Estudo e desenvolvimento de processo não convencional de conformação de junção

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1 Anais do 13 O Encontro de Iniciação Científica e Pós-Graduação do ITA XIII ENCITA / 2007 Instituto Tecnológico de Aeronáutica São José dos Campos SP Brasil Outubro 01 a Estudo e desenvolvimento de processo não convencional de conformação de junção Thomas Costa Spanger Instituto Tecnológico de Aeronáutica End.: Praça Marechal Eduardo Gomes 50 - Vila das Acácias CEP São José dos Campos SP Brasil Bolsista PIBIC-CNPq t_spanger@hotmail.com Lindolfo Araújo Moreira Filho Instituto Tecnológico de Aeronáutica End.: Praça Marechal Eduardo Gomes 50 - Vila das Acácias CEP São José dos Campos SP Brasil lindolfo@ita.br Resumo. A conformação de tubos e chapas utlizando elastômeros está cada vez mais presente na indústria. Os processos entretanto precisam ser bem estudados pois trata-se de uma operação não trivial e uma série de fatores devem ser levados em consideração para o sucesso da fabricação de peças metálicas. Nesse contexto o presente trabalho entra para abordar uma das questoes importantes na conformação: a relação entre a quantidade de elastômero e a deformação e carga de conformação. Para levantar a relação ótima é necessário submeter o corpo de prova a uma série de ensaios conduzidos sob o método de tentativa e erro aliado às noções de engenharia dos materiais. Palavras chave: conformação elastômero tubo. 1. Introdução O presente trabalho é ou já foi objeto de estudo de vários pesquisadores e alunos do ITA. A pesquisa desenvolvida aqui tem como objetivo servir de auxílio à pesquisa de Foli sobre a conformação de junções em tubos de parede fina utilizando elastômeros sobretudo na parte que diz respeito aos efeitos do atrito. A tecnologia de conformação mecânica dos metais utilizando elastômero já vem sendo desenvolvida há mais de um século e é empregada em diversos setores industriais na fabricação de peças metálicas. O emprego desta tecnologia vem ganhando destaque na indústria automobilística na fabricação de chapas metálicas de formatos diversos. O estudo experimental através de ensaios de conformação é muito importante para prever o comportamento de determinado material durante o processo de aplicação da força de conformação. Muitas abordagens podem ser tomadas a partir de um ensaio de conformação. Entretanto o objetivo deste trabalho é levantar a relação entre a quantidade de elastômero utilizada e a progressão da deformação de conformação. Esse tipo de relação é muito importante para futuros ensaios de modo a prever situações onde ocorrem fratura ou flambagens locais do material. 2. O processo de conformação de junção utilizando elastômero. O procedimento de conformação consiste na aplicação gradual de carga a um cilindro de aço o punção de duplo estágio que submete o conjunto consistindo de matriz tubo e elastômero a um esforço de compressão. Inicialmente produz apenas a compressão do elastômero para então entrar em contato com a extremidade do tubo resultando em compressão axial simultânea do elastômero e do tubo. A partir daí aumenta-se a carga aplicada até obter-se a deformação plástica do tubo que se deseja. O corpo de prova utilizado é um tubo de cobre recozido de parede fina que após uma série de etapas de conformação dá origem a um tubo com uma junção em T conforme mostra a Fig. 1.

2 Anais do XIII ENCITA 2007 ITA Outubro Figura 1. Tubo com junção em T após a conformação Procedimento experimental O procedimento experimental é relativamente simples embora demande um tempo considerável de preparo. Dada a disposição apresentada na Fig. 2 o tubo é inserido numa matriz bipartida envolvido em graxa. A matriz é bipartida para permitir a remoção do tubo após a conformação. Uma de suas metades possui um furo lateral de diâmetro igual ao do tubo. É por esse furo lateral que se avança o domo para a formação da junção em T. No interior do tubo é colocado um tarugo de poliuretano (elastômero) responsável pelo sucesso da conformação. Figura 2. Esquema experimental. A quantidade inicial de elastômero na forma de um cilindro é inserida no tubo. O conjunto tubo e elastômero é então colocado na matriz envolvido em graxa. As duas partes da matriz formam um cilindro que é colocado num recipiente

3 Anais do XIII ENCITA 2007 ITA Outubro robusto num encaixe perfeito. Utilizando uma máquina para ensaios de tração a carga é aplicada no conjunto tubo e elastômero através de um punção de duplo estágio. O punção é um cilindro de espessura igual ao diâmetro do tubo exceto por uma pequena porção que possui um diâmetro ligeiramente menor. Por isso é chamado de punção de duplo estágio. O primeiro estágio é responsável pela pressurização inicial do elastômero para o preenchimento da folga existente entre o elastômero e o tubo. O segundo estágio é responsável pela compressão axial do tubo. A carga é então aplicada gradualmente até obter-se um avanço de 1 mm do domo observada num micrômetro acoplado ao furo lateral. Em seguida o punção é retirado para que a quantidade estabelecida de elastômero seja retirada. Feito isso repete-se o procedimento para o avanço do domo de 1 mm em 1 mm. Avançamos o domo com uma quantidade de elastômero tal que o tubo permaneça no limite da ruptura Resultados dos ensaios Os ensaios foram conduzidos sempre objetivando o limite de ruptura do tubo. O objetivo dos ensaios é obter a relação ótima entre a quantidade de elastômero e o avanço da conformação. Para a relação ótima obtém-se o tubo livre de falhas. Durante os ensaios constatou-se que a operação livre de falhas como a fratura e as flambagens locais depende da aplicação adequada de carga bem como da quantidade de elastômero no interior do tubo. Se é colocado pouco elastômero a compressão do tubo pelo punção é grande enquanto a pressão interna devido ao elastômero mostra-se pequena. Se é colocado muito elastômero a pressão interna torna-se muito grande resultando na fratura do domo. A Figura. 3 mostra um tubo com fratura no domo devido ao excesso de elastômero empregado. Figura 3. Exemplo de insucesso com falha por fratura do domo. Os três ensaios onde se obteve os melhores resultados estão descritos na Tab. 1. Nos demais ensaios ocorreram flambagens locais ou fratura antes da obtenção de um avanço de 13 mm. Tabela 1. Resultados experimentais dos ensaios de sucesso. Quantidade de Elastômero (mm) Ensaio A Ensaio B Ensaio C Média Avanço do domo (mm) Trabalhando-se com deformações de 1mm no domo de cada vez tem-se a quantidade ótima de elastômero utilizada no processo livre de falhas. A Fig. 4 mostra a relação obtida para os dados da Tab. 1 tomando-se a média entre os três ensaios.

4 Anais do XIII ENCITA 2007 ITA Outubro Avanço do Domo (mm) Quantidade de Elastômero (mm) Figura 4. Relação entre a quantidade de elastômero (altura do cilindro de elastômero) e o avanço do domo. A região à esquerda da curva é aquela onde ocorre flambagem local isto é insuficiência de elastômero. A região à direita é aquela onde ocorre fratura na junção. A carga aplicada em cada etapa tem uma relação similar com a quantidade de elastômero como mostra a Fig. 5. Da mesma maneira a região à esquerda indica flambagem local e à direita fratura Quantidade de Elastômero (mm) Figura 5. Relação entre a quantidade de elastômero (altura do cilindro de elastômero) e a força de conformação. Por último obtém-se a relação entre o avanço do domo e a força de conformação descrita na Fig.6. A relação linear deve-se a fato de que as curvas mostradas na Fig.4 e Fig.5 serem semelhantes resultando numa proporcionalidade entre o avanço do domo e a força de conformação. O modelo comporta-se como uma mola linear com uma deformação inicial.

5 Anais do XIII ENCITA 2007 ITA Outubro Avanço do domo (mm) Figura 6. Relação entre o avanço do domo e a força de conformação. Essas curvas podem ser muito úteis pois futuros ensaios utilizando outros materiais podem basear-se nas relações encontradas aqui. Dessa forma um grande número de ensaios podem ser evitados até que se alcance uma operação de conformação livre de falhas. Espera-se que outros materiais sigam o padrão encontrado para o cobre recozido já que as relações encontradas traduzem o processo de conformação específico com que estamos trabalhando. 3. Agradecimentos Gostaria de agradecer em primeiro lugar ao Prof. Dr. Lindolfo pela oportunidade da bolsa e ao doutorando Foli pelo apoio durante os ensaios. Por revisar os relatórios da bolsa agradeço o Prof. Alfredo Faria. Também agradeço ao CNPq pela bolsa. 4. Referências Johnson W. Mellor P. B Engineering Plasticity Van Nostrand Reinhlod Company England pp Moreira Filho L. A Conformação de junções em tubos de parede fina utilizando elastômeros ITA São José dos Campos Brasil pp Foli C. R. M Investigação da influência doa trito e de parâmetros plásticos do material na conformação não convencial de junções metálicas ITA São José dos Campos Brasil pp