MEC – UTFPR – Campus Pato BrancoCURSOS DE ENGENHARIACoordenação do Curso de Engenharia MecânicaPROCEDIMENTO PRÁTICA DE ENSAIOS

Disciplina: Ensaio dos MateriaisCódigo: EM25MC

Sala : J007

Profª Maria Nalu VeronaPrática: Ensaio de ImpactoObjetivo: Evidenciar a importância do valor da energia absorvida como ferramenta para avaliar a

natureza frágil ou dúctil de um material;Determinar a resistência ao impacto dos materiais estudados por meio de ensaios padronizados pela norma. Serão mostrados os diferentes tipos e modalidades de ensaios, evidenciando a versatilidade e rapidez da execução;Realizar experimentalmente ensaio de Impacto no Laboratório com intuito de aprender as técnicas envolvidas no mesmo.

Materiais: Equipamento de Ensaio Sharpy-IzodCorpos de Provas de materiais metálicos e poliméricos

Normas de segurança: Seguir os procedimentos de segurança do Laboratório de Materiais Introdução: Um dos processo de fabricação mais usuais e produtivos é a estampagem. Que consiste em deformar plasticamente um chapa de matéria com auxílio de um punção (macho) e um molde (fêmea), essas partes compõem a matriz q dará a forma da peça. Porém com a aplicação de força para deformar a peça a frio pode causar diverso defeitos dependendo do matéria a ser utilizado, assim o ensaio de embutimento nos dá resultados importantes para projetar corretamente a peça e a matriz.As chapas que serão deformadas pode apresentar certo defeitos de fabricação que poderão gerar não conformidades nos produtos. Ou seja, uma chapa pode apresentar diversas pequenas heterogeneidades, que não afetariam o resultado de ductilidade obtido no ensaio de tração. Mas, ao ser deformada a frio, a chapa pode apresentar pequenas trincas em consequência dessas heterogeneidades.

Além de trincas, uma peça estampada pode apresentar diversos outros problemas, como enrugamento, distorção, textura superficial rugosa, fazendo lembrar uma casca de laranja etc. A ocorrência destes problemas está relacionada com a matéria-prima utilizada.

O ensaio de embutimento consiste em simular o trabalho que a chapa irá exercer quando for solicitada para produzir o produto, porém em condições controladas. Os ensaios de embutimento permitem deformar o material quase nas mesmas condições obtidas na operação de produção propriamente dita, só que de maneira controlada, para minimizar a variação nos resultados.

Existem ensaios padronizados para avaliar a capacidade de estampagem de chapas. Os mais usados são os ensaios de embutimento Erichsen e Olsen, que você vai estudar detalhadamente depois de adquirir uma visão geral sobre a realização dos ensaios de embutimento.

Esses ensaios são qualitativos e, por essa razão, os resultados obtidos constituem apenas uma indicação do comportamento que o material apresentar á durante o processo de fabricação.

Pesquisa Bibliografia:

O objetivo do ensaio de embutimento é o de avaliar a estampabilidade de chapas e/ou tiras, relacionando características mecânicas e estruturais da peça com as máximas deformações possíveis de serem realizadas sem que ocorra ruptura [ASTM E643-84]. A estampagem é o processo de converter finas chapas metálicas em peças ou produtos, sem fratura ou concentração de microtrincas. As chapas utilizadas neste processo devem ser bastante dúcteis. Existem diversos tipos de ensaio de embutimento,

no experimento feio foi utilizado o ensaio erichesen, porem segue uma breve descrição de outros ensaios abaixo:

Ensaio Erichsen: consiste na deformação de uma tira metálica (blank – corpo-de-prova) presa em uma matriz com um punção na forma esférica. Mede-se a máxima penetração do punção para a qual não tenha ocorrido a ruptura da tira.

Ensaio Olsen: é semelhante ao ensaio Erichsen, com algumas alterações na dimensão do equipamento.

Ensaio Swift: consiste na deformação de um disco metálico (blank) preso em uma matriz com um punção na forma cilíndrica. Nesse caso, o resultado é obtido por meio da relação entre o diâmetro máximo do disco e o diâmetro do punção que provoca a ruptura da peça. Desse modo, esse método de ensaio exige a utilização de diversos corpos-de-prova, sendo muito utilizado para análise de casos de estampagem profunda (deep drawing).

Ensaio ErichsenO ensaio Erichsen é um ensaio de padronização europeia para a avaliação da ductilidade de chapas metálicas, que consiste em um punção de cabeça esférica que avança sobre a chapa metálica, presa em um sistema que aplica uma sobrepressão. O ensaio envolve estiramento biaxial, e o resultado é dado pelo avanço do punção sobre o metal até o instante em que ocorre a fratura. Os resultados podem variar com a velocidade de avanço do punção, a lubrificação do equipamento e do blank e, principalmente, em razão dos critérios para a determinação do fim de teste.Os blanks utilizados podem ser circulares ou retangulares,, e o mínimo comprimento ou diâmetro deve ser de 90mm, e a espessura nominal da chapa deve estar entre 0,2 e 2,0mm. A parte esférica do punção deve ter dureza de 62 HRC, e a superfície da matriz, deve ter dureza superior ou igual a 56 HRC.A velocidade de avanço do punção deve estar entre 0,08 e 0,40 mm/s, e próximo à ruptura a velocidade pode ser reduzida para se obter maior precisão. Em geral, devido à dispersão dos resultados, devem-se ensaiar pelo menos seis chapas e indicar a média dos valores de avanço do punção.

Figura 1 – Esquema – Ensaio Erichsen.

Descrição e procedimentos:- Os alunos devem se organizar em grupos de 2 ou 3 alunos.- Serão empregados aços comuns SAE 1020 e SAE 1045, bem como também um polímero termoplástico . – Determinar a resistência ao impacto em corpos de prova entalhados simplesmente apoiados – ABNT NBR 6157- Realizar os ensaios de embutimento Erichsen.- Preparar relatório de acordo com as orientações do professor.

Procedimento

O procedimento de realização do ensaio leva as seguintes considerações da norma -ABNT NBR5902 / 1980 e segue as mesma em ordem para realização do experimento.

Corpo de Prova:Espessura de 0,3mm a 5,0mm;Quando a espessura nominal da chapa for de 0,3 mm a 2,0mm inclusive, o índice de embutimento será representado pelo símbolo IE;Quando a espessura nominal da chapa for maior que 2,0mm e menor ou igual a 5,0mm, o índice de embutimento será representado pelo símbolo IE40.

Lubrificação:O atrito entre o punção e a chapa poderá afetar o resultado final do ensaio. Por isso, o punção deve ser lubrificado com graxa grafitada, de composição determinada em norma técnica, para que o nível de lubrificação seja sempre o mesmo.O ouso de outro lubrificante deve ser alvo de acordo entre fornecedor e consumidor e deve ser indicado no relatório.

Fixação:A carga de fixação do corpo de prova entre a matriz e o anel de fixação deve ser aproximadamente 10kN.Em máquinas de construção antiga nas quais não se possa medir a carga de fixação, a fixação do corpo de prova pode ser conseguida através de forte pressão de atarraxamento.

Velocidade do ensaio:A velocidade de deformação do corpo de prova deve ser realizada sem choque e vibrações, com velocidade de penetração entre 5mm/min e 20mm/min.Na fase final do ensaio a velocidade deve ser reduzida para o limite inferior, para maior perceptibilidade do início da ruptura.

Ruptura:Entende-se por ruptura uma separação de material por toda sua espessura, permitindo a passagem de luz, em pelo menos parte de sua extensão.Em geral, o início da ruptura é acompanhado por uma queda de esforço suportado pelo corpo de prova, e em alguns casos por um ruído perceptível.

Determinação do IE:No exato momento da ruptura determina-se o percurso do penetrador com aproximação de 0,1mm.

Observações:- O aspecto próximo à ruptura deve ser analisado de modo a descartar aspectos como: enrugamento, distorção, textura superficial e rugosa;- Quanto mais circunferencial for à fratura, mais isotrópico é o material;- Outros parâmetros como: Limite de escoamento, Limite de resistência, Alongamento, Dureza e etc. Devem também ser analisados.

Resultado e Discussões: O corpo de prova ensaiado pela equipe consiste em uma chapa de aço comum com as dimensões a seguir:

Espessura 0,7mmLargura 87,8mmComprimento 261,4mm

Após medidas as dimensões do corpo de prova, o mesmo foi posicionado na Maquina Universal de Ensaios adaptada para o ensaio em questão. Foram realizados dois ensaios no corpo de prova para uma maior confiabilidade de resultados. Em ambos os ensaios, o punção foi pressionado até a ruptura com uma velocidade de 5mm/min. Os resultados obtidos podem ser encontrados nos gráficos Carga[kN] x Deslocamento da mesa(ou deformação do corpo de prova)[mm].

Gráfico 1 – Carga[kN] x Deslocamento da Mesa[mm] – Ensaio 1

Gráfico 2 – Carga[kN] x Deslocamento da Mesa[mm] – Ensaio 2

Duas observações devem ser feitas acerca dos gráficos. A primeira diz respeito ao início da curva, essa diferença entre os dois ensaios se dá pelo fato do punção estar a uma pequena distância (menos de 1mm no primeiro ensaio e quase 1,4mm no segundo) do corpo de prova, o que causa uma faixa do gráfico sem carga. A segunda observação é sobre o decrescimento da carga no fim do ensaio, o triangulo preto no gráfico representa o ponto de ruptura do corpo de prova, e a partir dele, a carga começa a diminuir,

causando o decréscimo na curva. Portanto, o ensaio é representado apenas pela curva que vai do início da inclinação até o ponto demarcado pelo triângulo preto. A deformação no corpo de prova pode ser observado nas fotos abaixo.

Figura 2 – Deformação do corpo de prova

Figura 3 – Detalhe da Fratura

Após a realização do ensaio e a leitura e interpretação dos gráficos alguns dados foram coletados. Os

mesmos estão compilados na tabela abaixo.

Ensaio 1 Ensaio 2 MédiaCarga Máxima 23,42 kN Carga Máxima 23,72 kN Carga Máxima 23,57 kNDeformação 11,48 mm Deformação 11,84 mm Deformação 11,66 mm

Tabela 2 – Resultados obtidos

Assim com uma velocidade de 5mm/min do punção, obtemos um deslocamento médio de 11,66mm em uma placa de 0,7mm de espessura de aço comum com uma força máxima média de 23,57kN. Isso significa que o material ensaiado possui uma estampabilidade relativamente boa, o que torna o aço baixo carbono uma opção com uma boa relação estampabilidade x resistência mecânica. Ideal para peças com uma deformação não tão elevada e que necessitam uma resistência mecânica considerável.

Conclusão:Percebemos que o ensaio é de fácil realização, sendo bastante aplicados na indústria de produtos obtidos por conformação plástica. Uma de suas maiores qualidades é a possibilidade de se deformar o material quase nas mesmas condições obtidas na operação de produção propriamente ditas. Visto que o ensaio de embutimento, mais especificamente o de Erichsen, é um ensaio de padronização europeia para a avaliação da ductibilidade de chapas metálicas, pode-se considerar a prática válida. Os resultados foram satisfatórios e dentro de uma faixa de aceitação correta, pois não se consegue exatidão diante de fatores como, ao ser deformada a frio, a chapa pode apresentar pequenas trincas em consequência da heterogeneidade do material e a falta de lubrificação do equipamento e do blank.

Referências:

1 NBRNM 281-1 (11/2003) Materiais metálicos - Parte 1: Ensaio de impacto por pêndulo Charpy

2 NBR NM 281-2 (11/2003) Materiais metálicos - Parte 2: Calibração de máquinas de ensaios de impacto por pêndulo Charpy.

3 NBR 6157- Determinação da resistência ao impacto em corpos de prova entalhados simplesmente apoiados

4 Cozaciuc, Ivan at all, Apostila de Ensaios de Materiais. Telecurso 2000.

5 (Coloque as demais referencias que foram utilizadas para a pesquisa e análise dos resultados).