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Parâmetros Importantes no Processo de Forjamento A Figura abaixo, mostra a visão geral duma série de parâmetros característicos do processo de forjamento. Alguns parâmetros como tensões, deformações, velocidade de deformação, temperatura, curva de escoamento, variáveis metalúrgicas e atrito serão abordados neste item. Figura 18: Principais parâmetros do processo de forjamento (SCHAEFFER, 2001). Tensão A tensão é definida como sendo a razão entre a força (F) e a secção (A) onde esta força actua: σ = F/A Quando um corpo é submetido a solicitações externas, ocorre o surgimento de tensões na parte interna do corpo e também junto às ferramentas. Considerando-se um corpo elementar da figura seguinte, posicionado num ponto qualquer e observando-se, por exemplo, um dos planos, tem-se a tensão normal ao plano (σ xx ) e as tensões de cisalhamento (σ xy ou τ xy = τ yx ) contidas no plano. No total, resultam 03 tensões normais e 06 tensões de cisalhamento actuando num corpo elementar. As teorias de escoamento, como por exemplo, Tresca ou Von Mises, mostram que, dependendo da combinação das tensões actuantes o corpo pode escoar plasticamente. Através de Von Mises pode-se calcular a tensão equivalente (σ eq ) por (SCHAEFFER, 2001): 1
Figura 19: Tensões actuantes num elemento de volume (SCHAEFFER, 2001). Quando a tensão equivalente atingir o valor da tensão de escoamento Y do material ocorrerá deformação plástica. A tensão pode ainda ser calculada conforme a teoria da tensão máxima de cisalhamento (Tresca) quando são conhecidas as tensões normais principais. Por convenção estabele-se que σ 1 > σ 2 > σ 3 (na teoria de Tresca σ 2 é desprezada). Se o valor da tensão equivalente (σ eq ) for superior à tensão de escoamento, o material escoará plasticamente (SCHAEFFER, 2001). Deformação Nos processos de forjamento, a deformação global ou localizada em determinada região da peça dever ser calculada pela deformação verdadeira e não pela deformação relativa. É importante observar que nos processos de conformação mecânica o volume do corpo durante o processo de deformação não se altera. Esta particularidade denomina-se Lei da Constância de Volume (SCHAEFFER, 2001). Taxa de Deformação
A taxa de deformação ( . ) é definida como sendo a variação da deformação em função do
tempo:
.= dε/dt
A taxa de deformação exerce os seguintes efeitos: a) Quanto maior a taxa de deformação, maior a tensão necessária para deformar o metal; b) Quanto maior a taxa de deformação menor será a dissipação do calor, levando ao aumento da temperatura do material. Assim, na deformação a quente, caso a 2
Onde: W^ P -trabalho de deformação plástica por unidade de volume; ρ = densidade do componente trabalhado; c - calor específico do componente trabalhado; J - equivalente mecânico do calor, 778 pés-lb/Btu Perda térmica por contato com a ferramenta A queda de temperatura devido ao contacto da peça com uma ferramenta normalmente com temperatura inferior pode ser calculada por (SCHAEFFER, 2001): Onde: T- temperatura média da peça após conformação (°C); TF - temperatura da ferramenta (°C); TM - temperatura inicial da geratriz/material (°C); ρ - densidade do componente trabalhado; t - tempo de contacto peça-ferramenta (s); α - coeficiente de transferência de calor ferramenta-peça (J/°Cms); c - calor específico do material; h - altura da peça ou da região de cálculo (m). Perda térmica por radiação A radiação, conforme a Lei de Stefen-Boltzmann, é calculada por (SCHAEFFER, 2001): Onde: QS - perda térmica por unidade de tempo (kJ/h); CS - constante de radiação (kJ/(m2h °K4)); A - superfície de irradiação (m2); T temperatura - absoluta do corpo (°K). 4
Variáveis Metalúrgicas As propriedades dos metais estão estreitamente ligadas à sua composição química e microestrutura. Por exemplo, a adição de elementos de liga a um metal diminui seu ponto de fusão, mas sua resistência é aumentada. Desta forma, ligas são mais difíceis de deformar a quente que os correspondentes metais puros, pois a temperatura máxima a que podem ser trabalhadas é mais baixa. Quando a adição de uma liga a um metal ultrapassa certos limites, pode ocorrer formação de segunda fase. Quando esta fase é mais resistente que a matriz (material presente em maior quantidade), a mistura será mais resistente. Quando for mais macia, poderá haver amaciamento da mistura com relação à matriz (CETLIN E HELMAN, 2005). As propriedades destas misturas são fundamentalmente afectadas pela microestrutura (disposição espacial das diversas fases do material) que depende de quais fases estão presentes e de sua quantidade: quanto maior a quantidade da segunda fase maior será o seu efeito no sentido de aumentar quanto diminuir a resistência da mistura. A distribuição espacial da segunda fase é de grande importância para o aumento de resistência, sendo o efeito mais pronunciado quanto mais finamente dispersa estiver a segunda fase (CETLIN E HELMAN, 2005). Atrito Denomina-se atrito por contacto ao mecanismo pelo qual se desenvolvem forças na superfície de contacto entre dois corpos em contacto, que traduzem numa resistência ao deslizamento de um corpo sobre o outro (CETLIN e HELMAN, 2005). As forças de atrito desenvolvidas entre a peça e as ferramentas de conformação são considerações importantes no trabalho mecânico dos metais (DIETER, 1981), sendo, geralmente, consideradas nocivas (CETLIN e HELMAN, 2005). Entre os aspectos relevantes da conformação mecânica mais directamente ligada ao atrito, pode-se assinalar (CETLIN e HELMAN, 2005): Alteração, geralmente desfavorável, dos estados de tensão necessários para a deformação; Produção de fluxos irregulares de metal durante o processo de conformação; Aparecimento de tensões residuais no produto; Influência sobre a qualidade superficial dos produtos; Elevação da temperatura do material a níveis capazes de comprometer-lhes as 5
Figura 20: Evolução do atrito em função da tensão normal (BRAGA, 2005) 7
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