TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO DE EQUIPAMENTO PARA HIDROCONFORMAÇÃO DE CALOTAS METÁLICAS POR EXPLOSÃO

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1 TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO DE EQUIPAMENTO PARA HIDROCONFORMAÇÃO DE CALOTAS METÁLICAS POR EXPLOSÃO CATEGORIA: CONCLUÍDO ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA SUBÁREA: ENGENHARIAS INSTITUIÇÃO: FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI BLUMENAU AUTOR(ES): THIAGO RAFAEL DEMM ORIENTADOR(ES): MARCELO DE BRITO STEIL

2 1. RESUMO Este trabalho descreve o desenvolvimento de um equipamento protótipo para a conformação mecânica de chapas através do processo de hidroconformação por explosão. Para tal foi construída uma câmara de hidroconfomação e uma matriz em aço. Foram realizados testes com explosivo a base de pólvora, conhecidos popularmente como rojão, conformando chapas de aço inoxidável ferrítico, de alumínio da classe 1000 e de cobre puro que indicaram a possibilidade do uso deste processo para a conformação de chapas. 2. INTRODUÇÃO A indústria da conformação mecânica vem desenvolvendo melhorias contínuas em seus processos, bem como buscando aplicações a processos não convencionais, para se adaptar a novos desafios em design e produtividade. Um desses processos não convencionais para a conformação de metais é a hidroconformação, desenvolvido inicialmente nos anos 50 para a fabricação de torneiras. O processo de hidroconformação se caracteriza pela alteração do formato da peça metálica, a partir de uma chapa ou tubo, mediante a aplicação de força hidráulica de um fluido que conforma o metal contra uma matriz [1]. Atualmente estão se consolidando aplicações do processo de hidroconformação na indústria automobilística, na conformação de tubos, barras estruturais, coletores de escape, apoios de motor, assentos e quadros de motocicletas, além das tradicionais torneiras em T de cobre. A hidroconformação possibilita a obtenção de dois objetivos em uma etapa produtiva: ela imprime o formato à peça metálica e, ao mesmo tempo, por conta do encruamento ao qual o metal é submetido, obtém-se também um aumento na resistência mecânica chegando a 600 MPa em peças de aço.

3 3. OBJETIVOS Desenvolver uma aplicação piloto do processo de hidroconformação utilizando como energia de conformação a detonação controlada de explosivos. 4. METODOLOGIA Quanto à sua natureza, este trabalho insere-se no campo da pesquisa aplicada, também conhecida como tecnológica. Já em relação aos objetivos o trabalho compreende-se como uma pesquisa experimental em laboratório[ 2]. 5. DESENVOLVIMENTO A peça escolhida a ser conformada foi uma calota com 120 mm de diâmetro e 0,5 mm de espessura com um rebaixo central de 10 mm, visto na Figura 1. Figura 1: Calota a ser conformada Para a produção da calota, se utilizará como matéria prima uma chapa redonda com 135 mm de diâmetro e os mesmos 0,5 mm se espessura, como se vê na Figura 2.

4 Figura 2: Matéria prima Inicialmente desenvolveu-se uma câmara de hidroconformação na forma de um copo cilíndrico de aço ABNT 1020 de 400 mm de altura, com diâmetro interno de 150 mm e diâmetro externo de 170 mm visto na Figura 3. Figura 3: Câmara de hidroconformação

5 A matriz utilizada para a conformação da chapa foi produzida a partir de uma bolacha de aço ABNT 1045 e foi torneada com 148 mm de diâmetro e 30 mm de altura, com o rebaixo da usinado em uma das faces planas. O diâmetro externo da matriz deve ajustar-se com certa folga ao diâmetro interno da câmara de conformação. Figura 4: Matriz A bolacha de aço é posicionada sobre a matriz como pode se observar na Figura 5. Figura 5: Matriz e chapa a ser conformada

6 Para a energia de conformação optou-se por utilizar pequenas quantidades de pólvora na forma de um cilindro de papelão popularmente conhecido por rojão. A arquitetura do experimento conta, portanto, com o tubo de aço como câmara de hidroconformação, dentro da qual, ao fundo, é posicionada a matriz e sobre ela a chapa de aço na forma de uma bolacha plana. O tubo é então cheio com água e, imerso no líquido, na metade da coluna, é posicionado o explosivo, como se vê na Figura 6. Figura 6: Processo de hidroconformação Após a detonação do explosivo as ondas de choque imprimem uma pressão hidráulica sobre a chapa, que comprimida contra a matriz, a conforma em calota, como se vê na Figura 7.

7 Figura 7: Conformação após a explosão 6. RESULTADOS Foram desenvolvidos testes com êxito em chapas de aço inoxidável ferritico, alumínio e cobre, possibilitando uma análise crítica do processo de hidroconformação a explosão. O melhor resultado foi obtido com o inoxidável ferritico, como se vê na Figura 8.

8 Figura 8: Calota de aço inoxidável ferrítico hidroconformada Os testes em alumínio apresentaram uma qualidade de conformação inferior ao aço inoxidável ferrítico, como se vê na Figura 9, onde o rebaixo não foi completamente reproduzido. Figura 9: Calota de alumínio hidroconformada

9 As calotas em cobre hidroconformadas reproduziram satisfatoriamente as curvas da matriz, como se vê na Figura 10. Figura 10: Calota de alumínio hidroconformada 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS Concluiu-se que o processo de hidroconformação é viável para a conformação mecânica de chapas metálicas. Observou-se também a necessidade da inclusão de um dispositivo prensa-chapas para evitar o enrugamento que se observa na calota hidroconformada.

10 8. FONTES CONSULTADAS [1] J.M.L.Ramalheira, Comportamento Mecânico de Peças Hidroformadas (2008) [2] PINHEIRO, José Maurício. Da iniciaçao cientifica ao TCC: uma abordagem para os cursos de tecnologia. Rio de Janeiro (RJ): Ciência Moderna, p. ISBN