Deep water oil production imposes several challenges to the oil companies. One of the greatest difficulties is related to the damages that the flexible riser pipes are subjected. These pipes conduct the produced oil to the platform. They are also used to inject water in the well in order to recover its production capacity. Among the damages mentioned, its worth to mention the abrasive wear that takes place at the touchdown point (TDP). In order to reduce this tribological degradation, PU coats have been used at the TDP region. Considering the diversity of PU that can be used in this application, it is highly desired that the PU plaques quality are controlled before its installation. Based on this demand, a portable apparatus was designed and constructed in the Laboratory for Friction and Wear at the Federal University of Uberlândia to simulate the tribological interactions between the riser pipe and the sea bed. So this work aims to produce WC-Co indenter for this test apparatus. To accomplish that, the following steps were proposed: a) equipment preparation for wear tests; b) determination of test parameters (cycle number and load) through a full factorial design; c) geometric and dimensional control of the indenters before and after machining processes; d) realization of wear tests before and after machining the indenters; e) machining of indenters using honing and lapping and f) analysis of the improvements achieved on the wear results. The results obtained allowed the following conclusions: 1) the proposed machining processes and parameters for are appropriate to manufacture the indenter In accordance with their selected dimensional and geometric tolerances. Roughness values of about 2.0 μm has been reduced by at least 60%, while for values lower than 2.0 μm this reduction was at least 33%, and 2) abrasion tests using the new indenters provide more precise and reliable results. / A extração de petróleo em águas profundas impõe diversos desafios às empresas petrolíferas. Um dos principais são os danos que os dutos flexíveis, as tubulações que levam o petróleo do poço de extração até a plataforma flutuante, sofrem ao serem expostos ao hostil ambiente subaquático. Dentre estes danos, destaca-se o desgaste abrasivo na região onde o duto toca o solo marinho, chamada de touchdown point (TDP). Para prolongar a vida útil do duto e evitar vazamentos de óleo no mar, são empregados revestimentos protetores poliméricos, usualmente chamados de calhas. A partir de uma necessidade da indústria petrolífera de testar e controlar o recebimento destes revestimentos foi projetado e construído um equipamento denominado de Simulador de Interações Marítimo-Mecânicas em Calhas (SIMMC) no Laboratório de Tecnologia em Atrito e Desgaste UFU que visa à realização de testes em campo. Assim sendo, o objetivo deste trabalho foi fabricar, controlar e testar penetradores de metal duro visando à realização de ensaios de desgaste por abrasão que permitam avaliar a resistência ao desgaste abrasivo de materiais poliméricos usados na proteção de risers. Para tanto, foram propostas as seguintes etapas: a) preparação do SIMMC Portátil para realização dos ensaios de desgaste; b) determinação dos parâmetros de teste ideais para o SIMMC Portátil (número de ciclos, carga externa e velocidade de rotação) por meio de um planejamento fatorial completo; c) controle dimensional e geométrico dos penetradores antes e após a usinagem; d) realização de testes de desgaste antes e após a retífica; e) usinagem dos penetradores utilizando afiação e lapidação e f) análise da influência das melhorias trazidas por esses processos para os resultados dos testes de desgaste. Os resultados obtidos permitem concluir que: 1) os processos de usinagem propostos são adequados para fabricação dos penetradores dentro das tolerâncias dimensionais e geométricas definidas no projeto. Valores de rugosidade da ordem de 2,0 μm foram reduzidos em pelo menos 60%, enquanto que para valores menores que 2,0 μm esta redução foi pelo menos de 33% e 2) os ensaios de abrasão utilizando os penetradores fabricados fornecem resultados mais precisos e confiáveis. / Mestre em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Surface texturing can be used to improve the tribological performance of mechanical contacts, in particular in the case of lubricated systems. The purpose of this work is to improve an alternative method for surface texturing based on electrochemical machining. Electrochemical dissolution combines high speed, good reproducibility and high cost-benefit ratio, which are important factors when an industrial application of surface texturing is pursued. Since the area to be textured is not required to be masked, the technique is optimized, without the need of a pre or post treatment of each surface. Another nonconventional machining technique, Electrical Discharge Machining (EDM), was used to drill microholes in the cover of the tool that will be used in the microtexturing operations. The pattern of microholes in the tool is copied onto the workpiece through the action of electrochemical dissolution. The improvement of the electrochemical texturing technique was achieved with the design of an electronic circuit with a data acquisition system and of an electrochemical cell and with the specification of the electrolyte pumping system, which improved the surface finish of the textured workpiece, as well as with the development of tools that made possible the confection of different microtexture patterns. In the electrochemical cell, the tool material was AISI 230 ferritic stainless steel and the workpiece material was carbon steel AISI 1010o. Sodium Chloride was chosen as the electrolyte tool makes the electrical contact between the electrodes. During the electrochemical texturing tests, the effect of important parameters such as the gap between electrodes, the applied voltage and the total texturing time were evaluated, and the best values found were a gap of 100 mm, a voltage between 30V and 40V and a texturing time between 20s and 60s. Different texturing patterns were obtained with good results, including dots, trace-dots and chevrons. A tribological test showed a reduction in friction and wear of a textured surface lubricated with MoS2, when compared with a smooth surface. / A texturização superficial pode ser utilizada para melhorar o desempenho tribológico de contatos mecânicos, em particular em regimes lubrificados. O presente trabalho tem o objetivo de aprimorar uma metodologia alternativa para a texturização de superfícies baseada em princípios de usinagem eletroquímica. A dissolução eletroquímica alia rapidez, reprodutibilidade e elevado custo-benefício, que são extremamente importantes quando se visa a aplicação da microtexturização em escala industrial. O não mascaramento da área a ser texturizada otimiza a técnica, dispensando um tratamento prévio e posterior de cada superfície. Uma técnica também não convencional de usinagem, a eletroerosão, foi utilizada para a microfuração da tampa da ferramenta a ser usada na microtexturização. O padrão de microfuração da ferramenta é copiado à peça pela ação da dissolução eletroquímica. O aprimoramento da técnica de texturização eletroquímica foi acompanhado pelo projeto de um circuito eletrônico com sistema de aquisição de dados, de uma célula eletroquímica e pelo dimensionamento de um sistema para bombeamento e fluxo de eletrólito, que permitiram uma melhora no acabamento superficial das peças microtexturizadas, além do desenvolvimento de ferramentas que viabilizaram a confecção de diferentes padrões de microtexturização. Na célula de texturização eletroquímica, o material da ferramenta foi o aço inoxidável ferrítico AISI 430 e o da peça foi o aço carbono 1010. O eletrólito escolhido para promover o contato elétrico entre os eletrodos foi o NaCl. Durante a texturização eletroquímica foram avaliados parâmetros importantes como o distanciamento entre eletrodos, a tensão aplicada e o tempo total de texturização, sendo que os melhores resultados foram obtidos para um distanciamento de 100 mm, uma tensão de 30 a 40 V e um tempo de texturização entre 20 e 60 s. Foram texturizados ainda padrões com formatos de ponto, traço-ponto e V , obtendo-se bons resultados. Um teste tribológico mostrou uma redução do atrito e uma diminuição do desgaste de uma superfície texturizada lubrificada com MoS2, quando comparada com uma superfície lisa. / Mestre em Engenharia Mecânica

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Neste trabalho um novo microtribômetro capaz de fazer uma análise visual da superfície de desgaste foi desenvolvido a fim de estudar atrito e desgaste em ensaios de deslizamento com movimento alternado em baixas cargas. Um atuador piezelétrico e um sistema programável permitem o controle da força normal durante o ensaio, uma célula de carga tridimensional é responsável pela medição contínua de carga normal e da força de atrito e um sensor LVDT acoplado ao equipamento mede a posição da amostra durante os ensaios. A alta taxa de aquisição de dados, característica desse sistema, permite a geração de mapas de triboscopia 3D, onde as cores quantificam o coeficiente de atrito em função da posição dentro da marca de desgaste e do número de ciclos. Adicionalmente, um microscópio óptico, montado no pórtico, captura periodicamente imagens em uma determinada posição da marca de desgaste, mostrando a evolução dos eventos observados durante o processo. A frequência do movimento pode variar entre 0,03 - 2,0 Hz e a força normal aplicada 0,3 - 13 N. Com a finalidade de validar esse dispositivo, o coeficiente de atrito, os mecanismos de desgaste e o volume desgastado foram comparados com os ensaios realizados em um tribômetro comercial e, para tanto, foi utilizado um aço VC10 revestido quimicamente cm níquel químico como amostra. Em ambos os tribômetros, os parâmetros de frequência, força normal e amplitude foram definidos com 2,0 Hz, 9,81 N e 10 mm, respectivamente. O contracorpo utilizado foi uma esfera de aço SAE 52100 com 5,0 mm de diâmetro. Os resultados mostraram que este novo microtribômetro fornece mecanismos de desgaste, coeficiente de atrito e volume desgastado semelhantes quando comparado ao tribômetro comercial, garantindo uma boa confiabilidade para ensaios tribológicos. Após a validação do equipamento, mapas de triboscopia e capturas de imagens foram utilizados para monitorar e analisar a evolução das trilhas de desgaste produzidas durante os ensaios de deslizamento alternado. / A new microtribometer capable of performing an optical analysis of the wear interface was developed in order to study friction and wear in low load reciprocating sliding wear tests. A piezoelectric actuator and a programmable system allow normal force control during the test. A tridimensional load cell is responsible for continuous measurement of normal load and frictional force. An LVDT sensor coupled to the sample driving apparatus measures the position of the sample during testing. This system’s characteristic high data acquisition rate allows the generation of 3D triboscopy maps, in which the colours quantify the friction coefficient according to the position within the wear mark and the number of cycles. Furthermore, an optical microscope mounted in the portico periodically captures images in a particular wear mark position showing the evolution of the events observed during the wear process. The frequency of the movement may vary between 0.03 to 2.0 Hz and the normal load applied from 0.3 to 13 N. In order to validate this device the friction coefficient, the wear mechanisms and the worn volume were compared with tests performed in a commercial tribometer. A VC10 steel chemically coated with nickel was used as sample. In both tribometers the frequency, load and amplitude parameters were set as 2.0 Hz, 9.81 N and 10 mm respectively. The counterbody was an AISI 52100 steel ball with 5.0 mm diameter. Results showed that this new microtribometer provides similar wear mechanisms, friction coefficient and worn volume when compared to the commercial tribometer, ensuring good reliability for tribological tests. After the equipment validation, triboscopy maps and image captures were used to monitor and analyze the evolution of the wear tracks produced during the sliding reciprocating tests. / Dissertação (Mestrado)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work, methodologies to evaluate the wear of flexible riser pipe and bend stiffener samples were developed. In order to achieve this goal, a three coordinate measuring machine (3CMM) was used to evaluate the wear rates of samples tested in in a large-scale tribometer. Additionally, the events that occur during the sliding wear of these samples were correlated with vibration signals from the tribometer structure. The first methodology was applied to estimate the linear wear of riser samples of the polyamide outer coating that was based on the thickness reduction during the test. The second methodology was designed to estimate the volumetric wear loss of the bendstiffener samples. To evaluate the thickness loss of the riser samples, the Calypso® software was used to define the alignment and to determine and execute the measurement strategy. In order to assess the bend-stiffener volume, the same software was used to define the system alignment. The Dimension Volume® software was used to define and to perform the measurement strategy. The sample volume was calculated using a specially designed program that was developed in Matlab®. In order to analyze the vibrations during the wear test, a routine of data acquisition, monitoring and storage of vibration signals in Labview® software was developed and implemented. The results showed that the developed methodology to quantify the riser thickness loss using a 3CMM is viable and efficient in measuring the wear process of this tribosystem. It was also found that the developed program using Matlab® was an effective tool to evaluate the volumetric losses of bend-stiffeners samples. The measurement strategy using a mesh spacing of 1 mm x 1 mm was considered the most adequate to estimate the volume of a bend-stiffener sample accurately and with the least possible amount of points. Furthermore, it was observed a vibration peak located at 16.71 Hz, that should be related to the wear process. / Neste trabalho foram desenvolvidas e aplicadas duas metodologias para quantificar o desgaste em amostras de risers e enrijecedores utilizando uma máquina de medir a três coordenadas (MM3C). Tais amostras foram testadas em um tribômetro capaz de realizar ensaios de desgaste por deslizamento em escala real. Adicionalmente, foram correlacionados os eventos que ocorrem durante o processo de desgaste destas amostras com as vibrações na estrutura do tribômetro. A primeira metodologia foi aplicada na estimativa do desgaste linear em amostras de risers, com base na variação de espessura, enquanto que a segunda foi destinada à estimativa do desgaste volumétrico em amostras de enrijecedores, tendo por base a perda de volume das mesmas. Para avaliar a perda de espessura nas amostras de riser foi utilizado o software Calypso® na definição do alinhamento e na determinação e execução da estratégia de medição. Já na avaliação do volume das amostras de enrijecedores, foi utilizado o mesmo software na definição do alinhamento. O software Dimension Volume® foi empregado na definição e execução da estratégia de medição, e, para calcular o volume destas amostras, foi elaborado e utilizado um programa em Matlab®. Com o intuito de analisar as vibrações durante o ensaio de desgaste, foi desenvolvida e implementada uma rotina de aquisição, monitoramento e salvamento dos sinais de vibrações no software Labview®. Os resultados obtidos permitiram concluir que a metodologia desenvolvida para quantificação da perda de espessura de risers usando uma MM3C é uma técnica viável e eficiente. Constatou-se, também, que o programa desenvolvido em Matlab® foi uma ferramenta eficaz na avaliação volumétrica das amostras de enrijecedores. A estratégia de medição com malha 1 mm x 1 mm foi considerada a mais adequada para estimar o volume de uma amostra de enrijecedor, com precisão e com a menor quantidade de pontos possível. Além disso, verificou-se que o pico da amplitude vibratória esteve localizado em 16,71 Hz, que deve estar relacionado ao processo de desgaste. / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho estudou o efeito de tratamentos de gume e a interação com a aplicação de mínima quantidade de lubrirrefrigerante (MQL) sobre a integridade superficial da peça e desgaste no fresamento. A necessidade de alta produtividade das industrias aliada a alta eficiência que estas necessitam impulsionam avanços tecnológicos na área da usinagem. Processos de tratamento de gume vem para atender estas necessidades, aumentando a durabilidade e confiabilidade das ferramentas. Por outro lado, a necessidade de economia em fluidos de usinagem, sem perder em desempenho impulsiona a utilização de alternativas como o MQL. Tanto o tratamento de gume quanto a utilização de MQL na usinagem acabam impactando no processo. Estes apresentam ligação com mudanças na qualidade superficial e desgaste, como também em aspectos econômicos do processo. Com estes pontos em vista foram realizados ensaios experimentais utilizando fresas tratadas pelo método de acabamento por arraste e polimento com cerdas abrasivas. Os experimentos também avaliaram a aplicação de MQL com e sem aditivos de extrema pressão. Os ensaios consistiram em gerar superfícies, retratando diferentes estágios de vida da ferramenta. Foram realizadas, nas ferramentas, análises da rugosidade, textura e características dimensionais das ferramentas após os tratamentos. A textura e a rugosidade na seça foram analisadas em diferentes estágios da vida da ferramenta. Por fim, deformações plásticas e dureza por micro endentação no corpo de prova foram medidas para um estágio intermediário da vida da ferramenta. Os resultados apontam que os tratamentos resultam em características distintas na ferramenta. Tanto os tratamentos como a aplicação de MQL apresentaram influência significativa sobre a textura, rugosidade e camada afetada, assim como sobre o desgaste. As ferramentas que passaram pelo polimento apresentaram boa estabilidade quanto utilizadas com MQL, alcançando um comprimento usinado até 20% superior em comparação com as ferramentas originais usinando a seco. / Bolsa Empresa, BE. / This work studied the effect of edge preparation and its interaction with minimum quantity of lubricant (MQL) application over the surface integrity of the workpiece and wear in milling. The necessity of high productivity of the industry allied with high efficiency that they need drives technological advances in the machining area. Edge preparation processes come to attend those needs, increasing the durability and reliability of the tools. Moreover, the necessity for economy in metalworking fluids, without losing in performance impels the use of alternatives such as MQL. Both the edge preparation and the use of MQL in machining end up impacting the process. These have connection with changes in surface quality and wear, as well as on economic aspects of the process. In regarding of this, experimental tests were conducted by using tools treated with drag finishing and polishing with abrasive brushes. The experiments also evaluated the use of MQL with and without extreme pressure additives. The tests consisted in generating surfaces, picturing different stages of the tools life. Roughness analysis, texture and dimensional measurements of the tools were performed after treatment. Texture and roughness on the workpiece were analyzed at different stages of the tool life. Finally, microhardness and plastic deformation were measured on the workpiece for an intermediate stage of tool life. The results show that the treatments result in different characteristics on the tool. Both treatments as the application of MQL have significant effect on the texture, roughness and affected layer as well as on the wear. The tools that went trough polishing presented good stability when used with MQL, reaching a machining length up to 20% higher in comparison with the original tools in dry milling.

Orientador : Celia Marina de Alvarenga Freire / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T16:45:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_MariaElizianePiresde_D.pdf: 6548696 bytes, checksum: a583e3d7f5ab6c842a79ec6878142db1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: As características protetoras das superfícies de aços galvanizados são geralmente intensificadas através da passivação por cromo hexavalente (Cr+6). Porém, por ser este um elemento tóxico, vários estudos visando a substituição do procedimento de cromatização vêm sendo realizados. As resinas de polissiloxanos e materiais híbridos organo-inorgânicos preparados pelo processo sol-gel, podem vir a ser um excelente substituinte ao processo de cromatização. Neste trabalho, filmes híbridos organo-inorgânico e filmes de silicone foram aplicados em aço galvanizado e em camadas de Zn-Fe. Os revestimentos foram então avaliados através de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. Os dados obtidos pela Espectroscopia foram modelados através de um circuito equivalente, permitindo a obtenção dos parâmetros eletroquímicos para os sistemas avaliados. Além disso, o potencial em circuito aberto, para os diferentes sistemas, foi monitorado durante processo de desgaste em sistema pino-disco em solução de NaCI 3%. Os revestimentos foram comparados em termos de resistência à corrosão e coeficiente de fricção. Os resultados mostram um bom desempenho para os revestimentos como protetores de corrosão e o comportamento destes mostraram-se dependente do tipo de revestimento metálico que foi aplicado no aço / Abstract: Chromating pre-treatments have been widely used to improve galvanized steel corrosion resistance. However, due to the high toxicity of chromate ions, chromatation pre-treatments tend to be banned and, in last years, alternative coating systems are under investigation. Recently, polysiloxanes and hybrids materiais by the sol-gel process have been extensively investigated. These materiais may be considered as promising substitutes for chromatation pre-treatments. In this work organic-inorganic hybrid materiais and silicone films have been prepared and applied on galvanized steel and on steeJ electroplated with a Zn-Fe alloy. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was used as a technique for the evaluation of the corrosion mechanisms of the coating systems and the EIS data was fitted to an equivalent circuit from which the electrochemical parameters were obtained. Additionally, the evolution of open circuit potential, for samples, was monitored during alternative reciprocating sliding against an alumina pin in a 3% NaCl solution. The behaviour of the coatings has been compared in terms of corrosion potential and friction coefficient. Results show the protective character of the hybrid films and silicon resin films, when compared with uncovered specimens. The overall performance of the coating systems appears to be highly dependent on the type of metallic coating applied to the steel / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:19:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_KleberAugustinSabatda_D.pdf: 13994845 bytes, checksum: c0766efdbf4acbaf7d07b0db50f1fe52 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A procura por relações funcionais correlacionando parâmetros microestruturais e o comportamento mecânico de ligas metálicas é fundamental para a pré-programação do produto final. O presente estudo pretende contribuir para o entendimento sobre a influência dos parâmetros microestruturais na resistência ao desgaste e nas propriedades mecânicas de ligas de dois sistemas binários: AI-Sn e AI-Si. Tais ligas são bastante usadas em aplicações de engenharia, tais como mancais e camisas de cilindro de motores de combustão, respectivamente. Apesar do grande uso das ligas do sistema AI-Sn como material tribológico, são escassos os estudos sobre o desenvolvimento microestrutural destas ligas na literatura. Neste estudo, quatro ligas hipoeutéticas do sistema AI-Sn e três ligas hipoeutéticas do sistema AI-Si foram submetidas a solidificação unidirecional, na direção vertical e sentido ascendente, sob condições transitórias de fluxo de calor. Os espaçamentos dendríticos primários (À1) e secundários (À2) foram medidos nas direçõe.s transversal e longitudinal dos lingotes, respectivamente, e correlacionados com as variáveis térmicas que atuaram durante a solidificação. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente_as variáveis térmicas, tais como: coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, velocidade de deslocamento da isoterma liquidus, gradientes térmicos, taxa de resfriamento e tempo local de solidificação. Este estudo também aborda a influência do teor de soluto nos espaçamentos dendríticos das ligas estudadas. Os dados experimentais obtidos, concementes à solidificação das ligas AI-Sn, são comparados com modelos de crescimento dendrítico existentes na literatura. O comportamento mecânico das ligas AI-Sn e AI-Si foi analisado por meio de ensaios de tração e de desgaste. O ensaio de desgaste utilizado foi o ensaio de micro-abrasão por esfera rotativa fixa, sob condições a seco (sem óleo lubrificante ou solução abrasiva). As amostras submetidas aos ensaios de desgaste foram retiradas na direção transversal dos lingotes. A condição a seco foi adotada para impedir a interferência de elementos interfaciais na resposta da microestrutura com relação ao desgaste mecânico. O volume de desgaste é o parâmetro quantificador da resistência ao desgaste e, são obtidas equações que correlacionam o volume de desgaste com espaçamentos dendríticos, levando em consideração o tempo de ensaio, que está relacionado com a distância de deslizamento. / Abstract: The search for relationships between microstructural parameters and mechanical behavior of alloys is fundamental for the pre-programming of final properties of as-cast components. The present study aims to contribute to the understanding about the influence of microstructural parameters on the wear resistance and mechanical properties of alloys of two binary systems: Al-Sn and AI-Si. Such alloys are widely used in engineering applications, especially as bearing components such as journal bearings and cylinder liners, respectively. Despite the wide use of Al-Sn alloys as bearing materiaIs studies on the microstructural development of such alloys are rare.. In the present study, four Al-Sn and three AI-Si hypoeutectic alloys were directionally solidified under upward unsteady state heat flow conditions. The primary (1,,1) and secondary (Â.2) dendrite arm spacings were measured along the castings length and correlated with transient solidification thermal variables. A combined theoretical and experimental approach has been used to quantitatively determine such thermal variables, i.e., transient metaVmold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidifÍcation time. This study also focuses on the dependence of dendrite arm spacings on the alloy solute content. Furthermore, the experimental data conceming the solidification of AI -Sn alloys are compared with the main predictive dendritic models from the literature. The mechanical behaviors ofthe AI-Sn and AlSi alloys were analyzed by wear and tensile tests. Micro-abrasive wear tests under dry sliding conditions and by using a fixed rotating sphere were applied to transversal samples collected along the casting. The dry condition is adopted to prevent effects of interfacial elements such as abrasive slurry or lubricant oil on the microstructural response during the tests. The wear volume was used to evaluate the wear resistance. Afterwards, equations correlating the wear volume and the dendritic arm spacing have been proposed taking into account the influence of time (sliding distance). / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T19:18:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferrer_JorgeAntonioGiles_D.pdf: 4540427 bytes, checksum: 047f6383d5c609fa0233000c16e0843b (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A maior parte dos estudos sobre o processo de fresamento frontal aborda a usinagem de superfícies planas sem descontinuidades, o que na prática dificilmente acontece. Normalmente existem superfícies interrompidas com furos, superfícies estreitas que são usinadas com fresas de diâmetro grande, devido a uma pequena porção de largura maior, superfícies com rebaixos de 90o, o que faz com que todas as outras superfícies tenham que ser usinadas com uma fresa com este ângulo de posição, etc. Este trabalho pretende abordar alguns problemas gerados pelo fresamento de superfícies como as citadas. Assim, os ensaios deste trabalho foram realizados em peças de ferro fundido do meio produtivo (carcaça de compressor do sistema de freio de ônibus), que contém 3 superfícies a serem fresadas com características diferentes umas das outras. No fresamento de desbaste utilizou-se ferramenta de metal duro e cerâmica e analisou-se a influência da velocidade de corte e sentido de usinagem (concordante e discordante) sobre a vida da ferramenta, a produtividade do processo e a potência de corte. No processo de acabamento analisou-se também a influência do desgaste sobre a rugosidade da peça, especialmente usando pastilha alisadora. As principais conclusões deste trabalho foram: a) em operações de superfícies com rebaixo de 90o, em que o corte discordante se inicia com espessura de corte igual a zero, o corte concordante teve melhor desempenho em termos de desgaste da ferramenta; b) superfícies estreitas que são fresadas com fresas de diâmetro grande, devido à existência de uma pequena porção de largura maior, e que não possuem rebaixos para serem usinados, apresentaram melhor desempenho em termos de desgaste de ferramenta quando usinadas no sentido discordante; c) estas superfícies tem maior desgaste quanto maior o número de descontinuidades que possuir; d) no acabamento é possível substituir o processo de desbaste e acabamento por um único passe usando uma pastilha alisadora no jogo de pastilhas de cerâmica / Abstract: Most of the works about face milling are carried out on uninterrupted flat surfaces, which, in industrial practice, rarely occur. Usually what occur are interrupted surfaces with holes, narrow surfaces which are milled with large diameter cutters, due to a small portion of the surface with larger width, surfaces with corners of 90o, which makes mandatory the use of a 90o cutter, etc. This work deals with some problems generated by the milling of surfaces like those. So, the experiments of this work were carried out in parts of gray cast iron used in industrial production (block of compressor of a bus brake system), which contain three surfaces to be milled, with different features. In the rough milling tests, carbide and ceramic tools were used and the input variables were cutting speed and cutting direction (up and down milling). Their influences on tool lives, process productivity and cutting power were analyzed. In the finish milling tests, besides these parameters, workpiece surface roughness was also analyzed. The main conclusions of this work were: a) in the milling of surfaces with 900 corners, in which the up milling initiates with chip thickness equal to zero in each cutting edge, the down milling presented better performance in terms of tool wear; b) narrow surfaces which are milled with large diameter cutter, due to the fact that they present a small portion with larger width and which do not have corners to be machined, presented better performance in terms of tool wear when milled using up milling; c) the higher the number of interruptions of these kind of surfaces, the larger is the tool wear; d) in finish milling it is possible to replace rough and finish pass by just one cutter pass using wiper inserts / Doutorado / Engenharia de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

No projeto desenvolvido, ligações cruzadas foram formadas no polietileno de alta densidade e alto peso molecular, grade HS5103, através dos processos reticulação por peróxidos e silanos, com o objetivo de se avaliar o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas deste PEAD. Misturas entre o HS5103 e os peróxidos orgânicos, 2,5-Dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano (DHBP) e peróxido de dicumila (DCP), foram produzidas e analisadas para a avaliação do efeito dos tipos de peróxido na reticulação e propriedades do PEAD e para determinação da concentração e do tipo de peróxido a ser utilizado como agente iniciador de reticulação por silano. Ensaios de índice de fluidez (MFI), reometria capilar, extração de polímero por xileno (teor de gel), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tração foram realizados para caracterização das misturas com peróxidos. Os resultados indicaram aumento da viscosidade com o aumento da concentração de peróxido, sendo o DHBP o que apresentou maior índice de aumento; não houve mudanças relevantes nas propriedades mecânicas e, ocorreu aumento do grau de cristalinidade, sendo mais significativo nas amostras com DCP. Após avaliação dos resultados citados, para as amostras a serem reticuladas via silano, foi promovida a graftização de diferentes concentrações de viniltrimetóxisilano (VTMS) na presença de 0,01%p/p de DCP com a adição de 0,05%p/p de catalisador, posteriormente a reticulação foi promovida em água. As amostras produzidas foram caracterizadas por ensaios de teor de gel, análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), TGA, ensaios de desgaste por deslizamento e tração. Nas amostras com silano a formação de ligações cruzadas foi gradativa, apresentando de 8% de gel para amostra com 0,5%p/p de VTMS a 57 % para amostra com1,5% p/p de silano, maior concentração utilizada. A análise dinâmico-mecânica (DMA) realizada evidenciou que houve um aumento densidade de ligações cruzadas e do módulo de armazenamento após temperatura de fusão com o teor de silano, concordando com os resultados de teor de gel. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no PEAD HS5103. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o PEAD modificado. E os testes de desgaste por deslizamento indicaram um aumento da resistência ao desgaste das amostras reagidas com VTMS. / In the project carried out, crosslinks were formed in high density and high molecular weight polyethylene, grade HS5103, through peroxide and silane reticulation processes, aiming to evaluate the effects of the introduction of crosslinks in thermal and mechanical properties of this PEAD. Mixtures between HS103 and organic peroxides, 2,5-Bis(t-butylperoxy)-2,5-dimethylhexane (DHBP) and dicumyl peroxide (DCP) have been produced and analyzed for the evaluation of the effect of types of peroxide in reticulation and PEAD properties and to determine both concentration and type of the peroxide to be used as silane reticulation initiation agent. Melt flow index (MFI), capillary rheometry, xylem polymer extraction (gel content), thermogravimetric analysis (TGA), differential canning calorimetry (DSC) and traction tests were carried out for peroxide mixtures characterization. The results indicated increase of viscosity with the increase of the concentration of peroxide, being DHBP the one with the highest increase level; there have been no relevant changes concerning mechanical properties and there has been an increase in the crystallinity levels, mostly in DCP samples. After the assessment of the former results, for the samples to be reticulated through silane, graphitization of different concentrations of Vinyltrimethoxysilane (VTMS) was carried out, together with 0.01%p/p of DCP, adding 0.05%p/p of a catalyst; later, reticulation was carried out in water. The samples produced were characterized by gel content tests, dynamic-mechanical analysis (DMA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), TGA, sliding and traction wear tests. In the silane samples, formation of crosslinks was gradual, showing 8% of gel to the sample with com 0.5%p/p of VTMS to 57 % to the sample with 1.5% p/p of silane, the highest concentration used. The dynamic-mechanical analysis (DMA) showed an increase of density in crosslinks and storing mode after fusion temperature with silane content, converging with gel content results. FTIR analysis showed there has been graphitization and crosslink formations in PEAD HS5103. A significant increase has not been observed concerning the limit of resistance for the modified PEAD. Besides, sliding wear tests indicated an increase of resistance to the wear of samples reacted to VTMS.

A maneira mais usual de estudar desgaste de componentes mecânicos e avaliar os parâmetros que o afetam é através de ensaios experimentais. Adicionalmente, estudos utilizando simulações numéricas com o Método dos Elementos Finitos em conjunto com modelos matemáticos têm ajudado a entender alguns princípios físicos, bem como estimar os efeitos do desgaste. Dentro desse contexto está inserida a presente dissertação, cujo objetivo é estudar o comportamento tribológico do sistema pistão-corpo de uma bomba de injeção a diesel através de ensaios experimentais e simulações numéricas. Um dispositivo é desenvolvido e construído para a realização dos ensaios experimentais por deslizamento em um tribômetro. Os ensaios são realizados a seco, com variações de forças normais e distâncias deslizadas. Os resultados obtidos são integrados a um modelo numérico através de uma sub-rotina que aplica o desgaste ao longo da simulação. O modelo numérico é desenvolvido através do método dos elementos finitos com o intuito de representar os experimentos e reproduzir o desgaste na superfície do pistão. Os resultados experimentais mostram diferentes comportamentos e mecanismos de desgaste atuantes. No início dos ensaios, o comportamento é estável, como menor taxa de desgaste e mecanismos com predominância de deformação plástica. No final desse período, aumenta-se o número de partículas de desgaste na interface e aderidas na superfície oposta, gerando abrasão, aumentando a taxa de desgaste, até o rompimento total do revestimento de nitreto de titânio do pistão. A sub-rotina aplica o desgaste com boa concordância com os experimentos. Com os resultados do modelo numérico é possível avaliar o comportamento dos componentes, levando-se em consideração a evolução do desgaste no pistão, além de estimar o coeficiente de desgaste para o par de contato avaliado. / The most common way to study wear of mechanical components and evaluate the parameters that affect it is through experimental tests. In addition, studies using numerical simulations with the Finite Element Method in combination with mathematical models have helped to understand some physical principles, as well to estimate the effects of wear. Within this context it is inserted this thesis, which goal is to study the tribological behavior of the plunger-pump body of a diesel injection system through experimental tests and numerical simulations. A device is developed and built for experimental sliding tests on a tribometer. Dry tests are performed with variation of normal forces and sliding distances. Results are integrated with a numerical model through a sub-routine that applies the wear along the simulation. The numerical model is developed by finite element method in order to represent the experimental tests and reproduce the wear in the plunger surface. The experimental results show different wear behaviors and mechanisms. In the beginning of the tests, the behavior is stable, with smaller wear rate and mechanisms with predominance of plastic deformation. At the end of this period, the number of wear particles in the interface and attached to the opposing surface is increased, generating abrasion, increasing the wear rate, up to the total break of the plunger titanium-nitride coating. The sub-routine applies the wear with good agreement with experimental tests. With the results of the numerical model, it is possible to evaluate the components behavior, taking into account the wear evolution in the plunger, besides estimating the wear coefficient for the evaluated contact pair.