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PROCESSOS DE CONFORMAOPLSTICA: LAMINAO
Adaptado a partir da exibio daUniversidade Federal do Par CentroTecnolgico Curso de Graduao em
Engenharia Mecnica
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LAMINAO
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LAMINAO
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LAMINAO
A laminao consiste na passagem de um corpo slido(pea) entre dois cilindros (ferramentas) que giram mesmavelocidade perifrica, mas em sentidos contrrios.
Processo de Laminao.
Fundamentos do Processo
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Processo pode ser realizado:
continuo ou em etapas
com uma ou mais ferramentas rotativas (cilindros de laminao)
com ou sem ferramentas adicionais (p.ex.: mandris, calos ou
hastes)
Permitindo:
alcanar as dimenses dos produtos
semi
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acabados
ou da peapronta.
caldeamento de rechupes e poros provenientes do processo de
lingotamento
conformao da estrutura de solidificao do lingote.
melhora das propriedades mecnicas.
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Caracterstica bsica do processo
A tenso predominante, que conduz o processo a tenso decompresso.
Os cilindros de laminao podem tanto ser motores ou entomovidos pelo movimento do material que est sendo laminado.
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Estrutura laminada a frio
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Estrutura laminada a quente
Ocorre reorganizaodos gros.
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TRANSVERSALLONGITUDINAL
CLASSIFICAO CONFORME ACINEMTICA
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LAMINAOPLANA
LAMINAODE PERFIS
CLASSIFICAO CONFORME AGEOMETRIA
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Tipos de laminadores
duo reversvel: usado na LQ para desbastedelingotes e para esboo
trio: usado na LQ para chapas e placas
qudruo, qudruo reversvel: usado em LQ e LF
para chapas grossas e planas e emlinhas contnuas: chapas de espessura mdia e fina a
quente Sendzimir: usado na LF para chapas finas
Sequencial: usado na LQ e LF de perfis e tubos comcostura a partir de tiras
Mannesmann: usado na LQ e LF de tubos semcostura, com o uso de mandris
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TIPOS DE LAMINADOR PARA LAMINAOCONVENCIONAL
DUO DUO REVERSVEL TRIO
SENDZIMIRQUADRUO
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Um laminador consistebasicamente em cilindroslaminadores, mancais,gaiola e um motor.
Gaiola e cilindro de Laminao.
CILINDRO
LAMINAO
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Tipos de laminadores.
LAMINAO
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O processo de laminao pode ser conduzido a frio ou aquente.
Laminao de barras e perfis estruturais.
LAMINAO
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LAMINAO A QUENTE
Utilizada para materiais que tenham baixa plasticidade a frio.
Serve como etapa de preparao para laminao final, a frio. Permite grandes redues de espessura.
Foras de laminao menores que as da laminao a frio
Produz acabamento superficial pobre. Resulta em tolerncias dimensionais largas.
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LINGOTAMENTO CONTNUO PARA PRODUODE CHAPAS POR LAMINAO A QUENTE
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LAMINAO A QUENTE
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PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAO A QUENTE
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LAMINAO A FRIO
Requer material com boa plasticidade a frio.
precedida por laminao a quente.As redues de espessura so limitadas pelo encruamento.
As foras de laminao so bem maiores que as da laminao a
quente. Produz acabamento superficial bom ou timo.
Resulta em tolerncias dimensionais mais estreitas que alaminao a quente.
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LAMINAO A FRIO DE CHAPAS
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PROCESSO INDUSTRIAL PARA LAMINAO AFRIO DE CHAPAS
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PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAO A FRIO
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MECNICA DA LAMINAO
Arco de contato
Esforo predominante: compresso direta
Ponto neutro: presso mxima dos cilindros sobre a peangulo de laminao: ngulo de contato, ngulo de ataque,ngulo de mordida Foras de atrito: no sentido da laminao at o ponto
neutro e contrrio a partir dele tendncia de movimento para trse para frente da pea a laminar
Carga de laminao: fora de separao dividida pela reade contato Tenso de laminao
Cilindros de dimetros menoresrea de contato menor
Fora de separao menor Foras de atrito menores
Maior rigidez e precisoAplicao nosqudruos e mltiplos
LAMINAO
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LAMINAO
Relaes Geomtricas naLaminao de Planos
Figura 5 - Relaes geomtricas na laminao de planos.
C i d A d C (L) LAMINAO
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Comprimento do Arco de Contato (L)O arco de contato est sobre o cilindro de laminao, e
encontra-se entre os pontos A e C (figura 5).
LAMINAO
ngulo de Contato ()Define-se o ngulo de contato como o ngulo limitado
pela linha OC, que une os centros dos cilindros, e o raio AO docilindro que passa pelo ponto de entrada A (figura 5).
LAMINAO
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LAMINAO
Deformao e Reduo naLaminao
Figura 6 - Deformao na laminao.
LAMINAO
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Condies de Mordida eArrastamento
No instante em que a chapa entra em contato com oscilindros de laminao, duas foras atuam sobre ela: a foranormal e a fora de atrito (Figura 7a) .
A condio para que a mordida ocorra Fx
> 0.
LAMINAO
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LAMINAO
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LAMINAO
A posio do ngulo neutro pode ser calculada atravs daequao:
(forma simplificada parapequenos ngulos)
Figura 8ngulo Neutro.
ngulo Neutro ou ngulo deNo Deslizamento
LAMINAO
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LAMINAO
ONDE: P = carga (fora) de laminaoW = largura da chapah= hi - hf
Deformao Elstica dosCilindros de Laminao
Equao de HitchoockA anlise mais comumente usada para a deformao elstica
dos cilindros a desenvolvida por Hitchoock. De acordo comessa anlise o raio de curvatura aumenta de R para 'R.
LAMINAO
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LAMINAO
Clculo da Carga deLaminao de Chapas a Frio
Deformao homogneaUma estimativa para a fora de laminao de chapas a frio
pode ser obtida considerando o processo de laminao como umprocesso de compresso homognea entre placas bemlubrificadas.
Com atrito - Orowan
Sem atrito
LAMINAO
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LAMINAOEquao de Ekelund
Para o clculo da fora de laminao, foi proposta porEkelund em 1927, uma expresso de grande utilidade, por sua
facilidade e razovel preciso.
LAMINAO
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LAMINAO
Chapa de Espessura Mnima
Quando se lamina uma chapa fina, conclui-seexperimentalmente que no possvel reduzir sua espessuraabaixo de um certo valor. Tal tentativa resultar em umadeformao maior dos cilindros e nenhuma deformao plsticada chapa.
Sendo: h = espessura mnima= coeficiente de atritoR = raio do cilindro= tenso mdia de escoamento
LAMINAO
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LAMINAO
Clculo da Fora deLaminao a Quente
Deformao Plana
Onde:
Equao de Ekelund
Onde:
LAMINAO
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Equao de Sims LAMINAO
Figura 9Diagrama para o clculo de Qs.
Equao deOrowan-Pascoe
Onde:
LAMINAO
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LAMINAO
Torque na Laminao
O torque igual fora total de laminao multiplicadopelo brao de momento efetivo.
Onde:
= 0,5 (laminao a quente)= 0,45 (laminao a frio)
Figura 10Brao de alavanca na laminao.
LAMINAO
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Potncia na Laminao
A potncia N consumida para cada cilindros:
Se expresso em Kgf.m e deseja-se obter N em CV:
A potncia total necessria para os dois cilindros:
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LAMINAO DE TUBOS
Etapas de conformao:
1. produo de bloco oco2. laminao longitudinal dobloco oco com mandril3. laminao de reduo
a) cilindro motor
b) mandrilc) retornod) haste do mandrile) mancal de encostof) bloco oco
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EXEMPLO DE LAMINAO NO-CONVENCIONAL: LAMINAOPLANA DE ROSCAS
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EXEMPLO DE LAMINAO NO-CONVENCIONAL: LAMINAO DE
ROSCAS COM ROLOS
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EXEMPLO DE LAMINAO NO-CONVENCIONAL: LAMINAO DEROSCAS COM SEGMENTOS
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LAMINAO
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Alm das caractersticas, os produtos laminados apresentamdefeitos que, geralmente, originam-se dos defeitos de fabricao doprprio lingote. Assim, os defeitos mais comuns dosprodutoslaminados so:
Vazios - podem ter origem nos rechupes ou nos gases retidosdurante a solidificao do lingote. Causam tanto defeitos desuperfcie quanto enfraquecimento da resistncia mecnica doproduto.
Gotas frias - respingos de metal que se solidificam nas paredes dalingoteira durante o vazamento. Posteriormente,eles se agregam aolingote e permanecem no material at o produto acabado na formade defeitos na superfcie.
DEFEITOS DOS PRODUTOS LAMINADOS
LAMINAO
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Trincas - aparecem no prprio lingote ou durante as operaesde reduo que acontecem em temperaturas inadequadas.
Dobras - provenientes de redues excessivas em que um excesso
de massa metlica ultrapassa os limites do canal e sofre recalqueno passe seguinte. Incluses - partculas resultantes da combinao de elementos
presentes na composio qumica do lingote, ou do desgaste derefratrios e cuja presena pode tanto fragilizar o material durante a
laminao, quanto causar defeitos na superfcie. Segregaes - concentrao de alguns elementos nas partes mais
quentes do lingote, as ltimas a se solidificarem. Podem acarretarheterogeneidades nas propriedades, fragilizao e enfraquecimentode sees dos produtos laminados. O produto pode ficarempenado, retorcido, ou fora de seo, em consequncia dedeficincias no equipamento, e nas condies de temperatura semuniformidade ao longo do processo.
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Lingotadeiras
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TREFILAO
A trefilao um processo de conformao plstica que serealiza pela operao de conduzir um fio (barra ou tubo) atravsda fieiraque possui formato cilndrico e um furo.
Fundamentos do Processo
Esquema simplificado do processo de trefilao.
TREFILAOA fi i i d d i di i l
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A fieira constituda de quatro regies distintas, ao longodo furo interno: cone de entrada, cone de trabalho, cilindro decalibrao e cone de sada.
Representao das regies da fieira.
a = cone de entradab = cone de trabalhoc = cilindro de calibraod = cone de sada
TREFILAO
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O semi-ngulo da fieira se refere ao ngulo do cone de trabalho.
Representao dos semi-ngulos dos cones, altura e dimetro do cilindro de calibrao.
= semi-ngulo do conede trabalho= semi-ngulo de
entrada= semi-ngulo de sadaHc = altura do cilindrode calibraoDc = dimetro docilindro de calibrao
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MATERIAL DA FIEIRA
O material escolhido conforme as exigncias do processo
(dimenses, esforos) e o material a ser trefilado. Os materiaismais utilizados so: Carbonetos sinterizados (sobretudo WCWidia) Aos de alto C revestidos de Cr (cromagem dura) Aos especiais (Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-W, etc.) Ferro fundido branco Cermicos (ps de xidos metlicos sinterizados) Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras)
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Barras < 25mm
Arames Comuns Grossos: = 5...25mm
Mdios: =1,65,0mm
Finos: = 0,7...1,6mm
Especiais < 0,02mmTubos Trefilados de diferentes formas
PRODUTOS MAIS COMUNS
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VANTAGENS
O material pode ser estirado e reduzido em seco transversalmais do que com qualquer outro processo;
A preciso dimensional obtida maior do que em qualquer
outro processo exceto a laminao a frio, que no aplicvels bitolas comuns de arames;
A superfcie produzida uniformemente limpa e polida;
O processo influi nas propriedades mecnicas do material,permitindo, em combinao com um tratamento trmicoadequado, a obteno de uma gama variada de propriedadescom a mesma composio qumica.
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TREFILADORAS DE TAMBOR
Classificam-se em trs grupos:
Simples (um s tambor)Para arames grossos DuplasPara arames mdios
Mltiplas (contnuas)Para arames mdios e finos
O l d i d fil d d d
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Os elementos das mquinas de trefilao dependem dascaractersticas de cada mquina. Existem entretanto componentesbsicos que ususalmente sempre esto presentes nas trefiladoras.Eles so: Carretel alimentador Porta-fieira Garra ou mordaa para puxar a primeira poro do arame Tambor para enrolar o arame trefilado
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MQUINA DE TREFILAO CONTNUA DE FIOS LEVES
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MQUINA DE TREFILAO CONTINUA DE FIOS PESADOS
TREFILAO
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Clculo da Fora de Trefilaode Sees Circulares
Fora Ideal
(Para seo circular)
(Equao da fora)
TREFILAO
F d t fil l
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Fora de trefilao real
Onde:
(Reduo da rea)
Mtodo da diviso em
elementos
TREFILAO
E d A it
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Equao de Avitzur
Onde: L = 0, comprimento da zona cilndricam = coeficiente de atrito
Deformao homognea Efeito do atrito Efeito do trabalho
TREFILAO
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Figura 14 Representao grfica das energias dissipadas em funo de , segundo
Avitzur.
TREFILAO
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Clculo do ngulo timo deTrefilao
O ngulo timo satisfaz:
Equao para o ngulo timo:
TREFILAO
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Reduo Mxima por Passe
MTODOS DE TREFILAO DE
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MTODOS DE TREFILAO DETUBOS
O PROCESSO PRODUTIVO
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O PROCESSO PRODUTIVO Matria-prima: Fio-mquina (vergalho laminado a quente)
Descarepao:- Mecnica (descascamento), dobramento e escovamento.
- Qumica (decapagem): com HCl ou H2S04 diludos.
Lavagem: em gua corrente.
Recobrimento: comumente por imerso em leite de cal Ca(OH)2a 100C a fim de neutralizar resduos de cido, proteger asuperfcie do arame, e servir de suporte para o lubrificante detrefilao.
Secagem (em estufa) - Tambm remove H2 dissolvido nasuperfcie do material.
Trefilao - Primeiros passes a seco. Eventualmente:recobrimento com Cu ou Sn e trefilao a mido.
LUBRIFICAO
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LUBRIFICAO
Por imerso ou por asperso
Seca: sabes slidos em p mida: solues ou emulses de leos em gua
Lubrificantes
Pastas e graxas
EQUIPAMENTOS AUXILIARES
Afinadoras de ponta
Soldadoras topo-a-topo Decapagem Fornos para recozimento (contnuo ou esttico) Linhas de revestimento superficial
DEFEITOS EM TREFILADOS
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DEFEITOS EM TREFILADOS
Podem resultar:- de defeitos na matria-prima (fissuras,lascas, vazios, incluses);- do processo de deformao.
anis de trefilao (marcas circunferenciais e transversais)decorrentes do desgaste na regio do cone de trabalho,
provocado pela operao com fios de metais moles;
marcas de trefilao (marcas longitudinais) decorrentes dodesgaste na regio do cone de trabalho, provocado pela operaocom fios de metais duros;
trincas, que variam desde quebras de parte da ferramenta atfissuramentos superficiais, provocadas por diversos fatores comoimpurezas do material do fio e do lubrificante, defeito de fiaodo ncleo da fieira em seu montante e reduo excessiva;
DEFEITOS EM TREFILADOS
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DEFEITOS EM TREFILADOS
Podem resultar:- de defeitos na matria-prima (fissuras,lascas, vazios, incluses);- do processo de deformao.
rugosidades decorrentes de erros na operao de polimento oude lubrificao deficiente no uso;
riscos decorrentes de erros na operao de polimento.
Tambm devem ser considerados os defeitos que podem surgir
no processamento de preparao por laminao ou porextruso. Esses defeitos so transmitidos ao fio trefilado deforma mais ou menos intensa, conforme a sua natureza e ascondies de trefilao, e podem ser revelados, muitas vezes,atravs do ensaio de toro (principalmente para casos em que semanifestam na superfcie do fio, antes e aps a trefilao).
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DEFEITOS EM TREFILADOS
Exemplo de defeito:Trincas internas em ponta de flecha("chevrons") - veja figura abaixo
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PRODUTOS TREFILADOS: FIOS DE AO
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PRODUTOS TREFILADOS: CONDUTORES ELTRICOS
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PRODUTOS TREFILADOS:
TUBOS MICROTUBOS