldes permanentes, que dispensam o uso da areia e das misturas para sua confecção. Veja, nesta aula, como isso é feito. O que é um molde permanente Os processos de fundição por molde permanente usam moldes metálicos para a produção das peças fundidas. Por esses pro- cessos realiza-se a fundição por gravidade ou por pressão. Usar um molde permanente significa que não é necessário pro- duzir um novo molde a cada peça que se vai fundir. A vida útil 47 de um molde metálico permite a fundição de até 100 mil peças. Um número tão impressionante deveria possibilitar a extensão de seu uso a todos os processos de fundição. Só que não é bem assim. A utilização dos moldes metálicos está restrita aos metais com temperatura de fusão mais baixas do que o ferro e o aço. Esses metais são representados pelas ligas com chumbo, zinco, alumí- nio, magnésio, certos bronzes e, excepcionalmente, o ferro fundi- do. O motivo dessa restrição é que as altas temperaturas neces- sárias à fusão do aço, por exemplo, danificariam os moldes de metal. Os moldes permanentes são feitos de aço ou ferro fundido ligado, resistente ao calor e às repetidas mudanças de temperatura. Mol- des feitos de bronze podem ser usados para fundir estanho, chumbo e zinco. Os produtos típicos da fundição em moldes permanentes são: bases de máquinas, blocos de cilindros de compressores, cabe- çotes, bielas, pistões e cabeçotes de cilindros de motores de au- tomóveis, coletores de admissão. Esses produtos, se comparados com peças fundidas em moldes de areia, apresentam maior uniformidade, melhor acabamento de superfície, tolerâncias dimensionais mais estreitas e melhores propriedades mecânicas. Por outro lado, além de seu emprego estar limitado a peças de tamanho pequeno e produção em grandes quantidades, os mol- des permanentes nem sempre se adaptam a todas as ligas metá- licas e são mais usados para a fabricação de peças de formatos mais simples, porque uma peça de formas complicadas dificulta não só o projeto do molde, mas também a extração da peça após o processo de fundição. Para fundir peças em moldes metálicos permanentes, pode-se vazar o metal por gravidade. Nesse caso, o molde consiste em 50 de todos os seus espaços e cavidades. A pressão é mantida até que o metal se solidifique. Então, a matriz é aberta e a peça eje- tada por meio de pinos acionados hidraulicamente. Muitas matrizes são refrigeradas a água. Isso é importante para evitar superaquecimento da matriz, a fim de aumentar sua vida útil e evitar defeitos nas peças. Para realizar sua função, as matrizes têm que ter resistência sufi- ciente para agüentar o desgaste imposto pela fundição sob pres- são, e são capazes de suportar entre 50 mil e 1 milhão de inje- ções. 51 Máquinas de fundição sob pressão A fundição sob pressão é automatizada e realizada em dois tipos de máquina: • máquina de câmara quente; • máquina de câmara fria. Em princípio, o processo de fundição sob pressão realizado na máquina de câmara quente utiliza um equipamento no qual existe um recipiente aquecido onde o metal líquido está depositado. No seu interior está um pistão hidráulico que, ao descer, força o me- tal líquido a entrar em um canal que leva diretamente à matriz. A pressão exercida pelo pistão faz com que todas as cavidades da matriz sejam preenchidas, formando-se assim a peça. Após a solidificação do metal, o pistão retorna à sua posição inicial, mais metal líquido entra na câmara, por meio de um orifício, e o pro- cesso se reinicia. Uma representação esquemática desse equi- pamento é mostrada ao lado. Essa máquina é dotada de duas mesas: uma fixa e outra móvel. Na mesa fixa ficam uma das metades da matriz e o sistema de injeção do metal. Na mesa móvel localizam-se a outra metade da matriz, o sistema de extração da peça e o sistema de abertura, fechamento e travamento da máquina. Ela é usada quando o metal líquido se funde a uma temperatura que não corrói o material do cilindro e do pistão de injeção, de 52 modo que ambos possam ficar em contato direto com o banho de metal. Se a liga se funde a uma temperatura mais alta, o que prejudica- ria o sistema de bombeamento (cilindro e pistão), usa-se a má- quina de fundição sob pressão de câmara fria, empregada princi- palmente para fundir ligas de alumínio, magnésio e cobre. O princípio de funcionamento desse equipamento é o mesmo. A diferença é que o forno que contém o metal líquido é uma unidade independente, de modo que o sistema de injeção não fica dentro do banho de metal. Veja representação esquemática ao lado. A máquina de fundição sob pressão em câmara fria pode ser: • horizontal, na qual o pistão funciona no sentido horizontal; • vertical, na qual o sistema de injeção funciona no sentido verti- cal. 55 4. a) A quente b) fora/a frio c) geralmente, devem d) a água, aumentar 5. - Vantagens: Peças de ligas como a de alumínio apresen- tam maiores resistências do que fundidas em areia. - Possibilidade de produção de peças com formas mais complexas. - Desvantagens: Limitação no peso das peças (raramente superior a 5 kg). - Retenção de ar no interior das matrizes 56 A fundição fica automática Imagine que após tantas informações sobre o processo de fundi- ção e confiante nos conhecimentos adquiridos, você tenha deci- dido abrir seu próprio negócio: uma empresa destinada a fundir peças pequenas de alumínio. Placa na porta, telefone na lista, forno para a fusão do metal, ca- dinhos, enfim, os apetrechos básicos que toda empresa de fundi- ção que se preze deve ter. Até um assistente, aquele seu cunha- do que estava desempregado, você já arrumou. No entanto, falta o mais importante: o cliente. Uma semana, duas semanas, nada. De visita mesmo só um fiscal que até elogiou suas instalações, mas infelizmente não precisava de nenhuma peça fundida. Após um mês, quando você já pensava em desistir, chega, enfim o tão esperado provável cliente. É um comprador de uma empresa de eletrodomésticos. Bate-papo, cafezinho, estudo do desenho da peça. Você já está quase se sentindo um grande empresário, quando o comprador proclama em tom de desafio: “ Mas eu preciso de seiscentas peças...E prá daqui a trinta dias”. Seu sorriso desaparece. O do seu cunhado também. Afinal tantas peças para entregar em tão pouco tempo é uma tarefa que pare- ce impossível. Você queria serviço, mas assim já é demais. Você, no entanto, não quer rejeitar sua primeira oportunidade de traba- lho. Ajeita-se na cadeira, cruza as mãos no peito, mira o teto, faz uma cara de desprezo e dispara: “Fácil!”. E seu cunhado quase morre engasgado num gole de café. 57 Seu problema agora é o de como produzir mais peças em menos tempo e, é claro, sem sacrificar a segurança na operação dos equipamentos e a qualidade do produto. Afinal, você não quer que este seja seu primeiro e último cliente. Mas, não se desespere. Muitas e muitas empresas já tiveram ou vão ter que resolver este mesmo tipo de problema. Você não está sozinho. Este problema aparece quando se tem que passar de uma fase quase artesanal de produção, caracterizada por uma pequena quantidade de produtos feitos sob encomenda, para uma produção em escala industrial composta por grandes lotes. A solução chama-se automatização ou automação. A máquina e o homem A automação não é uma coisa nova. Máquinas e processos de fabricação automáticos existem há muito tempo. A própria linha de montagem, criada pela indústria automobilística para produzir uma grande quantidade de carros a baixo preço, é do começo deste século. Embora não contasse necessariamente com má- quinas automáticas, a linha de montagem consistia na automação do processo de fabricação em si. Cada operário tinha uma função típica bem definida, capaz de ser executada de forma repetitiva durante toda a jornada de trabalho. A partir da década de 50, a automação ganhou um importante aliado: o computador. As máquinas automáticas que passaram a utilizar o computador ganharam uma característica importante chamada flexibilidade, ou seja, a capacidade do processo de fa- bricação de se adaptar facilmente às mudanças do mercado con- sumidor. Imagine, no seu caso que, alguns dias após ter aceito aquele pe- dido, o comprador da mesma empresa volte e lhe diga que os planos mudaram. A empresa fez uma pesquisa de mercado e decidiu lançar três modelos de produtos diferentes. Assim, em vez daquela única peça fundida agora serão três. E, em vez de seiscentas peças iguais, serão duzentas peças de cada tipo. 60 d) ( ) Toda a análise feita pelo computador no projeto de uma peça a ser fundida, é realizada construindo-se uma peça real. e) ( ) O computador analisa também a geometria da peça, a localização dos canais de vazamento e as sobre- medidas. Construindo o modelo No processo convencional de construção do modelo, sua preci- são dimensional e acabamento da superfície dependem quase que exclusivamente da habilidade de um profissional chamado modelador de fundição. Eles são verdadeiros artistas que escul- pem, normalmente em madeira, as formas por vezes complexas da futura peça fundida. Muitas vezes, devido à sua geometria complicada, tais modelos precisam ser confeccionados por meio da montagem ou colagem de várias peças. É um trabalho delica- do e demorado. Novamente a automação se faz presente para facilitar o trabalho. A partir do desenho do modelo realizado com o auxílio do compu- tador, produz-se um programa, ou seja, uma seqüência de opera- ções na forma de códigos. Este programa controla os movimentos da ferramenta de uma máquina operatriz computadorizada. A ferramenta, por sua vez, “esculpe” a geometria do modelo na ma- deira, metal, plástico, isopor ou outro material. O ser humano só aparece novamente para dar o acabamento final da superfície do modelo, eliminando as marcas deixadas pela ferramenta. A habilidade, visão e tato humanos necessários 61 à realização desta tarefa ainda não conseguiram ser incorporados com sucesso em máquinas automáticas. Pronto e acabado o mo- delo, passa-se à construção do molde. Pare! Estude! Responda! Exercício 3. Complete as frases a seguir. a) No processo convencional de construção do modelo, a ......................... e a .................................. dependem qua- se que exclusivamente da habilidade do modelador de fundição. b) O programa para a construção do modelo é feito a partir do .............................. feito com auxílio do computador. c) Quando se usa o computador para construir um modelo, o modelador só está presente para dar o ............................. da superfície do modelo, eliminando as .............................. deixadas pela ................................. . A hora e a vez do molde A fabricação automatizada de moldes utiliza-se de máquinas de moldagem. 62 Este tipo de máquina tem por objetivo aumentar a produção e a qualidade dos moldes e já existe há bastante tempo. No entanto, a operação das máquinas foi-se automatizando com o tempo, primeiramente com o auxílio de mecanismos, depois com o uso de componentes elétricos, principalmente os relês, e finalmente, utilizando-se de computadores. Ao homem restaram apenas as tarefas de supervisão e manutenção do equipamento, além da realização de uma ou outra tarefa operacional, como a colocação de grampos e parafusos para fechar o molde, cuja automação é inviável do ponto de vista técnico ou econômico. Essas máquinas apresentam as seguintes funções: • Receber as caixas dos moldes; • Preencher caixas com areia de moldagem; • Compactar a areia contra as paredes das caixas e contra o modelo; • Posicionar os machos; • Confeccionar os canais de vazamento; • Fechar a caixa. As mesmas técnicas utilizadas pelo homem na moldagem manual foram transferidas para essas máquinas. Assim, se o ser humano utiliza-se de vibradores manuais para facilitar a acomodação da areia na caixa do molde, a máquina também se utiliza da vibração com o mesmo propósito. Se o homem soca a areia utilizando fer- ramentas manuais, a máquina também o faz, porém agora com o uso de prensas pneumáticas ou hidráulicas. Dessa forma, para cada etapa de seu trabalho manual, o homem encontrou um mecanismo, de complexidade maior ou menor, des- tinado a substituí-lo. Em seguida, controlou esses vários mecanismos por meio de um computador que envia ordens para motores elétricos e pistões pneumáticos e fica sabendo o que se passa na máquina pelos componentes elétricos e eletrônicos: os sensores. Assim, podemos pensar no computador como o cérebro da má- quina, os motores e pistões como seus braços, os sensores como 65 As caixas dos moldes retornarão à primeira fase do processo. Os canais de vazamento e distribuição deverão ser retirados das peças fundidas. Se as peças forem pequenas, esta etapa pode contar com a utilização de operações de tamboreamento. O pro- cesso que normalmente não é automático, consiste na colocação das peças a serem rebarbadas dentro de um recipiente rotativo: o tambor. Quando este tambor gira, as peças em seu interior cho- cam-se contra suas paredes e umas contra as outras. As rebar- bas então, são retiradas pelo impacto e pelo atrito resultantes. Sem os canais, a peça ainda pode apresentar rebarbas que pre- judicam seu funcionamento e causam má impressão visual. Nesta fase, a utilização de robôs industriais tem-se mostrado bastante adequada. Com a utilização de ferramentas abrasivas rotativas, estas máquinas, obedecendo à seqüência de instruções – os pro- gramas – podem se adaptar à uma grande variedade de geome- trias de peças e rebarbar seus contornos com precisão e rapidez. Pare! Estude! Responda! Exercício 6. Responda às seguintes perguntas. a) Cite algumas vantagens da automação da etapa de vaza- mento. b) Qual a operação na etapa de vazamento em que a auto- mação completa é difícil? 66 Automação da fundição sob pressão O processo de fundição sob pressão apresenta, como você já viu em aulas anteriores, uma característica importante: utiliza uma máquina específica – a injetora – capaz de transformar direta- mente a matéria-prima (metal líquido) em produto acabado. A automatização dessas injetoras pode ser feita sem o auxílio do computador, utilizando-se apenas componentes elétricos ou eletrô- nicos para controlar seus movimentos. Mas, as injetoras modernas não dispensam o computador. Esse computador recebe um nome diferente: CLP, abreviação de Controlador Lógico Programável. Nome bonito, hein?! Mas não se assuste. Ele não passa de um computador com uma tarefa bem definida: controlar máquinas. A partir de um programa, ou seja, aquela seqüência de ações que é colocada em sua memória, o CLP deve mandar “ordens” (sinais elétricos) para os motores elétricos e válvulas hidráulicas e pneumáticas da máquina. Estas válvulas acionam os pistões que posicionam o bico do injetor no ponto desejado, fecham e abrem o molde e realizam, juntamente com os motores, os demais mo- vimentos da máquina. Para completar a brincadeira, existem os sensores. Os sensores são dispositivos elétricos ou eletrônicos que informam ao CLP se a ordem enviada por ele foi cumprida adequadamente ou não. Caso seja necessário, o CLP toma providências para corrigir o desvio entre o que foi programado e o que realmente ocorreu. Além dos movimentos, o CLP também controla a pressão de inje- ção do metal, a força de fechamento do molde, a pressão e a vazão do óleo lubrificante, garantindo, assim, uma grande inde- pendência da operação da máquina em relação ao homem. 67 Nas injetoras de câmara quente automáticas, o operador deve, periodicamente, abastecer o cadinho da máquina com lingotes de metal. Em muitos casos, mesmo esta tarefa é realizada automati- camente por meio de sistemas de alimentação que detectam o nível de metal no cadinho e o abastecem, caso seja necessário, com lingotes transportados a partir de um local de armazenamen- to. Nas injetoras de câmara fria, o metal líquido é abastecido em quantidade suficiente para produzir as peças de um único ciclo de injeção, ou seja, entre um fechamento e outro do molde. Esta tarefa pode ser realizada pelo próprio operador ou ser deixada a cargo de um robô. O robô enche, com metal líquido, um pequeno cadinho preso em sua garra e o derrama dentro do injetor da máquina. Em seguida, os passos da seqüência de injeção serão executados por meio do CLP. Após o término do ciclo de injeção, o mesmo robô, utilizando-se de outro tipo de ferramenta, pode retirar a peça injetada e deposi- tá-la numa esteira, por exemplo. O descarregamento de peças fundidas sob pressão foi, inclusive, uma das primeiras tarefas dos robôs quando começaram a ser utilizados na indústria no início da década de 60. 70 entanto, poderá ajudá-lo a atender seu cliente de forma satisfató- ria. Para os próximos pedidos, no entanto, seria bom você já ir pen- sando na utilização de máquinas computadorizadas. Elas trarão mais flexibilidade ao seu processo de fabricação, permitindo que você se adapte mais rapidamente às mudanças nas necessida- des do mercado consumidor. E aí, então, quem terá que se mo- dernizar será seu concorrente. Pare! Estude! Responda! Exercícios 8. Responda às seguintes perguntas. a) Por que se diz que o processo de “Shell Molding” adapta- se bem à automação? b) Qual a importância das injetoras de plástico no processo de fundição de precisão? 9. Escreva V ou F conforme sejam verdadeiras ou falsas as al- ternativas que completam a seguinte afirmação: “A utilização do computador permitiu que as máquinas automáticas...” a) ( ) Ganhassem flexibilidade. b) ( ) Fossem capazes de produzir uma grande quanti- dade de um mesmo produto. c) ( ) Fossem capazes de alterar rapidamente o tipo de produto fabricado. d) ( ) Gastassem menos energia elétrica. 10. Faça corresponder as tarefas da coluna A com o tipo de re- curso utilizado em sua realização e indicado na coluna B. Coluna A Coluna B a) Retirada de canais b) Fabricação do modelo c) Projeto da peça fundida d) Vazamento do metal e) Fabricação do molde 1. ( ) Computador para analisar esforço 2. ( ) Robô industrial 3. ( ) Máquina de moldagem automática 4. ( ) Máquina operatriz computadorizada 5. ( ) Tamboreamento 71 Gabarito 1. a) Automatização ou automação. b) Função executada sob forma repetitiva. c) Computador. d) Flexibilidade. e) Programa. 2. a) (V) b) (F) c) (V) d) (F) e) (V) 3. a) Precisão dimensional, acabamento da superfície. b) Desenho. c) Acabamento, marcas, ferramenta. 4. a) 1 b) 4 5. a) (4) b) (2) c) (6) d) (5) e) (1) f) (3) 6. a) Segurança industrial, fator econômico. b) Abertura dos moldes e retirada das peças. 7. a) Controla: pressão de injeção do metal, força do fechamen- to do molde, pressão e a vazão do óleo. b) Abastecer o metal líquido; retirar a peça injetada. 8. a) Por ser um processo repetitivo e, por isso, se adapta muito bem à automação. b) Permite produzir um modelo de plástico ou cera em gran- de quantidade. 9. a) (V) b) (F) c) (V) d) (V) 10. a) (5) b) (4) c) (1) d) (2) e) (3) 72 E depois da fundição? Panelas, fogões, geladeiras, fornos de microondas, microcompu- tadores, automóveis, máquinas agrícolas, trens, navios, aviões, naves espaciais, satélites... Desde o produto mais simples até o mais sofisticado, todos dependem de processos de fabricação mecânica para existir. E eles são muitos. E se encadeiam para que o produto seja fabricado. Por mais simples que a peça seja, é sempre necessário usar má- quinas e realizar mais de uma operação para produzi-la. Come- çando pela fundição, seguindo pelos processos de conformação mecânica como a laminação e a trefilação, passando pelo torne- amento, pela usinagem, as peças vão sendo fabricadas e reuni- das para formar os conjuntos mecânicos sem os quais a vida mo- derna seria impensável. E pensando na fundição como início dessa cadeia, a etapa se- guinte é, na maioria dos casos, a laminação, um processo de con- formação mecânica, que é o assunto desta nossa aula. Uma grande ajuda: as propriedades dos materiais Embora sem saber, você já deve ter conformado um metal em algum momento da sua vida. Aí vem a pergunta: “Mas, como?!” É simples. Ao dobrar um pedaço de arame, um fio de cobre, ou um pedaço de metal qualquer, ao martelar um prego, você aplicou esforços sobre o material e, desse esforço, resultou uma mudan- ça de forma. 75 Ao passar entre os cilindros, o material sofre deformação plástica. Por causa disso, ele tem uma redução da espessura e um au- mento na largura e no comprimento. Como a largura é limitada pelo tamanho dos cilindros, o aumento do comprimento é sempre maior do que o da largura. Se você quer saber como isso funciona, pare numa pastelaria e veja como o pasteleiro estica a massa. Observe como, a cada passada, ele reajusta a distância entre os cilindros. Veja que a massa fica cada vez mais comprida e mais fina. Aproveite e coma um pastel e tome um caldo de cana geladinho. Não existe nada mais gostoso... A laminação pode ser feita a quente ou a frio. Ela é feita a quente quando o material a ser conformado é difícil de laminar a frio ou quando necessita de grandes reduções de espessura. Assim, o aço, quando necessita de grandes reduções, é sempre laminado a quente porque, quando aquecido, sua estrutura cristalina apre- senta a configuração CFC que, como já vimos, se presta melhor à laminação. Além disso, nesse tipo de estrutura, as forças de coe- são são menores, o que também facilita a deformação. Encruamento é o resultado de uma mudança na estrutura do metal, associada a uma deformação permanente dos grãos do material, quando este é submetido à deformação a frio. O encru- amento aumenta a dureza e a resistência mecânica. A laminação a frio se aplica a metais de fácil conformação em temperatura ambiente, o que é mais econômico. É o caso do co- bre, do alumínio e de algumas de suas ligas. 76 A laminação a frio também pode ser feita mesmo em metais cuja resistência à deformação é maior. São passes rápidos e brandos cuja finalidade é obter maior precisão nas dimensões das chapas. Em alguns casos, a dureza e a resistência do material melhoram já que, nesse caso, ele fica “encruado”. Quando se necessita de precisão dimensional e ductilidade, a chapa laminada a frio passa por um tratamento térmico chamado recozimento. Sendo a quente ou a frio, a laminação parte dos lingotes que, passando pelos laminadores, pode se transformar em produtos de uso imediato como trilhos, vigas e perfis. Pode se transformar também em produtos intermediários que serão usados em outros processos de conformação mecânica. É o caso de tarugos que passarão por forjamento, extrusão e tre- filação e das chapas que serão estampadas para a fabricação de automóveis, ônibus, fogões, geladeiras... Pare! Estude! Responda! Exercício 2. Responda às seguintes questões. a) O que é laminação? b) Qual a diferença entre um produto final e um produto in- termediário? Dê exemplos. c) Por que o aço é sempre aquecido para ser laminado? 77 A máquina de laminar chama-se... Isso mesmo, caro aluno, laminador. O laminador é o equipamen- to que realiza a laminação. Mas, não é só de laminadores que a laminação é composta. Um setor de laminação é organizado de tal modo que a produção é seriada e os equipamentos são dispostos de acordo com a se- qüência de operações de produção, na qual os lingotes entram e, ao saírem, já estão com o formato final desejado seja como pro- duto final, seja como produto intermediário. As instalações de uma laminação são compostas por fornos de aquecimento e reaquecimento de lingotes, placas e tarugos, sis- temas de roletes para deslocar os produtos, mesas de elevação e basculamento, tesouras de corte e, principalmente, o laminador. Ele é um conjunto mecânico bem parecido com a máquina do pasteleiro. É composto de: • cadeira - é o laminador propriamente dito e que contém a gaio- la, os cilindros e os acessórios. • gaiola - estrutura que sustenta os cilindros. Os cilindros são as peças-chave dos laminadores, porque são eles que aplicam os esforços para deformar o metal. Eles podem 80 Pare! Olhe! Responda! Exercício 3. Responda às seguintes questões. a) Qual é a função do laminador? b) Cite as partes de um laminador. c) Preencha os espaços em branco com o nome dos lamina- dores a seguir: Apresenta quatro cilindros: dois horizontais e dois verti- cais: ........................ Apresenta dois cilindros de mesmo diâmetro: ........................ Apresenta seis cilindros: dois de trabalho e quatro de a- poio: ........................ Nesse laminador, o material passa pelos cilindros inferior e médio e retorna pelo médio e superior: ........................ Tem quatro cilindros: dois internos (de trabalho) e dois externos (de apoio): ........................ Laminando um produto plano Como já dissemos, para obter um produto laminado, ele tem que passar diversas vezes pelos laminadores. Na verdade, esse pro- cesso tem várias etapas, porque além da passagem pelos cilin- dros, algumas coisas vão acontecendo à medida que o produto vai sendo laminado. Essas etapas são, em geral, as seguintes: 1. O lingote, pré-aquecido em fornos especiais, passa pelo lami- nador de desbaste e se transforma em placas. 2. A placa é reaquecida e passa então por um laminador que quebra a camada de óxido que se formou no aquecimento. Nessa operação usa-se também jato de água de alta pressão. 3. Por meio de transportadores de roletes, a placa é levada a um outro laminador que diminui a espessura e também aumenta a largura da placa original. Na saída dessa etapa, a chapa tam- bém passa por um dispositivo que achata suas bordas e por uma tesoura de corte a quente. 81 4. Finalmente, a placa é encaminhada para o conjunto de lami- nadores acabadores, que pode ser formado de seis laminado- res quádruos. Nessa etapa ela sofre reduções sucessivas, até atingir a espessura desejada e se transformar finalmente em uma chapa. 5. Quando sai da última cadeira acabadora, a chapa é enrolada em bobina por meio de bobinadeiras. Para a obtenção de espessuras ainda menores, a laminação prossegue, porém a frio. Para isso, as bobinas passam por um processo de limpeza da superfície chamado de decapagem. Após a laminação a frio, que dá à superfície da chapa um acaba- mento melhor, ela é rebobinada. A bobina resultante passa por um processo de tratamento térmico que produz a recristalização do material e anula o encruamento ocorrido durante a deformação a frio. Além da grande variedade de produtos de aço que se pode fabri- car por laminação, esse processo de conformação mecânica também é aplicável ao cobre e suas ligas, ao alumínio e sua ligas, à borracha e ao papel. Pare! Estude! Responda! Exercício 4. Coloque na ordem correta de execução as etapas de lamina- ção descritas a seguir. a) ( ) A chapa sai da cadeira acabadora e é enrolada na bobinadeira. b) ( ) A placa é reaquecida e acontece a quebra da carepa no laminador duo. c) ( ) As extremidades da placa são cortadas em uma te- soura rotativa. d) ( ) O lingote pré-aquecido passa pelo laminador de des- baste e se transforma em uma placa. e) ( ) A placa passa por um laminador duo universal e, em seguida por duas cadeiras do laminador quádruo. 82 f) ( ) A placa é levada a um laminador quádruo onde sua espessura é diminuída e a largura, aumentada. g) ( ) A placa é encaminhada para os laminadores acaba- dores. Características e defeitos dos produtos laminados Cada produto industrial tem características que o diferenciam dos outros. Não é diferente com relação aos produtos laminados. Por exemplo, as formas desses produtos são muito simples: bar- ras, perfis, chapas. Seu comprimento é sempre muito maior que sua largura e, na maioria dos casos, as espessuras também são reduzidas. Os produtos laminados são empregados tanto na construção civil (casas, apartamentos, prédios industriais, pontes, viadutos), quanto na indústria mecânica, na usinagem para a produção em série de grandes quantidades de peças como parafusos, brocas, pinos, eixos, barras de seções diversas e chapas trabalhadas (furadas, cortadas, fresadas, retificadas). Em geral, o formato adequado do produto laminado, próximo do produto final usinado, aumenta muito a produtividade dos setores de usinagem. Além das características, os produtos laminados apresentam de- feitos que, geralmente, originam-se dos defeitos de fabricação do próprio lingote. Assim, os defeitos mais comuns dos produtos laminados são: • Vazios - podem ter origem nos rechupes ou nos gases retidos durante a solidificação do lingote. Eles causam tanto defeitos de superfície quanto enfraquecimento da resistência mecânica do produto. • Gotas frias - são respingos de metal que se solidificam nas paredes da lingoteira durante o vazamento. Posteriormente, e- les se agregam ao lingote e permanecem no material até o produto acabado na forma de defeitos na superfície. • Trincas - aparecem no próprio lingote ou durante as operações de redução que acontecem em temperaturas inadequadas. 85 Empurra, estica, puxa... Tubos de metal, portas e janelas para residências e edifícios, a- rames, cabos de aço e fios elétricos são produtos tão comuns no nosso dia-a-dia que a gente nem se dá ao trabalho de prestar atenção neles. Mas nem por isso eles deixam de ser importantes. Muito pelo contrário! Quanto mais usados mais necessários eles se tornam. Você já imaginou a vida em uma cidade, grande ou pequena, sem cabos elétricos ou telefônicos? E sem outra coisa bem simples e muito barata que todo mundo precisa usar, principalmente em um país tropical como o nosso. Que coisa é essa? É o guarda-chuva! Impossível fabricá-lo sem tubos e varetas de metal, produzidos pelos processos de conformação mecânica que estudaremos nesta aula: a extrusão e a trefilação. Aqui você vai aprender que se a necessidade é de perfis de for- matos complicados ou, então, de tubos, o processo de fabricação será a extrusão. Por outro lado, se o que se quer fabricar, são rolos de arame, cabos ou fios elétricos, o processo indicado é a trefilação. Fique ligado. Extrusão: o maior empurra-empurra Assim como a laminação, a extrusão é um processo de fabrica- ção de produtos semi-acabados, ou seja, produtos que ainda so- frerão outras operações, tais como corte, estampagem, usinagem ou forjamento, antes de seu uso final. Como resultado disso, ob- 86 tém-se uma das importantes características do produto extruda- do: seção transversal reduzida e grande comprimento. O processo de extrusão consiste basicamente em forçar a passa- gem de um bloco de metal através do orifício de uma matriz. Isso é conseguido aplicando-se altas pressões ao material com o auxí- lio de um êmbolo. Trata-se de um processo de fabricação relativamente novo, se comparado com a maioria dos outros processos de conformação mecânica. As primeiras experiências com extrusão foram feitas com chumbo no final do século passado. O maior avanço aconte- ceu durante a Segunda Guerra Mundial, com a produção de grandes quantidades de perfis de alumínio para serem usados na indústria aeronáutica. Atualmente, não só metais mais dúcteis, como o alumínio e suas ligas e o cobre e suas ligas, podem passar pelo processo de ex- trusão. Também é possível fabricar produtos de aço ao carbono e aço inoxidável por meio de extrusão. Produtos de plástico, principalmente embalagens, também são fabricados por extrusão. No que se refere ao uso do alumínio, as variedades de perfis que se pode fabricar é quase ilimitada. As seções obtidas são mais resistentes porque não apresentam juntas frágeis e há melhor distribuição do metal. O processo fornece, também, uma boa apa- rência para as superfícies. 87 Etapas do processo De acordo com o tipo de metal, que deve suportar rigorosas con- dições de atrito e temperatura, e com a seção a ser obtida, a ex- trusão pode ser realizada a quente ou a frio. O metais mais duros, como o aço, passam normalmente pelo processo de extrusão a quente. Esse processo envolve as se- guintes etapas: 1. Fabricação de lingote ou tarugo de seção circular. 2. Aquecimento uniforme do lingote ou tarugo. 3. Transporte do lingote ou tarugo aquecido para a câmara de extrusão. Essa etapa deve ser executada o mais rapidamente possível para diminuir a oxidação na superfície do metal a- quecido. 4. Execução da extrusão: com o tarugo aquecido apoiado diante da câmara de extrusão, o pistão é acionado e o material é empurrado para o interior da câmara. 5. Fim da extrusão: o pistão recua e a câmara se afasta para a retirada do disco e da parte restante do tarugo. 6. Remoção dos resíduos de óxido com o auxílio de disco ras- pador acionado pelo pistão. Lingote é o bloco de metal produzido por fundição. Tarugo é o bloco de metal obtido pela laminação de um lingote. Considerando-se que o trabalho a quente traz problemas de oxi- dação do bloco de metal e das ferramentas de extrusão, a tempe- ratura de trabalho deve ser a mínima necessária para fornecer ao metal o grau de plasticidade adequado. Devido à intensa deformação produzida durante a extrusão, pode ocorrer um sensível aquecimento do metal. Portanto, a tempera- tura máxima do processo deve ser seguramente inferior à tempe- ratura de “liquação”, ou seja, aquela em que acontece a fusão do contorno dos grãos. 90 Na extrusão indireta, o êmbolo é oco e está ligado à matriz. A extremidade oposta da câmara é fechada com uma placa. O êm- bolo oco empurra a matriz de encontro ao metal e este sai da matriz em sentido contrário ao movimento da haste. Como não há movimento relativo entre o bloco de metal e as pa- redes da câmara, as forças de atrito são muito menores e as pressões necessárias são também menores do que na extrusão direta. Por outro lado, como o êmbolo é furado, as cargas a se- rem utilizadas são limitadas e não é possível obter perfis com formatos complexos. Por isso, o processo de extrusão direta é o mais empregado. Os equipamentos usados na extrusão consistem em prensas ho- rizontais, mecânicas ou hidráulicas, com capacidades normais entre 1 500 e 5 mil toneladas. Prensas hidráulicas conseguem cargas de até 30 mil toneladas! Além dessas prensas, são necessários equipamentos auxiliares para a realização do processo. Eles incluem fornos para aqueci- mento dos tarugos, fornos de tratamento térmico, além de equi- pamentos para transporte e corte dos perfis. Defeitos da extrusão Existem vários defeitos típicos dos processos de extrusão. Por exemplo: no processo de extrusão, a deformação não é uniforme. Por isso, o centro do tarugo move-se mais rapidamente que a periferia, e forma-se uma “zona morta” ao longo da superfície ex- terna do tarugo. Quando a maior parte do bloco de metal já pas- 91 sou pela matriz, a superfície externa move-se para o centro e co- meça a fluir pela matriz. Como essa superfície externa contém uma película de óxido, aparecem linhas internas de óxido no interior do produto. Se esse produto for cortado transversalmente, esse óxido apare- cerá na forma de um anel que não permite a colagem das partes a ele adjacentes. Outro defeito que pode aparecer por causa da diferença de velo- cidade entre o núcleo do tarugo e a periferia, é a formação de uma cavidade no centro da superfície do material em contato com o pistão, quando o processo de extrusão atinge a etapa final. Essa cavidade cresce gradualmente em diâmetro e profundidade, transformando a barra em um tubo. Por isso, essa parte final do produto deverá ser descartada. O aspecto desse defeito é seme- lhante ao de um rechupe interno. O arrancamento é o defeito que se forma na superfície do produ- to e aparece na forma de perda de material da superfície, quando o produto passa muito rapidamente pela matriz. Produtos fabricados pelo processo de extrusão podem apresentar também bolhas na superfície. Elas podem ser causadas pela presença de hidrogênio e materiais provenientes da fundição do lingote ou por ar contido dentro do recipiente da prensa. Os defeitos que acabamos de descrever podem ser evitados da seguinte forma: Cavidade no produto: • descartar a porção final do produto. Anel de óxido: • não extrudar o tarugo até o fim; • aquecer o recipiente a uma temperatura 50ºC menor que a temperatura do tarugo; • não deixar o diâmetro do produto extrudado ultrapassar um valor a partir do qual o anel de óxido começa a aparecer. 92 Arrancamento: • diminuir a velocidade de extrusão; • diminuir a temperatura de extrusão. Bolhas • eliminar gases dissolvidos no metal líquido durante a fundição do lingote. Já temos bastante informações para você estudar. Que tal fazer isso agora? Pare! Estude! Responda! Exercícios 3. Complete as definições abaixo: a) Na extrusão direta, o bloco metálico é b) Na extrusão indireta, a matriz é 4. Como é possível evitar os seguintes defeitos? a) Cavidade no produto b) Anel de óxido c) Arrancamento d) Bolhas Puxa e estica Acender a luz, falar ao telefone, ligar o som, a televisão ou um outro eletrodoméstico qualquer, andar de elevador. Nada disso seria possível sem a trefilação, pois os fios elétricos de cobre ou alumínio, os cabos e arames de aço necessários para essas ati- vidades tão comuns do século vinte são fabricados por esse pro- cesso de conformação mecânica. Por esse processo, é possível obter produtos de grande compri- mento contínuo, seções pequenas, boa qualidade de superfície e excelente controle dimensional. 95 • com deslizamento Essa máquina é usada para a trefilação de fios metálicos de pe- queno diâmetro. Nela, o fio parte de uma bobina, passa por uma roldana e segue alinhado até a primeira fieira. Na saída da fieira, o fio é tracionado por um anel tirante e é enrolado nele com um número de voltas que depende da força do atrito necessária para tracionar o fio através da primeira fieira. O movimento helicoidal do fio provoca seu deslizamento lateral pelo anel e o sistema prossegue dessa forma para as demais fieiras e anéis. Características e defeitos dos produtos trefilados Como já dissemos, os produtos trefilados caracterizam-se por seu grande comprimento e pequena seção transversal. Dependendo de sua utilização, formato, seção transversal, eles recebem uma denominação. Assim, as barras possuem diâmetro maior que 5 mm; os arames ou fios possuem diâmetro menor. O arame é usado para a construção mecânica. O fio é usado em aplicações elétricas. Esses produtos apresentam os seguintes defeitos típicos: Diâmetro escalonado, causado por partículas duras retidas na fieira e que se desprendem depois. 96 Fratura irregular com estrangulamento, causada por esforço excessivo devido à lubrificação deficiente, excesso de espiras no anel tirante, anel tirante rugoso, anel tirante com diâmetro incorre- to, redução excessiva. Fratura com risco lateral ao redor da marca de inclusão, causa- da por partícula dura inclusa no fio inicial proveniente da lamina- ção ou extrusão. Fratura com trinca aberta em duas partes, causada por trincas de laminação. Marcas em forma de V ou fratura em ângulo, causadas por redução grande e parte cilíndrica pequena, com inclinação do fio na saída; ruptura de parte da fieira com inclusão de partículas no contato fio-fieira; inclusão de partículas duras estranhas. Ruptura taça-cone, causada por redução pequena e ângulo de fieira muito grande, com acentuada deformação da parte central. 97 Aqui terminamos o estudo de mais dois processos de conforma- ção mecânica. Há muito mais do que isso a ser apreendido. Por isso, não deixe a peteca cair! Para saber mais consulte a nossa bibliografia no final deste livro. Exercícios 5. Complete as seguintes frases: a) A trefilação é o processo utilizado para a produção de .........................................., .............................................. e .............................................. . b) Na trefilação, o material é ........................... através de uma matriz e é normalmente realizada a ............................ c) A barra a ser trefilada é chamada de ........................... . 6. Descreva a função das seguintes partes da fieira: a) Cone de entrada:.................................................................. b) Cone de trabalho:................................................................. c) Cilindro de calibração:.......................................................... d) Cone de saída: ..................................................................... 7. Descreva com suas palavras o processo de trefilação: a) Com deslizamento:............................................................... b) Sem deslizamento:............................................................... Gabarito 1. a) É um processo de fabricação que consiste basicamente em forçar a passagem de um bloco de metal através do o- rifício de uma matriz. b) Tubos sem costura, componentes elétricos e plásticos. 2. a) São fabricadas por trefilação. b) (c) c) Deve ser a mínima necessária para fornecer ao metal o grau de plasticidade adequado.