Conformao de ps Aula 5 de PMT 3312

Conformação de pós Aula 5 de PMT 3312 PMT 2412 em 2006 aula 5

Objetivos da etapa de Conformação Produzir um objeto com a forma geométrica final do produto (mas n não a dimensão final) q n Densificar o material por compressão q n Orientação das partículas (em ímãs) Minimizar desgaste do ferramental q n trincas Condicionar outras características q n Pode exigir adição de ligante Garantir ausência de defeitos q n Densidade aparente, densidade a verde Obter resistência mecânica suficiente para a manipulação da peça antes da sinterização: a “resistência a verde”. q n Compactação uniaxial, comp. isostática, Uso de lubrificantes Minimizar tempo do processo PMT 2412 em 2006 aula 5

Tensões no interior do pó Líquidos comprimidos transferem mesma tensão em Todas as paredes: pressão hidrostática. Sólidos não. σa σr σr σa A compressão axial ( σa ) tende a causar uma expansão lateral (coeficiente de Poisson) cria uma tensão radial ( σr ) Que causa o atrito durante a compressão PMT 2412 em 2006 aula 5

Em PMT 3100, 3110 e 3200 Vocês aprenderam que No regime elástico σ=Eε Na compressão, como εz é negativo, σ é negativo. Causando expansão em x e y, εx εz εx Com isso εx = - ν. εz E igualmente εy = - ν. εz Onde ν é o coeficiente de Poisson Notar que ν varia com o material e é anisotrópico. Mas em geral, ν ≈0, 3 PMT 2412 em 2006 aula 5

Admita que σa está na direção z Que as paredes exercem sobre o pó uma compressão σr E σr ocorre nas direções x e y É o estado triaxial de tensões σrx σry A deformação na direção x Será o resultado de 3 tensões A expansão provocada por σaz A compressão causada por σrx E a expansão causada por σry εrx = (σrx - νσry – νσaz )/E PMT 2412 em 2006 aula 5

Para simplificar a situação, Se supusermos que O material da matriz tem módulo de elasticidade muito maior que do pó Podemos supor que a deformação radial é praticamente nula = 0 Como σrx = σry na etapa em que o material responde elasticamente, no interior da matriz, a tensão radial é σr σr = (0, 3/0, 7) σa = 0, 43 σa σa

A partir de um certo valor de tensão axial, inicia-se a deformação plástica. Isso ocorre, na verdade, quando se atinge a tensão de cisalhamento crítica tau 0. Aproximando, onde σo é o limite de escoamento Como a tensão de cisalhamento na região elástica é então ocorre deformação plástica quando σa PMT 2412 em 2006 aula 5 - σr > σo

Portanto, a partir de quando ocorre deformação plástica σr Trecho A; elástico Trecho B, plástico A tensão máxima é arbitrária, O operador decide qual é. σ0 σa σ0 PMT σ 2412 a em 2006 aula 5 σ

Portanto, a partir de quando ocorre deformação plástica Quando começa a descarregar σr Até que a tensão axial decresce tanto que o Material volta ao regime elástico: σ0 Nessa região, σa σ0 σa σr σr Ao final, quando a tensão axial vai a zero, a tensão radial = sigma 0. PMT 2412 em 2006 aula 5

Compactação: A maneira como compacta-se o pó influencia a distribuição da densidade ao longo da peça Simples ação: Linha neutra deslocada para baixo Dupla ação: Linha neutra centralizada PMT 2412 em 2006 aula 5 Imagem cedida por Dorst Press

A linha neutra e o gradiente de densidade ao longo do comprimento Linha neutra é uma região da peça cuja densidade é menor que o restante, Pois ali a pressão de compactação foi menor. Para entender a existência da linha neutra E outras questões da compactação, É necessário entender as tensões e deformações Que ocorrem durante a compactação PMT 2412 em 2006 aula 5

O atrito causa redução da tensão axial A tensão axial cai Com a distância da face Do punção, devido à tensão associada Às forças de atrito. Essa é a razão mecânica Que explica a linha neutra. PMT 2412 em 2006 aula 5

Classes de dificuldade na compactação de componentes classe Níveis na peça Razão altura/largura Direções de compactação 1 1 Baixa 1 2 1 alta 2 3 2 Qualquer 2 4 vários qualquer 2 PMT 2412 em 2006 aula 5

Identifiquem as Classes de complexidade dessas peças PMT 2412 em 2006 aula 5

Compactação: Peças com vários níveis exigem ferramentais com maior número de componentes. Desta forma, a distribuição da densidade é melhor controlada (posição da linha neutra). Punção superior matriz Linha Neutra Macho Punções inferiores Aloisio Klein - UFSC PMT 2412 em 2006 aula 5 Imagem fornecida por Aloisio Klein - UFSC ; Qualisinter ; Metaldyne ; Mahle-Miba

Compactação - Ferramental: O ferramental de compactação, dependendo do produto, pode ser simples ou extremamente complexo, porém em todos os casos exige-se: - Acabamento polido em todas as superfícies que terão contato com o pó. - Tolerâncias de montagem milesimais entre os componentes. - Alta resistência ao desgaste e alta tenacidade. - Prensas com grande precisão dimensional. PMT 2412 em 2006 aula 5 Imagens fornecidas por Dorst Press e Mahle-Miba

Compactação - Ferramental: Simulação e Projeto PMT 2412 em 2006 aula 5 Imagens fornecidas por Qualisinter e Dorst Press

Compactação - Ferramental: Pré-Montagem Setup da Prensa Simulação e Projeto - A complexidade do ferramental está diretamente ligada à complexidade da peça. - Cada sinterizador trabalha com padrões próprios, o que muitas vezes inviabiliza o uso do ferramental por outro sinterizador. - O projeto do ferramental também deve levar em conta a prensa em que será utilizado. Determinadas prensas apresentam recursos que outras não tem. - Grande parte das quebras em ferramental ocorrem no setup do equipamento, ou seja, a mão de obra para o trabalho deve ser especializada e bem treinada. PMT 2412 em 2006 aula 5 Imagens fornecidas por Qualisinter e Dorst Press

Conformação Compactação Uniaxial a Frio Devido aos atritos envolvidos na compactação, observa-se um gradiente de densidade ao longo da altura da peça. Se o punção móvel é apenas o superior, é comum dizer que existe uma zona neutra de densidade próxima ao punção inferior. Para minimizar este gradiente é pratica comum projetar ferramentas e utilizar prensas que, ou tenham movimento dos dois punções ou simulem isto através de matrizes flutuantes Figura 5. 1. 6 – Compactação com movimentação apenas do punção superior (a), com matriz flutuante (b) e com movimento de ambos os punções (c). PMT 2412 em 2006 aula 5

Movimentos da prensa PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Compactação Uniaxial a Frio Figura 5. 1. 7 – Compactação em 4 estágios para produção de cilindros vazados. PMT 2412 em 2006 aula 5

Defeitos do compactado n n n Erros dimensionais: problema na matriz Erro dimensional na altura: em geral causado por variação da densidade aparente Baixa resistência a verde Baixa densidade a verde Trincas PMT 2412 em 2006 aula 5

Defeitos: baixa densidade aparente pontes formadas por aglomerados podem dificultar o preenchimento, especialmente quando a cavidade é estreita se comparada com o tamanho das partículas. Figura 5. 1. 3 – Pontes que podem ser formadas na alimentação da matriz. PMT 2412 em 2006 aula 5

Variações na densidade aparente n Dois tipos de defeito podem surgir, causados por menor densidade aparente, que resulta em menor massa de pó dentro da cavidade. Dependendo do mecanismo de compactação, ocorrerá: q q Se o movimento do punção for controlado pelo curso do punção, o material terá menor densidade a verde, pois atingirá menor pressão de compactação. Se o movimento do punção for controlado pela pressão, o curso do punção será maior e a altura da peça será menor. PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Compactação Uniaxial a Frio Uma maneira para melhorar a alimentação seria através de recuo do punção inferior Figura 5. 1. 8 – Alimentação com recuo do macho. PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Compactação Uniaxial a Frio Durante a extração há normalmente restauração de deformação elástica, o que pode causar problemas como trincas e o defeito denominado por laminação. Para minimizar o problema da trinca não deve haver movimento relativo entre os punções, como por exemplo se eles subirem conjuntamente. Figura 5. 1. 9 – Restauração de deformação elástica durante extração causando trincas. PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Compactação Uniaxial a Frio Canto vivo é um concentrador De tensão. Na região em que o material expande a concentração de tensão ultrapassa o limite de resistência do material, que não é muito alto (resistência a verde). Figura 5. 1. 10 – Liberação de deformação elástica durante extração causando laminação (a). A introdução de raio de curvatura (b) na matriz minimiza o problema. PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Compactação Uniaxial a Frio Flange e furo cego associados necessitam de até 8 etapas de compactação conforme Figura 5. 1. 11 – Ciclo de compactação para peça vazada cega com flange. Em (a) ocorre a alimentação, em (b) e (c) transferência sem densificação, em (d) tem-se a densificação, e de (e) até (f) ocorrem etapas relativas à extração da peça. PMT 2412 em 2006 aula 5

Equipamentos n Prensas mecânicas ou hidráulicas q q Hidráulicas: mais lentas, no máximo 10 peças/min Mecânicas fazem de 10 a 60 peças/min Gasbarre faz mecânicas de até 800 ton e hidráulicas de até 1500 t. Hidráulicas tem maior precisão dimensional, PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Compactação Isostática a Frio Na compactação isostática a frio, o pó é colocado num recipiente de borracha que é então selado. O recipiente vai para um vaso de pressão onde o óleo lá contido é comprimido, transferindo pressão para o pó. Pressões de até 400 -500 MPa podem ser usadas. Figura 5. 2. 1 – Esquema para compactação isostática a frio. PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Compactação Isostática a Frio É uma técnica utilizada para pós de baixa compressibilidade, como de materiais cerâmicos e intermetálicos. Figura 5. 2. 2 – Vista de equipamento para compactação isostática a frio da Divisão de Metalurgia do IPT. PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Compactação Uniaxial a Quente a combinação de pressão e temperatura permite a obtenção de materiais com densidade próxima de 100%. Figura 5. 3. 1 – Esquema para compactação uniaxial a quente. PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Compactação Isostática a Quente Figura 5. 3. 2– Esquema para compactação isostática a quente. PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Moldagem de Pós por Injeção Na MPI o pó é misturado a um ligante (polímero base, constituintes de baixo peso molecular e aditivos), com o objetivo de conferir características de fluidez adequadas à injeção e resistência suficiente para o manuseio do componente injetado. Para a obtenção da peça final são necessárias basicamente duas outras etapas: a remoção do ligante e a sinterização. Figura 5. 4. 2 - Etapas do processamento por Moldagem de Pós por Injeção – MPI PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Moldagem de Pós por Injeção Figura 5. 4. 5 - Nicho de aplicação da Moldagem de Pós por Injeção – MPI PMT 2412 em 2006 aula 5

Conformação Extrusão de Pós Figura 5. 6. 1 – Três formas de condicionamento para extrusão. Figura 5. 6. 2 – Detalhe do encapsulamento e da extrusão. PMT 2412 em 2006 aula 5

literatura n n n Rodrigues, D. “Metalurgia do Pó”, apostila. German , R. Chiaverini Carvalho Ferreira, JMG http: //www. gasbarre. com/divisions/gasbar re. htm PMT 2412 em 2006 aula 5