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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA LINCOLN MAIA TEIXEIRA ESTUDO DO PROCESSO DE ROSQUEAMENTO EXTERNO POR CONFORMAÇÃO USANDO CABEÇOTE LAMINADOR NA LIGA DE ALUMÍNIO 7075-T6 São João del-Rei, março de 2017
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
LINCOLN MAIA TEIXEIRA
ESTUDO DO PROCESSO DE ROSQUEAMENTO EXTERNO POR CONFORMAÇÃO USANDO CABEÇOTE LAMINADOR NA LIGA DE ALUMÍNIO
7075-T6
São João del-Rei, março de 2017
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
LINCOLN MAIA TEIXEIRA
ESTUDO DO PROCESSO DE ROSQUEAMENTO EXTERNO POR CONFORMAÇÃO USANDO CABEÇOTE LAMINADOR NA LIGA DE ALUMÍNIO
7075-T6
Dissertação apresentada ao Programa de
Mestrado da Universidade Federal de São
João del-Rei como requisito para a
obtenção do título de Mestre em
Engenharia Mecânica.
Área de Concentração: Materiais e
Processos de Fabricação.
Orientador: Prof. Dr. Lincoln Cardoso
Brandão.
São João del-Rei, março de 2017
Dedico este trabalho à minha amada
companheira Luana, aos meus
queridos pais, ao meu irmão e à minha
família.
AGRADECIMENTOS
Agradeço, primeiramente, a Deus pela saúde e perseverança que me
concedeu durante todo esse tempo, tornando possível concluir esse trabalho.
Aos meus pais, Jeanette Aparecida Maia Teixeira e José Geraldo Teixeira,
que sempre me apoiaram a seguir meus sonhos e possibilitaram minha educação.
À minha amada companheira Luana, pelo incentivo constante, pela paciência
em abdicar de horas de lazer em todas as etapas deste trabalho.
Ao meu irmão, William pelas ajudas prestadas quando eu estava
extremamente atarefado.
Ao professor Lincoln Cardoso Brandão, pelo companheirismo, orientação,
incentivo, acompanhamento, comprometimento e amizade, desde o início do projeto
até as etapas finais. Sempre serei grato a você.
À professora Roseli Marins Balestra pela disponibilidade em sempre me
auxiliar nos laboratórios de microscopia.
Ao professor Artur Mariano de Sousa Malafaia pela ajuda na realização das
micrografias no laboratório de materiais.
Ao Professor Rhelman Rossano Urzedo Queiroz, que auxiliou na obtenção
das imagens de microscopia eletrônica de varredura.
Aos amigos Thiago Castro Freitas, Juliano Aparecido de Oliveira, Samuel
Alves de Freitas, Waslley Amaral Coelho, Sérgio Luiz Moni Ribeiro Silva e Jéssica
Tito Vieira e todos os integrantes do Centro de inovação de manufatura sustentável
CIMS, pelo apoio e auxílio para analises críticas e ideias diferentes.
Aos técnicos de Laboratório, Camilo Lellis dos Santos e Luiz Carlos Zanitti
pelo auxílio na fabricação dos corpos de prova e boas ideias compartilhadas.
Aos amigos do IFMG campus Conselheiro Lafaiete, que sempre me apoiaram
e incentivaram a concluir o trabalho.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES),
pela concessão da bolsa de estudos. A todos os colegas do Mestrado, professores e
funcionários do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de
São João del-Rei - UFSJ.
A todos os familiares e amigos que contribuíram de alguma forma para a
realização deste trabalho.
TEIXEIRA, L. M.. Estudo do processo de rosqueamento externo por conformação usando cabeçote laminador na liga de alumínio 7075-T6. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de São João del-Rei, São João del-Rei, 2017.
RESUMO
As ligas de alumínio têm grande aplicação na indústria aeronáutica, automobilística
e metal-mecânica, quando se deseja uma boa resistência mecânica associada a um
baixo peso específico. Roscas conformadas na liga de alumínio 7075-T6,
atualmente, são empregadas, na maioria dos casos, como elementos internos,
porém, existe um mercado promissor para esses elementos como roscas externas.
Este trabalho investigou o comportamento de roscas externas fabricadas pelo
processo de conformação, variando-se o diâmetro inicial da haste, o tipo de
lubrificação e a velocidade de laminação para verificar a influência desses fatores no
diâmetro final de roscas, microdureza ao longo do filete e acabamento superficial.
Os experimentos foram realizados com o método fatorial completo onde cada fator
tinha três níveis. Os resultados demonstraram que o diâmetro inicial da haste, o tipo
de lubrificação, a velocidade de laminação e as interações entre esses três fatores,
influenciam no diâmetro final da rosca, sendo o tipo de lubrificação o que mais
exerce influência nessa variação. Além disso, mostrou-se também que o tipo de
lubrificação tem grande influência no acabamento superficial dos filetes, sendo o
sistema seco o que atinge os melhores acabamentos superficiais e o MQL (Mínima
quantidade de lubrificante), os piores acabamentos. Na microdureza, o fator que
mais tem influência é a velocidade de laminação onde se mostrou que quanto maior
é a velocidade de laminação, menor será a dureza no filete da rosca.
Palavras-chave: Rosqueamento. Conformação. Velocidade de laminação. Emulsão.
Sistema de MQL.
TEIXEIRA, L. M.. Study of threading process by forming applying threading head in the 7075-T6 aluminum alloy. Thesis (Master Degree) – Federal University of São João del-Rei, São João del-Rei, 2017.
ABSTRACT
Aluminum alloys have a large application in the aerospace industry, automotive and
metal-mechanics providing a good mechanical resistance associated with a low
specific weight. Forming threads in 7075-T6 aluminum alloy are currently employed,
in their majority of cases, as internal elements, however there is a promising market
for these elements as external threads. Based on the information of this market, this
study investigated the behavior of external threads manufactured by the process of
conformation. The initial diameter of the thread, the type of lubrication, and the speed
of lamination were varied to verify the influence on the final diameter of threads,
microhardness along the fillet, and surface finish. The experiments were performed
with the method full factorial design where each factor had three levels. The results
showed that the initial diameter of the rod, lubrication type, speed of lamination and
the interactions of both diameter and speed of lamination with the type of lubrication,
influenced the final diameter of the thread being the type of lubrication the parameter
that most influenced this variation. In addition, it also showed that the type of
lubrication has great influence on the finishing of thread fillets being the traditional
cleaning system which achieved the best surface finishes and the MQL (minimum
quantity of lubricant) the worst finishing. Considering the microhardness, the factor
that has most influence was the forming speed, because for higher forming speeds
occurred a lesser tendency in hardening of thread fillets.
Key-words: Threading. Forming. Forming Speed. Emulsion. MQL system
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: a) Rosca direita externa de uma entrada. b) Rosca esquerda externa de
uma entrada (Fonte: Autoria própria). ....................................................................... 20
Figura 2: Perfil básico de uma rosca métrica (Fonte: ABNT, 1988). ......................... 21
Figura 3: Tipos de rosca - Perfil dos filetes (Fonte: Gordo e Ferreira, 2000). ............ 22
Figura 4: Classificação dos processos de rosqueamento com o ferramental
necessário (Fonte: Oliveira, 2015). ........................................................................... 22
Figura 5: Rosqueamento externo (Fonte: Ferraresi,1984). ....................................... 23
Figura 6: Abertura de roscas (Fonte: Adaptado de Sandvik, 2016). .......................... 24
Figura 7: Ferramentas de fresamento de roscas (Fonte: Adaptado de Araújo et al.,
2004). ........................................................................................................................ 25
Figura 8: Fresamento de rosca interna e externa por interpolação (Fonte: Smith,
2008). ........................................................................................................................ 26
Figura 9: Micrografia dos perfis de rosca (Fonte: Fette (2015). ................................. 27
Figura 10: Fluxo de material durante o rosqueamento por laminação. ..................... 28
Figura 11: Diferenças entre os perfis de roscas usinadas e conformadas (Fonte:
Adapatado de Emuge, 2010). .................................................................................... 30
Figura 12: Laminação de roscas por placas planas (Fonte: Carvalho, 2011)............ 32
Figura 13: Laminação de roscas pelo processo de cilindro de rosqueamento (Fonte:
Carvalho, 2011). ........................................................................................................ 32
Figura 14: Penetrador de impressão Vickers (Fonte: Souza, 1982). ......................... 34
Figura 15: Resistência de uma rosca laminada em relação ao núcleo da peça
(Fonte: Fette, 2015). .................................................................................................. 34
Figura 16: Microdureza do perfil da rosca externa conformada (Fonte: Adaptado de
Maciel et al. (2015). ................................................................................................... 35
Figura 17: Posições de tolerância rosca interna (Fonte: ABNT, 2004). ..................... 37
Figura 18: Posições de tolerância rosca externa (Fonte: ABNT (2004)..................... 37
Figura 19: Centro de torneamento ROMI (Fonte: Autoria Própria. ............................ 39
Figura 20: Microscópio eletrônico de varredura (Fonte: Autoria própria)................... 39
Figura 21: Microscópio Mitutoyo TM - 500 Séries (Fonte: Autoria própria). .............. 40
Figura 22: Microscópio utilizado para macrografia (Fonte: Autoria própria). ............. 40
Figura 23: Embutidora metalográfica com corpo de prova (Fonte: Autoria própria). . 41
Figura 24: a) Máquina de lixamento/polimento b) Máquina de limpeza por ultra-som
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 42
Figura 25: Esquema de medição da microdureza das roscas (Fonte: Autoria própria).
.................................................................................................................................. 42
Figura 26: Microdurômetro (Fonte: Autoria própria). ................................................. 43
Figura 27: Medição do diâmetro externo da rosca utilizando micrômetro (Fonte:
Autoria própria). ......................................................................................................... 43
Figura 28: Sistema para laminação (Fonte: Autoria própria). .................................... 44
Figura 29: Representação do cabeçote parte externa e interna (Fonte: Adaptado de
Fette, 2015). .............................................................................................................. 44
Figura 30: Ferramentas de corte utilizadas (Fonte: Autoria própria). ........................ 45
Figura 31: Equipamento de MQL (Fonte: Autoria própria)......................................... 45
Figura 32: a) Rosca M 10 x 1,5 mm fabricada por conformação. b) Haste para
execução do corpo de prova (Fonte: Autoria própria). .............................................. 46
Figura 33: Efeitos principais para a velocidade de laminação na resposta diâmetro
maior da rosca (Fonte: Autoria própria). .................................................................... 56
Figura 34: Efeitos principais para o tipo de lubrificação na resposta diâmetro maior
da rosca (Fonte: Autoria própria). .............................................................................. 58
Figura 35: Efeitos principais para o diâmetro da haste na resposta diâmetro maior da
rosca (Fonte: Autoria própria). ................................................................................... 59
Figura 36: Interação entre velocidade de laminação e tipo de lubrificação (Fonte:
Autoria própria). ......................................................................................................... 60
Figura 37: Interação entre diâmetro da haste e tipo de lubrificação (Fonte: Autoria
própria). ..................................................................................................................... 61
Figura 38: Relação entre velocidade de laminação e microdureza na crista da rosca
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 65
Figura 39: Relação entre diâmetro da haste e microdureza na crista da rosca (Fonte:
Autoria própria). ......................................................................................................... 66
Figura 40: Relação entre velocidade de laminação e microdureza na raiz da rosca
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 67
Figura 41: Relação entre diâmetro da haste e microdureza na raiz da rosca (Fonte:
Autoria própria). ......................................................................................................... 67
Figura 42: Relação entre tipo de lubrificação e microdureza na raiz da rosca (Fonte:
Autoria própria). ......................................................................................................... 68
Figura 43: Relação entre velocidade de laminação e microdureza na base da rosca
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 69
Figura 44: Relação entre diâmetro da haste e microdureza na base da rosca (Fonte:
Autoria própria). ......................................................................................................... 69
Figura 45: Relação entre o tipo de lubrificação e microdureza na base da rosca
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 70
Figura 46: Interação entre os fatores significativos na microdureza da crista do filete
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 71
Figura 47: Interação entre os fatores significativos na microdureza da raiz do filete
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 72
Figura 48: Interação entre os fatores significativos na microdureza da base do filete
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 74
Figura 49: Microscopia eletrônica de varredura dos corpos de prova (Fonte: Autoria
própria). ..................................................................................................................... 75
Figura 50: Principais efeitos sobre o acabamento para variável velocidade de
laminação (Fonte: Autoria própria). ........................................................................... 78
Figura 51: Efeitos principais sobre o acabamento para variável diâmetro da haste
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 78
Figura 52: Efeitos principais sobre o acabamento para variável tipo de lubrificação
(Fonte: Autoria própria). ............................................................................................ 79
Figura 53: Interação entre os fatores significativos no acabamento superficial da
rosca a) diâmetro* velocidade de laminação; b) diâmetro*Lubrificação (Fonte: Autoria
própria). ..................................................................................................................... 80
Figura 54: Comparação entre os tipos de lubrificação e acabamento superficial da
rosca (Fonte: Autoria própria). ................................................................................... 81
Figura 55: Micrografia do filete da rosca (Fonte: Autoria própria). ............................ 82
Figura 56: Influência do tipo de lubrificação na micrografia e superfície (Fonte:
Autoria própria). ......................................................................................................... 82
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Designação dos tratamentos de térmicos em ligas de alumínio
endurecíveis por precipitação (Fonte: adaptado de Zangrandi, 2008). ..................... 18
Tabela 2: Composição química do Al 7075 (WEINGAERTNER, SCHROETER, 1991)
.................................................................................................................................. 19
Tabela 3: Tipos de cabeçotes para laminação de roscas (Fonte: Adaptado de Fette,
2015). ........................................................................................................................ 31
Tabela 4: Graus de tolerância para roscas (Fonte: Autoria própria). ......................... 36
Tabela 5: Parâmetros fixados para a preparação dos corpos de prova (Fonte: Autoria
própria). ..................................................................................................................... 47
Tabela 6: Fatores e níveis do experimento (Fonte: Autoria própria). ........................ 47
Tabela 7: Ordem de execução dos experimentos (Fonte: Autoria própria). .............. 49
Tabela 8: Valores de diâmetro medidos nas peças (Fonte: Autoria própria). ............ 52
Tabela 9: ANOVA para os parâmetros de entrada (Fonte: Autoria própria). ............. 55
Tabela 10: Microdurezas no filete da rosca (Fonte: Autoria própria). ........................ 62
Tabela 11: ANOVA para a resposta microdureza na crista do filete (Fonte: Autoria
própria). ..................................................................................................................... 63
Tabela 12: ANOVA para a resposta microdureza na raiz do filete (Fonte: Autoria
própria). ..................................................................................................................... 64
Tabela 13: ANOVA para a resposta microdureza na base do filete (Fonte: Autoria
própria). ..................................................................................................................... 64
Tabela 14: Classificação da superfície das roscas de acordo com as classes (Fonte:
Autoria própria). ......................................................................................................... 75
Tabela 15: Classificação da superfície da rosca (Fonte: Autoria própria). ................ 76
Tabela 16: ANOVA para a resposta acabamento superficial da rosca (Fonte: Autoria
própria). ..................................................................................................................... 77
Tabela 17: Tolerâncias para parafusos na classe mais fina (Fonte: Autoria própria).
.................................................................................................................................. 83
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS Letras latinas
D = diâmetro maior da rosca interna (diâmetro nominal) [mm]
d = diâmetro maior da rosca externa (diâmetro nominal) [mm]
D1 = diâmetro menor da rosca interna [mm]
d1 = diâmetro maior da rosca externa [mm]
D2 = diâmetro de flanco da rosca interna [mm]
d2 = diâmetro de flanco da rosca externa [mm]
H = altura do triângulo fundamental [mm]
P = Passo [mm]
Fcalc = proporção F calculada
P-valor = probabilidade que a amostra pode ser retirada de uma população
R² ajustado = Coeficiente de determinação
Siglas ABNT= Associação Brasileira de Normas Técnicas
MEV= Microscopia eletrônica de varredura
CNC = Comando numérico computadorizado
T6 = Tratamento térmico de solubilização e envelhecimento artificial
ANOVA = Análise de Variância
DOE = Design of Experiment (Delineamento de Experimento)
HB = Dureza Brinell
HV= Microdureza Vickers
Lista de símbolos ™ = marca registrada (Trade Mark)
Ø = diâmetro
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 14
1.1 Estrutura do trabalho .............................................................................. 15
2 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................. 16
2.1 Liga de alumínio 7075-T6 ............................................................................. 16
2.2 Rosqueamento .............................................................................................. 19
2.2.1 Rosqueamento por usinagem............................................................. 23
2.2.2 Rosqueamento por conformação ....................................................... 26
2.3 Microdureza .................................................................................................. 33
2.4 Tolerância Dimensional ................................................................................. 36
3 MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 38
3.1 Equipamentos ............................................................................................... 38
3.1.1 Centro de usinagem ............................................................................ 38
3.1.2 Microscópio eletrônico de varredura (MEV) ...................................... 39
3.1.3 Microscópio óptico .............................................................................. 40
3.1.4 Embutimento ........................................................................................ 41
3.1.5 Lixamento e ataque químico ............................................................... 41
3.1.5 Microdurômetro ................................................................................... 42
3.1.5 Micrômetro ........................................................................................... 43
3.2 Ferramentas .................................................................................................. 44
3.2.1 Cabeçote laminador ............................................................................. 44
3.2.2 Ferramentas de corte utilizadas ......................................................... 45
3.2 Sistema de MQL ........................................................................................... 45
3.3 Corpo de Prova ............................................................................................. 46
3.4 Planejamento ................................................................................................ 46
3.4.1 Planejamento do experimento ............................................................ 48
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 52
4.1 Análise do Diâmetro Externo da Rosca ........................................................ 52
4.1.1 Análise estatística do diâmetro externo da rosca............................. 55
4.1.2 Avaliação dos efeitos principais ........................................................ 56
4.1.3 Análise das interações ........................................................................ 59
4.2 Análise da Microdureza na Rosca................................................................. 62
4.2.1 Análise estatística para a microdureza da rosca .............................. 63
4.2.2 Avaliação dos efeitos principais ........................................................ 65
4.2.2.1 Microdureza na crista do filete. ....................................................... 65
4.2.2.2 Microdureza na raiz do filete ............................................................ 66
4.2.2.3 Microdureza na base do filete .......................................................... 68
4.2.3 Avaliação das interações .................................................................... 70
4.2.3.1 Microdureza na crista do filete ........................................................ 70
4.2.3.2 Microdureza na raiz do filete ............................................................ 72
4.2.3.3 Microdureza na base do filete .......................................................... 73
4.3 Análise da Topografia dos Filetes ................................................................. 74
4.3.1 Análise estatística da topografia dos filetes ..................................... 76
4.3.2 Avaliação dos efeitos principais ........................................................ 77
4.3.2.1 Acabamento superficial da rosca .................................................... 77
4.3.3 Análise das interações ........................................................................ 79
4.4 Análise Metalográfica das Roscas ................................................................ 82
4.5 Tolerância das Roscas .................................................................................. 83
5 CONCLUSÕES ...................................................................................................... 84
6. PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................... 86
7. REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 87
14
1 INTRODUÇÃO
A liga de alumínio 7075-T6, conhecida como alumínio aeronáutico, tem sido
empregada constantemente na indústria metal-mecânica em geral. As propriedades
de leveza e resistência mecânica associadas dessa liga têm destacado sua
utilização principalmente na indústria aeronáutica, automobilística e naval.
O processo usinagem é um dos mais utilizados na indústria metal-mecânica,
devido à grande diversidade de peças que podem ser produzidas através dele. Esse
método também é aplicado para produção de componentes rosqueados que estão
presentes em todos os conjuntos mecânicos industriais.
Para a produção de roscas, existe outro processo que é o de conformação. A
fabricação de roscas por esse processo tem grande vantagem sobre o de usinagem.
Segundo Fette (2012), o processo de laminação de rosca, além de economia de
tempo-máquina, eleva a qualidade da superfície e repetibilidade no processo, não há
geração de cavaco ou formação de arestas cortantes. Pode-se destacar, ainda, que
o processo permite uma vida extremamente longa para as ferramentas e aumenta a
resistência da rosca. Entretanto, conceitos técnicos e manuais específicos com boas
informações sobre o processo ainda não são encontrados para uma efetiva
aplicação nos materiais utilizados nos produtos manufaturados (CARVALHO, 2011).
Segundo Emuge (2010), a laminação de roscas faz parte do processo de
estampagem. A rosca interna ou externa é gerada por meio da impressão de uma
sequência helicoidal de dentes de rosca no orifício de rosca previamente preparado,
o que permite laminar o perfil desejado mediante a aplicação de pressão.
Pelo fato de roscas laminadas serem fabricadas em um único passe, o tempo
de execução é muito inferior ao processo convencional, porém, a indústria ainda
utiliza o método de tentativa e erro para a calibração dos cabeçotes, o que gera uma
grande perda de tempo e às vezes inviabiliza a implantação desse sistema em uma
linha de produção.
Este trabalho tem como objetivo estudar o diâmetro inicial da haste, o tipo de
refrigeração e velocidade de laminação, considerando a experimentação dos fatores
em três níveis, e relacioná-los de forma separada e conjunta nas variáveis respostas
diâmetro maior da rosca, distribuição de microdureza no perfil do filete, acabamento
superficial, análise metalográfica e a tolerância atingida no processo, todos estes
decorrentes do processo de conformação de rosca externa na liga de alumínio 7075-
T6.
15
Além disso, busca evidenciar que o processo de conformação de rosca
externa através de cabeçote laminador possui características que agregam a
eficiência deste processo, além de economia de modo geral e um produto de boa
qualidade.
1.1 Estrutura do trabalho Este trabalho está dividido em seis etapas, apresentados em:
Etapa 1 – Introdução: É feita a apresentação do tema com os objetivos e a
estrutura do trabalho.
Etapa 2 – Revisão da literatura: Apresenta as características da liga de
alumínio trabalhada bem como suas informações técnicas, definição do processo de
rosqueamento por conformação e por usinagem e suas diferenças, normas para
rosqueamento, tipos de rosca, microdureza ao longo do perfil de roscas e tolerâncias
de roscas.
Etapa 3 – Materiais e métodos: Apresentam-se os procedimentos
experimentais, como os equipamentos utilizados e suas características, as
ferramentas para fabricação, o sistema de lubrificação, as características dos corpos
de prova e a metodologia utilizada para a execução dos experimentos.
Etapa 4 – Resultados e discussões: Apresenta a influência de cada um dos
fatores estudados bem como suas interações nas variáveis respostas, diâmetro
maior da rosca, microdureza na crista, raiz e base da rosca, topografia e
acabamento superficial dos filetes e, por fim, a microestrutura e a tolerância das
roscas.
Etapa 5 – Conclusão: Discutem-se, de forma crítica, os resultados
encontrados com os experimentos.
Etapa 6 – Propostas para trabalhos futuros: Apresenta sugestões que
possam dar continuidade ao trabalho baseado nas incertezas e resultados obtidos.
16
2 REVISÃO DA LITERATURA 2.1 Liga de alumínio 7075-T6
O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na terra, é o metal mais
encontrado e representa cerca de 8% de toda a crosta terrestre. Em escala
industrial, é um dos metais mais jovens utilizados, sua produção teve início há cerca
de 160 anos. Atualmente, a sua produção supera a soma de todos os outros metais
não ferrosos (ABAL, 2009).
No alumínio, é muito comum a associação de outros elementos de
engenharia, como manganês, zinco e o cobre para se obterem as chamadas ligas
não ferrosas. De acordo com os elementos adicionados, as ligas passam a possuir
vantagens em relação ao alumínio puro, como maior resistência à corrosão, maior
resistência mecânica e maior fluidez (ABAL, 2013).
Na área de transporte, a propriedade de leveza existente no alumínio tem
destacado sua utilização. Suas ligas têm sido utilizadas exaustivamente em veículos
aeronáuticos há um bom tempo (HACHT, 1984; STALEY, 1989; DAVIS, 1993).
As ligas de alumínio apresentam cerca de 36% da densidade do aço e do
módulo de elasticidade. Possuem, ainda, excelente conformabilidade, elevada
condutividade térmica e elétrica, baixo ponto de fusão, alta resistência à corrosão,
elevado coeficiente de atrito, alta neutralidade magnética e amplo espectro de
possibilidades de tratamentos superficiais (WEINGAERTNER; SCHROETER, 1991).
De acordo com ASTM Handbook (1990a), as ligas de alumínio podem ser
classificadas da seguinte maneira:
1XXX – Composta por alumínio comercialmente puro, não ligado, com pureza
superior a 99%. Os materiais desta família são caracterizados por
terem maior condutividade térmica e elétrica, maior conformabilidade e
as menores propriedades mecânicas.
2XXX – O cobre é o principal elemento de liga, as principais características
dessa família são: maior resistência (na condição T6), resistência
térmica, facilidade de usinagem e taxa reduzida de propagação de
trincas (condição T4).
3XXX – O manganês é o elemento básico de liga. A liga 3003 é a mais
representativa desta série, pois a adição de Cobre aumenta o limite de
resistência e, se adicionado o Ferro, é possível obter-se uma estrutura
granular mais fina.
17
4XXX – São subdivididas em duas categorias: baixo teor de Silício (abaixo de
2% com ou sem Manganês) que são utilizadas na confecção de
utensílios domésticos e alto teor de Si (5 a 13%, com grande variedade
de elementos adicionais de liga) que são utilizadas na fabricação de
trocadores de calor.
5XXX – Essas ligas raramente contêm mais do que 5% de Magnésio, pois a
estabilidade destas ligas decresce, particularmente sob influência de
temperatura. Possuem uma excelente soldabilidade, alta resistência à
corrosão, mesmo nas regiões soldadas e boa conformabilidade a frio.
6XXX – Contém os elementos de liga Silício e Magnésio. Em suas
propriedades mecânicas se destacam: grande aptidão para trabalho a
quente (extrusão, laminação, forjamento), boa resistência à corrosão
atmosférica, boa soldabilidade (arco e brasagem), boa
conformabilidade a frio e boa aptidão para tratamento de superfície por
anodização.
7XXX – São as ligas que possuem as maiores resistências mecânicas, e são
subdivididas em duas categorias: com ou sem adição de Cobre. Em
termos de resistência mecânica, as ligas de alumínio que sofrem a
adição de cobre são as mais fortes, na condição T6. São muito
utilizadas na indústria aeroespacial, automobilística, naval e ainda na
fabricação de moldes para conformação de termoplásticos.
8XXX – Essas ligas sofrem a adição simultânea de Ferro, Silício e Lítio,
proporcionam grãos mais refinados e limites de resistência melhorados.
Essas ligas apresentam boa conformabilidade, especialmente em
condições de grandes dificuldades, devido à sua estrutura granular
refinada e boa isotropia.
Na classificação dessas ligas, o primeiro dígito indica à qual série a liga
pertence, o segundo dígito indica uma modificação da liga. Para as ligas 1XXX os
dois últimos dígitos indicam a pureza do material, para as demais, não têm
significado especial, e servem para identificar ligas de mesma série (ZANGRANDI,
2008).
Nas ligas trabalhadas que não podem ser endurecidas por tratamento
térmico, são utilizadas os seguintes processos para adquirir essa propriedade:
formação de solução sólida, partículas constituintes de segunda fase, refino do
18
tamanho de grão, encruamento ou ainda a combinação desses processos. Nas ligas
endurecíveis por tratamentos térmicos são utilizados os processos de solubilização e
precipitação (envelhecimento). Para essas últimas, há um sistema de designação,
como indicado na Tabela 1 (ZANGRANDI, 2008).
Tabela 1: Designação dos tratamentos de térmicos em ligas de alumínio
endurecíveis por precipitação (Fonte: adaptado de Zangrandi, 2008). Tratamento Significado
T1 Processada a quente seguida de envelhecimento natural.
T2 Processada a quente, trabalhada a frio e seguida de envelhecimento
natural.
T3 Solubilização, trabalho a frio seguido de envelhecimento natural.
T4 Solubilização seguida de envelhecimento natural.
T5 Processamento a quente seguido de envelhecimento artificial.
T6 Solubilização seguida de envelhecimento artificial.
T7 Solubilização seguida de super envelhecimento ou estabilização.
T8 Solubilização, trabalho a frio seguida de envelhecimento artificial.
T9 Solubilização, envelhecimento artificial seguido de deformação a frio.
T10 Processamento a quente, trabalho a frio seguido de envelhecimento
artificial.
Uma das mais importantes ligas da atualidade é a Al 7075-T6. Originalmente
projetada para ser empregada na fuselagem do caça Mitsubishi A6M2 Reisen “Zero”
pela empresa japonesa Sumimoto Metal, nos anos anteriores a 1940 (STARKE
JÚNIOR & HORNBOGEN, 2008), mas foi introduzida de fato na indústria pela
ALCOA, em 1943 (ALCOA, 2012). É uma liga quaternária do sistema Al-Zn-Mg-Cu
pertencente à família 7XXX, cujo principal elemento de liga é o zinco, que permite
que as ligas sejam tratadas termicamente por solubilização e envelhecimento
(WANHILL, 1979). A liga Al 7075 é caracterizada pela composição químico-física
mostrada na Tabela 2:
19
Tabela 2: Composição química do Al 7075 (WEINGAERTNER, SCHROETER, 1991)
. Propriedades químicas (%)
Si 0,4 Fe 0,5 Cu 1,2-2,0 Mn 0,3 Mg 2,1-2,9 Cr 0,18-0,28 Zn 5,1-6,1 Ti 0,2 Al Balanço
Outros 0,15 Propriedades físicas (%) Mínimo Máximo
Limites de Resistência à Tração (Mpa) 520 630 Limite de Escoamento (Mpa) 460 590
Dureza Brinell 140-160HB
A associação dos quatro elementos, cujas ligas apresentam alta relação
resistência/peso, alta resistência mecânica e alta ductilidade, proporcionou que essa
liga pudesse ser utilizada em estruturas que operam em condições de carregamento
severo e apresentam alta margem de segurança, como na fabricação de aviões e
foguetes espaciais. Embora possam ser susceptíveis à fratura por corrosão sob
tensão, principalmente quando elementos de liga como cromo, manganês e zircônio
estiverem presentes na composição da liga. O tratamento térmico de
envelhecimento por tempos prolongados aumenta a resistência e reduz a
possibilidade de trincamento por corrosão sob tensão (REDDY, 2008).
Segundo Budd (2014), a liga de alumínio 7075-T6 está entre as que possuem
maior resistência mecânica. Se comparada aos aços baixo carbono, elas ainda
possuem um melhor limite de resistência, o que justifica a sua grande aplicação
associada ao baixo peso específico.
2.2 Rosqueamento As roscas são elementos mecânicos de fixação utilizados para realizar a
união entre peças, possuindo diferentes tipos de geometria. No Brasil, as
terminologias das roscas são definidas pela ABNT, através da norma NBR 5876 que
segue, no geral, a mesma linha das normas da ISO, DIN, ANSI (STEMMER, 1995).
Segundo a NBR 5876, a rosca é a projeção contínua de um determinado perfil na
forma helicoidal de secções uniformes na superfície cilíndrica de uma determinada
20
peça. As roscas podem ser direita ou esquerda, sendo a primeira definida como
aquela que, vista pelo plano perpendicular ao eixo e acoplada a uma peça fixa,
afasta-se quando girada no sentido horário e a segunda, é aquela que se afasta do
observador se girada no sentido anti-horário (STEMMER, 1995). Outra característica
das roscas é que elas podem ser de apenas uma entrada, gerada por apenas um
perfil, ou múltiplas entradas, tendo dois ou mais perfis.
Figura 1: a) Rosca direita externa de uma entrada. b) Rosca esquerda externa de
uma entrada (Fonte: Autoria própria).
Segundo ABNT (2004), a geometria da rosca pode ser caracterizada por
algumas medidas como: Diâmetro maior básico da rosca interna (D); Diâmetro maior
básico da rosca externa (d); Diâmetro menor básico da rosca interna (D1); Diâmetro
menor básico da rosca externa (d1); Diâmetro de flanco básico da rosca interna
(D2); Diâmetro de flanco básico da rosca externa (d2/d3); Passo (P); Altura do
triângulo fundamental (H).
a) b)
21
Figura 2: Perfil básico de uma rosca métrica (Fonte: ABNT, 1988).
Podem ser produzidas roscas padronizadas, como Rosca métrica – normal
(DIN 13-1), fina (DIN 13-2...10), Rosca métrica cônica (DIN 158 -1), Rosca whitworth,
Rosca GAS (DIN ISSO 228 -1), Rosca ISO trapezoidal (DIN 103 -1), Rosca de dente
de serra (DIN 513), Roscas UNF (EUA + Inglaterra), Roscas Edson e Roscas
especiais. Na indústria brasileira, o padrão mais empregado é a rosca do tipo
métrica.
De acordo com Gordo e Ferreira (2000), cada processo exige um
determinado perfil de rosca com secções uniformes de filetes. A geometria dos
filetes é definida de acordo com cada segmento, ângulo perfil de rosca, passo e
ângulo da hélice. Na Figura 3, verificam-se os tipos de rosca e suas aplicações com
descrição técnica.
Diante das aplicações apresentadas na Figura 3, verifica-se que o modelo do
perfil de rosca está diretamente relacionado com a carga que ele irá suportar, com o
componente que será utilizado e sua funcionalidade. A seleção irregular do tipo de
rosca pode ocasionar desgastes prematuros em seu perfil e cisalhamento devido a
esforços excessivos.
Segundo Dubbel (1979), o processo de fabricação de roscas pode ser dividido
em dois blocos: o processo sem remoção de cavaco (conformação) e o processo
com remoção de cavaco (Usinagem). Dentre os processos com remoção de cavaco,
podemos destacar: o torneamento com ferramentas simples ou múltiplas; os machos
e cossinetes de roscar; o fresamento com fresas simples e múltiplas de roscar (fresa
caracol); os cabeçotes automáticos com pentes, tangenciais, radiais, ou circulares; o
turbilhonamento e a retificação com rebolos de perfil simples ou múltiplos.
22
Figura 3: Tipos de rosca - Perfil dos filetes (Fonte: Gordo e Ferreira, 2000).
A Figura 4 representa a classificação dos processos de rosqueamento através
do ferramental necessário para fabricação.
Figura 4: Classificação dos processos de rosqueamento com o ferramental
necessário (Fonte: Oliveira, 2015).
23
2.2.1 Rosqueamento por usinagem 2.2.1.1 Torneamento de roscas
A obtenção de roscas por usinagem pode ser feita por ferramentas do tipo
simples ou múltiplas arestas. Nas ferramentas com múltiplas arestas, também
podem ser utilizados cabeçotes automáticos com pentes tangenciais, radiais ou
circulares (STOETERAU, SCHROETER & WEINGAERTNER, 2004). Alguns desses
processos podem ser vistos na Figura 5.
Figura 5: Rosqueamento externo (Fonte: Ferraresi,1984).
Nas ferramentas simples, com apenas uma aresta de corte, pode-se destacar
as pastilhas intercambiáveis que, pelo processo de torneamento, podem fabricar
roscas com remoção de cavacos. Segundo Ferraresi (1990), o processo de
torneamento é uma operação de usinagem que tem como foco principal a obtenção
de superfícies por revolução. Ainda segundo o autor, para executar o torneamento é
preciso combinar dois movimentos: rotação da peça e avanço da ferramenta. O
avanço da ferramenta pode ser feito no sentido radial da peça, onde o diâmetro será
reduzido, ou no sentido axial, onde o comprimento será reduzido.
24
Esses trabalhos são executados em máquinas-ferramenta e acontecem
mediante a remoção progressiva de material da peça a ser trabalhada. Esse material
(cavaco) é cortado por uma ferramenta monocortante, que deve possuir dureza
superior à do material que pretende trabalhar.
O processo de rosqueamento por torneamento é obtido através de sulcos
helicoidais com passo determinado e uniforme onde são gerados os filetes,
normalmente em superfícies cilíndricas ou cônicas por revolução. Para esse
processo, a ferramenta com perfil adequado entra por penetração perpendicular na
peça que está em rotação e, seguindo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada
no sentido axial do eixo, corta o material e deixa o perfil de rosca na peça (SOUZA,
2011). Tal procedimento pode ser visto na Figura 6.
Figura 6: Abertura de roscas (Fonte: Adaptado de Sandvik, 2016).
Devido ao torque limitado das máquinas específicas para o torneamento de
roscas, a resistência do material da ferramenta e ainda a flexibilidade das peças de
trabalho, o volume de material a ser removido para a obtenção de roscas não pode
ser removido em uma única passada (KHOSHDARREGI & ALTINTAS, 2015). Essa
limitação gera tempo maior para a produção de roscas, mas evita a quebra das
arestas de corte durante o processo de rosqueamento.
25
2.2.1.2 Fresamento de roscas Segundo Stephenson e Agapiou (1996), a usinagem com fresas é aplicada
em roscas com diâmetros a partir de 15 mm e, principalmente, para diâmetros
maiores que 30 mm. As roscas usinadas pelo processo de fresamento, através de
ciclos de interpolação helicoidal, poderão ser fabricadas com ferramentas de aresta
única ou de múltiplas arestas de corte. A Figura 7 ilustra cada uma delas.
Figura 7: Ferramentas de fresamento de roscas (Fonte: Adaptado de Araújo et al.,
2004).
De acordo com Grzesik (2008), o processo de fabricação de roscas por
fresamento helicoidal é uma alternativa para trabalhar com velocidades de cortes
maiores e, com isso, atingir uma maior produtividade.
Stephenson e Agapiou (1996) afirmam que o processo de rosqueamento com
fresas caracteriza-se por gerar cavacos de tamanho reduzido, se comparado com o
processo de rosqueamento com machos ou por torneamento. Outra diferença que
pode ser notada é a redução de potência consumida, além de poder utilizar a
mesma ferramenta para usinagem de diversas roscas que tenham o mesmo passo.
Como pode ser observado na Figura 8, à mesma ferramenta pode ser utilizada para
usinar roscas internas e externas e também do tipo direta e esquerdas (SMITH,
2008).
26
Figura 8: Fresamento de rosca interna e externa por interpolação (Fonte: Smith,
2008).
2.2.2 Rosqueamento por conformação Segundo Emuge (2010), a laminação de roscas está incluída no processo de
estampagem. A rosca é gerada através de uma impressão em formato helicoidal de
filetes de roscas, o que permite laminar o perfil desejado com aplicação de pressão
além do limite de escoamento, assim, deformando plasticamente o material.
Segundo Zhang, Zhao e Ou (2015), o processo de laminação de roscas tem
vantagens comprovadas, se comparado com a usinagem. Esse método tem um
tempo menor de processamento, aumenta a resistência do material e ainda resulta
em uma boa qualidade superficial. Nesse processo, não há geração de cavacos, o
que facilita a montagem de componentes. Em relação ao aspecto ambiental, esse
processo mais uma vez está em vantagem em relação ao tradicional, pois não existe
refugo para a natureza em forma de cavaco (CARVALHO, 2011).
Um aspecto negativo que pode ser levantado é que o rosqueamento por
laminação tem uma limitação em relação ao material que vai ser trabalhado, sendo
de extrema necessidade uma ductilidade mínima, necessária para a deformação do
material (PEREIRA, SILVA & FARIA, 2013).
O material é conformado plasticamente por pressão, por isso ele não pode
apresentar uma resistência à tração maior do que 1700 MPa, além disso, deve ter
uma dilatação máxima de cerca de 5%. São adequados para laminação aços
estruturais, aços cementados, aços inoxidáveis, aços para beneficiamento até cerca
de 1600 N/mm2, além disso, latão macio, cobre e metais leves. Não são apropriados
materiais frágeis com baixa dilatação como ferro fundido, ligas duras de latão,
27
materiais temperados. Na fabricação das roscas laminadas, não ocorre o corte dos
grãos do material, mas, sim, um alongamento, isso pode ser verificado na
micrografia apresentada na Figura 9 (FETTE, 2015).
Figura 9: Micrografia dos perfis de rosca (Fonte: Fette (2015).
Segundo Domblesky e Feng (2002), a formação do filete da rosca ocorre em
dois estágios diferentes. No primeiro estágio, o material que forma a crista do filete
não é deformado, a deformação inicial ocorre pelos flancos dos filetes que são
formados separando-se uns dos outros. A deformação é localizada nas laterais onde
existe o contato entre o material a ser trabalhado e as pontas individuais da fieira
existindo uma restrição no fluxo de material, que está relacionada com o volume de
material não deformado nos entornos.
Ainda segundo Domblesky e Feng (2002), na medida em que o cabeçote
avança sobre a superfície da peça, o material diretamente posterior a cada dente é
simultaneamente empurrado para os lados e para baixo (Fig. 10 a). O material ao
lado da superfície livre tende a ser deslocado na posição horizontal, mas como
esbarra no flanco da ferramenta, tende a fluir no sentido desse flanco, originando o
desenvolvimento de um pequeno amontoado de material em qualquer lado de cada
dente.
Com a continuidade do avanço da ferramenta (Fig. 10 b e c), o material
continua escoando ao longo do topo de cada dente, onde o material adicional na
peça está sendo deformado, assim, gera um aumento da zona deformada. Em cada
crista do filete, é desenvolvida uma superfície côncava devido à zona morta
existente no interior de cada filete.
Ao chegar a aproximadamente 50% da formação completa do filete, inicia-se
o segundo estágio de deformação, nessa etapa, ocorre o fluxo de material para o
28
interior dos filetes e, assim, o preenchimento da crista do filete. No início do segundo
estágio, o material que fluiu pelos flancos dos filetes começa a encontrar na
superfície da peça (Fig. 10 d). Como nessa etapa o fluxo horizontal é interrompido
devido ao material encontrar filetes vizinhos, a ferramenta causa extrusão de
material para o interior de cada filete. Em 90% de penetração (Fig. 10 f), o fluxo de
material na direção radial é restrito, e o movimento da ferramenta resulta no
preenchimento da crista. Uma vez que a pressão para o preenchimento completo é
muito alta, cristas completamente preenchidas são raras, portanto, normalmente
interrompe-se o processo antes de alcançar os 100%.
Figura 10: Fluxo de material durante o rosqueamento por laminação.
(Fonte: Domblesky e Feng, 2002).
Os dois fenômenos ocorrem de forma simultânea quando se executa o
processo de rosqueamento por laminação. Devido ao regime elástico que os
materiais dúcteis possuem, a parte mais externa do filete da rosca tenta retornar ao
seu diâmetro inicial, enquanto isso a outra parte do material, mais interna, encrua,
assim aumentando a força de deformação durante o processo (CARVALHO, 2011).
29
Segundo Chowdhary et al. (2009), a velocidade de laminação e a
profundidade de laminação são fatores que influenciam na força do processo. Além
disso, os autores verificaram que alterações no ângulo de entrada da ferramenta tem
pouca significância na força axial final, porém tem grande influência em relação à
vida da ferramenta.
Fromentin et al. (2007) analisaram as altas tensões de deformação geradas
durante o processo de laminação e a deformação plástica que ocorre no material.
Eles concluíram que o processo de rosqueamento por conformação é uma excelente
alternativa se comparado ao processo de rosqueamento por usinagem. As roscas
conformadas produzem perfis com superfícies externas melhores do que o processo
de usinagem, tanto para o rosqueamento externo, quanto para o interno (IVANOV &
KIROV, 1996).
Khostikoev et al. (2015) afirmaram que de acordo com dados experimentais,
foi possível produzir pelo processo de rosqueamento por conformação roscas com
precisão de quarta ordem, segundo a norma GOST 16093 (2004). A rugosidade
obtida ficou na faixa de Ra = 0,08 – 0,63 µm (GOST 2789,1973). Essa qualidade de
superfície só poderia ser obtida anteriormente pelo processo de retificação.
Quando se aumenta a velocidade, seja de deformação seja de usinagem, a
qualidade superficial do perfil da rosca melhora de forma proporcional em ambos os
processos, mas essa melhoria é muito mais expressiva no processo por
conformação (AGAPIOU, 1994). A Figura 11 exibe a diferença básica entre uma
rosca produzida pelo processo de usinagem (Fig. 11 a) e uma rosca fabricada pelo
processo de conformação (Fig. 11 b). É possível notar a diferença básica entres os
dois perfis, onde na rosca conformada temos um perfil incompleto na parte superior,
já na rosca usinada temos esse perfil completo. Além disso, é possível verificar que
no diâmetro menor da rosca laminada existe uma zona que foi encruada,
aumentando assim a resistência da rosca naquela região.
30
Figura 11: Diferenças entre os perfis de roscas usinadas e conformadas (Fonte:
Adaptado de Emuge, 2010).
Khostikoev et al. (2015), quantificaram a resistência das roscas laminadas
usando testes de fratura sendo observado um aumento de 20 a 30% da carga e a
resistência à fadiga foi aumentada em 150%. Além disso, foi observado um aumento
de 15 a 25% na dureza da superfície do material rosqueado. A elevada resistência à
tração e aos esforços alternados de roscas laminadas deve-se a não-destruição da
orientação dos contornos de grão dos materiais metálicos (FETTE, 2015).
Para a fabricação dos diversos perfis de roscas laminadas, são necessários
tipos diferentes de cabeçotes laminadores. Cada um tem uma aplicação com faixa
de diâmetro e passo específicos que podem ser trabalhados. A Tabela 3 mostra os
tipos e aplicação dos cabeçotes laminadores.
31
Tabela 3: Tipos de cabeçotes para laminação de roscas (Fonte: Adaptado de Fette, 2015).
Tipo de cabeçote de laminação
Princípio de funcionamento
Número de rolos
Forma dos
rolos
Faixa de trabalho
2
8–102 mm
Passo
máximo 2mm
3
1,4–230 mm
3
3-45mm
2
1,6-80mm
32
Outro processo muito utilizado para fabricação de roscas externas é o por
pentes planos, aplicado para a obtenção de peças roscadas com baixo custo e uma
grande produtividade. Neste processo, são utilizadas duas placas planas, onde uma
das placas realiza o movimento linear paralelo deslizando sobre a outra placa que
fica fixa no eixo (CARVALHO, 2011). Através desse movimento de avanço é gerado
o perfil da rosca do parafuso que pode ser visualizado na Figura 12.
Figura 12: Laminação de roscas por placas planas (Fonte: Carvalho, 2011).
Segundo Carvalho (2011), o processo de laminação de roscas com cilindro e
segmento de rosqueamento, é direcionado para altas produtividades com eixos
contínuos ou peças de pequenos e grandes portes especialmente na indústria de
fabricação de parafusos. Nesse processo, o material é comprimido entre elementos
de rosqueamento fixos e reguláveis, onde o sistema é composto por ferramenta
laminadora (rolo) que fica rotacionando sobre seu eixo e posicionando
tangencialmente ao segmento de rosca conforme pode ser visto na Figura 13.
Figura 13: Laminação de roscas pelo processo de cilindro de rosqueamento (Fonte:
Carvalho, 2011).
33
2.3 Microdureza
Nas especificações de materiais, os valores de dureza são amplamente
utilizados durantes os estudos, sejam eles empregados em pesquisas mecânicas,
metalúrgicas sejam para comparação dos diversos materiais. O termo dureza não
tem o mesmo sentido para todas as áreas que pesquisam essa propriedade. O
conceito físico depende da experiência e do ramo de atuação de cada área que
estuda o assunto (DIETER, 1976).
Para as áreas distintas existentes, podemos destacar as seguintes
características:
ü Para a área de metalurgia, o significado de dureza está relacionado com a
resistência de um material à deformação permanente;
ü Na engenharia mecânica, dureza é definida como a resistência à penetração
de um material mais duro em outro;
ü Para a área de usinagem, a dureza está relacionada com a capacidade de um
material resistir ao corte (VIEIRA, 1996).
O ensaio que melhor define essa propriedade deve ser conduzido sempre
seguindo rigorosamente as normas técnicas, isso de acordo com a aplicação e a
área pela qual o ensaio está destinado (SOUZA, 1982). Neste trabalho, o ensaio
mais indicado foi a dureza por penetração, considerando a escala de microdureza
Vickers devido a dimensão do encruamento dos perfis de rosca que foram
comparados.
A dureza Vickers, introduzida por Smith e Sandland (1925), possui um
endentador de formato piramidal fabricado em diamante com sua base quadrada, o
ângulo de ponta desse instrumento mede 136° que pode ser visto na Figura 14. Para
esse método de medição, a carga varia entre 1 kgf e 120 kgf, para a dureza Vickers
convencional, o número da dureza em materiais homogêneos é sempre o mesmo,
qualquer que seja a carga aplicada. Para cargas muito pequenas, a dureza pode
variar de uma carga para outra, sendo indispensável mencionar qual a carga
utilizada para um determinado ensaio.
34
Figura 14: Penetrador de impressão Vickers (Fonte: Souza, 1982).
Segundo Fromentin et al. (2005), em roscas laminadas, a raiz do perfil da
rosca é a região que apresenta o maior índice de deformação associada a uma
maior dureza.
Fette (2015) mostrou que o aumento da dureza de uma rosca laminada está
relacionado com o tanto que se afasta do núcleo da peça, ou seja, onde existe o
maior contato da peça com a ferramenta a dureza é superior. A Figura 15 mostra a
distribuição de dureza em um perfil laminado.
Figura 15: Resistência de uma rosca laminada em relação ao núcleo da peça
(Fonte: Fette, 2015).
Maciel et al. (2015) estudaram o comportamento da microdureza em rosca
externa na liga de titânio Ti-6Al-4V fabricada pelo processo de conformação usando
35
cabeçote laminador. O autor verificou que a microdureza possui um valor maior na
raiz do filete da rosca do que na crista do filete, o que implica que a deformação do
material é mais evidente na região mais endurecida. A Figura 16 mostra a região
onde foram feitas as medições e os valores encontrados na raiz e na crista do filete.
Figura 16: Microdureza do perfil da rosca externa conformada (Fonte: Adaptado de
Maciel et al, 2015).
Pereira (2014) analisou o comportamento da microdureza no rosqueamento
interno na liga de alumínio 6351. Foi observado que no alumínio a microdureza sofre
pouca alteração quando submetida ao processo de conformação de roscas. Isso
pode ser explicado, pois a liga de alumínio suporta maior deformação sem que haja
um significativo aumento da dureza ou resistência mecânica.
Oliveira (2015) estudou o rosqueamento por laminação de roscas internas na
liga de alumínio 7075-T6, onde verificou que não existe um aumento significativo na
dureza do material na região da base da rosca quando submetido a esse processo.
Ainda segundo o autor, com o aumento da velocidade de laminação, existe uma
tendência de redução da microdureza na região da crista da rosca e aumento da
microdureza na região de raiz.
Os estudos referentes à microdureza mostram que o processo de fabricação
de roscas a frio por conformação provoca um encruamento no material e
consequentemente um aumento da microdureza na região de deslocamento do
material. Porém, o aumento da microdureza está relacionado com o material de
estudo podendo gerar um aumento significativo ou simplesmente uma pequena
alteração.
36
2.4 Tolerância Dimensional
A tolerância dimensional tem como conceito básico a variação admitida, em
sua dimensão, no projeto de uma determinada peça. Essa variação é resultante do
processo de fabricação e está intrínseca em todos os processos. Embora o conceito
seja único, existem diferentes tipos de representações para a especificação de
tolerâncias dimensionais em componentes. Um mesmo componente, dependendo
dos requisitos, pode considerar diferentes tipos de representações (UMARAS,
2010).
Segundo ABNT (2004), para cada um dos elementos existentes em uma
rosca, diâmetro de flanco, diâmetro menor ou diâmetro maior, sejam eles para rosca
externa, sejam para interna, é estabelecida uma série de graus de tolerâncias e
posições dos campos de tolerância. Os graus de tolerância variam de acordo com a
Tabela 4.
Tabela 4: Graus de tolerância para roscas (Fonte: Autoria própria).
Os campos de tolerância são relacionados com as posições em relação à
linha zero designada por uma ou duas letras, as maiúsculas para furos e as
minúsculas para eixos. Em roscas, as posições de tolerâncias são utilizadas
somente nas posições G e H para as roscas internas e e, f, g, h para roscas
externas, em ambos os casos, a posição H/h possui afastamento fundamental zero
(ABNT, 2004). As Figuras 17 e 18 mostram a utilização das posições de tolerância
para roscas internas e externas respectivamente.
37
Figura 17: Posições de tolerância rosca interna (Fonte: ABNT, 2004).
Figura 18: Posições de tolerância rosca externa (Fonte: ABNT, 2004).
Para o dimensionamento de uma rosca é preciso combinar os graus e a
posição dos campos de tolerância para um bom emprego das tolerâncias usuais
fina, média e grossa associadas ao comprimento de contato curto, normal e longo.
Nas classes de tolerância existentes para roscas externas, a classe que apresenta
um ajuste mais fino é o 4h, por isso, o trabalho focou em atingir roscas nessa classe.
38
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Neste capítulo, serão apresentados os fatores experimentais que foram
escolhidos, a saber; a velocidade de laminação, o diâmetro inicial da haste e o tipo
de lubrificação, além dos equipamentos, o material empregado nos testes
experimentais e as ferramentas. Também é apresentado, neste capítulo, o
planejamento experimental de cada etapa e os procedimentos para execução dos
experimentos.
Os experimentos de laminação com a liga de alumínio 7075-T6 foram
realizados no Laboratório de Processos de Fabricação do Departamento de
Engenharia Mecânica (DEMEC) da Universidade Federal de São João del-Rei –
UFSJ.
3.1 Equipamentos
3.1.1 Centro de usinagem A máquina ferramenta utilizada nos experimentos foi um centro de
torneamento da marca ROMI, modelo GL 240M, como demonstrado na Figura 19.
Esse equipamento possui potência máxima de 15 kW na árvore, rotação máxima de
6.000 RPM, com velocidade de avanço rápido longitudinal e transversal de 30
m/min, com comando CNC Fanuc Oi TD. A máquina possui uma torre que permite a
montagem de até 12 ferramentas, sendo possível a montagem de ferramentas
acionadas para usinagens radiais e axiais. O carro possui curso transversal (eixo X)
de 188 mm e longitudinal (eixo Z) de 400 mm, com diâmetro máximo torneável de
260 mm e comprimento de 400 mm.
39
Figura 19: Centro de torneamento ROMI (Fonte: Autoria Própria).
3.1.2 Microscópio eletrônico de varredura (MEV)
Para efetuar a análise do perfil da rosca e topografia dos filetes, foi utilizado
um microscópio eletrônico de varredura da marca HITACHI, modelo TM3000 na
faixa de ampliação entre 30X e 100X, conforme apresentado na Figura 20.
Figura 20: Microscópio eletrônico de varredura (Fonte: Autoria própria).
40
3.1.3 Microscópio óptico Para analisar a altura e o passo dos filetes das roscas, foi utilizado um
microscópio da marca Mitutoyo modelo TM-510 acoplado a um computador com o
software Moticam Solution MLC-150C. Para a medição, foi necessária a utilização
de uma ferramenta disponível no software Moticam que permite selecionar pontos
no perfil da rosca com uma linha contínua, assim, definir o comprimento de acordo
com a ampliação desejada. A Figura 21 traz a imagem do microscópio utilizado.
Figura 21: Microscópio Mitutoyo TM - 500 Séries (Fonte: Autoria própria).
Ainda na parte de microscopia, foi usado um equipamento com um campo de
visualização maior do que o citado anteriormente para poder analisar a
microestrutura e macroestrutura da peça após a deformação. Para isso, foi utilizado
um microscópio da marca Olympus SC 30 BX51 com zoom de até 1000X associado
ao software Stream Motion que pode ser visto na Figura 22.
Figura 22: Microscópio utilizado para macrografia (Fonte: Autoria própria).
41
3.1.4 Embutimento Para atacar quimicamente e analisar a micrografia das deformações, os
corpos de prova forma embutidos em resina baquelite. Para fazer o embutimento, foi
utilizada uma embutidora metalográfica da marca teclago modelo EM30D, com 30
mm de diâmetro. Para o embutimento, o corpo de prova foi colocado na câmara de
prensagem e inserido a baquelite.
Após o fechamento da câmara, foi inserida uma pressão de aproximadamente
115 kgf/cm² que permaneceu constante durante todo o trabalho. Ao apertar o start, a
câmara é aquecida gradativamente até atingir 170°C, quando se alcança essa
temperatura, contam-se 4 min regressivamente. Ao término do tempo, inicia-se o
processo de resfriamento e, quando a peça atinge 70°C, o processo é finalizado. Na
Figura 23, tem-se a máquina de embutir e o corpo de prova já finalizado.
Figura 23: Embutidora metalográfica com corpo de prova (Fonte: Autoria própria).
3.1.5 Lixamento, polimento e ataque químico Antes do corpo de prova ser levado para análise micrográfica no microscópio,
é necessário que ele passe pelo processo de polimento e ataque químico com ácido.
O processo de lixamento iniciou com a lixa 240 e foi até a 2500 na politriz/lixadeira
metalográfica. Após chegar na lixa mais fina, foi necessário o polimento da peça,
para isso, foi utilizado pano de feltro metalográfico umedecido, tendo como abrasivo
pasta de diamante com granulometria de 1 mícron. Para retirar partículas ou
42
qualquer contaminação proveniente do processo de polimento, o corpo de prova foi
lavado na máquina de ultrassom da marca Pantec submerso em álcool.
(a) (b)
Figura 24: a) Máquina de lixamento/polimento b) Máquina de limpeza por ultra-som
(Fonte: Autoria própria).
Segundo Coutinho (1980), para que se consiga atacar de forma eficiente o
alumínio e suas ligas, é preciso preparar uma solução ácida que contenha 0,5% de
ácido fluorídrico, 1,5% de ácido clorídrico, 2,5% ácido nítrico em uma solução de 100
ml de água destilada. Essa solução foi usada para o ataque dos corpos de prova,
que ficaram imersos por 10s, e, logo após, foram lavados com água.
3.1.5 Microdurômetro Foi analisada a microdureza ao longo do filete da rosca, tendo três pontos
principais de análise: crista, raiz e base do filete, conforme Figura 25.
Figura 25: Esquema de medição da microdureza das roscas (Fonte: Autoria própria).
43
Para a medição das microdurezas, foi utilizado um microdurômetro da marca
Mitutoyo modelo MVK-G1, conforme Figura 26. A carga aplicada foi de 25 gf (grama
força) por um tempo de 20s. O corpo de prova foi colocado em resina sintética de
baquelite para que a medição pudesse ser feita. A medição da microdureza foi
realizada três vezes em cada região, de modo a minimizar erros decorrentes desse
processo. Para garantir que uma medição não influenciasse em outra, utilizou-se um
espaçamento de três vezes a impressão deixada na peça.
Figura 26: Microdurômetro (Fonte: Autoria própria).
3.1.5 Micrômetro Para a análise dimensional do diâmetro maior da rosca, foi utilizado um
micrômetro externo da marca Mitutoyo com intervalo de medição de 0-30 mm e
precisão de 0,001 mm, ilustrado na Figura 27.
Figura 27: Medição do diâmetro externo da rosca utilizando micrômetro (Fonte:
Autoria própria).
44
3.2 Ferramentas
3.2.1 Cabeçote laminador Para a laminação da rosca, foi utilizado um cabeçote laminador de três rolos
da marca Fette do tipo F1 K1, adaptado com roletes para laminação de roscas
M10x1,5. As Figuras 28 e 29 demonstram como todo o sistema foi montado na
máquina e o cabeçote laminador, respectivamente.
Figura 28: Sistema para laminação (Fonte: Autoria própria).
Figura 29: Representação do cabeçote parte externa (a) e interna (b) (Fonte:
Adaptado de Fette, 2015).
45
3.2.2 Ferramentas de corte utilizadas Para a preparação dos corpos de prova de acordo com o diâmetro inicial da
haste foi utilizado um inserto de carbeto de tungstênio, com código CNMG 120408
PM. O suporte de torneamento ao qual foi inserido o inserto é DCLNL 2020H. Para
cortar as peças já laminadas, foi utilizada uma ferramenta de canal código L123G2-
0300-0502-CM2135 montada no suporte código DGTR 20B-2D35. O conjunto de
ferramentas e suporte que foram utilizados são todos da marca Sandvik Coromant e
são apresentados na Figura 30.
Figura 30: Ferramentas de corte utilizadas (Fonte: Autoria própria).
3.2 Sistema de MQL Para aplicação direcionada do óleo LB-1000 na zona de conformação, foi
utilizado um sistema de MQL da marca Acculube modelo 04AD-STD onde regulou-
se a vazão para 100 ml/h do óleo LB-1000. A imagem do equipamento é mostrada
na Figura 31.
Figura 31: Equipamento de MQL (Fonte: Autoria própria).
46
3.3 Corpo de Prova
Os corpos de prova utilizados durante os experimentos foram hastes de
alumínio 7075-T6, que possuem uma boa ductilidade, o que é essencial para o
desenvolvimento do processo de rosqueamento por laminação. Além disso, o
material está associado a uma baixa densidade e uma boa resistência mecânica.
As dimensões dos corpos de prova utilizadas nos experimentos foram 11 mm
de diâmetro externo e comprimento igual a 200 mm (Figura 32b). Dessa haste, foi
gerada uma rosca padrão métrica M10 com passo de 1,5 mm fabricada por
conformação com um comprimento de 15 mm. A Figura 32 mostra o corpo de prova
já conformado e haste.
Figura 32: a) Rosca M 10 x 1,5 mm fabricada por conformação. b) Haste para
execução do corpo de prova (Fonte: Autoria própria).
3.4 Planejamento Para a usinagem de preparação do diâmetro externo da haste, foi utilizada
uma velocidade de corte e um avanço constante, onde todo o material foi removido
em apenas um passe. Para sangrar a peça depois de cada teste experimental, foi
utilizada também uma velocidade de corte e um avanço constante. Os parâmetros
utilizados foram fornecidos pelo fabricante da ferramenta e obtidos através de seus
catálogos e podem ser visto na Tabela 5.
47
Tabela 5: Parâmetros fixados para a preparação dos corpos de prova (Fonte: Autoria própria).
Parâmetros Valores
Torneamento Sangramento
Velocidade de corte [m/min] 300 150
Avanço [mm/volta] 0,2 0,15
Condição de refrigeração Seco Seco
Para a execução dos experimentos de rosqueamento externo por
conformação na liga de alumínio 7075-T6, foram utilizados como parâmetros de
entrada a velocidade de laminação, sistema de lubrificação e diâmetro inicial da
haste. A Tabela 6 mostra os fatores e níveis estudados nos experimentos.
Tabela 6: Fatores e níveis do experimento (Fonte: Autoria própria).
Parâmetros de entrada Níveis das variáveis
-1 0 1 Diâmetro da haste [mm] 9,0 9,1 9,2 Tipo de lubrificação Seco Emulsão MQL
Velocidade de laminação [m/min] 20 40 60
Como ainda não existe uma forma definida para relacionar o diâmetro inicial
da haste e o tipo de material com o diâmetro final da rosca, foram feitos pré-testes
para definir os valores dos diâmetros iniciais utilizados. Esses testes foram feitos
com o objetivo do material preencher o máximo do perfil da rosca sem atingir o
ponto de cisalhamento do material.
Para a seleção das velocidades de laminação, foi utilizado o catálogo Fette,
onde se recomendavam velocidades de laminação entre 20 e 60 m/min, não
especificando essa relação com o tipo de material a ser trabalhado.
Os tipos de lubri-refrigeração escolhidos tiveram por objetivos estudar a suas
influências na manufatura de roscas externas por laminação, tanto nos aspectos
dimensionais, quanto nos aspectos de acabamento superficial. No sistema de
48
emulsão, foi utilizado o óleo solúvel com concentração de 10% aplicado através do
bocal existente na máquina.
3.4.1 Planejamento do experimento Os mais diversificados tipos de experimentos são realizados por
pesquisadores em praticamente todas as áreas de estudo e, tem como objetivo
encontrar algum fator importante sobre um determinado sistema ou processo.
Experimento pode ser definido como um teste ou uma série deles, onde os
parâmetros de entrada são modificados de forma propositada a fim de que se
possam observar e identificar as razões para as mudanças na resposta
(MONTGOMERY, 2009).
Quando há interesse em estudar um determinado processo que engloba dois
ou mais fatores simultaneamente, o planejamento fatorial pode ser utilizado. O nível
de fator é denominado por cada subdivisão que é feita em um determinado
processo, já os tratamentos estão relacionados com todas as combinações
diferentes entre os diversos fatores considerados os diferentes níveis
(MONTGOMERY, 2009).
Segundo Galdámez (2002), a aleatorização é o processo que permite definir a
ordem em que serão realizados os experimentos, através de sorteio ou por
limitações específicas dos testes. Tal processo ainda está relacionado com o
processo de utilização do material e equipamento, nas mais diversas condições
experimentais.
Nos experimentos, a aleatorização é muito importante, pois permite balancear
os efeitos gerados pelos fatores não controláveis nas variáveis analisadas como
respostas, permitindo, dessa maneira, a normalidade dos dados. Ainda é essencial
que o experimento esteja de acordo com métodos estatísticos, onde é exigido que o
erro seja proveniente de variáveis aleatórias independentes (CHEW, 1957).
A repetição consiste na realização de um determinado teste duas, três ou
mais vezes nas mesmas condições pré-estabelecidas. Com essa técnica, é possível
estimar como o erro experimental afeta os resultados dos testes e ainda se esses
resultados são estatisticamente diferentes. Pela média das amostras, também é
possível verificar se existe influência de uma determinada variável sobre o
comportamento de um processo (BUTTON, 2016).
49
Nos experimentos, os testes realizados foram aleatorizados aplicando o
método de planejamento de experimentos fatorial completo, onde foram utilizados
como variáveis de entrada o diâmetro inicial da haste, tipo de lubri-refrigeração e
velocidade de laminação. Para cada condição experimental estudada, foram
realizadas três réplicas, a fim de se garantir a consistência das respostas obtidas,
portanto, foi realizado um total de 81 experimentos. Para o tratamento dos dados, foi
utilizado o software estatístico MinitabTM 17, as ferramentas utilizadas foram
planejamento de experimentos (DOE) e análise de variância (ANOVA). A execução
dos experimentos foi realizada de acordo com a Tabela 7.
Tabela 7: Ordem de execução dos experimentos (Fonte: Autoria própria).
(continua)
Ordem de execução CP Velocidade de laminação
[m/min] Tipo de
Lubrificação Diâmetro da
haste
1 20 60 9 MQL 2 69 40 9,1 Emulsão 3 6 20 9,1 Emulsão 4 9 20 9,2 Emulsão 5 38 40 9 MQL 6 32 20 9,1 MQL 7 61 20 9,2 Seco 8 54 60 9,2 Emulsão 9 16 40 9,2 Seco
10 24 60 9,1 Emulsão 11 44 40 9,2 MQL 12 62 20 9,2 MQL 13 64 40 9 Seco 14 40 40 9,1 Seco 15 21 60 9 Emulsão 16 74 60 9 MQL 17 2 20 9 MQL 18 8 20 9,2 MQL 19 49 60 9,1 Seco 20 18 40 9,2 Emulsão 21 42 40 9,1 Emulsão 22 75 60 9 Emulsão 23 29 20 9 MQL 24 79 60 9,2 Seco 25 33 20 9,1 Emulsão 26 76 60 9,1 Seco 27 4 20 9,1 Seco
50
Ordem de execução CP Velocidade de laminação
[m/min] Tipo de
Lubrificação Diâmetro da
haste
28 67 40 9,1 Seco 29 28 20 9 Seco 30 10 40 9 Seco 31 23 60 9,1 MQL 32 66 40 9 Emulsão 33 73 60 9 Seco 34 57 20 9 Emulsão 35 43 40 9,2 Seco 36 72 40 9,2 Emulsão 37 65 40 9 MQL 38 30 20 9 Emulsão 39 37 40 9 Seco 40 35 20 9,2 MQL 41 27 60 9,2 Emulsão 42 78 60 9,1 Emulsão 43 11 40 9 MQL 44 53 60 9,2 MQL 45 31 20 9,1 Seco 46 17 40 9,2 MQL 47 77 60 9,1 MQL 48 12 40 9 Emulsão 49 36 20 9,2 Emulsão 50 22 60 9,1 Seco 51 81 60 9,2 Emulsão 52 45 40 9,2 Emulsão 53 50 60 9,1 MQL 54 52 60 9,2 Seco 55 56 20 9 MQL 56 70 40 9,2 Seco 57 68 40 9,1 MQL 58 5 20 9,1 MQL 59 59 20 9,1 MQL 60 14 40 9,1 MQL 61 71 40 9,2 MQL 62 48 60 9 Emulsão 63 19 60 9 Seco 64 26 60 9,2 MQL 65 63 20 9,2 Emulsão 66 13 40 9,1 Seco 67 7 20 9,2 Seco 68 60 20 9,1 Emulsão 69 55 20 9 Seco 70 46 60 9 Seco 71 58 20 9,1 Seco
51
Ordem de execução CP Velocidade de laminação
[m/min] Tipo de
Lubrificação Diâmetro da
haste
72 51 60 9,1 Emulsão 73 39 40 9 Emulsão 74 25 60 9,2 Seco 75 80 60 9,2 MQL 76 15 40 9,1 Emulsão 77 1 20 9 Seco 78 3 20 9 Emulsão 79 34 20 9,2 Seco 80 41 40 9,1 MQL 81 47 60 9 MQL
Foram adotadas como variáveis resposta, o diâmetro maior da rosca,
acabamento do perfil da rosca e sua topografia, a microdureza no perfil da rosca e a
microestrutura do material após laminado.
52
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo, serão apresentados os resultados obtidos no processo de
rosqueamento externo por conformação através de cabeçote laminador na liga de
alumínio 7075-T6.
4.1 Análise do Diâmetro Externo da Rosca Para a fabricação das roscas, foram variados o diâmetro inicial da haste, a
velocidade de laminação e o tipo de lubrificação. Embora o cabeçote laminador
tenha sido regulado para o diâmetro externo de 10 mm, ocorreram variações nesse
diâmetro decorrentes dos parâmetros utilizados no processo. Com o micrômetro, foi
medido o diâmetro externo de todos os corpos de prova, todas as medidas foram
feitas 3 vezes, girando a peça em um ângulo de 120° para garantir a confiabilidade
dos resultados. Porém, para análise desse diâmetro com ferramenta estatística, foi
adotado o valor médio dessas três medições. As medições realizadas, os valores
médios, juntamente com os parâmetros de entrada, são mostrados na Tabela 8.
Tabela 8: Valores de diâmetro medidos nas peças (Fonte: Autoria própria).
Corpo de
prova
Velocidade de
Laminação [m/min]
Diâmetro da Haste
[mm] Lubrificação Ø1 Ø2 Ø3 Média 1 20 9 Seco 9,951 9,964 9,958 9,958
2 20 9 MQL 9,951 9,954 9,945 9,950
3 20 9 Emulsão 9,953 9,951 9,946 9,950
4 20 9,1 Seco 9,988 9,989 9,993 9,990
5 20 9,1 MQL 9,965 9,932 9,954 9,950
6 20 9,1 Emulsão 9,993 9,982 9,983 9,986
7 20 9,2 Seco 9,967 9,986 9,968 9,974
8 20 9,2 MQL 9,890 9,903 9,896 9,896
9 20 9,2 Emulsão 9,991 9,982 9,982 9,985
10 40 9 Seco 9,932 9,932 9,932 9,932
11 40 9 MQL 9,953 9,958 9,951 9,954
12 40 9 Emulsão 9,953 9,949 9,945 9,949
13 40 9,1 Seco 9,965 9,968 9,967 9,967
14 40 9,1 MQL 9,938 9,970 9,935 9,948
15 40 9,1 Emulsão 9,987 9,990 9,984 9,987
53
Corpo de
prova
Velocidade de
Laminação [m/min]
Diâmetro da Haste
[mm] Lubrificação Ø1 Ø2 Ø3 Média 16 40 9,2 Seco 9,963 9,955 9,958 9,959
17 40 9,2 MQL 9,932 9,928 9,946 9,935
18 40 9,2 Emulsão 9,998 9,974 9,943 9,972
19 60 9 Seco 9,942 9,939 9,931 9,937
20 60 9 MQL 9,958 9,943 9,949 9,950
21 60 9 Emulsão 9,963 9,943 9,956 9,954
22 60 9,1 Seco 9,952 9,967 9,952 9,957
23 60 9,1 MQL 9,935 9,938 9,938 9,937
24 60 9,1 Emulsão 9,968 9,962 9,969 9,966
25 60 9,2 Seco 9,934 9,949 9,942 9,942
26 60 9,2 MQL 9,942 9,938 9,936 9,939
27 60 9,2 Emulsão 9,948 9,948 9,937 9,944
28 20 9 Seco 9,949 9,945 9,949 9,948
29 20 9 MQL 9,947 9,946 9,947 9,947
30 20 9 Emulsão 9,952 9,951 9,947 9,950
31 20 9,1 Seco 9,981 9,989 9,961 9,977
32 20 9,1 MQL 9,953 9,935 9,942 9,943
33 20 9,1 Emulsão 9,958 9,984 9,998 9,980
34 20 9,2 Seco 9,953 9,954 9,953 9,953
35 20 9,2 MQL 9,920 9,891 9,889 9,900
36 20 9,2 Emulsão 9,999 9,961 9,990 9,983
37 40 9 Seco 9,942 9,940 9,938 9,940
38 40 9 MQL 9,949 9,942 9,949 9,947
39 40 9 Emulsão 9,951 9,946 9,953 9,950
40 40 9,1 Seco 9,974 9,988 9,952 9,971
41 40 9,1 MQL 9,961 9,969 9,935 9,955
42 40 9,1 Emulsão 9,977 9,971 9,972 9,973
43 40 9,2 Seco 9,963 9,962 9,965 9,963
44 40 9,2 MQL 9,928 9,927 9,945 9,933
45 40 9,2 Emulsão 9,969 9,969 9,962 9,967
46 60 9 Seco 9,948 9,949 9,943 9,947
47 60 9 MQL 9,954 9,945 9,951 9,950
48 60 9 Emulsão 9,958 9,951 9,951 9,953
49 60 9,1 Seco 9,962 9,964 9,954 9,960
54
Corpo de
prova
Velocidade de
Laminação [m/min]
Diâmetro da Haste
[mm] Lubrificação Ø1 Ø2 Ø3 Média 50 60 9,1 MQL 9,937 9,947 9,936 9,940
51 60 9,1 Emulsão 9,961 9,959 9,960 9,960
52 60 9,2 Seco 9,935 9,937 9,928 9,933
53 60 9,2 MQL 9,941 9,948 9,941 9,943
54 60 9,2 Emulsão 9,951 9,945 9,954 9,950
55 20 9 Seco 9,935 9,938 9,937 9,937
56 20 9 MQL 9,931 9,941 9,932 9,935
57 20 9 Emulsão 9,952 9,951 9,957 9,953
58 20 9,1 Seco 9,956 9,969 9,968 9,964
59 20 9,1 MQL 9,958 9,942 9,948 9,949
60 20 9,1 Emulsão 9,963 9,951 9,993 9,969
61 20 9,2 Seco 9,958 9,953 9,955 9,955
62 20 9,2 MQL 9,873 9,921 9,897 9,897
63 20 9,2 Emulsão 9,990 9,973 9,987 9,983
64 40 9 Seco 9,952 9,945 9,948 9,948
65 40 9 MQL 9,942 9,937 9,942 9,940
66 40 9 Emulsão 9,971 9,958 9,964 9,964
67 40 9,1 Seco 9,995 9,958 9,986 9,980
68 40 9,1 MQL 9,940 9,940 9,940 9,940
69 40 9,1 Emulsão 9,970 9,980 9,970 9,973
70 40 9,2 Seco 9,955 9,939 9,943 9,946
71 40 9,2 MQL 9,947 9,932 9,951 9,943
72 40 9,2 Emulsão 9,946 9,973 9,951 9,957
73 60 9 Seco 9,936 9,918 9,926 9,927
74 60 9 MQL 9,957 9,949 9,948 9,951
75 60 9 Emulsão 9,950 9,948 9,952 9,950
76 60 9,1 Seco 9,964 9,968 9,976 9,969
77 60 9,1 MQL 9,958 9,945 9,954 9,952
78 60 9,1 Emulsão 9,971 9,972 9,971 9,971
79 60 9,2 Seco 9,949 9,946 9,949 9,948
80 60 9,2 MQL 9,918 9,923 9,919 9,920
81 60 9,2 Emulsão 9,943 9,954 9,943 9,947
55
4.1.1 Análise estatística do diâmetro externo da rosca Após ser feita a medição do diâmetro externo das roscas e calcular o valor
médio, utilizou-se o software MinitabTM 17, para calcular o que influenciou ou não no
diâmetro da peça com auxílio da ferramenta de análise de variância (ANOVA). Foi
admitido um intervalo de confiança de 95%, em que, baseado pela ANOVA, os
fatores são estatisticamente significantes se o P-valor for menor ou igual a 0,05. O
F-valor, representado pela letra F, mostra a quantidade que cada fator influencia na
variável resposta, ou seja, entre os fatores estatisticamente significantes, de acordo
com o P-valor, o fator com maior valor F-valor apresenta mais influência na variável
resposta, se comparado a outro valor que também tenha sido estatisticamente
significante.
A Tabela 9 representa os resultados da análise de variância para os
parâmetros velocidade de laminação, diâmetro da haste, e tipo de lubrificação. A
partir da avaliação do P-valor, observa-se as três variáveis de entrada do processo,
apresentaram efeitos significativos.
Além disso, as interações entre velocidade de laminação/tipo de lubrificação e
entre diâmetro da haste/tipo de lubrificação influenciaram nas respostas,
encontradas durante os experimentos realizados. Segundo Drumond et. al. (1993),
os fatores onde existe interação devem ser considerados de forma conjunta quando
um ou mais efeitos da interação são significativos.
Tabela 9: ANOVA para os parâmetros de entrada (Fonte: Autoria própria).
Efeitos principais e interações Diâmetro externo da rosca
F P-valor
Velocidade de laminação 7,13 0,002
Diâmetro da haste 43,27 0,000 Tipo de lubrificação 77,36 0,000 Velocidade de laminação*Diâmetro da haste 1,93 0,119 Velocidade de laminação* Tipo de lubrificação 11,08 0,000
Diâmetro da haste* Tipo de lubrificação 19,11 0,000 R² (ajustado) 83,53%
56
Ao realizar a investigação do parâmetro F, observou-se que o tipo de
lubrificação foi o fator que mais influenciou na variável resposta diâmetro maior da
rosca.
4.1.2 Avaliação dos efeitos principais O diâmetro externo da rosca apresentou uma tendência a ser menor quando
submetido à velocidade de corte de 60 m/min. Essa disposição pode ser observada
na figura 33, que ainda detalha um pequeno aumento no diâmetro com a utilização
da velocidade de corte de 40 m/min.
Figura 33: Efeitos principais para a velocidade de laminação na resposta diâmetro
maior da rosca (Fonte: Autoria própria).
A influência da velocidade está diretamente relacionada com aumento de
temperatura, seja devido ao atrito entre os metais seja relacionada com a
deformação microestrutural. Independente do tipo de atrito, como no caso do
processo de rosqueamento, que ocorre por rolamento existe sempre um aumento de
temperatura entre o contato das duas regiões que se tocam. Pode-se definir que a
capacidade de um material se deformar plasticamente está fortemente relacionado
com a habilidade das discordâncias se movimentarem e, o calor neste aspecto,
colabora para esta movimentação. Entretanto, observa-se na Figura 33 que o uso de
uma velocidade elevada, considerada para este processo especificamente, poderia
ter contribuído para esta movimentação no sentido do aumento do diâmetro. Porém
57
por outro lado, a temperatura pode ter facilitado o fenômeno de recristalização do
material provocando uma menor deformação plástica.
Assim, não ocorreu uma deformação plástica permanente que poderia ter
influenciado no movimento de discordâncias, pois de acordo com Callister (2007)
normalmente, após a recristalização os grãos se tornam novamente equiaxiais e
suas dimensões ficam novamente iguais em todas as direções. Assim, o uso de
velocidades mais altas não necessariamente contribui para uma deformação do
material gerando maiores diâmetros, e não permite um controle dimensional com o
perfil da rosca de maior precisão.
Paralelamente, deve-se considerar que segundo Callister (2007) a
temperatura de recristalização do alumínio puro é de 80°C e que temperatura de
recristalização depende de tempo, assim para a velocidade mais alta pode ter
ocorrido proporcionalmente uma temperatura mais alta, porém em um menor tempo
gerando uma pequena deformação e uma rápida recristalização da região
deformada.
Na Figura 34, é apresentada a relação do tipo de lubrificação aplicada com a
variável resposta diâmetro maior da rosca. Através da imagem, observou-se que,
com a utilização do tipo de lubrificação MQL, tem-se uma tendência a conseguir
diâmetros menores de rosca, acompanhado do sistema seco e, após, do sistema
emulsão, que adquiriu diâmetros menores.
Conforme comentado acima, o aumento da velocidade provocou um aumento
da temperatura, porém quando considerado o sistema de lubrificação com emulsão,
este tem maior capacidade de remover calor, pois o índice “h” para refrigeração
forçada com fluido varia de 60 a 25.000 W/(m2.K) e dessa forma, tem maior
capacidade de retirar calor do processo que o ar ou o sistema de MQL
(INCROPERA, 1992).
58
Figura 34: Efeitos principais para o tipo de lubrificação na resposta diâmetro maior
da rosca (Fonte: Autoria própria).
Assim, o sistema de emulsão pode ter reduzido ainda mais efeito da
recristalização interna do material, permitindo maior deformação e menor
recuperação do material. Assim, a Figura 34 mostra que existe um balanço térmico
que deve ser considerado no processo de laminação de roscas, pois o fenômeno de
deformação, encruamento e a recristalização dos materiais estão relacionados com
o tempo de deformação, tempo de recristalização que é diretamente proporcional à
velocidade empregada e ao tipo de resfriamento empregado no processo.
Neste aspecto, o sistema de MQL apresentou o menor resultado de diâmetro,
que pode ser ocorrido pelo fato do mesmo ser um sistema de resfriamento híbrido
com uma mínima quantidade de óleo, porém com elevado índice “h” de remoção de
calor e, uma maior quantidade de ar devido a alta vazão empregada, porém com
baixa capacidade de remover calor na região estudada (30 a 300 W/(m2.K))
Na Figura 35 observa-se a influência do diâmetro inicial dos corpos de prova.
Nota-se que ao contrário do esperado o maior diâmetro empregado de 9,2 mm, que
poderia gerar um maior preenchimento da região deformada e consequentemente
um perfil de rosca mais completo, devido ao maior volume de material, gerou
diâmetros com a mesma ordem de grandeza do diâmetro inicial de 9,0 mm. Isto
demonstra que pode ter ocorrido uma maior deformação do material, pois durante a
deformação plástica, as discordâncias movimentam-se e interagem entre si podendo
corrigir defeitos internos no material (Callister, 2007) ou pode ter ocorrido um
59
cisalhamento do material formando cavacos que foram expulsos da região
trabalhada após o término do processo de rosqueamento.
Para o diâmetro de 9,0 mm ocorreu o previsível devido ao pequeno volume de
material que se tinha para gerar um perfil de rosca, ou seja, obtiveram-se os
menores diâmetros de rosca. Dessa forma, o diâmetro intermediário de 9,1 mm
proporcionou os maiores diâmetros final de rosca, definindo um volume de material
ótimo que permitiu uma boa movimentação na estrutura cristalina do material sem
comprometer a dimensão final e sem a formação de cavacos.
Figura 35: Efeitos principais para o diâmetro da haste na resposta diâmetro maior da
rosca (Fonte: Autoria própria).
4.1.3 Análise das interações De acordo com os resultados do teste ANOVA, duas interações tiveram
efeitos significativos no diâmetro externo da rosca. A Figura 36 mostra a influência
desses fatores de forma conjunta entre a velocidade de laminação e o tipo de
lubrificação. É possível verificar que, onde se atingiu o menor valor para o diâmetro
maior da rosca, foi com o sistema de lubrificação MQL associado à velocidade de
laminação 20 m/min.
O sistema MQL proporcionou para todas as velocidades de cortes estudadas
os menores valores de diâmetro, o que é um forte indício de que esse tipo de
lubrificação ocasiona uma menor deformação do material. O sistema de lubrificação
emulsão gerou os maiores valores de diâmetro externo para todas as velocidades de
corte estudadas, sendo a velocidade de corte de 20 m/min a responsável pelo maior
9,29,19,0
9,965
9,960
9,955
9,950
9,945
Diâmetro da Haste [mm]
Diâ
met
ro e
xter
no [m
m]
60
valor. Sem a utilização de lubrificação, no sistema seco, atingiram-se valores
intermediários para as três velocidades de corte estudas.
Conforme comentado anteriormente o sistema de MQL apresenta um índice
“h” para o coeficiente de convecção maior que o rosqueamento a seco que está na
faixa de 5 a 30 W/(m2.K), pois a seco o ar natural não é um sistema de resfriamento
forçado como ocorre no MQL. Assim, o sistema de MQL pode não ter permitido uma
boa deformação do material principalmente com o menor valor de velocidade de 20
m/min devido as temperaturas mais baixas. Por outro lado, ao contrário do que se
esperava o sistema de emulsão proporcionou os maiores valores de diâmetro, sendo
estes maiores que o sistema a seco apesar desta diferença ficar próximo de 0,01
mm.
Nota-se na Figura 36 que em dois dos testes realizados, com emulsão e seco,
ocorreu uma redução do diâmetro proporcional ao aumento da velocidade e,
conforme comentando anteriormente, concomitante com o aumento da temperatura.
Por outro lado para o sistema de MQL observa-se uma tendência a ocorrer uma
estabilização na variação do diâmetro final. Este fato pode estar ligado ao
resfriamento forçado devido ao ar empregado no sistema de MQL, gerando um
balanço térmico, durante a deformação da rosca, que conseguiu manter a
temperatura em uma faixa fixa, estabilizando a deformação do material.
Figura 36: Interação entre velocidade de laminação e tipo de lubrificação (Fonte:
Autoria própria).
A Figura 37 traz a análise da interação entre o tipo de lubrificação e diâmetro
inicial da haste. É possível verificar que se atingiu o menor valor de diâmetro externo
604020
9,97
9,96
9,95
9,94
9,93
Velocidade de Laminação [m/min]
Diâ
met
ro e
xter
no [m
m]
EmulsãoMQLSeco
lubrificaçãoTipo de
61
da rosca com a utilização do sistema de MQL associado ao diâmetro inicial dos
corpos de prova de 9,2 mm. Fato importante de ser observado nesse caso é que,
mesmo com um diâmetro dos corpos de prova maior, atingiu-se um diâmetro de
rosca menor. Isso pode estar relacionado com o fato explicado nos parágrafos
anteriores, pois quando há volume excessivo de material no cabeçote laminador, a
deformação é muito grande e pode gerar uma correção das imperfeições internas do
material ou atinge o ponto de cisalhamento do material gerando partículas que se
desprendem do material.
O tipo de lubrificação MQL atingiu o menor valor de diâmetro externo para o
diâmetro da haste de 9,1 mm, somente no diâmetro de 9,0 mm que o sistema seco
apresentou diâmetro menor. Os maiores valores de diâmetro foram atingidos com o
sistema de emulsão e seco para o diâmetro de 9.1 mm. O sistema a seco atingiu
valores intermediários com exceção do diâmetro de 9,0 mm. A interação
apresentada na Figura 37 confirma que o sistema de emulsão proporciona um bom
balanço térmico durante a deformação dos corpos de prova, permitindo um
deslocamento e rearranjo dos contornos de grão do material mais eficiente sem
ocorrer um resfriamento e aquecimento excessivo durante a deformação do perfil de
rosca.
Figura 37: Interação entre diâmetro da haste e tipo de lubrificação (Fonte: Autoria
própria).
9,29,19,0
9,98
9,97
9,96
9,95
9,94
9,93
9,92
Diâmetro da Haste [mm]
Diâ
met
ro e
xter
no [m
m]
EmulsãoMQLSeco
Lubrificação
62
4.2 Análise da Microdureza na Rosca Para a análise da microdureza ao longo do perfil da rosca decorrente do
processo de laminação foram tomados como parâmetro três pontos: crista, base e a
raiz do filete. A Tabela 10 mostra os resultados da microdureza nas regiões com três
repetições (R1, R1, R3), resultando em 81 microendentações para cada ponto da
rosca analisado.
Tabela 10: Microdurezas no filete da rosca (Fonte: Autoria própria).
Corpo de prova
Crista (HV) Raiz (HV) Base (HV) R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3
1 159 164 156 156 161 168 169 167 166 2 135 141 145 143 148 145 153 159 156 3 151 152 151 159 160 159 156 160 159 4 174 164 162 168 164 170 166 162 157 5 147 151 151 152 142 145 150 157 160 6 164 168 162 173 164 161 160 159 160 7 155 150 144 159 157 158 150 150 150 8 159 153 155 154 147 155 150 159 156 9 143 153 144 150 153 152 150 153 151
10 154 146 148 155 149 149 149 150 151 11 150 157 159 158 156 154 151 160 158 12 155 156 159 160 152 163 151 155 144 13 145 144 150 159 154 156 153 151 152 14 147 145 149 157 156 159 143 136 139 15 145 148 144 158 163 159 154 155 148 16 147 141 144 153 145 144 134 127 138 17 137 140 137 143 149 142 138 131 139 18 149 138 138 140 140 136 147 145 143 19 150 146 143 150 147 144 150 141 142 20 158 153 153 156 159 164 164 161 160 21 140 143 136 145 144 140 142 153 146 22 138 128 130 153 156 153 135 144 145 23 147 138 143 135 132 130 131 129 127 24 157 143 148 145 148 150 143 138 141 25 134 139 137 140 137 138 121 119 122 26 153 152 152 165 162 162 138 140 138 27 137 134 136 138 134 135 130 127 133
63
4.2.1 Análise estatística para a microdureza da rosca Após ser feita a medição da microdureza nas três regiões da rosca, utilizou-se
o software MinitabTM 17 para calcular qual fator influenciou ou não na variável
resposta microdureza com o auxílio da ferramenta de análise de variância (ANOVA),
onde foi admitido um intervalo de confiança de 95%. A Tabela 11 representa os
resultados da análise de variância para os fatores velocidade de laminação,
diâmetro da haste, e tipo de lubrificação relacionado com a resposta microdureza na
crista do filete da rosca. A partir da avaliação do P-valor, observa-se que os dois
fatores do processo, velocidade de laminação e diâmetro da haste, apresentaram
efeitos significativos. Além disso, as interações entre velocidade de
laminação/diâmetro da haste, velocidade de laminação/tipo de lubrificação e entre
diâmetro da haste/tipo de lubrificação influenciaram nas respostas encontradas
durante os experimentos realizados.
Na análise do fator F, observa-se que a velocidade de laminação é o que
mais exerce influência sobre a microdureza na crista.
Tabela 11: ANOVA para a resposta microdureza na crista do filete (Fonte: Autoria
própria).
ANOVA Microdureza na crista
F P-valor
Velocidade de laminação 49,10 0,000 Diâmetro da haste 17,00 0,000 Tipo de lubrificação 0,16 0,855 Velocidade de laminação*Diâmetro da haste 14,91 0,000 Velocidade de laminação*Tipo de lubrificação 17,66 0,000 Diâmetro da haste*Tipo de lubrificação 8,00 0,000 R² (ajustado) 80,80%
A Tabela 12 traz a análise de variância (ANOVA) para os fatores, velocidade
de laminação, diâmetro da haste e tipo de lubrificação, relacionados com a variável
resposta microdureza da raiz do filete da rosca. A partir da tabela, é possível
verificar que todos os fatores e suas interações são significativos em relação à
microdureza na raiz. De acordo com o parâmetro F, o fator que exerce maior
influência na resposta é a velocidade de laminação.
64
Tabela 12: ANOVA para a resposta microdureza na raiz do filete (Fonte: Autoria própria).
ANOVA Microdureza na raiz
F P-valor
Velocidade de laminação 56,01 0,000 Diâmetro da haste 29,95 0,000 Tipo de lubrificação 5,07 0,000 Velocidade de laminação* Diâmetro da haste 14,90 0,000 Velocidade de laminação* Tipo de lubrificação 29,43 0,000 Diâmetro da haste*Tipo de lubrificação 33,35 0,000 R² (ajustado) 87,75%
A Tabela 13 apresenta a análise de variância para os fatores velocidade de
laminação, diâmetro da haste e tipo de lubrificação, relacionados com a variável
resposta microdureza na base do filete da rosca. A partir da variância, pode-se
observar que somente o fator tipo de lubrificação não exerce influência sob a
variável resposta microdureza da base. Tanto a velocidade de laminação e diâmetro
inicial da haste quanto a interação dos três parâmetros são significantes na
resposta. De acordo com o parâmetro F, observa-se que a velocidade de laminação
é o fator que exerce maior influência.
Tabela 13: ANOVA para a resposta microdureza na base do filete (Fonte: Autoria própria).
ANOVA Microdureza na base
F P-valor
Velocidade de laminação 179,18 0,000 Diâmetro da haste 116,21 0,000 Tipo de lubrificação 1,32 0,276 Velocidade de laminação*Diâmetro da haste 10,47 0,000 Velocidade de laminação*Tipo de lubrificação 9,11 0,000 Diâmetro da haste*Tipo de lubrificação 23,05 0,000 R² (ajustado) 90,79%
65
4.2.2 Avaliação dos efeitos principais
Nessa seção serão apresentados os efeitos principais dos fatores e
suas interações que tiveram significância na resposta microdureza, e, ainda, as
possíveis causas do ocorrido.
4.2.2.1 Microdureza na crista do filete. Na Figura 38, apresenta-se o efeito da alteração da velocidade de laminação
na dureza na crista da rosca. Através dela, é possível observar que a maior dureza
ocorreu com a utilização da velocidade de laminação de 20 m/min (153,8 HV), e a
menor, com a velocidade de 60 m/min (143,3 HV), o que representa uma redução de
aproximadamente 6,8%. Isso pode estar relacionado com o fato de que, em
velocidades menores de deformação, o material aquece menos, assim, encruando
mais o material, e, consequentemente, ocorre esse aumento de microdureza.
Esta situação confirma o afirmado anteriormente, quando foram avaliados os
resultados de força, diâmetro e sistema de lubrificação, do provável aumento da
temperatura ocorrendo proporcional ao aumento da velocidade de deformação.
Assim, pode-se agora afirmar que para menores valores de temperatura ocorre um
maior endurecimento sem haver uma boa recristalização da estrutura cristalina.
Figura 38: Relação entre velocidade de laminação e microdureza na crista da rosca
(Fonte: Autoria própria).
A Figura 38 apresenta a influência do diâmetro inicial da haste na
microdureza na crista do filete. Observa-se que com o aumento do diâmetro da
haste, ocorreu diminuição da microdureza na crista da rosca, com o diâmetro de 9,0
604020
155,0
152,5
150,0
147,5
145,0
Velocidade de laminação [m/min]
Mic
rodu
reza
HV
153,8
147,1
143,3
4,3%
6,8%
66
mm, a microdureza média medida foi de 150,3 HV e com haste de 9,2 mm 144,5 HV,
o que representa uma redução de aproximadamente 3,9 %. Pode-se considerar que
esse fato está relacionado com o excesso de material no diâmetro dos corpos de
prova com 9,2 mm, pois para o diâmetro maior pode ter ocorrido em parte a
deformação do material, mas parte do material pode ter sido cisalhado e removido
da região trabalhada não ocorrendo o fenômeno de encruamento de forma bem
definida.
Figura 39: Relação entre diâmetro da haste e microdureza na crista da rosca (Fonte:
Autoria própria).
4.2.2.2 Microdureza na raiz do filete A Figura 40 apresenta a relação da variação da velocidade de laminação com
a microdureza na raiz da rosca. A partir dela, é possível observar que, com o
aumento da velocidade de laminação, a microdureza na raiz do filete diminuiu.
Verificou-se, com a velocidade de laminação de 20 m/min, uma microdureza média
de 156,9 HV, e, com velocidade de 60 m/min, o valor de 146,7 HV, o que representa
uma redução de aproximadamente 6,2%. O motivo para isso ter acontecido
provavelmente está relacionado com o aquecimento da peça descrito anteriormente
no caso da crista do filete.
Este resultado também confirma o afirmado anteriormente, onde o fenômeno
de recristalização pode ter sido maior para a velocidade de 60 m/min. Dessa forma,
o endurecimento do material foi menor, pois a recristalização pode ter recuperado a
deformação dos grãos do material e permitiu uma recuperação da microestrutura.
9,29,19,0
151
150
149
148
147
146
145
144
Diâmetro da haste [mm]
Mic
rodu
reza
HV
150,3
149,3
144,5
0,6%
3,9%
67
Figura 40: Relação entre velocidade de laminação e microdureza na raiz da rosca
(Fonte: Autoria própria).
A Figura 41 mostra a microdureza na raiz do filete da rosca, quando
submetida à variação no diâmetro inicial dos corpos de prova. Atingiu-se a maior
dureza quando a haste com diâmetro de 9,1 mm foi submetida ao processo de
conformação 154,1 HV, a menor microdureza foi alcançada com haste de diâmetro
de 9,2 mm 147,7HV, o que representa uma redução de 4,1% na microdureza. Como
a variação entre os diâmetros de 9,0 mm e 9,1 mm foi mínima, pode-se dizer que
essa diminuição pode estar relacionada com a remoção de material na forma de
cavaco, assim como ocorreu na crista do filete de rosca.
Figura 41: Relação entre diâmetro da haste e microdureza na raiz da rosca (Fonte:
Autoria própria).
Para a análise da microdureza na raiz da rosca, o fator tipo de lubrificação se
mostrou significativo, de acordo com o resultado ANOVA. A Figura 42 apresenta
604020
156
154
152
150
148
146
Velocidade de laminação [m/min]
Mic
rodu
reza
HV
156,4
6,2%
152,3
146,7
2,6%
9,29,19,0
155
154
153
152
151
150
149
148
147
Diâmetro da haste [mm]
Mic
rodu
reza
HV
Data Means
153,5
4,1%
147,7
154,1
0,4%
68
esses resultados, onde o parâmetro seco que obteve o maior valor de microdureza
foi 153,4 HV. Em comparação com o sistema MQL, ocorreu uma redução de
aproximadamente 1,7% da microdureza, e, com emulsão, a redução foi de 1,5%.
Embora a teoria diga que, em trabalhos a frio, existe um maior encruamento do
material, os resultados obtidos mostraram que, no sistema a seco, atingiu-se a maior
dureza, fato que pode estar relacionado com a dificuldade de o fluido atingir a zona
de deformação durante o processo.
Figura 42: Relação entre tipo de lubrificação e microdureza na raiz da rosca (Fonte:
Autoria própria).
4.2.2.3 Microdureza na base do filete A Figura 43 apresenta os efeitos principais da velocidade de laminação na
resposta microdureza na base do filete. É possível observar que a maior
microdureza encontrada foi com a utilização da velocidade de laminação de 20
m/min (157,2 HV), onde ocorreu uma redução de 7,1% para a velocidade de 40
m/min (146 HV) e redução de 11,4% para a velocidade de 60 m/min (139,3). Essa
redução da microdureza com o aumento da velocidade de laminação pode estar,
relacionada com o escoamento do material. Quando se aumenta a velocidade de
laminação o material se deforma de forma mais rápida o que pode gerar mais calor
durante processo e consequentemente ocasionar a redução da microdureza.
SecoMQLEmulsão
153,5
153,0
152,5
152,0
151,5
151,0
Tipo de lubrificação
Mic
rodu
reza
HV
1,7%
150,7151,1
153,4
1,5%
69
Figura 43: Relação entre velocidade de laminação e microdureza na base da rosca
(Fonte: Autoria própria).
A Figura 44 traz os principais efeitos do diâmetro inicial da haste com a
microdureza na base do filete de rosca. Observa-se que o sistema de emulsão
atingiu os maiores valores de microdureza com o diâmetro da haste de 9,0 mm
(156,6 HV), para o diâmetro da haste de 9,1 mm, ocorreu uma redução de 4,3% na
microdureza (147,9 HV), e para o diâmetro de 9,2 mm, uma redução de 9,5% da
microdureza (139,9 HV). Essa redução, conforme citado anteriormente, também
pode estar relacionada com a remoção de material ao longo do processo devido ao
grande volume de material.
Figura 44: Relação entre diâmetro da haste e microdureza na base da rosca
(Fonte: Autoria própria).
604020
158
156
154
152
150
148
146
144
142
140
Velocidade de laminação [m/min]
Mic
rodu
reza
HV
157,2
7,1%
146,0
139,311
,4%
9,29,19,0
156
154
152
150
148
146
144
142
140
Diâmetro da haste [mm]
Mic
rodu
reza
HV
154,6
9,5%
147,9
139,9
4,3%
70
A Figura 45 apresenta os efeitos principais do tipo de lubrificação relacionado
com a microdureza na base do perfil da rosca. Observou-se que o sistema emulsão
foi o que atingiu maior valor de microdureza (148,2 HV), seguido pelo sistema MQL,
no qual ocorreu uma redução de 4,3% no valor da dureza (147,5 HV), e, depois, na
condição seco, em que se observou redução de 9,5% (147,7 HV). Essa redução
pode estar relacionada com o maior encruamento no material, quando submetido à
deformação com a utilização de algum refrigerante, portanto, quanto menor a
temperatura de trabalho existe uma tendência de ser maior a dureza.
Figura 45: Relação entre o tipo de lubrificação e microdureza na base da rosca
(Fonte: Autoria própria).
4.2.3 Avaliação das interações De acordo com a análise de variância, para os três casos de medição da
dureza no filete da rosca, todas as interações tiveram significância no resultado.
Devido a isso, as interações serão analisadas de maneira isolada, para cada região
de microdureza medida.
4.2.3.1 Microdureza na crista do filete A Figura 49 apresenta as interações dos fatores que foram significativos na
microdureza na crista do filete. Através dela, é possível observar que, na interação
entre velocidade de laminação e diâmetro da haste, conseguiu-se dureza maior na
crista com a velocidade de laminação de 20 m/min associada ao diâmetro inicial de
9,1 mm (160,3 HV). A menor dureza foi alcançada com o diâmetro da haste de 9,2
mm, tanto com velocidade de laminação de 40 m/min, quanto com 60 m/min (141,5
HV). As interações confirmam que para elevar a dureza do material no processo de
laminação de roscas torna-se necessário uma menor velocidade de laminação, pois
SecoMQLEmulsão
148,25
148,00
147,75
147,50
147,25
147,00
146,75
146,50
Tipo de lubrificação
Mic
rodu
reza
HV
148,2
4,3%
9,5%
147,5
147,7
71
irá gerar uma menor recristalização do material aliado ao diâmetro intermediário de
9,1 mm que demonstrou ter um volume de material ideal para preencher o perfil de
rosca, pois aumentando muito o diâmetro pode ocorrer a remoção de material e a
formação de cavaco.
Para a interação entre velocidade de laminação e tipo de lubrificação, a
velocidade de 20 m/min associada ao processo a seco alcançou a maior dureza na
crista do filete (158,6 HV). A menor dureza aconteceu com a velocidade de 60m/min
com o sistema seco, cerca de 138,3 HV. Observa-se que novamente a menor
velocidade laminação de 20 m/min gerou maior endurecimento do material, além
disso, sem o uso de sistema de resfriamento pode ter ocorrido uma menor
recristalização do material devido à troca térmica com o meio.
Na interação entre tipo de lubrificação e diâmetro inicial da haste, observa-se
que a maior dureza foi alcançada com o diâmetro de 9,1 mm coligado ao tipo de
lubrificação emulsão (153,2 HV). A menor dureza foi alcançada com utilização do
diâmetro inicial de 9,2 mm e também com o tipo de lubrificação emulsão (141,3 HV).
Esta interação mostra que para promover uma perfeita formação do perfil de rosca
no processo de rosqueamento por laminação não é necessário apenas usar o maior
volume de material possível, mas sim diâmetros intermediários com volumes de
material intermediários promovendo uma melhor deformação do material sem
remoção de material e com um bom encruamento.
Figura 46: Interação entre os fatores significativos na microdureza da crista do filete
(Fonte: Autoria própria).
72
4.2.3.2 Microdureza na raiz do filete A Figura 47 traz as interações significativas no resultado da microdureza na
raiz do filete. Na interação entre a velocidade de laminação e diâmetro inicial da
haste, o parâmetro 9,1 mm de diâmetro da haste associado à velocidade de
laminação de 20 m/min atingiu o maior valor para microdureza (159,9 HV). O menor
valor deu-se com a utilização da velocidade de laminação de 40 m/min com o
diâmetro inicial de 9,2 mm (143,3 HV).
Na interação entre velocidade de laminação e tipo de lubrificação, o maior
valor de microdureza na raiz do filete ocorreu, quando se utilizou a velocidade de
laminação de 9,1 m/min e sem sistema de lubrificação, ou seja, a seco (162,3 HV).
Já o menor valor de microdureza aconteceu com a velocidade de laminação 60
m/min com o tipo de lubrificação emulsão (142,1 HV).
Para a interação entre o diâmetro inicial da haste e tipo de lubrificação atingiu-
se o menor valor de microdureza com o diâmetro de 9,2 mm associado ao tipo de
lubrificação emulsão (142HV). O maior valor de microdureza da raiz da rosca foi
obtido com a utilização do parâmetro seco com o diâmetro de 9,2 mm (159,2 HV).
Ao contrário do comentado anteriormente, na raiz do filete o maior diâmetro forneceu
a maior dureza, demonstrando que provavelmente o sistema de resfriamento evitou
que fosse gerada uma remoção de material, gerando cavacos e permitindo um
deslizamento mais fácil dos roletes sobre a região deformada.
Figura 47: Interação entre os fatores significativos na microdureza da raiz do filete
(Fonte: Autoria própria).
73
4.2.3.3 Microdureza na base do filete A Figura 48 representa as interações significativas no resultado da
microdureza na base do filete da rosca. Para a interação entre velocidade de
laminação e diâmetro inicial da haste, atingiram-se os maiores valores de
microdureza com a utilização dos parâmetros 20 m/min de velocidade de laminação
para todos os diâmetros de haste estudados 9,0 mm, 9,1 mm e 9,2 mm, sendo o
menor responsável pela maior dureza (160,6 HV). Os menores valores foram
alcançados com a velocidade de 60 m/min, também para os três diâmetros
estudados, sendo o 9,2 mm responsável pela menor microdureza (129,7 HV).
Na interação entre velocidade de laminação e o tipo de lubrificação, atingiram-
se os maiores valores de microdureza na base da rosca com a velocidade de 20
m/min para todos os três tipos de lubrificação estudados, emulsão, MQL e seco
sendo o ultimo o responsável pelo maior valor (159,6 HV). Os menores valores
foram alcançados com a velocidade de 60 m/min também para os três tipos de
lubrificação, sendo o seco o responsável pelo menor valor (135,4 HV).
Para a interação entre tipo de lubrificação e diâmetro da haste, alcançaram-se
os maiores valores de microdureza com o diâmetro inicial da haste de 9,0 mm para
os três tipos de lubrificação estudados, sendo o MQL o responsável pelo maior valor
(158 HV). Os menores valores de microdureza foram atingidos com o diâmetro da
haste de 9,2 para os tipos de lubrificação estudados com exceção do sistema MQL,
em que o ponto ficou próximo ao da haste de 9,1, porém, um pouco acima. O menor
valor de microdureza pode ser observado com o sistema seco (134,5 HV).
74
Figura 48: Interação entre os fatores significativos na microdureza da base do filete
(Fonte: Autoria própria).
4.3 Análise da Topografia dos Filetes Nessa etapa, foram analisadas as superfícies formadas pelos filetes da rosca:
a crista, o flanco e a raiz. Para essa análise, utilizou-se um microscópio eletrônico de
varredura que serviu para maximizar a visualização da superfície a ser estudada, e,
então, fazer a análise visual. A Figura 49 apresenta a microscopia eletrônica de
varredura da superfície dos corpos de prova enumerados de acordo com os
apresentados na etapa de planejamento sem as repetições.
75
Figura 49: Microscopia eletrônica de varredura dos corpos de prova (Fonte: Autoria
própria).
Para se comparar estatisticamente a influência dos fatores, velocidade de
laminação, diâmetro inicial da haste e tipo de lubrificação com a resposta
acabamento superficial, as roscas foram classificadas em 5 classes, de modo que a
variável qualitativa passou a ter valores numéricos. Essas classes são mostradas na
Tabela 14, onde quanto maior o valor, mais perfeita ficou a superfície.
Tabela 14: Classificação da superfície das roscas de acordo com as classes (Fonte: Autoria própria).
Escala da classificação Acabamento da rosca
1 e 2 Péssimo 3 e 4 Ruim 5 e 6 Regular 7 e 8 Bom 9 e 10 Ótimo
76
Cada corpo de prova com suas devidas repetições foram classificados para
garantir uma melhor confiabilidade nos resultados, os resultados obtidos são
mostrados na Tabela 15.
Tabela 15: Classificação da superfície da rosca (Fonte: Autoria própria).
Primeiro Experimento Primeira Repetição Segunda Repetição Corpo de
prova Pontuação Classificação Corpo de prova Pontuação Classificação
Corpo de
prova Pontuação Classificação
1 7 Bom 28 7 Bom 55 8 Bom 2 7 Bom 29 8 Bom 56 9 Ótimo 3 6 Regular 30 9 Ótimo 57 10 Ótimo 4 4 Ruim 31 6 Regular 58 7 Bom 5 1 Péssimo 32 2 Péssimo 59 2 Péssimo 6 3 Ruim 33 3 Ruim 60 3 Ruim 7 8 Bom 34 10 Ótimo 61 8 Bom 8 1 Péssimo 35 2 Péssimo 62 1 Péssimo 9 3 Ruim 36 4 Ruim 63 4 Ruim
10 4 Ruim 37 6 Regular 64 7 Bom 11 2 Péssimo 38 4 Ruim 65 5 Regular 12 3 Ruim 39 5 Regular 66 8 Bom 13 8 Bom 40 10 Ótimo 67 9 Ótimo 14 3 Ruim 41 2 Péssimo 68 4 Ruim 15 4 Ruim 42 4 Ruim 69 5 Regular 16 10 Ótimo 43 10 Ótimo 70 10 Ótimo 17 3 Ruim 44 4 Ruim 71 5 Regular 18 9 Ótimo 45 8 Bom 72 7 Bom 19 7 Bom 46 5 Regular 73 7 Bom 20 8 Bom 47 7 Bom 74 8 Bom 21 10 Ótimo 48 10 Ótimo 75 10 Ótimo 22 8 Bom 49 7 Bom 76 8 Bom 23 1 Péssimo 50 2 Péssimo 77 1 Péssimo 24 3 Ruim 51 3 Ruim 78 3 Ruim 25 8 Bom 52 9 Ótimo 79 8 Bom 26 2 Péssimo 53 3 Ruim 80 2 Péssimo 27 3 Ruim 54 4 Ruim 81 3 Ruim
4.3.1 Análise estatística da topografia dos filetes Após a análise visual e classificação de todos os corpos de prova, foi aplicado
a análise de variância (ANOVA) para verificar qual fator influenciou ou não no
acabamento da rosca utilizando um intervalo de confiança igual a 95%. A Tabela 16
mostra os resultados da análise de variância para os fatores, velocidade de
laminação, tipo de lubrificação e diâmetro da haste relacionado com o acabamento
superficial da rosca.
A partir da avaliação do P-valor, observa-se que os três fatores do processo,
velocidade de laminação, diâmetro da haste e diâmetro inicial da haste,
77
apresentaram efeitos significativos. Além disso, as interações entre velocidade de
laminação/diâmetro da haste, velocidade de laminação/tipo de lubrificação, e entre
diâmetro da haste e tipo de lubrificação influenciaram nas respostas, encontradas
durante os experimentos realizados.
Na análise do fator F, observa-se que o tipo de lubrificação que mais exerce
influência sobre o acabamento no filete.
Tabela 16: ANOVA para a resposta acabamento superficial da rosca (Fonte: Autoria
própria).
ANOVA Microdureza na base
F P-valor
Velocidade de laminação
4,77 0,012
Diâmetro da haste
75,39 0,000
Tipo de lubrificação
140,8 0,000
Velocidade de laminação*Diâmetro da haste 32,36 0,000
Velocidade de laminação*Tipo de lubrificação 1,87 0,129
Diâmetro da haste*Tipo de lubrificação 50,21 0,000 R² (ajustado)
90,76%
4.3.2 Avaliação dos efeitos principais Nessa etapa do trabalho, serão apresentados os principais efeitos dos fatores
e suas interações que tiveram significância na resposta acabamento superficial.
4.3.2.1 Acabamento superficial da rosca Na Figura 50, é apresentada a influência da velocidade de laminação no
acabamento superficial da rosca. Pode-se verificar que, com 40 m/min, foram
produzidas roscas com superfícies de melhor acabamento e com velocidade de 20
m/min as piores.
78
Figura 50: Principais efeitos sobre o acabamento para variável velocidade de
laminação (Fonte: Autoria própria).
Na Figura 51, é mostrada a influência do diâmetro inicial da haste no
acabamento da rosca. É possível verificar que com o diâmetro de 9,0 mm foi onde
se atingiram os melhores acabamentos superficiais, seguido do diâmetro de 9,2 mm
e depois como pior resultado o diâmetro de 9,1mm.
Figura 51: Efeitos principais sobre o acabamento para variável diâmetro da haste
(Fonte: Autoria própria).
A Figura 52 apresenta os efeitos da utilização de diferentes tipos de
lubrificação na superfície acabada. É possível verificar que onde se atingiu um
patamar mais alto na escala de acabamento foi na laminação a seco, seguido do
sistema emulsão e depois do MQL, este que apresentou os piores resultados.
604020
6,1
6,0
5,9
5,8
5,7
5,6
5,5
5,4
5,3
Velocidade de laminação [m/min]
Esca
la d
e ac
abam
ento
Data Means
9,29,19,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
Diâmetro da haste [mm]
Esca
la d
e ac
abam
ento
79
Figura 52: Efeitos principais sobre o acabamento para variável tipo de lubrificação
(Fonte: Autoria própria).
Considerando os três efeitos principais, nota-se que o melhor perfil de rosca
produzido foi usando a velocidade intermediária e sem sistema de lubrificação, ou
seja, a seco e ainda com os corpos de prova com o menor diâmetro. Isto pode ser
explicado considerando que, usando-se o menor diâmetro o material se deforma
menos, pois tem menos volume de material a ser transportado, da base da rosca
para a crista gerando assim menos alteração na microestrutura do material. Este
efeito provoca um deslizamento com menos atrito de rolamento dos roletes sobre o
perfil de rosca.
Por outro lado a velocidade intermediária gerou calor suficiente para deformar
o material, pois sem o uso de fluido de resfriamento o material pode ter sofrido um
aquecimento que permitiu uma boa deformação sem um resfriamento forçado que
provavelmente aumentou o encruamento e o atrito dos roletes sobre o perfil da
rosca. Segundo Aurégan et al. (2015) ao contrário das condições de rosqueamento
com uso de sistemas lubrificantes, devido ao fato da força tangencial ser fortemente
dependente das condições de lubrificação na superfície de contato, no
rosqueamento a seco não existe um ajuste perfeito da curva helicoidal aumentando
assim o atrito. Dessa forma, pode ter ocorrido um aumento do atrito no
rosqueamento a seco, porém gerou melhor acabamento devido a pouca
movimentação de material.
4.3.3 Análise das interações A análise de variância apresentada na Tabela 16 mostra as interações entre
os fatores que apresentaram influência sobre acabamento superficial da rosca.
SecoMQLEmulsão
8
7
6
5
4
Tipo de lubrificação
Esca
la d
e ac
abam
ento
80
Devido a isso, as interações serão analisadas de forma individual para identificar a
combinação de fatores que gera os melhores e piores acabamentos.
A Figura 53(a) mostra as interações e o comportamento delas. Na interação
entre a velocidade de laminação e diâmetro inicial da haste, é possível verificar que
os melhores acabamentos ocorreram com o diâmetro de 9,0 mm, para as
velocidades de 20 e 60 m/min. Nessas duas velocidades de laminação, a curva teve
comportamento bem semelhante, onde foi possível verificar que o pior acabamento
foi obtido com o diâmetro de 9,1 mm. Observa-se que se não tivesse ocorrido um
cruzamento dos gráficos de 20 e 60 m/min com a velocidade de 40 não teria
ocorrido a interação. Neste aspecto a velocidade de 40 m/min alcançou resultados
melhores do que as outras duas para os diâmetros de 9,1 e 9,2 mm, ocorrendo o
pior acabamento apenas para o diâmetro de 9,0 mm.
A Figura 53(b) traz a interação entre o tipo de lubrificação e o diâmetro inicial
da haste. As curvas mostram que as melhores condições também foram atingidas
com o sistema seco, porém, com diâmetro de 9,2 mm. Nas condições emulsão e
MQL, mostrou-se um acabamento inferior em relação aos outros dois diâmetros
estudados, exceto para o diâmetro de 9,0 mm com a condição de emulsão que ficou
no mesmo patamar de qualidade que o diâmetro de 9,2 mm. Por outro lado, os
piores acabamentos foram resultados da utilização do sistema MQL associado aos
diâmetros de 9,1 mm e o diâmetro de 9,2 mm.
(a) (b)
Figura 53: Interação entre os fatores significativos no acabamento superficial da rosca a) diâmetro* velocidade de laminação; b) diâmetro*Lubrificação (Fonte: Autoria
própria).
Através dos resultados apresentados na figura 53, inclusive a análise de
variância apresentada anteriormente, é possível observar que o tipo de lubrificação é
9,29,19,0
8
7
6
5
4
3
Diâmetro da haste [mm]
Esca
la d
e ac
abam
ento
204060
[m/min]de laminação
Velocidade
SecoMQLEmulsão
9
8
7
6
5
4
3
2
Tipo de lubrificação
Esca
la d
e ac
abam
ento 9,0
9,19,2
haste [mm]Diâmetro da
81
o fator que mais exerce influência no acabamento superficial da rosca. Isso
provavelmente está condicionado ao aquecimento do material, em que, quanto
maior é a temperatura de deformação, mais facilmente esse material se deforma. A
Figura 54 apresenta a comparação entre os corpos de prova, variando somente o
tipo de lubrificação, estão fixados o diâmetro inicial da haste em 9,1 mm e a
velocidade de laminação em 20 m/min.
Figura 54: Comparação entre os tipos de lubrificação e acabamento superficial da
rosca (Fonte: Autoria própria).
Na Figura 54, é possível observar que a superfície da peça conformada a
seco gerou um acabamento de flanco e raiz extremamente lisos, já na crista
apareceram algumas pequenas trincas e descolamentos, mas nada que
prejudicasse a funcionalidade da peça. A peça fabricada com a utilização do MQL
apresentou os piores resultados, é possível observar que no flanco, raiz e crista da
rosca, existe textura irregular com diversos pontos de trincas e ainda rebarbas, o
que pode prejudicar o funcionamento da peça. Com a utilização do sistema emulsão,
observou-se um acabamento intermediário, em que, no flanco, existe um
acabamento relativamente liso, porém, há maior incidência de trincas na crista do
filete e rebarbas na raiz da rosca.
Isto pode ser explicado considerando que o fluido usado no sistema de MQL
apresenta uma excelente capacidade de diminuição do atrito em as superfícies, pois
normalmente é utilizado em usinagem de materiais e assim promove um bom
deslizamento do cavaco sobre a superfície da ferramenta. Este excelente
deslizamento pode ter promovido não apenas o deslizamento do rolete sobre o
material sem promover movimentação do material da base para a crista como
82
também colaborado para a remoção do material gerando cavacos durante o
processo.
4.4 Análise Metalográfica das Roscas Nessa etapa, serão apresentados os resultados obtidos com a micrografia
das roscas, onde se observou como ficou a deformação do material e a zona de
encruamento maior. A Figura 55 apresenta a estrutura do material após o processo
de conformação. É possível observar que existem diversos contornos que mostram
como ocorreu o escoamento do material, sendo esse comportamento com a mesma
tendência para todos os corpos de prova.
Figura 55: Micrografia do filete da rosca (Fonte: Autoria própria).
Conforme discutido anteriormente, o tipo de lubrificação foi o parâmetro que
mais influenciou no acabamento do perfil da rosca, esse resultado pode novamente
ser observado com a micrografia. Na Figura 56, mostram-se três micrografias, em
que foram variados os tipos de lubrificação, sendo o diâmetro inicial da haste e a
velocidade de laminação constante.
Figura 56: Influência do tipo de lubrificação na micrografia e superfície (Fonte:
Autoria própria).
83
Mais uma vez, o processo de conformação com a utilização do MQL obteve
os piores resultados, é possível observar que a superfície da peça está ondulada e
com lascas arrancadas na raiz do filete. O sistema emulsão novamente gerou uma
superfície intermediária, com menos ondulações e um menor desprendimento de
material. Já com o sistema a seco, obteve-se o melhor acabamento, em que o flanco
está extremamente reto e a raiz do filete muito bem arredondada.
4.5 Tolerância das Roscas Segundo a norma ABNT (2004), a tolerância mais fina em roscas M10 x 1,5
mm está na classe h4 para parafusos e H4 para as porcas, portanto, foi essa a
classe buscada durante os experimentos. A Tabela 17 mostra as variações
permitidas de acordo com a posição de tolerância.
Tabela 17: Tolerâncias para parafusos na classe mais fina (Fonte: Autoria própria).
Grau de tolerância 4 Posição de tolerância Diâmetro maior Diâmetro menor
e 9,933 9,783 f 9,955 9,805 g 9,968 9,818 h 10,000 9,850
De acordo com os resultados obtidos com a análise do diâmetro externo das
roscas, o menor diâmetro alcançado foi de 9,890 mm e o maior 10,000 mm.
Observa-se que o objetivo de alcançar a melhor qualidade dimensional foi atingido
uma vez que os valores estão dentro da classe destacada na Tabela 17.
Isto mostra que fazendo-se um ajuste de parâmetros no processo de
rosqueamento por laminação, como por exemplo, o diâmetro inicial da haste e o
sistema de resfriamento, é possível produzir roscas com excelente qualidade. A
velocidade neste aspecto pode ser considerada como um parâmetro de produção,
pois a velocidade de deslocamento do cabeçote implicará diretamente em fabricar
roscas mais rápidas ou mais lentamente.
Dessa forma, o estudo demonstra que deve sempre haver um balanço de
informações, pontuando a qualidade e o tempo de produção, com objetivo de
produção de peças com o menor tempo, porém sempre com melhor qualidade.
84
5 CONCLUSÕES
Após a análise dos resultados feita no tópico anterior, as seguintes
conclusões podem ser obtidas:
ü As velocidades de laminação de 20 e 40 m/min resultaram em diâmetros
externos com valores bem próximos e, maiores se comparados com a
velocidade de 60 m/min.
ü A lubrificação com MQL resultou em diâmetros externos menores. Os maiores
diâmetros foram observados com a utilização do sistema emulsão e valores
intermediários com o sistema seco.
ü Embora exista uma tendência de quanto maior for o volume de material para
ser conformado maior o diâmetro da rosca, valores diferentes foram
observados, pois o diâmetro de 9,1 mm foi o que resultou em valores maiores
de diâmetro.
ü Na interação entre velocidade de laminação e tipo de lubrificação, observou-
se que os maiores diâmetros foram atingidos com o tipo de lubrificação
emulsão, sendo a velocidade de 20 m/min a responsável pelo maior valor.
ü Para a lubrificação com emulsão e os testes a seco, observou-se uma
tendência de diminuição do diâmetro externo com o aumento da velocidade
de laminação. Por outro lado, para o sistema MQL, há um aumento do
diâmetro com a variação da velocidade de 20 m/min para 40 m/min, porém,
se mantém constante quando aumenta a velocidade para 60 m/min.
ü Na interação entre o tipo de lubrificação e diâmetro inicial da haste, o sistema
emulsão gerou os maiores diâmetros sendo o diâmetro inicial da haste de 9,1
mm o maior. Os menores diâmetros foram obtidos com o sistema MQL, sendo
o diâmetro de 9,2 mm o responsável por gerar o menor diâmetro.
ü O aumento da velocidade de laminação e do diâmetro promoveu um
decréscimo da microdureza na crista da rosca.
ü A microdureza na raiz da rosca permaneceu constante com os diâmetros
iniciais de 9,0 mm e 9,1 mm e existiu um decréscimo de aproximadamente 4,0
% quando utilizado o diâmetro inicial de 9,2 mm.
ü Para tipo de lubrificação, a maior microdureza na raiz da rosca foi obtida a
seco, tendo os sistemas MQL e emulsão com valores bem próximos e
responsáveis pelas menores durezas.
85
ü Para a microdureza na base da rosca existiu uma tendência ao decréscimo da
dureza quando se aumentou a velocidade de laminação. Além disso, com o
aumento do diâmetro inicial da haste, observa-se um decréscimo na
microdureza na base da rosca.
ü Para a microdureza na base da rosca, o sistema emulsão foi responsável pelo
maior valor, seguido pelo método de lubrificação MQL e seco.
ü A velocidade de laminação de 20 m/min associada ao diâmetro de 9,1 mm e
ao sistema seco foi responsável pelas maiores durezas, considerando as
interações da microdureza na crista, raiz e base do filete da rosca,
ü O tipo de lubrificação emulsão associado ao diâmetro inicial da haste de 9,1
mm gerou os maiores valores de microdurezas na crista quanto e na raiz do
filete.
ü Os maiores valores de microdureza na base do filete ocorreram com o
diâmetro de 9,0 mm associado ao método de lubrificação MQL.
ü Para o acabamento superficial da rosca, a velocidade de laminação de 40
m/min gerou superfícies com a melhor qualidade, seguida da velocidade de
60 m/min e depois 20 m/min.
ü O diâmetro inicial da haste de 9,0 mm gera melhores acabamentos
superficiais, seguido do diâmetro de 9,2 mm e 9,1 mm.
ü O sistema seco gerou os melhores acabamentos superficiais. Isto ocorreu
associado à velocidade de laminação de 40 m/min e diâmetro de 9,2 mm. Por
outro lado, o diâmetro de 9,0 mm gerou os melhores acabamentos para as
velocidades de laminação de 20 m/min e 60 m/min.
ü Roscas externas fabricadas por conformação, de acordo com os três fatores
estudados, geram como resultados roscas dentro da classe h4, o que
representa uma excelente precisão.
86
6 PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS
Durante a dissertação surgiram dúvidas referentes aos resultados e o
planejamento, abaixo algumas opções para trabalhos futuros:
ü Medir os esforços no processo de laminação com o dinamômetro para
entender quais fatores irão trazer uma maior vida útil da ferramenta.
ü Analisar a resistência da rosca conformada.
ü Analisar a relação de atrito entre uma rosca conformada e usinada.
ü Verificar o que realmente acontece quando se coloca um volume maior de
material para conformar, se existe perda de material e quanto isso representa.
ü Estudar comportamento intermediário da velocidade de laminação e diâmetro
inicial da haste.
ü Comparar diferentes processos para laminação de roscas e verificar as
vantagens e desvantagens de cada.
87
7 REFERÊNCIAS
ABAL – Associação Brasileira do Alumínio, 2007. Fundamentos e Aplicações do Alumínio. 2a edição, maio/2007.
Disponível:<http://www.abal.org.br/biblioteca/publicacoes/fundamentos-e-aplicacoes-
do-aluminio/> acesso em: 15 de novembro 2016.
ABNT – Associação de Normas Técnicas, NBR ISO 724. Rosca Métrica ISO de uso
geral. 2004. Dimensões básicas. Rio de Janeiro.
AGAPIOU, J.S. Evaluation of the effect of high speed machining on tapping. Journal of Manufacturing Science & Engineering Technology, ASME, vol. 116, p. 457-
462, 1994.
ALCOA. Alloy 7075. ALCOA Mill Products, 2012. Disponivel em: <
http://www.arconic.com/mill_products/catalog/pdf/alloy7075techsheet.pdf> acesso
em: 18 de janeiro de 2017 .
AURÉGAN, G., FRIDRICI, V., KAPSA, Ph. RODRIGUES, F. Experimental
simulation of rolling–sliding contact for application to planetary roller screw
mechanism, Wear, 332-333 (2015) 1176–1184.
CALLISTER, W. D. Materials science and engineering: an introduction. 2007. 7.
ed. USA: John Wiley & Sons. USA.
CARVALHO, A. O.; Análise da dinâmica do processo de rosqueamento por conformação na liga de Magnésio AM60. 2011. 80 f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de São João del Rei, São João del
Rei.
Catálogo Fette. Disponível em < http://www.lmt-tools.com.br/wp-
content/uploads/2015/10/Sistemas-de-Lamina%C3%A7%C3%A3o.pdf> . Acesso
em: 20 de outubro de 2016.
88
CHOWDHARY, S.; OZDOGANLAR, B; KAPOOR, S. G.; DEVORT, R. E. Modeling
and analysis of internal thread forming. 2002. Journal Manufacturing Science Engeneering, pp. 689-695.
COUTINHO, T. A.. Análise e prática Metalografia de não-ferrosos. São Paulo,
Editora Edgard Blücher, 1980. 128p.
DAVIS, J. R. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1993.
DIETER, G. E. Metalurgia Mecânica. 2. Ed McGraw-Hill, 1976.653p.
DINIZ, A. E.; Marcondes, F.C.; Coppini N. L., 1999, Tecnologia da Usinagem dos Materiais, 1ª Edição, MM Editora, 242 pg.
DOMBLESKY, J. P., FENG, F. (2002). A Parametric Study of Process Parameters in
External Thread Rolling. Journal of Materials processing Technology, 121, pp.
341-349.
DUBBEL. Manual do Engenheiro Mecânico. 1979. São Paulo: Hemus.
EMUGE-FRANKEN.; Machos de laminação InnoForm. 2010, Germany.
FERRARESI, D., 1977, Fundamentos da Usinagem dos Metais, Ed. Edgard
Blücher, São Paulo, Brasil, 751 p.
FROMENTIN, G.; POULACHON, G.; MOISAN, A.; JULIEN, B.; GIESSLER, J.
Precision and surface integrity of threads obtained by form tapping. 2005. CIRP Annals – Manufacturing Technology, vol. 54, ISSUE 1, p. 219-522.
FROMENTIN, G.; POULACHON, G.; MOISAN, A. Thread forming tapping of alloyed
steel. ICME Proceedings, Naples, Italy, p. 15-18, 2007.
89
FROMENTIN, G.; BIERLA, A.; MINFRAY, G. POULACHON, G. An experimental
study on the effects of lubrification in form tapping. 2010. Journal Tribology International, Elsevier, vol. 43, p. 1726-1734.
GALLO, Giulliano Batelochi. Influência do tratamento térmico sobre a tenacidade de um aço com AISI SAE 1045 com médio teor de carbono, avaliada por ensaios de impacto. 2006. 115 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Estadual
Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinuetá, 2006. Disponível em:
<http://hdl.handle.net/11449/97094>. Acesso em: 15 de janeiro 2017.
GRZESIK, W. Influence of tool wear on surfasse roughness in hard turning using
differently shaped ceramic tools. Wear, 265, 2008b p. 327-335.
GORDO, N.; FERREIRA, J. Elementos de máquinas, Telecurso 2000.
INCROPERA, Frank P.; DEWITT, David P. Fundamentos de transferência de calor e de massa. [Fundamentals of Heat and Mass Transfer]. 3.ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, c1992. 455 p.
HACHT, J. E, Aluminum properties and Physical Mettallurgy, American Society
for Metais, 1984, 424p.
HUAWEI, C. et al, 2014 “Development of ultrasonic thread root rolling technology for
prolonging the fatigue performance of high strength thread”, Journal of Materials Processing Technology 214 (2014) 2395–2401.
IVANOV, V.; KIROV, V. Rolling of internal threads: part 1. Journal of Materials Processing Technology, Elsevier, vol. 72, ISSUE 2, p. 214-220, 1996.
KAWAI, K. et al, 2007 “Fatigue strength and residual stress of groove-rolled
products”, Journal of Materials Processing Technology 194 (2007) 46–51.
90
KHOSHDARREGI, M. R.; ALTINTAS, Y. Generalized modeling of chip geometry
and cutting forces in multi-point thread turning , International Journal of Machine Tools and Manufacture v. 98, p. 21-32, 2015.
KHOSTIKOEV, M. Z.; MNATSAKANYAN, V.U; TEMNIKOV, V.A; MAUNG, W. P.
Quality control of rolled threads. Russian engineering research, Moscow v.35, n.2, p. 143 – 146, 2015.
KUKIELKA, K.; KUKIELKA, L.; BOHDAL, L.; KULAKOWSKA, A.; MALAG, L.;
PATYK, R. 3D Numerical Analysis the State of Elastic/Visco-Plastic Strainin the
External Round Thread Rolled on Cold. Applied Mechanics and Materials v. 474,
p. 436-441, 2014.
LEE, W; LIN, C. Deformation behavior and microstructural evolution of 7075-T6
aluminum alloy at cryogenic temperatures. Cryogenics v. 79, p. 26-34, 2016.
MACHADO, A.R., Abrão, A.M., Coelho, R.T., Silva, M.B., 2009, “Teoria da Usinagem dos Materiais”, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, Brasil, 371 p.
MACIEL, D. T. Estudo dos processos de Roscamento por laminação e usinagem na liga de titânio TI-6Al-4V, 2013, 89 f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Mecânica) - PPMEC , Universidade Federal de São João del Rei, São
João del Rei.
METALS handbook. (1990a). 9th ed. Metals Park: ASM International. v.2, p. 17-22.
OLIVEIRA, J. A. da. Estudo do processo de rosqueamento por conformação na liga de alumínio 7075-T6. 2015. 128f. Dissertação (Mestrado em engenharia
mecânica) – Universidade Federal de São João del-Rei, São João del-Rei.
PEREIRA, I. C., Comparação entre os processos de rosqueamento interno por usinagem e laminação, 2014. 121p. Tese de Doutorado, Universidade Federal de
Uberlândia, Uberlândia.
91
PEREIRA, I. C., DA SILVA, M. B., & FARIA, E. A. Influence of Feed Rate and
Rhreaded Lenght in Thread Forming and Tapping Operations. World Congress on Engineering, 2013, pp. 1781 – 1784.
REDDY, G.V.P; SANDHYA, R.; VALSAN, M.; BHANU, K.; RAO, S. High temperature low cycle fatigue properties of 316(N) weld metal and 316L(N)/316(N) weld joints. International Journal of Fatigue 30 (2008) 538-546.
SMITH, G. Cutting tool technology, 1 ed. Londres: Industrial handbook Publisher,
2008. 599 p.
SMITH, R. L.; SANDLAND, G.E. Some Notes on the use of a Diamond Pyramid for hardness testing, J. Iron Stell Inst., Vol III, n. 1, 1925.
SOUZA, A. J. Processos de Fabricação por Usinagem. Apostila. Parte 1.
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Escola de Engenharia, Departamento
de Engenharia Mecânica. 2011. Disponível em: <
http://www.academia.edu/26048654/Apostila_Usinagem >. Acesso em: Dezembro de
2016.
SOUZA, S. A. de. Ensaios mecânicos de materiais metálicos: Fundamentos teóricos e práticos. 5.ed. São Paulo: Ed. Edgard Blücher, 1982.
STALEY, J. T, “Modeling Quenching of Precipitation Strenghtened Alloys: Application to an Aliminum-Copper Lithium Alloy.” PhD Dissertation Drexel
University, 1989.
STARKE JR, E. A.; HORNBOGEN, E. Precipitation Hardening: From Alfred Hilm to
the Present. In: HIRSCH, J.; SKROTZKI, B.; GOTTSTEIN, G. Aluminium Alloys. Their Physical and Mechanical Properties. Weinheim: Wiley-VCH, v. 1, 2008.
STEMMER, C. E., Ferramentas de corte 1. Florianópilos, Universidade de Santa
Catarina, 1995.
92
STEPHENSON, D. A.; AGAPIOU, J. S. Metal Cutting Theory and Practice, 1 ed.
New York: Editora Marcel Dekker, 1996.
STEPHENSON, D. A.; AGAPIOU, J. S. Metal Cutting Theory and Practice. 2. ed.
New York: Taylor & Francis Group, 2006.
STOETERAU, R. L.; SCHROETER, R. B.; WEINGAERTNER, W. L. Processos de Usinagem – Fabricação por Remoção de Material. 2004.
UMARAS, E. Tolerâncias dimensionais em conjuntos mecânicos: estudo e proposta para otimização. 2010. 150f. Dissertação ( Mestrado em engenharia
mecânica), Escola politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo.
WANHILL, R. J. H.; HART, W. G. J.; SCHRA, L. Flight Simulation Fatigue Crack
Propagation in 7010 and 7075 Aluminium Plate 1979. International Journal of Fatigue. v. 1, n. 4, p. 205-209, out. 1979.
WEINGAERTNER, W. L., SCHROETER, R. B. Tecnologia de Usinagem do Alumínio e suas Ligas, 2a ed., São Paulo, 1991.
ZANGRANDI, A. Alumínio e suas ligas: fundamentos metalúrgicos e tecnológicos. Lorena: Instituto Santa teresa, 2008.
ZHANG, D; ZHAO, S; Ou, H. Analysis of motion between rolling die and wokpiece in
thread rolling process with round dies, Mechanism and Machine Theory v. 105, p.
471-494, 2015.
