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3. Procedimento Metodológico

A máquina-ferramenta empregada foi um centro de usinagem ROMI Discovery 4022. Na Tab. 1 são apresentadas as características técnicas desta máquina relevantes ao processo de Estampagem Incremental.


Tabela 1 - Características do Centro de Usinagem Discovery 4022.


Curso Longitudinal eixo X

599 mm

Curso transversal eixo Y

406 mm

Curso vertical eixo Z

508 mm

Dimensões da mesa

360 x 840 mm

Potência do motor principal

7,5 CV

Optou-se em utilizar ferramenta de metal-duro classe K com a ponta hemisférica não-revestida, conforme Fig. 3. Para sujeitar a chapa projetou-se e construiu-se um dispositivo em que a chapa permanecesse fixa à mesa da máquina-ferramenta, obedecendo aos comandos de trajetória impostos pelo software. Este dispositivo montado a máquina-ferramenta é também apresentado na Fig. 3.




Dispositivo de estampar

Ferramenta

Mandril porta-pinça

Figura 3 - Dispositivo de Estampagem Incremental montado a máquina-ferramenta.
A metodologia empregada nos ensaios foi baseada no processo de Estampagem incremental denominado SPIF (Single Point Incremental Forming) ou Estampagem Incremental com ponto simples. Neste sistema observa-se a ferramenta com movimentação na direção Z, e o blank movimentando-se simultaneamente nas direções X e Y sem apoio pela sua face inferior. Considerando a experiência adquirida em alguns ensaios preliminares optou-se em colocar a rotação nula na ferramenta, ou seja livre.

A Fig. 4 mostra a simulação da estampagem feita através do software EdgeCAM.



Figura 4 - Simulação da Estampagem Incremental.
A superfície gerada é semelhante a um prato côncavo com profundidade de 40 mm e diâmetro de 234 mm. Para tanto foi empregada uma estratégia de usinagem denominada helicoidal cônica através do software EdgeCAM. Neste tipo de estratégia a ferramenta executa uma trajetória helicoidal cônica e está sempre em contato com o blank.

Nos ensaios utilizaram-se blanks de aço inoxidável austenítico AISI 304 com dimensões de 0,5 x 295 x 295 mm. Os blanks possuem um chanfro de 70x45º nos cantos para possibilitar a montagem no dispositivo de Estampagem. Este aço apresenta uma tensão de escoamento de 258 MPa e tensão máxima de 786 MPa na direção longitudinal e anisotropia média rm = 1,18. Tem a seguinte composição química: 16% Cr; 9% Ni; 0,001% C; 0,6% Si; 1,2% Mn; 0,002% S.

Para lubrificação da interface ferramenta/peça foi utilizada graxa para lubrificar rolamentos com sabão a base de lítio, chamada UNILIT MPA-2. Esta graxa apresenta as seguintes características: consistência 2 (NLGI-2), com temperaturas de aplicação de até 130 ºC e com ponto de gota de 185 ºC.

Os parâmetros empregados nos ensaios constam da Tab. 2. Para os resultados serem confiáveis os ensaios foram replicados uma vez.


Tabela 2 - Parâmetros de Estampagem dos ensaios.


Ensaio nº

Raio da ferramenta RT [mm]

Ângulo de parede

 [º]


Passo vertical

dz [mm]



vfh [mm/min]

Situação

1

5

45º

0,8

1500

não rompeu

2

5

60º

0,8

1500

não rompeu

3

8

50º

0,8

1500

não rompeu

4

10

52º

0,6

1500

rompeu

Na Tab. 2 consideram-se RT o raio da ponta da ferramenta e  o ângulo de parede. O passo vertical dz é o incremento de profundidade por rotação que a ferramenta executa na peça e vfh a velocidade de avanço nas direções XY.



4. Resultado e Análise
O processo de estampagem comportou-se de maneira prevista ou seja, a ferramenta deslizou sobre a peça de forma adequada e livre de vibrações.

4.1 Características Metalográficas

Para comprovar a microestrutura austenítica do material foram feitas micrografias de amostras retiradas na chapa não conformada. Foram retiradas 3 amostras da chapa em posições diferentes.

A Fig. 5 mostra as posições de retiradas das amostras.










Figura 5 - Posições de retiradas das amostras da chapa usada como matéria-prima.
Todas as amostras foram embutidas a quente e, preparadas através do processo de lixamento e polimento com alumina 0,25 m. A seguir foram atacadas durante 1 minuto e 40 segundos com uma solução de HCl (ácido clorídrico) e HNO3 (ácido nítrico) na razão de 5 ml para 2,5 ml respectivamente.

Na análise realizada antes do ataque, foi constatado inclusões dispersas do tipo D (óxido globular) série fina até 8 m, tamanho 4. Foi evidenciado também alinhamento de inclusões provavelmente ocasionados pelo processo de laminação da chapa.

As micrografias da Fig. 6 mostram a microestrutura na posição superior da chapa.


50 m

25 m

(a) (b)
Figura 6 - Microestrutura do aço inoxidável austenítico AISI 304 na posição superior: a - aumento de 200x, b - aumento de 400x.


A microestrutura da Fig. 6 é formada por uma matriz austenítica com carbonetos de cromo precipitados.

A micrografia da Fig. 7a mostra a microestrutura na posição longitudinal, enquanto que a micrografia da Fig. 7b mostra a microestrutura na posição transversal.



25 m

25 m

(a) (b)
Figura 7 - Microestrutura do aço inoxidável austenítico AISI 304: a- posição transversal, aumento de 400x, b - posição transversal, aumento de 400x.


Para constatar a deformação dos grãos da microestrutura após os ensaios de Estampagem Incremental, os corpos de prova foram cortados transversalmente. A Fig. 8 mostra o perfil cortado do corpo de prova e a posição de extração das amostras.

Figura 8 - Posição de extração das amostras para a micrografia.
A Fig. 9 mostra as micrografias na região estampada extraída dos corpos de prova.

As microestruturas apresentam-se bastante deformadas. Os grãos que eram poligonais agora apresentam-se alongados devido as fortes deformações que sofreram.




25 m

25 m

(a) (b)



25 m

25 m

(c) (d)
Figura 9 - Microestrutura do aço inoxidável austenítico AISI 304 após a Estampagem: a - ensaio nº 1, b - ensaio nº 2 c- ensaio nº 3, d - ensaio nº 4, aumento de 400x.


4.2 Microdureza
Para verificar a mudança microestrutural na região conformada realizou-se um ensaio de microdureza Vickers, no laboratório de fundição da UFRGS (LAFUN). As amostras foram previamente preparadas através de polimento e ataque já descrito anteriormente. Em todos os ensaios foram feitas três medições e a dureza mostrada na Tab. 3 é a média aritmética e o desvio padrão médio foi de 10 HV.

Tabela 3 - Microdureza Vickers na região conformada.




Ensaio nº

Raio da ferramenta RT [mm]

Ângulo de parede  [º]

Passo vertical dz [mm]

Dureza [HV]

1

5,0

45º

0,8

279,4

2

5,0

60º

0,8

323,4

3

8,0

50º

0,8

340,3

4

10,0

52º

0,6

335,5

No ensaio de dureza com uma amostra retirada de uma chapa na posição transversal (não conformada) obteve-se 185,6 HV 0,5. Para efeito de comparação, o aço inoxidável AISI 304 sem estar deformado tem dureza de 193 HV 0,5 (Andrade et al., 2003). Na Fig. 10 é mostrada a variação da microdureza Vickers com a fração volumétrica da martensita ’ para o aço AISI 304.



Figura 10 - Variação da microdureza Vickers com a fração da martensita ’ para o aço AISI 304L.
Comparando-se os valores de microdureza da Tab. 3 com os da Fig. 10, pode-se afirmar para as amostras que o máximo que se pode atingir de martensita ’ para o aço AISI 304 é aproximadamente 6% em volume, no ensaio nº 3.

5. Conclusão

Com o desenvolvimento deste trabalho pode-se chegar as seguintes conclusões:



  • A Estampagem Incremental de Chapas ISF é um processo viável e tem um grande potencial como uma ferramenta no processo de desenvolvimento de produto, podendo ser realizado em centro de usinagem;

  • Quanto as características metalográficas observou-se que, o aço em estudo apresenta similaridade em relação a escala e morfologia dos grãos, independente da posição de retirada das amostras antes da conformação;

  • Após a conformação as microestruturas das amostras apresentam-se bastante deformadas. O encruamento foi provocado pela deformação a frio e, esta originou-se pela força da ferramenta exercida sobre a peça no processo de Estampagem Incremental. Estas microestruturas que originalmente eram austeníticas (185,6 HV 0,5) sofreram uma mudança de fase induzida pela deformação para martensita ’, entretanto para pequenos percentuais em volume, no máximo 6% no ensaio nº 3;

  • Pode-se constatar na Tab. 5 que a maior dureza obtida foi no ensaio nº 3, permitindo afirmar que os parâmetros da Estampagem Incremental tem influencia na seguinte ordem de importância: passo vertical dz, raio da ferramenta RT e ângulo de parede ;

  • Como sugestões para trabalhos futuros pode-se sugerir novos estudos na microestrutra através de microscopia eletrônica e difração de raio X.


Agradecimentos
Os autores agradecem ao prof. Jaime Alvares Spim (LAFUN - UFRGS) pela valorosa contribuição neste trabalho.

O Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM) agradece ao CNPQ (Ministério da Ciência e Tecnologia).


6. Bibliografia

Andrade, M. S.; Gomes, O. A.; Vilela, J. M. C.; Serrano, A. T. L. e Moraes, J. M. D. Avaliação da estampabilidade de dois aços inoxidáveis austeníticos. 2º COBEF. Uberlândia. 2003.


Amino, H.; Lu, Y.; Ozawa, S.; Fukuda, K. e Maki, T. Dieless NC forming of automotive service panels, Advanced Technology of Plasticity (2002), Vol.2.
Cerro, I. Maidagan, E.; Arana J., Rivero, A.; Rodríguez, P. P. Theoretical and experimental analysis of the dieless incremental sheet forming process. Journal of Materials Processing Technology 177 (2006) p.404–408.
Hirt, G.; Ames J. e Bambach, M. Validation of FEA for Asymmetric Incremental Sheet Forming byon-line Measurements of Deformation and Tool Forces. Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Institute of Metal Forming. Germany. 2003.
Hirt, G., Junk, S., Chouvalova, I. Herstellung von prototypen und kleinserien komplexer bauteile mit inkrementeller blechumformung, 9. Sächsische Fachtagung Umformtechnik, Dresden, 2002.
Jeswiet, J. Incremental single point forming. Society of Manufacturing Engineers Technical. paper. 2001.
Lebedev, A. A.; Kosarchuk, V. V. Influence of phase transformations on the mechanical properties of austenitic stainless steel, Int. J. Plasticity, 16, 2000 p. 749-767.
Micari, F. Single Point Incremental Forming: recent results. Seminar on Incremental Forming, 22 October, 2004, Cambridge University. CdRom.
Rocha, M. R.; Oliveira, C. A. S. Avaliação das transformações martensíticas em aços inoxidáveis austeníticos. 10ª Conferência Nacional de Conformação de Chapas, 18 a 19 de Outubro de 2007, Porto Alegre/RS, Brasil, ed. Schaeffer L., Gráfica Metrópole, pp. 203-214.
Schaeffer, L. Conformação de chapas metálicas. Porto Alegre: Imprensa Livre, 2004. 200p.



ANEXO D - AVALIAÇÃO DO TRABALHO ESCRITO E APRESENTAÇÃO



ACADÊMICO




AVALIADOR




DATA






CRITÉRIO

NOTA


1. ORTOGRAFIA E ESTRUTURAÇÃO DE FRASES

Avaliar se as palavras estão escritas corretamente. Avaliar se as frases estão estruturalmente corretas, coesas e coerentes, conforme a norma padrão da Língua Portuguesa.






2. COERÊNCIA DE IDEIAS

Avaliar se as idéias estão claramente colocadas ou se há dificuldade no entendimento.






3. CONTEÚDOS ENVOLVIDOS

Avaliar o nível de conhecimento na área: fundamentação e argumentação de idéias e resolução de problemas com base nos conteúdos envolvidos.






4. CAPACIDADE DE EXPRESSÃO ORAL E UTILIZAÇÃO DO TEMPO DA APRESENTAÇÃO

Avaliar se a apresentação do trabalho teve uma sequência lógica e clareza objetiva. Avaliar se as idéias ou conteúdos fundamentais do trabalho foram apresentados de forma clara e coerentes com o desenvolvimento e conclusões no tempo estipulado para a apresentação.






5. RESPOSTA AOS QUESTIONAMENTOS

Avaliar se o acadêmico soube responder de forma convincente as questões levantadas pela comissão examinadora.






MÉDIA ARITMÉTICA




Obs: Cada critério deverá ser avaliado dentro da escala de valor de 0,0 (zero) a 10,0 (dez).




ANEXO E - FICHA DE AVALIAÇÃO DA DEFESA DO TCC

SESSÃO Nº______/2016
Acadêmico: _________________________________________________________________

Data:____/____/______


O acadêmico deverá suprir, até____/____/_______, os seguintes requisitos formais exigidos pela Banca Examinadora:


1 - Reescrever a(s) seções(s)




2 - Corrigir as equações ao longo do texto




3 - Apresentar de forma mais clara o objetivo do trabalho




4 - Corrigir os erros ortográficos e de expressão assinalados nas cópias entregues à Banca




5 - Corrigir o resumo




6 - Melhorar a apresentação de tabelas e figuras




7 - Uniformizar as unidades utilizadas, usando o sistema SI




8 - Corrigir a referenciação bibliográfica ao longo do texto/referências




9 - Adequar o trabalho a metodologia vigente




10 - Observações: ___________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Parecer da Banca Examinadora:

( ) Aprovado

( ) Aprovado com restrições

( ) Reprovado
Orientador: ____________________________

Membro: ______________________________

Membro: ______________________________

Acadêmico: ____________________________




ANEXO F - DECLARAÇÃO DE CORREÇÕES DO TCC

Criciúma, de de 2016.

Prezado Professor da Disciplina de TCC,

Eu, , Professor da Faculdade SATC Curso de Engenharia Mecânica, declaro que meu orientando acadêmico

registro acadêmico , executou todas as correções solicitadas na FICHA DE AVALIAÇÃO DA DEFESA DO TCC, SESSÃO Nº______/2016

____________________________



Professor



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