Laminação e Trefilação
Dr. Ronnie Rego
Dr. Alfredo R. de Faria
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Divisão de Engenharia Mecânica
MT-717: Introdução a materiais e processos de fabricação
2
Fechamentos4.
Trefilação3.
Laminação2.
Introdução1.
Agenda
3
[Aula#1] Processos de Conformação Mecânica
Esforço no material
Movimento da ferramenta
Movimento do material
Forjamento ExtrusãoLaminação Trefilação
DobramentoCisalhamento
� Alteração de forma com volume e massa conservados
EstiramentoEmbutimento(Estampagem profunda)
Calandragem
4
� Principais Propriedades
[Aula#2] Comportamento dos Materiais: Curva Tensão-Deformação
σ (Tensão)
ε (Deformação)
L
A0 L+δLF
F
σ = F/A0
ε = δL/L
E (Módulo de Young ou Módulo de Elasticidade
Longitudinal)
0,2%
σe ou σy
Limite de Escoamento
E
σr ou σu
Limite de Resistência
A ou εf
Alongamento
5
εa
[Aula#2] Comportamento dos Materiais: Efeitos Particulares
A
E
EfeitoBauschinger
Histerese Elástica
ComportamentoAnelástico
6
[Aula#3] Deformação Excessiva: Deformação Plástica
� Instabilidade Plástica
� A partir de dP = 0 e σ = P/A
� Do conceito de Volume constante:
� Do conceito de deformação
� Portanto:
Critério de Instabilidade
7
� Modos de fratura
� Fratura Frágil
� Fratura Dúctil
� Fratura Intergranular
� Fratura de quasi-clivagem
� Fadiga
[Aula#3] Fratura
8
Processos de Fabricação: Estrutura do Curso
PlasticidadeFundamentos da
ConformaçãoTecnologias de Conformação
Processos Não-Convencionais
� Comportamento mecânico
� Tipos de Falhas
� Análise de tensão e deformação
� Relações plásticas
� Escoamento plástico
� Classificação
� Modelos preditivos
� Influências: atrito, temperatura; taxa de deformação e anisotropia.
� Ensaios de conformabilidade
� Trefilação
� Laminação
� Forjamento
� Extrusão
� Estampagem
� Estiramento
� Repuxamento
� Soldagem a Ponto
� Metalurgia do Pó
F
dx
9
� Conceituação dos processos de conformação de laminação e trefilação
� Objetivos Específicos (para cada processo):
1. Prover definições fundamentais sobre o processo e cadeia, suas variantes tecnológicas e suas aplicações
2. Apontar as influências principais sobre o processo
3. Apresentar tipos de falha mais recorrentes
Objetivo da aula
10
1. DIETER, G. E. Mechanical Metallurgy - SI Metric Edition. Mc Graw-Hill Book Co., Singapore, 1988.
2. CETLIN, P.R.; HELMAN, H. Fundamentos da conformação mecânica dos metais. 2.ed. Artliber editora, São Paulo, 2015.
3. TSCHAETSCH, H. Metal Forming Practise. Springer, Berlim, 2006.
4. BRESCIANI FILHO, E.; ZAVAGLIA, C.A.C.; BUTTON, S.T.; GOMES, E.; NERY, F.A.C. Conformação Plástica dos Metais. 4.ed. Editora da Unicamp, Campinas, 1991.
5. WRIGHT, R.N. Wire Technology: Process Engineering and Metallurgy. Elsevier, Burlington, 2011.
Processos de Fabricação I (MTP-34): Literatura de Referência
1 2 53 4
11
Fechamentos4.
Trefilação3.
Laminação2.
Introdução1.
Agenda
12
� Processo de deformação plástica que resulta na redução da seção transversal
� Material passa entre dois cilindros que giram na mesma velocidade e sentidos opostos
� Altas tensões compressivas:
– Esmagamento rolo-material
– Atrito entre rolo e material
� Redução: sequência de passes
– Consequente aumento do comprimento
� Alta produtividade
Laminação
13
� Laminação a Quente: Operações de Desbaste
� Temperaturas elevadas, acima da recristalização (Aços: 1000°C a 1200°C)
� Restauração da estrutura
� Promove aumento da ductilidade
– Menor força de laminação
– Maiores reduções de seção
– Alta variação dimensional
� Laminação a Frio: Operações de Acabamento
� Material: produto da laminação a quente
� Sem restauração da estrutura
� Promove aumento do encruamento e refinamento de grão
– Menores reduções de seção (50-90%)
– Maior resistência mecânica
– Baixa variação dimensional
Laminação
14
� Laminador (Gaiola de laminação)
� Cilindro de trabalho (9)
� Cilindro de Encosto (15)
� Parafuso de Ajuste (6)
� Motor do Parafuso de Ajuste (4)
� Calços (11, 12)
� Célula de Carga (12)
Laminação: Equipamento
Laminador Quádruo
15
2
� Variantes de laminadores
1. Duo
2. Duo reversível: laminação nos dois sentidos, no mesmo plano (↑ Produtividade)
3. Quádruo: Produção de chapas finas (↓Ø → ↓F); Combinação com grandes rolos, já que ↓Øreduz a rigidez
4. Trio: laminação nos dois sentidos, sem inversão de rotação (↑ Produtividade)
5. Universal: Laminação de bordas e perfis estruturais
…
Laminação: Equipamento
1 3
54
16
� Trem de laminação: Conjunto sequencial de gaiolas de laminação
Laminação: Equipamento
Desenroladeira
Bobinadeira(tração atuante)
Gaiola #1
Gaiola #2
Gaiola #3
Gaiola #4
Processo de Laminação Contínua
17
� Trem de laminação: Conjunto sequencial de gaiolas de laminação
Laminação: Equipamento
Laminação de tubos com costura
18
� Sequência de etapas de laminação
� Laminação de Perfis Estruturais
Laminação: Equipamento
19
� Saída da aciaria, no processo de lingotamento
� Lingote, Placa, Tarugo (ABNT NBR 6215)
Laminação: Matéria-Prima
20
� Saída da aciaria, no processo de lingotamento
� Lingote, Placa, Tarugo
Laminação: Matéria-Prima
Processo de Lingotamento Contínuo
21
� Laminação a Quente
� Produtos de maiores dimensões, a sofrerem processos posteriores
� Placas, Chapas, Tarugos, Barras, Vergalhões, Tubos, Perfis estruturais
� Laminação a Frio
� Produtos de dimensões refinadas, semi-acabadas ou já como aplicação final
� Chapas finas, Tiras, Folhas
Laminação: Produto Acabado / Aplicações
22
1. Forma inicial
2. Intensidade da deformação da seção transversal (redução projetada)
3. Dimensões do cilindro de laminação
4. Rigidez da montagem do cilindro na gaiola de laminação
5. Material e sua microestrutura (propriedades mecânicas)
6. Atrito (Acabamento dos rolos e do material)
7. Temperatura do processo
8. Velocidade do processo
9. Potência do laminador
10. Tensões à frente e à ré na chapa
Laminação: Fatores de Influência
Quantificação por relações geométricas
e de deformação
23
� Relações geométricas e de deformação na laminação
Laminação: Fatores de Influência
Cilindro de Laminação
Material
hihf
AB
C
O
Deformação Absoluta
A
R
α
B
O
C
24
� Relações geométricas e de deformação na laminação
Laminação: Fatores de Influência
A B
O
C
R
Lα
� Arco de Contato (L)
– Sendo R >> hi, assume-se que
– Da mesma forma,
25
� Relações geométricas e de deformação na laminação
Laminação: Fatores de Influência
A B
O
C
R
Lα
� Ângulo de Contato (α)
– Ângulo entre e
– Para pequenos ângulos, admite-se sen(α) = α
26
� Relações geométricas e de deformação na laminação
Laminação: Fatores de Influência
A B
O
C
R
Lα
� Deformação Convencional (e)
� Deformação Verdadeira (ε). Sendo
� Redução (r) [%]
27
� Relações geométricas e de deformação na laminação
� Evolução da deformação ao longo do processo
Laminação: Fatores de Influência
Cilindro de Laminação
Material
hihf
AB
C
O
A B
O
C
R
α
D
φ
D
h
28
� Relações geométricas e de deformação na laminação
Laminação: Fatores de Influência
B
O
C
Rα
φ
D
� Espessura ao longo do processo (h)
� Deformação Convencional ao longo do processo (e)
� Deformação Verdadeira ao longo do processo (ε)
29
� Alteração da Velocidade ao longo do processo
� Ponto neutro ou Ponto de deslizamento nulo
Laminação: Fatores de Influência
Cilindro de Laminação
Material
hihf
AB
C
O
Escorregamento
Ponto neutro ou Ponto de deslizamento nulo
vi vf
N
αN
� Conservação do volume
Pre
ssão
de
Co
nta
to
A Arco de contato C
N
30
� Cálculo da Carga e Pressão de Laminação
� “Métodos Analíticos”
Laminação: Fatores de Influência
31
� Relações geométricas e de deformação na laminação
� Condição de Mordida e Arrastamento
Laminação: Fatores de Influência
Cilindro de Laminação
Material
hihf
AB
C
O
α
α
α
N
FAT
� Para garantir o avanço no sentido da laminação:
32
� Relações geométricas e de deformação na laminação
� Condição de Mordida e Arrastamento
Laminação: Fatores de Influência
Cilindro de Laminação
Material
hihf
AB
C
O
α
α
α
N
FAT
� A partir de:
� Define-se como Deformação Absoluta Máxima
33
� Relações geométricas e de deformação na laminação
Laminação: Fatores de Influência
34
� Torque e Potência de laminação
� Dependentes do cálculo da Carga e Pressão de laminação
Laminação: Fatores de Influência
� Torque de Laminação (MT)
– Laminação à quente: λ ≈ 0,50
– Laminação a frio: λ ≈ 0,45
� Potência de Laminação (W)
35
Relação Geométrica e de Deformação Fatores de Influência
Forma inicial (1); Redução projetada (2)
Forma inicial (1); Redução projetada (2);Dimensão do cilindro (3)
Forma inicial (1); Redução projetada (2);Velocidade do processo (8)
Dimensão do cilindro (3); Material (5); Atrito (6)
Carga e Pressão(“Métodos Analíticos”)
Rigidez da montagem (4); Material (5); Atrito (6); Temperatura do processo (7); Velocidade do processo (8); Potência do laminador (9); Tensões àfrente e à ré na chapa (10)
Mesmos de Carga e Pressão
Laminação: Fatores de Influência
36
� E se as relações estabelecidas não forem respeitadas?
Laminação: Fatores de Influência x Tipos de Falhas
37
� Diferentes modos de falha em chapas laminadas
Laminação: Tipos de Falhas
38
� Diferentes modos de falha em chapas laminadas
� Falta de paralelismo ou planicidade nos rolos
� Rigidez de montagem insuficiente
Laminação: Tipos de Falhas
Mecanismo de tensionamento da chapa laminada
σ
Vista de topo (laminado)
39
� Diferentes modos de falha em chapas laminadas
� Deformação não-uniforme (espalhamento lateral)
Laminação: Tipos de Falhas
Mecanismo de tensionamento da chapa laminada
σ
Vista de frente (laminado)
Vista de topo (laminado)
σ
40
� Fenômeno “Rabo de Peixe” (alligatoring)
� Favorecido por material de baixa ductilidade
Laminação: Tipos de Falhas
41
Fechamentos4.
Trefilação3.
Laminação2.
Introdução1.
Agenda
42
� Processo de passagem de material por ferramenta que impõe a redução de seção, mediante aplicação de força de tração na saída da ferramenta
� Fio, tubo ou barra
– Seção circular, em geral
– Oriundos da laminação
� Ferramenta: fieira
� Equipamento: trefiladora
Trefilação
Material
Fieira
43
� Processo de passagem de material por ferramenta que impõe a redução de seção, mediante aplicação de força de tração na saída da ferramenta
� Deformação plástica é combinação de forças:
– Direta de tração no material
– Indireta de compressão na fieira
� Regime de Lubrificação
– Material é lubrificado antes de processado, ou;
– Processamento imerso em lubrificante
Trefilação
44
� Fios/arames: Processo sequencial de reduções → Trefiladora de tambor
Trefilação
45
Trefilação
� Fios/arames: Processo sequencial de reduções → Trefiladora de tambor
46
� Características
� Temperatura: Ambiente
– Promove encruamento(ductilidade reduzida)
– As grandes deformações promovem considerável aumento da temperatura
– Possível processo intermediário de recozimento
– Recozimento = tratamento térmico para redução da dureza de um material de microestrutura deformada mecanicamente
Trefilação
Medição da temperatura na fieira durante o processo de trefilação
47
� Fieira
1. Cone de Entrada: guia o fio ao cone de trabalho e viabiliza lubrificação
2. Cone de Trabalho: redução (região de compressão e atrito)
3. Cilindro de Calibração: ajuste do diâmetro do fio
4. Cone de Saída: proporciona saída livre
Trefilação: Equipamento
1
2
3
4
4321
48
� Fieira
� β - Semiângulo do cone de entrada
� α – Semiângulo do cone de trabalho
� HC e DC: Altura e diâmetro do cilindro de calibração
� γ - Semiângulo do cone de saída
Trefilação: Equipamento
βα γ
HC
DC
49
1. Diâmetro inicial
2. Intensidade da deformação da seção transversal (redução projetada)
3. Ângulo de trefilação
4. Força de tração
5. Material e sua microestrutura (propriedades mecânicas)
6. Lubrificação (atrito entre fio e fieira)
7. Velocidade do processo
8. Potência do laminador
Trefilação: Fatores de Influência
Quantificação por relações geométricas
e de deformação
50
� Relações geométricas e de deformação na trefilação
Trefilação: Fatores de Influência
� Comprimento de contato (LC)
� Comprimento de deformação (LD)
� Razão da zona de deformação (∆)
� Redução (r)
β α γ
HC
DC
Ai Af
Fieira
Fio
Zona de Deformação
αsin2fi
C
ddL
−=
αtan2fi
D
ddL
−=
2
2
2
2
)tan(
)tan(111
αα
+∆−∆−=−=−=
i
f
i
f
d
d
A
Ar
D
fi
L
dd
2
+=∆
51
� Relações geométricas e de deformação na trefilação
Trefilação: Fatores de Influência
� Razão da zona de deformação (Δ)
– Relação entre altura média e comprimento do cone de trabalho
22 )11()11(tan
2r
rr
rL
dd
D
fi −+≈−+=+
=∆ αα
52
� Ângulo do cone de trabalho e velocidade do processo
Trefilação: Fatores de Influência
53
� Temperatura como efeito do atrito
Trefilação: Fatores de Influência
Medição da temperatura na fieira durante o processo de trefilação
Microestrutura do fio como efeito da temperatura do processo
54
� Cálculo da Carga e Pressão de Trefilação
� métodos analíticos
Trefilação
)1(ln
)1)(()1cot)(()sincos(sin
sincos
cot,sin
0 B
A
A
A
P
BAApAApAA
pSpSpP
BAA
S
a
bxa
a
dxa
ababab
d
ab
+=⇒=
+−=+−=+−=+=
=−=
σσσ
αµααµα
ααµ
αµα
55
� Potência de trefilação
� Dependentes do cálculo da Carga e Pressão de trefilação
– Caso de uma trefiladora de único tambor
Trefilação
� Potência de Trefilação (W)
– Eficiência mecânica (η) ≈ 80%
56
� Principais falhas
b. Formação de Zona Morta
c. Descascamento
d. Rupturas centrais
Zona Morta é gerada em materiais trefilados com ângulos de trabalho grandes, fazendo com que o material fique aderido à matriz e não continue seu fluxo normal.
Descascamento é gerado em materiais trefilados com ângulos de trabalho muito grandes. A zona morta gerada não consegue aderir àmatriz e começa a deslizar para traz, gerando corte do metal, sendo que o núcleo não de deforma, apenas se move através da matriz.
Trefilação: Tipos de Falhas
57
� Descascamento
Trefilação: Tipos de Falhas
σm – Tensão hidrostática centralσa – Tensão média no processo∆ – Razão da zona de deformação
58
� Rupturas centrais
� Sequência de falhas em formato de “V”, indicando a direção de trefilação
� Geometria da fieira não adequada
– Redução de seção muito pequena: superfície movendo muito mais lentamente do que a região central → tensões de tração no centro do fio
– Zona de deformação muito extensa
� Lubrificação: transição entre regimes de lubrificação (limítrofe ↔ misto)
Trefilação: Tipos de Falhas
59
Fechamentos4.
Trefilação3.
Laminação2.
Introdução1.
Agenda
60
Objetivos Específicos
Definições Fundamentais
1
Influências Principais
2
Tipos de Falhas
3
5
Top Related