Orientador: Anselmo Eduardo Diniz

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Vários produtos da indústria metalúrgica mundial são produzidos em regime de produção seriada, que utilizam matrizes em suas operações. Essas matrizes, por sua vez, contêm o perfil negativo do produto e, obviamente, é de interesse econômico que sua vida útil seja a maior possível. Porém,...

Resumo: Vários produtos da indústria metalúrgica mundial são produzidos em regime de produção seriada, que utilizam matrizes em suas operações. Essas matrizes, por sua vez, contêm o perfil negativo do produto e, obviamente, é de interesse econômico que sua vida útil seja a maior possível. Porém, esta vida depende do ambiente ao qual o processo está inserido. No caso do forjamento a quente, que normalmente proporciona um ambiente excessivamente agressivo, as matrizes estão expostas a vários mecanismos de desgaste, como a abrasão, a adesão e a deformação plástica. Uma das variáveis do processo que torna o ambiente agressivo é a faixa de temperatura empregada no aquecimento dos tarugos, entre 900 a 1250°C. Deste modo, durante o tempo de contato, a superfície da matriz pode atingir temperaturas próximas ou mesmo superiores à utilizada para o revenimento do aço-ferramenta empregado na construção das matrizes. Na sequência do processo, após o contato da matriz com o tarugo aquecido ocorre o resfriamento da matriz, gerando um ciclo térmico prejudicial que reduz a dureza das matrizes e, conseqüentemente, a sua vida. Portanto, é de grande interesse conhecer profundamente o processo, bem como as variáveis fundamentais que podem influenciar sua vida. Uma destas variáveis é a topografia da superfície, ou seja, seu perfil de rugosidade. O estudo desta variável é o principal tema deste trabalho. Geralmente se associa a região da matriz ao mecanismo de desgaste característico, e o desgaste abrasivo é o mais agressivo dentre todos. Esse tipo de desgaste ocorre principalmente na região do patamar de rebarbas e, quando atinge certos níveis, compromete a geometria do produto, determinando o fim de vida das matrizes. Por este motivo, essa região foi a escolhida para o estudo dos efeitos da topografia na vida da matriz. Foram desenvolvidas quatro topografias diferentes nesta região, produzidas por fresamento de topo esférico, conforme a metodologia conhecida como "High Speed Machining (HSM)". Manteve-se a velocidade de corte igual para todas as topografias, pois estas foram obtidas apenas pela variação dos parâmetros fz e ae. Destas quatro topografias, duas são formadas por micro cavidades e duas são formadas por sulcos direcionais no sentido do avanço. O melhor desempenho tribológico foi alcançado pela topografia com geometria de micro-cavidades, formadas pela utilização dos maiores valores dos parâmetros fz e ae. Além do melhor desempenho tribológico verificado por esta topografia, esta superfície apresentou o menor tempo consumido na sua produção

Abstract: Several products from the worldwide metallurgical industry are produced in mass production system, which use forming dies in their operation. These dies, in turn, contains the negative profile of the product and, obviously, it is of economic interest keep their service life as long as...

Abstract: Several products from the worldwide metallurgical industry are produced in mass production system, which use forming dies in their operation. These dies, in turn, contains the negative profile of the product and, obviously, it is of economic interest keep their service life as long as possible. However, the life depends on the process environment in which dies are operating. In hot forging, which usually provides an overly aggressive environment, the dies are exposed to several wear mechanisms as abrasion, adhesion and plastic deformation. A process variable that contributes to the aggressive environment is the temperature range used in the heating of the billets, between 900 to 1250°C. Thus, during the contact time the die surface can reach temperatures close or even higher to the usual tempering temperature of the tool steel applied in the die construction. Following the process, after the contact between die and hot billet, the die cooling occurs what generates a harmful thermal cycle that reduces the die hardness and, consequently, the service life. Therefore, the entire knowledge of the process is desirable, as well as their key variables that can influence the die life. One of these variables is the surface topography, i.e., its roughness profile. The study of this variable is the main subject of this work. Usually, abrasive wear is the most aggressive among all mechanisms of wear. This kind of wear occurs mainly in the flash land, and when this wear reaches a level that compromises the product geometry, determines the die rejection. For this reason, this region was chosen for the study of the effects of surface topography in die service life. Four different topographies were developed on this region, produced by ball end milling in according to a methodology known as High Speed Machining (HSM). All topographies were made under the same cutting speed and they were obtained only by varying the fz and ae parameters. In these four topographies, two were formed by micro-cavities and two by grooves along the tool feed direction. The best tribological performance was achieved by micro-cavities topography, formed by the highest values for fz and ae parameters. In addition to the better tribological performance observed in this topography, its roughness profile presented the shortest time consumed in its production