Influência do lubrificante na estampagem de um aço ARBL Hauck... · Plantoform 64. As variáveis...

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

Sarita Hauck Menezes Pinto

Influncia do lubrificante na estampagem de

um ao ARBL

Orientador: Prof. Dr. Frederico Ozanan Neves

So Joo del-Rei, 2015

Sarita Hauck Menezes Pinto

Influncia do lubrificante na estampagem de

um ao ARBL

Dissertao apresentada ao Curso de Mestrado da

Universidade Federal de So Joo del-Rei, como

requisito para a obteno do ttulo de Mestre em

Engenharia Mecnica.

rea de Concentrao: Materiais e Processos de

Fabricao.

Orientador: Prof. Dr. Frederico Ozanan Neves.


Pinto, Sarita Hauck Menezes P659i Influncia do lubrificante na estampagem de um ao ARBL. *manuscrito+ / Sarita Hauck Menezes Pinto. 2015. 74. ; il. Orientador: Frederico Ozanan Neves Dissertao (mestrado) Universidade Federal de So Joo del-Rei. Departamento de Engenharia Mecnica. Referncias: f. 71- 74 1. Engenharia Mecnica - Teses 2. Estampagem profunda - Teses 3. ARBL - Teses 4. Ensaio Swift Teses 5.

Rugosidade - Teses I. Neves, Frederico Ozanan (orientador) II. Universidade Federal de So Joo del-Rei. Departamento de Engenharia Mecnica III. Ttulo

CDU 669.14

Ficha catalogrfica elaborada pelo Setor de Processamento Tcnico da Diviso de Biblioteca da UFSJ


Dedico este trabalho aos meus pais.

Agradecimentos

Agradeo a Deus pela companhia em todos os momentos, por me dar foras

e abenoar minhas decises.

Agradeo aos meus pais, pelo amor, incentivo e dedicao a cada novo dia.

Ao meu esposo Fausto Jnior, pela compreenso e carinho.

Meu agradecimento especial ao meu orientador Prof. Dr. Frederico Ozanan

Neves, pela orientao, ateno e incentivo. Por acreditar na minha capacidade

quando muitas vezes me julguei incapaz.

Agradeo a todos os professores do Programa de Ps-Graduao em

Engenharia Mecnica da UFSJ, por dividirem seus conhecimentos, pela ateno e

incentivo.

As secretrias do PPMEC, Mnica e Claudete, pelo apoio.

A CAPES pela bolsa de estudos que me foi concedida.

Aos amigos do programa de Mestrado Adriana, Georgia, Valria, Thiago,

Carlos, Natlia e Liliane, que me acompanharam nessa jornada nos momentos de

estudo, por seus incentivos e sugestes.

Aos tcnicos Camilo, Alexandre, Emlio e Luiz, por me ajudarem na

construo do ferramental e nos ensaios realizados.

Ao IFET-JF, em especial aos professores Lecino e Jalon, pela ajuda para

realizar os ensaios.

A CSN e a Fuchs do Brasil por ceder o material utilizado no estudo.

Agradeo a todos que contriburam de alguma forma para a realizao deste

trabalho.

graa divina comear bem. Graa maior persistir na caminhada certa. Mas graa das

graas no desistir nunca.

Dom Hlder Cmara

http://pensador.uol.com.br/autor/dom_helder_camara/

Resumo

A estampagem um processo largamente utilizado na indstria, especialmente na

indstria automobilstica. Para a obteno de produtos estampados com boas

qualidades superficiais, livres de defeitos e resistncia mecnica superiores, a

presena de fludo lubrificante essencial para reduzir o atrito e melhorar o

escoamento plstico. Entretanto, leos lubrificantes de origem mineral so muito

prejudiciais natureza e sade do homem. Este trabalho investiga a influncia de

lubrificantes na estampagem de um ao de alta resistncia e baixa liga, comparando

o desempenho de leos minerais com leos vegetais, para verificar a possibilidade

de substituio daqueles por estes. Foram testados seis lubrificantes, dos quais

quatro leos so vegetais, sendo eles milho, linhaa, mamona e algodo e dois

lubrificantes minerais de alto desempenho na indstria, Renoform MZA 20 e

Plantoform 64. As variveis de respostas estudadas foram o limite de embutimento,

a rugosidade superficial (Ra, Rz e Rt), dureza superficial associada s tenses

residuais e a espessura da parede do produto. O produto fabricado um copo a

partir de chapas de ao ARBL com 1 mm de espessura, atravs do ensaio Swift. O

experimento foi conduzido atravs de Planejamento estatstico fatorial aleatorizado

por nveis e os resultados foram analisados atravs de uma Anlise de Varincia. Os

resultados obtidos indicam possibilidade de substituio dos leos minerais por

vegetais, em alguns casos com vantagem.

Palavras-chave: Estampagem profunda. ARBL. Lubrificantes. Ensaio Swift.

Rugosidade.

Abstract

Stamping is a process widely used in industry, especially in the automotive industry.

To obtain stamped products with good surface qualities, free of defects and superior

mechanical strength, the presence of fluid lubricant is essential to reduce friction and

improve plastic flow. However, lubricants of mineral oils are very nocive to nature and

man's health. This work investigates the influence of lubricants on stamping of a high

strength and low alloy steel (HSLA), comparing the performance of mineral oils to

vegetable oils to verify the possibility of replacing those by these. Six lubricants were

tested, of which four are vegetable oils (corn, linseed, castor bean and cotton) and

two are mineral oils of high performance in industry (Plantoform 64 and Renoform

MZA 20). The response variables were the stamping limit, the surface roughness

(Ra, Rz and Rt), surface hardness associated to residual stresses and the wall

thickness of the product. The product is a cup produced by a Swift cup drawing test,

from HSLA steel sheet with thickness of 1 mm. The experiment was conducted by a

factorial design randomised by levels and the results were analyzed by an Analysis

of Variance. The results obtained indicate it is possible to substitute the mineral oils

by vegetable oils, in some cases with advantage.

Keywords: Deep drawing. HSLA. Lubricants. Swift Test. Roughness.

LISTA DE FIGURA

Figura 1 - Estampagem profunda de um copo cilndrico (Adaptado de Dieter, 1996, p. 587).

.........................................................................................................................................................20

Figura 2 - Estampagem profunda, tenses e deformaes (PONOMAROV, 2010). ...............22

Figura 3 - Ensaio Erichsen e Olsen (Panambra, 2015). .............................................................22

Figura 4 - Esquema da barreira lubrificante isolando a superfcie da ferramenta da superfcie

da chapa metlica (Adaptado de Keeler, 2001). .........................................................................26

Figura 5 - Classificao de textura superficial (Machado, 2009). ..............................................28

Figura 6 - Amplitude Mxima (Rz) (NBR ISO 4287:2002). .....................................................29

Figura 7 - Amplitude Total Rt (Piratelli Filho, 2011). ...................................................................30

Figura 8 - Amplitude Mdia Ra (Piratelli Filho, 2011). ................................................................30

Figura 9 - Amplitude dos picos (NBR ISO 4287:2002). ..............................................................31

Figura 10 - Amplitude dos vales (NBR ISO 4287:2002). ............................................................32

Figura 11 - Grfico da Fora x Profundidade de Indentao (Adaptado de Melo, 2014). .......35

Figura 12 - Curva de carga x deslocamento durante indentao instrumentada (Sousa,

2012). ..............................................................................................................................................36

Figura 13 - Escala de Mohs de dureza dos minerais (autoria prpria). ....................................38

Figura 14 - Indentador Shore (Melo, 2014). ................................................................................39

Figura 15 - Mtodos para medio de dureza (Callister, 2011).................................................40

Figura 16 - Corpo de prova. (a) Antes do ensaio Swift; (b) Aps o ensaio Swift; (c) Com

ruptura (Autoria prpria). ...............................................................................................................43

Figura 17 - (A) Puno, (B) prensa-chapas e (C) matriz (Autoria prpria). ..............................43

Figura 18 - Perfilmetro Taylor Robson (Autoria prpria). .........................................................45

Figura 19 - Mquina de Ensaios Universal (Autoria prpria). ....................................................46

Figura 20 - Dimenses do corpo de prova (Autoria prpria). .....................................................46

Figura 21 - Ultra Micro Durmetro DUH-211S (Autoria prpria). ...............................................47

Figura 22- Corpo de prova preparado para o ensaio de ultramicrodureza (Autoria prpria). .48

Figura 23 - (A) Politriz Panambra; (B) Politriz Montasupal (Autoria prpria). ...........................48

Figura 24 - Posies da medida da espessura (Autoria prpria). .............................................48

Figura 25 - Grfico Fora x Deslocamento obtida pelo ensaio de trao do material ARBL. .49

Figura 26 - Variao da rugosidade em funo dos lubrificantes..............................................50

Figura 27 - Variao da rugosidade Ra em funo dos lubrificantes. .......................................51

Figura 28 - Comparativo entre a rugosidade Ra medida na lateral e no fundo........................52

Figura 29 - Comparativo entre a rugosidade Rt medida na lateral e no fundo. ........................52

Figura 30 - Comparativo entre a rugosidade Rz medida na lateral e no fundo. .......................53

Figura 31 - Variao da rugosidade em funo do dimetro do disco. .....................................53

Figura 32 - Resultados da microdureza da amostra como recebida. ........................................57

Figura 33 - Comparativo da dureza entre as amostras ensaiadas e as posies medidas. ...59

Figura 34 - Comparativo da dureza entre os dimetros e as posies medidas. ....................60

Figura 35 - Comparativo da dureza entre os dimetros e os lubrificantes. ..............................60

Figura 36 - Impresso do indentador no corpo de prova. ..........................................................63

Figura 37 - Imagem microscpica da medio da espessura na parede do copo. ..................64

Figura 38 - Imagem microscpica da medio da espessura na curva do copo. ....................65

Figura 39 - Comparativo da espessura curva entre os lubrificantes e os dimetros. ..............66

Figura 40 - Comparativo da espessura parede lateral entre os lubrificantes e os dimetros. 67

Figura 41 - Comparativo da espessura entre os lubrificantes e as posies medidas. ...........67

LISTA DE TABELA

Tabela 1 - Composio qumica do Ao ARBL (Catlogo CSN) ...............................................18

Tabela 2 - Influncia dos elementos de liga nas propriedades do ao. ....................................18

Tabela 3 - Dimenses (mm) da ferramenta para o Ensaio Swift em funo da espessura

(MARCONDES, 2010). ..................................................................................................................44

Tabela 4- Variveis de influncia..................................................................................................44

Tabela 5 - Propriedades Mecnicas do Ao ARBL. ....................................................................49

Tabela 6 - Anlise da Varincia de Ra. ........................................................................................51

Tabela 7 - Rugosidade Rz no fundo do copo. .............................................................................54

Tabela 8 - Contraste no fundo do copo para rugosidade Rz - SSA dimetros. .......................54

Tabela 9 Contraste no fundo do copo para rugosidade Rz SSAB dimetro 56 x

lubrificantes. ....................................................................................................................................54


lubrificantes. ....................................................................................................................................55


lubrificantes. ....................................................................................................................................56

Tabela 12 - Ultramicrodureza da chapa como recebida [HV]. ...................................................58

Tabela 13 - Resultados da ultramicrodureza [HV]. .....................................................................58

Tabela 14 Resultado da dureza para posio da medida e lubrificante. ...............................61

Tabela 15 Resultado da dureza para posio da medida e dimetro....................................61

Tabela 16 Resultado da dureza para dimetro e lubrificante. ................................................61

Tabela 17 - Anlise de varincia da dureza. ...............................................................................61

Tabela 18 - Contraste entre as posies medidas......................................................................62

Tabela 19 - Contraste entre os lubrificantes. ...............................................................................62

Tabela 20 - Contraste entre os dimetros. ..................................................................................62

Tabela 21 Tipo de tenso residual determinado atravs da dureza. .....................................63

Tabela 22 - Anlise da Varincia da Espessura. ........................................................................66

Tabela 23 - Resumo dos resultados das anlises. .....................................................................70

LISTA DE SMBOLOS E ABREVIATURAS

ARBL Alta Resistncia e Baixa Liga

Rz Amplitude mxima

Rp Amplitude mxima de picos

Rv Amplitude mxima de vales

Ra Amplitude mdia

Rt Amplitude total

Ac rea de contato projetada

A0 rea projetada da indentao

ABNT Associao Brasileira de Norma Tcnica

B Boro

C Carbono

P Carga

Pres

Carga residual de indentao entre o material com tenses

residuais e o material live de tenses

Coeficiente de atrito

n Coeficiente de encruamento

Coeficiente de estampagem

Constante caracterstica do indentador e do material

CP Corpo de prova

Wc Corpo de prova geomtrico

Ph Curva carga x deslocamento

DIN Deutsches Institut fr Normung

D0 Dimetro do blank

Dp Dimetro do puno

HV Dureza Vickers

h Espessura da rede

F Fora arbitrria

H Fora de fixao

Fmx Fora mxima

B Fora necessria para dobrar e endireita o blank

GL Grau de liberdade de cada tratamento

HSLA High Strength Low Alloy

ISO International Organization for Standardization

LRE Limite razo de estampagem

Zpi Maior altura de pico

Zvi Maior profundidade de vale

AA Mdia aritmtica

D Mdia aritmtica entre duas diagonais

CLA Mdia da linha central

S Mdulo de elasticidade

Nb Nibio

NBR Norma Brasileira

Hr

Ponto de interseo da tangente da curva de retorno em relao

ao eixo de profundidade

Pm Presso de contato mdia

Hp Profundidade da impresso deixada aps o ensaio

hmx Profundidade mxima

MS Razo do tratamento analisado pelo seu grau de liberdade

s Rigidez

SSAB Soma do quadrado das interaes entre A e B

SSB Soma do quadrado das somas das medidas dos dimetros

SSA Soma do quadrado das somas das medidas dos lubrificantes

SSE Soma do quadrado dos erros experimentais

SST Soma dos quadrados de todas as medidas

0 Tenso plstica mdia

res Tenso residual do material ensaiado

Ti Titnio

Fcalc Valor calculado para a varincia de Fisher

Ftab Valor tabelado para distribuio de Fisher para 5% de significncia

V Vandio

Zr Zircnio

Sumrio

INTRODUO ..................................................................................................................................14

REVISO BIBLIOGRFICA ..............................................................................................................17

2.1 Ao de Alta Resistncia e Baixa Liga ARBL (High Strength Low Alloy HSLA) ..................17

2.2 Estampagem ........................................................................................................................19

2.2.1 Estampagem Profunda ..................................................................................................19

2.2.2 Ensaios de Estampagem ...............................................................................................22

2.2.3 Defeitos na Estampagem Profunda ................................................................................24

2.3 Lubrificantes .........................................................................................................................25

2.4 Rugosidade ..........................................................................................................................27

2.4.1 Amplitude Mxima (Rz) ..................................................................................................29

2.4.2 Amplitude Total (Rt) .......................................................................................................29

2.4.3 Amplitude Mdia (Ra) ....................................................................................................30

2.4.3 Amplitude Mxima de Picos e Vales - Rp e Rv ...............................................................31

2.5 Tenso Residual ..................................................................................................................32

2.6 Dureza .................................................................................................................................37

MATERIAIS E MTODOS.................................................................................................................42

3.1 Corpo de prova .....................................................................................................................42

3.2 Ferramental ..........................................................................................................................43

3.3 Planejamento Experimental ..................................................................................................44

3.4 Procedimentos experimentais ...............................................................................................45

ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS .................................................................................49

4.1 Resultado do ensaio de trao do material ..............................................................................49

4.1 Rugosidade ..........................................................................................................................50

4.2 - Dureza ..................................................................................................................................56

4.3 Espessura ............................................................................................................................64

CONCLUSO ...................................................................................................................................69

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................................71

APNDICE A ....................................................................................................................................75

APNDICE B ....................................................................................................................................79

APNDICE C ....................................................................................................................................80

CAPTULO 1

INTRODUO

A qualidade de um produto um fator de grande importncia e muitas vezes

definitivo na deciso por sua escolha. O mercado demanda por produtos que

atendam as necessidades de seus clientes, necessitando acompanhar o avano

tecnolgico. O setor metal-mecnica apresenta grandes vantagens na evoluo

tecnolgica, principalmente no desenvolvimento de produtos com excelente

acabamento superficial, devido facilidade dos metais em se adaptar as

necessidades demandadas pelo mercado.

O mercado consumidor est cada dia mais exigente, buscando bom preo e

qualidade. O metal capaz de ser deformado assumindo novas formas geomtricas

e alterando significativamente suas propriedades. A deformao do ao acontece

atravs de processos de conformao mecnica, classificados em categorias

baseadas nos tipos de foras aplicadas ao material trabalhado, de acordo com a

forma desejada que este assuma. As propriedades mecnicas dos aos podem ser

obtidas atravs de ensaios mecnicos e, dessa forma, podemos identificar qual ao

mais adequado para determinado tipo de aplicao.

A estampagem profunda (embutimento) um dos processos de conformao

mecnica, definido pela aplicao de esforos de trao e compresso, no qual

ocorre a deformao na regio plstica do material, alterando o formato da chapa

metlica, resultando em peas de geometria regular ou irregular (SCHAEFFER,

2001). um processo altamente produtivo, possibilitando a gerao de formas

irregulares, alm do alto ndice de capacidade de produo do processo e baixo

custo de produo para grandes volumes. Este um dos principais processos de

conformao adotados nas indstrias metal-mecnica (CALDIN, 2006). A

estampagem pode ser realizada a quente, porm comercialmente mais utilizada a

estampagem a frio, onde a chapa metlica assume a forma de uma matriz, sem esta

se romper ou apresentar defeitos em sua superfcie ou forma.

15

O processo de embutimento do material, se no realizado de forma correta,

pode apresentar defeitos (trincas, rugosidade, deformao localizada), os quais se

originam de defeitos no projeto e construo da ferramenta; defeitos preexistentes

na chapa e defeitos na conservao da ferramenta. Tais defeitos afetam totalmente

a integridade superficial do produto, provocando a incapacidade para o trabalho e

afetando o aspecto visual do produto, tornando impraticvel sua comercializao.

O Ensaio Swift um dos testes mais utilizados para avaliar a capacidade de

estampagem do ao, o qual consiste na deformao de um disco metlico preso em

uma matriz, com um puno na forma cilndrica. Atravs deste ensaio, verificamos a

mxima altura de embutimento do copo, sem que este apresente trincas ou outros

defeitos que inviabilizem o produto.

A conformao a frio exige a presena de lubrificao com o propsito de

reduzir o atrito envolvido entre as superfcies e o desgaste de ferramentas.

Entretanto, este elemento agressivo ao homem e a natureza. Recentemente, tem-

se dado ateno substituio de lubrificantes de base mineral por lubrificantes de

base renovvel (WILLING, 2001). Lubrificantes de base mineral, utilizado pelas

indstrias, so altamente agressivos ao ser humano e a natureza, e principalmente

aos operadores das mquinas de estampagem, devido o contato direto e dirio. Os

estudos tem se concentrado nos efeitos dos lubrificantes de base vegetal

(renovvel) sobre a natureza e o ser humano, ficando bem estabelecido o benefcio

advindo de sua aplicao, alm de serem biodegradveis e com curto tempo para

degradao.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influncia de lubrificantes vegetais em

relao a estampagem de uma chapa de ao de Alta Resistncia e Baixa Liga

ARBL (High Strength Low Alloy - HSLA), comparando os resultados obtidos com os

valores resultantes da estampagem do mesmo material sob a ao de lubrificantes

convencionais a base mineral, utilizado pelas indstrias automobilsticas. O

propsito verificar a possibilidade de substituio dos leos minerais pelos

vegetais, sem perda da qualidade e da integridade superficial do produto. O estudo

enfatizou a determinao da capacidade de estampagem (coeficiente de

embutimento) de chapas de um ao ARBL sob a ao de quatro diferentes tipos de

16

lubrificantes de fontes renovveis e dois tipos de lubrificantes de base mineral

(convencional) estabelecendo um comparativo entre eles.

Atravs de ensaios de rugosidade, avaliamos a qualidade superficial do

produto, onde foram analisados nos corpos de prova (cps) Ra, Rz e Rt. Alm disso,

foram medidas a dureza e a tenso residual. Posteriormente, os resultados obtidos

foram comparados para verificar a melhor condio para o processo.

No prximo captulo apresentamos uma reviso bibliogrfica que o

fundamento terico deste estudo.

CAPTULO 2

REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Ao de Alta Resistncia e Baixa Liga ARBL (High Strength Low

Alloy HSLA)

A tecnologia est demandando a cada dia novos produtos para atender as

necessidades dos clientes. Para se manterem competitivas no mercado, as

indstrias esto demandando novos tipos de ao, os quais possuam caractersticas

adequadas a cada aplicao especfica. As siderrgicas esto em constante

desenvolvimento de novos aos para suprir as necessidades mercadolgicas. Com

foco no atendimento a indstria automotiva, que necessitava de um ao com grande

capacidade de estampagem e mais leve, foi desenvolvido um tipo de ao de Alta

Resistncia e Baixa Liga ARBL, tambm conhecido como microligados, por

possurem micro-adies de nibio (Nb), titnio (Ti) e vandio (V) (GORNI, 2009).

No final da dcada de 1950, comearam os estudos sobre os efeitos de

micro-adies de V, Ti e Nb nas propriedades mecnicas de aos de baixo carbono,

onde os efeitos encontrados revolucionaram a siderurgia e os tratamentos

termomecnicos desenvolvidos permitiram a obteno de aos com microestrutura

com tamanho do gro reduzido. Com a reduo do gro, possvel aumentar a

resistncia mecnica e a tenacidade da chapa, permitindo diminuir os teores dos

elementos de liga do ao, em especial o carbono (C) (GORNI, 2009).

Conforme Alves (2009), os aos microligados formam um grupo de aos de

Alta Resistncia e Baixa Liga (ARBL), onde elementos de liga comumente

adicionados como o Nb, o Ti, o zircnio (Zr), o V e o boro (B) esto presentes em

teores inferiores a 0,1% em peso cada. A adio dos elementos acontece de acordo

com a aplicao mais adequada para determinados projetos. Por exemplo, o nibio

retarda a recristalizao durante o processo, o titnio controla o tamanho do gro

durante o reaquecimento. J o vandio auxilia na formao e decomposio da

austenita, utilizado para o endurecimento por precipitao em baixas temperaturas.

18

Os aos ARBL podem ser aplicados em diversos setores, como na indstria naval,

em tubulaes (oleodutos e gasodutos), vasos de presso, entre outros.

Tabela 1 - Composio qumica do Ao ARBL (Catlogo CSN)

Composio qumica

C Mn P Al Si mx mx mx mx

0,15 1,30 0,025 0,025 0,05

As propriedades do ao so afetadas de acordo com as variaes da

composio qumica do material. A adio de elementos de liga pode influenciar nas

propriedades do ao. A Tabela 2 apresenta os principais elementos de liga e a

influncia do ligante na propriedade do ao.

Tabela 2 - Influncia dos elementos de liga nas propriedades do ao.

Propriedade/Elemento C Mn Si S P Cu Ti Cr Nb Ni V

Resistncia Mecnica + + + - + + + + + +

Ductilidade - - - - - - -

Tenacidade - - - + +

Soldabilidade - - - - - - - -

Resistncia a Corroso - + + + + + +

Desoxidante + +

Efeito positivo (+) e efeito negativo (-)

Elementos: C=Carbono; Mn=Mangans; Si=Silcio; S=Enxofre; P=Fsforo; Cu=Cobre; Ti=Titnio; Cr=Cromo; Nb= Nibio; Ni=Nquel; V=Vandio.

A adio do Mangans aumenta a temperabilidade e reduz a temperatura de

austenitizao. Com a finalidade de reduzir custos, em alguns aos liga, o Nquel

substitudo pelo Mangans. O vandio, adicionado em pequenas quantidades,

aumenta a tenacidade pela reduo do tamanho de gro. Ao adicionar mais de 1%,

gera alta resistncia ao desgaste, em especial no caso de aos rpidos. O Nibio

aumenta a resistncia mecnica e a soldabilidade. Em teores baixssimos deste

elemento permitem o aumento do limite de escoamento e a resistncia. A adio de

Titnio aumenta o limite de resistncia, abraso e melhora o desempenho em altas

temperaturas.

19

2.2 Estampagem

A estampagem um dos processos de conformao mecnica, comumente

realizado a frio, onde uma chapa plana submetida a um conjunto de operaes

(corte, dobramento e embutimento ou estampagem profunda), resultando em uma

pea com nova forma geomtrica. Ocorre ento a deformao plstica do material,

devido utilizao das prensas de estampagem, com o auxilio de dispositivos

denominado matrizes (CHIAVERINI, 1983). um processo altamente utilizado por

indstrias de vrios segmentos, principalmente o automobilstico, visando

produo em grande escala, reduzindo os custos e energia gasta no processo.

O processo de estampagem normalmente realizado por prensas hidrulicas

ou mecnicas, levando em considerao o formato e tamanho da pea, o tipo de

fabricao e a quantidade que ser produzida. O material ser submetido ao de

tenses externas provocadas por um puno contra uma matriz. Este fato possvel

devido ao controle de escoamento do material para o interior da ferramenta, no

estado plstico de tenses e deformaes (CALDIN, 2006).

2.2.1 Estampagem Profunda

Estampagem ou embutimento o processo no qual uma chapa plana

deformada plasticamente, adquirindo um novo formato definido pelo ferramental

utilizado. A estampagem considerada profunda quando a altura do corpo embutido

muito maior do que a largura da abertura de embutimento. Este processo

realizado, basicamente, com o auxlio de uma matriz e um puno. A chapa com

dimenses adequadas colocada sobre a matriz e pressionada pelo puno para o

interior da matriz, adquirindo assim, o formato da ferramenta.

Dieter (1996) define embutimento como a deformao de um disco metlico

que, ao ser pressionado pelo puno escoa para dentro de uma matriz auxiliado por

uma prensa hidrulica ou mecnica, conforme Figura 1.

20

Figura 1 - Estampagem profunda de um copo cilndrico (Adaptado de Dieter,

1996, p. 587).

Para Bresciani et al (2011), quanto mais complexa for o formato da pea,

mais difcil ser a determinao dos esforos necessrios conformao do material

e dos limites mximos admissveis da conformabilidade na estampagem.

Um fator de grande importncia, em paralelo ao conhecimento das

propriedades mecnicas do material, para um perfeito acabamento superficial, sem

a presena de defeitos, a lubrificao interfacial entre o puno e a chapa,

reduzindo o atrito e o desgaste da ferramenta.

No processo de estampagem, dependendo das propriedades mecnicas do

material, da complexidade geomtrica da pea e do atrito interfacial, pode ocorrer o

estiramento, dobra e embutimento, o que interfere no estado de tenses do

elemento estampado. Uma tenso elevada pode gerar uma trinca ou uma ruptura do

componente exposto a qualquer fora externa (SANTOS, 2011).

Atravs de uma anlise das foras em equilbrio durante a formao de um

copo metlico, desenvolveu-se a Equao 2.1 aproximada para a fora total do

puno em funo do dimetro do blank, D0, a qualquer instante do processo

(DIETER, 1996 apud SACHS):

21

P =

Dph(1,1)ln

DoDp

+

2HDpDo

e ( )2

+ B Eq. 2.1

Em que:

P = carga total do puno

0 = tenso plstica mdia

Dp = dimetro do puno

D0 = dimetro do blank

H = fora de fixao

B = fora necessria para dobrar e endireitar o blank

h = espessura da parede

= coeficiente de atrito

O primeiro termo da Eq. 2.1 expressa a fora ideal que necessria para

produzir o copo; o segundo termo a fora de atrito sob o prensa chapas; o termo

exponencial relativo ao atrito no raio da matriz e a grandeza B a fora necessria

para dobrar e endireitar a chapa ao redor do raio (DIETER, 1996).

O processo de estampagem profunda implica nas deformaes de trao e

compresso. A chapa plana submetida a um estado complexo de tenses e

deformaes que alteram sua espessura durante o processo. O estado de tenso

varia conforme a posio do elemento em anlise na pea que est sendo

conformada. Para peas cilndricas existem trs diferentes estados de tenso: no

flange, na lateral e no fundo do copo, conforme Figura 2.

22

Figura 2 - Estampagem profunda, tenses e deformaes (PONOMAROV, 2010).

2.2.2 Ensaios de Estampagem

Existem alguns ensaios capaz de avaliar o material quanto a aptido em se

conformar, tais como Ensaio Erichsen, Olsen, Fukui, Swift, Bulge, entre outros.

Segundo Dieter (1996), os testes Olsen e Erichsen so realizados com uma

chapa fixa entre dois aros metlicos, enquanto um puno com ponta esfrica

pressionado contra a chapa at que ocorra a fratura. Em ambos os testes, a chapa

submetida a um estiramento e o cp medido a profundidade do abaulamento

formado na chapa antes da ruptura, conforme Figura 3.

Figura 3 - Ensaio Erichsen e Olsen (Panambra, 2015).

23

De acordo com Tigrinho (2005), o valor Erichsen razoavelmente

correlacionado com o ndice n (coeficiente de encruamento), o qual determina a

habilidade do material ser estriccionado. Inconvenientemente no um nmero

adimensional, dependendo da espessura do material, no podendo ser estabelecida

nenhuma correlao entre materiais de espessuras diferentes.

O ensaio Swift um teste que avalia apenas o embutimento e a

estampabilidade do material analisado expressa em termos de Razo Limite de

Estampagem (DIETER,1996). Conforme Tigrinho (2005), o ensaio Swift o mais

representativo dos ensaios de conformao. Consiste em uma srie de ensaios,

onde se aumenta gradativamente o dimetro do corpo de prova, at que no seja

mais possvel estampar completamente o material sem que ocorra a ruptura do

mesmo. Para realizar este ensaio, necessrio realizar um grande nmero de

ensaios com corpos de prova com tamanhos diferentes, para se obter um nico

valor. Esse valor mensura a estampabilidade do material analisado, sendo medida

pela razo entre o dimetro do puno e o dimetro mximo do corpo de prova

estampado sem ruptura, conhecido como Limite Razo de Estampagem (LRE),

conforme a Equao 2.2.

( )

Eq. 2.2

Em que:

Dp representa o dimetro do puno;

D0 representa o dimetro do blank.

De acordo com Dieter (1996), alguns fatores influenciam na estampabilidade do

material, so eles:

Raio da matriz deve ser cerca de 10 vezes a espessura da chapa;

Raio do puno um ngulo muito agudo leva reduo de espessura

localizada e ruptura do material;

Folga entre o puno e a matriz 20 a 40 por cento maior do que a

espessura da chapa;

24

Presso de fixao cerca de 2 por cento da mdia de S0 (limite de

escoamento) e Su (limite de resistncia);

Lubrificao da superfcie lateral da matriz para reduzir o atrito na

estampagem profunda.

2.2.3 Defeitos na Estampagem Profunda

De acordo com Manual Schuler (1968), muitos dos defeitos encontrados em

peas embutidas so originados de defeitos preexistentes na chapa, no projeto e

construo da ferramenta e defeitos na conservao da ferramenta.

Os principais defeitos em peas estampadas, suas definies e suas causas

so as seguintes:

1. Pregas (gretas transversais no corpo): origem incluses na chapa na

laminao;

2. Furos alongados ou gretas: originadas de poros finos na chapa ou corpos

estranhos duros que penetram durante a estampagem no interior dela.

Deve-se cuidar da limpeza dos locais onde as chapas ficam armazenadas;

3. Diferenas de espessura da chapa: abas de largura irregular formam gretas

entre as regies da aba de diferentes espessuras ou cilindros desgastados.

Exigir produto laminado com tolerncias dimensionais estreitas;

4. Desprendimento do fundo: o puno de embutir atua como puno de corte,

o raio de curvatura muito pequeno no puno e na aresta embutida.

Introduzir mais uma etapa de embutimento ou escolher uma chapa com

maior capacidade de embutimento;

5. Trincas no fundo depois de se ter conseguido quase todo o corpo: variao

de espessura da chapa ou folga de embutimento entre o puno e a matriz

muito estreita. Revisar a espessura da chapa, eventualmente alargar o

orifcio de embutimento e, em peas de formato retangular, limpar sempre a

aresta da ferramenta;

6. Forma abaulada: folga de embutimento muito larga. Algumas vezes o

problema eliminado com o aumento da presso de sujeio. Deve-se

trocar a matriz ou o puno;

25

7. Estrias de embutimento: desgaste da ferramenta e da matriz oxidada

(tratamento superficial para endurecimento das arestas da matriz), melhorar

processo de decapagem, de lubrificao. Empregar eventualmente pelculas

de embutir;

8. Relevos unilaterais nas rupturas do fundo: posio excntrica do puno

com relao matriz de embutimento. Soltar a sujeio da ferramenta e

centrar a matriz corretamente com relao ao puno;

9. Formao de pregas e trincas na aba: folga de embutimento muito larga ou

arredondamento muito grande das arestas de embutimento. Deve trocar a

matriz;

10. Ampolas no fundo ou abaulamento do fundo: m aerao, melhorar a sada

de ar. Frequentemente melhorado se a distribuio do lubrificante for mais

uniforme.

Segundo Dieter (1996), a falha mais comum na estampagem profunda de um

copo a ruptura entre o fundo e o restante do copo. Ocorre em locais de maior

estreitamento de seo localizados prximos ao raio do puno. Este defeito pode

ser minimizado atravs do aumento do raio do puno, que diminui o estreitamento,

como tambm pela diminuio da carga do puno requerida pela operao.

2.3 Lubrificantes

Lubrificante todo ou qualquer material slido ou lquido de baixa

resistncia ao cisalhamento, cuja funo a de manter separadas as superfcies da

ferramenta (puno e matriz) do material a conformar, reduzindo o atrito (TAYER,

2011). O escoamento do material ocorre devido a presso imposta pela matriz na

chapa metlica. As condies de atrito na interface matriz material influenciam no

escoamento do metal, na formao de defeitos superficiais e internos, tenses e

foras que atuam no processo, sendo que essas condies vo depender do tipo de

lubrificao adotada.

Segundo Keeler (2001), barreira lubrificante um filme que isola a superfcie

da chapa de ao da superfcie da matriz, conforme Figura 4.

26

Figura 4 - Esquema da barreira lubrificante isolando a superfcie da ferramenta

da superfcie da chapa metlica (Adaptado de Keeler, 2001).

Os lubrificantes convencionais utilizados pelas indstrias de diversos setores

so de base mineral e possuem propriedades diversas adequadas a cada tipo de

aplicao. Este tipo de lubrificante altamente prejudicial sade humana e a

natureza, porm apresenta resultados satisfatrios para a conformao.

Com o objetivo de obter resultados to bons quanto aos produtos estampados

com a utilizao de lubrificantes minerais apropriados, vrios estudos tm sido

realizados utilizando lubrificantes de base renovvel (leo vegetal), pois so

biodegradveis, se degradam em curto tempo e no so prejudiciais sade

humana. Os trabalhos j realizados apresentaram resultados positivos sobre a

capacidade de estampagem do material perante a utilizao dos lubrificantes de

fontes renovveis.

Um estudo tribolgico de leos biodegradveis de coco e de rcino atravs de

ensaios abrasivos foi realizado por Santana et al (2010), onde investigou-se

preliminarmente o comportamento tribolgico dos leos biodegradveis como

lubrificantes, os quais apresentaram caractersticas superiores aos leos minerais

estudados, alm de apresentarem menores danos nas superfcies e/ou perda de

material.

Tigrinho (2005) avaliou a influncia da lubrificao na estampagem via anlise

das deformaes obtidas em uma chapa de ao de alta estampabilidade, concluindo

que os melhores resultados apresentados foram utilizando um fluido sinttico

emulsionvel e o leo com aditivos de extrema presso.

27

Alm do estudos realizados na estampagem de aos, podemos encontrar na

literatura estudos com lubrificantes vegetais envolvendo outras reas. Shashidhara e

Jayaram (2010) fizeram um estudo sobre leos vegetais como um potencial fluido de

corte e verificaram que os leos de soja, girassol e colza parecem possuir relevantes

propriedades para atuarem como um fluido de corte.

2.4 Rugosidade

A importncia do estudo do acabamento superficial aumenta conforme

crescem as exigncias do projeto, pois as superfcies dos componentes devem ser

adequadas ao tipo de funo que exercem. Os diferentes processos de fabricao

de componentes determinam diversos acabamentos em suas superfcies. Por mais

perfeita que a superfcie seja, ela apresentar irregularidades, as quais

compreendem dois grupos de erros: macrogeomtricos e microgeomtricos. Os

Erros microgeomtricos so os erros conhecidos como rugosidade superficial.

A rugosidade um conjunto de pequenas salincias e reentrncias que

caracterizam uma superfcie. Tais irregularidades podem ser avaliadas atravs de

aparelhos eletrnicos, comumente utiliza-se o rugosmetro.

Por ser um termo de alta complexidade, a caracterizao e avaliao da

textura superficial, faz-se necessrio a compreenso dos desvios superficiais

gerados pelos processos de fabricao e os sistemas de medio existentes para

quantific-los. Estes sistemas requer o conhecimento do mecanismo de aquisio de

perfis e das condies de operao em funo do objetivo da caracterizao da

superfcie. Esses aspectos podem ser definidos por referncias especficas de

fornecedores e por normas internacionais (MACHADO, 2009).

Uma superfcie classificada pela norma alem DIN 4760:1982 em seis

classes e as irregularidades de erros de forma, ondulao e rugosidade so

designadas como de primeira at sexta ordem de desvio de perfil, conforme Figura

5.

28

Figura 5 - Classificao de textura superficial (Machado, 2009).

A Figura 5 mostra a separao dos elementos superficiais que constituem o

perfil medido. A sobreposio das classes da variao de forma demonstra como a

superfcie pode ser constituda de fatores que caracterizam a medio como

rugosidade e ondulao. Pode-se relacionar, ainda, os processos que se

diferenciam pelas marcas deixadas na pea com cada classe de variao de forma.

De acordo com Tayer (2011), vrios fatores so utilizados para medir a

rugosidade. Um perfil de rugosidade consiste em um componente de alta frequncia,

a rugosidade e componentes de baixa frequncia, sendo elas as ondulaes e os

erros de forma. Essa diferenciao basicamente uma questo de escala de

medio. Alguns cps esto relacionados com a amplitude, considerados rugosidade

Rz, Rt, Ra, Rp e Rv. Neste trabalho ser abordado as medidas de rugosidade Ra,

Rz e Rt.

29

2.4.1 Amplitude Mxima (Rz)

Segundo a norma NBR ISO 4287:2002, o cp Rz somatrio dos mais altos

picos e dos mais profundos vales, dentro do comprimento de amostragem, conforme

a Figura 6.

Figura 6 - Amplitude Mxima (Rz) (NBR ISO 4287:2002).

O cp Rz pode ser citado para casos em que pontos isolados influenciam a

aplicabilidade do produto, como exemplo, superfcies em contato e com

deslizamento, como no caso da estampagem. As vantagens deste cp referem-se

facilidade de obteno de grficos e informao sobre a distribuio dos pontos

acentuados, porm, essa considerao parcial pode fornecer uma pequena parte da

superfcie total de anlise, no possibilitando informaes sobre a forma e a

distncia entre as ranhuras (TAYLOR HOBSON PRECISION, 2003 apud

MACHADO, 2009).

2.4.2 Amplitude Total (Rt)

Amplitude total a soma do mais alto pico com o mais profundo vale, dentro

do comprimento do perfil analisado, conforme pode ser visto na Figura 7.

30

Figura 7 - Amplitude Total Rt (Piratelli Filho, 2011).

O cp Rt de grande utilidade para componentes que esto sujeitos altas

tenses mecnicas, onde um grande pico e vale pode representar uma regio

sujeita propagao de trincas. Como Rt um cp de amplitude, ele est sujeito a

grandes variaes, podendo ser instvel (TAYLOR HOBSON PRECISION, 2003

apud MACHADO, 2009).

2.4.3 Amplitude Mdia (Ra)

O cp de amplitude mdia, tambm conhecido como: mdia aritmtica (AA),

mdia da linha central (CLA) ou desvio mdio aritmtico do perfil. correspondente

rea entre o perfil de rugosidade e a linha mdia dentro de um comprimento de

amostragem. Pode-se representar como sendo a altura de um retngulo, cuja rea

igual soma absoluta das reas delimitadas entre o perfil e a linha mdia, dentro de

um comprimento de amostragem, conforme a Figura 8.

Figura 8 - Amplitude Mdia Ra (Piratelli Filho, 2011).

31

Vale ressaltar que esse cp depende do cut-off ou comprimentos de

amostragem. Quanto maior for o valor do cut-off, maiores sero os valores obtidos

para Ra. Este cp no faz distino entre picos e vales, ou seja, no fornece

nenhuma informao sobre a forma da superfcie.

2.4.3 Amplitude Mxima de Picos e Vales - Rp e Rv

Para Machado (2009), os cps, amplitude mxima de picos e vales,

corresponde ao valor de maior altura de pico (Zpi) e de maior profundidade de vale

(Zvi) de um perfil filtrado, dentro do comprimento de amostragem.

A avaliao dos picos importante considerando as propriedades de frico e

desgaste e a interao entre concentrao de superfcies. No entanto, este cp

influenciado pelas falhas mecnicas devido ao material, sendo que a superfcie deve

ser bem limpa para eliminar toda a sujeira antes da medio (MACHADO, 2009).

Figura 9 - Amplitude dos picos (NBR ISO 4287:2002).

32

Figura 10 - Amplitude dos vales (NBR ISO 4287:2002).

2.5 Tenso Residual

Tenses residuais so aquelas que permanecem no componente mesmo

depois de cessadas as foras externas anteriormente aplicadas sobre ele. So

elsticas e se superpem as cargas de servio, podendo ser benficas ou

prejudiciais s estruturas e equipamentos, dependendo de sua magnitude, sinal e

distribuio (ALMEN e BLACK, 1963).

Tenses residuais so tenses internas que surgem nos componentes aps

processos de conformao, provocando mudana nas propriedades mecnicas

destes componentes, na maioria das vezes de forma localizada, podendo alterar sua

durabilidade, principalmente em componentes submetidos a esforos cclicos.

Dependendo da natureza destas tenses, pode comprometer a vida destes

componentes (MELO, 2014). Estas tenses existem mesmo na ausncia de

qualquer tipo de gradientes de temperatura, tenses aplicadas ou foras externas e

so classificadas como de origem mecnica, trmica ou qumica e podem ser

compressiva ou trativa (BUENOS, 2010).

Neste caso, o estado de tenses autoequilibrante e, portanto, a resultante

das foras e de momentos que as tenses residuais produzem zero. Qualquer

perturbao que ocorra, como remoo de material, aplicao de carregamentos

trmicos e mecnicos alteram o seu estado e causam a sua redistribuio de modo

que as tenses se equilibrem novamente.

33

Segundo Bianch et al (2000), as tenses dependem da empregabilidade do

produto e do tipo de tenso residual de que o mesmo est sujeito. Existem dois tipos

de tenses residuais. As tenses residuais de trao e compresso. As tenses

trativas devem ser evitadas em peas submetidas a esforos mecnicos cclicos,

pois sua natureza facilita a propagao e a nucleao de trincas, levando a ocorrer

falhas por fadiga mecnica. Por outro lado, as tenses compressivas so benficas,

uma vez que tendem a interromper a propagao de trincas existentes no material.

Portanto, fundamental conhecer a natureza das tenses residuais e sua

distribuio, para garantir a integridade estrutural de um componente, de modo que

no ocorram falhas.

As tenses residuais podem ser classificadas em trs tipos principais:

a) Tipo 1: conhecidas como macroscpicas ou macrotenses residuais, e se

estendem ao longo do componente por vrios gros cristalinos. As macro-

tenses residuais so provenientes de condies ou fontes mecnicas,

trmicas ou qumicas que afetam volume considervel do material

estendendo-se por rea comparvel s dimenses da pea. Tais tenses

esto em equilbrio para um corpo como um todo e tm sua origem em

deformaes plsticas macroscpicas.

b) Tipo 2: comumente chamadas de tenses micro estruturais, esto presentes

em um gro ou numa parte deste, estando equilibradas em alguns gros

vizinhos e tendo sua origem em deformaes plsticas microscpicas.

c) Tipo 3: conhecidas por tenses micro localizadas, estendem-se por pequenas

distncias interatmicas, dentro de uma pequena poro de um gro, estando

tambm equilibradas em uma pequena parte do gro e tendo sua origem em

defeitos cristalinos, particularmente discordncias.

As tenses residuais do tipo 2 e 3 so consideradas micro tenses, que no

podem ser evitadas em materiais policristalinos, e so mais importantes para o

estudo do comportamento micro estrutural. Para avaliao de projetos mecnicos e

estruturais, as tenses do tipo 1, macroscpicas, so de fundamental importncia e

devem ser determinadas atravs de mtodos confiveis de medidas.

34

De acordo com Wagner e Luetjertng (1981), tenses residuais trativas podem ser

deletrias, uma vez que estas tenses ao somarem-se s tenses trativas aplicadas

no componente auxiliam a iniciao e o crescimento de trincas de fadiga, enquanto

que as tenses residuais compressivas, ao se oporem a direo de carregamento

trativo, reduzem o nvel de tenso aplicada e inibem a iniciao e a propagao de

trincas.

Em geral, todo componente mecnico tende a apresentar tenses residuais de

origem microscpica, derivadas de seu processamento para alterao das

qualidades micro estruturais e caractersticas mecnicas. Alm destas tenses

residuais macroscpicas estaro tambm presentes devido aos processos de

fabricao, necessrios conformao do material sua forma final (TAYER, 2011).

Processos mecnicos ou tratamentos trmicos que produzam o aparecimento de

tenses residuais compressivas na superfcie de componentes mecnicos so

bastante empregados em elementos vitais de projeto, sujeitos a condies difceis

de trabalho, visando inibir a propagao e iniciao de trincas de fadiga e reforar a

resistncia fadiga, a resistncia corroso sobtenso e a resistncia fadiga

intragranular.

Um material ao ser deformado a frio e aps ser submetido a um ensaio de

dureza superficial, espera-se que seu resultado seja diferente do resultado do

mesmo material no deformado. Se a natureza das tenses residuais na superfcie

forem trativas, o ensaio apresentar um valor menor para a dureza superficial em

relao ao material no deformado. Caso contrrio, sendo compressivas as tenses

residuais na superfcie, a penetrao ser mais difcil e o resultado do ensaio

apresentar valores maiores (BOCCIARELLI e MAIER, 2006).

As tenses residuais podem ser quantificadas atravs da comparao de um

material com tenses residuais, com outro livre de tenses. O mtodo de medio

baseia-se na relao fora-profundidade. As tenses residuais so determinadas

conforme a Equao 2.3.

Eq. 2.3

35

Em que:

res: tenso residual do material ensaiado (MPa),

: constante caracterstica do indentador e do material,

Pres.: carga residual de indentao entre o material com tenses residuais e o

material livre de tenses residuais,

Ao: rea projetada da indentao.

A carga residual de indentao calculada pelo grfico da fora x

profundidade de indentao, conforme Figura 11.

Figura 11 - Grfico da Fora x Profundidade de Indentao (Adaptado de Melo, 2014).

A tcnica de indentao da dureza (H) fornece as propriedades mecnicas do

material atravs da curva de carga da indentao (P), em relao ao deslocamento

de penetrao (h), registrados durante o carregamento e descarregamento do

indentador. A curva carga x deslocamento (Ph) apresentada na Figura 12, sendo

uma curva tpica de uma indentao realizada por um indentador afiado. Atravs da

curva, a indentao da dureza (H) que igual presso de contato mdia (pm),

pode ser determinada pela Equao 2.4.

Eq. 2.4

Em que:

36

Ac: rea de contato projetada, que pode ser uma funo geomtrica da

profundidade de contato (hc).

A profundidade de contato pode ser determinada atravs da Equao 2.5.

Eq. 2.5

Em que:

w: cp geomtrico que de 0,72 para um cone, de 0,75 para um penetrador de

Berkoviche ponta arredondada, e 1 para um puno plano,

s: rigidez que pode ser medida como o declive inicial da curva de descarga,

conforme Figura 12.

Figura 12 - Curva de carga x deslocamento durante indentao instrumentada (Sousa, 2012).

Deve-se ter muita ateno e cuidado na medio, com relao ao clculo da

rea de contato entre material indentado e o penetrador, pois influencia de maneira

direta na avaliao da tenso residual.

Por ser uma tcnica de fcil aplicao e baixo custo empregado, muitos

estudos tm sido desenvolvidos sobre a tcnica de medio de tenses residuais

por indentao, ainda assim h inconvenientes neste tipo de medio de tenso

residual, como exemplo, a necessidade de se ter um material livre de tenses para

comparar os resultados das medies, podendo gerar dificuldades.

37

2.6 Dureza

Para Callister (2011), dureza uma propriedade mecnica do material que

est relacionada facilidade ou dificuldade de deformao plstica localizada, ou

seja, a resistncia que o material oferece s pequenas impresses ou riscos.

A dureza era utilizada de forma qualitativa para classificar minerais naturais.

Foi desenvolvida uma tabela a qual conhecida como escala de Mohs, que varia de

1, na extremidade macia e tem o talco como elemento, at 10 sendo o mais duro

que o diamante. Ou seja, a capacidade que um material tem de riscar ou

penetrar no outro (SOUSA, 2012).

De modo a quantificar a dureza do material, foram criados pequenos

penetradores os quais so forados sobre a superfcie de um material em anlise.

Desenvolveu-se cps a fim de eliminar variveis de influncia, dessa forma a carga, a

velocidade de penetrao, dentre outras variveis foram padronizadas para cada

mtodo de medio de dureza. Lembrando que a dureza uma medida relativa, ou

seja, comparativo assim no se pode comparar durezas entre mtodos diferentes.

O ensaio de dureza permite coletar diversas informaes do material

ensaiado como limite de resistncia, mdulo de elasticidade, resistncia a fratura,

tenses residuais, entre outros, sendo um dos ensaios mais realizados. um ensaio

considerado de simples realizao. A preparao do material no exige formas

complexas, somente limpeza, lixamento e polimento.

A dureza medida levando em conta a geometria do puno, assim faz-se a

medida da profundidade ou do tamanho da impresso resultante, a qual

relacionado a um nmero ndice de dureza; quanto mais macio material, maior e

mais profunda a impresso e menor o nmero ndice de dureza (SOUSA, 2012).

Por apresentar vantagens sobre os demais ensaios, o de dureza um dos

ensaios mecnicos mais praticados. Dentre essas razes est sua simplicidade e

custo, pois os corpos de prova no precisam de preparao complexa e o

equipamento relativamente barato. O ensaio considerado no-destrutivo, pois

38

no h deformao e nem fratura da amostra. um ensaio que pode gerar outras

informaes tais como modulo de elasticidade, limite de resistncia, tenso residual,

dentre outras (MANEIRO, RODRGUEZ, 2006). Quanto maior o limite de resistncia

a deformao de um material metlico maior a sua dureza.

Existem diversos mtodos de ensaio de dureza, podendo ser classificados

em:

Dureza por Risco:

Este mtodo pouco utilizado para metais, sendo mais aplicado na rea de

mineralogia. Diversos minerais podem ser relacionados com outros materiais na sua

capacidade de riscar uns aos outros. A dureza Mohs a mais conhecida entre os

tipos de dureza por risco, e consiste em uma escala de 10 minerais padres

organizados de tal forma que o mais duro (diamante, dureza ao risco 10) risca todos

os outros. O material localizado imediatamente abaixo (safira, dureza ao risco 9)

risca os que se seguem, e assim sucessivamente, at o mais macio da escala, que

o talco (silicato de magnsio - dureza ao risco 1), a maior parte dos metais esto

localizados entre os pontos 4 e 8, Figura 13 (MELO, 2014).

Figura 13 - Escala de Mohs de dureza dos minerais (autoria prpria).

Dureza por Rebote:

A medida de dureza por rebote se d atravs de um ensaio dinmico cuja

impresso na superfcie do material causada pela queda livre de um mbolo com

39

uma ponta padronizada de diamante. O valor da dureza proporcional a energia de

deformao consumida para formar a marca no corpo de prova e representada

pela altura alcanada no rebote do mbolo. Dessa forma, um material dctil

consumir mais energia na deformao do corpo de prova e o mbolo alcanar

uma altura menor no retorno, indicando uma dureza mais baixa (MELO, 2014).

Figura 14 - Indentador Shore (Melo, 2014).

Dureza por Penetrao:

A dureza por penetrao medida atravs de um penetrador, fazendo uma

pequena marca na superfcie do material atravs da aplicao de uma carga. Os

principais mtodos para medio de dureza por penetrao esto representados na

Figura 15 . A microdureza produz uma impresso microscpica na superfcie do

material, utilizando penetradores de diamante de cargas menores que 1kgf (MELO,

2014).

40

Figura 15 - Mtodos para medio de dureza (Callister, 2011).

O indentador deixa na pea uma impresso que depende da geometria do

mesmo, o que pode ser de diferentes formas geomtricas, como exemplo, de base

quadrada (Vickers). A impresso residual da dureza Vickers apresentada na forma

geomtrica piramidal de base quadrada e possui 4 faces. Entre as faces opostas da

ponta, um ngulo de 136 formado. A dureza Vickers representada como HV

(GARCIA, SPIM e SANTOS, 2000).

Conforme Shahdad McCabe et al. (2006), a dureza Vickers um mtodo para

classificao de dureza dos materiais, o qual se utiliza uma pirmide de diamante

com a base quadrada formando um ngulo de diedro de 136. Essa pirmide

41

comprimida, com uma fora arbitrria "F", contra a superfcie do material. Para este

ensaio, as cargas aplicadas so muito menores do que para os ensaios Rockwell e

Brinell, variando entre 1 e 1000 g. A rea "A" da superfcie impressa pela medio

das suas diagonais calculada atravs da Equao 2.6.

Eq.2.6

Em que:

P = a carga em kgf

D = a mdia aritmtica entre as duas diagonais

HV = a dureza Vickers

O captulo seguinte abordar os materiais e mtodos utilizados para a

realizao dos ensaios de estampagem profunda.

CAPTULO 3

MATERIAIS E MTODOS

Neste captulo apresentada a metodologia empregada na avaliao da

qualidade superficial do corpo de prova e do coeficiente de embutimento do material

estudado. Foram utilizados 6 leos lubrificantes no processo de estampagem, para

verificar a influncia do lubrificante na qualidade superficial do corpo de prova. No

experimento so utilizados lubrificantes de base mineral, utilizados pelas indstrias,

e lubrificantes de base vegetal, usados de forma opcional, tendo seus resultados

confrontados. O procedimento adotado na confeco da ferramenta de estampagem

para a gerao do corpo de prova, os processos e as condies utilizadas nos testes

sero descritos. A qualidade superficial foi analisada atravs da medio da

rugosidade Ra, Rz e Rt, alm de verificar a dureza e a tenso residual no corpo de

prova.

3.1 Corpo de prova

Para a confeco dos corpos de prova foi utilizado um ao de Alta

Resistncia e Baixa Liga. Os corpos de prova foram realizados no Laboratrio de

Usinagem do DEMEC da UFSJ. A chapa foi cortada em formato quadrado, medindo

75 x 75 mm. Em seguida foi submetida ao processo de usinagem, sendo fixada em

um torno e recortada no formato de discos com dimetros 56, 60, 64, 66 e 68 mm,

fabricados em chapas de Ao ARBL com 1 mm de espessura, conforme mostrado

na Figura 16.

43

Figura 16 - Corpo de prova. (a) Antes do ensaio Swift; (b) Aps o ensaio Swift;

(c) Com ruptura (Autoria prpria).

Os ensaios Swift foram realizados no Laboratrio de Metalurgia do Instituto

Federal de Educao, Cincia e Tecnologia do Sudeste Mineiro, Campus Juiz de

Fora. Foram utilizados 6 lubrificantes diferentes, sendo 4 de origem vegetal e 2 de

origem mineral. So eles: Mamona, Algodo, Milho, Linhaa, Plantoform 64 e

Renoform MZA 20, respectivamente. Os leos minerais Plantoform 64 e Renoform

MZA 20 so muito utilizados pelas indstrias nos processos de estampagem e

extruso de peas. A temperatura utilizada foi a do ambiente.

3.2 Ferramental

O ferramental foi confeccionado em Ao ABNT 1045. O mesmo composto

por puno (A), matriz (B) e prensa chapas (C), conforme mostrado na Figura 17.

Figura 17 - (A) Puno, (B) prensa-chapas e (C) matriz (Autoria prpria).

As dimenses da matriz e do puno foram confeccionadas de acordo com a

Tabela 3, em funo da espessura da chapa.

44

Tabela 3 - Dimenses (mm) da ferramenta para o Ensaio Swift em funo da

espessura (MARCONDES, 2010).

Puno Matriz Espessura da chapa

Dimetro Raio de

concordncia Dimetro

Raio de concordncia

19 2,7

20,2 4,3 0,30 - 0,43

20,71 6,1 0,43 -0,61

21,43 8,7 0,61 - 0,87

22,45 12,4 0,87 - 1,24

32 4,5

33,28 4,5 0,32 - 0,45

33,80 6,4 0,45 - 0,64

34,56 9,1 0,64 - 0,91

35,64 13,0 0,91 - 1,30

50 5,0

51,80 6,4 0,45 - 0,64

52,56 9,1 0,64 - 0,91

53,64 13,0 0,91 - 1,30

55,20 18,6 1,30 - 186

3.3 Planejamento Experimental

Neste experimento, realizou-se a anlise estatstica para avaliar a influncia

do lubrificante na estampagem do ao com diferentes dimetros. Os ensaios foram

conduzidos de forma aleatria. O planejamento experimental utilizado foi um

experimento fatorial aleatorizado por nvel. A anlise dos resultados foi feita atravs

de uma Anlise de Varincia, assumindo um nvel de confiana igual a 95%. As

variveis de influncia so o dimetro inicial em 3 nveis e o lubrificante em 6 nveis,

conforme Tabela 4. As variveis de resposta so: as rugosidades Ra, Rz e Rt, para

lateral e fundo dos copos estampados; a dureza superficial, na lateral e no fundo do

copo; a espessura do produto na lateral e na curvatura do copo.

Tabela 4- Variveis de influncia.

LUBRIFICANTES

ALGODO LINHAA MAMONA MILHO PLANTOFORM RENOFORM

DI

ME

TR

OS

56 A1/A2/A3 L1/L2/L3 MA1/MA2/MA3 MI1/MI2/MI3 P1/P2/P3 R1/R2/R3

60 A4/A5/A6 L4/L5/L6 MA4/MA5/MA6 MI4/MI5MI6 P4/P5/P6 R4/R5/R6

64 A7/A8/A9 L7/L8/L9 MA7/MA8/MA9 MI7/MI8/MI9 P7/P8/P9 R7/R8/R9

45

3.4 Procedimentos experimentais

O experimento foi realizado aplicando um filme lubrificante em ambas as

faces dos discos de Ao ARBL. Foram realizadas 3 rplicas para cada condio, 6

diferentes tipos de lubrificantes e 5 diferentes dimetros. O ensaio Swift foi realizado

em uma prensa hidrulica manual. O ensaio seguiu a seguinte sequncia: Foram

estampados copos com discos de 56 mm de dimetro, na presena de todos os

lubrificantes. Como os discos no apresentaram ruptura, repetiu-se a operao para

os discos de 60 mm. No havendo ruptura, estampou-se copos com discos de 64

mm. Os discos com 68 mm apresentaram ruptura para todos os lubrificantes

empregados. Ento foram produzidos os discos de 66 mm, medida intermediria ao

copo estampado sem defeito (64 mm) e ao copo estampado com defeito (68 mm),

para verificar com mais preciso o limite de embutimento. Esses copos tambm

apresentaram ruptura.

As amostras foram submetidas ao ensaio de Rugosidade, onde se utilizou o

perfilmetro Taylor Robson no Laboratrio de Metrologia da UFSJ. Foi criado um

dispositivo de fixao do corpo de prova, para que o mesmo no se movimentasse

durante o processo de medio da pea. Para cada corpo de prova foram realizadas

3 medidas na lateral e 3 medidas no fundo, ou seja, 3 rplicas para avaliar o erro

experimental.

Figura 18 - Perfilmetro Taylor Robson (Autoria prpria).

46

O Ensaio de Trao foi realizado no Laboratrio de Metalurgia do Instituto

Federal de Educao, Cincia e Tecnologia do Sudeste Mineiro, Campus Juiz de

Fora, utilizando uma Mquina de Teste Universal, modelo WDW-200E III, conforme

Figura 19. Este ensaio foi realizado, de acordo com a norma ASTM E8M, para

adquirir informaes sobre as propriedades mecnicas do material.

.

Figura 19 - Mquina de Ensaios Universal (Autoria prpria).

O corpo de prova foi confeccionado de acordo com as dimenses da Figura

20, conforme ASTM E8M.

Figura 20 - Dimenses do corpo de prova (Autoria prpria).

47

As amostras foram submetidas ao ensaio de ultra micro dureza Vickers no

equipamento Ultra Micro Durmetro DUH-211S Dynamic Ultra Micro Hardness

Tester Shimadzi (Figura 21), situado no Laboratrio de microscopia da UFSJ, para

avaliar as tenses residuais. Os cps utilizados no ensaio foram: fora mxima 1500

[mN], fora mnima 1,96 [mN], velocidade de leitura 1,0 [mN/s], raio de posio do

indentador de 0,070.

Figura 21 - Ultra Micro Durmetro DUH-211S (Autoria prpria).

Para realizar o ensaio de ultramicrodureza, o corpo de prova foi cortado ao

meio e em seguida embutido. As peas foram lixadas com lixas dgua de diferentes

granulometrias, variando de 120 a 1500 mesh e em seguida, polidas com feltro e

pasta alumina 3 m, para que o corpo de prova tivesse o acabamento necessrio

para a realizao o ensaio, conforme pode ser visto na Figura 22. Os equipamentos

esto localizados no Laboratrio de Materiais da UFSJ, a Figura 23 mostra em A o

equipamento utilizado para lixar o corpo de prova embutido e em B o equipamento

utilizado para polir. Foram realizadas medies no fundo, na lateral e na curva em

todos os corpos de prova.

48

Figura 22- Corpo de prova preparado para o ensaio de ultramicrodureza (Autoria prpria).

Figura 23 - (A) Politriz Panambra; (B) Politriz Montasupal (Autoria prpria).

Como o ensaio de ultramicrodureza no um ensaio destrutivo, aproveitamos

o mesmo corpo de prova, para medir a espessura da chapa aps o ensaio Swift . As

amostras foram submetidas esta medio para verificar se houve variao na

espessura da chapa de ao aps o processo de estampagem. Para isso foi utilizado

o microscpio ptico da Olympus BX51W1, as medidas foram realizadas na curva e

na parede do copo, conforme Figura 24.

Figura 24 - Posies da medida da espessura (Autoria prpria).

CAPTULO 4

ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS

Este captulo apresenta as analises e discusses sobre os resultados obtidos

atravs dos ensaios. So eles: rugosidade, ultramicrodureza e espessura, utilizados

para avaliar a influncia do lubrificante na estampagem de um ao ARBL.

4.1 Resultado do ensaio de trao do material

1.1. Atravs do ensaio de trao, identificamos as

material, conforme segue na

Tabela 5. Os cps utilizados no ensaio seguiram a norma ASTM E8M.

Primeiramente, o material foi ensaiado at o momento da sua ruptura, dessa forma

foi possvel caracterizar o material.

Tabela 5 - Propriedades Mecnicas do Ao ARBL.

Densidade Mdulo de Elasticidade Coeficiente de Poisson

7,87 g/cm 200GPa 0,29

A Figura 25 apresenta a curva Fora x Deslocamento, gerada atravs dos

resultados do ensaio de trao.

Figura 25 - Grfico Fora x Deslocamento obtida pelo ensaio de trao do material ARBL.

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Fo

ra (

KN

)

Deslocamento (mm)

Fora x Deslocamento

50

4.1 Rugosidade

A anlise dos resultados, sobre a rugosidade do material, foi feita

individualmente para as rugosidades Ra, Rz e Rt e para altura e fundo do corpo de

prova. Os Resultados das medidas de Rugosidade se encontram no Apndice A, no

final desta dissertao.

A Figura 26 mostra a variao da rugosidade em funo do lubrificante

empregado, onde se pode ver que a rugosidade no fundo do copo maior que a

rugosidade na lateral do copo, independente do tipo de medio. Isso se explica

pelo fato de o fundo do copo sofrer menor quantidade de deformao que a lateral

do copo. Assim, pode-se deduzir que o aumento da intensidade de deformao

diminui a rugosidade superficial na conformao de copos. Como se espera um

produto com menor rugosidade superficial, podemos afirmar que a conformao

contribui para um produto de melhor qualidade neste quesito.

Figura 26 - Variao da rugosidade em funo dos lubrificantes.

A Anlise da varincia, conforme a Tabela 6, nos mostra que os lubrificantes

influenciam o resultado, bem como o dimetro inicial do disco a embutir. Mas no

existe interao entre as variveis. Na Tabela 6, a varivel A o lubrificante e a

varivel B o dimetro inicial.

0

10

20

30

40

50

Ra Rt Rz Ra Rt Rz

Lateral do copo Fundo do copo

Ru

gosi

dad

e

Lubrificantes

Variao Rugosidade x Lubrificantes

Algodo Linhaa Mamona Milho Plantoform Renoform

51

Tabela 6 - Anlise da Varincia de Ra.

GL MS Fcalc Ftab Deciso

SST 0,83082 162

SSA 0,2315 2 0,11575 36,99672029 3,05849 INFLUENCIA

SSB 0,12642 5 0,02528 8,081208717 2,2766 INFLUENCIA

SSAB 0,01925 10 0,00193 0,61544328 1,89654 NO INFLUENCIA

SSE 0,45365 145 0,00313

Em que SST a soma dos quadrados de todas as medidas; SSA a soma do

quadrado das somas das medidas dos lubrificantes; SSB a soma do quadrado das

somas das medidas dos dimetros; SSAB a soma do quadrado das interaes

entre A e B; SSE a soma do quadrado dos erros experimentais; GL o grau de

liberdade de cada tratamento; MS razo do tratamento analisado pelo seu grau de

liberdade; Fcalc o valor calculado para a varincia de Fisher e Ftab o valor

tabelado para distribuio de Fisher para 5% de significncia (95% de

confiabilidade). Se Ftab maior do que Fcalc, implica que a varivel no influncia no

resultado obtido. E vice-versa.

Um teste de contrastes mostra que existe diferena entre todos os

lubrificantes, exceto entre o milho e o Renoform. A Figura 27 apresenta o resultado

das mdias da Rugosidade em funo do Lubrificante. Como se pode ver, a menor

mdia foi obtida com o Lubrificante leo de linhaa. Sendo a rugosidade menor mais

interessante para a qualidade final do produto. Em termos de rugosidade Ra, pode-

se indicar o uso deste lubrificante.

.

Figura 27 - Variao da rugosidade Ra em funo dos lubrificantes.

0

1

2

3

4

Ru

gosi

dad

e R

a

Lubrificantes

Comparativo Rugosidade Ra x Lubrificantes


52

As Figura 28, 29 e 30 apresentam um comparativo entre as medidas

realizadas nas laterais e nos fundos dos copos. Para as medidas realizadas nas

laterais, possivel verificar que, para as trs situaes medidas (Ra, Rt e Rz), o leo

de Linhaa apresentou menor rugosidade. Nota-se ainda que, a lateral do copo

apresenta rugosidade consideravelmente menor do que no fundo. Isso ocorre devido

a deformao plstica na lateral do copo, que maior do que a deformao no

fundo.

Figura 28 - Comparativo entre a rugosidade Ra medida na lateral e no fundo.

Figura 29 - Comparativo entre a rugosidade Rt medida na lateral e no fundo.

0

1

2

3

4

5

6

7


Ru

gosi

dad

e R

a

Lubrificantes

Comparativo Rugosidade Ra

Ra - Lateral Ra - Fundo

0

10

20

30

40

50


Ru

gosi

dd

e R

t

Lubrificantes

Comparativo Rugosidade Rt

Rt - Lateral Rt - Fundo

53

Figura 30 - Comparativo entre a rugosidade Rz medida na lateral e no fundo.

A rugosidade tambm foi avaliada em funo do dimetro de partida de

fabricao do copo. A Figura 31 mostra a variao da Rugosidade obtida.

Figura 31 - Variao da rugosidade em funo do dimetro do disco.

Conforme se verifica no grfico, a Rugosidade no fundo do copo superior

rugosidade na lateral do copo, para todos os tipos de medio. Como explicamos

anteriormente, o fundo do copo sofre menor quantidade de deformao que a lateral

do copo. Isto tambm se observa em relao ao dimetro a embutir. Como

dimetros maiores formam copos de altura maior, com o mesmo dimetro interno,

0

5

10

15

20

25

30

35

40


Ru

gosi

dad

e R

z

Lubrificantes

Comparativo rugosidade RZ

Rz - Lateral Rz - Fundo

-

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

Ra Rz Rt Ra Rz Rt

Lateral do copo Fundo do copo

Ru

gosi

dad

e (

m)

Dimetro

Variao da rugosidade em funo do dimetro

56 60 64

54

verifica-se que quanto maior a altura embutida, menor a rugosidade medida,

independente do tipo de medio.

Ao analisar a rugosidade no fundo dos copos, atravs da anlise de varincia,

verificou-se que para as rugosidades Ra e Rt, houve influncia apenas dos

dimetros. A Tabela 7, mostra que os dimetros influenciaram na rugosidade

mxima (Rz), assim como houve a interao entre os dimetros e os lubrificantes.

Tabela 7 - Rugosidade Rz no fundo do copo.

GL MS Fcalc Ftab Deciso

SST 40,588 162

SSA 8,3807 2 4,1904 22,721 3,0585 DIFERENTE

SSB 0,9287 5 0,1857 1,0071 2,2766 IGUAL

SSAB 4,5367 10 0,4537 2,4599 1,8965 DIFERENTE

SSE 26,742 145 0,1844

Dessa forma, foi realizado o contraste para verificar qual condio apresenta

menor rugosidade, o que benfico ao processo.

Tabela 8 - Contraste no fundo do copo para rugosidade Rz - SSA dimetros.

CONTRASTE SSA - DIMETROS

MSC Fcalc Ftab Deciso

56x60 0,3837 2,0807 3,9064 IGUAL

56x64 7,6108 41,267 3,9064 DIFERENTE

60x64 4,5766 24,815 3,9064 DIFERENTE

Tabela 9 Contraste no fundo do copo para rugosidade Rz SSAB dimetro 56 x lubrificantes.

CONTRASTE SSAB DIMETRO 56 x LEOS


ALGxLIN 0,1112 0,6030 3,9064 IGUAL

ALGxMAM 0,0552 0,2995 3,9064 IGUAL

ALGxMIL 0,0668 0,3623 3,9064 IGUAL

ALGxPLAN 0,9054 4,9093 3,9064 DIFERENTE

ALGxREN 0,1257 0,6814 3,9064 IGUAL

LINxMAM 0,0097 0,0525 3,9064 IGUAL

LINxMIL 0,3504 1,9001 3,9064 IGUAL

LINxPLAN 0,3820 2,0713 3,9064 IGUAL

LINxREN 0,0004 0,0024 3,9064 IGUAL

MAMxMIL 0,2436 1,3207 3,9064 IGUAL

MAMxPLAN 0,5134 2,7835 3,9064 IGUAL

MAMxREN 0,0143 0,0774 3,9064 IGUAL

MILxPLAN 1,4642 7,9390 3,9064 DIFERENTE

MILxREN 0,3758 2,0374 3,9064 IGUAL

PLANxREN 0,3564 1,9327 3,9064 IGUAL

55

De acordo com os dados extrados do contraste entre o dimetro 56 e os

lubrificantes, conforme pode ser visto na Tabela 9, podemos verificar que a interao

entre alguns lubrificantes influenciaram na rugosidade Rz, so eles: Algodo x

Plantoform e Milho x Plantoform. A Tabela 10 mostra o contraste entre o dimetro de

60 e os lubrificantes, onde verifica-se que houve influncia da interao entre os

lubrificantes Linhaa x Milho e Linhaa x Plantoform.


CONTRASTE SSAB DIMETRO 60 x LEOS


ALGxLIN 0,4719 2,5588 3,9064 IGUAL

ALGxMAM 0,0045 0,0246 3,9064 IGUAL

ALGxMIL 0,0584 0,3165 3,9064 IGUAL

ALGxPLAN 0,1918 1,0402 3,9064 IGUAL

ALGxREN 0,0134 0,0727 3,9064 IGUAL

LINxMAM 0,3838 2,0812 3,9064 IGUAL

LINxMIL 0,8622 4,6750 3,9064 DIFERENTE

LINxPLAN 1,2655 6,8620 3,9064 DIFERENTE

LINxREN 0,6444 3,4942 3,9064 IGUAL

MAMxMIL 0,0955 0,5177 3,9064 IGUAL

MAMxPLAN 0,2554 1,3851 3,9064 IGUAL

MAMxREN 0,0336 0,1820 3,9064 IGUAL

MILxPLAN 0,0386 0,2092 3,9064 IGUAL

MILxREN 0,0158 0,0858 3,9064 IGUAL

PLANxREN 0,1038 0,5629 3,9064 IGUAL

Na Tabela 11 verificou-se que a interao entre os leos Algodo x Milho,

Algodo x Renoform e Linhaa x Renoform, apresentaram influencia na rugosidade

Rz medida no fundo do copo.

56


CONTRASTE SSAB DIMETRO 64 xLEOS


ALGxLIN 0,0039 0,0212 3,9064 IGUAL

ALGxMAM 0,1764 0,9565 3,9064 IGUAL

ALGxMIL 0,7884 4,2748 3,9064 DIFERENTE

ALGxPLAN 0,2000 1,0847 3,9064 IGUAL

ALGxREN 1,5643 8,4818 3,9064 DIFERENTE

LINxMAM 0,1278 0,6929 3,9064 IGUAL

LINxMIL 0,6813 3,6939 3,9064 IGUAL

LINxPLAN 0,1480 0,8026 3,9064 IGUAL

LINxREN 1,4118 7,6549 3,9064 DIFERENTE

MAMxMIL 0,2189 1,1872 3,9064 IGUAL

MAMxPLAN 0,0007 0,0040 3,9064 IGUAL

MAMxREN 0,6901 3,7417 3,9064 IGUAL

MILxPLAN 0,1942 1,0528 3,9064 IGUAL

MILxREN 0,1316 0,7137 3,9064 IGUAL

PLANxREN 0,6455 3,5001 3,9064 IGUAL

De acordo com os contrastes apresentados, pode-se dizer estatisticamente

que, os leos de Linhaa e Algodo apresentaram os melhores resultados, quando

comparados com todos os lubrificantes utilizados no estudo, pois resultou em uma

menor rugosidade Rz. As Figura 28, 29 e 30 mostram que, para todos os tipos de

rugosidade (Ra, Rz e Rt) medidos na lateral do copo, onde a deformao maior, o

leo de Linhaa apresentou o melhor desempenho.

Podemos identificar atravs do ensaio Swift, que o limite de embutimento para

as condies analisadas de 64 mm, representando um coeficiente de embutimento

() igual a 0,5. Portanto, no limite mximo o leo de algodo produziu a menor

rugosidade mxima, apresentando um desempenho superior aos lubrificantes

minerais.

4.2 - Dureza

A dureza do corpo de prova foi avaliada atravs do ensaio de

ultramicrodureza Vickers, obtidos atravs do Ultra Micro Durmetro DUH-211S

Dynamic Ultra Micro Hardness Tester Shimadzi, capaz de fornecer de maneira direta

as medies de microdureza. Os resultados das medidas so fornecidos em forma

de um relatrio, como pode ser visto na Figura 32. Quanto aos resultados obtidos,

temos as seguintes variveis de resposta: fora mxima (Fmx), profundidade

mxima (hmx), profundidade da impresso deixada aps o ensaio (Hp), ponto de

57

interseo da tangente da curva de retorno em relao ao eixo profundidade (hr) e

mdulo de elasticidade (S). Estes so os dados mais importantes e que nos

interessa neste trabalho.

Figura 32 - Resultados da microdureza da amostra como recebida.

Os valores obtidos do ensaio de dureza so apresentados nas Tabela 12 e

13, em sua forma bruta. Para as anlises estatsticas utilizou-se o valor da mdia

referente a dureza DHV-1.

58

Tabela 12 - Ultramicrodureza da chapa como recebida [HV].

Material Rplica 1 Rplica 2 Rplica 3

Chapa como recebida 156,28 135,737 146,817

Tabela 13 - Resultados da ultramicrodureza [HV].

As Tabelas 12 e 13, apresentam os resultados da dureza obtida pelo ensaio,

na pea conformada e na chapa como recebida, o qual teve suas posies de

medidas padronizadas. A Figura 33 apresenta as mdias das durezas para cada

leo, confrontado com a dureza da chapa como recebida. Por este grfico, podemos

56 60 64

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Linhaa

fundo 135,1 125,1 137,9 111,2 96,0 92,2 41,1 128,2 89,0

lateral 163,4 123,3 192,1 156,9 147,2 141,6 126,8 187,5 220,4

curva 178,5 186,7 184,9 171,3 64,7 168,3 148,2 190,0 281,1

Mamona

fundo 147,3 148,0 190,2 108,2 204,0 87,4 93,9 190,6 92,4

lateral 204,1 168,6 187,1 165,5 248,9 115,9 111,1 217,9 137,5

curva 210,3 170,1 207,6 195,8 237,4 112,0 186,1 235,2 151,9

Renoform

fundo 172,6 211,2 154,0 73,5 82,4 118,5 146,9 130,2 113,8

lateral 195,0 259,7 262,5 165,8 189,2 203,2 132,9 182,9 179,7

curva 217,2 242,9 289,4 189,4 213,9 200,6 187,0 187,7 215,5

Plantoform

fundo 117,6 156,5 112,7 117,6 148,6 81,7 129,3 135,6 147,6

lateral 157,1 169,8 175,6 161,7 196,2 138,2 231,9 211,6 215,5

curva 162,0 174,8 201,3 167,0 198,4 159,4 267,6 218,8 224,4

Milho

fundo 102,5 120,9 179,9 90,1 110,7 150,6 184,4 89,2 139,4

lateral 154,7 155,5 189,9 140,2 145,7 182,2 203,1 169,9 211,6

curva 172,0 190,6 208,6 160,8 148,6 205,5 204,2 193,9 214,1

Algodo

fundo 106,6 181,0 84,5 170,1 128,2 134,1 99,9 145,8 178,0

lateral 167,4 202,3 141,4 190,5 175,2 161,8 183,1 182,3 204,6

curva 193,2 219,0 155,9 205,2 181,4 191,5 202,6 194,5 208,3

59

verificar atravs dos resultados que para as condies analisadas na lateral e na

curva do copo, quando comparadas com o material ensaiado como recebido, nota-

se que houve um aumento da dureza na pea, j que o valor mdio sofreu um

aumento. Ao analisar o fundo do copo, verificamos que a dureza reduziu para todas

as condies.

Figura 33 - Comparativo da dureza entre as amostras ensaiadas e as posies medidas.

Teste de contraste mostra que o lubrificante Renoform apresentou maior

dureza, seguido do Plantoform. As amostras com os lubrificantes de mamona e

algodo apresentaram resultados estatisticamente iguais ao do Renoform e

Plantoform. O milho apresentou resultado igual ao Plantoform. Esta anlise permite

que se possa sugerir, em termos de tenso residual, medida atravs da dureza, que

os lubrificantes de mamona e algodo podem substituir os lubrificantes minerais

neste quesito.

A Figura 34 apresenta uma comparao da dureza obtida nas posies

lateral, curva e fundo copo em funo do disco de partida. O grfico mostra o

crescimento da dureza com o aumento do dimetro do disco de partida. Este

resultado se explica pelo fato de que quanto maior o disco de partida, maior a

deformao total induzida. O crescimento da deformao implica em encruamento

mecnico que se reflete na medida da dureza superficial do produto. Assim, em

termos de dureza superficial e correspondente introduo de tenses residuais

0

50

100

150

200

250

Linhaa Mamona Renoform Plantoform Milho Algodo chaparecebida

Du

reza

Vic

ke

rs

Ultramicrodureza do ao ensaiado com os lubrificantes e a chapa recebida

fundo lateral curva

60

compressivas, benficas ao produto, recomendvel trabalhar o mais prximo

possvel do limite de embutimento da chapa.

Figura 34 - Comparativo da dureza entre os dimetros e as posies medidas.

Figura 35 - Comparativo da dureza entre os dimetros e os lubrificantes.

Atravs da Figura 35, podemos comparar os resultados obtidos para a dureza

considerando o efeito dos lubrificantes e dos dimetros de partida. Nota-se que, o

Renoform apresentou uma dureza significativamente maior do que os outros

lubrificantes para o dimetro 56. Essa diferena pode ser vista na Tabela 13.

As Tabela 14, 15 e 16 representam os resultados da interao entre as variveis de

influncia, em que a a posio medida; b representa os lubrificantes e c so os

dimetros.

0

50

100

150

200

250

56 60 64

Du

Influência do lubrificante na estampagem de um aço ARBL Hauck... · Plantoform 64. As variáveis...

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