Influência do uso do lubrificante Dionol GT641-17 para os processos de conformação, soldagem e pintura da liga de alumínio 5052H32

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SUL

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

NÉDIO DANIEL NEUHAUS

INFLUÊNCIA DO USO DO LUBRIFICANTE DIONOL GT641-17 PARA OS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO, SOLDAGEM E PINTURA DA LIGA DE

ALUMÍNIO 5052H32

Panambi 2020

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Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica, do Departamento de Ciências Exatas e Engenharias – DCEEng, da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico.

Orientador: Prof. Mestre Felipe Tusset

Panambi 2020

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Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à banca avaliadora do Curso de Engenharia Mecânica, do Departamento de Ciências Exatas e Engenharias – DCEEng, da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, aprovado pela Banca Examinadora como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico.

Panambi, 15 de julho de 2020.

BANCA EXAMINADORA

_________________________________________________ Professor: Mestre Felipe Tusset - UNIJUÍ

_________________________________________________ Professora: Mestre Patricia Carolina Pedrali - UNIJUÍ

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AGRADECIMENTOS

À Deus primeiramente, pela força, saúde e garra para superar todos os obstáculos e dificuldades enfrentadas durante toda a graduação e desenvolvimento da monografia.

À empresa Bruning Tecnometal, por fornecer todos os meios para a realização dos ensaios, e pela oportunidade de aprendizado e conhecimento repassado.

À área de Pesquisa e Desenvolvimento por todo o apoio e suporte na realização dos testes, ao doutorando Diego Tolotti por todo o auxílio e conhecimento para a estruturação dos ensaios, a Mestre Daniela Bertol e Engenheira Paola Oliveira que me auxiliaram na realização dos ensaios.

Ao orientador Professor Mestre Felipe Tusset, por toda a orientação e ajuda com a estruturação do trabalho.

À minha família, em especial a esposa e filhas por todo o apoio e confiança em mim depositada.

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BIOGRAFIA DO AUTOR

Chamo-me Nédio Daniel Neuhaus, nasci no dia 16 de maio de 1982 na cidade de Panambi. Sou casado com Liliane Cavalheiro Neuhaus e pai de duas filhas, Amanda Cavalheiro Neuhaus com 15 anos de idade e Sara Cavalheiro Neuhaus com 5 anos de idade.

A carreira profissional começou em 1998 como estagiário do curso técnico em mecânica tempo integral na empresa Móveis Carpan pelo período de 3,5 anos. Após fiz estágio no Centro Tecnológico do Colégio Evangélico Panambi pelo período de 6 meses. Atualmente trabalho na Bruning Tecnometal, onde passei por diversas áreas dentro da ferramentaria, como: Bancada de ajustagem de dispositivos de solda (1 ano), Projetos de dispositivos de solda (5 anos), Gestor da área de projetos de dispositivos de solda (7 anos), Gestor da área de Tryout (2 anos), Key User projeto SAP (2,5 anos) e hoje atuo como Supervisor da área de Usinagem da Ferramentaria, totalizando 18 anos de trabalho.

Cursei o ensino fundamental na Escola Estadual de Educação Básica Poncho Verde, após passei a estudar no Colégio Evangélico Panambi fazendo o Curso Técnico em Mecânica Integral o qual concluí em 2002. Depois de um longo período sem estudar, comecei a cursar Engenharia Mecânica na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ.

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RESUMO

A competitividade no ramo industrial pode ser relacionada diretamente com a capacidade das organizações gerirem seus custos de produção, sendo o controle do processo produtivo um determinante para tal fator. O presente trabalho buscou avaliar a influência da utilização do óleo lubrificante para processos de conformação Dionol GT 641-17, analisando os impactos da utilização nos processos de pintura, soldagem bem como na conformação de peças em alumínio. Na etapa de conformação o principal objetivo é eliminar o uso do filme plástico durante a operação de conformação profunda (repuxo), devido ao alto custo na utilização do mesmo no processo. Os experimentos foram realizados em corpos de prova que simulam a condição real de cada processo de fabricação. Com o desenvolvimento deste trabalho constatou-se que o óleo reprovou nos ensaios de câmara úmida e soldagem. Para os ensaios de manchamento e conformação foi aprovado, porém no caso da conformação não foi possível eliminar o filme plástico que atualmente é utilizado.

Palavras chaves: Conformação, alumínio, liga 5052H32, lubrificação, atrito,

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ABSTRACT

Competitiveness in the industrial sector can be directly related to the ability of organizations to manage their production costs, the control of the production process being a determinant for this factor. The present work evaluate the influence of Dionol GT 641-17 lubricating oil for forming processes , analyzing the impacts in the painting, welding and forming processes of aluminum parts. In the forming stage, the main objective is to eliminate the application of plastic film during the deep forming operation (drawing), due to the high cost of using it in the process. The experiments were carried out on specimens that simulate the real condition of each manufacturing process. With the development of this work it was found that the oil failed the wet chamber and welding tests. For the staining and forming tests it was approved, however in the case of forming it was not possible to eliminate the plastic film that is currently used.

Key words: Forming, aluminum, alloy 5052H32, lubrication, friction, welding,

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Superfície do tanque após embutimento com a utilização de Etanol 96%.

... 15

Figura 2 – Superfície do ferramental utilizando Etanol 96% como lubrificante na conformação. ... 15

Figura 3 – Utilização de plástico para conformação. ... 16

Figura 4 – Peça conformada utilizando Etanol 96% + plástico. ... 16

Figura 5 – Resíduo de plástico gerado após conformação das peças. ... 17

Figura 6 – Tipos básicos de estampagem. ... 20

Figura 7 – Processo de Estiramento. ... 21

Figura 8 – Processo de Embutimento. ... 22

Figura 9 - Processo de Cisalhamento ... 22

Figura 10 - Processo de Dobra ... 23

Figura 11 – Máquina ferramenta e ferramental para conformação de peças... 23

Figura 12 – Classificação dos processos de desgaste. ... 26

Figura 13 – Tanque de combustível do caminhão. ... 27

Figura 14 – Representação dos elementos do Tribosistema ... 30

Figura 15 – Formas de testes tribológico. ... 31

Figura 16 – Corpo de prova ensaio de manchamento. ... 33

Figura 17 – Corpo de prova ensaio de compatibilidade de pintura. ... 33

Figura 18 – Corpo de prova ensaio de soldagem. ... 34

Figura 19 – Corpo de prova ensaio de atrito. ... 34

Figura 20 – Corpo de prova ensaio prático de conformação. ... 35

Figura 21 – Lubrificante e béquer. ... 36

Figura 22 – Corpo de prova e película protetora. ... 37

Figura 23 – Corpo de prova individual no lubrificante. ... 37

Figura 24 – Corpo de prova simultâneo no lubrificante. ... 38

Figura 25 – Corpo de prova em repouso após retirada do lubrificante. ... 38

Figura 26 – Borrifador com lubrificante. ... 39

Figura 27 – Máquina para ensaio de atrito. ... 42

Figura 28 – Patim para ensaio de atrito. ... 43

(9)

Figura 30 – Corpo de prova posicionado na ferramenta de conformação. ... 45

Figura 31 – Corpo de prova posicionado na ferramenta de conformação com filme plástico da produção. ... 46

Figura 32 – Resultado ensaio de manchamento 1 minuto + 24 horas. ... 48

Figura 33 – Resultado ensaio de manchamento 24 horas + 24 horas. ... 48

Figura 34 - Condição de corrosão na câmara úmida ... 49

Figura 35 – Grau de corrosão. ... 50

Figura 36 – Superfície do corpo de prova após ensaio na câmara úmida. ... 50

Figura 37 – Comparativo do resultado do ensaio de câmara úmida utilizando lubrificantes diferentes. ... 51

Figura 38 – Topo da solda. ... 52

Figura 39 – Comparativo do resultado do ensaio de topo de solda, sem e com utilização de lubrificante. ... 52

Figura 40 – Mordedura na solda. ... 53

Figura 41 – Comparativo do resultado do ensaio macrográfico de solda, sem e com utilização de lubrificante. ... 53

Figura 42 – Percurso do patim sobre o corpo de prova no ensaio de atrito dinâmico. ... 54

Figura 43 – Adesão do material da peça no patim durante ensaio de atrito dinâmico ... 55

Figura 44 – Resultado ensaio condição 1 - conformação. ... 56

Figura 45 – Resultado ensaio condição 2 - conformação. ... 56

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Percentual de produção do alumínio nos EUA ... 28

Tabela 2 – Composição química do corpo de prova. ... 32

Tabela 3 – Parâmetros ensaio de manchamento. ... 36

Tabela 4 – Parâmetros ensaio de câmara úmida. ... 40

Tabela 5 – Parâmetros ensaio de compatibilidade de soldagem. ... 41

Tabela 6 – Parâmetros ensaio de compatibilidade de soldagem – ataque químico. . 41

Tabela 7 – Parâmetros ensaio de atrito. ... 44

Tabela 8 – Parâmetros ensaio de conformação. ... 44

Tabela 9 – Resultado do ensaio de manchamento. ... 47

Tabela 10 – Resultado do ensaio de câmara úmida. ... 50

Tabela 11 – Resultado do ensaio de soldagem. ... 51

Tabela 12 – Resultado do ensaio de atrito dinâmico. ... 54

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SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA ... 13 1.2 OBJETIVO GERAL ... 14 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 14 1.4 JUSTIFICATIVAS... 14 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 20 2.1 CONFORMAÇÃO ... 20 2.2 ATRITO ... 24 2.3 DESGASTE ... 25 2.4 ALUMÍNIO ... 27 2.5 LUBRIFICANTE ... 29 2.6 TRIBOLOGIA ... 30 3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 32 3.1 CORPOS DE PROVA ... 32

3.1.1 Corpo de prova ensaio de manchamento ... 32

3.1.2 Corpo de prova ensaio de compatibilidade de pintura ... 33

3.1.3 Corpo de prova ensaio de compatibilidade de soldagem ... 34

3.1.4 Corpo de prova ensaio de atrito dinâmico ... 34

3.1.5 Corpo de prova ensaio prático de conformação ... 35

3.2 ENSAIOS ... 35

3.2.1 Ensaio de manchamento ... 35

3.2.2 Ensaio de compatibilidade de pintura ... 39

3.2.3 Ensaio de compatibilidade de soldagem ... 40

3.2.4 Ensaio de atrito dinâmico ... 42

3.2.5 Ensaio prático de conformação ... 44

4 RESULTADOS ... 47

4.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS ... 47

4.1.1 Resultado do ensaio de manchamento ... 47

4.1.2 Resultado do ensaio de compatibilidade de pintura ... 49

4.1.3 Resultado do ensaio de compatibilidade de soldagem ... 51

(12)

4.1.5 Resultado do ensaio prático de conformação ... 55

4.2 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 57

5 CONCLUSÃO ... 59

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 60

(13)

1 INTRODUÇÃO

As empresas são constantemente instigadas a buscar melhores processos para manter sua competitividade no mercado, de forma a manter seus portifólios de produtos, bem como na busca de novos negócios.

A frequência de utilização das ligas de alumínio está cada vez maior, reforçando a importância de estudos, métodos e tecnologias que atendam a estas necessidades.

Uma das maiores dificuldades da utilização de alumínio é na etapa de conformação, pois geralmente são peças de aparência, cujo acabamento superficial é um requisito. Para atendimento dos requisitos, precisam ser utilizadas técnicas capazes de reduzir atrito, consequentemente reduzindo desgastes no ferramental e garantindo uma estabilidade dimensional do produto.

O mercado oferece variados tipos de lubrificantes, na atualidade o mais utilizado no processo de conformação de chapas em alumínio é o Etanol 96% mais filme plástico, porém isto acaba gerando muito resíduo de plástico.

O presente trabalho contempla o estudo realizado utilizando o óleo lubrificante Dionol GT641-17 na conformação da liga de Alumínio 5052H32, bem como o resultados dos ensaios realizados para avaliar a compatibilidade deste lubrificante com os seguintes processos: acabamento superficial (manchamento), pintura, soldagem e conformação (atrito).

1.1 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA

O processo de conformação de peças que utilizam chapas de alumínio como matéria-prima está cada vez mais frequente na atualidade, devido as características físicas e maleabilidade que o material proporciona. Na conformação deste material, existem diversas variáveis como: composição das ligas de materiais; as diferentes concepções do ferramental; a utilização ou não de lubrificantes com intuito de melhorar a conformabilidade, repetibilidade e uma maior durabilidade do ferramental. Para garantir o dimensional, a qualidade do produto e um bom rendimento do ferramental, atualmente é necessário utilizar um filme plástico ou Etanol 96% como

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lubrificante entre o ferramental e a matéria-prima, ocasionando um grande índice de resíduos e um maior tempo de mão de obra, influenciando assim na competitividade.

1.2 OBJETIVO GERAL

Avaliar os efeitos da utilização do Óleo Dionol GT 641-17 aplicado nos processos de fabricação de peças em alumínio da liga 5052H32, quanto à qualidade, desgaste e aplicação.

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Visando o alcance do objetivo geral anteriormente exposto, são necessários os seguintes objetivos específicos:

a) Analisar o manchamento superficial do material; b) Analisar a compatibilidade com a pintura;

c) Analisar a compatibilidade com o processo de soldagem; d) Realizar ensaio de atrito ferramenta versus peça de trabalho;

e) Realizar ensaio de aplicação em condição real de conformação em um produto corrente.

1.4 JUSTIFICATIVAS

O mercado brasileiro está cada vez mais competitivo, e com isso, as empresas são desafiadas constantemente para se manter no mercado, sendo instigadas na busca de inovações tecnológicas, melhores processos, utilização de novos materiais, redução no custo do produto e redução no investimento em ferramental.

Na empresa Bruning Tecnometal, nos processos de conformação de peças em alumínio, com o intuito de minimizar os desgastes do ferramental e melhorar a conformabilidade do produto, é utilizado Etanol 96% e filme plástico entre o ferramental e a peça.

(15)

Com a utilização do filme plástico e Etanol 96% na conformação, obtêm-se um resultado satisfatório na qualidade da peça final, porém acaba gerando muito resíduo de filme plástico e um maior tempo de processo, consequentemente influenciando no custo do produto. A Figura 1 ilustra uma falha decorrente do atrito, na operação de embutimento entre duas peças de alumínio. Nessa operação utilizou-se Etanol 96% como lubrificante.

Figura 1 – Superfície do tanque após embutimento com a utilização de Etanol 96%.

Fonte: Própria do autor (2019).

A Figura 2 ilustra a utilização do Etanol 96% como lubrificante na conformação da tampa do tanque de combustível, onde ele é aplicado sobre a superfície do ferramental, minimizando a incidência do atrito durante o processo de repuxo.

Figura 2 – Superfície do ferramental utilizando Etanol 96% como lubrificante na conformação.

(16)

Na Figura 3 é ilustrada a utilização do plástico como lubrificante na conformação da divisória do tanque de combustível, onde ele é aplicado sobre a superfície da peça, para minimizar a influência do atrito na operação de repuxo.

Figura 3 – Utilização de plástico para conformação.

A Figura 4 mostra a peça (divisória do tanque de combustível) após o processo de conformação (repuxo), onde utilizou-se filme plástico + Etanol 96% para minimizar a ação do atrito.

Figura 4 – Peça conformada utilizando Etanol 96% + plástico.

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A Figura 5 evidencia o alto volume de resíduo plástico gerado durante o processo de conformação. Em 12 meses são gastos aproximadamente R$ 300.000,00 em consumo de plástico, desconsiderando o custo de descarte do mesmo.

Figura 5 – Resíduo de plástico gerado após conformação das peças.

Na busca de melhores resultados em qualidade, custo e conformabilidade, avalia-se a utilização de novos lubrificantes para conformação de alumínio, visando um melhor desempenho, conforme cada classe de material.

Segundo Rosa (2016) ao colocar dois materiais sólidos em contato, e as superfícies desses corpos forem previamente cobertas com um material de baixa resistência ao cisalhamento (por exemplo: óleo), o processo de atrito tenderá a localizar-se neste material, e só afetará parcialmente os corpos em contato. Conforme Helman e Cetlin (1993), o conceito de “lubrificante” é a interposição de materiais, que pode ser sólido, líquido ou gasoso. Baseado neste conceito, as forças de atrito são determinadas através das características mecânicas da película lubrificante.

Profito (2010) conceitua genericamente o termo “atrito”, como sendo a dissipação de energia que envolve o contato entre corpos ou substância. Também afirma que, tendo-se superfícies em contato, os carregamentos externos que estão atuando sobre elas, são suportadas pelas diversas asperezas que estão em contato entre si, ocasionando altos níveis de atrito, danos à superfície e desgaste. Para

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minimizar os altos níveis de atrito, são utilizados nas regiões de contato, lubrificantes (líquidos ou sólidos) com objetivo de evitar ao máximo o contato entre as asperezas.

Dieter (1981) afirma que na utilização de um lubrificante, se leva em consideração que a peça, o ferramental e o lubrificante fazem parte de um único sistema. Um bom lubrificante, deve possuir propriedade de espalhamento e molhabilidade favoráveis, e não deve produzir resíduos que causam manchas nas peças após processos posteriores. Para o processo de conformação, um lubrificante possui várias funções, como:

a) Reduzir a carga de deformação;

b) Aumentar o limite de deformação antes da fratura; c) Controlar o acabamento da superfície;

d) Minimizar a aderência de metal na superfície do ferramental; e) Minimizar o desgaste prematuro do ferramental;

f) Proporcionar um isolamento térmico para a peça e o ferramental; g) Esfriar a peça e ou o ferramental.

No processo de conformação, para controlar o atrito, segundo Altan et al (1999), é necessário utilizar o lubrificante apropriado para cada aplicação, visando o atendimento de algumas, se não todas as seguintes funções:

a) Utilizando um lubrificante de alta “lubricidade”, tem-se o objetivo de reduzir o atrito de deslizamento entre o ferramental e a peça;

b) Prevenir a aderência e soldagem da peça no ferramental;

c) Possuir boas propriedades de isolamento, com o objetivo de reduzir perda de calor da peça para o ferramental;

d) Ser inerte para prevenir ou minimizar reações entre peça e ferramental; e) Não ser abrasivo reduzindo a erosão, evitando o excessivo na superfície

do ferramental;

f) Fácil aplicação e remoção da superfície da peça e ferramental; g) Ter disponibilidade comercial e baixo custo.

Dieter (1981) afirma que o problema mais sério originado por uma lubrificação inadequada, é a transferência inadequada de material da peça para a superfície de contato do ferramental. Isso ocorre quando o filme lubrificante é desfeito na superfície áspera do ferramental, onde a peça é forçada a penetrar em rebaixos do ferramental.

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Quanto a utilização do óleo para conformação, é muito importante a utilização do óleo adequado, pois o alumínio gera microporos ocasionando o manchamento da superfície. Um dos parâmetros importantes do lubrificante e que deve ser observado é a viscosidade.

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo é apresentada a revisão bibliográfica, que permite o entendimento dos conhecimentos técnicos e científicos relacionados a pesquisa.

2.1 CONFORMAÇÃO

Conformação de metais, segundo Altan et al (1999) é quando um componente inicialmente simples é deformado plasticamente entre as ferramentas (matriz ou estampo), obtendo a configuração final desejada. Portanto um componente de geometria simples é transformado num outro com geometria complexa. Como resultado, a conformação de metais apresenta um potencial para economia de energia e material, pois comumente produz pouca ou nenhuma sobra, e o produto aparece num curto período de tempo.

Souza (2011) afirma que a conformação de chapas ou estampagem é muito utilizado nos ramos da conformação, utilizando diversos tipos de matéria prima, como: aço, alumínio, cobre, magnésio, titânio, e etc.,. Dentre todas as matérias primas, a mais utilizada é o aço, depois vem alumínio, cobre e outros.

Segundo Souza (2011), o processo de estampagem pode ser dividido em quatro tipos básicos, como pode ser observado na Figura 6.

Figura 6 – Tipos básicos de estampagem.

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A diferença entre os quatro tipos de estampagem conforme ilustrados na Figura 7, está relacionado com a forma em que as chapas são submetidas às forças que são impostas no ferramental, podendo ser entendido, observando os sentidos das tensões que atuam em cada situação (SOUZA, 2011).

Estiramento é o processo que consiste na conformação de chapas por meio de punção rígido, permanecendo a borda da chapa fixa durante o processo, não existindo o fluxo de material entre a matriz e o prensa-chapas. A conformação se dá às custas da espessura da chapa e sob tensões de tração, conforme Figura 7 (SOUZA, 2011).

Figura 7 – Processo de Estiramento.

Fonte: Souza (2011)

Embutimento é o processo que consiste na conformação de chapas por meio de punção rígido, na qual durante o processo a chapa é deslocada para dentro da matriz, existindo o fluxo de material entre a matriz e o prensa-chapas. Na média a espessura da chapa permanece constante, na conformação a tensão de tração e compressão ocorrem simultaneamente, conforme Figura 8 (SOUZA, 2011).

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Figura 8 – Processo de Embutimento.

Fonte: Souza (2011)

Corte por cisalhamento: é o processo de separação, realizado por meio de um punção e uma matriz rígidos, ocorrendo na chapa a separação e ruptura por meio dos esforços de cisalhamento, conforme geometria estabelecida entre o punção e a matriz. Entre o punção e a matriz, tem-se uma folga que proporciona uma diferença dimensional entre as superfícies laterais do punção e da matriz, conforme Figura 9 (SOUZA, 2011).

Figura 9 - Processo de Cisalhamento

Fonte: Souza (2011)

Dobramento: é um processo de conformação, onde a zona de conformação sofre tensões atuantes como tração e compressão simultaneamente. A chapa é

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tracionada externamente e comprimida internamente, conforme Figura 10 (SOUZA, 2011).

Figura 10 - Processo de Dobra

Fonte: Souza (2011)

O processo de conformação de chapas, são industrialmente executadas em equipamentos tipo máquina-ferramenta, conforme Figura 11, onde a máquina (prensa hidráulica) é responsável por prover a força e o movimento necessário, e o ferramental é difere conforme conceito e geometria de cada peça.

Figura 11 – Máquina ferramenta e ferramental para conformação de peças.

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2.2 ATRITO

Há muito tempo que os fenômenos que envolvem o tema atrito vem chamando atenção da humanidade: em 1508 o conhecido pintor e escultor italiano Leonardo da Vinci, descobriu que a força de atrito entre dois corpos depende exclusivamente da força que comprime entre eles, e não da área de contato das superfícies. Após descoberta de G. Amontons, em 1699, foi acrescentado uma terceira que descreve que o atrito não depende da velocidade. Essas três propriedades são conhecidas como leis do atrito. (GASPAR, 2001, apud MOSSMANN et al, 2002).

As superfícies dos corpos, por mais polidas que aparentam ser visualmente, ainda apresentam rugosidade quando avaliada microscopicamente. Consequentemente se as duas superfícies em contato se moverem uma em relação a outra, surge uma força “resistente” chamada de força de atrito. Caso a força aplicada não for suficiente para deslocar os corpos, opondo-se à força aplicada, essa força é chamada de atrito estático, podendo variar entre zero e certo valor máximo, chamado força de atrito estático máximo (

f

e máx). Este valor é independente da área de contato e é proporcional à força normal que a superfície exerce sobre o corpo. A constante de proporcionalidade é o ''coeficiente de atrito estático'' (



e). Descreve-se conforme as Equações 2.1 e 2.2. (MOSSMANN et al, 2002).

fe  fe máx (2.1)

Onde:

fe = força de atrito.

fe máx = força de atrito estático máximo. Com:

fe máx =



e.Fn (2.2)

Onde:

fe máx = força de atrito estático máximo.

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Fn = força normal.

Se houver movimento entre as superfícies, aparece a chamada força de atrito cinético (fc), com sentido contrário ao do movimento. Teoricamente é constante e independentes da área de contato e proporcional à força normal exercida entre as superfícies. A proporcionalidade é expressa através do chamado ''coeficiente de atrito cinético'' (



c) conforme descrito na Equação 2.3 (MOSSMANN et al, 2002):

fc =



c.Fn (2.3)

Onde:

Fc = força de atrito cinético.



c = coeficiente de atrito cinético.

Fn = força normal.

As constantes de atrito estático e cinético dizem muito sobre as características das superfícies em contato. Destaca-se que o coeficiente de atrito estático máximo é sempre mais elevado que o coeficiente de atrito cinético (



e más

> 

c). (MOSSMANN et al, 2002).

2.3 DESGASTE

Suski (2004) menciona que a norma DIN 50320 (DIN 50320, 1979) define desgaste como sendo a perda progressiva e superficial do material de um corpo sólido, influenciado pela ação mecânica, ou seja, movimento e contato relativo entre corpo sólido contra corpo sólido, líquido ou gasoso. O desgaste pode ser considerado como um dos maiores fatores causadores de falhas de componentes ou estruturas.

Suski (2004) afirma ainda que o deterioramento dos componentes de máquinas devido a fadiga, é principalmente causado pelo desgaste, reduzindo a eficiência da operação, contribuindo em mudanças dimensionais ou danos superficiais, proporcionando desalinhamentos e vibrações.

O desgaste pode ser reduzido por meio de organização e otimização, acompanhado de um design adequado, meios produtivos corretos, montagens bem ajustadas e microestrutura condizente com a necessidade. O design do produto

(26)

contribui muito para reduzir o desgaste nos componentes, otimizando a transferência de força e movimento, a utilização correta de materiais e lubrificantes em função força, ambiente e temperatura (SUSKI, 2004).

Os meios produtivos devem ser projetados de tal forma que possibilite a intercambialidade com facilidade, proporcionando sua fácil substituição em caso de desgaste. Para manter um bom funcionamento e uma melhor vida útil do ferramental, é muito importante manter o grau de exatidão da forma, tamanho, perfil da superfície, rugosidade e folga entre as superfícies (SUSKI, 2004).

Os processos de desgaste podem ser classificados pelos diferentes tipos de ações na interface que são submetidas, conforme Figura 12, podemos observar os mais variados tipos de processos de desgaste por modos de desgastes (SUSKI, 2004).

Figura 12 – Classificação dos processos de desgaste.

(27)

2.4 ALUMÍNIO

O alumínio e suas ligas constituem um dos materiais mais versáteis, econômicos e atrativos para uma grande quantidade de aplicações, sendo apenas menor que aplicação estrutural dos aços. Possui uma densidade de 2,7 g/cm³, ou seja, aproximadamente 1/3 da densidade do aço, somando a elevada resistência mecânica tornando bastante útil na construção de estruturas móveis, como veículos e aeronaves. (INFOMET, 2019).

Outro fator importante da utilização do alumínio, é sua resistência à oxidação progressiva, além disso, por meio de determinados tratamentos, e ou, elementos de liga, tornam-se resistente à corrosão em lugares mais agressivos. (INFOMET, 2019). A liga que será analisada é da série 5XXX com magnésio 5052H32, utilizada no segmento rodoviário na produção de peças aparentes, como exemplo o tanque de combustível do caminhão, conforme Figura 13. A fabricação dos componentes passa pelos seguintes processos: corte, dobra, repuxo e embutimento.

Figura 13 – Tanque de combustível do caminhão.

Devido sua ótima conformabilidade, existem várias formas de produção. O maior consumidor mundial de Alumínio é os EUA, onde o percentual mais elevado de produção está voltado para chapas, placas e folhas, conforme mostrado na Tabela 1.

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Tabela 1 – Percentual de produção do alumínio nos EUA

Produto Participação (%)

Chapas, Placas e Folhas 51,3

Lingotes 26,4

Tubos e extrudados 14,9

Outros* 7,4

* Condutores (3,0%), barras, arames e fio-máquinas (2,7%), forjados (1,1%) e pó (0,6%).

Fonte: Infomet (2019).

De acordo com o sistema de classificação da The Aluminum Association

Inc., os alumínios são classificados e descritos conforme Quadro 1.

Quadro 1 - Classificação das ligas de alumínio.

Série Elemento(s) de liga principal(is) Outros elementos de liga

1xxx Alumínio puro - 2xxx Cu Mg , Li 3xxx Mn Mg 4xxx Si - 5xxx Mg - 6xxx Mg , Si - 7xxx Zn Cu, Mg, Cr, Zr

8xxx Sn, Li, Fe, Cu, Mg -

9xxx Reservado para uso futuro -

Fonte: Infomet (2019).

Conforme (INFOMET, 2019), as aplicações das ligas citadas no Quadro 1 são: a) Liga 1xxx: Indústrias química e elétrica.

b) Liga 2xxx: Aeronaves (graças a sua elevada resistência mecânica). c) Liga 3xxx: Aplicações arquitetônicas e produtos de uso geral. d) Liga 4xxx: Varetas ou eletrodos de solda e chapas para brasagem.

e) Liga 5xxx: Produtos expostos à atmosfera marinha como cascos de barcos. f) Liga 6xxx: Produtos extrudados de uso arquitetônico.

g) Liga 7xxx: Componentes estruturais de aeronaves e outras aplicações que necessitam de elevados requisitos de resistência. Esta liga é a que possui a maior resistência mecânica entre as ligas de alumínio.

(29)

A liga que será utilizada como metal base dos ensaios pertence à série de alumínio 5XXX com magnésio em sua estrutura (5052H32), possuindo as seguintes característica químicas, físicas e mecânicas, conforme Quadro 2.

Quadro 2 – Características Liga 5052 H32

Fonte: Adaptado de Império dos Metais (2020).

2.5 LUBRIFICANTE

Helman e Cetlin (1993) conceituam lubrificante como sendo o material interposto, que pode ser sólido, líquido ou gasoso, utilizado para cobrir uma superfície, a fim de minimizar as forças de atrito, afetando parcialmente os corpos que estão em contato.

A principal função do lubrificante, segundo Kwietniewski et al (2014), é reduzir o desgaste, e que dependendo do lubrificante utilizado, ele consegue separar completamente as superfícies ou apenas minimizar a severidade dos desgastes

No momento em que as superfícies entram em contato, as cadeias de hidrocarbonetos suportam a maior parte do carregamento, proporcionando uma força de atrito menor de que uma superfície sem lubrificação, ocasionando um desgaste menos severo. Para os ensaios será utilizado este tipo de lubrificante, pois

(30)

são característicos do processo de conformação com prensas hidráulicas (KWIETNIEWSKI et al, 2014).

2.6 TRIBOLOGIA

A tribologia encontra-se presente em praticamente todas as interfaces que tenham algum corpo em deslocamento, até mesmo no ar contra a superfície do automóvel. Segundo Kajdas (1990), a tribologia define-se como a ciência e a tecnologia de interação entre superfícies com movimento relativo entre si, e dos fenômenos que disso recorrem. Também é considerada a união entre a ciência do atrito, lubrificação e desgaste, onde trabalha com aspectos mecânicos, químicos e físicos do movimento relacionado.

A palavra Tribologia é originada do grego Τριβο (Tribo – que significa esfregar, friccionar, atritar) e Λογοσ (Logos – que significa estudo) que em tradução literal significa “Estudo do Atrito” ou a ciência que estuda o atrito. Para Stoeterau (2004), tribologia define a ciência e a tecnologia de intercâmbio de relação e movimento entre superfícies.

Segundo Suski (2014), a resistência ao atrito e ao desgaste não estão relacionadas a propriedades do material, e sim as características do tribosistema que podem proporcionar perdas de energia e material. A estrutura do tribosistema é determinada pelos elementos, propriedades e interações entre si. A constituição de um sistema tribológico, é usualmente definido por: Corpo sólido, Contra-peça, Elemento interfacial e Ambiente, conforme exemplificado na Figura 14.

Figura 14 – Representação dos elementos do Tribosistema

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A análise tribológica geralmente é realizada em laboratório com a finalidade de simular as condições de processo realizando testes de atrito e desgaste em ambiente controlado. A Figura 15 ilustra as várias formas de simulações utilizadas para investigar os fenômenos de atrito na conformação. (SOUZA, 2016).

Figura 15 – Formas de testes tribológico.

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3 MATERIAIS E MÉTODOS

Este capítulo descreve os procedimentos utilizados nos ensaios realizados, a abordagem se dá pelos métodos dedutivos e práticos. Os métodos dedutivos serão por princípios teóricos para a aplicação e definição de resultados. Já os métodos práticos serão com utilização de corpos de prova.

3.1 CORPOS DE PROVA

Os corpos de prova são dimensionados para cada condição de ensaio e suas particularidades. Foram confeccionados a partir do material de alumínio da liga 5052H32. Para validação do material, o mesmo foi submetido internamente a um ensaio de composição química, o qual apresentou os resultados conforme Tabela 2.

Tabela 2 – Composição química do corpo de prova.

Elemento químico [%] Alumínio liga 5052H32 Especificado Encontrado Silício 0,25 - Máx. 0,103 Ferro 0,4 - Máx. 0,277 Manganês 0,1 - Máx. 0,058 Cromo 0,15 - 0,35 0,223 Magnésio 2,2 - 2,8 2,533 Zinco 0,1 - Máx. 0,023 Cobre 0,1 - Máx. 0,061

3.1.1 Corpo de prova ensaio de manchamento

O corpo de prova utilizado no ensaio de manchamento, é confeccionado de alumínio liga 5052H32 com as dimensões de 2,5 mm de espessura, 30 mm de largura e 150 mm de comprimento, conforme ilustrado na Figura 16.

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Figura 16 – Corpo de prova ensaio de manchamento.

3.1.2 Corpo de prova ensaio de compatibilidade de pintura

Para o ensaio de compatibilidade de pintura, utiliza-se um corpo de prova de alumínio liga 5052H32 com as dimensões de 2,5 mm de espessura, 80 mm de largura e 150 mm de comprimento, conforme ilustrado na Figura 17.

Figura 17 – Corpo de prova ensaio de compatibilidade de pintura.

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3.1.3 Corpo de prova ensaio de compatibilidade de soldagem

O corpo de prova utilizado no ensaio de soldagem, é confeccionado de alumínio liga 5052H32 com as dimensões de 2,5 mm de espessura, 150 mm de largura e 300 mm de comprimento, para permitir a extração das amostras para caracterização do processo de soldagem, conforme ilustrado na Figura 18.

Figura 18 – Corpo de prova ensaio de soldagem.

3.1.4 Corpo de prova ensaio de atrito dinâmico

Para ensaio de atrito, o corpo de prova é confeccionado de alumínio liga 5052H32 com as dimensões de 2,5 mm de espessura, 70 mm de largura e 950 mm de comprimento, conforme ilustrado na Figura 19, por necessidade de posicionamento na máquina de ensaio de atrito.

Figura 19 – Corpo de prova ensaio de atrito.

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3.1.5 Corpo de prova ensaio prático de conformação

O corpo de prova utilizado para o ensaio prático de conformação, é confeccionado de alumínio liga 5052H32 com as dimensões de 2,5 mm de espessura, 715 mm de largura e 805 mm de comprimento, conforme ilustrado na Figura 20. Trata-se do blank utilizado para fabricar a cabeceira do tanque de combustível, produzido pela Bruning Tecnometal.

Figura 20 – Corpo de prova ensaio prático de conformação.

3.2 ENSAIOS

Os ensaios são realizados para avaliar a influência da utilização do lubrificante em diferentes processos.

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O ensaio de manchamento tem como objetivo avaliar o aspecto superficial do material, após a exposição do mesmo ao óleo lubrificante, analisando visualmente a sua evaporação. É realizado por meio de imersão do corpo de prova no béquer contendo lubrificante.

Para obter os resultados do ensaio de manchamento, foram realizados 2 ensaios, necessitando para cada ensaio 3 corpos de provas (conforme Tabela 3), 1 béquer com capacidade de 250 ml e 200 ml de lubrificante..

Tabela 3 – Parâmetros ensaio de manchamento.

Ensaio de manchamento Ensaio Corpo de prova Quantidade de lubrificante [ml] Tempo de imersão [min] Tempo de repouso [h] 1 1.1 200 1 24 1 1.2 200 1 24 1 1.3 200 1 24 2 2.1 200 1440 24 2 2.2 200 1440 24 2 2.3 200 1440 24 Fonte: O autor (2019).

Os ensaios foram conduzidos da seguinte forma:

a) Foram despejados 200 ml do lubrificante no béquer, conforme Figura 21.

Figura 21 – Lubrificante e béquer.

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b) Após foi retirada a película protetora dos corpos de prova, conforme Figura 22;

Figura 22 – Corpo de prova e película protetora.

c) No ensaio 1, a imersão dos três corpos de prova foi feita de forma individual, ou seja, a cada minuto foi incluído um corpo de prova no lubrificante, conforme Figura 23.

Figura 23 – Corpo de prova individual no lubrificante.

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Para o ensaio 2 com imersão do corpo de prova durante 24 horas, foram colocados os três corpos de prova simultaneamente, conforme Figura 24.

Figura 24 – Corpo de prova simultâneo no lubrificante.

d) Após completar o tempo de imersão, os corpos de prova imersos no lubrificante, são retirados do béquer e deixados em repouso por 24 horas, conforme Figura 25. O mesmo procedimento é válido para ambos ensaios.

Figura 25 – Corpo de prova em repouso após retirada do lubrificante.

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3.2.2 Ensaio de compatibilidade de pintura

O ensaio de compatibilidade de pintura, tem como objetivo analisar a influência dos lubrificantes dispostos sobre a superfície das peças, oriundos dos processos predecessores ao processo de pintura. O ensaio é subdividido em 3 etapas: ensaio de umidade saturada (realizado em corpos de prova sob influência do lubrificante e expostos a umidade em uma câmara de umidade saturada do modelo KE-300E da marca Equilam), ensaio de desengraxe: (realizado em corpos de prova que são pendurados em gancheiras que são carregadas na monovia da linha de desengraxe) e ensaio de aderência: (realizado em corpos de prova pós-pintura, conforme norma ASTM D3359).

Para obter os resultado do ensaio de umidade saturada, foram utilizados 3 corpos de prova, seguindo os seguintes passos:

a) Com auxílio de um borrifador conforme Figura 26, foi aplicado o lubrificante na superfície do corpo de prova de forma homogênea;

Figura 26 – Borrifador com lubrificante.

b) Após aplicação do lubrificante, o corpo de prova é deixado em repouso por 24 horas, para secagem;

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c) Após a secagem os corpos de prova são pendurados verticalmente na câmara de umidade saturada, onde são monitorados por um período de 7 dias (168 horas).

A realização do ensaio seguiu os parâmetros especificados na Tabela 4.

Tabela 4 – Parâmetros ensaio de câmara úmida.

Ensaio de câmara úmida Corpo de prova Tempo de exposição [h] Temperatura da câmara [°C] Interrupção diária para coleta do volume e reposição da água [min] Parâmetro de controle da condensação [ml/h] 1 168 40 10 1 a 2 2 168 40 10 1 a 2 3 168 40 10 1 a 2

Para dar sequência no ensaio de desengraxe o ensaio de umidade saturada deve ser aprovado, da mesma forma, para fazer o ensaio de aderência pós-pintura o ensaio de desengraxe deve ser aprovado.

3.2.3 Ensaio de compatibilidade de soldagem

O ensaio de compatibilidade com o processo de soldagem tem como objetivo analisar a influência do óleo lubrificante na qualidade do cordão de solda. Visa simular a condição prática, onde peças oriundas do processo de conformação, com óleo lubrificante tendo sido aplicado em suas superfícies, sejam submetidas à operação de soldagem. É realizado em corpos de prova avaliando o aspecto rugoso e macrografia da solda. O procedimento é realizado com o auxílio de equipamentos de soldagem, lixadeira e microscópio portátil digital.

Para obter os resultado do ensaio de compatibilidade de soldagem, foram utilizados 3 corpos de prova, seguindo os seguintes passos:

a) Foi retirada a película protetora dos corpos de prova;

b) Com auxílio de borrifador, foi aplicado o lubrificante de forma homogênea sobre a superfície do corpo de prova a ser soldado;

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c) Realizada a soldagem dos corpos de prova com a utilização dos parâmetros especificados na Tabela 5, utilizando uma fonte de soldagem da marca Fronius, modelo TransPuls Synergic (TPS) 5000, acoplada à um braço robótico.

Tabela 5 – Parâmetros ensaio de compatibilidade de soldagem.

Corpo de prova Velocidade de soldagem [mm/min] Velocidade de alimentação [m/min] Corrente [A] Tensão [V] Vazão do gás [l/min] Stick-out [mm] Gás de

proteção Arame de solda [Esp.]

1 600 5 95 17 21 15 Argônio EM ISO 18273-S AI 5183 (AIMg 4,5 Mn 0,7 (A)) Ø 1,2 mm 2 600 5 95 17 21 15 Argônio EM ISO 18273-S AI 5183 (AIMg 4,5 Mn 0,7 (A)) Ø 1,2 mm 3 600 5 95 17 21 15 Argônio EM ISO 18273-S AI 5183 (AIMg 4,5 Mn 0,7 (A)) Ø 1,2 mm Ensaio de soldagem Fonte: O autor (2019).

d) Após a soldagem, são retiradas as amostras do corpo de prova para realização da análise macrográfica, conforme o procedimento padrão utilizado pelo laboratório de soldagem da Bruning Tecnometal;

e) Efetuado o pré-lixamento com lixas de granulometrias de 220, 400 e 600; f) Realizada a limpeza da superfície;

g) Aplicado o ataque químico por imersão em solução de 10% de hidróxido de sódio por 20 segundos, conforme Tabela 6;

Tabela 6 – Parâmetros ensaio de compatibilidade de soldagem – ataque químico.

Ensaio de soldagem

Corpo de prova Ataque químico [s]

1 20

2 20

3 20

h) Avaliado ensaio macrográfico com base na norma ISO 5817:2014, utilizando a classe C, por meio de fotografia da superfície ensaiada utilizando o microscópio portátil da marca DinoLite modelo AM4115ZTL.

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3.2.4 Ensaio de atrito dinâmico

O ensaio de atrito dinâmico, tem como objetivo avaliar o efeito do lubrificante em condições metal-metal. Este ensaio é realizado em corpos de prova com auxílio de um equipamento desenvolvido internamente para simular o atrito entre a ferramenta de conformação e o material da peça de trabalho, sob condições de velocidade e pressão de contato controladas.

A realização do ensaio de atrito dinâmico necessita inicialmente da preparação da máquina. A máquina utilizada para o ensaio de atrito foi desenvolvida pela área de Pesquisa e Desenvolvimento da empresa Bruning Tecnometal conforme mostrado na Figura 27, a qual possui um conceito de teste tribológico por tracionamento em tiras com ferramentas planas. O seu funcionamento se dá por meio de um atuador hidráulico fixado a um cabeçote móvel onde posiciona-se o patim (representando a ferramenta de conformação), já a chapa é pocicionada na mesa com fuso. O atuador hidráulico é avançado mantendo uma força normal constante do patim em relação ao corpo de prova de 10 kN.

Figura 27 – Máquina para ensaio de atrito.

Fonte: P&D Bruning Tecnometal (2016).

O corpo de prova se movimenta a uma velocidade constante de 100 mm/s por uma distância de até 600 mm por corpo de prova. A medição da força normal e

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atrito é feita através de sensores resistívos instalados no cabeçote móvel da máquina, os quais enviam sinais a um condicionador de sinais, o qual amplifica e reenvia para a placa de aquisição de dados, que por sua vez envia ao computador para processar pelo software catmanAP.

O patim conforme ilustrado Figura 28, representa áreas de contato distintas da ferramenta de conformação, ele é fabricado em aço fundido D2, recebendo tratamento térmico onde atinge uma de dureza de 58 HRC, após o polimento das superfícies de contato, o patim é revestido com cobertura de nitreto de titânio (TiN) pelo processo PVD (Physical Vapour Deposition), esse revestimento tem a função de aumentar a dureza em uma camada micrométrica sobre a superfície de contato, bem como auxiliar na prevenção ao desgaste.

O corpo de prova apresentado no item 3.1.4 é então posicionado na mesa da máquina e é aplicando o lubrificante com auxílio de borrifador, de forma que o lubrificante fique uniformemente espalhado.

O início do ensaio se dá após o posicionamento do corpo de prova na máquina, e o seu final é considerado quando o patim percorrer todo o comprimento do corpo de prova, ou quando ocorrem riscos ou desgaste da chapa ocasionando seu engripamento.

Figura 28 – Patim para ensaio de atrito.

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Os ensaios de atrito dinâmico obedeceram ao delineamento apresentado na Tabela 7.

Tabela 7 – Parâmetros ensaio de atrito.

Corpo de prova Material da ferramenta Especificação tratamento da ferramenta Classe rugosidade da ferramenta Força Normal [N] Pressão [MPa] Velocidade de deslocamento da mesa [mm/s] Temperatura ambiente [±2°C] Quantidade de lubrificante [borrifadas] 1 Aço Fundido D2 PVD TiN (Balinit A) + sobreposição (Balinit C) Retificado 10000 25 100 20 5 2 Aço Fundido D2 PVD TiN (Balinit A) + sobreposição (Balinit C) Retificado 10000 25 100 20 5 3 Aço Fundido D2 PVD TiN (Balinit A) + sobreposição (Balinit C) Retificado 10000 25 100 20 5

Ensaio de performance tribológica

3.2.5 Ensaio prático de conformação

O ensaio prático de conformação, tem como objetivo avaliar os efeitos do lubrificante com a utilização dos mesmos meios produtivos (prensa e ferramental) de um produto corrente. O mesmo foi conduzido em três condições diferentes. A primeira foi utilizando o lubrificante Dionol GT641-17 mais filme plástico da usina. O segunda foi utilizando o lubrificante Dionol GT641-17 mais o filme plástico que se utiliza na conformação com o Etanol 96%. A terceira forma foi utilizando apenas o lubrificante Dionol GT641-17.

Este ensaio ocorreu com base em três condições diferentes, onde cada condição utilizou 2 corpos de prova e parametros conforme Tabela 8.

Tabela 8 – Parâmetros ensaio de conformação.

Condição Corpo de

prova Lubrificante Filme plástico

Quantidade de lubrificante [borrifadas]

1 1.1 Dionol GT641-17 Filme plástico usina 18 1 1.2 Dionol GT641-17 Filme plástico usina 18 2 2.1 Dionol GT641-17 Filme plástico produção 18 2 2.2 Dionol GT641-17 Filme plástico produção 18 3 3.1 Dionol GT641-17 Sem filme plástico 18 3 3.2 Dionol GT641-17 Sem filme plástico 18

Ensaio prático de conformação - produto corrente

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Na condição 1 foi mantido na superfície do corpo de prova o filme plástico que vem da usina, seguindo os demais passos:

a) Aplicação do lubrificante com auxílio do borrifador em ambos lados da chapa, espalhando de forma uniforme com auxílio de rolo de plastiprene, mais aplicação de lubrificante nos 4 cantos do ferramental, totalizando 18 borrifadas para cada operação, conforme Figura 29;

Figura 29 – Aplicação do lubrificante no corpo de prova antes da conformação.

b) Posicionamento do corpo de prova no ferramental para conformação, conforme Figura 30;

Figura 30 – Corpo de prova posicionado na ferramenta de conformação.

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c) Realização da conformação e retirada o corpo de prova do ferramental. Na condição 2 o ensaio foi realizado sem o filme plástico que vem da usina na superfície do corpo de prova, porém com auxílio do filme plástico utilizado atualmente no processo e seguidos os passos a, b e c anterioremente descritos. A Figura 31 ilustra o detalhe da operação para essa condição.

Figura 31 – Corpo de prova posicionado na ferramenta de conformação com filme plástico da produção.

Na condição 3 o ensaio foi realizado apenas com a aplicação do lubrificante Dionol GT641-17 seguindo os passos das condições anteriores.

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4 RESULTADOS

Após realização de todos os ensaios, seus respectivos resultados são apresentados neste capítulo, que ainda contempla uma discussão acerca das constatações e descobertas realizadas.

4.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS

Os resultados dos ensaios são apresentados em forma de tabelas, figuras e textos explicativos, relacionando todos os pontos observados por corpo de prova ensaiado.

4.1.1 Resultado do ensaio de manchamento

O resultado do ensaio de manchamento foi satisfatório, conforme Tabela 9, não houveram alterações dos aspectos superficiais das amostras.

Tabela 9 – Resultado do ensaio de manchamento.

Ensaio de manchamento Ensaio Corpo de prova Resultado

1 1.1 Aprovado 1 1.2 Aprovado 1 1.3 Aprovado 2 2.1 Aprovado 2 2.2 Aprovado 2 2.3 Aprovado

Na Figura 32, pode-se observar a superfície dos corpos de prova do ensaio de manchamento número 1, que em ambos os lados (frente e verso), não houve alteração no aspecto superficial.

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Figura 32 – Resultado ensaio de manchamento 1 minuto + 24 horas.

A Figura 33 ilustra a superfície dos corpos de prova do ensaio 2, frente e verso, evidenciando que não houve alteração no aspecto superficial.

Figura 33 – Resultado ensaio de manchamento 24 horas + 24 horas.

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4.1.2 Resultado do ensaio de compatibilidade de pintura

Com a aplicação do procedimento descrito para esse ensaio, os corpos de prova foram monitorados, a Figura 34 exemplifica a evolução do ensaio realizado. Sendo que na Figura 34a demonstra o corpo de prova na condição inicial do ensaio, na Figura 34b a três dias de aplicação, contemplando nas Figuras 34c, 34d e 34e o quarto, quinto e sexto dia de exposição à câmara úmida. A Figura 34f está demonstrado o resultado final do ataque de umidade recebido no período do ensaio.

Figura 34 - Condição de corrosão na câmara úmida

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O resultado do ensaio de compatibilidade de pintura realizado na câmara úmida, conforme Tabela 10 foi reprovado, devido ao surgimento de pontos de corrosão nas primeiras 72 horas, os quais se intensificaram no decorrer do ensaio.

Tabela 10 – Resultado do ensaio de câmara úmida.

Ensaio de câmara úmida

Corpo de prova Grau de corrosão Resultado

1 5 Reprovado

2 5 Reprovado

3 5 Reprovado

O grau de corrosão é classificado de 0 a 5, sendo 5 considerado como grau máximo de corrosão, conforme Figura 35.

Figura 35 – Grau de corrosão.

Na Figura 36 é possível observar o alto índice de corrosão na superfície do corpo de prova.

Figura 36 – Superfície do corpo de prova após ensaio na câmara úmida.

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Na Figura 37 é possível observar um comparativo de ensaio de lubrificantes diferentes, onde na Figura 37a foi utilizado o lubrificante de um fabricante “A” e na Figura 37b o lubrificante Dionol GT641-17. O ensaio do corpo de prova que utilizou o lubrificante do fabricante “A” foi aprovado, pois apresentou um grau 2 de corrosão no final do ensaio. No ensaio do corpo de prova que utilizou Dionol GT641-17 como lubrificante foi reprovado, pois apresentou um grau 5 de corrosão.

Figura 37 – Comparativo do resultado do ensaio de câmara úmida utilizando lubrificantes diferentes.

Como o resultado do ensaio de compatibilidade de pintura realizado na câmara úmida foi reprovado, os ensaios de desengraxe e aderência pós-pintura acabamento não foram realizados, pois para dar sequência nos ensaios, o ensaio anterior deve estar aprovado.

4.1.3 Resultado do ensaio de compatibilidade de soldagem

A Tabela 11 mostra os resultados dos ensaios de compatibilidade de soldagem. Conforme padrão da classe C da norma ISO 5817, visto que a norma admite o somatório de poros da área analisada menor que 8%, além de apresentar mordedura.

Tabela 11 – Resultado do ensaio de soldagem.

Ensaio de soldagem

Corpo de prova Resultado: Topo

da solda Resultado: Macrografia 1 Reprovado Reprovado 2 Reprovado Reprovado 3 Reprovado Reprovado

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A Figura 38 ilustra a reprovação da solda, que se dá pela aparência rugosa no topo da solda.

Figura 38 – Topo da solda.

A Figura 39 ilustra o comparativo da análise de topo de solda entre corpos de prova, onde a Figura 39a mostra a solda rugosa de um corpo de prova sem utilização de lubrificante e a Figura 39b mostra a solda rugosa com a utilização de lubrificante. Ambas as soldas estão reprovadas.

Figura 39 – Comparativo do resultado do ensaio de topo de solda, sem e com utilização de lubrificante.

É possível notar que na Figura 40 ocorreu a penetração total da solda, descartando defeitos de falta de solubilidade. Por outro lado, é possível observar a

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presença de poros distribuídos ao longo da solda, além de apresentar mordedura leve.

Figura 40 – Mordedura na solda.

A Figura 41 ilustra o comparativo da análise macrográfica da solda, onde a Figura 41a mostra a solda de um corpo de prova sem utilização de lubrificante e a Figura 41b mostra a solda com a utilização de lubrificante. A solda sem utilização de lubrificante não apresentou mordedura nem porosidade estando aprovada, ao contrário da solda com lubrificante que ficou reprovada devido a mordedura e porosidade.

Figura 41 – Comparativo do resultado do ensaio macrográfico de solda, sem e com utilização de lubrificante.

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4.1.4 Resultado do ensaio de atrito dinâmico

A Tabela 12 mostra os parâmetros utilizados e o resultado do ensaio de performance tribológica.

Tabela 12 – Resultado do ensaio de atrito dinâmico.

Ensaio de performance tribológica

Corpo de prova Resultado

1 Reprovado

2 Não realizado

3 Não realizado

A Figura 42 mostra a distância percorrida pelo patim sobre o corpo de prova durante o ensaio. Na distância de 32 mm ocorreu o travamento do mesmo, ocasionando o encerramento do ensaio.

Figura 42 – Percurso do patim sobre o corpo de prova no ensaio de atrito dinâmico.

O que ocasionou o travamento do patim, foi que o lubrificante não conseguiu suportar a pressão entre as superfícies de contato, sendo expelido. Ao se iniciar o movimento, o material do patim por possuir maior dureza, deformou as microasperezas da superfície da chapa, ocasionando aumentando a área de contato e consequentemente da força necessária para fazer o arraste, a temperatura

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também se elevou nessa região, promovendo adesão do material da chapa sobre as superfícies de contato do patim, conforme pode ser verificado na Figura 43.

Figura 43 – Adesão do material da peça no patim durante ensaio de atrito dinâmico

Devido a adesão do material do corpo de prova no patim, os outros dois ensaios previstos não puderam ser realizados, pois o patim foi enviado para conserto.

4.1.5 Resultado do ensaio prático de conformação

A Tabela 13 mostra os parâmetros utilizados e o resultado do ensaio prático de conformação – produto corrente.

Tabela 13 – Resultado do ensaio de conformação.

Ensaio prático de conformação - produto corrente

Condição Corpo de prova Resultado

1 1.1 Reprovado 1 1.2 Reprovado 2 2.1 Aprovado 2 2.2 Aprovado 3 3.1 Reprovado 3 3.2 Reprovado

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Na condição 1 utilizando o lubrificante mais o filme plástico de usina, não ocorreram marcas superficiais, porém conforme Figura 44 é possível evidenciar que nos cantos do corpo de prova, formou-se uma “carepa” oriunda da cola do filme plástico da usina, o qual requer uma limpeza mais severa antes do próximo estágio.

Figura 44 – Resultado ensaio condição 1 - conformação.

Na condição 2 utilizando o lubrificante mais o filme plástico da produção, conforme Figura 45, não ocorreram marcas superficiais aparentes, estando visualmente aprovada.

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Na condição 3 utilizando apenas o lubrificante, após a conformação as amostras ficaram com um aspecto engordurado, ocorreram marcas superficiais e a ferramenta apresentou indícios do material da peça aderindo nos cantos do punção conforme Figura 46.

4.2 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

O resultado do ensaio de manchamento foi aprovado, pois não ocorreu alterações nos aspectos superficiais, atendendo aos requisitos submetidos. No ensaio de compatibilidade de pintura na etapa de câmara úmida, devido ao alto índice de corroção que chegou ao grau 5 de uma escala de 0 a 5 o lubrificante foi reprovado. A compatibilidade do lubrificante com a soldagem, foi reprovada devido ao aspecto macrográfico apresentar porosidade no cordão, além de apresentar uma aparência rugosa. No ensaio de atrito dinâmico houve adesão do material do corpo de prova no patim, ocasionando seu travamento, ocasionando a reprovação do lubrificante. Avaliando as 3 condições testadas no ensaio prático de conformação, na Condição 1 ocorreram marcas superficiais e “carepa” nos cantos do corpo de prova, provenientes da cola do filme plástico da usina, necessitando uma limpeza mais severa antes da próxima operação, reprovando a utilização do lubrificante. Na Condição 2 os aspectos superficiais foram aprovados, pois não tiveram marcas aparentes. A Condição 3 onde foram utilizadas apenas o lubrificante sem o uso de

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filme plástico, ocorreram marcas superficiais e o ferramental utilizado apresentou indícios de aderência nos cantos, o qual resultou em reprovação da utilização do lubrificante.

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5 CONCLUSÃO

O estudo realizado reforça ainda mais a necessidade de aperfeiçoamento dos processos dentro da indústria em todos os segmentos, buscando competitividade de alto nível para se manter no mercado. Visando maiores eficiências, qualidade e menores custos em seus desenvolvimentos.

O trabalho foi fundamentado numa situação prática vivida diariamente na empresa, com principal objetivo de eliminar a utilização do filme plástico na conformação, reduzindo gastos e melhorando a produtividade.

Os desafios da pesquisa proporcionaram conhecimento em diferentes áreas, como pintura, solda, estamparia, ferramentaria e pesquisa e desenvolvimento, possibilitando um maior entendimento e importância sobre a utilização de lubrificantes em peças de alumínio.

Pelas análises realizadas, foi possível observar que o mesmo lubrificante tem uma influência diferente entre os processos avaliados, mostrando que a utilização para um determinado processo pode não ser recomendada para o outro processo.

Com todos os resultados apresentados, o lubrificante estudado não se mostrou competitivo para a mudança do processo atual, uma vez que o ensaio aprovado para conformação ainda precisaria da utilização de filme plástico, não sendo atraente financeiramente esta mudança.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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aplicações. São Paulo: EESC-USP, 1999. 350 p.

ALUMÍNIO E SUAS LIGAS. Disponível em: <http://www.infomet.com.br/site/metais-e-ligas-conteudo-ler.php?codAssunto=108>. Acesso em: 26 out. 2019.

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