Estudo experimental e numérico do processo de furação em ligas de titânio com vista à melhoria do seu desempenho funcional e vida.

Palavras-chave: Técnica do furo incremental,Liga de titânio Ti-6Al-4V,Tensões residuais,Tensões induzidas por furação,Método dos elementos finitos,ANSYS,Hole-drilling method,Titanium alloy TI-6Al-4V,Residual Stresses,Drilling-induced stresses,Finite element method,ANSYS

Este trabalho tem como objetivo o estudo experimental e numérico do processo de furação numa liga de titânio (Ti-6Al-4V) com vista à melhoria do seu desempenho funcional e vida. Serão estudadas as tensões residuais induzidas por este processo, que são muitas vezes responsáveis pela falha de componentes mecânicos ou então pela sua melhoria em serviço e consequente aumento de tempo de funcionamento, quando convenientemente geradas. A técnica que utilizaremos para determinar tensões será baseada na técnica do furo incremental, que é uma técnica de medida largamente aceite para a determinação de tensões residuais. Os efeitos termo-mecânicos gerados durante o corte do material podem induzir tensões residuais indesejadas. Para quantificar estas tensões induzidas tem sido desenvolvido uma metodologia híbrida experimental e numérica, baseada na técnica do furo incremental. Nesta metodologia, provetes do material em estudo são submetidos a estados de tensão bem conhecidos durante a furação, fazendo-se uso do princípio da sobreposição, por forma a eliminar o efeito das tensões residuais iniciais, ou seja, que possam existir antes da furação. A quantificação das deformações induzidas pelo processo de furação, e desse modo as tensões induzidas, é conseguida comparando-se as curvas de relaxação de deformação em função da profundidade obtidas durante a calibração experimental com as obtidas por simulação numérica de todo o processo experimental. Assume-se que as curvas numéricas são curvas ideais em que o material é removido sem contacto físico. Assim, a diferença entre as curvas de relaxação de deformação em função da profundidade obtidas experimentalmente e numericamente permitirá estimar as deformações induzidas pelo próprio processo de furação. Neste trabalho em particular estudou-se o efeito do processo de furação que normalmente é usado com a aplicação normalizada da técnica do furo incremental para a determinação de tensões residuais na maioria dos materiais metálicos. Nesses processos de furação são usadas fresas sujeitas a velocidades de corte muito elevadas (acima das 100.000 rpm) devido ao acionamento por turbinas a ar comprimido. Modificando-se a pressão do ar de acionamento da turbina, foi possível estudar o efeito da velocidade de corte. Por outro lado, selecionando uma dada velocidade de corte, foram comparados os resultados obtidos com diferentes ferramentas de corte. Embora os resultados não possam ser conclusivos relativamente às diferenças observadas ao nível da variação da velocidade de corte usada, constata-se que as deformações induzidas pelo processo de corte foram surpreendentemente reduzidas na gama das altas velocidades utilizadas. De facto, devido em grande parte à baixa condutividade térmica das ligas de titânio, é bem conhecida a dificuldade de furação destas ligas no que respeita à fraca precisão dimensional final dos furos. Neste sentido, a indústria aeronáutica, por exemplo, tem procurado melhorar este tipo de processo de fabricação. A metodologia usada neste trabalho pode ser uma ferramenta importante nesse contexto.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias