21. Processos de fabricação – Nano tecnologia e nano fabricação

CIBEM-2017-Capa

O CIBEM constitui um fórum de discussão que abrange desde os temas mais clássicos, aos mais atuais (biomecânica, novos materiais, nanotecnologias, microfluídos, novas fontes energéticas, novos conceitos de desenvolvimento de produtos, modelações avançadas, manufatura digital) suscitando grandes desafios aos profissionais, como por exemplo a interação e integração com outras engenharias que os novos ambientes baseados na Indústria 4.0 requerem.

A transformação digital a que assistimos suscita desafios interessantíssimos à Engenharia Mecânica. Os profissionais de Engenharia Mecânica, particularmente os oriundos do espaço Ibero-americano, são agentes determinantes para a operacionalização dessa transformação, a qual potenciará a aceleração do desenvolvimento dos países desta importante região. Criando novos produtos, novos processos produtivos ou novos materiais, os Engenheiros Mecânicos concretizam a Inovação!

Áreas Temáticas

C. Fabricação de Componentes e Máquinas

21. Processos de fabricação – Nano tecnologia e nano fabricação


     MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DE SOLDADURAS EM CHAPAS FINAS DE AÇO GALVANIZADO DX51-D PRODUZIDAS POR TOOL ASSISTED FRICTION WELDING

Resumo

No presente trabalho analisam-se soldaduras de chapas finas realizadas pelo processo Tool Assisted Friction Welding (TAFW), em junta sobreposta. O material base foi um aço galvanizado, DX51-D, amplamente utilizado em aplicações para a engenharia civil. TAFW é um processo que deriva da tecnologia Friction Stir Welding (FSW) na medida em que, como esta, utiliza ferramentas mecânicas para realizar a ligação, mas de geometria bastante mais simples do que as utilizadas em FSW. Em consequência da simplificação da geometria da ferramenta, a tecnologia TAFW aplica os mesmos princípios operatórios da tecnologia FSW, para gerar calor e amaciar os materiais a unir, mas ao contrário desta, não promove a mistura (stir) dos metais base por deformação plástica em torno do eixo da ferramenta. Foi feita a caracterização morfológica, mecânica e microestrutural de um leque alargado de soldaduras, tendo sido analisada a influência da velocidade de rotação (até 1400 rpm) e da velocidade de avanço (até 1200 mm/min) na qualidade das ligações obtidas e na estabilidade do processo TAFW. Observou-se grande influência dos parâmetros operatórios nas condições termomecânicas desenvolvidas durante a soldadura, nomeadamente na forma como evoluem as condições de aderência e escorregamento entre a ferramenta e o material a soldar. Os resultados obtidos mostram que é possível obter soldaduras com boa qualidade, para velocidades de avanço muito elevadas, indicando que a taxa de produtividade deste processo, na ligação de chapas finas em aço, poderá ser muito superior à do processo FSW.

Palavras chave: TAFW, FSW, Aço, Junta Sobreposta, Resistência Mecânica.

      D. Gomes-Andrade, C. Leitão, D.M. Rodrigues


     Soldagem laser nd:yag pulsado do aço inoxidável superduplex UNS S32750

Resumo

Os aços inoxidáveis superduplex vêm conquistando cada vez mais espaço nas atividades ligadas a indústria petroquímica, suprindo as carências dos já tradicionais aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos, pois o aço inoxidável superduplex consegue aliar as propriedades tanto do aço inoxidável ferrítico como do aço inoxidável austenítico. Atribui-se suas altas resistências à corrosão e mecânica à sua microestrutura balanceada em aproximadamente 50% de ferrita e 50% de austenita. O processo de soldagem a laser, devido a sua alta taxa de resfriamento, causa um desbalanceamento da microestrutura do metal de solda, fato que pode comprometer suas boas propriedades de corrosão e mecânicas. O presente trabalho estudou a influência da energia de soldagem nas características mecânicas e microestruturais da junta soldada. Utilizou-se o processo de soldagem a laser Nd:YAG pulsado com energia de pulso de 10J, velocidade de soldagem de 1,0 mm/s, frequência de pulso variando de 1,5 a 9 Hz e foco na superfície da chapa. O metal base utilizado foi chapas de aço inoxidável superduplex UNS S32750 com 1,5 mm de espessura. Foram realizados ensaios mecânicos de tração e microdureza, além da caracterização microestrutural da junta soldada por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que o efeito da variação da energia de soldagem sobre a junta soldada altera as frações volumétricas das fases ferrita/austenita no metal de solda e, portanto as propriedades mecânicas e microestruturais. Houve uma forte tendência de queda na quantidade de austenita no metal de solda com o aumento da taxa de resfriamento. A fração volumétrica de austenita reduziu de 50% para 7,6%, concentrando-se principalmente na região de contorno de grão da zona fundida. Ocorreu um aumento significativo da dureza na região da zona fundida em relação ao metal base, devido ao alto valor da fração volumétrica de ferrita nessa região. Os ensaios de tração mostraram limites de resistência superior ao do metal base, devido ao aumento da dureza da zona de fusão.

Palavras chaves: soldagem, laser pulsado, Nd:YAG, aço duplex, UNS S32750.

     Otacílio Doniseti Franzini, Matheus Shimizu Clemente, Ruís C. Tokimatsu, Juno Gallego, Vicente A. Ventrella


      PARÁMETROS DE CORTE DE TUBO DE POLIPROPILENO PARA LA FABRICACIÓN DE BOMBAS DOSIFICADORAS

Resumo

La clasificación de los polímeros es muy difícil desde el punto de vista de su comportamiento mecánico. Según su grupo, estos difieren mucho y sufren cambios constantemente según la naturaleza de las pruebas a las que son sometidos y sus condiciones de ejecución, como por ejemplo las condiciones químicas del medio (presencia de agua, oxígeno, disolventes orgánicos, etc.), la variación de la temperatura o la velocidad de aplicación de la carga en el ensayo (velocidad de deformación). En este trabajo se presenta un diseño de experimentos utilizado con la finalidad de determinar las condiciones óptimas para el corte de un tubo de polipropileno, que se emplea para la fabricación de bombas dosificadoras de productos viscosos. Además, se diseñó un dispositivo de corte partiendo del cálculo de la fuerza y de la energía mínima necesaria para cortar el tubo. Todo ello sin afectar las características críticas como el diámetro exterior del tubo, la tolerancia permisible de ovalidad y la longitud del tubo. Los resultados encontrados, haciendo uso de las herramientas estadísticas, permitieron determinar que la temperatura y el tiempo son los parámetros que mayormente influyen de forma determinante sobre las propiedades mecánicas del tubo de polipropileno. Adicionalmente se pudo demostrar a través de la experimentación que la temperatura es el parámetro de mayor influencia en la ovalidad resultante de la sección transversal del tubo.

Palavras chave: corte, tubo, polipropileno.

     Enrique Alejandro Vázquez Hernández, Pedro de Jesús García Zugasti, César Fabián Hernández Peña, Gerardo García Liñán, Pablo Alberto Limon Leyva, Gabriel Epigmenio García García


     ANÁLISIS Y SIMULACIÓN NÚMERICA (MEF) DE LA SILUETA A EMBUTIR DE UN SOPORTE VENTILADOR

Resumo

Los procesos de conformado de metales, dentro de los cuales se encuentra el embutido de lámina, han incrementado sus aplicaciones industriales debido principalmente a que son efectivos para la fabricación a bajo costo de una gran variedad de partes y componentes industriales. Las limitantes de estos procesos están asociadas, entre otras, a las condiciones de flujo del material durante la operación de conformado, lo cual origina la aparición de defectos como son: ondulaciones, arrugas, desgarramientos o fisuras, los cuales afectan la calidad y el costo de fabricación. Los desarrollos teóricos actuales permiten calcular con precisión los parámetros de conformado del embutido de partes simétricas, sin embargo para las partes no simétricas o complejas son escasos, por que frecuentemente son utilizados los métodos experimentales o a prueba y error para reducir o eliminar los defectos, inclusive en etapas tempranas de diseño y fabricación, incrementando los costos y los ciclos de producción. En este trabajo se describen las etapas de solución utilizadas para reducir o eliminar el defecto de arrugas en los flancos de un soporte para ventilador, que se originan durante la operación de embutido. El método propuesto está basado en la determinación de la geometría correcta de la silueta (“blank”) a embutir a partir de dos formas distintas: a) silueta rectangular y b) silueta circular. El cálculo teórico de la silueta se compara con los resultados experimentales y el análisis y simulación numérica, usando el programa de computadora ANSYS-LS DYNA basado en el Método del Elemento finito (MEF). Se midieron los perfiles de espesor resultante en los flancos del componente embutido experimentalmente y se compararon con los del análisis y simulación numérica. Los resultados mostraron que es posible combinar los desarrollos teóricos, numéricos (MEF) y experimentales, para conocer el grado de influencia de la geometría de la silueta a embutir, en la reducción o eliminación del defecto de arrugas, confirmando este método como una herramienta efectiva útil en las etapas de diseño y fabricación.

Palavras chave: Embutido de lámina, Análisis y simulación por Método del Elemento Finito

     Pedro de Jesús García Zugasti, Erick Mauricio Salcedo Murillo, Enrique Alejandro Vázquez Hernández, Pablo Alberto Limon Leyva, Eder Hazael Govea Valladares, Gabriel Epigmenio García


     COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO DE BARRAS COM AMORTECEDOR PASSIVO DE IMPACTO E BARRAS CONVENCIONAIS NO TORNEAMENTO INTERNO DE MATERIAIS ENDURECIDOS EM LONGOS BALANÇOS E COM FIXAÇÕES RÍGIDAS (EASY FIX).

Resumo

A utilização de absorvedores de impacto na indústria metalmecânica dá-se principalmente em operações que geram muita vibração no sistema de usinagem. O processo de torneamento interno torna-se instável no torneamento de furos longos, que requer longos balanços da barra de tornear (altos índices da relação comprimento/diâmetro). Para os amortecedores ativos de impacto, os dispositivos acoplados a eles são caros e requerem uma eletrônica avançada. Em contrapartida, os amortecedores passivos de impacto (PID – Particle Impact Damping) são alternativas mais baratas e fáceis de adaptar ao sistema de fixação da máquina-ferramenta, uma vez que neste último caso a estrutura da barra de tornear é acrescida de uma cavidade preenchida com esferas. As dimensões da cavidade e o diâmetro das esferas são pré-determinados. Assim, quando amortecedores passivos são empregados durante o processo de usinagem, a vibração é transferida da ponta da ferramenta para a estrutura da barra de tornear, onde é absorvida pelo sistema de fixação. O trabalho propõe comparar os comportamentos da barra inteiriça e da barra com amortecedor passivo de impacto utilizando a maior razão L/D possível (comprimento sobre diâmetro) da ferramenta em um sistema com fixação tipo Easy Fix, bem como otimizar os parâmetros de absorção de impacto, como o percentual de preenchimento da cavidade e o diâmetro das esferas. Os corpos de prova foram feitos com material endurecido e usinados num torno CNC. Os testes de laboratório mostraram que ao preencher totalmente a cavidade da barra de tornear com esferas do diâmetro máximo minimamente espaçadas, o ganho de absorção permitiu obter, com um L/D igual a 6, a mesma rugosidade e o mesmo desgaste da ferramenta obtidos utilizando-se a barra inteiriça com um L/D igual a 3,4. O uso do sistema de absorção passivo de impacto por partículas resultou, portanto, em maior rigidez estática e menor deflexão da ferramenta.

Palavras chave:amortecedor ativo; amortecedor passivo; material endurecido

     Wallyson Thomas, Anselmo Diniz, Daniel I. Suyama, Marcos V. Albuquerque, Robson Pederiva


     FABRICACIÓN ADITIVA DE GEOMETRÍAS COMPLEJAS EMPLEANDO RESINAS FOTOPOLIMERIZABLES CON NANO ADITIVOS DE COBRE Y GRAFENO Y EVALUACIÓN SISTEMÁTICA DE SUS CARACTERÍSTICAS

Resumo

El futuro de la fabricación aditiva depende de avances en los materiales que se utilizan en dichos procesos de manufactura capa a capa que permiten la obtención de geometrías complejas. En este estudio se muestra la fabricación de geometrías complejas utilizando la tecnología de fabricación aditiva denominada estereolitografía láser y empleando resinas fotopolimerizables funcionalizadas en masa mediante la adición de nano aditivos de cobre y grafeno. La adición de dichas partículas persigue modificar de forma controlada las propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas, ópticas, tribológicas y biológicas de dichos fotopolímeros, con lo que se espera aumentar los campos de aplicación de estas tecnologías aditivas, según se analiza también. Tanto las geometrías complejas, como distintas probetas para caracterización, se han modelado empleando un software de diseño asistido por computador. Las piezas han sido obtenidas por estereolitografía láser (Form1+ de Formlabs) empleando capas de 100 micras de espesor y la resina “Clear” de Formlabs tras una funcionalización en masa adecuada. En esencia el material es una mezcla de metacrílicos (oligómeros y monómeros metacrilados) y fotoiniciadores. Como aditivos se emplearon nano-hilos de cobre y oxido de grafeno a diferentes concentraciones (2.5%, 5% y 10%) y el proceso de mezcla con la resina se ha llevado a cabo por baño ultrasónico y agitación magnética durante 60 minutos. Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la fabricación aditiva con materiales funcionales y los procesos de caracterización empleados permiten analizar las ventajas del empleo de aditivos para distintas aplicaciones finales.

Palavras chave:fabricación aditiva, estereolitografía láser, fotopolímeros, nano partículas

     Ely Dannier V. Niño, José Luis Endrino, Rafael Cabanzo Hernández, Andrés Díaz Lantada


     FABRICAÇÃO DE LENTES DE FRESNEL COM ALTURA VARIÁVEL EM CRISTAL SEMICONDUTOR DO GRUPO III-V

Resumo

O torneamento com ferramenta de diamante é um processo de ultraprecisão usado para fabricação de peças em metais não ferrosos com precisão de forma e acabamento de ordem submicrométrica e nanométrica, respectivamente. Este artigo relata a aplicação desse processo para fabricação de uma Lente de Fresnel com 40 zonas com comprimento focal (f) de 450 mm com altura variável. O material usado para usinar esta lente é um monocristal de Antimoneto de Índio (100). A lente foi projetada para operar no domínio paraxial tendo o perfil anesférico. Os fatores que serão avaliados estão relacionados ao desempenho do corte usando uma ferramenta de diamante e serão: rugosidade, precisão do perfil das zonas da lente de Fresnel e a integridade superficial da peça. Para isso serão usada técnicas de caracterização como Microscopia Eletrônica de Varredura, perfilometria óptico e espectroscopia Micro Raman. Os resultados mostram que é possível realizar o corte em regime dúctil gerando uma microestrutura tridimensional com alta precisão. Os cavacos gerados apresentam uma amorfização induzida pelo processo de usinagem e apresentam a forma de fita com estrutura lamelar. Não foi observado qualquer desgaste na ferramenta usada para fabricar a lente.

Palavras chave:Torneamento, ferramenta de diamante, Semicondutor III-V, Amorfização, transição frágil-dúctil.

     Marcel Militão Dib, Jaime Duduch, Renato Jasinevicius


     PREDICTION OF TOOL WEAR IN MACHINING OF TITANIUM ALLOYS

Resumo

The aim of this paper is to evaluate a method for prediction of tool wear in the machining process. The focus is turning process of Ti-6Al-4V alloy with a tungsten carbide tool. The implementation carried out is based on a custom wear model described in the AdvantEdgeTM FEM manual. The followed methodology includes the collection of experimental data from the literature, the realization of simulations, based on such data, with AdvantEdgeTM FEM software, the computation of material constants with MATLAB® software, and the estimation of tool wear using a modified Usui's model. Tool wear rate and flank wear were estimated and compared with experimental values obtained from the literature. It was found that the followed methodology allows quick estimation of tool wear with reasonable accuracy.

Palavras chave:Machining , Turning process, Titanium alloys, Tool wear, FEM simulation, AdvantEdgeTM, MATLAB®

     Celestino Veiga, João Paulo Davim and Altino De Jesus Roque Loureiro


     PREDICTION OF CHIP MORPHOLOGY IN THE TURNING PROCESS OF TITANIUM ALLOY

Resumo

The purpose of this paper is to evaluate the influence of friction coefficient on chip morphology, using the AdvantEdgeTM FEM software. The simulation setup was based on experimental data in order to facilitate validation of the results. Several simulations with fixed parameters but varying friction coefficient were performed. Then the information on chip morphology was extracted from the obtained results and analyzed. This study was focused on turning process of Ti-6Al-4V alloy with Grade-P carbide tool. The results obtained show that the software used allows predicting the chip morphology with reasonable accuracy. The chip type remained serrated over the entire range of variation of friction coefficient, but changes in the distribution of plastic deformation and shear bands were observed.

Palavras chave:Machining , Turning process, Titanium alloys, Tool wear, FEM simulation, Friction coefficient, Chip morphology

     Celestino Veiga, João Paulo Davim and Altino De Jesus Roque Loureiro


     ANÁLISIS DE LA OPERACIÓN DE CORTE DE UN COSPEL CIRCULAR

Resumo

Este trabajo se centra en la operación de corte de discos metálicos, también conocida como operación de punzonado. Comúnmente se emplea un ángulo de afilamiento en el punzón de corte para hacer más eficiente esta operación. La desventaja principal de emplear esta configuración geométrica de la herramienta, es que no está asegurada la planicidad de la pieza de trabajo cortada. Por lo anterior se propone utilizar un ángulo de corte en la matriz que permita asegurar la planicidad del metal cizallado. Se desarrollaron dos expresiones para el cálculo de la fuerza el corte de un cospel circular con un ángulo de corte en la configuración de la herramienta. La primera expresión basada en un método gráfico y la segunda en un desarrollo analítico. La fuerza calculada con los métodos gráfico y analítico se comparó con la fuerza resultante obtenida, de la simulación numérica (usando MEF) y experimentalmente con una prensa hidráulica y un troquel de corte utilizando lámina de acero inoxidable AISI 430 de 1.48mm de espesor. Los especímenes de prueba cortados fueron de 17mm de diámetro, con ángulos de la matriz de 0° y 1° del herramental o dado de corte Los resultados del cálculo de la fuerza obtenidos de los métodos gráfico y analítico, mostraron buena concordancia comparados con los de la simulación numérica y la experimentación. Asimismo, los requisitos de planicidad resultantes, se encontraron dentro de las especificaciones de calidad solicitadas.

Palavras chave:Punzonado, cospel, Método del Elemento Finito (MEF), simulación numérica

     Pedro de Jesús García Zugasti, José de Jesús Navarro Delgado, Enrique Alejandro Vázquez Hernández, Pablo Alberto Limon Leyva, Eder Hazael Govea Valladares, Hugo Iván Medellín Castillo


     OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO P-GMAW PARA SOLDAGEM DE CHAPAS FINAS EM AÇO INOXIDÁVEL AISI 304

Resumo

Este trabalho propõe um estudo sobre soldagem P-GMAW em aço inoxidável AISI 304 com o intuito de encontrar a melhor combinação dos parâmetros através da coleta de resultados dos ensaios realizados baseado em um planejamento fatorial 2k e aplicar uma ferramenta de otimização estatística para estes, a fim de determinar o ponto ótimo de interação dos parâmetros que possibilite a soldagem de chapas finas com qualidade e menor custo. O aço em questão é largamente utilizado nas indústrias de bens de capital, alimentícia, química e petroquímica, devido principalmente à sua característica anticorrosiva. No entanto, carece de estudos sobre as alterações micro estruturais sofridas tanto na zona de fundição como nas áreas adjacentes, pois, sua propriedade de possuir baixa difusividade térmica e um elevado coeficiente de expansão térmica favorece uma maior tendência à distorção na soldagem, principalmente em chapas de pequenas espessuras. O processo P-GMAW oferece uma ampla gama de condições de controle das variáveis de entrada, possibilitando uma intervenção localizada nos ruídos do processo, condicionando o operador a direcionar os resultados aos objetivos através do conhecimento da influência da interação entre estas variáveis. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Soldagem e Inovação Tecnológica (LabSIT) do CEFET-MG, sendo as soldas realizadas na posição plana em juntas de topo. Para análise dos resultados foi utilizado a Metodologia de Superfície de Resposta. A análise da combinação dos parâmetros e suas interações através da metodologia utilizada mostrou ser uma técnica bastante eficaz para avaliar a influência dos parâmetros variáveis na resposta de interesse.

Palavras chave:P-GMAW, DoE, MSR, Otimização

     Eduardo Silva, Carlos Castro, Edmilson Otoni Correa


     DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LOS VALORES DE LOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN, PARA SOLDADURA POR PUNTOS, DE ACERO INOXIDABLE UTILIZANDO LA METODOLOGÍA DEL DISEÑO DE EXPERIMENTOS

Resumo

En la soldadura por puntos de plancha de acero inoxidable, son muchas las aplicaciones donde se requiere combinar, para la unión, una buena resistencia mecánica con una buena resistencia a la corrosión, ejemplo la unión por soldadura de las asas en una olla de acero inoxidable. En los resultados de la soldadura dichas propiedades usualmente se contraponen, de tal manera que la mayor resistencia mecánica podría corresponder a una menor resistencia a la corrosión y viceversa. Los resultados obtenidos en la unión dependen de los valores utilizados en los parámetros de operación del proceso tales como el diámetro del electrodo, la corriente, la fuerza aplicada, el tiempo. En este trabajo se planteó la metodología del Diseño de Experimentos (DOE), mediante un diseño factorial, para la determinación de los valores experimentales de los parámetros de operación. La ventaja de utilizar esta metodología es que se minimiza el número de experimentos a desarrollar y se obtiene a la vez la mayor información posible, y esto bajo un control estadístico de los resultados. Se llevaron a cabo los experimentos de unión de probetas de plancha de acero inoxidable utilizando una máquina de soldar por puntos, luego se realizaron ensayos de resistencia mecánica utilizando una máquina de tracción y se realizaron ensayos de corrosión utilizando la norma ASTM G48. Los resultados obtenidos se analizaron pudiéndose observar convenientemente el campo experimental con los parámetros más significativos y las zonas de combinación de parámetros donde es posible maximizar en forma simultánea los resultados de resistencia mecánica y resistencia a la corrosión.

Palavras chave:soldadura por puntos de plancha inoxidable, optimización de procesos de manufactura, diseño de experimentos en la soldadura

     Víctor Girón Medina, Paulo Muñante Palacin


     ESTUDO EXPERIMENTAL DA EROSÃO LASER DO AA7075

Resumo

A erosão laser é uma tecnologia de maquinagem não convencional que permite o fabrico de micro funcionalidades num espectro alargado de materiais, com elevado rigor geométrico e dimensional, e boa integridade superficial. O seu campo de aplicação é complementar ao dos processos de corte por arranque de apara, em particular no que respeita ao fabrico de moldes e aplicações de micromecânica. O presente trabalho procura avaliar a influência dos parâmetros operativos da erosão laser, no que respeita tanto à qualidade dos componentes fabricados como à eficiência da produção. Os ensaios foram realizados em AA7075 fazendo variar os principais parâmetros operativos: a frequência de pulso, a velocidade de varrimento e a intensidade energética do laser. O plano de ensaios foi definido com base num modelo de superfície de resposta procurando identificar a influência dos parâmetros operativos nas principais características das superfícies maquinadas e na taxa de remoção de material. Os resultados mostram que o processo de erosão laser pode ser utilizado com sucesso no processamento do AA7075.

Palavras chave:Erosão laser, maquinagem, micro mecânica, rugosidade, taxa de remoção de material, superfície de respostas

     Gabriela Belinato, Fábio Pereira, João Mascarenhas, Pedro P. Balestrassi e Pedro A.R. Rosa


     MACHINABILITY OF PURE METALS BY ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING

Resumo

Electrical discharge machining is a non-conventional technology that is perfectly implemented in current industrial scene. Its field of application is complementary to the chip based material removal processes, producing high geometric and dimensional accuracy components in a broad spectrum of low and high-alloyed metals. However, its fundamentals are still not well understood, promoting the use of empirical machine parameters charts. This limitation results essentially from the difficulty in observing the very small (10-5m) overheated region where the material removal takes place in transient conditions (10-5s) available on a high frequency basis (105Hz) and correlating the main operating parameters with the material removal mechanics. This research attempts to provide a better understanding of the material removal mechanics behind electrical discharge machining by means of a single plasma discharge tests under laboratory-controlled conditions. This research is focused on the influence of the various machining parameters have on the formation of eroded craters and experiments were carried out on pure metals in order to simplify the results analysis. These results demonstrate that eroded craters morphology are more regular in pure metals than in engineering materials. The machinability index of the materials under study have been determined by calculations of the removed material volume and electrical power measures. Due to the low predictability of the models presented in the literature, it was proposed a new model referring to the morphology of the eroded craters.

Palavras chave:Electrical Discharge Machining; Pure metals; Machinability; Crater morphology; Specific erosion power

     Pedro Sousa, Ivo Bragança, Abílio Jesus, José Marafona e Pedro Rosa


     AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA TAXA DE RETIFICAÇÃO ESPECÍFICA NA RETIFICAÇÃO DO FERRO FUNDIDO AUSTEMPERADO ATRAVÉS DO RUÍDO MAGNÉTICO DE BARKHAUSEN

Resumo

O aumento da utilização de materiais alternativos com melhores propriedades mecânicas em produtos pela indústria está intimamente relacionado ao custo e à “eficiência/peso”. Um material que se destaca neste contexto é o ferro fundido dúctil austemperado (ADI - austempered ductile iron). Apesar de todos os atrativos do ADI (como boa ductilidade, tenacidade e alta resistência mecânica) sua usinabilidade não tem ganhado tanta atenção e até mesmo tem feito engenheiros e pesquisadores duvidarem da usinabilidade deste material. A indisponibilidade de informações na literatura sobre a retificabilidade do ADI, somada à necessidade de produzir componentes de elevada precisão geométrica, associado à baixa rugosidade e à mínima região termicamente afetada para garantir as características de uso dos componentes, levou ao interesse de ampliar os estudos de usinabilidade do ADI para processo de retificação. O objetivo deste trabalho é apresentar os resultados do ruído magnético de Barkhausen (RMB) verificado em amostras retificadas com um rebolo convencional de óxido de alumínio vitrificado como função da taxa de retificação específica. Além do RMB foram verificados a microdureza e efetuadas análises metalográficas na camada limite. Os resultados mostram que o aumento da taxa de retificação ocasiona o aumento das amplitudes máximas dos sinais do RMB, o que torna a avaliação do componente em processo pelas amplitudes máximas do RMB interessante para o acompanhamento da produção de componentes fabricados de ADI.

Palavras chave:retificação, ferro fundido nodular austemperado (ADI), ruído magnético de Barkhausen (RMB), rebolo convencional de Al2O3, microdureza.

     Lucas Benini, Walter Weingaertner, Adriano Boaron, Rodrigo Panosso Zeilmann


     NORMALIZACIÓN DE ANÁLISIS DE FASES MEDIANTE TROQUELADO

Resumo

Para el análisis de fabricación de piezas mediante maquinado o mecanizado se ha desarrollado metodologías que facilitan su planteamiento. Un estudio de fabricación tiene por objeto establecer una sucesión lógica de las diferentes etapas de realización de una pieza. El estudio debe, teniendo en cuenta los medios disponibles. En el análisis de fabricación se consideran fases operaciones. Una fase, es el conjunto de operaciones elementales que se efectúan en un mismo puesto de trabajo para una misma unidad de producción. Una subfase, es el trabajo realizado sin desmontar la pieza de la estación de trabajo. Una operación es todo conjunto de trabajo que poniendo en obra un solo de los medios de que está dotado el puesto de trabajo, tiene por objeto acercar al producto a su estado final. Para los procesos de conformado de chapas metálicas no se cuenta no una metodología de análisis de fases o subfaces, por lo que se plantea una serie de simbología de las diferentes operaciones de troquelado, con la que se pueda realizar un análisis de fabricación de partes obtenidas de láminas, así como un análisis de fases o subfases. El trabajo consiste en la propuesta de la simbología de cada procesamiento por troquelado y la aplicación de la misma para el diseño de un troquel progresivo y en conformado de chapas en al menos dos troqueles. También debe ser un apoyo visual para evitar errores al dimensionar los punzones y matrices en piezas con tolerancias estrechas donde los claros u holguras entre ellos debe quedar bien establecida para no salirse de las zonas de tolerancias dimensionales o geométricas; esto puede ser especialmente útil para el diseño de troqueles progresivos.

Palavras chave:Troquelado, estampado, punzonado, doblado, embutido

     A. Campos Vázquez., A. Escamilla Navarro, J. L. Calderón Osorno


     MAGNETIC PULSE WELDING OF DISSIMILAR MATERIALS FOR SPACE APLICATIONS

Resumo

Magnetic Pulse Welding has recently been investigated for joining difficult to weld materials in dissimilar combinations. As a solid state process where no significant heat is introduced into the materials to join, MPW has major field of application automotive and aerospace industries. Additionally is and environmental friendly and clean process with low energy consumption. The more important advantages of MPW include the fact that this process is electrically controlled from the power supply, thus the welding parameters can be easily controlled, and the parts are easily positioned which makes of MPW a very reproducible process. The disadvantages usually associated with MPW are related to high investment cost and required work piece geometry. The high investment costs come from the coils used in the system which must be specially designed for a given targeted application. This paper presents recent studies performed on joining aluminium to titanium alloys and to non-metallic materials as carbon fibre reinforced polymers in tubular overlapped joint configurations. An experimental MPW equipment was built aiming at maximizing efficiency versus commercially available MPW equipments, to decrease the energy required to achieve welding and the time to impact. The strategy envisaged a strong reduction of total system inductance as well as an improvement to process monitoring systems and techniques. The joints were characterized by means of mechanical testing and metallurgical properties.

Palavras chave:Magnetic Pulse Welding, Dissimilar Joining, Aluminium, Titanium, Carbon Fibre Reinforced Polymers

     D. Pereira, T. Pardal, F. Lourenco, R. Salles Telmo G. Santos e R. M. Miranda


     PRODUÇÃO DE ÓRTESES PERSONALIZADAS COM BAIXO CUSTO ATRAVÉS DAS TECNOLOGIAS ENGENHARIA REVERSA E MANUFATURA ADITIVA

Resumo

Na área da ortopedia, a busca por novos avanços tecnológicos para o desenvolvimento de órteses personalizadas com um custo acessível, tem sido grande. A maior parte da população que possui patologias, sofre por não ter renda suficiente para adquirir esses dispositivos e acabam agravando essas patologias. Este projeto busca inovar e propor a utilização de novas tecnologias para desenvolver órteses a essa população com um custo mínimo e assim, implementá-las na rede pública. Através das análises feitas pelos profissionais ortopedistas e terapeutas usando imagens bidimensionais dos exames dos pacientes consultados, será possível digitalizar o membro afetado ou posicioná-los de forma adequada para que seja tirado o molde da órtese personalizada utilizando as técnicas de Engenharia Reversa. Esses aparelhos permitem coletar dados dos exames já feitos como Ultrassom, Ressonância Magnética, Tomografia, entre outros e convertê-los em modelos tridimensionais. O objetivo deste projeto é utilizar a Engenharia Reversa para digitalizar o membro que necessite de auxílio e confeccionar as órteses com a tecnologia de Manufatura Aditiva, uma tecnologia que vem se desenvolvendo rapidamente nesses últimos anos e permitindo fabricar diretamente qualquer peça ou objeto através de um arquivo tridimensional modelado. Nos dias atuais, a Manufatura Aditiva tem sido utilizada em diversas áreas como Arquitetura, Design, Engenharia Mecânica, Medicina, entre outros. Este projeto resultou na criação de dois protótipos de órteses com a função de imobilizar os membros inferior e superior, sendo o primeiro utilizando as técnicas de Engenharia Reversa Tempo de Voo que digitalizou o membro a partir de um dispositivo de jogos chamado Kinect One e o segundo utilizando a técnica Transmissivo, que utilizou um exame de Tomografia Computadorizada para digitalizar o membro. A partir destas duas técnicas, foram criados dois modelos tridimensionais para assim serem manufaturados na impressora 3D através da técnica de Modelagem por Fusão e Deposição de material.

Palavras chave:Engenharia Reversa. Órteses. Imobilizadores ortopédicos. Manufatura Aditiva. Impressão 3D.

     Marcelo Santos, Ruís Camargo Tokimatsu


     DESARROLLO DEL PROCESO DE INYECCIÓN CON UN MATERIAL BIODEGRADABLE BASADO EN LA MEZCLA DE POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD Y ALMIDÓN DE PAPA

Resumo

Un problema actual en Colombia y en muchos países del mundo es el impacto ecológico causado por los polímeros sintéticos por su la baja degradabilidad, lo cual ha generado interés en la investigación de nuevos materiales poliméricos amigables con el medio ambiente. En este trabajo de investigación se reportó el desarrollo de un material biodegradable compuesto a partir de polietileno de baja densidad PEBD y almidón de papa donde se trabajaron tratamientos de porcentajes de almidón de papa de 5%, 15%, 20% y el 30%, sometidos al proceso de inyección a una temperatura de transformación de 150 °C y 750 bar de presión. Se obtuvieron probetas bajo la norma ASTM 638 las cuales se caracterizaron por microscopia electrónica de barrido (SEM) donde se observó la estructura cristalina y micro poros dentro de su estructura interna. Las muestras fueron caracterizadas a través del análisis de calorimetría diferencial de barrido (DSC). Se evidenció que la muestra de 20% de almidón presentó las mejores condiciones de transformación con una temperatura vítrea a 48 °C y la temperatura de fusión del material fue de 101.49 a 111.22 °C. Los ensayos mecánicos mostraron que en las probetas la tensión y el porcentaje de deformación disminuyen. A partir de la Microscopia óptica se observó las concentraciones de almidón y las vacancias en la estructura interna del polímero. Se transformó este material biodegradable a partir del proceso de inyección como posible alternativa para la fabricación de productos de la línea de desechables y de empaques de alimentos, siendo confiable para este tipo de aplicaciones por las propiedades mecánicas, físicas y químicas evidenciadas.

Palavras chave:Almidón de papa, biodegradable, proceso de inyección

     Rodríguez Sandoval Pedro, Camargo Silva Sandra Milena, Cruz Villagrán Ingrid Tatiana


     ADVANCED MATERIAL MODELING FOR SHEET METAL FORMING

Resumo

The ability to perform accurate simulations of sheet metal forming processes has long been a necessity in the sheet metal forming industry, as it would allow for a much simpler and faster design stage. With modeling tools, the need for expensive modifications of the tools in sometimes endless cycles of trial and error would be minimized. The computational power available for FEM sheet metal forming have not been enough until the 1990s, when most companies within the automotive industry were performing stamping simulations on a regular basis with dynamic, explicit codes dominating the software market. A lot of unresolved problems remain in the simulation of complicated metal forming processes, as is the case of obtaining residual stresses in complicated metal final shapes. To obtain accurate results, a critical factor is the material model implemented in the code. In this work, experimental characterization tests were performed in order to set up numerical models of the material. With this data, three advanced material models were built and implemented in Ls-Dyna, where the Nakajima test was simulated in order to obtain normalized data which could be compared with experimental results. In this contribution both numerical and experimental results are provided, along with a discussion and conclusion section.

Palavras chave:Metal forming, material modeling, Ls-Dyna, Nakajima test

     Miguel Iglesias, César Aguado, Alberto Diez-Ibarbia, A. de Juan


     ANÁLISE DA SUPERFICIE DE FRATURA DE COMPONENTES DE Ti-6Al-4V MANUFATURADOS POR SINTERIZAÇÃO DIRETA DE METAL POR LASER (DMLS)

Resumo

A manufatura aditiva proporcionou um avanço significativo na fabricação de implantes, permitindo a construção dos mesmos de forma personalizada através de imagens obtidas do paciente por meio de exames como o de tomografia computadorizada e ressonância magnética, possibilitando melhor procedimento cirúrgico e qualidade de vida ao paciente. A manufatura destes implantes através da técnica DMLS consiste na deposição de camadas de um pó-metálico onde será incidido um feixe de laser de alta potência, que tem por finalidade fundir e unir uma camada a outra sucessivamente. O presente trabalho tem por objetivo, analisar a superfície de fratura de componentes fabricados por DMLS. Para tal objetivo foram fabricados corpos de prova de liga de titânio Ti-6Al-4V em duas orientações de deposição das camadas (A e B) e submetidos a ensaios de tração e fadiga para a obtenção de resultados de caracterização mecânica. As análises das superfícies de fratura foram realizadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados dos ensaios mecânicos revelam que há perda de resistência mecânica conforme o tipo de orientação de construção, sendo os melhores valores apresentados pela orientação B. Não houve alteração do mecanismo de fratura de acordo com a orientação de manufatura, sendo presente o fenômeno de fratura por microcavidades.

Palavras chave:biomateriais, manufatura aditiva, sinterização direta de metal por laser, Ti-6Al-4V

     Carlos Eduardo Silva Britto, Ruis Camargo Tokimatsu, Newton Salvador Grande Neto, Maria Aparecida Larosa


     REVISÃO SISTEMÁTICA SOBRE MICRO CONFORMAÇÃO INCREMENTAL

Resumo

É cada vez mais evidente e urgente a necessidade do mercado de equipamentos eletrônicos em reduzir o tamanho dos produtos oferecidos, enquanto a capacidade de processamento de dados torna-se maior como, por exemplo, os aparelhos celulares e ultrabooks. Os microprocessadores exigem, portanto, que haja uma excelente refrigeração para que não superaqueçam enquanto estão em operação. Dentre os processos de fabricação possíveis de serem explorados para a confecção de micro trocadores de calor, pode-se citar a deformação plástica incremental, cuja tecnologia vem sendo largamente estudada nos últimos anos. Este processo de deformação torna-se interessante por não demandar altos custos na confecção de matrizes e ou ferramentas específicas para cada tipo de peça desejada. O presente trabalho traz o resultado de uma revisão sistemática realizada sobre o tema de micro conformação pelo processo de deformação incremental. Foram analisadas diversas bases de dados como, por exemplo, Scopus e Web of Science, a fim de detectar uma oportunidade de desenvolvimento tecnológico voltada à fabricação de micro trocadores de calor. O resultado da revisão sistemática permitiu verificar os campos ainda inexplorados e as tendências de pesquisa dentro do tema de micro conformação incremental.

Palavras chave:micro conformação, deformação plástica incremental, conformação plástica

     Gustavo Coser Monteiro Dias, Luciana Montanari


     MULTICAMADAS REATIVAS PARA LIGAÇÃO DE MICROCOMPONENTES

Resumo

para diversas aplicações. De destacar a utilização de multicamadas reativas de período (espessura da bicamada) nanométrico, sob a forma de folhas ou filmes finos, em processos de ligação, em particular em microfabricação. Filmes finos reativos multicamada têm sido utilizados como “materiais de enchimento” para auxiliar o processo de ligação por difusão, tirando partido do seu carácter exotérmico e nanocristalino, bem como da sua elevada difusividade/reatividade. As multicamadas reativas atuam como uma fonte de calor interna, permitindo a redução da temperatura, pressão e/ou tempo de ligação por difusão. Estas são depositadas por pulverização catódica magnetrão dire tamente sobre materiais a ligar, o que assegura um excelente contacto entre materiais de base e enchimento. A possibilidade de proporcionar uma interface com propriedades intermédias constitui outra das vantagens do processo de ligação por difusão assistido por reação, particularmente importante em ligações dissimilares. A utilização de filmes finos multicamada Ni/Al, Ti/Al e Ni/Ti permitiu obter ligações sãs, sem poros ou (micro)fissuras, em condições menos exigentes. A resistência mecânica das ligações foi avaliada através de ensaios de corte. Ligações TiAl/TiAl (TiAl/aço inoxidável), processadas a 800ºC/10 MPa/1h (800ºC/50 MPa/1h) utilizando multicamadas Ni/Al com um período intermédio de 14 nm, possuem tensões de corte da ordem de 230 MPa (144 MPa). Para ligações processadas a 900ºC a tensão de corte é superior. Filmes finos multicamada com período entre 10 e 25 nm parecem ser os mais adequados para assistir o processo de ligação por difusão. O calor libertado (mais elevado para o sistema Ni-Al), a temperatura de reação (mais elevada para o sistema Ti-Al) e os materiais a ligar determinam o material de enchimento mais apropriado para cada caso.

Palavras chave:Processos de ligação, Materiais de enchimento, Multicamadas reativas, Resistência mecânica

     Ana Sofia Ramos, Sónia Simões, Filomena Viana, Manuel Vieira and Teresa Vieira


     ESTUDIO DEL ACABADO SUPERFICIAL EN PIEZAS MECANIZADAS DE MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA: DEFINICIÓN DE PARÁMETROS ADIMENSIONALES

Resumo

Los materiales compuestos de matriz polimérica termoplástica cada vez encuentran más aplicaciones tecnológicas, que en muchos casos exigen requerimientos dimensionales y de acabado muy estrictos. Las medidas de los parámetros clásicos de rugosidad permiten una caracterización directa del acabado; sin embargo, para poder definir la maquinabilidad de los materiales, debemos tener en cuenta los parámetros y las herramientas de corte, así como las características de calidad superficial deseada. Por ello, la selección de la herramienta y de los parámetros de corte se torna de vital importancia. En este trabajo, a partir de un proceso de cilindrado exterior con pastillas de diamante policristalino (PCD) de cinco materiales diferentes, dos con base poliamida y tres con poli(éter-éter-cetona), se realizaron las medidas de los parámetros de rugosidad Ra, Rt, Rp y Rq, y se plantearon varios Parámetros Adimensionales (PA): Ra/Rt, Ra/Rp, Ra/Rq, Rt/Rp, Rt/Rq y Rp/Rq relativos a cada uno de los cinco materiales establecidos. Se han utilizado técnicas de análisis de datos, Análisis de Varianza (ANOVA) y coeficientes de correlación lineal o de Pearson (r) para establecer patrones, relaciones y tendencias de los PA frente a los materiales y las variables del proceso: velocidad de avance y de corte. Los análisis han mostrado que la distribución de los datos relativos a los PA sigue un comportamiento similar independientemente del material analizado, que hay covariación de algunos de ellos con la velocidad avance y que los parámetros Ra/Rt, Rt/Rq y Rt/Rp presentan, dentro de un cierto grado de seguridad, capacidad de previsión de valores con la velocidad de avance. En general, los resultados han permitido extraer conclusiones de carácter genérico para servir de pauta a la hora de estudiar el proceso teniendo como base los parámetros de rugosidad de la pieza.

Palavras chave:Rugosidad Superficial, Parámetros Adimensionales, Materiales Compuestos de Matriz Polimérica.

     Francisca R. Amaro Durán, Francisco Mata Cabrera, Wanderson de Oliveira Leite


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