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GRUPO SETORIAL DE M/P
PROGRAMA
09:00 Metalurgia do Pó – Processo, Aspectos Ambientais, Propriedades e Viabilidade
Marco A. T. Pallini - Metaldyne
09:45 Mercado, Aplicações e Estudos de Casos
Lucio Salgado - Metallum
10:30 Coffee Break 11:00 Tendências da Metalurgia do Pó na indústria Automotiva
Ricardo Takeo Kuwabara – Mitsubishi Motors
11:45 A inovação dos materiais magnéticos moles na indústria automotiva
Henrique Lopes – Höganäs Brasil
12:30 Debates
METALURGIA DO PÓ – PROCESSO, ASPECTOS AMBIENTAIS, PROPRIEDADES E VIABILIDADE
Marco A. T. Pallini - Metaldyne
HISTÓRIA DO USO DOS METAIS
Em 7.700 anos eram usados apenas 12 metais
COBRE CHUMBO FERRO MERCÚRIO 6000 AC 5000 AC 4000 AC 3000 AC 2000 AC 1000 AC 1 OURO PRATA ESTANHO 1000 2000 1000 1500
Um total de 24 metais foram descobertos até 1.600
2000 M/P ~1.925
PORQUE ESCOLHER A METALURGIA DO PÓ COMO PROCESSO?
Tolerância dimensional Near net shape Acabamento superficial Otimiza o uso do material
Menor Custo
Ambientalmente correto Flexibilidade de ligas Capabilidade de Processo Redução de peso Redução/eliminação de usinagem
REQUISITOS DO CONSUMIDOR: ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL, REDUÇÃO DE EMISSÕES, E REDUÇÃO DO CONSUMO ENERGÉTICO.
Forças Motrizes Globais: – Aumento de preço do petróleo; – Aumento de instabilidades na região dos países produtores de petróleo; – Aumento do consumo global (BRIC); – Políticas de energia e emissões (USA-E10, E85, B20, EURO 5); – Legislações governamentais; – Meio ambiente (Global warming); – Preferências do consumidor (eficiência).
Variações no preço do petróleo & Instabilidades Legislações governamentais Selo verde / Amigo do ambiente
O SINTERIZADO CONTRIBUI PARA A SATISFAÇÃO DO CONSUMIDOR!
Necessidades do usuário final
LIFE CYCLE ASSESSMENT (LCA) Técnica para análise dos aspectos e impactos ambientais associados ao ciclo de vida de um produto, processo ou serviço.
Produção da matéria-prima Produção do produto Fim da vida Montagem e uso Período de vida Reciclagem
COMPARAÇÃO ENTRE IMPACTOS AMBIENTAIS CAUSADOS POR AÇOS SINTERIZADOS E CONVENCIONAIS Sinterizado Convencional 100 80 60 40 20 0 Explo ração mineral A quecimento glo bal Reação fo to o xidante A cidificação Desbalanceamento de nutrientes To xidade humana
COMPARAÇÃO DO USO DE MATÉRIA PRIMA E ENERGIA ENTRE PROCESSOS CONCORRENTES
Produção da matéria-prima Fim da vida Período de vida Fabricação do produto Reciclagem Montage m e uso
Sinterizado Convencional 100 80 60 40 20 0 Explo ração mineral A quecimento glo bal Reação fo to o xidante A cidificação Desbalanceamento de nutrientes To xidade humana Fonte: LCA of Powder Metallurgy, Jan Tengzelius – Höganäs AB
•Microestrutura •Composição Química •Rota de Fabricação
MISTURA DE PÓS
•Tamanho •Forma •Empacotamento
EQUIPAMENTOS DE PRODUÇÃO
•Compactação (C, WC, WDC, HIP) •Laminação
PROCESSAMENTO
•Extrusão •Injeção •Aspersão
ENSAIOS
•Sinterização (C, SH, HTS) •Forjamento •Densidade •Dutilidade •Magnetismo
PROPRIEDADES
•Resistência •Condutividade •Microestrutura
COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE DIVERSOS MATERIAIS FERRAMENTAS
AÇOS CONVENCIONAIS
SINTERIZADO FORJAD0 FILTROS MIM COMPONENTES DE ALTA RESISTÊNCIA (2C2S / WDC / WC / SH) METALURGIA DO PÓ CONVENCIONAL (CS) MANCAIS O DESEMPENHO TEM LIGAÇÃO DIRETA COM A DENSIDADE ALUMÍNIO PLÁSTICO
AUMENTO DA DENSIDADE
COMPONENTES DE AÇO EM GERAL Armações do air bag -Induzido e estatores de motores elétricos Placa base da válvula EGR Pinhões do levantador de vidros - Arruela do EGR Núcleo da válvula EGR Carcaça da válvula EGR Carcaça do sistema cruise control Anéis controladores de fluxo de ar condicionado ASSENTOS -Alavancas de ajuste Lingüetas da trava -Mecanismo reclinagem espaçadores SUSPENSÃO -Guia da haste Válvula de compressão -Cilindros Pistões Espaçadores Placa de orifícios FREIOS Anéis sensores ABS -Porca de ajuste -Ajustadores -Trava de freio – cilindro mestre Pistões -Insertos do induzido -Estatores -Induzidos -Acionadores Carcaça de engrenagens DIREÇÃO -Colar da coluna de direção -Engrenagem da coluna de direção -Placa terminal -Alavanca de regulagem da altura do volante -Tampa do mancal de rolamento Corpo da válvula tampa LIMPADORES DE PARABRISA -Acionamento Trava excêntrica -Retentores TRANSMISSÃO Anéis sincronizadores Chavetas de retenção -Cubo conversor de torque Pinhões Engrenagem planetária Polia dentada de tração -Trava de estacionamento MOTORES Pinhões do planetário (motor de partida) -Sapata polar (motor de partida) Núcleos magnéticos para bobinas de ignição -Placa de controle de emissões -Buchas para balancins -Engrenagens VVT -Tampa do eixo de comando das válvulas Carcaça de válvulas de injeção de combustível Espaçador de injetores de combustível Núcleo magnético Chave magnética (motor de partida) -Buchas e placas para ventiladores (sistema de arrefecimento) -Bielas -Mancais de girabrequim e eixo de comando de válvulas -Sensores de fase cames -Guia e assento de válvula
FLUXOGRAMA DE PROCESSO – COMPACTAÇÃO CONVENCIONAL
ATOMIZA ÇÃO COM ÁGUA
(+ USADO)
Água alta pressão
j
Variáveis:
•
Temperatura de fusão
•
Pressão da água
•
Ângulo de incidência
•
Distância de impacto
•
Diâmetro do filete Pó atomizado (“Preto”)
TIPOS DE PÓS MAIS USADOS NA FABRICAÇÃO DE PEÇAS ESTRUTURAIS E BUCHAS AUTOLUBRIFICANTES Pós base: Ferro Cobre Bronze Latão Inox - Aditivos e lubrificantes : Carbono Cobre Estearatos Ceras MnS Níquel Molibdênio Estanho
TIPOS DE COMPACTAÇÃO
EXEMPLO DE COMPACTAÇÃO
COMPACTAÇÃO DE PEÇAS: 1.Enchimento
2.
Compactação 3.
Extração
COMPACTAÇÃO À MORNO
SINTER FORJAMENTO
Compactação da pré-forma 80% da DT Pré Sinterização 800-1000 C Resfriamento Aquecimento por indução Forjamento 1000 - 1100 C Resfriamento sob atmosfera controlada
MOLDAGEM POR INJEÇÃO
SINTERIZAÇÃO EM FORNO CONTÍNUO Pré Aquecimento: 500 – 800ºC O lubrificante é retirado da peça Eliminação de óxidos da mistura Sinterização: Bronze : 780 das partículas – 840º C Aço: 1050 – 1150º C Ligação metalúrgica Resfriamento : A micro estrutura do material é formada
SINTERIZAÇÃO EM FORNO CONTÍNUO
MECANISMOS DE SINTERIZAÇÃO
SINTERIZAÇÃO POR FASE SÓLIDA: “Pescoço” de ligação entre as partículas de Pó SINTERIZAÇÃO POR FASE LÍQUIDA: O material com menor ponto de fusão se liquefaz e interconecta a partícula do outro Pó.
EXEMPLOS DE USO DE SINTERIZADOS E SUA CLASSIFICAÇÃO NO MERCADO
TECNOLOGIA OU DESEMPENHO (7%) “ENGINEERED COMMODITIES” (33%) COMMODITY SATURADO (60%)
Bielas Planet ários Polias/Sincr.
Suspensão Carcaças EGR/Solen.
MBC Engr. Transf.
Flange Comp. Direção Pinhões Pivos Variador Fase Borrifador Convertidos de fundidos ou usinados AnéisSensores Cubos Produtos Engenheirados Outros produtos Fabricados sob desenho
ALGUMAS INFORMAÇÕES SOBRE DESIGN PARA VIABILIZAR A FABRICAÇÃO DE UM SINTERIZADO
DICAS BÁSICAS DE PROJETO DE UMA PEÇA SINTERIZADA • Todos detalhes da peça que estão no sentido da moldagem podem ser fabricados; •Existirá uma variação de densidade ao longo da peça, de acordo com o processo de prensagem escolhido, conforme já mostrado.
Imagem cedida por Metaldyne
TOLERÂNCIAS DE DIÂMETROS:
TOLERÂNCIAS DE PERPENDICULARIDADE:
TOLERÂNCIAS DE CONCENTRICIDADE:
TOLERÂNCIAS DE PLANICIDADE:
Peças com vários degraus demandam punções múltiplos
Peça Este tipo de ferrramental normalmente é caro!
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996 Matriz Punção 1 Puncão 2 Puncão 3 Macho
TOLERÂNCIAS DE ALTURA:
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996
TOLERÂNCIAS PARALELISMO:
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996
Múltiplos degraus com matriz com projeção (Shelf Die)
Matriz com ombro
Este tipo de ferramental é mais econômico que o anterior, porém dificulta o controle da densidade ao longo da peça
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996
1,5 mm mínimo!
Dicas de Projeto: Cantos vivos e raios
Vista de topo
Possível
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996
Preferível
Dicas de Projeto: Chanfros de M/P
W mín. = 0,125 mm W típico = 0,250 mm
Canto vivo na ferramenta causa quebra prematura!
30 ° a 45°
H
Peça
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996 Punção
Dicas de Projeto: Raios / Acabamentos
Puncão Esta parede fina no punção vai fraturar rapidamente em serviço!
R R 0,25 mm típico
Evite
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996
Preferível
A linha de junção pode ser eliminada por tamboreamento posterior, caso necessário
Dicas de Projeto: furo cego
Evite Preferível
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996
Preferível
Dicas de Projeto: Rebaixos
Deve ser usinado
Evite
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996
Preferível
Dicas de Projeto:
Saídas / Conicidade
2º min
Evite
7º min
Preferível
Se possível, colocar raios
Evite
The Powder Metallurgy Electronic Design Guide
, Precitech, 1996
Preferível
COMPARAÇÃO ENTRE O SINTERIZADO E OUTROS PROCESSOS
SELEÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA, TIPO DE PÓS, E SISTEMA DE MISTURA
M/P COMPARADA COM OUTROS PROCESSOS: RESISTÊNCIA MECÂNICA
AÇOS RÁPIDOS SINTERIZADOS AÇOS SINTERIZADOS FORJADOS AÇOS FORJADOS AÇOS USINADOS AÇOS SINTERIZADOS FERRO FUNDIDO NODULAR LIGAS FUNDIDAS DE COBRE FERRO FUNDIDO CINZENTO LIGAS FUNDIDAS DE ALUMINIO LIGAS FUNDIDAS DE ZINCO PLÁSTICO MOLDADO POR INJEÇÃO
MPa 0 500 1000 1500 2000
Alta Média
M/P COMPARADA A OUTROS PROCESSOS Forjados Estampados Fundidos
Sinterizados
Baixa
Plásticos
Muito Pobre Pobre Média Boa Tolerâncias Muito boa
RESISTÊNCIA AÇOS SINTERIZADOS x CONVENCIONAIS 1500 1350 1200 Aço Rápido 1050 900 750 600 450 300 150 Fe Aço Liga Aço Carbono FoFo Nodular FoFo Cinzento 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 Sinterizado Trabalhado
Densidade-g/cc
M/P Comparada a outros processos
NORMAS RELACIONADAS À M/P
As normas para materiais sinterizados necessárias para fabricação e contém informações caracterização do produto, quais sejam: Composição química do material: %Ferro, %Cobre, % Carbono...
-Propriedades físicas : Densidade, condutibilidade elétrica, … -Propriedades mecânicas impacto, alongamento, : Dureza, resistência à resistência à fadiga, ...
ruptura, resistência ao -Propriedades magnéticas Permeabilidade : Força magnética, … coerciva, Indução magnética,
NORMAS RELACIONADAS À M/P
MPIF – EUA (é a norma mais utilizada atualmente) SAE - EUA ASTM - EUA DIN (SINT) - Alemanha JIS (Japão ) BS (Grã Bretanha) ISO - (Internacional) EN (Comunidade Européia)
Fonte: MPIF35-2003
Fonte: MPIF35-2007
Norma MPIF35
Fonte: MPIF35-2007
MUITO OBRIGADO!!!
PERGUNTAS SERÃO RESPONDIDAS ANTES DO INTERVALO PARA O CAFÉ
Etapas do Processo Mistura Feita com base na especificação do material definido para peça.
- Os componentes da mistura, todos na forma de pó, são pesados e colocados no misturador de forma a obter uma mistura homogênea.
- Adiciona se também um pó lubrificante necessário na etapa de compactação. Este pó evita que o ferramental seja desgastado e facilita a compactação e a extração da peça.
Misturadores Duplo - Cone Os modelos mais usados são: “Y”