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PROJETOS => Projetos dos Usuários Guia CNC => Tópico iniciado por: ronaldocavalcante em 24 de Novembro de 2012, 23:06
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Senhores
Segue o link do teste do experimento de um trabalho de doutorado da UFRN na CNC DIDÁTICA
Cavalcante, Ronaldo F. - Teste de metalizacao de cerâmica em máquina CNC DIDÁTICA (http://www.youtube.com/watch?v=zMwnYbSbOTY#)
AT
ronaldo
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E aí, grande Ronaldo, beleza?
Explica a relação do doutorado com a usinagem de uma peça de cerâmica. Depois, favor dizer qual a fresa utilizada e, se possível, a foto do serviço executado (a peça usinada).
Obrigado e um abraço.
Jorge
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Olá, Jorge. Por enquanto ainda vou sobrevivendo, graças a Deus.
Na realidade não se trata de fresagem, Jorge, e sim deposição de metal ativo, no caso o titânio, em cerâmica.
A tese do meu colega consiste em unir cerâmica com aço pelo sistema de brasagem. Mas antes deve-se criar a junção metal/cerâmica, ou seja, incorporar o metal de adição, titânio, na cerâmica através da metalização por atrito (usando a CNC) com no mínimo 3 passadas de 0,1 mm cada.
Daí segue uma camada de cobre e leva-se ao forno para a brasagem (soldagem sem fusão do substrato). Para a experiência dele serão feitas 120 amostras dessas.
O titânio está em forma de tubo com parede de 3mm de espessura introduzido no suporte com mola que é para compensar o desgaste e manter a pressão. Essa pressão é determinada por uma célula de carga tipo GL adaptada a um painel indicador modelo 3105C e comunicando com o PC via Hyperterminal. Os dados gravados vão para uma planilha.A temperatura é medida com termômetro laser.
Ao final do vídeo pode-se ver a foto da pastilha de cerâmica (alumina e ítrio) com a camada de titânio. Esse é apenas o primeiro teste onde eles vão determinar quantos passes serão necessários, rotação do titânio, avanço da máquina, percurso da ferramenta etc.
A cerâmica hoje está sendo utilizada extensivamente na área mecânica incluindo aí peças de motor à combustão, turbina de avião, revestimento de foguetes, etc. A brasagem por junção metal/cerâmica confere um aumento da tenacidade.
at
ronaldo
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Muito legal, Ronaldo, e obrigado pela aula. :D
Tomara que dê tudo certo na tese do seu colega. Porém, ainda não consegui ver, no video, o resultado final da peça trabalhada na cnc. Depois, se possível, favor por uma foto.
Obrigado e um abraço.
Jorge
P.S. Você não tá sobrevivendo, vc tá vivendo e bem. Pensamernto positivo!
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Bom Dia Ronaldo
Que belo trabalho,posso dar sujestões, a segunda camada deveria ser no sentido do y(movimento maior) já que os sulcos gerados na primeira são em um sentido dando uma camada mais homogenia e de espessura maior.
No imversor do meu splindle tenho como ver a corrente de carga que ele consome,é uma informação muito util para se configurar a carga aplicada na ceramica sem danificar a maquina
SDS
Luciano
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Jorge.
Pois é parceiro, como os médicos não sabem estimar quanto tempo eu tenho então resolvi voltar à ativa já que me dispensaram das aulas e me deixaram só na pesquisa. Daí voltei a estudar para concluir o doutorado interrompido pela má notícia.
O meu colega, lógico, já está mais adiantado e está trabalhando nessa área de junção metal/cerâmica por brasagem. A metalização mecânica de cerâmicas óxidas é um método recente, e consiste em se revestir por atrito a superfície cerâmica com um filme metálico de titânio apresentando como principais vantagens o fato do revestimento poder ser executado na temperatura ambiente e em uma única etapa, não liberar resíduos nocivos, ser de fácil automatização e com vantagens econômicas para pequenos e grandes lotes.
Muitas teses estão sendo escritas na busca da melhor junção e todas usam essa técnica de atrito. Só que se utiliza máquinas convencionais (torno, furadeira, fresa) sem controle ou com controle visual.
Foi então que eu propus ao meu colega o uso da CNC DIDÁTICA (a hora da CNC profissional é muito cara) com a vantagem do controle numérico computadorizado, apenas acrescentando o controle de pressão, temperatura e gravação de dados.
Então fiz esse teste e os orientadores dele aceitaram na boa. Até concordaram com a vantagem.
Já que a demanda será grande então eu pensei com meus botões: como já estou concluindo as disciplinas, qual seria a reação deles se eu apresentar como proposta de tese dimensionar e desenvolver esse equipamento específico para essa tarefa?
Vou jogar esse barro na parede, se der certo, volto aqui para as dicas de confecção de uma CNC específica com os devidos cuidados de precisão, repetibilidade, resolução, etc..... vamos ver!
Luciano, obrigado
Correta a sua informação, parceiro, mas é que o orientador que medir cada layer independente. Vai usar o Microscópio de Varredura (MEV) para isso e depois o raio-x (FRX e DRX) para ver se houve alguma interação química, formação de outro material, etc.
Quanto à carga a célula de carga unida ao indicador e hyperterminal informa os dados que eles querem com bastante precisão. Mas não se descarta as informações do inversor, principalmente no RPM
ronaldo
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seguem as fotos, Jorge
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Ronaldo,
Parabéns pelo belo trabalho. Vai gerar bons resultados (pesquisa, novos produtos, ...) para nosso país, não é?
Já patentearam esse processo de metalização?
Se o esforço que se quer medir for a pressão (vertical) entre a ferramenta (tubo de titânio) e a peça (cerâmica), acho uma célula de carga mais apropriada do que a corrente do motor (spindle), que fornece uma noção do esforço tangencial de usinagem e não possui a exatidão de uma célula de carga.
Vocês estão usando um pirômetro para medir a temperatura, não é? Existem erros decorrente da determinação da emissividade do material?
Já pensaram em instalar um ou mais termopares na peça cerâmica? Utilizando inferências, pode-se determinar a temperatura de superfície com boa exatidão.
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Obrigado Gil. Prazer em revê-lo
Sim acho que vai gerar resultados bons para o país. Estamos procurando fugir dos produtos chineses o quanto pudermos.
Ainda não foi patenteado porque a apresentação aos componentes do programa de doutorado foi feita na última sexta-feira. Mas a Universidade vai correr atrás.
Certo quanto à pressão. A célula de carga já está instalada e é do tipo GL da alfainstrumentos com painel indicador 3105C adaptado para comunicação via hyperterminal.
Quanto à temperatura, como tudo é novo nesse trabalho, ainda usamos o termômetro laser mas a idéia é mesmo progredir para o pirômetro.
Sim, os termopares fazem parte do plano de meu colega. Estamos com 4 deles do tipo K. Mas vamos esperar o orientador retornar com as informacões do MEV, DRX e FRX.
abrs
ronaldo
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P.S. Você não tá sobrevivendo, vc tá vivendo e bem. Pensamernto positivo!
Concordo plenamente - pensamento positivo sempre.
Não deixe de nos dar notícias!
Fabio Gilii
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Ainda não foi patenteado porque a apresentação aos componentes do programa de doutorado foi feita na última sexta-feira. Mas a Universidade vai correr atrás.
Vixiii... Agora já era, para se patentear alguma coisa não se pode revelar o seu fundamento antes de ter registrado a patente, caso contrario cai em domínio publico. :-\
Conheço tudo sobre patentes, já perdi uma patente milionária (e noites de sono) por incompetência do escritório de registros.
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Gilli.
Obrigado pela força.
Em caso da Universidade aceitar minha proposta de tese (montar esse aparato), gostaria de conversar com você, se for possível sobre a possibilidade de usar servos na parte do CNC. Considerando que eles vão pagar o equipamento não será problema para mim especificar uma coisa mais elaborada.
Está previsto uma viagem minha para S.Paulo no dia 28 até 31 de dezembro para participar da São Silvestre (faz parte do tratamento o condicionamento físico mínimo). Poderíamos marcar uma hora? se for acompanhado de Mr. Jorge e/ou outros papas do GUIA, melhor. Se der certo precisarei de toda ajuda possível para apresentar um bom trabalho. Se não for possível não tem problema nenhum
Cássio.
Grato pela informação. Eu contatei a Universidade e fui informado que fizeram um tal de depósito (não sei de que).
abrs
ronaldo
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Ronaldo,
Será um prazer te receber por aqui... estarei de férias coletivas neste período - tem meu telefone, pois não?
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Ok, parceiro.
No dia 28 (sexta) deverei ficar no hotel Paulista Center o dia todo pois meu filho não foi liberado da empresa e só chegará no sábado 29 pela manhã. Não posso andar só porque os tarja-preta que tomo causa uns efeitos colaterais desconfortantes tais como um pouco de tontura e muita sudorese.
Tentarei ir então no sábado, pois no domingo é a corrida e retorno às 16 hs. Ou então em S.Paulo posso pegar um táxi se algum de vocês não estiver muito longe.
Se não der, marco um retorno.
grato pela atenção
ronaldo
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Ronaldo,
Se a temperatura for uma variável a ser controlada no processo de metalização com titânio, sugiro montar um suporte da peça cerâmica, provido de resistência de aquecimento, termopares e um controlador, de modo que a temperatura seja controlada com certa independência do atrito.
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É importante sim Gil. Até porque a partir de certa temperatura pode haver a formação de um outro material, (pesquisa-se com vários tipos de cerâmica e metal ativo) o que não é interessante para a pesquisa. Na parte superior não é difícil medir. Mas na parte inferior a dissipação é muito rápida pois a cerâmica está em contato direto com a mesa da célula de carga. Teremos que bolar uma mesa termicamente isolada, não?
Você tem alguma idéia para que eu experimente?
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Ronaldo,
É importante sim Gil. Até porque a partir de certa temperatura pode haver a formação de um outro material, (pesquisa-se com vários tipos de cerâmica e metal ativo) o que não é interessante para a pesquisa. Na parte superior não é difícil medir. Mas na parte inferior a dissipação é muito rápida pois a cerâmica está em contato direto com a mesa da célula de carga. Teremos que bolar uma mesa termicamente isolada, não?
Você tem alguma idéia para que eu experimente?
Você poderia construir uma base de material cerâmico ou metálico, provida de resistências e termopares, de modo a ter a temperatura sob controle. O isolamento térmico pode ser feito através de lã de rocha, silicato de cálcio, cimento refratário, cerâmica de baixa densidade, ...
Qual seria a faixa de temperaturas?
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À partir de 450° C, a depender do par de materiais envolvidos, já pode haver interações entre os átomos. É a chamada baixa temperatura.
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Ronaldo,
Acima de 450ºC ?? Uma base em aço liga (inox, ...) para resistir à oxidação térmica e firmar bem a peça, montada sobre um suporte em tijolo refratário. A base metálica poderia ser provida de resistências e alguns termopares alojados em furos.
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A referência de 450°C é porque na brasagem isso é regido pela norma alemã 8505 que classifica como brasagem "branda". Mas há a brasagem "dura" que vai até 900-1100° e a brasagem de alta temperatura acima dos 900.
A mais utilizada é a branda porque, entre outras vantagens, minimiza-se possibilidade de distorção térmica e ainda pode-se utilizar forno resistivo, ultrassom, chama ou indução.
Portanto é um ítem importante trabalhar a temperatura nesse dispositivo pois ele pode estar trabalhando com esses diversos tipos de material.
Eu até tentei usar o tijolo refratário mas ficou uma coisa muito desajeitada. Mas como a princípio a demonstração era para a aprovação do conjunto de equipamentos (suporte do titânio, plataforma da célula, comunicação com PC e a máquina CNC), deixamos para pensar na temperatura posteriormente.
Por outro lado, a célula de carga tem que ter um aperto de 17Nm em 4 parafusos através de torquímetro de precisão. E tudo que você coloca entre ela e a plataforma dificulta esse torque.
Por isso estamos nos debruçando já pois a qualificação do colega é daqui à 6 meses.
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Ronaldo,
A referência de 450°C é porque na brasagem isso é regido pela norma alemã 8505 que classifica como brasagem "branda". Mas há a brasagem "dura" que vai até 900-1100° e a brasagem de alta temperatura acima dos 900.
A mais utilizada é a branda porque, entre outras vantagens, minimiza-se possibilidade de distorção térmica e ainda pode-se utilizar forno resistivo, ultrassom, chama ou indução.
Portanto é um ítem importante trabalhar a temperatura nesse dispositivo pois ele pode estar trabalhando com esses diversos tipos de material.
Eu até tentei usar o tijolo refratário mas ficou uma coisa muito desajeitada. Mas como a princípio a demonstração era para a aprovação do conjunto de equipamentos (suporte do titânio, plataforma da célula, comunicação com PC e a máquina CNC), deixamos para pensar na temperatura posteriormente.
Por outro lado, a célula de carga tem que ter um aperto de 17Nm em 4 parafusos através de torquímetro de precisão. E tudo que você coloca entre ela e a plataforma dificulta esse torque.
Poderia fixar a célula de carga, alternativamente, no spindle.
Uma base aquecida (por resistências) com boa rigidez, poderia ser feita de metal ou cerâmica. Com temperaturas mais elevadas, o aquecimento (por radiação, condução e convecção) do spindle deverá ser intenso.
Para atenuar o aquecimento do spindle por convecção, fixar a peça lateralmente talvez seja mais adequado, além de facilitar a medição do esforço (de lado não há a influência do peso da base e da peça). Dotar o spindle por um tipo de blindagem (disco metálico) pode reduzir a radiação sobre o mesmo.
Como haverá dilatação térmica, um mecanismo para manter a pressão da peça será necessário, um sistema de molas pode ajudar. Podendo ser complementado por um controle em malha fechada, a partir do sinal da célula de carga.
Por isso estamos nos debruçando já pois a qualificação do colega é daqui à 6 meses.
Então, foco no problema, as melhorias podem ficar para depois.
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Como seria essa base por resistência Gil?
O sistema de molas já está instalado no interior do suporte do titânio. No vídeo pode ser visto ele trabalhando.
Naquele dia da apresentação aventou-se a possibilidade de colocar a célula de carga no spindle, mas eles não aprovaram.
O que está aprovado até agora é o uso da CNC, o dispositivo de fixação do tubo de titânio com a mola, o painel de controle do peso (transformado em pressão) e a comunicação com o PC.
Eles não gostaram muito do contato do titânio com a placa que às vezes falhava. Mas acho que é apenas problema de horizontalidade da plataforma que na máquina a ser fabricada pode ser reparado.
O que falta aprovar é exatamente um meio mais eficiente de medir a temperatura sobre e sob a cerâmica (usando ntc, pirômetro, termopar, etc.) com a devida leitura e conversão no PC.
Também eles consideram uma inovação se essa cerâmica não for apenas uma placa e sim uma peça onde se usaria a característica 3D do cnc para atritá-la com o titânio (talvez em forma de esfera). Mas nós não embarcamos nessa viagem, não. Vai demorar muito tempo. Deixaremos para futuros trabalhos.
Em suma, para a qualificação basta resolver esse problema de medição de temperatura e suas consequências pois se o material usado for alumina ou zircônia, a temperatura é mais alta pois melhora a aderência do filme de titânio (de propriedade tribológica pobre) e a molhabilidade da cerâmica conseguindo assim uma boa base para espalhamento por capilaridade quando for utilizar o metal de adição (no caso o cobre) com o aço.
Então é fixação dos sensores, medição e conversão de dados (acho)
Na defesa eles vão pedir mais coisas e aí teremos tempo de fazer.
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Ronaldo,
Sugestão de base aquecedora.
A base em aço inox (304) é provida de resistências de niquel-cromo isoladas em material refratário, instaladas nos furos, bem como termopares tipo K isolados eletricamente dos respectivos furos. Usar um controlador de temperatura (no PC), que utilizará o valor médio das temperaturas. O espaço de ar entre a base e o suporte cerâmico é para diminuir as perdas por condução e a passagem dos fios dos termopares. As resistências podem ser ligadas em série para operar com menor corrente.
A peça a ser metalizada seria fixada à base de aço inox através de pinças ou morça (que eu vi em seu vídeo).
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Vou tentar, Gil.
Qual a fundamentação teórica desse sistema? Preciso escrever sobre ele e submeter para aprovação (tudo tem que ser aprovado antes de gastar o dinheiro do governo).
Você sabe de algum artigo ou trabalho publicado para me servir de balizamento?
Esqueci de falar sobre a exigência específica onde a cerâmica a ser metalizada deve ter um lado retificado e outro não. Devemos metalizar os dois lados e fazer as comparações dos dados (pressões, temperaturas, rpm, avanços, passes, etc.) no mínimo de duas camadas cruzadas de 0,1mm (descida do eixo Z) de cada lado.
Devemos encontrar um ponto ótimo combinando rotação, avanço, passe e consequente temperatura. Isso porque a deposíção de titânio em substratos cerâmicos tem um ponto positivo que é o acentuado desgaste para se obter filmes de boa qualidade que facilitará o molhamento do metal de adição sem a necessidade de fluxos. Entretanto, o titânio pode absorver grandes quantidades O2, N2 e H2 que vão formar soluções sólidas intersticiais favorecendo o endurecimento a frio. Então é nessas 240 metalizações que nos coube fazer que devemos encontrar o ponto.
Outro estudo, que ficará com meu colega, é sobre os micromecanismos de abrasão tais como micro-sulcamento, micro-corte e micro-lascamento, que além de gerar sulcos também vão influenciar na temperatura.
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Ronaldo
Ha um tempo atraz comprei um lote de peças e veio nele muitas ceramicas de 1X1 com .025 de espesura(polegadas)
te intereça?
luciano
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Luciano
Para esse trabalho que estamos desenvolvendo as cerâmicas são formuladas e sinterizadas no laboratório de cerâmica da UFRN.
Mas coloque a foto para darmos uma olhada.
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Ronaldo,
Vou tentar, Gil.
Qual a fundamentação teórica desse sistema? Preciso escrever sobre ele e submeter para aprovação (tudo tem que ser aprovado antes de gastar o dinheiro do governo).
Você sabe de algum artigo ou trabalho publicado para me servir de balizamento?
O desenho do Gil!! :)
Brincadeira... o correto seria tentar realizar uma simulação térmica (p. ex.: através de elemento finitos) e mecânica, considerando as temperaturas e os esforços envolvidos. Possibilitaria calcular a potência dos resistores e a distribuição térmica.
Não desenhei, mas acho importante colocar um pedaço de chapa (aço carbono) abaixo do suporte cerâmico, onde seria fixada a célula de carga.
Devemos encontrar um ponto ótimo combinando rotação, avanço, passe e consequente temperatura. Isso porque a deposíção de titânio em substratos cerâmicos tem um ponto positivo que é o acentuado desgaste para se obter filmes de boa qualidade que facilitará o molhamento do metal de adição sem a necessidade de fluxos. Entretanto, o titânio pode absorver grandes quantidades O2, N2 e H2 que vão formar soluções sólidas intersticiais favorecendo o endurecimento a frio. Então é nessas 240 metalizações que nos coube fazer que devemos encontrar o ponto.
Será que a atmosfera controlada (gás inerte) seria mais um requisito? Nesse caso, acho que um bico injetor de gás próximo da ferramenta resolveria, não é? Ou então, colocar a CNC numa caixa com pequena pressão de gas inerte.
Outro estudo, que ficará com meu colega, é sobre os micromecanismos de abrasão tais como micro-sulcamento, micro-corte e micro-lascamento, que além de gerar sulcos também vão influenciar na temperatura.
Estou cursando doutorado e meu co-orientador é da Engenharia de Materiais (antiga Metalurgia) da COPPE-UFRJ, quem sabe ajuda...
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Ok, Gil.
Vou me aprofundar mais nesse tema e tentar medir a temperatura e gravar os dados de ambos os lados da cerâmica durante a metalização mecânica por atrito através da CNC (só falta esse ítem para mim).
A atmosfera inerte é uma idéia. Sendo o suporte do titânio vasado poderíamos injetar o gás inerte. Posso verifcar pois temos cilindros de argônio aqui à disposição usados em moinho de alta energia.
Seu co-orientador deve conhecer o nosso orientador. Seria uma boa ajuda, sim.
Vou postando aqui os avanços da pesquisa. Temos 6 meses até a qualificação de meu colega e uns 10 meses para a minha.
at
ronaldo
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eis as fotos
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As fotos aparecem aqui fora de foco, Luciano.