processos de fabricação de eixos, Trabalhos de Materiais

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, GRUPO EDUCACIONAL OPET BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA Trabalho de Processos Industriais II CURITIBA 2018

CLAUDIONOR FELIPE

DIONE RYBA

GABRIEL KRUL

MATHEUS BRANTES

Trabalho de Processos Industriais II Trabalho apresentado à disciplina de Trabalho de Processos Industriais II , como parte da avaliação do 1º bimestre letivo do Curso Superior de Engenharia Mecânica. Turma EGM 8A. Prof.ª M.Sc. Aline Souza Salum CURITIBA 2018

1 RESUMO

Nos escolhemos o tema sobre eixos de transmissão por ser um assunto que temos muito contato, tanto na faculdade pois já fizemos alguns trabalhos a respeito, tanto na vida profissional onde temos contato na indústria, além de ser um tema um pouco mais fácil por conta do material dos eixos que é aço e que é um material muito comum já utilizado a muito tempo e que já temos um conhecimento mais avançado sobre suas propriedades.

2 INTRODUÇÃO

Nesse trabalho vamos abordar desde a obtenção do ferro nas jazidas, como funciona sua mineração, processos de limpeza e filtragem do material bruto, distribuição do mesmo até as indústrias de fundição para a obtenção do aço e lingotamento do mesmo para utilização do aço nas diversas áreas onde ele é requisitado. Também abordamos nesse trabalho alguns processos de extrusão do aço, como funcionam cada um desses processos e os processos de usinagem geralmente utilizados para um eixo de transmissão comum.

4 FLUXOGRAMA DE OBTENÇÃO DO MINÉRIO DE FERRO

4.1 DEFINIÇÃO

Mineração é o ato de extrair substâncias das rochas e do solo e esta atividade, extremamente importante para o desenvolvimento das sociedades, tem estado presente em todo o mundo há milênios. 4.2 EXTRAÇÃO DO FERRO A primeira etapa é a extração propriamente dita, que pode ser feita com escavadoras que vão escavando a rocha ou com recurso a explosivos no caso do ferro se encontrar longe da superfície. Depois deste passo, é necessário transportar o ferro até à superfície para que possa ser posteriormente preparado e vendido. DESCOBERTA DE UMA JAZIDA EXTRAÇÃO DAS ROCHAS (^) EXTRAÇÃO DO MINÉRIO DAS ROCHAS EXPLOSÃO ESCAVAÇÃO TRANPORTE DO MINÉRIO BRUTO FRAGMENTAÇÃO DO MINÉRIO BRUTO SEPARAÇÃO DOS FRAGMENTOS EM VÁRIOS TAMANHOS E LIMPEZA DA TERRA NOS FRAGMENTOS FRAGMENTOS MAIORES SÃO ELIMINADOS RECICLAGEM DA ÁGUA ARMAZENAMENTO DOS FRAGMENTOS DISTRIBUIÇÃO PARA A INDÚSTRIA

4.3 FRAGMENTAÇÃO DO FERRO

O ferro encontra-se no meio da terra e de outros minérios sem valor. A esta parte sem valor econômico dá-se o nome de estéril e é empilhada em áreas próximas às minas de forma a causar o menor impacto ambiental possível. Para que isto aconteça, muitas vezes são plantadas árvores na terra estéril. O restante minério em estado bruto chega à usina em grandes blocos, que são partidos pelas máquinas de britagem em pequenos fragmentos de 2 cm. 4.4 SEPARAÇÃO DO FERRO E PASSOS FINAIS O minério que sai da máquina de britagem cai para uma peneira que possui telas de diferentes espessuras, permitindo a passagem apenas dos fragmentos até 2cm, eliminando os restantes. Esta fase do processo de extração do ferro é feita com a ajuda de água que retira o excesso de terra à volta do ferro. Além disso, para os fragmentos de menores dimensões são utilizados imanes que atraem o ferro para eles. É importante referir que nesta fase do processo, mais de metade da água utilizada é posteriormente reciclada de forma a tornar a extração do ferro um método mais ecológico. Depois de limpo, peneirado e separado por tamanho, o ferro segue para as máquinas empilhadeiras, que vai descarregando o ferro em pilhas de grandes dimensões para ser armazenado até necessitarem de ser transportados por comboios, o único meio de transporte viável na extração do ferro. Após todo este processo, o ferro está pronto para ser utilizado para os inúmeros fins, como na indústria da construção, na produção de ligas metálicas, fabrico de linhas de caminhos de ferro, fabrico de bicicletas, indústria automóvel, entre tantas outras. O ferro é dos metais mais comuns encontrados no nosso dia-a-dia e onde se crê que já era utilizado nos anos 5000 a.C.

5.1 PROCESSO DE OBTENSÃO DO AÇO E DO LINGOTAMENTO

Para que possamos explicar sobre o processo de obtenção do aço é necessário compreender alguns processos anteriores desde o alto forno. A matéria prima seja ela, sínter, minério de ferro, coque e fundentes, adicionados no alto forno produzem o ferro gusa. O processo em si ocorre na temperatura na casa dos 1500° C e pelo processo de redução do minério de ferro. Os produtos gerados por esta redução são o ferro gusa e escória onde são separados por diferença de densidade. Terminado este processo no alto forno o ferro gusa é transferido para as Aciarias (local onde é produzido o aço), em dispositivos chamados carros torpedos. Já na aciaria as matérias primas utilizadas para a obtenção do aço são: ferro gusa, sucatas e fundentes como: Cal, Dolomita Calcinada, Cal Magnesiana. O processo para obtenção do aço na aciaria é conhecido como redução L.D. nome em homenagem aos seus idealizadores. A redução L.D. ocorre em um conversor, as características mecânicas e térmicas deste conversor podemos citar as seguintes: Revestimento em MgO-C, capacidade elevada de resistência ao choque térmico, mecânico e ataque químico por conta das escórias, maior teor de C no tijolo que gera maior condutividade térmica e expansão do tijolo, limite de C de até 20%. Em relação as reações químicas que ocorrem dentro do conversor podemos citar: oxidação do carbono para monóxido de carbono, de silício para sílica, manganês para óxido de manganês e de fósforo para fosfato e também a perda de ferro por oxidação. O processo de operação do conversor L.D. pode ser dividido em 6 etapas:

1. Carregamento da carga sólida;
2. Carregamento do gusa líquido;
3. Sopro;
4. Medição de temperatura e retirada de amostras;
5. Vazamento;
6. Vazamento de escória. Como este processo é muito oxidante alguns materiais devem ser adicionados como alumínio e/ou silício, ainda no vazamento são adicionadas ferro-ligas, que irão definir características desejadas. O correto procedimento na aciaria é definido por uma boa produtividade, rendimento e acerto no controle da temperatura e composição do material. Outro método para obtenção do aço é a utilização de fornos elétricos que corresponde à 25% da produção mundial. Neste processo é utilizado um arco elétrico de elevada corrente para obtenção do aço líquido, existe um maior controle de temperatura no forno elétrico do que no alto forno, a maior parte da carga que alimenta o forno é de sucata e a qualidade do aço depende diretamente desta matéria-prima. Após o processo do forno elétrico ocorre o refino secundário do aço em panelas de manutenção e transporte, nestas panelas é feita a desoxidação (adição de alumínio e silício) e dessulfuração (reação química com enxofre) e desgaseificação (remoção do nitrogênio e hidrogênio) sendo assim, forma-se as escórias, pequenas quantidades de elemento de liga e elimina-se defeitos provenientes do processo para ai sim realizar o jato de vazamento do aço. 5.2 LINGOTAMENTO O lingotamento é um processo no qual o aço líquido é solidificado em um produto semiacabado podendo ser no formato de tarugo, bloco ou placa. Temos o lingotamento convencional e o contínuo, no lingotamento convencional o aço líquido é vazado em lingoteiras, podendo ser direto ou indireto, no caso do direto o liquido é vazado pela parte superior da lingoteira, já o indireto o material é vazado por canais verticais e estes preencher dois canais verticais, neste processo é possível preencher mais de uma lingoteira por vez. No lingotamento contínuo, o lingotamento é executado para o interior de um molde de extremidades abertas, as peças lingotadas são maiores do que o molde, o tamanho nominal ou da bitola permitem reduções em outros processos como por exemplo extrusão. Na obtenção dos lingotes podemos citar 3 tipos de moldes: Molde em lubrificação onde é realizada uma extração de veios intermitente reduzindo o atrito gerado

6 EXTRUSÃO DO AÇO

6.1 DEFINIÇÃO

Processo de conformação plástica no qual o material sofre redução em sua área de seção transversal pela aplicação de pressões elevadas e escoamento através do orifício de uma matriz. A extrusão produz, geralmente, barras cilíndricas ou tubos; porém, formas de secção transversal mais irregulares podem ser conseguidas em metais mais facilmente extrudáveis, como o alumínio e suas ligas. Outros materiais são também utilizados como o cobre e suas ligas, aço carbono, aço inoxidável e também produtos de plástico (principalmente embalagens). Este processo permite obter superfícies com boa aparência. Os aços-carbono, com teor de C até 0,2% são geralmente fáceis de serem extrudados a frio, e exemplos de peças obtidas incluem os invólucros de velas de ignição, capas de mancal, pinos de pistões, porcas de rodas etc. À medida que o teor de C aumenta, a extrusão a frio torna-se mais difícil. Os aços com teor de carbono mais elevado exigem um tratamento térmico de esferoidização, para conferir ao metal estrutura mais adequada a extrusão. A extrusão pode ser a quente ou a frio, dependendo do tipo de metal que se deve extrudar ou quão rigorosas condições de atrito e temperatura o lingote sofrerá até a seção final ser obtida. A extrusão a quente é realizada quando exige grande esforço para a deformação. Um exemplo típico de material extrudado a quente é o aço. Reduções de área da ordem de 1:20 podem ser conseguidas. Isso significa que uma barra de área

inicial de 100 mm2 pode sofrer redução para 5 mm2. No caso de materiais mais dúcteis, como o alumínio, as reduções obtidas com a extrusão são da ordem de 1:100. No processo de extrusão a temperatura do material na zona de deformação depende da velocidade de deformação e do grau de compressão. A temperatura é proporcional a velocidade de deformação por causa do aumento do atrito devido ao aumento da velocidade de deformação e do grau de compressão. Na extrusão a frio, o material endurece por encruamento durante a deformação porque os grãos do metal se rompem e assim permanecem, aumentando as tensões na estrutura e, consequentemente, sua dureza. É importante salientar que na extrusão a quente os grãos se reconstituem após a extrusão por causa do aumento da temperatura.

6.2.1 EXTRUSÃO DIRETA

O objeto de estudo deste trabalho foi obtido a partir do processo de extrusão direta. Nesta operação o bloco metálico a ser processado é colocado numa câmara e forçado através do orifício da matriz pelo êmbolo ou pistão, que é acionado por meios mecânicos ou hidráulicos. É muito comum utilizar um bloco de aço (falso pistão) entre o metálico e o êmbolo para proteger o pistão das altas temperaturas e da abrasão provenientes deste tipo de extrusão. Esse processo envolve as etapas a seguir:

• Fabricação de lingote ou tarugo de seção circular;
• Aquecimento uniforme do lingote ou tarugo que no caso do aço será a temperaturas entre 875 e 1300 °C;
• Transporte do lingote aquecido para a câmara de extrusão, de forma rápida para diminuir ou evitar que a superfície do material aquecido sofra oxidação;
• Execução da operação de extrusão: acionar o pistão o qual empurra o material aquecido já posicionado na câmara para o interior desta; Por exemplo, para extrusão de perfis sólidos no formato de barras maciças redondas (vergalhões), com diâmetro de 1 polegada (25,40 mm), da liga ABNT 6063, utilizando um tarugo de 450 mm de comprimento, solubilizado e homogeneizado, aquecido a mais ou menos 500º Celsius, a pressão de trabalho está na ordem de aproximadamente 7 à 9 Mpa.
• Fim da extrusão: o pistão recua e a câmara se afasta para a retirada do disco e da parte restante do lingote ou tarugo;
• Operação de remoção dos resíduos de óxido com o auxílio de disco raspador acionado pelo pistão

6.3 FLUXOGRAMA DE EXTRUSÃO DO AÇO

AQUECIMENTO DA MATRIZ DE EXTRUSÃO NO FORNO DE MATRIZES AQUECIMENTO DO FUNDIDO(MATÉRIA PRIMA) NO FORNO DE AQUECIMENTO TRANSPORTE DO FUNDIDO AQUECIDO ATÉ A CAMARA DE EXTRUSÃO ACIONAMENTO DO PISTÃO NA CAMARA DE EXTRUSÃO CONFORMAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA PELA COMPRESSAO DO PISTÃO SAÍDA DO PERFIL EXTRUDADO DA CAMARA EM DIREÇÃO D A MESA DE EXTRUSÃO A MESA DE ESTIRAMENTO, SEGUE PUXANDO-O PARA GARANTIR A RETILINEIDADE E DIMENSIONAL AO MESMO

A MESA DE

CORTE REALIZA

O CORTE DAS

BARRAS

FIM DA EXTRUSÃO: RECUO DO PISTÃO PARA A RETIRADA DO DISCO DE PRESSAO E DO RESTANTE DO LINGOTE OU TARUGO; REMOÇÃO DOS RESÍDUOS NA CAMARA COM O DISCO RASPADOR ACIONADO PELO PISTÃO

Para a usinagem de um eixo de transmissão, deve-se seguir uma amostra ou um desenho da peça, onde constem todas as suas dimensões, seu formato e suas especificações. Na ausência da amostra ou do desenho, um profissional experiente e capacitado no segmento de usinagem deve realizar uma visita técnica para a coleta de todos esses dados, garantindo ao cliente a usinagem do eixo de transmissão ideal. A imagem a seguir apresenta algumas operações de usinagem podendo elas ser ou não aplicadas na fabricação de um eixo.

8 CONCLUSÃO

Através deste trabalho pudemos exercitar o conhecimento adquirido em sala para uma pesquisa mais aprofundada sobre todo o processo que o ferro passa até se transformar em aço, descobrindo assim algumas curiosidades sobre a mineração e fundição e algumas coisas que não sabíamos sobre os processos de extrusão e usinagem dos eixos. 9 REFERÊNCIAS O minério de ferro no Brasil: História, maiores empresas e mercado. 5 minutos de leitura. https://tecnicoemineracao.com.br/minerio-de-ferro-no-brasil/. Acesso em: 25/09/2018. A extração do ferro da rocha. Como tudo acontece. https://www.mineralex.net/a-extracao- do-ferro-da-rocha-como-tudo-acontece/. Acesso em: 25/09/2018. http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM049/Aula%201.pdf https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/93311/mod_resource/content/1/prod%20a%C3%A7o% 013.pdf http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/unfer/materiais/Siderurgia.pdf http://www.acobrasil.org.br/site2015/processo.html http://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5009972/LOM3045/Lingotamento_Continuo-texto.pdf