Universidade Federal do Paraná Curso de Engenharia Industrial Madeireira ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS I ATAT-096 Dr. Alan Sulato de Andrade [email protected] MATERIAIS MATERIAIS INTRODUÇÃO: Sempre que há a necessidade da construção de um elemento orgânico de máquina haverá a necessidade da utilização dos materiais. Devido a grande disponibilidade de materiais, um estudo detalhado das opções deve ser considerado. MATERIAIS INTRODUÇÃO: Qual material deve ser escolhido? Projeto de uma garra para movimentação de toras de madeira MATERIAIS INTRODUÇÃO: MATERIAIS INTRODUÇÃO: MATERIAIS INTRODUÇÃO: O conhecimento aprofundado destes materiais se assim torna indispensável. Dentre os principiais materiais utilizados estão: Não-metálicos, Metálicos. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: Sua utilização vem aumentando muito nos últimos anos. As principais vantagens buscadas são, baixo peso, resistência a corrosão, resistência a alta temperatura, resistência dielétrica e relativa facilidade de fabricação. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: O custo pode variar muito comparado aos metais. Existe basicamente três categorias gerais de materiais não-metálicos de interesse geral: Polímeros, Cerâmicas, Compósitos. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS A palavra polímero significa “muitas partes”. Os polímeros são moléculas orgânicas de cadeias muito longas baseadas em moléculas de carbono. Podendo ser naturais ou artificiais (sintetizados). MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS Exemplo da distribuição das cadeias que formam um polímero MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS NATURAIS São os polímeros encontrados na natureza, não havendo a intervenção do homem na sua síntese. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS NATURAIS Lignina Celulose Madeira, material orgânico composto basicamente por celulose e lignina, ambos polímeros naturais. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS NATURAIS Outros polímeros naturais: Cera, Borracha natural, Proteínas. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS ARTIFICIAIS Grande parte dos polímeros utilizados hoje nos projetos são sintetizados pelo homem. Suas propriedades podem ser feitas sob medida em uma larga faixa por copolimerização com outros compostos ou pela formação de ligas com dois ou mais polímeros. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS ARTIFICIAIS Produção de Polietileno a partir do petróleo MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS ARTIFICIAIS Teflon - politetrafluoroetileno MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS Os polímeros podem ser classificados em duas classes: Termoplásticos, Termofixos (ou Termorígidos). MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS Termoplásticos São mais flexíveis e podem ser repetidamente fundidos e solidificados. Termofixos (ou Termorígidos). Devido a ocorrência de ligações cruzadas, são mais resistentes e mais rígidos. Outras definições em função da temperatura de fusão e decomposição do material . MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: POLÍMEROS Termoplásticos Ex.: Celulósicos, etilênicos, poliamidas, poliacetados, policarbonatos, Termofixos (ou Termorígidos). Ex.: Aminas, elastômeros, poliésteres, silicones, uretanos. epóxis, fenólicos, MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: CERÂMICAS Estes materiais estão cada vez mais sendo utilizados na área de engenharia. As cerâmicas de engenharia são tipicamente, compostas de elementos metálicos e não metálicos. Podem ser óxidos simples de um metal, misturas de óxidos metálicos, carbetos, boretos, nitretos entre outros. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: CERÂMICAS As principais propriedades destes materiais são: alta resistência à compressão, dureza elevada, resistência química e à altas temperaturas entre outras. Normalmente são formados por compactação de pó e então queimados, ou sintetizados para formar ligações. Para ajudar a proteger sua priv acidade, o PowerPoint impediu o download automático desta imagem externa. Para baixar e exibir esta imagem, clique em Opções na Barra de Mensagens e clique em Habilitar conteúdo externo. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: CERÂMICAS Uma das etapas de produção da cerâmica e sua utilização em um dispositivo para secagem de folhas de papel MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: COMPÓSITOS São materiais normalmente feitos pelo homem, consiste na combinação de algum material resistente e fibroso como fibras de vidro, carbono, ou boro coladas entre si em uma matriz de resina como epóxi ou poliéster. Existe um composto natural muito importante: A madeira! MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: COMPÓSITOS Podem apresentar diversas características em função de sua composição. Entre as principais características as que mais se destacam são a resistência e o peso reduzido. MATERIAIS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS: COMPÓSITOS Exemplo de utilizações de composto de fibra de carbono e fibra de vidro MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: Os metais constituem o mais importante grupo de materiais de construção devido à variedade de aplicações. O seu emprego crescente deve-se principalmente ao contínuo conhecimento que se tem adquirido de suas propriedades e do seu comportamento sob diversas condições de serviço. Somando a estes, destaca-se o aperfeiçoamento das técnicas de fabricação e do tratamento e o desenvolvimento de novas ligas metálicas. MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: O metal mais empregado hoje é ainda o ferro e suas ligas, contudo outros metais como o alumínio, cobre, chumbo, zinco, estanho, níquel e magnésio são utilizados ou mesmo imprescindíveis em muitas aplicações. Outros metais como o cromo, tungstênio (filamentos de lâmpadas), titânio (prótese diversas, implantes dentários, etc) também merecem destaque. MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: Alguns metais se apresentam no estado puro na natureza, mas a maioria se apresenta combinado com outros elementos. Esses elementos combinados constituem os chamados minerais. Esses minerais podem ser encontrados isolados na superfície da terra ou em conjunto com outros minerais. Chama-se "minério" os minerais dos quais se podem extrair os metais, sendo que quando se apresentam em quantidades que permitem serem explorados economicamente formam as chamados "depósitos" ou ''jazidas". MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: Forma pura e combinada dos minerais, sendo estes encontrados em jazidas MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: Processamento do minério visando a conversão do metal puro ou liga MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: Formas comerciais de materiais metálicos MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: Uma definição simples para metal é a que considera esse elemento "uma substância química elementar com boa condutibilidade térmica e dielétrica, podendo ser opaca, lustrosa (refletora de luz) quando devidamente polida". Os metais também se caracterizam por apresentarem certo grau de ductibilidade e plasticidade e de serem mais pesados que outras substâncias elementares. MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: Do ponto de vista prático, as propriedades que tem maior importância na engenharia são as mecânicas, aquelas que estão relacionadas com a resistência que os materiais oferecem quando são solicitados por tração, compressão, torção, choque entre outras. Estas características são levadas em conta quando se projetada qualquer tipo de estrutura. MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: O tipo de material metálico a ser utilizado na fabricação de um determinado produto vai depender de diversos condicionantes do projeto. Entre estes pode-se destacar: a função do produto ou de uma parte componente deste produto, as propriedades e características do metal para que suportem os esforços e condições de uso do produto, os fatores de ordem econômica de forma a se tornar viável a fabricação deste produto com o metal que esta sendo especificado, entre outros. MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: De forma geral, os metais podem ser classificados em: Ferrosos e Não-ferrosos. MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: METAIS FERROSOS Basicamente são os Aços e Ferros fundidos. Os metais ferrosos em sua maioria são ligas de Ferro e Carbono. Aços se caracterizam por possuir uma porcentagem de Carbono em suas ligas entre 0,008% e 2%. Os Ferros Fundidos possuem uma porcentagem de Carbono superior à 2%. MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: METAIS FERROSOS Partes construídas com metais ferrosos MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: METAIS NÃO-FERROSOS São metais que possuem em sua composição apenas átomos de Alumínio, Cobre, Zinco, Estanho, Níquel, Magnésio, entre outros. Existe a possibilidade de produzir ligas destes materiais. MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS: METAIS NÃO-FERROSOS Exemplos de utilização de alumínio, cobre e uma liga de magnésio na produção de elementos e máquinas MATERIAIS Paralelamente aos materiais tradicionais, apareceram os novos materiais: compostos complexos, seguidos pelos nanomateriais (estruturas artificiais em escala molecular) MATERIAIS MATERIAIS: Desafio 4: Pesquisar novos materiais utilizados em projetos. Propor o tipo de material a ser utilizado nas seguintes situações: Estrutura residencial ou industrial, buscando priorizar o conforto térmico e acústico. Ferramentas ou partes componentes de máquinas para industria madeireira. Peças de motores automotivos, Partes componentes de uma aeronave,