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UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS UNIDADE ACADÊMICA DE GRADUAÇÃO CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA ADRIANO MENEZES DA SILVA ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE NITRETO DE BORO HEXAGONAL NA USINABILIDADE DE LIGA DE AÇO RÁPIDO SINTERIZADO SÃO LEOPOLDO 2011

TCC - Engenharia Mecanica 2011-1 - Adriano Menezes da · PDF fileCURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA ... em software SolidWorks2010 ... Comportamento de forças registradas

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  • UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS

    UNIDADE ACADMICA DE GRADUAO

    CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECNICA

    ADRIANO MENEZES DA SILVA

    ESTUDO DA INFLUNCIA DA ADIO DE NITRETO DE BORO H EXAGONAL

    NA USINABILIDADE DE LIGA DE AO RPIDO SINTERIZADO

    SO LEOPOLDO

    2011

  • 1

    ADRIANO MENEZES DA SILVA

    ESTUDO DA INFLUNCIA DA ADIO DE NITRETO DE BORO H EXAGONAL

    NA USINABILIDADE DE LIGA DE AO RPIDO SINTERIZADO

    Trabalho de concluso de curso apresentado

    como requisito parcial para a obteno do

    titulo de Engenheiro Mecnico , pelo curso de

    Engenharia Mecnica da Universidade do

    Vale do Rio dos Sinos UNISINOS.

    Orientador: Prof. M.Sc Dilson Jos Aguiar de Souza

    SO LEOPOLDO

    2011

  • 2

    AGRADECIMENTOS

    Agradeo primeiramente ao professor Msc. Dilson Jos Aguiar de Souza pela

    oportunidade de me orientar na concluso deste trabalho, perdendo momentos em

    casa com a famlia para poder estar presente e me ajudar na realizao dos

    ensaios, alm de me auxiliar com muita pacincia.

    Aos meus pais, Rubem Farias da Silva e Regina Cirinia Menezes da Silva,

    por terem me dado fora e sustentabilidade financeira no incio do curso para chegar

    a esse momento. Aproveito tambm a oportunidade para agradecer todo o aporte

    que me deram em casa e o amor dedicado.

    Aos meus irmos Ana Paula Menezes da Silva e Alexandre Menezes da Silva

    pelas oportunidades de aprendizagem e troca de experincias.

    minha namorada Nicole Luise Frehlich Kunsler pela dedicao oferecida,

    pelos momentos de companheirismo e pela compreenso aos momentos de

    ausncia.

    empresa BLEISTAHL BRASIL METALURGIA S/A, em especial ao

    funcionrio Manfred Kunrath, pela oportunidade de realizar o trabalho de concluso

    com materiais fornecidos pela empresa, alm de dar aporte financeiro para

    aquisio de materiais de apoio para a realizao dos ensaios.

    empresa LESI Comrcio e Representaes LTDA, em especial a Fernando

    Mattes, representante na regio da empresa SECO TOOLS que cedeu as

    ferramentas de corte para os ensaios.

    Agradeo UNISINOS pela cesso dos laboratrios da universidade e ao

    corpo de funcionrios da casa, principalmente aos que me deram apoio e auxlio

    quando possvel e sempre que necessrio.

  • 3

    RESUMO

    Este trabalho de concluso de curso tem por objetivo analisar a influncia da adio

    de Nitreto de Boro em forma Hexagonal (HBN) em uma liga de Ao Rpido

    Sinterizado de uma guia de vlvula para motores de combusto interna. Adicionou-

    se liga original HBN na mistura do p de sinterizao em percentuais de 0,05,

    0,10, 0,15 e 0,20%. Os resultados que serviram como base de dados foram obtidos

    atravs de ensaios de torneamento em mquina CNC. Utilizou-se como ferramenta

    de corte em todos os ensaios insertos com geometria VBMT 160404-F1, classe

    CP500, em suporte SVJBL 2020K16. Cada composio foi separada em trs lotes

    diferentes e utilizada em cada lote ensaiado pontas de ferramenta diferentes.

    Verificou-se alterao na microestrutura das amostras, porm as diferenas no

    podem ser notadas com muita facilidade pelas imagens geradas em micrografia.

    Observou-se atravs de ensaios de dureza que a adio do HBN tende a diminuir a

    dureza do material. Analisaram-se os dados de trs formas: medio das

    componentes de fora de usinagem (fora de corte [Fc], fora de avano [Ff] e fora

    passiva [Fp]), medio do desgaste de ferramenta e medio da rugosidade da

    superfcie usinada. Atravs dos dados das componentes de fora de Usinagem [Fu]

    verificou-se que a liga com HBN com percentual de 0,20% apresentou melhores

    resultados. Com relao ao desgaste de ferramenta a liga original apresentou

    melhores resultados quando comparada com as outras ligas. J entre as ligas

    modificadas a que apresentou melhores resultados foi a liga 0,20%HBN, com

    valores bem prximos aos da liga original. A rugosidade Ra medida nos ensaios

    mostra que a liga original apresentou os melhores resultados. Com base nos dados

    obtidos sugere-se um ensaio mais aprofundado entre as ligas original e 0,20%, alm

    da realizao de testes nos motores para verificar a influncia da reduo de dureza

    na resistncia ao desgaste da guia de vlvula e na vida da vlvula.

    Palavras chave: Nitreto de Boro Hexagonal, usinagem de ao rpido

    sinterizado, fora de usinagem e desgaste de ferramenta.

  • 4

    LISTA DE FIGURAS

    Figura 1 - Comparao do uso de matria prima e energia entre processos concorrentes.. 16

    Figura 2 - Peas sinterizadas ................................................................................................ 17

    Figura 3 - Esquema de alimentao de p na matriz. ........................................................... 18

    Figura 4 - Representao esquemtica das etapas do processo de MP. ............................. 19

    Figura 5 - Densificao.......................................................................................................... 20

    Figura 6 - Distribuio da produo de peas por MP no mercado mundial......................... 21

    Figura 7 - Processos de fabricao. ...................................................................................... 22

    Figura 8 - Processos usuais de torneamento. ....................................................................... 23

    Figura 9 - Parmetros de corte e superfcies na pea........................................................... 25

    Figura 10 - Geometria da ferramenta de corte. ..................................................................... 25

    Figura 11 - Relaes de entrada e sada no torneamento. ................................................... 26

    Figura 12 - Geometria da ferramenta. ................................................................................... 28

    Figura 13 - Desgaste frontal ou de flanco.............................................................................. 37

    Figura 14 - Desgaste de cratera. ........................................................................................... 37

    Figura 15 - Deformao plstica............................................................................................ 38

    Figura 16 - Lascamento do inserto. ....................................................................................... 38

    Figura 17 - Trincas de origem trmica (a) e trinca de origem mecnica (b). ......................... 39

    Figura 18 - Desgaste de ferramenta...................................................................................... 41

    Figura 19 - fora de Usinagem e suas componentes. ........................................................... 44

    Figura 20 - Variao de Ks com o avano. ............................................................................ 45

    Figura 21 - Variao de Ks com a profundidade de corte...................................................... 45

    Figura 22 - Torneamento de pea fabricada pela MP. .......................................................... 47

    Figura 23 - Parmetros de rugosidade Ra ............................................................................ 49

    Figura 24 - Rugosidade Ra nos processos de fabricao..................................................... 50

    Figura 25 - Sede da empresa em Cachoeirinha-RS.............................................................. 52

    Figura 26 - tens fabricados pela Bleistahl Brasil................................................................... 53

    Figura 27 - Montagem de uma guia de vlvula no bloco de motor........................................ 54

    Figura 28 - Guia com desgaste excessivo............................................................................. 55

    Figura 29 - Entrada de leo no momento da suco............................................................. 55

    Figura 30 - Entrada de leo no momento da exausto. ........................................................ 56

    Figura 31 - Torno MAZAK QT10 usado para os ensaios. ..................................................... 57

    Figura 32 - Sistema de fixao na placa do torno. ................................................................ 58

    Figura 33 - Imagem das castanhas adaptveis montadas no torno...................................... 58

    Figura 34 - Sistema de fixao da plataforma piezeltrica.................................................... 58

  • 5

    Figura 35 - Simulao no SolidWorks2010 para verificao de colises. ........................... 59

    Figura 36 - Durante o ensaio no houve coliso. .................................................................. 59

    Figura 37 - Plataforma piezeltrica utilizada nos experimentos. ........................................... 60

    Figura 38 - Amplificadores de sinais...................................................................................... 61

    Figura 39 - Placa de aquisio de dados NI6009.................................................................. 61

    Figura 40 - Suporte SVJBL2020K16 fabricado...................................................................... 62

    Figura 41 - Caractersticas e dimenses da pastilha VBMT 160404 F1. ........................... 63

    Figura 42 - Classes de MD da SECO TOOLS....................................................................... 63

    Figura 43 - Estrurura do revestimento da classe CP500....................................................... 64

    Figura 44 - Elementos qumicos presentes na classe CP500. ........