revista forge - abril 2010

7/25/2019 Revista Forge - Abril 2010

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Potncia e Freqncia
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A foto da capa deste ms corte-

sia da empresa Green Bay Drop

Forge (GBDF), EUA.

Foto produzida por Richard

Rooker, gerente de operaes de

processo da GBDF.

Este artigo apresenta uma reviso dos critrios tcnicose comerciais que facilitaro as decises gerenciais parainvestimento em automao robtica para atingir uma

produo automatizada e flexvel de forjados.

Neste terceiro de quatro artigos so apresentadas outras

caractersticas importantes para a operao adequada

do equipamento. Um resumo traz uma viso geral das

vantagens e limitaes da prensa hidrulica.

Por meio de uma srie de ensaios controlados realizados em aosferramenta, verificou-se que o tratamento criognico ou a tmpera

em leo podem ajudar a minimizar a austenita retida no ao

ferramenta e melhorar o desempenho do mesmo.

A formulao dos lubrificantes utilizados na indstria deforjamento tem sido consideravelmente alterada ao longo dosanos. Este artigo examina os sistemas de lubrificao efetiva emuso atualmente para o forjamento de no-ferrosos.
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Contrastado com os resultados experimentais, este artigomostra uma avaliao da predio de fora de conformaode peas em liga de titnio pela simulao numricacomputacional.

A implantao de parques e leis de incentivo que estimulam a

produo nacional dos aerogeradores e linhas de financiamentopara pesquisa, assim como o grande investimento de empresas

estrangeiras no Brasil para a produo de aerogeradores, mostramque a energia elica uma realidade para o pas.

Retornando s Ferramentas (Por Dean M. Peters - EUA)

A eliminao da metalurgia e marcenaria

no currculo escolar um erro sistemtico

de educao. Os estudantes podem se be-

neficiar participando mais de exposies e

feiras de tecnologia em geral. Essas visitas

podem influenciar nas futuras escolhas de

carreira.

Modernizao (Por Udo Fiorini - Brasil)

No dicionrio aprendemos que automa-

o um conjunto de tcnicas e sistemas

de fabricao, baseado em equipamentos

industriais, que apresentam capacidade

de executar tarefas tipicamente humanas,

com sequncias de operao controladas,

sem interveno do homem.

Ela pode significar a substituio de mo-

de-obra que, melhor qualificada, pode ser

aproveitada adequadamente, criando uma

melhor qualidade de vida dos mesmos.
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m dezembro recebi um livro intitulado Shop Class as Soulcraft de Matthew, de B. Crawford,doutor em filosofia poltica que ganha a vida como proprietrio de uma loja de motos naVirgnia, EUA. Embora o livro parea muito com uma tese doutoral, que para mim nocombina com tpicos proletrios, eu encontrei alguns dos pontos que Crawford tornou

atraentes e que lembram temas educacionais e de produo nos quais eu tenho editoradofrequentemente.

O livro de Crawford logo ganhou meu interesse, afirmando na introduo que: Odesparecimento das ferramentas de nossa educao comum o primeiro passo para uma maiorignorncia do mundo de artefatos em que vivemos. E, de fato, uma cultura mecnica tem sedesenvolvido... na qual o objetivo esconder as obras, tornando muitos dos instrumentos dosquais dependemos todos os dias ininteligveis para a inspeo direta.

Essa passagem me lembrou duas coisas. A primeira que eu aprendi muito sobre metalurgiae marcenaria nos laboratrios do antigo colegial. Eu acredito que a eliminao dessas atividadesdo currculo escolar, lamentada por Crawford, um erro sistemtico de educao da maisalta ordem. A segunda que eu sempre considerei que estudantes do primeiro grau, sempreque possvel, devem ser levados para exposies do comrcio local, do mesmo jeito que elesdevem visitar o zoolgico ou um museu numa viagem de campo. Eu tenho visto muitas dessasfeiras, e os estudantes universitrios esto frequentemente no atendimento, mas eu acredito najuventude, os estudantes mais impressionveis podem se beneficiar igualmente com esse tipo de

exposio. Eu no tenho dvidas de que as amostras mais atraentes, as novas tecnologias e osmaiores e melhores equipamentos apresentados podem fascinar alguns jovens e influenciar suasfuturas escolhas de carreiras.

Para as ltimas dcadas, as tendncias educacionais na nossa sociedade tem focado napreparao dos jovens para empregos na emergente economia do conhecimento. Ao agir dessaforma, os chamados negcios foram amplamente ignorados, com alunos sendo direcionadosa programas de estudos que os levaram, e nossa sociedade, para longe das bases tradicionaisde produo. Isso no foi to ruim, mas os resultados dessa tendncia de retorno nos assustamquando ouvimos do dficit do comrcio exterior com pases emergentes que nos vendem bensque usamos para ns mesmos. Em parte, nossa crescente averso s ferramentas nos levou aexportar nosso padro de vida para aqueles que desejam trabalhar com as mos.

Como Crawford afirma: Uma queda no uso de ferramentas parece denotar uma mudanaem nosso relacionamento com nosso prprio material: mais passiva e mais dependente. E, defato, h cada vez menos ocasies para o tipo de sensao que provocada quando pegamos ascoisas com nossas prprias mos, seja para faz-las ou consert-las. O que as pessoas comunsum dia fizeram, hoje compram; e o que elas mesmas consertavam, substituem completamenteou contratam um especialista para consertar, cujo trabalho muitas vezes leva substituiocompleta do sistema s porque em algum minuto ele falhou.

Nosso distanciamento crescente dos onipresentes itens que usamos diariamente temperturbadoras consequncias a longo prazo. sintomtico do declnio da indstria nos EstadosUnidos e a razo dela ter dificuldade em encontrar boas pessoas para trabalhar.

Dean Peters,

Editor da Forge nos EUA
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artigo apresentado nesta edio, sobre a automao na Forjaria, meleva a algumas consideraes, e foi escrito nos Estados Unidos, mascomo em toda a cadeia de produo metalmecnica, as tecnologiasso semelhantes em todo o mundo. O que significa que um artigo

plenamente ajustado nossa realidade aqui no Brasil.

O que automao industrial? No dicionrio aprendemos que setrata de um conjunto de tcnicas e sistemas de fabricao, baseadoem equipamentos industriais, que apresentam capacidade de executartarefas tipicamente humanas, com sequncias de operao controladas,sem interveno do homem.

Tenho muitos anos de vivncia como vendedor de equipamentosno Brasil. Em geral equipamentos de alta tecnologia, com alto valor,importados ou j em desenvolvimento em nosso pas. Equipamentosdestinados a aumentar a produtividade, a qualidade dos produtos e,porque no, a qualidade de vida dos trabalhadores envolvidos com aoperao do equipamento.

Neste sentido me ficaram presentes as palavras do Sr. Jan Elwart,presidente do brao europeu da Bodycote e responsvel pela operaosul-americana, onde se enquadra a empresa Brasimet, controlada pelogrupo. Em recente entrevista a mim e publicada na revista IndustrialHeating, edio de Abril, o Sr. Elwart mostrava sua insatisfao coma tradicional forma com que so operados alguns equipamentos detecnologia trmica. Empresas com pouca iluminao, funcionriosmanuseando peas colocadas manualmente em algum equipamentotrmico, enfim, muita produtividade desperdiada. Sua sugesto melhorar estas condies, em que os empregados pudessem trabalharem ambientes bem iluminados, limpos, montando cargas em modernosdispositivos que seriam levados ento aos equipamentos, situados em

outro ambiente, operados de forma automatizada. Utopia?Pessoalmente pude verificar recentemente algumas operaes de

acabamento superficial em empresas metalmecnicas de distintossegmentos. Acostumado a enxergar com maior nfase os tratamentostrmicos e no somente de acabamento, fui surpreendido no quanto

ainda podemos melhorar em termos de automao industrial. Mesmoempresas de porte ainda dependem, e muito, de mo de obra emexcesso para algumas operaes manuais claramente substituveis demaneira robotizada. Por que no so? No estou falando de demisses,mas sim de melhor aproveitamento de uma mo-de-obra que pode serqualificada adequadamente.

Estamos em um ano eleitoral, e temos candidatos que por uma sriede razes no vo querer que o pas perca o seu grau de desenvolvimentoduramente conquistado. Temos PACs e muitos projetos em andamento.Porm a indstria ainda no foi convidada para esta festa. Aindaouvimos falar vamos esperar a Feira da Mecnica para ver como ficaapenas para citar o modismo, ou a esperana do momento. Se a festaque esto prometendo vingar, talvez a indstria possa pensar emautomao, liberando e treinando funcionrios hoje sub utilizados emoperaes mecnicas substituveis e por fim, criar uma melhorqualidade de vida dos mesmos.

Udo Fiorini,Editor da Forge no Brasil

Catlogos/Literatura Tcnica Divulgue Seu Material Produtos
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MAIO03-06 AISTech 2010 Pittsburgh, Pensilvnia - EUA

www.aist.org

11-14 Metal + Metallurgy China 2010 Transformao de Metal e Fornos Industriais

Beijing, China - www.mm-china.com

12-13 Wire Expo 2010Milwaukee, Wisconsin - EUAwww.wirenet.org

11-15 28 Feira Internacional da Mecnica

Parque de Exposies do Anhembi So Paulo, SP

www.mecanica.com.br

18-20 Expoalumnio 2010 Centro de Convenes Imigrantes - So Paulo,SP

www.expoaluminio.com.br

JUNHO09-11Aluminium China 2010 Shangai - China

www.aluminiumchina.com/newen

14-18Turbo Expo 2010

Glasgow - Reino Unido / www.asme.org

JULHO26-30 18THIFHTSE Congress

Rio de Janeiro, RJ www.abmbrasil.com.br

28-30 Mec Show 2010 Vitria, ES

www.mecshow.com.br

AGOSTO09-13 Febramec 2010 Caxias do Sul, RS

www.febramec.com.br

11-12 Moldes 2010 So Paulo, SPwww.abmbrasil.com.br

SETEMBRO

14-19 Metalurgia 2010 Joinville, SCwww.metalurgia2010.com.br

14-16 Aluminium 2010 Essen, Alemanha

www.aluminium-messe.com

28-30 Heat Treatment - 2010

Moscow, Rssia - www.mirexpo.ru

FORGING DAYCONVITE

Nos dias 9 e 10 de junho, a ABP Induction e a Prensas Schuler promovero um evento dedicado indstria de forjaria, sendo dois dias de palestras e debates voltados exclusivamente para osprofissionais da rea.

Neste evento ser apresentado o que h de mais moderno e inovador no segmento de forjaria,com o objetivo de demonstrar aos participantes como estas novas tecnologias, produtos e softwarespodem melhorar a produtividade e lucratividade de suas empresas.

Contamos com sua presena! Faa j a sua inscrio: as vagas so gratuitas e limitadas.

Prensas Schuler ABP InductionTel: (11) 4075-8472 Tel: (11) [email protected] [email protected]@schuler.com.br [email protected]

Informaes e inscries:

Data: 09 e 10 de junhoLocal: Planta da Prensas Schuler,localizada Av. Fagundes deOliveira, 1515 - Diadema/SP

Data e local: Apoio:
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Mdulo de otimizao automtica

do programa Forge 2009O produtor de sofware Transvalor, sediado na Frana, inorma que o

sofware de simulao digital em 2D e 3D para processos de orjamen-to Forge2009, de sua linha de produtos, agora oi incrementado com aintroduo do mdulo de otimizao automtica. Esta novidade pos-sibilita novas solues para o usurio ao permitir a anlise do espectrointegral de parmetros de uma maneira mais sistemtica e consistente.

A Transvalor inorma que no passado o usurio podia modificarpasso a passo os dados do setup, tendo como base o lanamento desrie de computao, e comparando os resultados obtidos com simu-laes prvias. Isto era muito trabalhoso e tomava muito tempo.

Agora, o setup dos dados para uma otimizao ficou mais cil. Anica tarea adicional necessria a da anlise preparatria para o pro-jeto de otimizao. O usurio tem de escolher um ou mais critriosa serem melhorados, escolher os parmetros que devem variar, bemcomo a gama de variveis possveis. O programa Forge lana autom-ticamente as sries de simulaes com a possibilidade de escolha deparmetros razoveis que possibilitem obter solues.

AAM fornece eixos para o VW AmarokAAM do Brasil, subsidiria da American Axle & Manuacturing

Holdings iniciou o ornecimento de eixos traseiros para o Ama-rok 2010, a nova picape cabine dupla, inicialmente lanada para omercado sul-americano pela Volkswagen do Brasil. Os novos eixos

de alta eficincia ornecidos pela AAM para o Amarok incorpo-ram os conceitos TracRite, Eletronic Locking Differential (ELD),juntamente com o mdulo de controle eletrnico de bloqueio dodierencial montado no chassis.Os eixos sero abricados nas insta-laes da empresa em Araucria no Paran.

Nos EUA, a AAM inaugurou uma planta em Lancaster, na Pen-silvnia, cerca de 75 quilmetros a oeste de Filadlfia. A brica de30.000 metros quadrados expande a capacidade de soldagem e demontagem de eixos para o mercado de caminhes comerciais classe8, com peso bruto superior a 16,5 toneladas. As instalaes de Lan-caster esto configuradas com exibilidade para executar operaesde volumes ordenados em trs turnos, seis dias por semana. De acor-do com a empresa a localizao geogrfica excelente, pois o centro-

sul da Pensilvnia ornece acesso para clientes-chave na regio.
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integrao da automao robtica com processos deforjamento um passo potencialmente importante

na maximizao da capacidade produtiva de forjados.Neste artigo, ilustraremos o processo realizado para se chegara deciso de automatizar uma linha de produo. No exemploque se segue, foi avaliada a necessidade de se adicionar um braorobtico a uma prensa de forjamento. Como ponto de partida,o engenheiro projetista teve que reunir e compilar uma sriede informaes bsicas sobre o processo. Informaes reais,tcnicas e comerciais, so essenciais para planejar o projeto deautomao, mesmo que o sistema seja desenvolvido em casaou por um qualificado integrador de sistemas robotizados. Emum estgio inicial, trs parmetros devem ser consideradosem detalhes: a(s) pea(s) que ser(o) produzida(s), o grau deinvestimento e as informaes referentes engenharia da plantade produo.

A Pea

A primeira etapa do processo de automatizao, que feita peloengenheiro projetista, consiste na identificao das peas que seroproduzidas ou famlias de peas similares com as quais o sistemaautomatizado dever trabalhar, assim como as metas de produodesejadas. Atingir ou exceder a estas metas ir servir como critrio

Jan Hutson

Rimrock Corp., Columbus, Ohio, EUA
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final de aceitao do desempenho do sistema automatizado. Esta meta a marca, que uma vez ultrapassada, significar que o projeto foiconcludo com sucesso. A candidata ideal para a pea, cuja produoser automatizada, que seja produzida em larga escala e adaptvel auma nica operao de forjamento. As informaes necessrias sobreesta pea devem ser:

Desenho da pea final e nmeros de identificao. Peso da pea final. Desenho das ferramentas. Tamanho e geometria do tarugo inicial. Tamanhos e pesos intermedirios e finais. Taxa de produo atual (volume/tempo). Descrio do processo atual, incluindo detalhes das etapas deproduo e a verificao dos tempos dos ciclos produtivos.

Quaisquer dados relevantes da qualidade dos forjados devem seradicionados ao processo de produo. Completo entendimento do processo de funcionamento da prensa eas possveis implicaes dos efeitos da automatizao neste processo. Dados relevantes sobre o processo. Peas atuais de cada etapa do processo.

O Investimento

Aps selecionar uma pea ou uma famlia de peas, o engenheiroprojetista deve determinar a viabilidade econmica daautomatizao do processo produtivo. Deve-se desenvolver umcronograma de investimentos que promova um real e aceitvel

retorno do investimento para a companhia. Este cronograma devedetalhar os custos/benefcios atuais e os custos/benefcios futuros,bem como o perodo aps automatizao que ser necessrio paraa companhia recuperar o custo investido nesta implementao.Embora este seja provavelmente o aspecto mais negligenciado nopotencial de um projeto de automao, ele em geral o fator decisivopela escolha ou no do processo. Esta etapa quando o bom sensoeconmico e a tecnologia se encontram, e o engenheiro poupartempo ao no escolher propostas inviveis economicamente e quetm pouca chance de obterem aprovao. O profissional deve estardisposto a discutir as informaes do projeto de modo integrado,mas no dever publicar essas informaes.

As informaes necessrias sobre o Retorno nos Investimentos(ROI) devem incluir:

Dados gerenciais de retorno de investimento. Cronogramas completos (atual e futuro) superestimados decustos (custo/hora). Utilizao atual do equipamento (uso/hora). Utilizao futura do equipamento com automao (uso/hora). Produo atual (volume/hora). Produo futura com a automao (volume/hora). Potencial de aumento da produo com a automao (volume/hora). Potencial de melhoria da qualidade promovida pela automao,

se houver. Recursos tcnicos (atuais e futuros) necessrios para manter aautomao. Futuras metas corporativas para as vendas.

Informaes da Engenharia da Planta

Uma vez que o engenheiro tenha determinado as peas e aviabilidade econmica, hora de comear a examinar emprofundidade os aspectos da engenharia do projeto. Neste ponto,informaes atualizadas e precisas so vitais para gerar umaplataforma na qual ser projetado o sistema de automao. Paratal, o engenheiro deve checar todas as dimenses chaves e verificar

a documentao que esteja associada com o equipamento existentee avaliar sua compatibilidade com o sistema de automatizao. Asinformaes necessrias da engenharia da planta devem incluir:

Informaes sobre os equipamentos de forjamento existentes, taiscomo o modelo, o nmero de srie e a capacidade de produo. Desenho da prensa mostrando elevaes, janelas de operao e asmatrizes de forjamento. Qualquer equipamento existente que possa ser ou no substitudopela automao. Fotos e/ou plantas do espao ao redor do(s) equipamento(s) deforjamento existente(s), mostrando sua(s) localizao(es), fossos,e equipamentos e processos de manuteno. Documentao completa dos controles dos equipamentos


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de forjamento existentes, incluindo-se dados atualizados doscontroles, programas controladores (CLP - Controladores LgicosProgramveis), instrues de operao e as interfaces de operao(IHM Interface Homem-Mquina), se houver.

Verificao das necessidades de manuteno de equipamentosexistentes anexos ao equipamento que ser automatizado, emespecial as ferramentas. Completo entendimento do processo de trabalho da prensa. Perodos provveis de instalao (Natal, frias, etc). Especificaes da planta.

Integrao do Sistema

Tendo compilado e organizado todas as informaes chaves do projeto, hora de determinar quem ir projetar, construir, instalar, iniciar aproduo e garantir o funcionamento do sistema de automatizao.A maioria das forjarias no dispem de recursos qualificados paradespender de centenas ou at milhares de horas de engenharia paradesenvolver um sistema completo de automatizao. O engenheirodo projeto deve focar na utilizao de servios de fornecedores deSistemas Robticos Integrados (SRI).

Cotaes O engenheiro dever produzir um Pedido Formal deCotao (PFC) de modo a comunicar as informaes efetivamentecompiladas para qualquer fornecedor. O PFC um documentosimples que deve conter informaes a respeito da pea e da planta

de engenharia (como mencionadas anteriormente) e servir paraenviar para diversos fornecedores de SRI e obter cotaes. Oengenheiro que enviar o PFC para os fornecedores deve estar aptoa interagir com eles e responder as questes a respeito dos sistemas.

importante observar que quanto mais completo e preciso for oPFC, menor ser o tempo para uma cotao precisa e maior ser aprobabilidade de sucesso do projeto.

O PFC deve conter documentos especficos que serviro comopontos de referncia ao longo da vida do projeto. Quanto maisse dedicar a isso, mais benefcios viro para o cliente e para ofornecedor. As informaes adicionais devem incluir:

O critrio de aceitao final Este o conjunto de critrios dedesempenho que faro com que o fornecedor selecionado busquecompletar o projeto. A habilidade de negociao do engenheiro farcom que o pagamento final do projeto esteja vinculado realizaodestes critrios. Cronograma preliminar principal Este cronograma atuaprincipalmente no perodo de instalao. O engenheiro deveconsiderar situaes realsticas e o sistema de entregas doscomponentes na planta, os quais devem levar no mximo seis mesespara chegar. Pressionar um fornecedor SRI para entregas rpidasdos componentes, por causa do clima ou de condies imprpriasde planejamento ou quaisquer outras razes, pode elevar os custos e
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possibilitar outros problemas. Termos comerciais Estes so os termos que sua companhiaestabelecer para realizar os gastos. Eles podem incluir os cronogramasde pagamento, necessidades para entregas, gastos com transportes e

fretes, gastos com cancelamentos e muitos outros tipos. Algumaflexibilidade nestes termos pode reduzir custos, pois os pequenosfornecedores SRI geralmente no conseguem financiar transaescomerciais por si s. Itens chave Estes no se encaixam nos itens tcnicos ou comerciais,como gerenciamento de aplicaes especficas, contratao deempreiteiras, licenas de trabalho, instrues de operaes, necessidadede treinamentos especiais ou quaisquer outras necessidades que facilitemo andamento geral do projeto.

Seleo dos Fornecedores SRI - O engenheiro de projetodeve considerar a reputao, estabilidade financeira e qualidadeseconmicas bsicas de cada fornecedor em potencial que recebera PFC. Uma visita a indstria do fornecedor uma boa idia. Portrs de um bom julgamento econmico, alguns conselhos tcnicospodem ajudar o engenheiro no processo de seleo. Estes conselhos,listados na ordem de importncia, so:

Capacidade gerencial do projeto Isto de suma importnciapara o engenheiro de projeto poupar esforos. Um bom gerentede projeto manter as comunicaes abertas e confiveis, e evitarconflitos durante a continuao do planejamento. A aceitao de pr-entrega com testes demonstrativos no fornecedor Esta etapa mostrar as funcionalidades bsicas do sistema antes doequipamento deixar o solo do fornecedor SRI. Todo bom fornecedor

SRI ansioso por promover uma demonstrao pr-entrega dosistema funcionando em sua fbrica, principalmente porque corrigirproblemas em casa significantemente mais barato do que fora.Esta demonstrao inclui comparaes com equipamentos antigos,simulaes de comunicaes com equipamentos intermedirios,verificao do tempo de ciclo e avaliao do desempenho. Istobeneficia ambas as partes para fazer com que o esforo seja tocompleto quanto economicamente vivel. Este esforo neste pontoir reduzir tempo e dinheiro aps a instalao do equipamento. Documentao completa e atualizada Esta em geral umaboa indicao do quo bom um fornecedor SRI. Uma boadocumentao no salva um projeto, mas, no entanto, falta de

documentao pode arruinar um projeto. Esta uma das melhoresqualidades para se procurar na etapa de seleo de fornecedores, e isto que bons fornecedores SRI esto sempre dispostos a demonstrar. Experincia na integrao de uma determinada marca de robs Esta puramente uma deciso econmica geralmente feita pelofornecedor SRI. A maioria dos fornecedores SRI foca em uma ouduas marcas de robs para integrar, por causa de suas experinciase de conforto. Pedir para um fornecedor SRI integrar uma marca derob diferente da que ele tem experincia pode aumentar seu custosou arriscar o sucesso do projeto. Experincia prvia em aplicaes para automaes de forjarias Isto importante, mas no uma necessidade. O que realmenteimportante que o fornecedor SRI entenda completamente oambiente de trabalho no qual seu sistema ir operar. Isto inclui as

condies fsicas e os aspectos culturais. Localizao geogrfica Este pode ser um fator decisivo na escolha,por causa da disponibilidade de suporte local. Suporte local podetrazer alguma segurana a mais no perodo logo aps a implantao.

Olhando para o Futuro

O engenheiro est agora pronto para aplicar as tcnicas degerenciamento de projetos de modo a produzir um projeto deautomao que efetivo operacionalmente e financeiramente.Embora cada detalhe que define um projeto de automao estejafora do escopo deste artigo, as informaes fornecidas devemajudar o engenheiro a completar com sucesso o projeto. inevitvelque o fornecedor SRI necessite de informaes adicionais com oandamento do projeto, e recomendvel ajudar a fornecer estasinformaes antes que elas se tornem um problema.
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iferente das prensas mecnicas e martelos, nas quais aenergia mecnica utilizada para causar movimento,as prensas hidrulicas utilizam fluidos para aplicar

presso a um cilindro hidrulico. Esta presso resultana movimentao do pisto hidrulico, sendo que a velocidadee a carga podem ser facilmente ajustadas por meio de umsistema de controle adequado. As prensas hidrulicas, em geral,operam com velocidades relativamente baixas se comparadasaos martelos e prensas mecnicas, o que permite que a taxade deformao da pea seja baixa. As prensas hidrulicasso equipamentos com fora limitada, sendo que os limitesde potncia e velocidade so funo do sistema hidrulicoempregado.

A figura 1 apresenta um diagrama esquemtico dasprensas hidrulicas, onde so apresentadas suas principaiscaractersticas. Na ilustrao, a presso hidrulica fornecida

parte superior da prensa, causando a movimentao para baixo

do pisto hidrulico e do cursor superior.

As prensas hidrulicas so adequadas para forjamentos depeas com ampla gama de formatos ou para extruses longas.Frequentemente, elas so tambm utilizadas para forjarmateriais que so altamente sensveis s taxas de deformao,como ligas de alumnio e de titnio. Como altas cargas podemser obtidas aumentando-se o tamanho do cilindro hidrulico,as prensas para forjamento de altas tonelagens so hidrulicas.As operaes de cunhagem a frio frequentemente so realizadasem prensas hidrulicas, pois no necessrio que haja rebarbade forjamento quando a prensa atingir sua carga limite. Elastambm so adequadas para o forjamento de ligas de altaresistncia, como as superligas a base de nquel. Finalmente, asprensas hidrulicas so utilizadas na maior parte dos forjamentos

isotrmicos j que o resfriamento no um fator relevante.


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A figura 2 mostra algumas peas tipicamente produzidas emprensas hidrulicas.

A figura 3 apresenta a fsica bsica de uma prensa hidrulica.Inicialmente utiliza-se a energia eltrica para ativar a bomba(superior esquerda), a qual pressuriza o fluido hidrulico.O fluido a alta presso armazenado em um reservatrio ouacumulador (superior direita). Quando solicitado o movimentoda prensa, uma vlvula de controle aberta e o fluido corre porum tubo em direo prensa. Estas vlvulas frequentemente socontroladas por computador, o que propicia uma alta precisona quantidade de fluido a alta presso que corre para a prensa(inferior esquerda). Quando o fluido pressurizado alcana aprensa, faz com que o pisto hidrulico se mova para baixo. Amatriz superior est acoplada ao pisto e durante a movimentao

para baixo ela entra em contato com a pea de trabalho (inferior direita). A energia armazenada no fluido pressurizado dissipadana forma de trabalho durante a deformao.

Devido dependncia do fluido pressurizado, as prensashidrulicas operam dentro de um envelope de energia. Esteenvelope de energia mostrado de forma esquemtica nafigura 4. Os eixos da curva traada so velocidade do pistohidrulico em funo da carga de forjamento. Para que a prensafuncione, os parmetros de velocidade e de carga precisampermanecer abaixo desta curva, ou seja, dentro do envelope deenergia. Nos extremos, a prensa s pode operar com mximavelocidade quando no h carga ou com mxima carga quando

no h velocidade (isto , uma prensa paralisada). Em operaesnormais, a prensa operar com velocidade constante e aumentoda carga conforme a pea de trabalho deformada. Se a cargaa esta velocidade alcanar o limite de energia da curva, a cargacontinuar a aumentar, porm com taxa decrescente. Estasituao mostrada na figura 4 (inferior).

A figura 5 mostra a simulao de um forjamento hidrulico.Perceba que este o mesmo tipo de componente simuladonos dois artigos prvios sobre martelos e prensas mecnicas.A velocidade do pisto mais alta durante a movimentaopela regio da abertura da prensa sem deformao na peade trabalho. Uma vez que o pisto entra em contato com a

pea de tra balho, a velocidade do pisto comea a desacelerar.Como a carga de forjamento aumenta, a presso de retornodo pisto diminui o fluxo do fluido hidrulico e resulta nadesacelerao do pisto. A mxima carga de forjamentoocorre no final do golpe quando a cavidade totalmentecompletada.

Cursor docilindro

Vlvula de controledo fluxo de fluido (emgeral, controlada porum computador)

Tanque dealta presso(acumulador)

Bomba

Pistohidrulico

Cursor de

movimento

Cursor dabase

A bomba alimentadapor energiaeltrica

Reservatrioou fluidocom altapresso

O fluido bombeadopor umtubo e umavlvula decontrole

Fluido hidrulico pressurizado completao cilindro e pressuriza o pisto hidrulico,resultando na movimentao do pisto eda matriz


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Controles e sistemas de acionamento das prensas hidrulicas

A presso do fluido da prensa hidrulica est tipicamente entre3000 e 6000psi, e, em geral, um valor constante dentro destafaixa. A vlvula de controle pode ser aberta ou fechada paramodificar o fluxo do fludo hidrulico, que est diretamenterelacionado com a velocidade da prensa. Quando a vlvulaest completamente aberta, a prensa se mover com a maisalta velocidade, sujeita as limitaes da curva de potncia. Oforjamento para uma posio ou espessura particular da pea

de trabalho pode ser feito fechando-se a vlvula de controle paraparar o fluxo de fluido. Em geral, o controle desta importantevlvula feito por computador, permitindo ao operador ajustara posio final e a velocidade por meio de um painel de controle.

H dois mecanismos principais para o sistema de acionamentodo fluido: o sistema de acionamento direto e o sistema deacionamento via acumulador. No sistema de acionamento

direto, o fluido escoa diretamente da bomba para a prensa.Com isso, a capacidade da bomba definir a potncia que aprensa pode produzir. Por exemplo, bombas com capacidadeinadequada podem resultar em sistemas com presso maisbaixa e em extruses longas no serem capazes de completar ogolpe. Em um sistema de acionamento via acumulador, o fluidopressurizado armazenado em um tanque, ou acumulador, comgs de nitrognio comprimido acima. Sistemas com acumuladorgrande so comuns quando a potncia necessria ultrapassa acapacidade da bomba. Em outras palavras, os acumuladoresso utilizados para armazenar energia um conceito similar ao

dos martelos ou prensas para parafusos. Quando a vlvula decontrole aberta, a quantidade disponvel de fluido pressurizado grande, e a bomba no precisa reabastecer o fluido durante ogolpe.

Progressos recentes nas prensas hidrulicas

Sistemas de controle avanados permitem que o operador tenha

Velocidade mxima (sem carga)

Carga de forjamento

Velocidadedopisto

Velocidadedopisto

Carga de forjamento

Velocidade mxima (sem carga) Limite de mximapotncia

Mxima carga (sem velocidade)prensa paralisada

Limite de mximapotncia

Mxima carga (sem velocidade)prensa paralisada

Prs

Elas podem ter golpes muito longos e uma considervel abertura, o que permite que sejam comumente utilizadas emaplicaes de extruso. A tecnologia de troca rpida de matrizes faz com que as prensas hidrulicas sejam ideais para ciclos curtos de produo. A presso mxima est disponvel durante o ciclo completo de forja So utilizados controles de velocidade sofisticados nas prensas hidrulicas para uma ampla faixa de aplicaes crticas de

forjamento em peas aeroespaciais. O carregamento completo (ou parcial) possvel por um tempo estendido.

Contras

As prensas hidrulicas raramente so utilizadas para peas planas ou forjamento de aos com flash (rebarba deforjamento) devido baixa velocidade e alto tempo de contato com a matriz.

Elas no so utilizadas quando so desejadas altas taxas de produo (como nas linhas automotivas que possuem altovolume de produo).

A velocidade do pisto hidrulico menor do que de outros equipamentos para forjamento. Isto faz com que o tempo de

contato da matriz com a pea de trabalho seja maior, causando maior refrigerao da pea.


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uma grande flexibilidade no uso da prensahidrulica. H sistemas disponveis quepermitem controles precisos durante a

deformao da pea de trabalho, tantoda velocidade, da posio, da carga deforjamento ou da taxa de deformaomdia. Trabalhos recentes na tecnologia demudana rpida da matriz de forjamentotambm propiciaram o aumento do uso ea flexibilidade das prensas hidrulicas. Odesenvolvimento de prensas hidrulicasde alta velocidade permite que elassejam utilizadas em uma ampla faixa deaplicaes.

Estruturas das prensas

Os principais tipos das estruturas dascarcaas de prensas so de projetos emhastes e de projetos em caixa. Os projetosem hastes utilizam duas ou quatro barrasredondas para guiar o pisto hidrulico e acarga. Isto limita a capacidade de carga forado centro da prensa. A maioria dos projetosem caixa utiliza partes fabricadas oufundidos para a guia do pisto hidrulico,mas continuam utilizando hastes para acarga. As principais caractersticas das prensas do tipo em caixacom hastes incluem: armao multicomponente; alinhamento

com chaves dos componentes da prensa; componentes anexadosas hastes pr-tensionadas; e mxima rea para guiar as cargasdescentralizadas. Existem estruturas do tipo em caixa em peanica, mas elas esto limitadas no tamanho.

Prensas hidrulicas mais lentas proporcionam um aumento dotempo de contato entre a matriz e a pea de trabalho, o que poderesultar em um desgaste mais elevado da matriz e em tempos deciclo mais curto, antes da cavidade perder a tolerncia. possvelque ocorram trincas superficiais no forjamento de metaisquando o tempo de processamento for longo. O resfriamento da

matriz pode influenciar o preenchimento da cavidade quandoas matrizes no so aquecidas de forma adequada.

As prensas hidrulicas so equipamentos populares para oforjamento. Elas so muito flexveis, especialmente quandoso utilizadas tcnicas de troca rpida de matrizes. Algumasprensas hidrulicas utilizam cilindros adicionais como puneshidrulicos adicionais ou ejetores mltiplos. Elas podem serprojetadas para produzir altas tonelagens e, se associadas commodernos computadores, podem ser controladas com grandepreciso. Elas so mais lentas se comparadas com outros tipos deequipamentos para forjamento, o que pode ser uma vantagem para

o forjamento de algumas ligas. Entretanto, isto aumenta o tempo

de contato entre a matriz e a pea de trabalho, potencialmenteproduzindo maior desgaste da matriz. Devido a sua fonte de

energia vir de um fluido pressurizado, elas operam dentro deuma faixa de velocidade e carga, ou seja, em um envelope deenergia.

Agradecemos ao Dale McCartney pelo fornecimento deinformaes utilizadas neste artigo bem como ao apoio dado aestes artigos pela Ajax Manufacturing Company, pela ForgingIndustry Association, pelo Forging Defense ManufacturingConsortium, pela Scientific Forming Technologies Corporatione epelo PRO-FAST Program. O PRO-FAST Program oferecido porum time dedicado de profissionais representando tanto o

Departamento de Defesa quanto a indstria. Estes colaboradoresesto determinados a assegurar que a indstria de forjamentoesteja posicionada para alcanar as mudanas do sculo 21. Osmembros chave da equipe incluem: R&D Enterprise Team (DLAJ339), Logistics Research and Development Branch (DLS-DSCP) ea Forging Industry Association (FIA).

Carga

Carga

Alta carga de forjamento

Baixa carga de forjamento

Alta carga de forjamento

Baixa carga de forjamento

Distncia de golpe Distncia de golpe
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t pouco tempo atrs, os resultados de uma boaprtica de tratamento trmico quando aplicadas amatrizes de forjamento se limitavam mediessubjetivas e experimentais. Se um item da ferramenta

falhasse prematuramente, responsabilizava-se o materialou o tratamento trmico e somente isso. Mas, por trs dosucesso ou falha de qualquer ferramenta de forjamento,

questionamentos podem ser feitos: O que determina uma falhaprematura? Como saber se as propriedades metalrgicas daspeas forjadas esto otimizadas? Quais segredos no processode tratamento trmico ajudam a assegurar a qualidade doforjado?

Sabemos que a maior parte das falhas ocorre devido aodesgaste, fadiga trmica ou trincamento. Se a ferramentatrinca, devemos faz-la mais dctil. Se o desgaste muitorpido, devemos faz-la mais dura. Como dirigente daAshland Precision Tooling (veja mais sobre a APT em quadroseparado), empresa prestadora de servios de fabricao,tratamento trmico e nitretao de ferramentas para o setor

de forjarias, procurarei definir e avaliar cientificamente oefeito do tratamento trmico na qualidade metalrgica doao ferramenta H13, para concluir como podemos melhorarnossos processos.

Como a maioria das melhores ferramentarias paraforjamento, conclu que necessrio que se inicie com umao certificado e de alta qualidade especialmente devido aincertezas em relao composio de certos aos presentesno mercado atual. Partindo-se de um bloco de ao H13 comqualidade, h muitas teorias sobre o tratamento trmico maisadequado. Entretanto, a maioria dos ferramenteiros concordaque o ponto mais significativo para a qualidade minimizaros nveis de austenita retida do material uma das causas

primrias de falha prematura da ferramenta.

Efeito do Tratamento Trmico na Austenita RetidaQuando a APT iniciou o tratamento criognico de peaspara alcanar maior estabilidade, percebemos que a austenitaretida podia ser medida em alguns laboratrios metalrgicosutilizando-se ensaios de difrao de Raios-X. Para a pesquisa queiniciamos neste ano, desenvolvemos uma variedade de cenriosde tratamentos trmicos com tmperas e revenimentos. Com

isto em mente, conduzimos uma srie de ensaios para obtermosum novo conhecimento sobre o potencial das melhores prticase definir os efeitos de tratamentos trmicos especficos. Nossoobjetivo era determinar o melhor caminho para otimizar aqualidade, eficincia e a relao custo-eficcia no nosso processode tratamento trmico.

Conduzimos um total de oito ensaios. Cada corpo de prova (2de dimetro por 2 de comprimento) foi retirado de uma mesmabarra do material e cada pea foi identificada com um nmero desrie. Cada pea seguiu uma rota e foi processada individualmentepara reduzir a probabilidade de erro. As peas eram todas domesmo tamanho e todas foram tratadas no mesmo forno forno

tipo cmara com atmosfera enriquecida com 0,65%C a 1010C.Todas as peas foram rapidamente temperadas em leo por 45segundos (uma prtica padro na APT para qualquer pea comseo maior que uma polegada). Depois da rpida tmpera, aspeas foram resfriadas at 90C.

At este ponto, todas as peas foram tratadas de forma idntica.Os efeitos nas variaes que se seguiram aps o tratamento comumforam ento observados como se segue:

Ensaio 1: Estabelecimento de um padro - Este ensaio objetivouo estabelecimento de um padro a partir do qual todos os demaisensaios puderam ser comparados. O nico processo posteriorde tratamento trmico que foi conduzido foi um revenimento a540C. Como esperado, este ensaio apresentou o teor mais alto de

austenita retida, que foi de 2,1%.

Steve Englet

Ashland Precision Tooling, Ashland, Ohio, EUA


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Ensaio 2: Efeito de um Segundo Revenimento Este ensaioobjetivou determinar o efeito de um segundo revenimento. Aamostra foi resfriada at a temperatura ambiente aps o primeirorevenimento e ento submetida a um segundo revenimento a540C. Como esperado, os resultados foram melhores, mas nosignificativos. A austenita retida medida foi de 2%.

Ensaio 3: Tmpera Normal em leo + Resfriamento Profundopor 24 horas Esta sequncia mediu os resultados de uma tmperaem leo convencional, resfriada at 90C e ento uma continuaoda tmpera com resfriamento at -73C em um freezer por 24horas. Aps este resfriamento profundo, a pea foi novamente

aquecida temperatura ambiente e revenida a 540C. Novamente,os resultados medidos foram melhores. A porcentagem de austenitaretida foi de 1,8%.

Ensaio 4: Tmpera Normal em leo + Resfriamento Profundopor 48 horas O ensaio 4 foi o mesmo que o ensaio 3, exceto pelofato de as peas terem sido deixadas no freezer por 48 horas. O teorde austenita retida foi de 1,5%.

Ensaio 5: Tmpera Normal em leo + Resfriamento Profundo por24 horas + Segundo Revenimento Este ensaio tambm foi muitosimilar ao 3, com uma segunda tmpera a 540C adicionada aps oresfriamento profundo por 24 horas. A austenita retida medida foi de1,6%.

Ensaio 6: Tmpera Normal em leo + Resfriamento Profundopor 48 horas + Segundo Revenimento Este ensaio foi realizadopara verificar se o tempo de permanncia a -73C produzia impacto.O ensaio foi idntico ao ensaio 5, exceto pelo fato de que as peaspermaneceram no freezer por 48 horas ao invs de 24 horas. Mais umavez, a quantidade de austenita retida foi um pouco menor, 1,5%.

Ensaio 7: Tmpera Normal + Resfriamento at 90C/Resfriamentoat -73C + 4 horas no Freezer O ensaio 7 mediu o efeito datmpera conduzida em nitrognio lquido. Neste ensaio, as peasforam temperadas rapidamente em leo, resfriadas at 90C e entoresfriadas at -73C por seis horas. Aps isso, as peas foram imersasem nitrognio lquido por aproximadamente 4 horas. As peas foramaquecidas at temperatura ambiente e ento revenidas a 540C. A

Ensaios para Austenita Retida


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austenita retida medida foi de 1,7%.

Ensaio 8: Tmpera Normal + Resfriamento at 90C/Resfriamentoat -73C + 4 horas no Freezer + Segunda Tmpera Este ensaio foi

projetado para verificar se um segundo revenimento faria diferenaquando as peas fossem submetidas a uma tmpera a -185C. Foiexatamente igual ao ensaio 7, exceto pelo fato da adio de uma segundatmpera ao final do processo. No houve diferena na porcentagem deaustenita retida em comparao com o ensaio 7, 1,7%.

Aps o quinto ensaio, os resultados comearam a indicar quea tmpera com resfriamento profundo tinha mais impacto que onmero de revenimentos. Com o resfriamento profundo, os nveisde austenita retida caram de 2,0 para 1,5% - uma reduo total de25%. Alm disso, os segundos revenimentos tiveram pouco efeito nareduo de austenita retida.

Interpretao dos Resultados

Apesar de aparentemente ser fcil concluir primeira vista que as peastratadas criogenicamente foram melhores do que aquelas que foramrevenidas ou revenidas duas vezes, ns pensamos que seria sensatotrazer algum de fora da nossa organizao para avaliar os nossosresultados. Ns pedimos a ajuda e opinio do Greg Denis, diretortcnico da Ellwood Specialty Steel. Ns demos a ele nossas amostras efizemos diversas perguntas chave:

Como a microestrutura das nossas oito amostras apareceram aomicroscpio?

Denis: Verificamos que todas as amostras apresentaram a mesmamicroestrutura ou muito similar. Todas as amostras continham grosmuito finos, estrutura homognea e todas elas so representativas de

uma austenitizao na faixa inferior de temperaturas de endurecimento.Todas as amostras apresentaram uma excelente tmpera com poucaou nenhuma precipitao de carbonetos nos contornos de gro. Nofoi observada nenhuma diferena visual associada pequena faixa deaustenita retida na matriz martenstica das vrias condies de ensaio.Finalmente, todas as amostras apresentaram microestruturas quepodem ser consideradas representativas de um tratamento trmicocom qualidade e resposta de muito boa a excelente.

As peas tratadas criogenicamente teriam melhor desempenho emservio?

Denis: O material e a microestrutura tratada termicamenteno sugerem qualquer economia real baseados no custo

adicional do tratamento criognico no que se refere a umamelhora antecipada do desempenho da ferramenta. Isto maisinfluenciado pelo fato de que se o tratamento trmico de base

for efetivo o suficiente, qualquer tratamento criognico seguintese torne desnecessrio. O que uma quantidade de austenita retida aceitvel, e,

quando ela comea a afetar o desempenho?Denis: Um teor de 2% de austenita retida estabilizada em um

ao H13 muito bom. Mesmo teores mais altos, como 4%, emgeral, no apresentariam problemas de desempenho na maioriadas aplicaes em matrizes de forjamento. Teores maiores deaustenita retida poderiam sugerir questes como um tratamentotrmico inadequado. Obviamente, 1,5% melhor, mas no significativo quando j se tem um nvel de qualidade com 2%.Todos estes ensaios foram de alguma forma esvaziados peloexcelente tratamento trmico de base deste programa, e, por

fim, ainda recomenda-se o duplo revenimento.

O que esta Pesquisa nos DizA maioria das operaes para fabricao de matrizes deforjamento no permitem identificar o teor de austenita retidapresente. Para ns foi encorajador, mas melhor ainda, perspicaz,perceber que o nosso teor de austenita retida estava 50% abaixodo aceitvel. Para qualquer operao na fabricao da matrizde forjamento desejvel ganhos na qualidade e economia noscustos, ter uma referncia nas suas ferramentas em fabricao, o primeiro passo. Minha recomendao que envie suas peasatuais para um laboratrio para uma anlise de difrao de

Raios-X e determine se o teor de austenita retida est acima ouabaixo de 4%.

Se, por um lado, os ensaios no ao ferramenta apresentaremteor de austenita retida abaixo de 4%, as peas talvez estejamsendo super-tratadas e talvez haja a oportunidade de examinaro processo para abaixar os custos. Se, por outro lado, os aosferramenta apresentarem teores de austenita retida acima de 4%,talvez seja importante explorar tcnicas como a tmpera criognicaou a tmpera em leo.

Nossa pesquisa mostrou uma queda de 25% no teor deaustenita retida utilizando tmpera criognica. Entretanto, se o seutratamento trmico e tmpera iniciais forem feitos adequadamente,

provavelmente ele no ser necessrio.Finalmente, para aqueles que esto curiosos para saber como aAPT conseguiu teores de 2% de austenita retida, eu acredito que osfatores chave so o nosso mtodo de tmpera em leo associadocom o tratamento de peas em banhos com tamanhos similares. Osensaios que conduzimos foram em tamanhos de banhos idnticos,o que permitiu o desenvolvimento de tempo e temperatura timosque no tratem insuficientemente peas grandes ou que tratemdemais peas pequenas.

Sobre a Ashland Precision Tooling

A APT a maior ferramentaria independente da Amrica

do Norte. A empresa se distingue pelo seu controle inter-

no total do processo de fabricao da ferramenta desde a

compra da matria prima at as operaes de acabamen-

to, incluindo o tratamento trmico. A empresa tem uma

planta de 5.000 m2em Ashland, Ohio, EUA, que j produ-

ziu mais de 30.000 ferramentas para forjamento a quente

e deformao a frio. A APT tem entre 40 a 50 funcionrios,

com uma mdia de experincia em ferramentaria que ex-

cede 20 anos.
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xistem diferentes mtodos aproximados, tanto analticos

quanto numricos, para analisar as operaes de forja-mento. Nenhum deles exato, em funo das hiptesesassumidas no desenvolvimento do modelo matemtico e

dos dados de entrada, a exemplo curva de escoamento do materiale coeficiente de atrito. Os mtodos numricos por simulao com-putacional apresentam os melhores resultados, porm h um custoelevado devido aos recursos computacionais (software e hardware)exigidos.

O objetivo deste artigo avaliar a predio da fora de forjamentocalculada pelo mtodo numrico atravs do programa de simulao

Simufact.Forming 9.0, tendo como referncia a fora experimental

de forjamento de duas peas aleatrias, forjadas na liga Ti-6Al-4V,obtida por uma clula de carga acoplada a prensa.

Procedimento Experimental

Peas de trabalho

As peas escolhidas para estudo foram um flange da liga Ti-6Al-4V,cuja aplicao original a indstria de extrao e transporte de pe-trleo e uma polia, da mesma liga, destinada a indstria automoti-va de alto-desempenho. Neste trabalho, as peas foram forjadas em

Eng Diego Rodolfo Simes de Lima - UFRGS, Rio Grande do Sul

Eng Alexsandro S. Moraes - UFRGS, Rio Grande do Sul

Prof. Dr. Ing. Lrio Schaeffer - UFRGS, Rio Grande do Sul


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escala reduzida, com o objetivo de servir de prottipo para futurosprocessos em ritmo industrial. Na Figura 1 podem ser observados os

modelos geomtricos tridimensionais do flange e da polia utilizadoscomo moldes para as cavidades das matrizes.

Modelagem Numrica

Na simulao do forjamento a quente, inicialmente foi estipula-do o resfriamento do tarugo por 10 segundos, que aproximada-mente o tempo de transporte do forno at a matriz. Na sequncia,procedeu-se a simulao do forjamento propriamente dito. Ambosos processos foram modelados no programa comercial Simufact.Forming 9.0, utilizando o mtodo dos elementos finitos. Visandoreduzir o tempo computacional, foi realizada uma anlise axissim-trica do processo, sendo isto possibilitado pelas matrizes e o tarugoapresentarem geometria de revoluo em torno do mesmo eixo. A

malha de elementosfinitos foi geradaautomaticamentepelo programa, cal-culando o tamanhode elementos maisadequado para asimulao. A Figura2a ilustra o modelode elementos fini-tos para a anlisedo flange e a Figura

2b para a anlise dapolia.

As propriedadesda liga de titnioTi6Al4V foram inse-ridas no modelo desimulao utilizan-do o material dis-ponvel no banco dedados do Simufact.Materials, conformepode ser visto na Fi-

gura 3. As matrizesforam configuradasrgidas, assim, no necessrio especifi-car material para asferramentas.

Os parmetros doprocesso foram configurados de acordo com o processo fsico, sendo:

Coeficiente de Atrito = 0,3 Velocidade da Prensa Hidrulica = 7 mm/s Coeficiente de transferncia de calor por contato = 5000Watt/(m*K) Temperatura das matrizes = 300C

Temperatura inicial do tarugo = 980C

Anlise Experimental

Neste trabalho foram utilizadas duas barras de liga de titnio, apre-sentando dimetros de 40mm e 50mm, para o forjamento do flan-ge e da polia, respectivamente. Estas barras foram seccionadas demodo a obter uma altura de 33mm e 25mm, referentes, em ordem, flange e polia. A liga de titnio escolhida foi a Ti-6Al-4V, a qualconsiste em uma liga de titnio , com temperatura de transfor-

mao beta entre 979 e 1007C. As peas foram forjadas em matrizfechada, onde na Figura 4 pode se observar um esquema do ferra-mental de cada pea conformada.

Para lubrificar os tarugos e as matrizes, foi utilizado o AerodagG, da empresa Acheson, tratando-se de um lubrificante aerossol degrafite coloidal com lcool isoproplico atuando como veculo. O lu-brificante foi pulverizado sobre os tarugos temperatura ambiente.Aps a secagem do lubrificante, formou-se uma camada invlucrade grafite.

Depois de lubrificados, os tarugos foram aquecidos por 30 minu-tos a aproximadamente 980C em um forno eltrico. O tempo detransporte destes do forno para a prensa foi de aproximadamente 10

segundos, obtendo-se uma temperatura inicial de forjamento de


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950C. As temperaturas, do forno e das matrizes, foram medidasatravs de um termopar tipo K conectado a um multmetro digi-tal. As matrizes foram aquecidas com dois maaricos de GLP at

o momento do forjamento. Os maaricos foram apagados, a ma-triz foi pulverizada com o lubrificante e em seguida foi medidaa temperatura da matriz, registrando aproximadamente 300C.

O forjamento foi efetuWWWWado em uma prensa hidrulicaFKL com capacidade de 750 toneladas, com uma velocidadede ferramenta de aproximadamente 7mm/s. Os dados defora de prensagem foram adquiridos por uma clula de cargacom capacidade de 400 toneladas, enquanto que os dados dedeslocamento da prensa foram obtidos por um extensmetroLVDT T50. Ambos os equipamentos foram acoplados ao sistemade aquisio de dados Spider8 e para registrar os dados foiutilizado o software Catman Express. A aquisio de dados foi feita

com uma frequncia de 10Hz.

Resultados e Discusses

A Figura 5 apresenta a temperatura e o preenchimento da cavidadeda matriz no final da simulao do processo de forjamento do flan-ge. Pode se observar na Figura 5 (a) que as regies mais externasda pea, que esto em contato com a matriz durante o processo deconformao, perdem maior quantidade de calor em comparaocom o ncleo das peas. Essas perdas so amenizadas nas regiesreferentes aos bordos e rebarba do flange devido ao incremento detemperatura que vem da maior deformao registrada nestes locais.Na Figura 5 (b) evidenciado o completo preenchimento da cavi-dade da matriz, fornecendo peas conforme a geometria esperada.

De maneira homloga, a temperatura e o preenchimento da ca-vidade da matriz no final da simulao do forjamento da polia es-


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to ilustrados na Figura 6. Assim como na conformao do flange, noprocesso de deformao da polia pode se perceber uma perda maior detemperatura nas regies extremas da pea, sendo compensadas parcial-

mente nas regies de mais deformao plstica. Tambm na simulaoda polia se obtm um completo preenchimento da cavidade da matriz.A Tabela 1 apresenta a carga de conformao medida experimental-

mente em contraste com a carga obtida pela simulao numrica com-putacional do processo. apresentada ainda a diferena relativa entreos valores.

A diferena obtida na simulao do flange superestimou a fora emaproximadamente 20 toneladas, representando uma discrepncia de6,5%. No caso da anlise do processo de produo da polia, a diferenaencontrada foi menor, situando-se em 4 toneladas, ou seja, 2,1% de su-perestimao da fora.

Esse erro considerado pequeno para os processos em questo e es-to associados principalmente aos dados de entrada, os quais foram ob-

tidos de dados bibliogrficos e bibliotecas do software. Atravs de dadoslevantados experimentalmente, referentes as condies de processo ecaractersticas especficas dos materiais empregados, um resultado ain-da mais preciso pode ser obtido.

Concluses

Neste trabalho ficou evidenciada a eficincia da tcnica de simulaonumrica computacional para predizer resultados prticos do processo

de conformao de peas em liga de titnio.A aproximao obtida foi de 6,5% no processo de obteno do flan-

ge e de 2,5% no processo da polia, ambas superestimando o resultadoprtico experimental.

O erro obtido se deve principalmente a utilizao de dados de entra-da obtidos em bibliografias e banco de dados de software, podendo serminimizado ainda mais se utilizados dados experimentais especficosdo processo.

Por fim, a simulao numrica computacional apresentou resultadoscorretos quanto predio de preenchimento de cavidade da matriz, de

onde se obteve peas com completa sanidade geomtrica.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvi-mento Cientfico e Tecnolgico (CNPq) pelo apoio financeiropara o desenvolvimento deste trabalho. E Simufact-AmericasLLC pela disponibilizao do programa de simulao Simufact.Forming 9.0.


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e acordo com o censo do departamento decomrcio dos EUA, em 2006 existiam 425 firmasno pas, que forjavam tanto aos como ligas no-ferrosas. As forjarias de no-ferrosos contavam

com um total de 16% deste total. Dentro desta classificao deno-ferrosos, o alumnio era o metal mais comumente forjado.

Diversos fatores tornam o alumnio mais popular naindstria do forjamento. Ele o metal mais abundante nacrosta terrestre e extremamente resistente corroso. O

alumnio forjado oferece uma razo resistncia/peso altamentevantajosa. O alumnio e suas ligas podem ser forjados em umagrande variedade de formas. As peas forjadas variam de algunsgramas, como as utilizadas nos equipamentos para escalada,at muitas toneladas, como para as vigas utilizadas em avies.O baixo limite de escoamento do alumnio tende a ser maisfcil para forjar que o ao, enquanto que as ligas endurecveiscomo a 7075 necessitam de elevadas presses. Outro pontochave do forjamento do alumnio que as matrizes podemser aquecidas a mesma temperatura que a pea de trabalho demodo a minimizar a transferncia de calor para as matrizes.Enquanto isso, oferecem uma vantagem em termos do projetodas matrizes e grandes desafios na formulao dos lubrificantes.

O forjamento de outras ligas no-ferrosas oferece

desafios completamente opostos em termos de facilidade demovimentao do metal, como o lato e o titnio. Forjadosde lato so utilizados em inmeras indstrias incluindoarquitetnicas, automotivas, de sade e militares. O lato, umaliga de cobre, tipicamente forjado em prensas mecnicase um ou dois golpes j na matriz final. Como o material mais facilmente forjado que ligas ferrosas ou as demais no-ferrosas, um grande nmero de detalhes frequentementeincorporado na matriz final. Isto impe uma dificuldade que

a formulao do lubrificante permita que ocorra suficientemovimentao do metal para que este preencha a matrizsem se acumular na matriz. O acmulo de lubrificante namatriz gera um preenchimento incompleto desta pelo metal.A menor quantidade de acmulo frequentemente resultana eliminao dos detalhes no estgio final do forjamento.A raspagem dos detalhes na ferramenta resulta na completaremoo dos detalhes. Outro problema advindo da escolhade um lubrificante inadequado para o forjamento que omesmo se incorpore parte interna do forjado. Isto somenteidentificado na inspeo da peas forjadas.

Outro metal no-ferroso, o titnio, mais difcil paraforjar que o lato e o alumnio, e apresenta mais desafios no

desenvolvimento de lubrificantes. O titnio oferece a mais


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elevada relao resistncia/peso de todos os metais. Sua bio-compatibilidade o torna uma excelente escolha para prteses

de reconstruo de ossos assim como para implantes dentrios.Ele utilizado extensivamente para aplicaes aeroespaciais,onde seu alto custo compensado pela sua resistncia,densidade e resistncia corroso.

Uma das ligas mais comuns de titnio Ti-6Al-4V (6% dealumnio e 4% de vandio), necessita ser aquecida entre 870-980C para ser forjada. A temperatura da matriz mantidaentre 200-260C para pequenas operaes de forjamento emprensas mecnicas. Para peas grandes forjadas em prensashidrulicas, as matrizes so aquecidas entre 420-510C.Adicionalmente a lubrificao na prensa, um revestimento devidro usualmente feito sobre a pea de trabalho de formaa limitar a exposio ao oxignio e nitrognio durante o

aquecimento. Para o forjamento de ligas de titnio paraaplicaes nucleares, existem ainda restries de quais tipos decompostos podem ser utilizados como lubrificantes.

Muitas outras aplicaes de no-ferrosos existem, incluindo-se magnsio, berlio, tungstnio e ligas de nquel. Existe umasobreposio na formulao dos tipos de lubrificante para osdiversos metais no-ferrosos. O lubrificante para forjamento aplicado nas matrizes e deve ser consumido durante a operaode forjamento para prevenir o acmulo nas matrizes. Assim, atemperatura da matriz e da pea de trabalho, so elementoschave na formulao dos lubrificantes. A natureza da pea detrabalho ou o tipo de liga a principal preocupao quando

so aplicadas restries qumicas.

Histria do Lubrificante de Forjamento

Antigamente os lubrificantes para forjamento de no-ferrososconsistiam principalmente de leos minerais, pigmentos dechumbo ou detergentes com graf ita. Naftenato de chumbo, emcombinao com grafita, podia ajudar a forjar as mais difceise complexas geometrias. O leo mineral era utilizado paraajustar a viscosidade e a concentrao destes aditivos. Grandesnuvens de fumaa eram comuns mesmo no forjamento embaixas temperaturas em prensas mecnicas. Em elevadastemperaturas e em prensas hidrulicas chamas cobriam a reada prensa. A caracterstica que predominava era o aroma docede sabo de chumbo. Mesmo com o aumento do conhecimentogeral e do crescente interesse sobre a toxidade do chumbo,

um grande esforo foi necessrio para substitu-lo comolubrificante de forjamento. A resistncia veio do fato de quedetergentes alternativos no forneciam a mesma movimentaodo metal que os baseados em chumbo, alm do odor do novolubrificante ser mais ofensivo que o de chumbo. Alm daelaborao de um lubrificante adequado para substituio dochumbo, a reeducao da fora de trabalho era necessria paraganhar aceitao. Hoje, o chumbo foi totalmente substitudonos lubrificantes comercializados nos EUA.

Enquanto os lubrificantes se tornaram menos nocivos aomeio ambiente e a sade dos trabalhadores, os que eram abase de leos ainda geravam riscos pela fumaa e incndios.

Os lubrificantes a base de grafita e gua foram desenvolvidospara permitir a eliminao dos base de leo, ao menosnas aplicaes pequenas em prensas mecnicas. Dispersescoloidais de grafita em gua invadiram o mercado tanto paraforjamento de ferrosos quanto de no-ferrosos em prensasmecnicas. O forjamento de metais no-ferrosos maisexigente e necessitava de mais aditivos quando comparado aoslubrificantes oferecidos para os metais ferrosos.

Os forjadores aprenderam a criar suas prprias misturas delubrificantes. Diversas receitas de lubrificantes incorporavamgrafita coloidal, na qual cera era adicionada. De modo amelhorar a movimentao do metal, detergentes tambm

eram adicionados. Para reduzir a movimentao para umaoperao de recalque, foi adicionado o brax. Em operaesde grande dificuldade, sais podiam ser adicionados parafacilitar o escoamento do metal. Outro truque era adicionarsoda custica para um ataque qumico que escurecia a pea detrabalho. Os forjadores tinham orgulho de suas habilidades emcriar o perfeito lubrificante para um trabalho onde o prximoturno teria problemas. A troca de informaes era feita a travsde esforos individuais. Os lubrificantes eram, portanto,necessrios e deveriam ser melhorados e at hoje apresentamum elevado nvel de desempenho.

Lubrificantes para Prensas Mecnicas

Os lubrificantes base de grafita ainda so a preferncia


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dos forjadores de no-ferrosos. A velocidade de uma prensamecnica diminui a necessidade de lubrificantes com respeito

ao coeficiente de atrito. Os lubrificantes para estas prensas sofrequentemente diludos com gua para uma concentrao detrabalho da ordem de 2-5% de slidos. A liga utilizada nestasoperaes aquecida at uma temperatura em que se tenhavantagens da forjabilidade do metal. Os lubrificantes slidosso os mais importantes no mecanismo de lubrificao.Normalmente utilizada a graf ita, mas algumas vezes pode sero bissulfeto de molibdnio, ou menos utilizado, o nitreto deboro. As principais diferenas entre estes lubrificantes slidosso o custo e a cor. O mais caro o nitreto de boro que umcomposto branco. O bissulfeto de molibdnio preto e custacerca de 20 vezes mais que a grafita, que tem cor entre cinza epreto dependendo da morfologia das partculas. O Grfico 01

mostra a relao entre a temperatura e o coeficiente de atritopara estes materiais.

A grafita e o bissulfeto de molibdnio so excelenteslubrificantes abaixo de 400C. Acima de 400C, o nitretode boro apresenta melhor desempenho. Estas propriedadessomente podem ser observadas no forjamento de superligasonde as temperaturas e os preos dos materiais permitem seuuso. O bissulfeto de molibdnio praticamente igual a grafita,mas tem a vantagem de atuar como lubrificante sob condiesde vcuo, quando a grafita no atua.

Obviamente, os lubrificantes slidos e a gua no so capazessozinhos de prover toda a lubrificao para o forjamento

de metais no-ferrosos. Ligantes so utilizados para segurara grafita nas superfcies das matrizes de forjamento. Osligantes incluem ceras, sabes, amidos, polmeros e compostosformadores de vidros. Outros aditivos incluem modificadoresda lubricidade, aditivos para presses elevadas, agentesminerais para separao, agentes de viscosidade, promotoresde adeso, ativadores superficiais e biocidas. De um interesseparticular, so os aditivos para presses elevadas que ajudam aprevenir o desgaste pela formao de uma camada de reao nasuperfcie da matriz. Estes materiais apresentam incluso de

enxofre, cloro, zinco e fsforo. As regulamentaes das agnciasgovernamentais tm eliminado em muitas reas o uso de zincoe de cloro. O enxofre restrito a aplicaes aeroespaciais emetais amarelos, e o fsforo a aplicaes nucleares.

A formulao dos lubrificantes tem sido forada a ser cr iativae a elaborar novos candidatos para as operaes de for jamento.Os lubrificantes sintticos sem grafita tm sido utilizados noforjamento de metais ferrosos h dcadas. O mesmo agora

real para o segmento de no-ferrosos. Estes novos sistemasde lubrificao fazem um timo trabalho e foram utilizadosprimariamente em pequenos trabalhos sem necessidade demovimentao intensa do metal. A vida das matrizes notem sido comprometida, e os custos de manuteno tm sidoreduzidos. Uma lista interminvel de aditivos constantementeofertada aos fabricantes. Os formuladores tm sido forados apesquisar pequenas alteraes dos compostos existentes bemcomo verificar novos compostos ainda no testados, de modo aencontrar sinergias e solues para o problema da lubrificao.

Lubrificantes para Prensas Hidrulicas

As prensas hidrulicas operam sob grandes cargas, entre 5.000e 50.000 toneladas de fora. O movimento lento da prensaexige muito do lubrificante. A grande ao do lubrificante depositar um filme sobre as matrizes que operam entre 370Ce 430C com revestimentos base de gua. Os lubrificantes base de leo ainda tm sido utilizados para trabalhos pesados.Nesta temperatura incndios so comuns e causa fumaa. acombusto incompleta dos leos que resultam em problemasambientais e na gerao de Compostos Orgnicos Volteis(COVs). As regulamentaes dos governos tm impostomaior controle nas emisses dos COV, o que tem foradoas companhias a capturarem 100% dos efluentes gasosos outestar mtodos alternativos.

Os lubrificantes base de gua podem eliminar este problema


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para uma variedade de aplicaes no forjamento de metaisno-ferrosos. De modo a prover a lubrificao necessria, os

revestimentos base de gua necessitam ter os componentesdos lubrificantes base de leo. Isto pode ser obtido atravsda emulsificao de certos aditivos do sistema base de leoe compostos alternativos para os outros ingredientes vitais.As alternativas solveis em gua so as mais desejveis, masisto no possvel com certos aditivos. As formas slidas dosingredientes, incluindo-se polmeros, podem ser dispersas emps em um ambiente aquoso. Sem os ativadores superficiais eligantes prprios, um revestimento base de gua pulverizadosobre a matriz de forjamento a 430C pode evaporar-se dasuperfcie sem que haja qualquer formao de depsitos.

Os lubrificantes base de gua no so diludos, como osprodutos para as prensas mecnicas. O contedo dos compostos

no-volteis est entre 20 e 25%. O revestimento deve ter,portanto, uma excelente estabilidade e uma viscosidade quepermita fcil pulverizao. Uma vez desenvolvidos, o desafiodos lubrificantes passar a ser as suas aplicaes. Os sistemas base de leo so completos em suas aplicaes, visto que elesescoam para todas as reas das matrizes. Um revestimento base de gua forma um depsito somente onde pulverizado.A gua evapora imediatamente, e no h escoamento na

superfcie da matr iz aquecida. Adicionalmente, o revestimentono deve endurecer, forando a parada do trabalho e a limpeza

das cabeas de pulverizao.

Futuro

Os lubrificantes base de gua so, e continuaro a ser,utilizados com sucesso na indstria de forjamento de metaisno-ferrosos. As regulamentaes governamentais um dia iroproibir o uso de lubrificantes base de leos. Os forjadoressero forados a se adaptar a novos lubrificantes e sistemas delubrificao. Os fabricantes de lubrificantes portanto teroque desenvolver novos compostos e frmulas que tenhamdesempenho e estejam em acordo com as condies depoluio zero. Enquanto os desafios so muitos, asoportunidades, assim como o desejo por mudanas existe, e

guiam estas aes.
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energia elica no Brasil j uma realidade, atestada pelas re-centes medidas do governo federal, que vo desde implantaode parques e leis de incentivo que estabelecem a produo na-

cional dos aerogeradores e linhas de financiamento para pesquisa, assimcomo o grande investimento de empresas estrangeiras em 2009 no Brasilpara produo de aerogeradores.

O desenvolvimento de tecnologia para fabricao de aerogeradorespassa por alm depesquisa em eficin-cia e capacidade degerao de energia,

mas tambm porconsiderar um as-pecto construtivo desuma importncia: aaltura (Figura 1). Osgeradores de alta po-tncia (5MWATTS)chegam facilmente a100 metros de alturaou mais, sendo quea transformao domovimento das psem energia demanda

de peas robustascapazes de supor-tar grandes solici-taes mecnicas.

Estes sistemasmecnicos, com-postos de peascomo eixos engre-nagens e mancais,como pode servisto na Figura 2,

so responsveispor grande partedo peso total doaerogerador e porsi fatores crticosde projeto.

Estas peas de grande peso so normalmente fabricadas porforjamento em matriz aberta ou laminao (figura 3), atravs dadeformao plstica do metal. Tal deformao, empregada no for-jamento, possibilita a quebra da estrutura dendrtica provenientedo estado bruto de fuso, conferindo a pea fabricada proprieda-des superiores se comparado a outros processos de fabricao comofundio e usinagem.

Eng Gianpaulo Alves Medeiros - UFRGS, Rio Grande do Sul

Prof. Dr. Ing. Lrio Schaeffer - UFRGS, Rio Grande do Sul


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Perspectivas

Embora o forjamento e a laminao sejam

to antigos e amplamente dominados, a bus-ca da reduo de peso das peas dos sistemasmecnicos dos aerogeradores sem perda deeficincia traz novamente tona o interessena pesquisa em forjamento no Brasil e empases que buscam alto-suficincia neste se-tor to promissor. Sobretudo a pesquisa nes-ta rea, tanto na indstria como no meio aca-dmico (universidades e institutos de pesqui-sa), concentra-se no forjamento de materiaisde alta resistncia e controle de processo defabricao que possibilite a predio do esta-do macroestrutural final da pea e por con-

sequncia a garantia das propriedades mec-nicas, alm da obteno de formas forjadasmuito mais prximas da geometria final dapea (near-net-shape). Estes requisitos, semdvida, exigem a anlise mais refinada daspropriedades metalrgicas das ligas e dos pa-rmetros de processo.

No desenvolvimento de pesquisa aplicada,tanto no caso de tecnologia em aerogera-dores como em outros casos, a aplicao demodelos para descrever matematicamenteo comportamento dos materiais requer alto

nvel de conhecimento das particularidadesde cada processo. Nestes casos a simulaonumrica pode auxiliar na obteno de peascom os requisitos apontados pela indstriade energia elica de maneira rpida (Figura3). Atravs da simulao numrica possvelpr estabelecer as variveis responsveis pelaspropriedades mecnicas finais da pea: a for-a e a energia de forjamento ou de laminao,o fluxo de material, a recristalizao dinmicae tamanho final de gro. Apesar da aparen-

te simplicidade, os modelos envolvidos para

realizao de uma simulao envolvem umasrie de experimentos para caracterizao docomportamento do material nas condiesde forjamento como, por exemplo: atrito en-tre o par tribolgico matriz/pea, curvas dedeformao na faixa de temperatura de forja-mento, caractersticas e parmetros trmicose simulao de modelos fsicos.

Apesar de no ser uma ferramenta nova, asimulao numrica computacional tempouca presena nas empresas brasileiras, es-

tando mais difundida nas universidades e

institutos de pesquisa, onde a infraestruturapara realizao de experimentos no rara-mente maior. Neste contexto, as empresasque optam pelo desenvolvimento tecnolgi-co como ferramenta de crescimento e dese-jam estar aptas a atender um mercado toexigente, como o mercado de Energia, devemfaz-lo atravs de parcerias com Universida-des e institutos de Pesquisa, haja vista as in-meras modalidades de financiamento gover-namental atualmente dispostas. Em contra-partida, o governo brasileiro almeja o desen-

volvimento da indstria nacional por meioda auto-suficincia na produo de aerogera-dores contando com a reduo da emisso depoluentes possibilitada pela energia limpa. Asperspectivas da energia elica para 2010 somuito boas, indicando um significativo au-mento da porcentagem de energia elica noBrasil, com rumo traado nacionalizaoda tecnologia de fabricao de aerogeradorese bons ventos para indstria metal-mecnica.No obstante as Universidades e Institutos dePesquisa ligadas ao tema tero novos e gran-des desafios pelo menos para os prximos 5

anos.


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