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MATERIAIS PARA ENGENHARIA DE PETRÓLEO
- EPET069 -
Conformação dos Metais
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Fundamentos da Conformação Plástica
Diagrama Tensão x Deformação
CONFORMAÇÃO DOS METAIS
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Fundamentos da Conformação Plástica
Diagrama Tensão x Deformação
CONFORMAÇÃO DOS METAIS
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Fundamentos da Conformação Plástica
Parâmetros de mudança de forma
CONFORMAÇÃO DOS METAIS
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Fundamentos da Conformação Plástica
Resistência à mudança de forma
CONFORMAÇÃO DOS METAIS
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Fundamentos da Conformação Plástica
Força de conformação (𝐹𝑐)
CONFORMAÇÃO DOS METAIS
Trabalho na conformação (𝑊)
𝐹𝑐 = 𝐴0 × 𝑘𝑓
𝑊 = 𝑉 × 𝑎
𝐴0 - Área inicial da seção transversal
𝑉 – Volume do material deformado;
𝑎 – Área varrida sob a curva de encruamento
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No processo de laminação
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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No processo de laminação
Condições de arrasto da peça;
𝜇 ≥ 𝑡𝑔𝛼
𝜇 – Coeficiente de atrito entre o cilindro de laminação e a peça;
𝛼 – ângulo de contato;
𝛼 =∆ℎ
𝑅
𝑅 – Raio de curvatura do cilindro de laminação
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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No processo de laminação
Condições para redução máxima
∆ℎ𝑚á𝑥= 𝜇2 × 𝑅
Comprimento de arco de contato (𝐿)
𝐿 = 𝑅 × ∆ℎ
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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No processo de laminação
Cálculo da carga de laminação (laminação a frio)
𝑃 = 𝜎0 × 𝐴
𝜎0 – Tensão de escoamento do material laminado
𝐴 – Área de contato
𝑃 = 1,2 × 𝜎0 × 𝐴
𝑃
𝑤= 1,2 × 𝜎0 × 𝑅 × ∆ℎ
ou
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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No processo de laminação
Cálculo da carga de laminação (laminação a quente)
Equação de Sims:
𝑃
𝑤= 𝜎0 × 𝑅 × ∆ℎ × 𝑄𝑠
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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No processo de laminação
Cálculo da carga de laminação (laminação a quente)
Equação de Ekelund:
𝑃
𝑤= 𝜎0 × 𝑅 × ∆ℎ × 𝑄𝑒
𝑄𝑒 = 1 +1,6𝜇𝐿 − 1,2∆ℎ
ℎ𝑖 + ℎ𝑓
onde,
𝜇 = 0,8(1,05 − 0,0005𝑇)
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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No processo de laminação
Cálculo da carga de laminação (laminação a quente)
Equação de Orean-Pascoe:
𝑃
𝑤= 𝜎0 × 𝑅 × ∆ℎ × 𝑄𝑝
𝑄𝑝 =1
4𝑛 +
𝑅
ℎ𝑓
∆ℎ
ℎ𝑓
onde,
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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No processo de laminação
Cálculo do torque de laminação (𝑀)
𝑀 = 2𝑃𝜆𝐿
𝜆 – Fator que leva em consideração a deformação elástica do cilindro de
laminação (0,5 a quente; 0,45 a frio)
Potência de laminação (𝑁)
𝑁 = 2𝜋𝑛𝑀
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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Especificação do cilindro de laminação
• Sem ranhuras (placas e chapas);
• Com ranhuras (perfis e barras);
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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Classificação dos produtos laminados:
• Semiacabados: blocos, placas e tarugos
(palanquilhas);
• Acabados: planos e não planos;
Tarugo
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação
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OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento
Forjamento é o processo de conformação mecânica do
qual se obtém a forma desejada da peça por
martelamento ou aplicação gradativa de pressão;
Temperaturas de aplicações do forjamento:
• a quente (convencional);
• a frio.
Categorias do forjamento:
• Forjamento livre ou em matriz aberta;
• Em matriz fechada ou em matriz.
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OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento
(a) Forjamento em matriz aberta e (b) Forjamento em matriz fechada
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OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento
• Forjamento em matriz aberta:
• usado quando o número de peças é
relativamente pequeno e o tamanho delas é
grande (eixos de turbinas e de navios, grandes
virabrequins e anéis);
• Forjamento em matriz fechada:
• o metal deve assumir a forma esculpida nas
duas matrizes, havendo restrições ao livre
espalhamento do material.
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OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento
Equipamentos utilizados:
• Martelos: provocam deformação no metal por
impacto;
• Prensas: submetem o metal a uma força de
compressão em baixa velocidade.
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OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento
Classificação:
• A classificação desses produtos pode se dar
considerando o processo a que foram submetidos e
da qualidade particularmente dimensional do
produto acabado.
• Assim, podem ser:
• forjados em matriz aberta e forjados em
matriz fechada;
• forjados em martelos;
• forjados em máquinas forjadas;
• forjados a quente ou a frio;
• forjados em diferentes níveis de precisão
dimensional.
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OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento
Cálculo do esforço no forjamento (𝑃)
Estado plano de deformação
𝑃 = 𝑃𝑚(𝑎𝑏)
𝑃𝑚 = 𝜎0 1 +𝜇𝑏
2ℎ
e
onde,
𝑃 – esforço ou pressão de forjamento para deformar a peça
𝑃𝑚 – a carga media agindo sobre a interface metal/matriz
𝑎𝑏 – área afetada pela pressão 𝑃 exercida pela matriz
𝜎0 – tensão media de escoamento do metal forjado
𝜇 – coeficiente de atrito entre as interfaces de forjamento
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OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento
Cálculo do esforço no forjamento
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A trefilação realiza-se pela operação de conduzir um fio (uma
barra ou tubo) através de uma ferramenta denominada fieira, de
formato externo cilíndrico e que contém um furo no centro por
onde passa o fio.
Esse furo, com diâmetro decrescente, apresenta um perfil na
forma de funil curvo ou cônico
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Trefilação
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A passagem do fio pela fieira provoca a redução de sua seção e,
como a operação é comumente realizada a frio, ocorre o
encruamento com alteração das propriedades mecânicas do
material do fio.
Essa alteração se dá no sentido da redução da ductilidade e do
aumento da resistência mecânica.
Portanto, entre as diversas etapas da trefilação, pode ocorrer a
necessidade de se realizarem tratamentos térmicos de
recozimento, para diminuir o efeito do encruamento e para
fornecer à peça ductilidade suficiente para a continuidade do
processo.
OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Trefilação