Mecanismos de remoção no processo de brunimento plano rotativo de porcelanatos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013.As propriedades estéticas e mecânicas diferenciadas do porcelanato possibilitaram sua ascensão no mercado de revestimentos cerâmicos. Contudo, a sua principal etapa produtiva e responsável pelo ganho de brilho, o brunimento plano rotativo, se baseia em conhecimentos empíricos, culminando em um elevado custo de processo que representa até 40% do total gasto na produção. A necessidade de informações técnicas e científicas que possam ser úteis para aumento na eficiência do processo motivou a realização deste trabalho. Buscou-se então descrever os fenômenos presentes no brunimento plano-rotativo de porcelanatos. O processo industrial foi reproduzido em escala laboratorial através de um tribômetro capaz de simular integralmente a sua cinemática, sendo monitoradas as mudanças na rugosidade que levam ao aumento de brilho da superfície. Tal monitoramento avaliou além da rugosidade média Ra, parâmetros que descrevem de maneira mais eficiente as características das asperidades, como o coeficiente de assimetria Rsk e a curtose Rk da distribuição de alturas dos picos e vales. Os parâmetros Rsk e Rk, quando relacionados em um gráfico, geraram o espaço morfológico do processo, descrevendo a morfologia das asperidades e permitindo identificar o predomínio de vales em relação ao número de picos no perfil, além de indicar a existência de uma mudança no mecanismo de desgaste em abrasivos com granulometria a partir de 600mesh. Esta transição de mecanismo explica a maior influência da granulometria abrasiva nos valores de brilho e rugosidade com o uso de abrasivos entre 600 e 1500 mesh. Ainda nesta faixa de granulometria, os resultados obtidos foram correlacionados com o modelo matemático de Hutchings que descreve o ganho de brilho em função do tempo de brunimento, permitindo o cálculo do número de contatos entre abrasivos e porcelanato necessários para que se atinjam valores próximos à saturação do brilho (235 contatos para 600mesh até 650 contatos para 1500mesh). A partir destes dados foi proposta uma otimização do processo que resultou em brilho final muito próximo ao obtido em um processo prolongado que atinge a saturação do brilho (66,7G e 69,4G, respectivamente). Testes excluindo granulometrias da sequência de brunimento demonstraram que abrasivos mais finos tem maior influência no brilho final e, consequentemente, no surgimento dos defeitos chamados de ?sombras de polimento?. Dada à importância da transição de desgaste dúctil-frágil nas propriedades morfológicas da superfície, também foi realizado um mapeamento dos mecanismos de desgaste por meio de testes de riscamento. Este estudo revelou que a carga normal onde ocorre a transição se manteve constanteaté velocidades de 35mm/s, acima deste valor, pressões cada vez menores são suficientes para que haja nucleação e propagação de trincas causadoras de lascamentos.Abstract : Distinct aesthetic and mechanical properties of porcelain stoneware granted its rise in the ceramic tiles market. However, the main production step and responsible for gloss development, which is honing, accounts for up to 40% of total manufacturing cost. That fact, in addition to paucity of technical acknowledgement and scientific information, are the motivation of this work, which aims to expand knowledge in this field, regarding phenomena present in plan-rotating porcelain honing. The industrial process has been reproduced in laboratory scale using a tribometer able to simulate the fully kinematics used in industry. Changes in roughness that led to increased surface glossiness were tracked. This monitoring evaluated the average roughness Ra and parameters that efficiently characterize the asperities, such as skewness Rsk and kurtosis Rk from the distribution curve of peaks and valleys heights. Plotting Rsk versus Rk in a chart, the morphological space of the process is generated, describing the asperities morphology, what allowed identifying the predominance of valleys over peaks on the surface profile, as well as indicated a wear mechanism transition for abrasives sizes smaller than 600mesh. This mechanisms switch-over was the reason for the increasing influence of abrasive granulometry on glossiness and roughness value using abrasives between 600 and 1500 mesh. Yet in this range of particle size, the results were correlated with the Hutchings mathematical model that describes the brightness gain versus honing time. It enabled to calculate the number of contacts between abrasives and tile required to reach glossiness near its saturation (235 contacts for 600mesh to 650 contacts for 1500 mesh). From these data, it was proposed a process optimization that obtained glossiness quite close to the one achieved in a longstanding process for gloss saturation (66,7G and 69,4G, respectively). Tests have shown that the finer abrasives has a greater influence on the final glossiness and, hence, on the appearance of the so called ?polishing shadows? defect. Given the importance of the ductile-brittle wear transition on the surface morphology, it has been performed a mapping of wear mechanisms by means of scratching tests. This experiment revealed that normal load for wear mechanism transition remains constant for scratch speeds up to 35mm/s, for higher velocities, declining pressures are enough to promote nucleation and propagation of cracks that cause chipping