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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.
So Joo del-Rei, 2015
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
So Joo del-Rei, 2015
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
Tabela 10 Contraste no fundo do copo para rugosidade Rz SSAB dimetro 60 x
lubrificantes. ....................................................................................................................................55
Tabela 11 Contraste no fundo do copo para rugosidade Rz SSAB dimetro 64 x
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
Algodo Linhaa Mamona Milho Plantoform Renoform
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
Algodo Linhaa Mamona Milho Plantoform Renoform
Ru
gosi
dad
e R
a
Lubrificantes
Comparativo Rugosidade Ra
Ra - Lateral Ra - Fundo
0
10
20
30
40
50
Algodo Linhaa Mamona Milho Plantoform Renoform
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
Algodo Linhaa Mamona Milho Plantoform Renoform
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
MSC Fcalc Ftab Deciso
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.
Tabela 10 Contraste no fundo do copo para rugosidade Rz SSAB dimetro 60 x lubrificantes.
CONTRASTE SSAB DIMETRO 60 x LEOS
MSC Fcalc Ftab Deciso
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
Tabela 11 Contraste no fundo do copo para rugosidade Rz SSAB dimetro 64 x lubrificantes.
CONTRASTE SSAB DIMETRO 64 xLEOS
MSC Fcalc Ftab Deciso
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