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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.

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1 GRUPO SETORIAL DE M/P

2 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

3 METALURGIA DO PÓ – PROCESSO, ASPECTOS AMBIENTAIS, PROPRIEDADES E VIABILIDADE Marco A. T. Pallini - Metaldyne

4 HISTÓRIA DO USO DOS METAIS Em anos eram usados apenas 12 metais AC2000 AC3000 AC 4000 AC5000 AC6000 AC OURO COBRE PRATA CHUMBO ESTANHO FERRO MERCÚRIO Um total de 24 metais foram descobertos até M/P ~1.925

5 PORQUE ESCOLHER A METALURGIA DO PÓ COMO PROCESSO? Otimiza o uso do material Acabamento superficial Capabilidade de Processo Redução/eliminação de usinagem Redução de peso Flexibilidade de ligas Menor Custo Ambientalmente correto Near net shape Tolerância dimensional

6 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). O SINTERIZADO CONTRIBUI PARA A SATISFAÇÃO DO CONSUMIDOR! Legislações governamentais Selo verde / Amigo do ambiente Variações no preço do petróleo & Instabilidades Necessidades do usuário final

7 Produção da matéria-prima Produção do produto Fim da vida Período de vida Reciclagem Montagem e uso LIFE CYCLE ASSESSMENT (LCA) Técnica para análise dos aspectos e impactos ambientais associados ao ciclo de vida de um produto, processo ou serviço.

8 Influência no Impacto Ambiental COMPARAÇÃO ENTRE IMPACTOS AMBIENTAIS CAUSADOS POR AÇOS SINTERIZADOS E CONVENCIONAIS

9 COMPARAÇÃO DO USO DE MATÉRIA PRIMA E ENERGIA ENTRE PROCESSOS CONCORRENTES

10 Produção da matéria-prima Fabricação do produto Fim da vida Período de vida Reciclagem Montage m e uso Influência no Impacto Ambiental Fonte: LCA of Powder Metallurgy, Jan Tengzelius – Höganäs AB P R O C E S S O E C O L O G I C A M E N T E C O R R E T O !

11 ETAPAS DO PROCESSO DA METALURGIA DO PÓ EQUIPAMENTOS DE PRODUÇÃO ENSAIOS MISTURA DE PÓS PROCESSAMENTO PROPRIEDADES Microestrutura Composição Química Rota de Fabricação Tamanho Forma Empacotamento Compactação (C, WC, WDC, HIP) Laminação Extrusão Injeção Aspersão Sinterização (C, SH, HTS) Forjamento Densidade Dutilidade Magnetismo Resistência Condutividade Microestrutura

12 AUMENTO DA DENSIDADE AUMENTO DO DESEMPENHO MECÂNICO FERRAMENTAS SINTERIZADO FORJAD0 MIM COMPONENTES DE ALTA RESISTÊNCIA (2C2S / WDC / WC / SH) METALURGIA DO PÓ CONVENCIONAL (CS) MANCAIS FILTROS ALUMÍNIO PLÁSTICO O DESEMPENHO TEM LIGAÇÃO DIRETA COM A DENSIDADE COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE DIVERSOS MATERIAIS AÇOS CONVENCIONAIS

13 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 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 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 TRANSMISSÃO -Anéis sincronizadores -Chavetas de retenção -Cubo conversor de torque -Pinhões -Engrenagem planetária -Polia dentada de tração -Trava de estacionamento FREIOS -Anéis sensores ABS -Porca de ajuste -Ajustadores -Trava de freio – cilindro mestre -Pistões -Insertos do induzido -Estatores -Induzidos -Acionadores -Carcaça de engrenagens LIMPADORES DE PARABRISA -Acionamento -Trava excêntrica -Retentores

14 FLUXOGRAMA DE PROCESSO – COMPACTAÇÃO CONVENCIONAL

15 ATOMIZAÇÃO COM ÁGUA (+ USADO) Pó atomizado (Preto) Água alta pressão Temperatura de fusão Pressão da água Ângulo de incidência Distância de impacto Diâmetro do filete Variáveis:

16 - Pós base: TIPOS DE PÓS MAIS USADOS NA FABRICAÇÃO DE PEÇAS ESTRUTURAIS E BUCHAS AUTOLUBRIFICANTES Ferro Cobre Bronze Latão Inox - Aditivos e lubrificantes : Carbono Cobre Estearatos Ceras MnS Níquel Molibdênio Estanho

17 TIPOS DE COMPACTAÇÃO

18 EXEMPLO DE COMPACTAÇÃO

19 COMPACTAÇÃO DE PEÇAS: 1.Enchimento 2.Compactação 3.Extração

20 COMPACTAÇÃO À MORNO

21 SINTER FORJAMENTO Compactação da pré-forma 80% da DT Pré Sinterização C Resfriamento Aquecimento por indução Forjamento C Resfriamento sob atmosfera controlada

22 MOLDAGEM POR INJEÇÃO

23 SINTERIZAÇÃO EM FORNO CONTÍNUO Pré Aquecimento: 500 – 800ºC O lubrificante é retirado da peça Eliminação de óxidos da mistura Sinterização: Bronze : 780 – 840º C Aço: 1050 – 1150º C Ligação metalúrgica das partículas Resfriamento : A micro-estrutura do material é formada

24 SINTERIZAÇÃO EM FORNO CONTÍNUO

25 Pescoço de ligação entre as partículas de Pó SINTERIZAÇÃO POR FASE SÓLIDA: O material com menor ponto de fusão se liquefaz e interconecta a partícula do outro Pó. SINTERIZAÇÃO POR FASE LÍQUIDA: MECANISMOS DE SINTERIZAÇÃO

26 Convertidos de fundidos ou usinados TECNOLOGIA OU DESEMPENHO (7%) ENGINEERED COMMODITIES (33%) COMMODITY SATURADO (60%) Polias/Sincr.Suspensão Flange Comp. Direção CarcaçasEGR/Solen. Pinhões Produtos Engenheirados BielasPlanetários MBC Engr. Transf. Variador Fase Borrifador Fabricados sob desenho Pivos AnéisSensoresCubos Outros produtos EXEMPLOS DE USO DE SINTERIZADOS E SUA CLASSIFICAÇÃO NO MERCADO NECESSIDADES, MERCADO/CLIENTES

27 ALGUMAS INFORMAÇÕES SOBRE DESIGN PARA VIABILIZAR A FABRICAÇÃO DE UM SINTERIZADO

28 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

29 TOLERÂNCIAS DE DIÂMETROS:

30 TOLERÂNCIAS DE PERPENDICULARIDADE:

31 TOLERÂNCIAS DE CONCENTRICIDADE:

32 TOLERÂNCIAS DE PLANICIDADE:

33 Peças com vários degraus demandam punções múltiplos The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996 Matriz Punção 1 Puncão 2 Puncão 3 Macho Peça Este tipo de ferrramental normalmente é caro!

34 The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996 TOLERÂNCIAS DE ALTURA:

35 The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996 TOLERÂNCIAS PARALELISMO:

36 Múltiplos degraus com matriz com projeção (Shelf Die) The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996 Matriz com ombro 1,5 mm mínimo! Este tipo de ferramental é mais econômico que o anterior, porém dificulta o controle da densidade ao longo da peça

37 Dicas de Projeto: Cantos vivos e raios Vista de topo Possível Preferível The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996

38 Dicas de Projeto: Chanfros de M/P The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996 Punção Peça 30° a 45° W mín. = 0,125 mm W típico = 0,250 mm H Canto vivo na ferramenta causa quebra prematura!

39 Dicas de Projeto: Raios / Acabamentos Puncão R R Esta parede fina no punção vai fraturar rapidamente em serviço! 0,25 mm típico Evite Preferível A linha de junção pode ser eliminada por tamboreamento posterior, caso necessário The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996

40 Dicas de Projeto: furo cego Evite Preferível The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996

41 Dicas de Projeto: Rebaixos Evite Preferível Deve ser usinado The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996

42 Dicas de Projeto: Saídas / Conicidade 2º min 7º min Evite Preferível Evite Preferível The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996 Se possível, colocar raios

43 COMPARAÇÃO ENTRE O SINTERIZADO E OUTROS PROCESSOS

44 SELEÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA, TIPO DE PÓS, E SISTEMA DE MISTURA

45 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

46 M/P COMPARADA A OUTROS PROCESSOS Sinterizados Usinados Forjados Estampados Plásticos Alta Média Baixa Muito Pobre MédiaPobreBoaMuito boa Resistência Tolerâncias Fundidos

47 RESISTÊNCIA AÇOS SINTERIZADOS x CONVENCIONAIS Densidade-g/cc Sinterizado 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 Trabalhado Fe Fe-C; Fe-Cu-C Fe-Ni-Cu-C Fe-P-Cu; Fe-P Fe-C-Cu / Fe-Mo-C (hardened) Fe-Ni-Cu-Mo Fe-Cr-Mo Fe-C-Ni-Cu-Mo Fe-C-Cr-Mo Fe-C-Ni-Cu (hardened) FoFo Cinzento FoFo Nodular Aço Carbono Aço Liga Aço Rápido Resistência à Tração - MPa 1350

48 M/P Comparada a outros processos

49 As normas para materiais sinterizados contém informações necessárias para fabricação e caracterização do produto, quais sejam: -Composição química do material: %Ferro, %Cobre, % Carbono... -Propriedades físicas: Densidade, condutibilidade elétrica, … -Propriedades mecânicas: Dureza, resistência à ruptura, resistência ao impacto, alongamento, resistência à fadiga,... -Propriedades magnéticas: Força coerciva, Indução magnética, Permeabilidade magnética, … NORMAS RELACIONADAS À M/P

50 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) NORMAS RELACIONADAS À M/P

51 Fonte: MPIF COMPOSIÇÃO QUÍMICA

52 Fonte: MPIF PROPRIEDADES MECÂNICAS

53 Fonte: MPIF Norma MPIF35 USINABILIDADE, PROPRIEDADES DE FADIGA DE CONTATO, PROPRIEDADES APÓS FERROX, ETC....

54 MUITO OBRIGADO!!! PERGUNTAS SERÃO RESPONDIDAS ANTES DO INTERVALO PARA O CAFÉ

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57 VANTAGENS NO USO DA M/P Um componente sinterizado com qualidade comparável a um fundido ou trabalhado normalmente é mais barato que estes. M/P tipicamente usa mais de 97% da matéria prima original na peça acabada; Produz peças com excelente acabamento superficial; M/P é adequada a componentes com médio/alto volumes de consumo Permite formas intrincadas, com tolerâncias dimensionais fechadas;

58 VANTAGENS NO USO DA M/P Apresenta consistência de processo (alto Cpk), e consequentemente baixo índice de refugos; Permite as mais variadas combinações de ligas e consequentemente microestruturas; Provê controle da porosidade, adequada para aplicações como filtros até componentes com densidade teórica da liga; Habilidade de formar conjuntos utilizando peças sinterizadas com formas e/ou composições diferentes. Produz formas complexas que seriam impossíveis ou impraticáveis por outro processo de transformação mecânica.

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60 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.

61 Misturadores Duplo - Cone Y Os modelos mais usados são:

62 Compactação Isostática

63 Conformação por Spray


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