RAIMUNDO FERREIRA MATOS JUNIOR - Livros Grátislivros01.livrosgratis.com.br/cp097181.pdf · brunimento de um bloco motor e detalhes da ferramenta. 32 Figura 3.7 – Fluxograma com

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁPR

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CAMPUS DE CURITIBA

DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

E DE MATERIAIS - PPGEM

RAIMUNDO FERREIRA MATOS JUNIOR

ANÁLISE TOPOGRÁFICA DA SUPERFÍCIE DE

CILINDRO DE MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA

CURITIBA

FEVEREIRO - 2009

Livros Grátis

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Milhares de livros grátis para download.




Dissertação apresentada como requisito parcial

à obtenção do título de Mestre em Engenharia,

do Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica e de Materiais, Área de

Concentração em Engenharia de materiais, do

Departamento de Pesquisa e Pós-Graduação,

do Campus de Curitiba, da UTFPR.

Orientador: Prof. Giuseppe Pintaúde, Dr.

CURITIBA

FEVEREIRO - 2009

TERMO DE APROVAÇÃO




Esta Dissertação foi julgada para a obtenção do título de mestre em engenharia,

área de concentração em engenharia de materiais, e aprovada em sua forma final

pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais.

_________________________________

Prof. Giuseppe Pintaúde, Dr. Eng.

Coordenador de Curso

Banca Examinadora

______________________________ ______________________________

Prof. Giuseppe Pintaúde, Dr. Eng. Prof. Carlos H. da Silva, Dr. Eng.

(UTFPR) (UTFPR)

______________________________ ______________________________

Prof. Livia Mari Assis, D.Sc. Prof. Márcia Marie Maru, Dr. Eng.

(UTFPR) (Inmetro)

Curitiba, 15 de Fevereiro de 2008

iii

A Deus.

Aos meus pais, Raimundo e Marlene,

que me apoiaram em todas as etapas da vida e são

meus exemplos de luta, por seus objetivos.

Ao meu amor, Priscila, que me faz

completo a cada dia.

iv

AGRADECIMENTOS

Agradeço ao Prof. Giuseppe Pintaúde pela orientação, em especial pela

paciência e por acreditar em nossa parceria me encorajando a prosseguir.

Aos professores e amigos Julio Klein e Paulo Borges, pela convivência desde

as primeiras aulas do curso de Tecnologia em Mecânica e pelo incentivo e a ajuda

no desenvolvimento deste trabalho.

Ao professor Carlos Henrique, por acreditar em meu potencial e pelo incentivo.

Agradeço ao amigo Cristiano Brunetti, por toda a disponibilidade e vontade em

discutir os diferentes assuntos e principalmente pela convivência.

Aos amigos Mario Vitor e Euclides, pelo convívio e troca de conhecimento.

Ao amigo Erlon Fogaça, pelos momentos de compreensão e motivação.

Aos Supervisores Dominique Farges, Luciano Faggion, por todo o incentivo e

por acreditarem em meu potencial.

Ao amigo e colega Clovis Nakashima, por acreditar no meu futuro como

profissional e pela compreensão e ajuda.

Ao amigo Gustavo Volci, por disponibilizar os recursos necessário para os

ensaios e pelas discussões que contribuíram para este trabalho.

Ao amigo Fábio Kupchak, pela ajuda e disponibilidade em realizar os ensaios.

Ao engenheiro Amy Marquezin, por permitir utilizar suas vagas de ensaio para

realização deste trabalho.

Aos colegas Antônio Carlos e José Bernardes, pelas horas de trabalho sobre o

motor.

Ao colega José Adão Reis, pela disponibilidade do laboratório de metrologia.

Ao laboratório de materiais (DIMAT) – Renault, por permitir a utilização das

instalações para a caracterização dos materiais.

A todas as pessoas que contribuíram para a realização deste trabalho.

v

“Aventure-se, pois da mais insignificante pista surgiu toda

riqueza que o homem já conheceu"

(MASEFIELD, John).

vi

MATOS Jr., Raimundo Ferreira, Análise Topográfica da Superfície de Cilindros

de Motores a Combustão Interna, 2008, Dissertação (Mestrado em Engenharia) -

Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade

Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 65p.

RESUMO

Em busca do desenvolvimento de seus produtos a indústria automobilística,

em particular na produção de motores, procura constantemente desenvolver novos

componentes para atender o avanço tecnológico. Para os motores a combustão

interna de quatro tempos cerca de 10 a 15% da energia resultante da combustão é

perdida na forma de atrito interno do motor. A maior parte das perdas por atrito (em

torno de 40%) é originada pelo contato entre o anel e o cilindro.

O objetivo deste trabalho é a caracterização da superfície do cilindro, que

será realizada em diferentes estágios da vida útil do motor. A primeira etapa de

caracterização inicia com a condição da superfície do cilindro pós-processo de

fabricação. As demais etapas são divididas em amaciamento equivalente a 12horas

e estabilização com mais 50horas ambas em condição de rotação de potência

máxima e aceleração 100%. Os perfis de rugosidade foram obtidos mediante

utilização de um rugosimetro. Os perfis obtidos são analisados e processados com o

auxílio de um software dedicado para análise de perfis de rugosidade - TALY

PROFILE, versão 3.1.10, sendo indicado quais parâmetros expressam de forma

mais significativa as mudanças existentes de uma etapa para outra no ciclo de

ensaio considerado.

Palavras-chave: Brunimento, Cilindro, Rugosidade

vii

MATOS Jr., Raimundo Ferreira, Análise Topográfica da Superfície de Cilindros

de Motores a Combustão Interna, 2008, Dissertação (Mestrado em Engenharia) -

Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade

Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 65p.

ABSTRACT

In research of development of its products in particular for engine production,

the automobile industry constantly tries to develop new components to assist the

technological progress. For the internal combustion engines, about 10% to 15% of

the resultant combustion energy is lost in internal friction in the engine. Most of the

losses by friction (around 40%) is originated by contact between ring and cylinder.

This work aims to characterize the surface of the cylinder and it will be carried

throughout different periods of engine life. The first stage is the characterization of

the cylinder after manufacture. The following stages are divided in running in

(equivalent to 12 hours) and stabilization (50hours in maximum power rotation and

Wide Open Throttle). The samples are measured with a roughness meter. The

samples are analyzed and processed with a dedicated software for analysis of

roughness profiles - TALY PROFILE, version 3.1.10, with the adequate parameters

that are more significant to show the variation between the different stages of the

considered test.

Keywords: Honing, Cylinder, Roughness

viii

SUMÁRIO

RESUMO.................................................................................................................... vi

ABSTRACT ............................................................................................................... vii

LISTA DE FIGURAS ...................................................................................................x

LISTA DE TABELAS .................................................................................................. xi

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .................................................................... xii

LISTA DE SÍMBOLOS...............................................................................................xiii

1 INTRODUÇÃO......................................................................................................1 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................3 2.1. Topografia da superfície...........................................................................................................3

2.2. Avaliação da superfície ............................................................................................................6

2.2.1. Medição da rugosidade ........................................................................................................6

2.2.2. Definições para o entendimento da medição de rugosidade. ..............................................7

2.2.3. Sistemas de medição da rugosidade ...................................................................................8

2.3. Método de medição................................................................................................................13

2.3.1 Inspeção visual inicial.........................................................................................................13

2.3.2 Placa de comparação.........................................................................................................13

2.3.3 Medições por contato .........................................................................................................14

2.3.4 Medições sem contato........................................................................................................15

2.4. Avaliação específica da superfície .........................................................................................16

2.5. Brunimento .............................................................................................................................21

2.5.1 Histórico do brunimento......................................................................................................21

2.5.2 Definições...........................................................................................................................22

2.5.3 Superfície brunida ..............................................................................................................23

2.5.4 Brunimento de platô ...........................................................................................................24

3 MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................................26 3.1. Caracterização do material ....................................................................................................26

3.2. Obtenção das superfícies analisadas ....................................................................................31

3.3. Óleo lubrificante......................................................................................................................33

3.4. Combustível para os ensaios em dinamômetro.....................................................................34

3.5. Equipamento de ensaio..........................................................................................................35

3.6. Método....................................................................................................................................36

3.7. Análise da superfície ..............................................................................................................37

3.8. Interações da superfície em ensaio. ......................................................................................40

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO..........................................................................42 4.1. Análise dos perfis de rugosidade ...........................................................................................42

ix

4.2. Análise da curva de Abbott-Firestone e seus parâmetros associados ..................................48

4.3. Análises auxiliares do desgaste dos triboelementos .............................................................51

5 CONCLUSÕES...................................................................................................55 6 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS ....................................................56 PRODUÇÃO CIENTÍFICA NO PERÍODO (Março 2006 – Março 2008)....................57 REFERÊNCIAS.........................................................................................................58 APÊNDICE A – Monitoramento do motor durante o ensaio ......................................61 ANEXO A – Relatório de análise do óleo lubrificante................................................63 ANEXO B – Espécificação do óleo lubrificante .........................................................65

x

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Representação da rugosidade e ondulação da superfície (ASM, 1994) 3

Figura 2.2 - Textura e integridade de superfície (Schimidt 1999). 4

Figura 2.3 - Representação do perfil de medição e subdivisões. 8

Figura 2.4 - Representação do cálculo da linha média (CNOMO, 2003). 9

Figura 2.5 - Indicação do valor Ra para perfis diferentes e representação do valor de

Ra no perfil de rugosidade (MUMMERY, 1992). 10

Figura 2.6 - Inclinação da curva de distribuição de amplitude (ASME 1995). 11

Figura 2.7 - Assimetria da curva de distribuição de amplitude (ASME 1995). 12

Figura 2.8 - Representação esquemática da aplicação do critério de contagem dos

picos no perfil de rugosidade (MAHR GMBH, 1995). 12

Figura 2.9 - Tipo de medição por comparação (Taylor Hobson, 2002) 14

Figura 2.10 - Representação esquemática da medição topográfica da superfície

utilizando a perfilometria de contato (HUTCHINGS, 1992). 14

Figura 2.11 - Descrição do processo de medição da rugosidade sem o contato direto

com a superfície (Taylor Hobson, 2002). 15

Figura 2.12 - Definição dos parâmetros Rk (Carvalho, 2007). 17

Figura 2.13 - Representação passo a passo do filtro de perfil para curva de Abott-

Firestone (CNOMO, 2003). 18

Figura 2.14 - Geração da curva de Abbott-Firestone (CARVALHO, 2007) 19

Figura 2.15 - Interpretação gráfica os parâmetros de rugosidade para cilindro de

motores a combustão interna (Pawlus, 1996). 20

Figura 2.16 Exemplo de ferramentas de geometria não-definida. 21

Figura 2.17 - Representação do brunimento (SCHIMIDT, 1999). 23

Figura 2.18 - Exemplo de imagem topográfica da superfície do cilindro (

DECENCIÉRE e JEULIN, 2001) 24

xi

Figura 2.19 - Perfil resultante do brunimento de desbaste e platô (SCHIMIDT, 1999).

25

Figura 3.1 - Regiões analisadas do bloco motor. Região 1=superfície brunida;

Região 2= seção transversal: A = parede da galeria de água; B = núcleo; C =

superfície. 27

Figura 3.2 - Revelação da microestrutura com grafita lamelar. (a) Região central B

citada na Figura 3.1 e (b) Região C face de contato. Ataque com Nital 3%. 28

Figura 3.3 - Regiões analisadas no anel (seção transversal). 29

Figura 3.4 - Camada nitretada sobre o anel do primeiro canalete de aço inoxidável.

30

Figura 3.5 - Microestrutura do material de base para os anéis em ferro fundido do

segundo canalete. 30

Figura 3.6 - Máquina operatriz do fabricante Gehring durante operação de

brunimento de um bloco motor e detalhes da ferramenta. 32

Figura 3.7 – Fluxograma com as etapas de realização do ensaio. 36

Figura 3.8 - Representação da região de medição da superfície do cilindro. 38

Figura 3.9 - Sentido de medição da rugosidade nos cilindros 38

Figura 3.10 - Ilustração com a apresentação dos equipamentos utilizados para a

obtenção dos perfis de rugosidade. 39

Figura 3.11 - Descrição do Sistema tribológico. 41

Figura 4.1 - Exemplo de perfil de rugosidade para superfície nova após processo de

brunimento. 43

Figura 4.2 - Exemplo de perfil de rugosidade da superfície após etapa de ensaio

correspondente a 12 horas de ciclo. 43

Figura 4.3 - Exemplos da representação da curva de Abott-Firestone sobre o

histograma da porcentagem de área distribuída na altura do perfil, a) superfície

nova, b) superfície com 12 horas de ensaio e c) superfície com 62 horas de

ensaio. 46

xii

Figura 4.4 – Exemplos das curvas de Aboott-Firestone para diferentes perfis de

rugosidade, a) curva para superfície brunida, b) curva para superfície com 12

horas de ensaio e c) curva para superfície com 62 horas de ensaio. 50

Figura 4.5 - Seção transversal do anel de ferro fundido cromado (segundo canalete),

revelada por microscopia eletrônica de varredura. 52

Figura 4.6 - Aspecto geral das superfícies ao termino dos ensaios 62 horas. 53

Figura 4.7 - Concentração de ferro (ppm) no lubrificante para cada etapa de análise

da superfície do cilindro. 53

xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Composição química do ferro fundido lamelar GL04 (% em massa) .......26

Tabela 2 – Identificação dos anéis utilizados em um motor de combustão interna e

seus materiais e revestimentos..........................................................................29

Tabela 3 – Características do lubrificante utilizado. ..................................................34

Tabela 4 - Especificações do álcool etílico anidro combustível (AEAC) e álcool etílico

hidratado combustível (AEHC) (ANP, 2006). .....................................................35

Tabela 5 - Valores médios dos parâmetros de rugosidade da superfície do cilindro do

motor estudado. .................................................................................................42

Tabela 6 - Valores obtidos a partir da metodologia de cálculo de Abbott-Firestone

para as três condições de superfície..................................................................48

xiv

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASM - American Society for Metals

ASME - American Society of Mechanical Engineering

CNOMO - Comitê de Normalização dos Meios de Produção

DIN - Deutsche Ingenieur Normen

ISO - Internacional Standard Organization

MCI - Motor de combustão interna

NOx - Oxido de nitrogênio

RBC - Rede Brasileira de Calibração

UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná

xv

LISTA DE SÍMBOLOS

Cf - Critério de funcionamento [µm]

Cl - Critério de lubrificação [µm]

Cr - Critério de amaciamento [µm]

E - Módulo elástico combinado das superfícies [MPa]

H - Dureza da superfície

le - Comprimento de amostragem [mm]

lm - Comprimento total de avaliação [mm]

lt - Distância total percorrida pelo apalpador [mm]

lv - Comprimento de avanço inicial [mm]

Mr1 - Fração de contato mínimo [%]

Mr2 - Fração de contato máximo [%]

r - Raio médio das asperezas

Ra - rugosidade média aritmética [µm]

Rk - Profundidade da rugosidade central [µm]

Rku - Medição da inclinação da curva de distribuição de amplitude

Rpk - Altura de pico reduzida [µm]

Rpc - Quantidade de picos por mm [picos/mm]

Rq - Rugosidade média quadrática [µm]

Rsk - Simetria da distribuição de amplitude sobre a linha média do perfil

Rt - Altura máxima entre picos e vales [µm]

Rvk - Profundidade de vales reduzida [µm]

β - Raio médio dos picos de asperezas

ηηηη - Densidade de picos de asperezas

xvi

λc - Comprimento de amostragem [mm]

σσσσ - Desvio-padrão de altura das asperezas

σ∗σ∗σ∗σ∗ - Desvio-padrão da distribuição de alturas das asperezas

Capítulo 1 Introdução 1

1 INTRODUÇÃO

Os motores a combustão interna MCI são amplamente aplicados e são

considerado uma alternativa viável para os requisitos de versatilidade e custo,

tornando-se facilmente encontrado em operação, isso indica que os MCI continuarão

dominando o mercado de veículos (Tung e McMillan, 2004).

O conjunto “pistão, anel e cilindro” é considerado por Pawlus (1997) o mais

importante sistema tribológico em um motor de combustão interna. Para o referido

sistema o acabamento da superfície apresenta ligação direta com o atrito, desgaste

e lubrificação.

Considerando a condição de acabamento da superfície, o desempenho dos

motores apresenta uma estreita relação com a força de atrito entre o cilindro e os

anéis do pistão. Acredita-se que o atrito pode ser reduzido significativamente com a

otimização da topografia da superfície do cilindro. (Decencière e Jeulin, 2001).

Além da análise da topografia Tomanik (2005) estuda a relação do filme

lubrificante retido sobre a superfície brunida e o desgaste, buscando melhoria na

durabilidade dos motores e a redução do atrito.

O tribologista de motores busca obter a lubrificação efetiva de todos os

componentes em movimento, a redução do atrito e do desgaste, com o menor

impacto ao meio-ambiente. Esta questão é particularmente agravada pela variedade

de condições de operação como velocidade, carga e temperatura do motor.

Investimentos na tribologia dos motores e o conhecimento do comportamento

da superfície durante o período inicial de funcionamento propiciam os seguintes

benefícios:

1 Redução no consumo de combustível;

2 Aumento da potência fornecida;

3 Redução no consumo de óleo;

4 Redução na emissão de gases poluentes;

5 Ganho em durabilidade, confiabilidade e vida útil do motor;

Capítulo 1 Introdução 2

6 Redução na necessidade de manutenção e longos intervalos de intervenção.

Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivo:

• Caracterizar a superfície brunida do cilindro de um motor a combustão interna;

• Comprar a evolução do desgaste da superfície em ensaio de bancada

dinamomêtrica.

Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 3

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Topografia da superfície

De acordo com a ASM (1994), o termo textura refere-se aos picos e vales

produzidos na superfície por um processo particular de fabricação. Por convenção, a

textura compreende duas componentes: a rugosidade e a ondulação, conforme

ilustrado na Figura 2.1.

Figura 2.1 - Representação da rugosidade e ondulação da superfície (ASM, 1994)

A superfície de uma peça pode ser dividida em duas camadas limites

distintas, a externa e a interna, Figura 2.2 a camada limite interna da superfície é

resultado da ação mecânica da usinagem e sua profundidade depende da

severidade da usinagem a que foi submetida. Por sua vez, a camada limite externa

encontra-se entre a atmosfera externa e a estrutura atômica do material. A

integridade de superfície trata dos efeitos internos do material e também é descrita

na Figura 2.2. Refere-se, por exemplo, às tensões residuais que podem ser

avaliadas com a técnica de difração de raio-X. O estudo da microestrutura, por sua

vez, pode ser analisado através de uma análise metalográfica (Schimidt 1999).


Figura 2.2 - Textura e integridade de superfície (Schimidt 1999).

Os componentes que operam em sistema lubrificados devem possuir,

necessariamente, alguma especificação em seu projeto sobre valores dos

parâmetros de rugosidade. Isto se deve à possibilidade de haver contato entre

asperezas e também por causa da necessidade de ser criado espaço físico

suficiente para que o filme de lubrificante possa se alojar de forma adequada entre

as superfícies, ou seja, a tentativa de criar “reservatórios” adequados para os filmes

(Neto, 1999).

Por mais perfeita que sejam as superfícies, elas apresentam particularidades

que são uma herança do método empregado em sua obtenção, por exemplo:

torneamento, fresamento, retificação, brunimento, lapidação, etc. As superfícies

assim produzidas se apresentam como um conjunto de irregularidades, com

espaçamento constante e que tendem a formar um padrão ou textura característica

em sua extensão.

A rugosidade ou textura primária é formada por sulcos ou marcas deixadas

pelo agente que atacou a superfície no processo de usinagem, (ferramenta, rebolo,

partículas abrasivas, ação química, etc.) e se encontra superposta a um perfil de

ondulação provocado por deficiência nos movimentos da máquina, deformação no

tratamento térmico, tensões residuais de forjamento ou fundição etc (Abe, 2001).


Um sistema mecânico é normalmente composto por partes que trabalham em

contato e sob um determinado carregamento. O resultado deste contato ao longo de

um determinado período de tempo é o desgaste, caracterizado por uma remoção de

material da superfície. Um modo particular de desgaste é aquele causado pela

fadiga de contato, o qual ocorre em componentes submetidos a altas pressões

cíclicas de carregamento, tais como engrenagens e rolamentos, sendo que esta é a

principal causa de falhas nestes componentes (ASM, 1992).

A superfície do cilindro é uma superfície de múltiplos processos. Usualmente, o

processo de fabricação do cilindro é caracterizado por três etapas, furação do

cilindro, brunimento de base, que origina os sulcos de armazenamento de óleo, e o

brunimento de platô, reduzindo os picos das asperezas (Pawlus 1997).

A durabilidade de um sistema mecânico depende fortemente da espessura

mínima de filme de óleo lubrificante que separa as superfícies móveis. A maioria dos

componentes mecânicos móveis são de alguma forma lubrificados. Pouco ou

nenhum desgaste ocorre se a espessura do filme lubrificante é grande o bastante

para separar completamente as duas superfícies em movimento. Essa condição,

entretanto, nem sempre é possível devido a: máquinas são ligadas e desligadas,

restrições de tamanho, acessibilidade e/ou de consumo de lubrificante impedem o

fornecimento ideal de lubrificante às regiões de contato. Em alguns sistemas, o

contato entre as asperezas pouco freqüente e suave é até desejável para promover

um amaciamento, ou seja, fase de desgaste gerada a partir do movimento relativo

entre superfícies resultando na conformação gradual com melhoria de desempenho.

(Tomanik 2000).

O acabamento da superfície do cilindro é o principal fator que afeta as

propriedades no período inicial da vida do motor. Na ausência de ondulação e erro

de forma, somente a rugosidade tem influência no período de amaciamento.

A redução da rugosidade, ou seja, criação de superfícies cada vez mais lisas

proporciona aumento da resistência ao desgaste. Entretanto, superfícies com menor

rugosidade apresentam dificuldade na retenção do filme de óleo, originando o

contato mecânico entre as superfícies ocasionando o desgaste adesivo também

conhecido como engripamento. Somente superfícies rugosas têm capacidade de

suportar grandes carregamentos. Contudo, o aumento da rugosidade da superfície


do cilindro é prejudicial, proporcionando o aumento do consumo de óleo e o

desgaste excessivo do anel (Pawlus 1994).

2.2. Avaliação da superfície

2.2.1. Medição da rugosidade

Rugosidade é o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências e

reentrâncias que caracterizam uma superfície. A rugosidade desempenha um papel

importante no comportamento dos componentes mecânicos.

A rugosidade influi na:

- qualidade de deslizamento;

- resistência ao desgaste;

- possibilidade de ajuste do acoplamento forçado;

- resistência oferecida pela superfície ao escoamento de fluidos e lubrificantes;

- qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras;

- resistência à corrosão e à fadiga;

- vedação;

- aparência.

A grandeza, a orientação e o grau de irregularidade da rugosidade podem

indicar suas causas que, entre outras, são:

- imperfeições nos mecanismos das máquinas-ferramenta;

- vibrações no sistema peça-ferramenta;

- desgaste das ferramentas;

- o próprio método de conformação da peça.


2.2.2. Definições para o entendimento da medição de rugosidade.

Superfície real: é à parte de um corpo que o separa do meio em que se

encontra (DIN 4762, ISO 4287/1).

Processo de apalpação por corte: é um processo de medição onde a

configuração da superfície é captada em duas dimensões. Uma unidade de avanço

movimenta um apalpador de medição com uma velocidade horizontal constante por

sobre a superfície.

Perfil efetivo: é a porção do perfil, apalpada durante o processo de medição de

uma superfície. O perfil efetivo contém os principais desvios, que são classificados

em forma, ondulação e rugosidade (DIN 4760).

Comprimento de amostragem (λc ou CUT-OFF) determina o filtro a ser

utilizado. Ondas inferiores ao comprimento de amostragem λc são atribuídos ao

perfil de rugosidade R. Ondas superiores ao comprimento de amostragem λc são

atribuídos ao perfil de ondulação W.

Toma-se o perfil efetivo de uma superfície num comprimento “lm”, comprimento

total de avaliação. Chama-se o comprimento “le” de comprimento de amostragem

(NBR 6405/1988).

O comprimento de amostragem nos aparelhos eletrônicos, chamado de cut-off

“le”, não deve ser confundido com a distância total “lt” percorrida pelo apalpador

sobre a superfície.

É recomendado pela norma ISO 4287 que os rugosímetros devam medir cinco

comprimentos de amostragem e devem indicar o valor médio. A Figura 2.3

apresenta os elementos de um perfil de rugosidade, utilizados para obter o valor de

um parâmetro, e estes são detalhadas a seguir.


Figura 2.3 - Representação do perfil de medição e subdivisões.

Comprimento de medição unitário “le” é 1/5 do comprimento de medição “lm” e

conforme norma DIN 4768, é igual ao comprimento de amostragem λc (CUT OFF).

O comprimento de medição unitário é a referência para a avaliação da

rugosidade.

Comprimento de medição “lm” é a porção do perfil apalpado que é avaliado

pelo processador.

Comprimento de avanço inicial “lv” serve para o acionamento dos filtros.

Comprimento de avanço final serve para desativar os filtros.

Comprimento de apalpação “lt” é a distância total percorrida pelo apalpador

durante o processo de medição. Ele é a soma do comprimento de avanço inicial “lv”,

comprimento de medição unitário “lm” e o comprimento de avanço final “lm”.

2.2.3. Sistemas de medição da rugosidade

São usados dois sistemas básicos de medida: o da linha média M e o da

envolvente E. O sistema da linha média é o mais utilizado. Alguns países adotam

ambos os sistemas. No Brasil - pelas Normas ABNT, NBR 6405/1988 e NBR

8404/1984 - é adotado o sistema M.

No sistema da linha média, ou sistema M, todas as grandezas da medição da

rugosidade são definidas a partir do seguinte conceito de linha média:


Linha média é a linha paralela à direção geral do perfil, no comprimento da

amostragem, de tal modo que a soma das áreas superiores, compreendidas entre

ela e o perfil efetivo, sejam iguais à soma das áreas inferiores, no comprimento da

amostragem (le “cut-off”), conforme representado na Figura 2.4.

Figura 2.4 - Representação do cálculo da linha média (CNOMO, 2003).

A1 e A2 áreas acima da linha média = A3 área abaixo da linha média.

A1+A2=A3

Rugosidade Média (Ra) média aritmética dos desvios das alturas do perfil.

A Figura 2.5 representa a parcela do perfil que corresponda ao parâmetro de

rugosidade Ra, bem como a dificuldade em interpretar seu valor, considerando que

para superfícies diferentes o parâmetro apresenta o mesmo valor.

∫=L

a dxxyL

R0

)(1

Lm

Equação 5

Equação 6


Figura 2.5 - Indicação do valor Ra para perfis diferentes e representação do valor de Ra no perfil de rugosidade (MUMMERY, 1992).

Rugosidade (Rq) r.m.s. (root mean square) parâmetro de rugosidade média

quadrática.

∫=L

q dxxyL

R0

22 )(1

Equação 7


Parâmetro Rsk (Skewness), indica a simetria da distribuição de amplitude

sobre a linha média do perfil. O valor negativo de skewness representa uma

condição de superfície tipicamente com grandes vales similar a superfície brunida. A

Figura 2.6 representa a interpretação do parâmetro de rugosidade skewness.

Rsk = 0 perfil Gaussiano.

Figura 2.6 - Inclinação da curva de distribuição de amplitude (ASME 1995).

Parâmetro Rku, Curtose (Kurtosis). É a medição da inclinação da curva de

distribuição de amplitude. A inclinação da curva de distribuição de amplitude é

descrita na Figura 2.7 com a representação da inclinação dos picos e vales do perfil.

Distribuição Normal (Rku=3).

Perfil

média

média


Figura 2.7 - Assimetria da curva de distribuição de amplitude (ASME 1995).

O parâmetro de rugosidade Pc e HSC pode também ser identificado como RPc

é definido como a quantidade de picos por mm, que ultrapassa um limite inferior,

igualmente pré-selecionado. A aplicação do parâmetro RPc é representada na

Figura 2.8.

Figura 2.8 - Representação esquemática da aplicação do critério de contagem dos picos no perfil de rugosidade (MAHR GMBH, 1995).

Perfil


O parâmetro RVO é a “área” dos vales calculada a partir da obtenção dos

parâmetros “RK” conforme norma (DIN 4776 e ISO 13565-2).

2.3. Método de medição

Para avaliar a condição da superfície tanto após o processo de fabricação

quanto durante seu desgaste, podemos considerar a existência dos seguintes

métodos:

2.3.1 Inspeção visual inicial

O método de inspeção visual é normalmente realizado a olho nu ou com

auxilio de uma lupa observando a direção das linhas sobre a superfície, marcas do

processo anterior e defeitos e crateras.

2.3.2 Placa de comparação

Análise da superfície realizada por comparação entre uma placa com

superfícies de rugosidade controlada frente à superfície do componente em estudo.

Figura 2.9

Equação 7


Figura 2.9 - Tipo de medição por comparação (Taylor Hobson, 2002)

2.3.3 Medições por contato

Um dos métodos mais empregados na industria para a medição topográfica da

superfície é a perfilometria de contato, ilustrada na Figura 2.10 O rugosímetro é um

aparelho eletrônico para verificação de superfície de peças e ferramentas. Destina-

se à análise dos problemas relacionados a superfícies, pode ser na versão portátil

ou então estruturas mais complexas que necessitam de uma instalação apropriada.

Figura 2.10 - Representação esquemática da medição topográfica da superfície utilizando a perfilometria de contato (HUTCHINGS, 1992).


2.3.4 Medições sem contato

A medição sem contato e normalmente aplicada na medição de discos de

memória de computador e substrato de semicondutores. Também pode ser aplicado

a medições de superfícies macias a exemplo do cobre, que é facilmente danificado

pelo apalpador de diamante. Se comparado a medição de rugosidade convencional,

apresenta um raio de medição ou “ponta” de 0,2µm frente aos 2µm do apalpador. A

Figura 2.11 representa em sistema de medição sem contato.

Figura 2.11 - Descrição do processo de medição da rugosidade sem o contato direto com a superfície (Taylor Hobson, 2002).


2.4. Avaliação específica da superfície

A superfície oriunda do processo de brunimento possui características de

suportar cargas e boa capacidade de reter filmes lubrificantes sobre a superfície. A

maioria dos parâmetros tem o objetivo de caracterizar superfícies originadas de

processo de fabricação simples. Devido ao fato do brunimento apresentar sua

origem de múltiplos processos e conferir a superfície características especificas, são

criados parâmetros capazes de avaliar a superfície (Pawlus 1997).

A avaliação do brunimento de cilindro de motores a combustão interna é

descrita pela CNOMO (Comitê de normalização dos meios de produção, 1998),

descrevendo parâmetros para aprovação do processo produtivo.

A avaliação da superfície pode ser baseada na norma ISO 4287 que apresenta

a metodologia de análise conhecida como taxa do material relativa (Rmr), que

determina a taxa de material a partir de um nível de corte O primeiro critério é

conhecido como fase de “Amaciamento” (Cr): Representa a faixa de variação do

valor das alturas das asperezas compreendida entre 1% a 45% da área total de

contado da superfície brunida. Indica a região que será desgastada na fase de

amaciamento do motor. O valor máximo para este critério pode variar em função do

acabamento final do processo de brunimento eliminando os picos mais altos, ou

seja, usinagem de acabamento responsável por criar uma superfície que apresente

menor quantidade de picos.

O segundo critério é a porção do perfil de rugosidade que representa a fase

logo após amaciamento, identificada como fase de funcionamento (Cf). É

representada pela região que corresponde à variação de área da superfície entre

15% a 75% da área total de contato. Região responsável pelo funcionamento da

superfície em condições normais de trabalho, ou seja, queda na taxa de desgaste,

mantendo a característica do perfil durante a vida útil do motor.

Terceiro e último critério identificado como porção responsável pelo

armazenamento de óleo na superfície (Cl). Região que compreende valores para

área total de contato da ordem de 45% a 99%. Responsável pela quantidade de óleo

que pode ser retido entre as asperezas.


Para um perfil R de rugosidade, a curva de Abbott-Firestone é definida

especificamente segundo três parâmetros Rpk, Rk e Rvk e duas fronteiras

chamadas de Mr1 e Mr2 (DIN 4776 e ISO 13565-2). Esta curva é uma importante

ferramenta para a caracterização da superfície, apresenta ampla aplicação na

caracterização das superfícies definidas em normas internacionais (Schmähling e

Hamprecht, 2007).

Destinados a medir a condição da superfície de materiais porosos ou presença

de platô e de vales, estes parâmetros caracterizam a curva de distribuição da área

total de contato com a aplicação do duplo filtro gaussiano, ferramenta esta que

possibilita a obtenção dos parâmetros de rugosidade sem a tendência característica

de superfícies de grandes vales. A definição dos parâmetros e a distribuição da área

total de contato são representadas na Figura 2.12

Figura 2.12 - Definição dos parâmetros Rk (Carvalho, 2007).

Usualmente a determinação da linha média pela aplicação do filtro “gaussiano”

(ISO 11562) não considera a existência de grandes vales no perfil que por sua vez

possuem a tendência de modificar a linha média e por isso é necessária a criação de

artifícios para evitar medições incoerentes. O método definido na norma ISO 13565-

2 permite determinar uma linha média menos afetada pelos vales apresentados pelo

perfil e é identificado como duplo filtro gaussiano.

O duplo filtro gaussiano aplicado para obtenção da curva de Abbott-Firestone é

representado na Figura 2.13, e descrito em etapas à seguir:

Passo 1 - consiste em calcular uma primeira linha média por filtro gaussiano.


Passo 2 - retirar do perfil inicial as partes situadas abaixo da linha média. Retiramos

assim os vales mais profundos.

Passo 3 - calcular a nova linha média sobre o perfil obtido em 2.

Passo 4 – apresentar o perfil de rugosidade a partir da aplicação do filtro gaussiano

em duas etapas conforme os passos anteriores para a determinação da curva de

Abbott-Fireston.

Figura 2.13 - Representação passo a passo do filtro de perfil para curva de Abott-Firestone (CNOMO, 2003).

O parâmetro Rk e definido como sendo a parcela central da banda de

rugosidade. Para a determinação deste parâmetro e traçada uma secante de menor

inclinação possível sobre a curva de Abbott-Firestone, cuja componente horizontal

corresponde a 40%, conforme representado na Figura 2.14 (DIN 4776, ISO 13565-2

e CNOMO, 2003)


Figura 2.14 - Geração da curva de Abbott-Firestone (CARVALHO, 2007)

O parâmetro Rk representa a diferença de altura entre a intersecção desta reta

com o eixo de 100% e o eixo de 0% e os pontos Mr1 e Mr2 (%) correspondem à

intersecção entre o perfil de referência e as retas paralelas ao eixo de % definindo o

parâmetro Rk.

Os parâmetros Rpk e Rvk são definidos pela altura do triângulo retângulo da

superfície equivalente as zonas de picos (base 0% a Mr1) e aos vales (base Mr2 a

100%)

Rk é o valor da rugosidade do núcleo do perfil

Rpk é o valor da rugosidade média dos picos que estão acima da área de

contato mínima do perfil; excluídos eventuais picos exagerados.

Rvk é o valor da rugosidade média dos vales que estão abaixo da área de

contato do perfil; excluídos eventuais vales excessivamente profundos.


Mr1 : Fração de contato mínimo : taxa, em porcentagem, que determina a fração

de contato mínima no núcleo do perfil de rugosidade.

Mr2 : Fração de contato máximo : taxa, em porcentagem, que determina a maior

fração de contato no núcleo do perfil de rugosidade.

A avaliação de superfícies características de um processo de brunimento e a

definição dos parâmetros mais adequados para descrevê-las no uso em cilindro de

motores a combustão interna foi estudada por PAWLUS (1994; 1997) e pode ser

demonstrado na Figura 2.15. Para tal análise são definidos os parâmetros:

• Rp/Rt é o coeficiente de vazio, considerado o parâmetro mais importante.

Pode ser presumido que o valor de desgaste do cilindro é proporcional a

variação do coeficiente de vazio durante a utilização do motor.

Rp é a distância do pico mais elevado até a linha média do perfil.

Rt é a distância entre o pico mais elevado e o vale mais profundo.

• Rk/Rt profundidade central normalizada

• Rtm parâmetro de altura

• Vo capacidade de armazenamento de óleo

Figura 2.15 - Interpretação gráfica os parâmetros de rugosidade para cilindro de motores a combustão interna (Pawlus, 1996).


2.5. Brunimento

Os processos de usinagem apresentam inúmeros métodos para obtenção de

componentes mecânicos. Dependendo de sua aplicação os componentes

mecânicos requerem características especificas ou maior precisão na obtenção de

sua forma. Dentre os processos de acabamento que utilizam ferramentas de gume

de geometria não-definida, destaca-se o brunimento por apresentar elevada

precisão dimensional e de forma, além de conferir a superfície características

específicas. A Figura 2.16 apresenta alguns modelos de ferramentas de geometria

não-definida.

Figura 2.16 Exemplo de ferramentas de geometria não-definida.

2.5.1 Histórico do brunimento

Uma das primeiras notícias sobre o emprego do processo de brunimento foi

em 1910, na Alemanha. Nesta ocasião, a ferramenta de brunir era constituída de um

cilindro de madeira bipartido, no qual encontravam-se dispostas pedras abrasivas.

Em 1921, uma fabrica em Detroit registrou a primeira patente do processo,

que se distinguia pelo uso de uma ferramenta expansível em um elemento cardânico

de transmissão de força.

Em 1935, a Chrysler detectou falha, em seus mancais, causadas por impacto

e vibrações resultante de acabamento insuficiente nas pistas de rolamentos

resultando no desenvolvimento do brunimento de curso curto (“superfinishing”).


Na década de 60, teve início a utilização das ferramentas de diamante. A

longa vida das ferramentas associada às altas taxas de remoção proporcionou o

crescimento da produtividade, permanecendo a qualidade das peças constante ao

longo de todo o processo de brunimento.

Atualmente pode-se observar um crescente desenvolvimento, com a

aplicação de mais de uma etapa no processo de obtenção de superfícies brunidas

Pawlus (1996). Um maior domínio na produção de abrasivos, principalmente

diamante e CBN também contribuíram para a evolução e obtenção de superfícies

com melhor acabamento.

As novas características construtivas das ferramentas têm permitido a

obtenção de peças de elevada precisão, o que reflete sensivelmente na produção.

Em conjunto, a automatização da máquina de brunir tem levado a uma alta

eficiência destes sistemas produtivos, possibilitando a correção de erros de forma,

redução de custos, alta eficiência, mas principalmente grande flexibilidade da

produção.

2.5.2 Definições

O brunimento é um processo mecânico de usinagem por abrasão, empregado

no acabamento de peças. Durante o processo, os grãos ativos do brunidor entram

em contato com a superfície da peça. Esta gira lentamente e o brunidor desloca-se

ao longo da geratriz da superfície de revolução com movimentos alternativos de

pouca amplitude e freqüência relativamente elevada.

Na maioria dos casos, o brunimento é feito com uma ferramenta especial de

retificação, constituída de segmentos de material abrasivo, montados em grupo.

A Figura 2.17 ilustra a ação da ferramenta de brunimento, ou seja, o brunidor

sobre a superfície que será trabalhada. Ao girar, o brunidor faz um movimento

vertical oscilante de subida e descida. Apresenta diferenças em relação ao processo

de retificação, especificamente a velocidade, a superfície de contato da ferramenta

rugosa, o movimento alternado e maiores pressões de trabalho. No brunimento a

velocidade de rotação da ferramenta é inferior a retificação e o trabalho é feito com


pressões mais elevadas da ordem de 3 a 8 kgf/cm2, ou seja, de 0,3 a 0,8 MPa.

Figura 2.17 - Representação do brunimento (SCHIMIDT, 1999).

O processo é usado para melhorar as características superficiais, conferir

precisões geométricas as peças obtidas por operações anteriores como usinagem,

sinterização, tratamento térmico, etc. Este processo elimina danos superficiais pelo

emprego de baixa velocidade e ação suave a ferramenta, caracterizando-se pela

combinação de um movimento axial com um rotacional ou transversal para o

brunimento de superfícies planas (CARVALHO, 2007).

2.5.3 Superfície brunida

A superfície brunida e identificada como resultado final de um processo de

acabamento, ou seja, superfície que apresenta características finais para sua

aplicação, apresentando baixos valores de rugosidade da ordem de micrometros,

além de bom contato entre as partes com excelente comportamento de desgaste e

boa redução de nível de ruído. No brunimento, também, pela baixa geração de calor,

não ocorre oxidação e nem alteração da estrutura cristalina SCHIMIDT (1999).

Em grande parte dos casos, a cinemática do brunimento proporciona uma

superfície com estrias cruzadas que apresentam, em geral, um ângulo de

cruzamento de 45º a 60º, faixa esta baseada em pesquisa empírica as quais

mostram que o consumo de óleo depende deste ângulo Figura 2.18. Os ângulos


com menor valor são apropriados para superfícies de deslizamento a seco, e os

grandes são associados a um elevado consumo de óleo. Na medida em que o

ângulo de cruzamento aumenta, a quantidade de linhas, ou seja, quantidade de

sulcos na superfície diminui, reduzindo o volume de óleo retido na superfície. A

redução do volume de óleo na superfície é devido à redução dos sulcos que o retém

e está associada diretamente a redução do consumo de óleo em um MCI.

Figura 2.18 - Exemplo de imagem topográfica da superfície do cilindro ( DECENCIÉRE e JEULIN, 2001)

2.5.4 Brunimento de platô

Com o brunimento de platô objetiva-se desenvolver uma estrutura especifica, a

qual apresenta um perfil periódico com grandes áreas planas separadas por sulcos.

O perfil gerado neste processo diferencia-se do obtido no brunimento de

acabamento, principalmente por melhores características de resistência ao desgaste

e a retenção de óleo. Figura 2.19

Direção de movimento

do pistão

Ângulo de

cruzamento α


Figura 2.19 - Perfil resultante do brunimento de desbaste e platô (SCHIMIDT, 1999).

O perfil final do brunimento é obtido em duas etapas e em alguns casos uma

terceira etapa pode ser necessária: brunimento de desbaste, platô de base e platô

de acabamento.

No desbaste, elimina-se a heterogeneidade gerada nos processos de

fabricação anterior. A ferramenta de desbaste deve possuir a capacidade tanto de

alisar quanto de aumentar a rugosidade da superfície. Nesta etapa, utiliza-se uma

granulometria grosseira promovendo a formação dos sulcos profundos que devem

estar presentes nas superfícies do perfil platafórmico.

No brunimento de platô de base uma rápida remoção dos picos aleatórios,

com uma ferramenta de granulométrica menor, formando os pequenos platôs. A

estrutura platafórmica possui grande área de apoio e baixa rugosidade.

Em alguns casos o processo pode apresentar mais uma etapa, o brunimento

de acabamento. Objetiva-se reduzir a rugosidade dos platôs, gerados na fase

anterior, o que resulta na melhora das características aconselháveis para uma

superfície de deslizamento. A ferramenta, neste caso, possui granulométrica mais

fina.

Somente com o emprego da superfície com processo de brunimento de platô,

tem-se um comportamento de desgaste favorável para atender, por exemplo, às

exigências feitas às camisas de pistões de motores diesel de alta compressão e de

outros elementos que atuam sobre condições de atrito lubrificado.

Brunimento de desbaste Brunimento de platô

Capítulo 3 Materiais e Métodos 26

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Para a realização dos ensaios foram utilizados blocos do motor, anéis de aço e

ferro fundido e óleo lubrificante. Todos estes componentes são provenientes de um

produto existente e comercialmente disponível no mercado brasileiro. Desta forma

foi buscada a total aplicabilidade deste estudo, tentando-se realizar as análises da

forma mais próxima de uma utilização cliente e das condições de funcionamento do

motor.

3.1. Caracterização do material

O componente avaliado foi um bloco do motor de ferro fundido cinzento de

grafita lamelar GL04, produzido pela Fundição Tupy S/A. A Tabela 1 apresenta a

composição química do componente ensaiado.

Tabela 1 - Composição química do ferro fundido lamelar GL04 (% em massa)

C Si Mn S P Cr Sn Cu Ni Mo GL04 3,1 1,9 0,5 < < 0,25 < < < < 3,5 2,4 0,9 0,15 0,12 0,35 0,15 0,6 0,2 0,1

Para a realização das análises metalográficas as amostras foram retiradas da

parede do cilindro e do anel e polidas metalograficamente para acabamento

equivalente a pasta de diamante de 1 µm. A análise foi realizada no microscópio

óptico Carl Zeiss JENAVERT® acoplado a uma câmera digital e com o analisador de

imagens IMAGE PRO-PLUS®.

No bloco do motor, as observações foram realizadas diretamente sobre a

superfície brunida (Região 1) e na seção transversal (Região 2), como mostra a

Figura 3.1


Região 1

Região 2

A

BC

Figura 3.1 - Regiões analisadas do bloco motor. Região 1=superfície brunida; Região 2= seção transversal: A = parede da galeria de água; B = núcleo; C =

superfície.

A microestrutura revelada pelo ataque químico com o reagente Nital 3%

revelou que a matriz para os cilindros é perlítica, como pode ser visto na Figura 3.2.

A dureza Brinell do cilindro está na faixa de 195 a 204 HB 2,5/187,5.

(a)

50 µm


(b)

Figura 3.2 - Revelação da microestrutura com grafita lamelar. (a) Região central B citada na Figura 3.1 e (b) Região C face de contato. Ataque com Nital 3%.

Os anéis utilizados são brevemente descritos a seguir. Considerados como

retentores metálicos responsáveis basicamente por duas funções primordiais no

funcionamento de um motor à combustão interna: manter os gases pressurizados da

combustão na parte superior do pistão e a segunda função, que se tornou mais

importante nos últimos tempos em função do maior rigor das normas de emissões,

manter o óleo do motor abaixo do pistão. (VOLCI, 2007).

O anel de primeiro canalete, também chamado de anel corta-fogo, geralmente

trata-se de um anel retangular ou de face inclinada. A superfície de contato com o

cilindro é geralmente abaulada, em anéis de ferro fundido são protegidas contra

desgaste mediante revestimento de cromo ou molibdênio.

O segundo anel, chamado de anel de estanqueidade, é projetado geralmente

como anel de face inclinada, com uma ação pronunciada de remoção de óleo. Assim

age não somente como segundo estágio da vedação dos gases e equilíbrio de

pressão no segundo cordão do pistão, mas também contribui na redução do

consumo de óleo.

Além dos anéis de compressão, que têm seu papel como barreiras para os

gases da combustão, o pistão precisa de um mecanismo que controle a quantidade

de óleo presente sobre a superfície do cilindro. Este controle visa formar uma

100 µm


película constante de óleo sobre o cilindro, que permita o deslizamento do pistão e

anéis sobre a superfície do cilindro com atrito reduzido, porém impedindo que o óleo

chegue à câmara de combustão e seja queimado.

A tabela 2 apresenta os materiais e os revestimentos utilizados na confecção

dos anéis.

Tabela 2 – Identificação dos anéis utilizados em um motor de combustão interna e seus materiais e revestimentos.

Descrição Material Revestimento

Anel corta fogo Ferro fundido ou aço inoxidável

Cromo ou molibdênio

para aço nitretação.

Estanqueidade Ferro fundido sem revestimento

Controle de óleo ou raspador Ferro fundido

cromo ou molibidênio.

Nos anéis, as análises foram realizadas na seção transversal (Figura 3.3).

Figura 3.3 - Regiões analisadas no anel (seção transversal).

Ensaios de microdureza Vickers utilizando carga de 20 gf (HV0,02) foram

realizados nos anéis.

A Figura 3.4 apresenta a microestrutura do anel do primeiro canalete com

ataque de Nital 3% com camada nitretada contínua e uniforme distribuída ao longo

da seção transversal do anel, com espessura de 51 a 69 µm.


Figura 3.4 - Camada nitretada sobre o anel do primeiro canalete de aço inoxidável.

A figura 3.5 a) apresenta a Matriz perlítica através da revelação com Nital 3% para o anel do segundo canalete. b) Ilustra o material de base com grafita nodular de tamanho predominante igual a 3. Micro dureza HV entre 306 a 338HV.

Figura 3.5 - Microestrutura do material de base para os anéis em ferro fundido do segundo canalete.


3.2. Obtenção das superfícies analisadas

As superfícies foram preparadas para o ensaio segundo os processos que

serão descritos a seguir.

O Bloco do motor sofreu processo de usinagem de brunimento Figura 3.6,

composto de etapa de desgaste com maior remoção de material dado por uma maior

granulométrica da ferramenta de corte e uma segunda etapa de acabamento

também conhecida como brunimento de Platô.


Posicionamento do bloco e ferramenta Usinagem da superfície do cilindro

Ferramenta de brunir Exemplo de avanço da pedra de desbaste.

Figura 3.6 - Máquina operatriz do fabricante Gehring durante operação de brunimento de um bloco motor e detalhes da ferramenta.

Pedra de brunir

cerâmica

Pedra de brunir

diamante sintético

Bloco Motor


A segunda e terceira condição da superfície do cilindro, ou seja, a condição de

superfície amaciada e superfície em condição de trabalho normal foram obtidas

através da realização de dois ciclos de ensaio em uma bancada dinamométrica. O

motor e acoplado ao eixo do dinamômetro, sendo este responsável por impor uma

determinada resistência contraria ao sentido de funcionamento, ou seja, esforço no

sentido de frear o motor de combustão interna. Tal esforço e gerado pela

alimentação do dinamômetro com uma corrente capaz de gerar o mesmo valor de

potência produzido pelo motor de combustão interna em um determinado ponto de

funcionamento.

O primeiro ensaio simula a fase inicial de desgaste da superfície com duração

de aproximadamente 12 horas. O ciclo inicia em rotação de marcha lenta chegando

até a rotação de potência máxima do motor e aceleração de 100%. O funcionamento

do motor é identificado como estável, ou seja, cada ponto de funcionamento possui

duração de 30 minutos na mesma condição pré-definida. Os parâmetros do motor

são controlados pelo software de controle e seus periféricos, evitando variações de

temperatura do líquido de arrefecimento, rotação do motor, carga, entre outros

parâmetros.

O segundo ensaio consiste em manter o motor em rotação de potência máxima

e 100% de aceleração em um intervalo de 50 horas.

3.3. Óleo lubrificante

Para a realização dos ensaios foi utilizado o óleo lubrificante ELF Prestigrade

TS 15W40 classificação API SL e ACEA A3/B3;

A escolha destes lubrificantes é devido ao fato de se tratar do óleo homologado

pelo fabricante do motor em análise neste estudo. Desta maneira, apresenta a

mesma especificação do óleo utilizado no primeiro enchimento do motor. A Tabela 3

descreve as principais características do lubrificante utilizado.


Tabela 3 – Características do lubrificante utilizado.

3.4. Combustível para os ensaios em dinamômetro

Os ensaios em dinamômetro foram realizados com álcool etílico hidratado

combustível (AEHC), também denominado popularmente de álcool comum,

conforme especificação da Agência Nacional do Petróleo (ANP) através da Portaria

nº 36, de 6.12.2005 – DOU 7.12.2005, a Tabela 4 apresenta as características do

combustível utilizado. Esta escolha se deve ao fato de se tratar do combustível

normalmente utilizado pela frota brasileira de automóveis flex fuel.


Tabela 4 - Especificações do álcool etílico anidro combustível (AEAC) e álcool etílico hidratado combustível (AEHC) (ANP, 2006).

3.5. Equipamento de ensaio

A bancada dinamométrica AVL da Renault do Brasil SA. Modelo AFA 160

motor assíncrono com capacidade para motores de até 160KW e 500Nm de torque.

O sistema de controle da bancada utiliza driver de controle AVL Encon 300 e

software supervisório Puma versão 5.52 para monitoramento e aquisição de


parâmetros do motor durante os ensaios, exemplo temperatura da água do motor,

pressão de escapamento, rotação e etc. A estrutura de controle conta também com

sensores e módulos de tratamento de sinais como, por exemplo, canais para

transdutores de pressão, termopares, entradas analógicas, etc.

3.6. Método

O procedimento experimental está representado no fluxograma da Figura 3.7 e

é melhor detalhado no texto a seguir.

Figura 3.7 – Fluxograma com as etapas de realização do ensaio.

A metodologia consiste em caracterizar as diferentes superfícies do cilindro de

motores a combustão interna através da medição da rugosidade em diferentes

estágios de funcionamento do motor, caracterizados pelo tempo de duração do

ensaio.


A etapa inicial de caracterização das superfícies é representada por amostras

de cilindros virgens (superfícies pós-processo de fabricação). As etapas seguintes

de análise da superfície são realizadas após um período específico de

funcionamento do motor.

Foi retirada uma amostra da superfície de um cilindro novo do mesmo lote de

fabricação para caracterização que será apresentada no capítulo seguinte. Esta

amostra consiste em cortar a parede do cilindro do motor com uma área de

aproximadamente 30X30mm.

3.7. Análise da superfície

Os perfis de rugosidade foram coletados na região que apresenta maior

desgaste, que é identificada como a região de apoio para descida do conjunto pistão

e anéis na fase de expansão da mistura combustível. Durante esta fase, a pressão

sobre o pistão atinge o valor máximo de aproximadamente 7MPa, e é reduzida à

medida que o volume da câmara de combustão aumenta.

A Figura 3.8 indica o ponto inicial para medição do perfil, 57,9mm de

profundidade da face de acoplamento bloco/cabeçote. Este valor inicial para a

medição já está programado no equipamento de medição facilitando a repetição das

medições.


Figura 3.8 - Representação da região de medição da superfície do cilindro.

Nos cilindros os perfis de rugosidade foram determinados no sentido axial,

conforme ilustrado na Figura 3.9.

Sentido demedição darugosidade

Figura 3.9 - Sentido de medição da rugosidade nos cilindros

Foram realizadas 5 medições de rugosidade em cada cilindro considerando um

motor de 4 cilindros totalizando 20 medições para cada fase de análise. Os perfis de


rugosidade dos cilindros foram adquiridos utilizando um rugosímetro modelo

Perthometer Concept PGK do fabricante Mahr com apalpador MFW – 250 que

apresenta raio de ponta de 2 µm, ilustrado na Figura 3.10 O perfil obtido em cada

medição, foi analisado mediante a utilização de um software específico para perfis

de rugosidade (TALY PROFILE®, versão 3.1.10 fornecido pela empresa TAYLOR

HOBSON).

Figura 3.10 - Ilustração com a apresentação dos equipamentos utilizados para a obtenção dos perfis de rugosidade.

Foi utilizado um comprimento amostral de 4 mm. A rotina de tratamento do

perfil bruto incluiu a remoção do erro de forma da superfície e a aplicação de um

filtro gaussiano com cut-off de 0,8 mm para a remoção da ondulação do perfil de

rugosidade. Com esta rotina, foram determinados os parâmetros Ra (rugosidade

média aritmética), Rq (rugosidade média quadrática), Rt (Rugosidade total do perfil

de rugosidade) Rp (altura média de picos) e Rpc (densidade de picos).


Além disso, a curva de Abott-Firestone e os parâmetros Rk, Rvk e Rpk também

foram determinados, utilizando-se como referência a norma ISO 13565-2 / DIN 4776

(1996/1990) Os parâmetros de rugosidade foram escolhidos com base nos trabalhos

de PAWLUS (1996) e TOMANIK (2000) a partir das normas ISO 4287 (1997) e ISO

13565-2 / DIN 4776 (1996/1990).

O parâmetro Rpk indica o valor da rugosidade média dos picos que estão

acima da área de contato mínima do perfil. São esses picos que serão desgastados

nos períodos iniciais de funcionamento do motor (período de running-in ou

amaciamento). O parâmetro Rk indica a rugosidade média do núcleo do perfil. Este

parâmetro indica a região (critério) de funcionamento do motor. O parâmetro Rvk

indica o valor da rugosidade média dos vales abaixo da área de contato mínima do

perfil. Este parâmetro indica a região de retenção de óleo do perfil.

Foi retirada uma amostra da superfície de um cilindro novo do mesmo lote de

fabricação para caracterização que será apresentada no capítulo seguinte. Esta

amostra consiste em cortar a parede do cilindro do motor com uma área de

aproximadamente 30X30mm.

3.8. Interações da superfície em ensaio.

Os fenômenos que ocorre entre as superfícies, como por exemplo, o desgaste,

é resultante da ação combinada de todas as partes de um conjunto técnico definido

para uma função. Essa estrutura caracteriza um tribosistema, Figura 3.11. O

tribosistema descreve as interações entre o cilindro do motor a combustão interna e

o conjunto pistão e anéis.

O movimento entre os elementos é alternado e a carga sobre a superfície do

cilindro e ligada diretamente a pressão de combustão e a decomposição dos

esforços entre a carga aplicada sobre a superfície do cilindro e a carga sobre o

componente de transmissão do movimento do pistão para o eixo do motor (biela).


Figura 3.11 - Descrição do Sistema tribológico.

Capítulo 4 Resultado e Discussão 42

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1. Análise dos perfis de rugosidade

A Tabela 5 apresenta os valores médios dos parâmetros de rugosidade para

cada condição de ensaio, considerando 20 medições para cada período.

Tabela 5 - Valores médios dos parâmetros de rugosidade da superfície do cilindro do motor estudado.

Superfície usinada

Superfície com 12h

Superfície com 62h

Ra (µm) 0,5 ± 0,1 0,5 ± 0,1 0,2 ± 0,1

Rq (µm) 0,8 ± 0,1 0,7 ± 0,1 0,4 ± 0,1

Rp (µm) 1,4 ± 0,1 0,7 ± 0,1 0,4 ± 0,1

Rt (µm) 11 ± 8 8 ± 2 8 ± 3

Rp/Rt (µm/µm) 0,12 0,09 0,06

RPc (picos/mm) 10 ± 2 5 ± 1 0,5 ± 0,4

Rsk (µm) -5 ± 5 -3 ± 1 -13 ± 11

Rku (µm) 12 ± 7 18 ± 11 63 ± 48,5

Rvo(mm3/mm2) 9,54 e-6 4,94 e-7 3,41 e-6

Os resultados dos parâmetros médios Ra e Rq, que apresentam valores

similares para a superfície usinada e após 12h de ensaio, mostram a limitação que

os mesmos possuem para expressar a realidade de uma superfície em alguns

casos. Isto pode ser evidenciado com a observação dos perfis de rugosidade,

apresentados nas Figuras 4.1 e 4.2.


Figura 4.1 - Exemplo de perfil de rugosidade para superfície nova após processo de brunimento.

Figura 4.2 - Exemplo de perfil de rugosidade da superfície após etapa de ensaio correspondente a 12 horas de ciclo.

A observação das Figuras 4.1 e 4.2 permitem verificar que ambas são de fato

diferentes, embora os parâmetros médios de rugosidade sejam semelhantes.

Observa-se uma redução na densidade de picos (RPc) após 12 h de ensaio, bem

como uma redução clara na altura média dos picos (Rp) e um relativo aumento na

profundidade dos vales.

A Tabela 5 também apresenta valores para o parâmetro que indica a variação

total da altura do perfil de rugosidade (Rt). A combinação entre o Rp e Rt pode ser

considerada como um dos parâmetros mais importantes para avaliar a evolução do

desgaste da superfície, identificado como o coeficiente de vazio Rp/Rt (PAWLUS,

1997). O coeficiente de vazio apresenta valor médio de 0,12 para superfície brunida,

foi reduzido para 0,09 após 12 horas e para 0,06 com 62 horas de ensaio. Portanto,

Eixo do deslocamento 4mm

Eixo do deslocamento 4mm


a superfície inicialmente rugosa e com menor área de contato sofre um desgaste

maior nas primeiras horas de funcionamento, tendendo a reduzir este valor à medida

em que o desgaste modifica a superfície, reduzindo o coeficiente de vazio. O

desgaste inicial acontece rapidamente, porém sua velocidade diminui com o

aumento da área de contato (BLAU, 2005).

O parâmetro RPc, que representa a quantidade de picos contida do perfil

extraído da superfície, apresentou uma redução de iniciais de 10 picos/mm para 5 e

0,5 picos/mm para as superfícies desgastadas. O contato entre duas superfícies

novas, ou seja, recém fabricadas, ocorre somente nos picos das irregularidades

mais elevadas e, portanto, a área de contato é muito pequena. Se estas superfícies

estão sujeitas ao amaciamento com a aplicação de carga, as irregularidades passam

a sofrer um desgaste gradativo e a área de contato aumenta (BLAU, 2005). Esta

variação está também de acordo com PAWLUS (1997), que afirmou que a ação de

alisamento da superfície é mais significativa do que a ação de criação de novas

irregularidades, portando a densidade de picos deve diminuir à medida que o

desgaste ocorre.

Como conclusão parcial, pode-se afirmar que tanto o coeficiente de vazio

quanto a densidade de picos podem ser relacionadas ao desgaste da superfície e

conseqüentemente as modificações das características durante a fase de

amaciamento. Geralmente é durante a fase de amaciamento que ocorrem as

modificações mais importantes para a vida útil dos componentes (PAWLUS, 1997).

Uma outra forma de entender as mudanças das características das superfícies

do cilindro e a evolução da fase de amaciamento é avaliar os parâmetros

estatísticos, conhecidos como skewness (Rsk) e kurtosis (Rku), que são melhor

entendidos se analisados pelos histogramas da Figura 4.3.


a)

b)

Altura do perfil

Altura do perfil

% de área da superfície


Continua �


Figura 4.3 - Exemplos da representação da curva de Abott-Firestone sobre o histograma da porcentagem de área distribuída na altura do perfil, a) superfície nova,

b) superfície com 12 horas de ensaio e c) superfície com 62 horas de ensaio.

Com base no critério já descrito no capítulo 2, os valores negativos de

skeuness, representam características de superfície com presença de grandes

vales, considerando o entendimento da análise direta do parâmetro não apresenta

diferença entre as superfícies. Entretanto, o acompanhamento dos histogramas e a

análise dos parâmetros já citados anteriormente é possível observar a modificação

na distribuição de área sobre o perfil.

A observação dos histogramas mostra que a distribuição das alturas estava

mais homogênea na superfície simplesmente brunida. Com o decorre dos ensaios,

esta distribuição ficou cada vez mais concentrada, próxima da região de contato.

Apesar de considerar que o critério para entendimento da superfície para o

parâmetro Rsk é diretamente a modificação da inclinação da distribuição normal

para o lado negativo ou positivo dependendo da distribuição da área de contato, o

histograma apresenta a maior concentração da área na região de contato entre as

superfícies.

Na medida em que o desgaste ocorre, o valor do Rsk torna-se mais negativo e

a uma parcela importante da área real de contato passa a ser o contato entre as

superfícies como pode ser evidenciado na Figura 4.3 através do aumento do valor

da concentração de iniciais 35% na superfície 4.3 a) em um ponto próximo a região

c)

Altura do perfil



de contato, para aproximadamente 47% na superfície 4.3 c). Portanto, o parâmetro

Rsk é uma ferramenta com potencial de avaliação das mudanças do perfil na fase

inicial de seu desgaste.

A ação de concentração da área por norma e interpretada a partir do critério de

que o valor de Rku superior a 3 e característica de superfícies que concentram a

parcela mais representativa da área em uma determinada altura do perfil. A pequena

diferença entre as duas fases iniciais encontra suporte nas afirmações de TOMANIK

(2000) e SRIVASTAVA et al (2007), que consideram a existência de formação de

“debris” metálicos na interface do sistema tribológico. As partículas atuam na

formação de novas irregularidades, reduzindo a ação de alisamento da superfície.

Esta afirmação pode ainda ser reforçada com os resultados dos parâmetros Ra e

Rp. A grande diferença observada entre 12 e 62 horas pode ser entendida como a

redução da formação de grandes partículas, bem como deve ser considerado a troca

de todo o volume de lubrificante do motor, entre cada etapa de ensaio, que continha

as partículas metálicas inicialmente removidas. Segundo MUMMERY (1990), valores

negativos para o parâmetro Rsk e superiores a 3 para o parâmetro Rku, critérios

estes exemplificados no capítulo 2, são características de superfícies do tipo

platafórmica ou com presença de platôs, e os perfis passam a apresentar somente a

existência de grandes vales. Portanto, o parâmetro Rku da mesma forma que o Rsk,

comprova a característica de uma superfície brunida e consequentemente as

análises até então descritas para tal condição.

O parâmetro Rvo representa o volume de retenção de óleo, ou seja, a

capacidade da superfície em manter o filme lubrificante, e seus valores estão

indicados na tabela 5 (página 43). A variação do valor de 9,54x10-6 mm3/mm2 para

4,94x10-7 mm3/mm2 após 12 horas de ensaio reforça o discutido até então sobre a

dificuldade de avaliar a fase de amaciamento, devido à quebra dos maiores picos de

rugosidade e a interação de partículas na superfície, representando a transição e a

instabilidade da evolução das características. Este parâmetro está ligado

diretamente ao consumo de óleo do motor e evidenciado na prática, ou seja, à

medida em que um motor de combustão interna inicia seu amaciamento, o consumo

de óleo diminui, mantendo-se o mesmo por um longo tempo de vida útil. A

superfície com 62 horas passou a recuperar esta característica importante com valor

logicamente menor que o inicial, porém próximo ao valor inicial. Este parâmetro


reforça a ação de grande desgaste na fase de amaciamento, contudo deve ser

utilizado em correlação aos demais parâmetros, visando o entendimento dos

fenômenos da superfície.

Considerando que as interações entre a superfície do cilindro e a superfície dos

anéis é da ordem de alguns micrometros as modificações dos parâmetros durante as

primeiras horas de funcionamento do motor são de difícil compreensão e evidenciam

a ação de desgaste da superfície inerentes ao amaciamento. Entretanto a evolução

dos processos produtivos para obtenção das superfícies, e neste caso o

desenvolvimento do brunimento, torna-se cada vez mais difícil a análise da fase de

amaciamento.

4.2. Análise da curva de Abbott-Firestone e seus parâmetros associados

A Tabela 6 apresenta os valores calculados para a curva de Abbott-Firestone

utilizando os perfis de rugosidade extraídos do motor.

Tabela 6 - Valores obtidos a partir da metodologia de cálculo de Abbott-Firestone para as três condições de superfície

Superfície usinada

Superfície com 12h

Superfície com 62h

Rpk (µm) 0,4 ± 0,04 0,16 ± 0,02 0,11 ± 0,03

Rk (µm) 1,2 ± 0,2 0,6 ± 0,1 0,4 ± 0,1

Rvk (µm) 1,9 ± 0,3 2,0 ± 0,2 1,2 ± 0,5

De acordo com a Tabela 6, a superfície brunida sofre uma maior redução do

parâmetro Rpk nas 12horas iniciais de 0,4µm para 0,16µm e posteriormente um

desgaste menor para as próximas 50 horas, correspondente a 0,11µm. O parâmetro

Rk possui comportamento similar ao parâmetro Rpk, como pode ser evidenciado na

Tabela 6. Por sua vez, a variação do parâmetro Rvk para as três condições é

pequena. Este parâmetro corresponde à lubrificação, ou seja, a presença de vales

para a retenção do fluido lubrificante na superfície. O parâmetro Rpk, da mesma

forma que o parâmetro RPc descrito na Tabela 5, representa a presença de picos no

perfil e, neste caso, a evolução do desgaste inicial de amaciamento. Embora o taxa


de desgaste da superfície seja considerada muito pequena, é evidente a interação

do desgaste para as regiões Rpk e Rk, modificando a característica da superfície,

com o aumento da área real de contato conforme já descrito no item anterior e

reforçado pela redução dos valores para os parâmetros Rpk e Rk.

Blau (2005) afirma que a ação de desgaste no período de amaciamento pode

se dar em diferentes profundidades. Neste caso, conclui-se que isto foi mais

evidente nas regiões Rpk e Rk, enquanto que a região Rvk apresentou menor

impacto, porém significativo com redução de quase a metade de seu valor.

A Figura 4.4 representa exemplos da evolução dos perfis de rugosidade para

cada condição de análise com a representação da curva de Abbott-Firestone.


Figura 4.4 – Exemplos das curvas de Aboott-Firestone para diferentes perfis

de rugosidade, a) curva para superfície brunida, b) curva para superfície com 12

horas de ensaio e c) curva para superfície com 62 horas de ensaio.

a)

b)

c)

Duplo filtro gaussiano, 0,8mm.




Considerando-se que a ação de alisamento da superfície é mais significativa

que a ação de criação de novas irregularidades, é possível acompanhar a ação de

alisamento com a redução dos valores de Rpk de iniciais 0,4 µm, na Figura 4.4a e

0,1 µm, na Figura 4.4c. Além da redução da região de picos do perfil, ocorre a

redução da região central Rk de aproximadamente 1 µm para a metade deste valor.

Como apresentado na Tabela 6 (página 48), e evidenciado nas curvas de Abbott-

Firestone, os valores de Rk para o perfis b) e c) são aproximadamente os mesmos,

considerando o desvio-padrão de 0,1 µm.

A forma da curva de Abbott-Firestone é amplamente discutida na literatura, e é

reconhecida, como método de análise da superfície representando a área de contato

através da forma do perfil analisada NARAYANASAMY e outros (2004); BIGERELLE

e outros (2007). É possível identificar a mudança geral na formar da curva à medida

que ocorre a evolução do desgaste, sendo que na Figura 4.4 a) a região central

apresenta maior inclinação do que a observada na Figura 4.4 b) após 12 horas de

ensaio. O desgaste ocorrido na região do perfil conhecida como Rpk é responsável

por indicar o amaciamento da superfície, ou seja, a remoção dos picos do perfil. A

alteração da inclinação da região central é ligada diretamente a redução do

parâmetro Rk e representa a tendência a concentração da área na região de contato

da superfície brunida.

4.3. Análises auxiliares do desgaste dos triboelementos

Um exemplo de desgaste do contra-corpo comprova a ação de contato entre as

superfícies, conforme apresenta a Figura 4.5.


Figura 4.5 - Seção transversal do anel de ferro fundido cromado (segundo canalete), revelada por microscopia eletrônica de varredura.

A remoção do revestimento de cromo do anel do segundo canalete foi de

aproximadamente 10µm, podendo-se observar a forma original do anel pela linha

tracejada. Sabendo-se que o revestimento do anel possui dureza superior a do

cilindro, pode-se inferir que tal desgaste demonstra a remoção de material da

superfície do cilindro conforme já relatado com através da análise dos parâmetros de

rugosidade.

A Figura 4.6 apresenta o aspecto geral das superfícies do corpo e contra-corpo

ao final da realização de todos os ensaios.


Figura 4.6 - Aspecto geral das superfícies ao termino dos ensaios 62 horas.

As superfícies não apresentam defeitos ou marcas em sua superfície que

evidencie visualmente problemas durante a realização dos ensaios.

A Figura 4.7 apresenta a concentração de ferro para cada fase de ensaio. Os

demais resultados oriundos da análise do óleo se encontram no Anexo A.

Concentração de Ferro no lubrificante

3

22

32

0

5

10

15

20

25

30

35

0 12 62

Horas de ensaio

Concentração

em ppm .

Figura 4.7 - Concentração de ferro (ppm) no lubrificante para cada etapa de análise da superfície do cilindro.


A análise do óleo utilizado também foi considerada como parâmetro de estudo,

apresentando variação do teor de ferro em comparação a amostra inicial de óleo

novo. O valor do teor de ferro para a amostra de óleo novo foi de 3 ppm, evoluindo

em 12 horas de ciclo para 22 ppm e em 50 horas para 32 ppm. Nota-se que para um

tempo de ensaio inicial de 12 horas, que equivale a 24% do tempo de ensaio do

segundo ciclo, a concentração de ferro foi igual a 68% da concentração do segundo

ciclo, ou seja, para um tempo menor de ensaio e mesmo em condições mais

moderadas o amaciamento apresenta maior remoção de material. Portanto a

remoção de material e o surgimento de partículas metálicas foi mais intenso nas

primeiras horas de funcionamento do motor. Esta afirmação vai de encontro com a

justificativa da dificuldade de alguns parâmetros em evidenciar o término do

amaciamento ao final das 12horas de ensaio, com a criação de novas

irregularidades.

Capítulo 5 Conclusão 55

5 CONCLUSÕES

Neste trabalho estudou-se a evolução do desgaste da superfície do cilindro de

motores a combustão interna, visando evidenciar o período de amaciamento. As

etapas de evolução do ensaio foram comparadas, resultando nas conclusões a

seguir:

• Os parâmetros médios de rugosidade Ra e Rq apresentaram valores

similares para a superfície brunida e após 12 horas, impossibilitando a análise

do amaciamento.

• A partir da combinação dos parâmetros Rp e Rt foi possível estimar o

coeficiente de vazio e este demonstrou eficiência na avaliação do

amaciamento da superfície.

• Foi possível utilizar os parâmetros Rsk e Rku para analisar a evolução do

desgaste de superfícies brunidas e evidenciar a tendência do desgaste em

formar uma superfície lisa.

• A variação dos parâmetros Rpk e Rk, além da inclinação central da curva de

Abbott-Firestone, permitirão inferir sobre o período de amaciamento.

• Foi possível evidenciar a partir da análise do lubrificante a grande remoção

inicial de partículas metálicas, característica da fase de amaciamento.

Portanto, como conclusão final, pode-se afirmar que o uso dos parâmetros

Rp/Rt, Rsk, Rku, Rpk e Rk, além da análise da distribuição da área na superfície,

foram os indicativos de maior significância para a identificação do período de

amaciamento do motor estudado.

Sugestão de trabalhos futuros 56

6 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS

Fica como sugestão para outros trabalhos os itens a seguir:

• Divisão do período inicial de ensaios em intervalos menores de medição da

superfície para melhor entendimento da evolução do amaciamento.

• Possibilidade de utilizar a mesma metodologia de análise para avaliação do

desgaste na vida útil do motor para condições de desgaste com maior número

de horas de ensaio.

• Variação dos parâmetros do sistema da bancada dinamométrica, para

simulação do amaciamento em condições mais severas e ou em simulação

de ambientes mais frios.

• Variação das características da superfície do cilindro com a modificação dos

parâmetros de usinagem, buscando avaliar as modificações do processo

produtivo que contribuam para o melhor comportamento da superfície fase ao

funcionamento do motor.

• Variação do fluido lubrificante, que para aplicação em motores apresenta

grande diversidade no mercado, aplicando as mesmas condições de ensaio

consideradas neste trabalho.

Produção Científica no Período 57

PRODUÇÃO CIENTÍFICA NO PERÍODO (Março 2006 – Março 2008)

MATOS R, PINTÁUDE G., Avaliação do período de amaciamento de cilindros

de motores a combustão interna em ensaio de bancada dinamométrica por meio da

rugosidade de superfície, Congresso CEBCIMAT 2008 CDROM.

Referências 58

REFERÊNCIAS

ABE, Ricardo. Leitura e Interpretação dos Resultados de Controle Rugosidade.

Apostila, Renault do Brasil, Curitiba-PR. p. 5. 2001.

AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Friction, Lubrication and Wear Technology In:

Metals Handbook, vol. 18, p 1879. 1992

AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Surface engineering. In: Metals Handbook,

vol. 5, p 2535. 1994.

AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS. ASME B46.1-1995 Surface

texture (Surface roughness, waves and lay). ASME, New York, NY. p. 111. 1995

BLAU, Peter J. On the nature of running-in, Tribology International, vol. 38,

p.1007–1012. 2005.

BRUNETTI, C. Efeito da preparação de corpos-de-prova na vida em fadiga de

contato de rolamentos de ferro fundido nodular austemperado. Dissertação de

mestrado. UTFPR, Curitiba-PR. p.116. 2008.

CARVALHO, M. V. Análise do brunimento de cilindro de blocos de motores em

ferro fundido de grafita compacta (CGI). Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São

José dos Campos – SP, p. 152. 2007.

DECENCIÈRE Etienne , JEULIN Dominique, Morphological decomposition of the

surface topography of an internal combustion engine cylinder to characterize,

Wear, vol. 249, p. 482–488. 2001.

GREENWOOD, J. A.; WILLIAMSON, J. B. P. Contact of nominally flat surfaces.

Proc. Royal Soc. London Ser. A, v.295, 1966.

HOMMELWERKE GMBH, Surface Texture Analysis The Handbook, Sunnen – ST.

Louis, MO U.S.A, p. 104. 1992.

Referências 59

HUTCHINGS, I. M. Tribology: friction and wear of engineering materials, Ed.

Butterworth - Heinemann. Oxford, p. 273. 1992.

MICHEL, P. LA PREPARATION DES MOTEURS, Ed. Éditions Techniques pour

l’automobile et l’industrie. p. 206. 1991.

McCOOL, J. I. Comparison of models for the contact of rough surfaces. Wear,

v.107 , 1986.

MUMMERY, L. Surface Texture Analysis. The Handbook. Ed. Hommelwerke

GMBH. West Germany, p105. 1992.

NETO, Nilo M.; PEDROSO, Eliseu E. A. Avaliação da pintura do veículo em função

da rugosidade do metal. In: QUALIFICAÇÃO DE CHAPAS PARA A INDÚSTRIA

AUTOMOBILÍSTICA, II Worshop, 1999, São Paulo. Anais. São Paulo: Escola

Politécnica da USP, 1999.

PAWLUS, Pawel, “A study on the functional properties o honed cylinder surface

during running-in”, Wear, Vol 176, p. 247-254. 1994.

PAWLUS, Pawel, “Change of cylinder surface topography in initial stage of

engine life”, Wear, Vol. 209, p. 69-83. 1997

TOMANIK, Eduardo. Cálculo de situações críticas de lubrificação em superfícies

deslizantes. In: DESAFIOS, EXPECTATIVAS E EXPERIÊNCIAS NA PRODUÇÃO

E UTILIZAÇÃO DE LUBRIFICANTES: UMA ABORDAGEM COOPERATIVA, I

Worshop, 2000, São Paulo. Anais. São Paulo: Escola Politécnica da USP, 2000.

TOMANIK, Eduardo. Modelling of the asperity contact área on actual 3D

surfaces, SAE International, p. 7. 2005

VOLCI, G. Comportamento tribológico do anel do primeiro canalete em

motores operando em sistema flex fuel. Dissertação de Mestrado, UFPR,

Curitiba-PR. p.52, 131. 2007.

Referências 60

SCHIMIDT, Marcos Antonio ; Brunimento em ferro fundido cinzento utilizando

ferramente tipo bucha com grãos de diamante Dissertação de mestrado.

Florianópolis: UFSC, p. 240. 1999.

TUNG Simon C., MCMILLAN Michael L.. Automotive tribology overview of

current advances and challenges for the future, Tribology International vol. 37 p.

517–536. 2004

SCHMÄHLING, J; HAMPRECHT, F. A., Generalizing the Abbott-Fireston curve by

two new surface description, Wear, vol. 262 2007 p. 1360-1371.

SRIVASTAVA, D. K.; AGARWAL A. K.; KUMAR J. Effect of liner surface

properties on wear and friction in a non-firing engine simulator. Materials and

Design, vol. 28, p. 1632-1640. 2007

Apêndice A – Monitoramento do motor durante o ensaio 61

APÊNDICE A – MONITORAMENTO DO MOTOR DURANTE O ENSAIO

Os motores utilizados recebem instrumentações e adaptações a fim de garantir

o monitoramento de suas variáveis e repetibilidade das condições de ensaio entre os

diferentes motores. Para tal atividade o sistema conta com sistema de

monitoramento de incerteza rastreado a rede brasileira de calibração RBC.

O controle do funcionamento do motor durante a realização dos ciclos de ensaio

são realizadas pelo software de automação da bancada conforme relacionados

abaixo.

Variáveis coletadas da bancada de ensaios de motor:

- Rotação do motor (rpm);

- Torque do motor (Nm);

- Temperatura e umidade do ar de admissão (°C/%);

- Temperatura de saída da água do motor (°C);

- Temperatura de entrada da água do motor (°C);

- Temperatura do óleo na galeria (°C);

- Temperatura do óleo no carter (°C);

- Temperatura dos gases de escapamento global (°C);

- Temperatura do combustível (°C);

- Pressão de entrada da água do motor (mbar);

- Pressão de saída da água do motor (mbar);

- Pressão do óleo na galeria do bloco motor (bar);

- Pressão do cárter inferior (mbar);

- Pressão de combustível (bar);

- Pressão de escapamento global logo após o coletor de escapamento

(mbar);

- Pressão do coletor de admissão (mbar);

Apêndice A – Monitoramento do motor durante o ensaio 62

- Razão estequiométrica dos gases de escapamento (lambda);

- Consumo de combustível. (g/kwh);

- Vazão de água do motor (m3/h);

Variáveis coletadas do modulo de injeção:

- Avanço de ignição (°);

- Avanço de ignição corrigido (°);

Anexo A – Relatório de análise do óleo Lubrificante 63

ANEXO A – RELATÓRIO DE ANÁLISE DO ÓLEO LUBRIFICANTE.

Anexo A – Relatório de análise do óleo Lubrificante 64

Anexo B – Especificação do óleo lubrificante 65

ANEXO B – ESPÉCIFICAÇÃO DO ÓLEO LUBRIFICANTE

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RAIMUNDO FERREIRA MATOS JUNIOR - Livros Grátislivros01.livrosgratis.com.br/cp097181.pdf · brunimento de um bloco motor e detalhes da ferramenta. 32 Figura 3.7 – Fluxograma com