Parafusos - cosipa

Parafusos - cosipa

AnAnáálise dos Parâmetros que Influenciaram a Falha dos Parafusos lise dos Parâmetros que Influenciaram a Falha dos Parafusos

Calibrados ACalibrados Açço1045 do Acoplamento de Engrenagem da Mesa o1045 do Acoplamento de Engrenagem da Mesa

GiratGiratóória do Laminador de Chapas Grossasria do Laminador de Chapas Grossas

ObjetivoObjetivo

IntroduIntroduççãoão FundamentaFundamentaçção Teão Teóóricarica MMéétodo Experimentaltodo Experimental Resultados ExperimentaisResultados Experimentais ConclusãoConclusão Grupo de TrabalhoGrupo de Trabalho

SUMSUMÁÁRIORIO MetodologiaMetodologia

Apresentar um estudo do motivo da quebra dos Apresentar um estudo do motivo da quebra dos parafusos do acoplamento da mesa giratparafusos do acoplamento da mesa giratóória do ria do

Laminador de Chapas Grossas da Cosipa. Laminador de Chapas Grossas da Cosipa.

MMéétodo baseado na metalografia e nos estudos dos todo baseado na metalografia e nos estudos dos esforesforçços mecânicos a que eles estão submetidos.os mecânicos a que eles estão submetidos.

UtilizaUtilizaçção do software SOLIDWORKSão do software SOLIDWORKS®®e e

COSMOSWORKSCOSMOSWORKS®®, que simula todos estes esfor, que simula todos estes esforçços os mecânicos atravmecânicos atravéés do s do ““mméétodo matemtodo matemáático dos tico dos elementos finitoselementos finitos””..

Um laminador de chapas Um laminador de chapas grossas grossas ééum equipamento um equipamento composto de quatro cilindros composto de quatro cilindros empilhados na vertical e seu empilhados na vertical e seu objetivo objetivo ééreduzir a espessura reduzir a espessura

de placas de ade placas de açço, o, ààmedida medida que elas passam entre estes que elas passam entre estes cilindros, aplicandocilindros, aplicando--se uma se uma forforçça de aperto nas placas.a de aperto nas placas.

Um dos principais Um dos principais equipamentos que fazem parte equipamentos que fazem parte de um laminador de chapas de um laminador de chapas grossas são as mesas giratgrossas são as mesas giratóórias rias de entrada e sade entrada e saíída. A principal da. A principal funfunçção destas mesas ão destas mesas éégirar o girar o material na entrada e na samaterial na entrada e na saíída da do laminador, conforme o do laminador, conforme o sentido de laminasentido de laminaçção, se ão, se transversal ou longitudinal. transversal ou longitudinal.

O trabalho surgiu da O trabalho surgiu da necessidade de analisar as necessidade de analisar as quebras dos parafusos do quebras dos parafusos do acoplamento da mesa acoplamento da mesa giratgiratóória, que causaram ria, que causaram paradas de emergência no paradas de emergência no equipamento.equipamento.

A anA anáálise de falha lise de falha ééuma metodologia que tem o uma metodologia que tem o objetivo de identificar os mecanismos que causam objetivo de identificar os mecanismos que causam danos ou falhas em elementos mecânicos ou danos ou falhas em elementos mecânicos ou equipamentos. O resultado de um estudo de anequipamentos. O resultado de um estudo de anáálise de lise de falha falha ééutilizado para corrigir os fatores que utilizado para corrigir os fatores que provocam as falhas, evitando suas reincidências. provocam as falhas, evitando suas reincidências.

Coleta de InformaColeta de Informaçções;ões; InspeInspeçção Visual;ão Visual; Metalografia;Metalografia; Ensaio de Dureza;Ensaio de Dureza; Engenharia Reversa eEngenharia Reversa e CCáálculos Matemlculos Matemááticos.ticos.

A informaA informaçção deve ser feita preferencialmente no ão deve ser feita preferencialmente no momento e no local onde ocorreu a falha, a fim de momento e no local onde ocorreu a falha, a fim de evitar que falte algum dado importante.evitar que falte algum dado importante.

Importante recurso na verificaImportante recurso na verificaçção de alteraão de alteraçções ões dimensionais, padrão de acabamento superficial e na dimensionais, padrão de acabamento superficial e na observaobservaçção de descontinuidades superficiais visuais. ão de descontinuidades superficiais visuais.

Ex.: cavidades e porosidades.Ex.: cavidades e porosidades.

Metalografia Metalografia ééo estudo da estrutura interna ou o estudo da estrutura interna ou externa dos metais. Quanto ao tipo de observaexterna dos metais. Quanto ao tipo de observaçção, ela ão, ela estestáásubdividida basicamente em duas classes:subdividida basicamente em duas classes:

•• MacroscopiaMacroscopia; ;

•• Microscopia.Microscopia.

O ensaio de dureza O ensaio de dureza ééa determinaa determinaçção da resistência ão da resistência que um material oferece que um material oferece ààpenetrapenetraçção de outro em sua ão de outro em sua superfsuperfíície. cie.

A engenharia reversa consiste em, a partir de uma A engenharia reversa consiste em, a partir de uma solusoluçção pronta, reavaliar parâmetros e conceitos ali ão pronta, reavaliar parâmetros e conceitos ali empregados. empregados.

MMÉÉTODO EXPERIMENTALTODO EXPERIMENTAL InspeInspeçção Visualão Visual

Para os corpos de prova, foram selecionados parafusos que Para os corpos de prova, foram selecionados parafusos que quebraram em campo, sendo identificados como: CP I, CP I, quebraram em campo, sendo identificados como: CP I, CP I,

CP I e CP IV (parafuso novo). CP I e CP IV (parafuso novo).

MacrografiaMacrografia

O ensaio de O ensaio de macrografiamacrografiafoi realizado com a finalidade foi realizado com a finalidade de identificar os defeitos superficiais.de identificar os defeitos superficiais.

O preparo do corpo de prova de O preparo do corpo de prova de macrografiamacrografiaconsistiu consistiu

••Escolha e localizaEscolha e localizaçção da secão da secçção a ser estudada;ão a ser estudada;

••Deixar a superfDeixar a superfíície plana e polida no lugar escolhido;cie plana e polida no lugar escolhido;

••Ataque dessa superfAtaque dessa superfíície por um reagente qucie por um reagente quíímico mico adequado. adequado.

MicrografiaMicrografia

O exame da superfO exame da superfíície foi realizado no microsccie foi realizado no microscóópio pio óóptico ptico para verificapara verificaçção de inclusões, escão de inclusões, escóórias, trincas, distribuirias, trincas, distribuiçção da ão da grafita, porosidades, ou outras ocorrências.grafita, porosidades, ou outras ocorrências.

Ensaio de DurezaEnsaio de Dureza

••Foram seccionados dois corpos de provas CPI e CPII no Foram seccionados dois corpos de provas CPI e CPII no cortador de disco abrasivo (cortador de disco abrasivo (cutcut--offoff););

••Estes

Estes CPsCPsforam submetidos a um polimento, onde a foram submetidos a um polimento, onde a superfsuperfíície que interessava foi cuidadosamente lixada e cie que interessava foi cuidadosamente lixada e polida;polida;

••Logo apLogo apóós a finalizas a finalizaçção do acabamento superficial, os ão do acabamento superficial, os

CPsCPsforam submetidos ao ensaio de dureza, o qual foi foram submetidos ao ensaio de dureza, o qual foi repetido por três vezes, em cada um dos repetido por três vezes, em cada um dos CPsCPs, para

, para obtenobtençção da mão da méédia, utilizando a escala de dia, utilizando a escala de RockwellRockwellC do

C do equipamento.equipamento.

Foi realizado um ensaio de tratamento tFoi realizado um ensaio de tratamento téérmico, têmpera e rmico, têmpera e revenimento, conferindo as caracterrevenimento, conferindo as caracteríísticas como uma forma sticas como uma forma de avaliar as microestruturas.de avaliar as microestruturas.

Engenharia ReversaEngenharia Reversa

A engenharia reversa compreendeu o tratamento tA engenharia reversa compreendeu o tratamento téérmico do rmico do material para a obtenmaterial para a obtençção da dureza necessão da dureza necessáária. ria.

Tratamento tTratamento téérmicormico

Têmpera em Têmpera em áágua dos corpos de provagua dos corpos de prova

••Foi realizado um tratamento tFoi realizado um tratamento téérmico de têmpera com o rmico de têmpera com o objetivo de obter uma estrutura denominada objetivo de obter uma estrutura denominada martensmartensííticatica. Os

. Os corpos de prova foram submetidos corpos de prova foram submetidos ààs seguintes etapas:s seguintes etapas:

••Os corpos de provas CP I e CP I foram seccionados em três Os corpos de provas CP I e CP I foram seccionados em três partes com dimensões de partes com dimensões de ØØ16 m x 5 m de altura;16 m x 5 m de altura;

A muflamuflafoi ajustada para chegar foi ajustada para chegar ààtemperatura de 950 temperatura de 950 ººC;C;

••ApApóós atingir esta temperatura os s atingir esta temperatura os CPsCPsforam inseridos, foram inseridos, permanecendo lpermanecendo láápor 10 min;por 10 min;

••Depois de retirados da

Depois de retirados da muflamuflaos os CPsCPsforam inseridos em um foram inseridos em um recipiente com recipiente com áágua a uma temperatura de 25 gua a uma temperatura de 25 ººC.C.

Revenimento dos corpos de prova CPI e CPIIRevenimento dos corpos de prova CPI e CPII

ÉÉo tratamento usado para remover as tensões internas o tratamento usado para remover as tensões internas deixadas pela têmpera. O revenimento melhora a tenacidade deixadas pela têmpera. O revenimento melhora a tenacidade das microestruturas das microestruturas martensmartensííticasticas, diminuindo a resistência e

, diminuindo a resistência e a dureza.a dureza.

Demonstrativo da influência do Carbono na dureza no Demonstrativo da influência do Carbono na dureza no tratamento de revenimento.tratamento de revenimento.

Demonstrativo da influência do Manganês (800Demonstrativo da influência do Manganês (800ººF) na F) na dureza no tratamento de revenimento.dureza no tratamento de revenimento.

Demonstrativo da influência do Manganês (900Demonstrativo da influência do Manganês (900ººF) na F) na dureza no tratamento de revenimento.dureza no tratamento de revenimento.

RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS Fratura por fadiga seguida por fratura frFratura por fadiga seguida por fratura fráágil.gil.

AnAnáálise Visuallise Visual

RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS Fratura FrFratura Fráágilgil

RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS Ensaio de DurezaEnsaio de Dureza

Não apresentou algumas das heterogeneidades mais Não apresentou algumas das heterogeneidades mais comuns nos acomuns nos açços, tais como:os, tais como:

••vazio, causado pelo resfriamento lento;vazio, causado pelo resfriamento lento;

••segregasegregaçção, causadas pelas impurezas e outros metais;ão, causadas pelas impurezas e outros metais;

••dendritasdendritas, forma, formaçção de grãos de vão de grãos de váários tamanhos;rios tamanhos;

••trincas, devido trincas, devido ààs tensões excessivas no resfriamento.s tensões excessivas no resfriamento.

Ensaio Ensaio MetalogrMetalográáficofico

MacrografiaMacrografia::

As amostras (CP I e CP I) analisadas apresentaram As amostras (CP I e CP I) analisadas apresentaram microestruturas variadas, cuja apresentamicroestruturas variadas, cuja apresentaçção destes resultados ão destes resultados veremos subdivididos por amostras.veremos subdivididos por amostras.

Micrografia:Micrografia:

Microestrutura: Microestrutura: ferritaferritae e perlitaperlita

Tratamento tTratamento téérmico: ausência de têmpera e revenimento rmico: ausência de têmpera e revenimento

Amostras CP I e CP IAmostras CP I e CP I

Foi realizado um processo de têmpera, aquecendo o material Foi realizado um processo de têmpera, aquecendo o material à

950950ººC e apC e apóós resfriandos resfriando--o em o em áágua gua àà2525ººC, onde adquiriuC, onde adquiriu--se uma se uma estrutura 100 % estrutura 100 % martensmartensííticatica, com dureza de 58 HRC.

, com dureza de 58 HRC.

Posteriormente, com a mesma amostra realizamos um ensaio de Posteriormente, com a mesma amostra realizamos um ensaio de revenimento baseado nos crevenimento baseado nos cáálculos descritos no mlculos descritos no méétodo todo experimental, cujo valor encontrado experimental, cujo valor encontrado éépara uma temperatura de para uma temperatura de

458,51 458,51 ººC. Dessa forma, alcanC. Dessa forma, alcanççamos uma dureza, apamos uma dureza, apóós o s o revenimento, de 32 HRC.revenimento, de 32 HRC.

ReengenhariaReengenharia

Amostra CP I apresentou Amostra CP I apresentou martensitamartensitarevenidarevenida(imagem

(imagem ampliada 200 X). ampliada 200 X).

CCáálculos dos Esforlculos dos Esforçços os chapa ap RF µ

ForForçça de aperto:a de aperto:

Momento de aperto:Momento de aperto:

Modelamento MatemModelamento Matemáático tico

Conjunto de fixaConjunto de fixaçção: Anão: Anáálise de tensões por Von lise de tensões por Von MisesMises

Modelamento MatemModelamento Matemáático tico

Conjunto de fixaConjunto de fixaçção: Deslocamento da cabeão: Deslocamento da cabeçça do parafusoa do parafuso

Modelamento MatemModelamento Matemáático tico

Conjunto de fixaConjunto de fixaçção: Coeficiente de seguranão: Coeficiente de segurançça da arruelaa da arruela

Modelamento MatemModelamento Matemáático tico

Conjunto de fixaConjunto de fixaçção: Coeficiente de seguranão: Coeficiente de segurançça da porcaa da porca

Modelamento MatemModelamento Matemáático tico

Conjunto de fixaConjunto de fixaçção: Coeficiente de seguranão: Coeficiente de segurançça do parafusoa do parafuso

••O CPI rompeu por fadiga seguida de fratura frO CPI rompeu por fadiga seguida de fratura fráágilgil ••O CP I rompeu somente por fratura frO CP I rompeu somente por fratura fráágil.gil.

••Os corpos de prova ensaiados apresentaram dureza abaixo do Os corpos de prova ensaiados apresentaram dureza abaixo do especificado no projeto, pois não eram materiais temperados e especificado no projeto, pois não eram materiais temperados e revenidosrevenidos

••Com os cCom os cáálculos de elementos de mlculos de elementos de mááquinas foi possquinas foi possíível determinar vel determinar a fora forçça de aperto e o momento de aperto, dados que não constam no a de aperto e o momento de aperto, dados que não constam no projeto e não projeto e não ééposspossíível determinar se foram utilizados na vel determinar se foram utilizados na montagem dos parafusos. montagem dos parafusos.

••Com base nos programas SOLIDWORKSCom base nos programas SOLIDWORKS®®e o e o

COSMOSWORKSCOSMOSWORKS®®utilizados, em conjunto com o mutilizados, em conjunto com o méétodo todo matemmatemáático de elementos finitos, justificamos que o parafuso tico de elementos finitos, justificamos que o parafuso especificado estava especificado estava superdimensionadosuperdimensionadoem relaem relaçção ao projeto.ão ao projeto.

ClClááudio Marcelo udio Marcelo BalbinoBalbinodos Santosdos Santos

Gledson Leandro Severo da SilvaGledson Leandro Severo da Silva

LudneyLudneyOliveira de JesusOliveira de Jesus

Ricardo Lima da SilvaRicardo Lima da Silva Wagner Tiago de LimaWagner Tiago de Lima

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