Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/40031
Title: Desenvolvimento e caracterização de novas ferramentas de metal duro para produção de correntes de bicicletas
Author: Oliveira, Vasco José Joaquim
Advisor: Sacramento, Joaquim Manuel da Graça
Keywords: Correntes de bicicleta
Matriz
Metal duro
Desgaste
Fratura
Raio de curvatura
Ensaios tribológicos
Defense Date: 2023
Abstract: O presente trabalho foi realizado no âmbito do projeto “AM2R - Agenda Mobilizadora para a inovação empresarial do setor das Duas Rodas " em parceria com as empresas DURIT - Metalurgia Portuguesa do Tungsténio, Lda. e Sramport - Transmissões Mecânicas, Lda., fabricantes de ferramentas em metal duro e de correntes de bicicleta, respetivamente. A produção de elos metálicos articulados (correntes metálicas), e outros componentes, de bicicletas na Sramport envolvem operações de conformação plástica e corte de chapa metálica. Estas operações são realizadas por um conjunto de ferramentas (matrizes e punções) que estão sujeitas a solicitações mecânicas que induzem o seu desgaste e podem originar falhas ou até a sua fratura, consequentemente influenciando a produtividade do fabrico de correntes metálicas. Deste modo, pretende-se contribuir para a seleção do grau de metal duro da DURIT e da geometria, que resultará na ausência de falha catastrófica e aumento de tempo de vida das ferramentas. O foco deste trabalho foi o estudo do efeito do raio de curvatura interno de uma matriz de metal duro no seu comportamento mecânico, e o estudo da interação tribológica entre um grau de metal duro (material constituinte das matrizes) e chapas de aço (material constituinte de elos de bicicletas). O efeito do raio de curvatura interno foi analisado através de ensaios mecânicos de flexão de amostras de metal duro com diferentes raios de curvatura. Adicionalmente, foram realizadas simulações por elementos finitos e respetiva validação. Através da simulação observou-se que a tensão máxima se localizava na zona superior do raio de curvatura, local onde as amostras fraturaram nos ensaios mecânicos. Verificou-se que a resistência das amostras aumentou com o incremento do raio de curvatura. Este efeito foi especialmente significativo para raios de curvatura reduzidos. A interação entre o grau de metal duro da DURIT e as chapas de aço da SRAMPORT foi avaliada através de ensaios tribológicos de pares metal duro/chapa aço (ferramenta/elos metálicos) em contacto deslizante segundo movimento linear recíproco. Nestes ensaios foram determinados os coeficientes de atrito e desgaste. Além disto, foram realizados ensaios tribológicos nas mesmas condições com os materiais mais comumente utilizados (nos ensaios tribológicos), nomeadamente o aço DIN 100Cr6 e alumina, com o objetivo de melhor compreender os resultados obtidos. O papel das interações (físico-químicas) entre materiais foi preponderante nos resultados de atrito e de desgaste. Os ensaios com contra corpo alumina apresentaram um menor coeficiente de desgaste e maior coeficiente de atrito em relação aos ensaios com 100Cr6 e GD60. Ademais não existiram indícios de ligação na interação Al2O3 – Substrato (aço) e verificou-se a presença do mecanismo de abrasão em todos os ensaios. Contrariamente, mediante os ensaios de desgaste dos pares com contra corpo 100Cr6 e GD60 existem indícios de ligações (metal-metal) físicas e/ou químicas, e de desgaste resultante de mecanismos de deformação, adesão e possível arrancamento de material.
This work was carried out as part of the project " AM2R - Agenda Mobilizadora para a inovação empresarial do setor das Duas Rodas" in partnership with the companies DURIT - Metalurgia Portuguesa do Tungsten, Lda. and Sramport - Transmissões Mecânicas, Lda., manufacturers of carbide tools and bicycle chains, respectively. The production of metal chains and other bicycle components at Sramport involves plastic forming and sheet metal cutting operations. These operations are carried out using tools (dies and punches) which are subjected to mechanical stresses that induce wear and tear and can lead to failures or even fractures, consequently influencing the productivity of chain manufacturing. In this way, this work aims to contribute to the selection of DURIT’s tungsten carbide grade and geometry, which will result in the absence of catastrophic failure and an increase in tool life. The focus of this work was the study of the effect of the internal radius of curvature of a carbide matrix on its mechanical behavior, and the study of the tribological interaction between a carbide grade (constituent material of the matrices) and steel plates (constituent material of bicycle chains). The effect of the internal radius of curvature was analyzed through mechanical bending tests on carbide samples with different radii of curvature. In addition, finite element simulations were carried out and validated. The simulation showed that the maximum stress was located in the upper area of the radius of curvature, where the samples fractured in the mechanical tests. It was found that the strength of the samples increased as the radius of curvature increased. This effect was especially significant for smaller bending radii. The interaction between DURIT's carbide grade and SRAMPORT's steel plates was evaluated through tribological tests of carbide/steel plate pairs (tool/metal seals) in sliding contact according to reciprocal linear movement. In these tests, the coefficients of friction and wear were determined. In addition, tribological tests were carried out under the same conditions with the most commonly used materials (in tribological tests), namely DIN 100Cr6 steel and alumina, in order to better understand the results obtained. The role of (physico-chemical) interactions between materials was preponderant in the friction and wear results. The tests with alumina counter body showed a lower wear coefficient and a higher friction coefficient than the tests with 100Cr6 and GD60. In addition, there was no evidence of bonding in the Al2O3 - Substrate (steel) interaction and the presence of the abrasion mechanism was verified in all the tests. On the other hand, the wear tests on the 100Cr6 and GD60 counter-body pairs showed signs of physical and/or chemical (metal-metal) bonds and wear resulting from deformation, adhesion and possible material pull-out mechanisms.
URI: http://hdl.handle.net/10773/40031
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEMaC - Dissertações de mestrado

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