Estudo do furo e do processo de furação empregado no método do furo cego para medição de tensões residuais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014A indústria do petróleo e seus derivados vêm alcançando crescimento e importância consideráveis nas últimas décadas. Deste modo, a avaliação do estado de tensões de estruturas e componentes mecânicos, como os dutos de gás ou óleo bruto, é importante para prever e monitorar de forma confiável seu desempenho, assim como programar manutenções preventivas, evitando desastres catastróficos. A medição de tensões residuais pelo Método do Furo Cego consiste, basicamente, na execução de um furo cego que alivia e redistribui as tensões no entorno deste promovendo, como consequência, a deformação da superfície ao adequar-se a esta nova condição. Esta deformação fornece, indiretamente, a informação do estado de tensão ao qual a peça ou componente está submetido. No entanto, o processo de furação pode, quando não controlado, introduzir tensões à parede deste furo cego e, deste modo, mascarar o verdadeiro valor de tensão residual medido. Sendo assim, neste trabalho é estudado o processo de furação do furo cego e, mais especificamente, é avaliada a influência da velocidade de avanço empregada na furação sobre algumas características dos furos cegos e dos cavacos. Adicionalmente, busca-se identificar os principais mecanismos de desgaste observados nas ferramentas de corte. Para tanto, foram produzidos furos cegos nas ligas de aço ABNT1020, aço inoxidável AISI304L e alumínio AA6061, materiais de uso comum na indústria mundial, utilizando-se fresas de topo de uso odontológico, recomendadas pela norma ASTM E 837-08E². Os resultados comprovam a existência de um nível compressivo de tensão, proveniente da usinagem, nos furos medidos principalmente nas duas ligas de aço e, em menor escala, na liga de alumínio. Observou-se também uma alteração na dureza da região adjacente ao furo, indicando que o processo atinge temperaturas consideravelmente altas. Foram observadas também algumas diferenças com relação à textura do fundo e parede dos furos e dos cavacos, bem como a presença de rebarbas relacionadas à variação da velocidade de avanço da furação. Os mecanismos de desgaste identificados nas ferramentas foram principal-mente adesão e abrasão.Abstract: The oil and its derivatives industry have been reaching a growth and considerable importance in recent decades. Thus, the assessment of the state of stress of structures and mechanical components, such as gas or crude oil pipelines, is important to anticipate and monitor reliably its performance, as well as to schedule preventive maintenance avoiding catastrophic disasters. The measurement of residual stress by the blind hole method consists basically in the execution of a blind hole which happens to relieve and redistribute the stress surrounding that promoting, as a consequence, the surface deformation adapting to this new condition. This deformation provides, indirectly, the information of the state of stress which the part or component is submitted. However, the drilling process can, when not controlled, introduce stress on the blind hole wall and thus masking the true value of residual stress measured. Thus, this work seeks to study the process of blind hole drilling and, more specifically, the influence of the feed rate on the drilling process as well as on some characteristics of blind holes and chips. Additionally, it identified the main wear mechanisms observed in cutting tools. To this end, blind holes were produced in alloy steel ABNT1020, stainless steel AISI304L and aluminum AA6061 with dental end mills. The results showed the existence of a level of compressive stress in holes measured mainly in the two steel alloys and, to a lesser extent, in the aluminum alloy. Changes in hardness in adjacent region of the hole were observed, indicating that the process reaches considerably higher temperatures. Also some differences were observed regarding the background and wall texture of the holes and chips, as well as the presence of burrs when varying the feed rate of drilling. The wear mechanisms identified in the tools were adhesion and abrasion