Nessa semana, foram feitos os cálculos dimensionais das juntas rebitadas, de modo a definir as medidas dos rebites e das juntas considerando os esforços aos quais serão submetidos. Considerando a força de 30 kN à qual as juntas devem resistir, foi possível determinar a quantidade de rebites nas juntas, assim como o diâmetro de cada rebite. A partir de normas técnicas, foi possível também determinar o restante das dimensões do rebite.
As figuras 1 e 2 a seguir mostram, respectivamente, o rebite que será fabricado através do processo de fundição em sua forma inicial, e esse mesmo rebite após o processo de rebitagem.
Figura 1: Rebite antes da rebitagem
Fonte: Própria.
Figura 2: Rebite depois da rebitagem.
Fonte: Própria.
A figura 3 a seguir mostra a junta rebitada, evidenciando as medidas da junta.
Figura 3: Junta rebitada.
Fonte: Própria.
Por fim, a figura 4 mostra a vista explodida da junta, apresentando todos os componentes.
Figura 4: Vista explodida da junta rebitada.
Fonte: Própria.
Riveted joints design
This week, the riveted joint's dimensional calculus were executed, in order to define the rivets and joints dimensions, considering the strain they will be subjected to. Considering the 30kN strength to which the joints must resist, it was possible to define the amount of rivets in the joint, as well as each rivet's diameter. Through technical norms, it was also possible to determine the rest of the rivet's dimensions.
Figures 1 and 3 show, respectively, the rivet which will be manufactured after the casting process in its inicial form, and that same rivet after the riveting process.
Figura 1: Rivet before riveting.
Source: Own.
Figura 2: Rivet after riveting.
Source: Own.
Figure 3 below shows the riveted joint and its dimentions.
Figure 3: Riveted joint.
Source: Own.
Lastly, figure 4 shows the joint's exploded view, presenting all the components.
Ensaio de tração / Tensile test. Ensaio através do qual um corpo de prova é submetido a uma carga axial a fim de determinar propriedades mecânicas desse material quando submetido a tal tipo de esforço. Exemplo: O ensaio de tração do alumínio indicou uma tensão de ruptura de 120 MPa. / Test through which a specimen is subjected to an axial force in order to determine this material's mechanical properties when subjected to this kind of stress. Example: The aluminium tensile test indicated a fracture stress of 120 MPa.
Figura 1 / Figura 1: Máquina de ensaio de tração / Tensile test machine.
Para que fosse possível dimensionar tanto os rebites quanto as juntas a serem usados no projeto, fez-se necessária a caracterização do material a ser utilizado na fabricação do rebite, nesse caso, o alumínio reciclado.
Uma análise espectrométrica realizada no material a ser usado pela equipe revelou uma quantidade de cerca de 3% de Silício, caracterizando uma liga Alumínio-Silício. Sendo assim, fez-se necessário um ensaio de tração para obtenção dos dados de resistência mecânica relacionados a esse material.
Foi feito apenas um ensaio com corpo de prova confeccionado pela equipe, por conta da restrição de tempo e ferramental. Entretanto, os resultados desse ensaio foram pouco confiáveis e não conclusivos, uma vez que indicaram o escoamento da liga a uma tensão de 2,55 MPa. Em comparação, a tensão de escoamento do alumínio comum é de cerca de 85 MPa. O resultado do ensaio de tração da equipe Alumite está indicado na imagem 1 a seguir.
Imagem 1: Resultados do ensaio de tração - Equipe Alumite.
Fonte: Própria.
Como os dados recolhidos não se mostraram confiáveis, foi necessário adotar dados diferentes para o projeto dos rebites. Assim, foram utilizados os dados de teste de tração da equipe JLMP Engenharia, com a permissão da equipe, realizado com corpo de prova feito do mesmo material, a partir do mesmo processo de fabricação. O resultado do teste de tração dessa equipe está indicado na imagem 2.
Imagem 2: Resultados do ensaio de tração - Equipe JLMP.
Fonte: JLMP Engenharia.
Desse modo, os dados relacionados às propriedades mecânicas da liga utilizada a serem utilizados no projeto das juntas rebitadas foram:
Tensão máxima: 121,16 MPa;
Tensão de escoamento: 77,16 MPa;
Alongamento na ruptura: 19,03 MPa.
Tensile tests with the specimen
So then it was possible to design the rivets as well as the joints to be used in the project, it was necessary to characterize the material which would be used in the rivet's manufacturing, in this instance, the recicled aluminium.
A spectrometric analysis performed on the material to be used by the team revealed an amount of about 3% Silicon, characterizing an Aluminium-Silicon alloy. Thereby, it was necessary to perform a tensile test in order to obtain the data related to the material's mechanical properties.
It was performed only one test with the specimen manufactured by the team, due to time and tooling restrictions. However, this test's results were little reliable and not conclusive, since they evidenced the alloy's yield at a stress of 2,55 MPa. In comparisson, a regular aluminium's yield stress is around 85 MPa. The results for the team's tensile test is shown in imagem 1 below.
Imagem 1: Tensile test results - Team Alumite.
Source: Own.
Since the data collected did not appear to be reliable, it was necessary to adopt different data for the rivet's design. Therefore, the data for the tensile test performed by team JLMP Engineering were used, with their excuse. This test was made using specimen made with the same material, by the same manufacturing process. The results for this team's tensile test is shown in image 2.
Imagem 2: Tensile test results - Team JLMP.
Fonte: JLMP Engineering.
Thereby, the data related to the mechanical properties of the alloy which will be used in the riveted joints design were:
Maximum stress: 121,16 MPa;
Yield stress: 77,16 MPa;
Fracture elongation: 19,03 MPa.
Referências / References:
JLMP Engenharia. Ensaio de tração do corpo de prova. Disponível em / Avaliable at: <http://jlmpengenharia.blogspot.com.br/2017/11/ensaio-de-tracao-do-corpo-de-prova.html>.
Massalote / riser, pl. risers. Reserva de metal líquido usada na fundição para controlar o vazio causado pela contração do metal durante a solidificação. Esse excesso de metal é posteriormente usinado para dar a forma final à peça. Exemplo: Ainda com o modelo do corpo de prova posicionado, foram inseridos tubos de aço para confecção do massalote e do canal de alimentação. Liquid metal backlog used in casting to control the void caused by the metal's shrinkage during solidification. This metal excess is then machined in order to give the piece its final shape.
Figura 1 / Figure 1: Peça fundida evidenciando o massalote / Casted piece showing the riser.
Fonte / Source: Própria / Own.
Referências / References:
CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica, Volume 2. 2ª edição. São Paulo: McGraw-Hill, 1986.
Nos últimos dias, foi finalizada a fundição para obtenção dos corpos de prova de alumínio para realização do ensaio de tração.
O corpo de prova foi feito a partir da fundição em areia verde. Esse processo foi escolhido em detrimento aos outros por conta da simplicidade da sua aplicação, e do seu baixo custo. A fundição em molde permanente sob gravidade foi considerada, mas, para que pudesse ser realizado, esse processo demandaria um molde bipartido com medidas específicas do corpo de prova normatizado, ou a posterior usinagem de um tarugo fundido. Por conta do curto prazo e da falta de disponibilidade para a usinagem, esse processo não foi escolhido.
Para obtenção do corpo de prova, primeiramente o modelo do corpo de prova, feito de alumínio, foi posicionado na parte inferior de uma das caixas. Assim, a areia foi gradualmente depositada e compactada acima do modelo, como na figura 1 a seguir.
Figura 1: Primeira etapa da fundição.
Fonte: Chiaverini.
Em seguida, a caixa foi virada para realização da etapa seguinte, como mostrado na figura 2.
Figura 2: Segunda etapa da fundição.
Fonte: Chiaverini.
Assim, após adição de pó de grafite para evitar a aderência entre as duas caixas, e eventual ruptura da areia, foi posicionada a segunda caixa diretamente acima da primeira. Ainda com o modelo do corpo de prova posicionado, foram inseridos tubos de aço para confecção do massalote e do canal de alimentação, como mostrado na figura 3.
Figura 3: Terceira etapa da fundição
Fonte: Chiaverini.
Em seguida, foram retirados os tubos e o modelo para formação dos vazios por onde passaria o metal fundido, como apresentado na figura 4.
Figura 4: Quarta etapa da fundição.
Fonte: Chiaverini.
Desse modo, foi possível verter o alumínio dentro do molde, de modo a ocupar toda a cavidade deixada pelo modelo. Um vídeo da etapa de vertimento está disponível abaixo.
Vídeo 1: Vertimento do alumínio no molde.
Fonte: Própria.
Assim, foi obtido o corpo de prova obtido na figura 5, que foi posteriormente usinado para retirada do excesso de alumínio, para atender aos requisitos.
Figura 5: Corpo de prova após a fundição.
Fonte: Própria.
Casting process for the tensile test specimen
In the last days, the aluminium spencimen used for the tensile test was manufactured, through metal casting.
The specimen was manufactured through green sand casting. This process was chosen over the others due to its simple application, and low cost. The team considered permanent mold casting under gravity, but this process would demand a two-party mold with the normalized specimen's specific dimentions, or the following machining of a casted billet. Due to the short deadline and lack of avaliability for machining, this process wasn't chosen.
In order to obtain the speciment, first the specimen's model, made of aluminium, was positioned in the bottom part of one of the boxes. Thereby, the sand was gradually deposited and compacted above the model, as shown in figure 1 below.
Figure 1: First casting stage.
Source: Chiaverini (modified)
Next, the box was flipped over in order to execute the next stage, as shown in figure 2.
Figure 2: Second casting stage.
Source: Chiaverini (modified)
This way, after adding graphite powder in order to avoid the adherence between the boxes, and eventual rupture of the sand, the second box was positioned directly above the first one. Still with the specimen model positioned, iron steel tubes were inserted to make the riser and the sprue, as shown in figure 3.
Figure 3: Third casting stage.
Source: Chiaverini (modified)
Next, the tubes and the model were removed for forming the void through which the molten metal would pass, as shown in figure 4.
Figure 4: Fourth casting stage.
Source: Chiaverini (modified)
Therefore, it was possible to pour the aluminium inside the mold, so as to occupy all the cavity left by the model. A video of this stage is shown below.
Video 1: Pouring aluminium into the mold
Source: Own
This way, the specimen shown is figure 5 a was obtained. It was then machined in order to remove the aluminium excess and meet the requirements.
Figure 5: Corpo de prova após a fundição.
Fonte: Própria.
Referências / References:
CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica, Volume 2. 2ª edição. São Paulo: McGraw-Hill, 1986.
Rebitagem / riveting. Processo de unir duas ou mais chapas através de rebites. Quando um rebite é usado para apertar pedaços metálicos, a rebitadeira produz a cabeça do rebite enquanto uma barra resistente é usada para apertar extremidade oposta. Exemplo: Após a fundição dos rebites, eles serão posicionados nas juntas para que possa ser feita a rebitagem. / Process of uniting two or more sheets through rivets. When a rivet is used to tighten metalical pieces, the riveting machine produces de rivet's head while a resistant beam is used to tighten the opposed extremity. Example: After the rivets' casting, the will be setted up in the joints so the riveting is done.
Figura 1 / Figura 1: Esquematização simplificada de um processo de rebitagem / Simplified layout of a riveting process.
Dessa vez iremos falar um pouco a respeito dos tipos de rebite, e das formas possíveis para fixa-los no que se deseja. Cada tipo de rebite se adequa a uma condição diferente de fixação, sendo que existem alguns tipos mais comuns e padronizados pelo mercado, podendo ser vistos no quadro abaixo:
Figura 1 - Tipos de Rebite
Fonte: Essel Rebite.
Além desses tipos, destaca-se também o Rebite de Repuxo, conhecido também por “Rebite Pop”. Comumente utilizado em peças que não precisam de uma fixação tão resistiva a trações, sendo bastante conhecido por sua economia e simplicidade, podendo ser verificado na figura abaixo.
Figura 2 - Rebite de Empuxo.
Fonte: Econorte Pará.
Os rebites de repuxo podem ser encontrados em materiais como: aço-carbono, aço inoxidável, alumínio, cobre e etc.
Tipos de Rebitagem
Os métodos de rebitagem irão variar de acordo com a largura das chapas que serão rebitadas e a que tipo de esforços que serão submetidas. Dessa forma, existem três tipos mais usados:
Rebitagem de Recobrimento:
As chapas são apenas sobrepostas e rebitadas. É amplamente utilizada na construção de vigas e estruturas metálicas.
Figura 3 - Rebitagem de Recobrimento.
Fonte: Essel Rebites
Rebitagem de Recobrimento Simples:
Esta é mais usada para estruturas que necessitem de vedação. Comumente utilizada em caldeiras a vapor e recipientes de ar comprimido. Nessa rebitagem, as chapas se justapõem e sobre elas estende-se outra chapa para cobri-las.
Figura 3 - Rebitagem de Recobrimento
Fonte: Essel Rebites
Rebitagem de Recobrimento Duplo:
Assim como a de recobrimento simples, é utilizada para vedação, no entanto, sua vedação é mais eficiente. É empregada na construção de chaminés e recipientes de gás para iluminação. As chapas são justapostas e envolvidas por duas outras chapas que as recobrem dos dois lados.
Figura 5 - Recobrimento Duplo
Fonte: Essel Rebites
Types of Rivet and Riveting Methods
This time we will talk a little bit about the types of rivet, and the possible ways to fix them on what you want. Each type of rivet is suitable for a different fixing condition, and there are some more common and standardized types of the market, and can be seen in the table below:
Figure 1 - Types of Rivets
Source: Essel Rebites
In addition to these types, also stands out the Repubble Rivet, also known as "Pop Rivet". Commonly used in parts that do not need a fixation as resistive to traction, being well known for its economy and simplicity, and can be verified in the figure below.
Figure 2 - Pop Rivet
Source: Econorte Pará
The pop rivets can be found in materials such as: carbon steel, stainless steel, aluminum, copper and so on.
Types of Riveting
The riveting methods will vary according to the width of the riveting plates and the type of stresses they will be subjected to. Thus, there are three most commonly used types:
Recoating Riveting:
The plates are only superimposed and riveted. It is widely used in the construction of beams and metal structures.
Figure 3 - Recoating Riveting
Source: Essel Rebites
Simple Recoating Riveting:
This is most commonly used for structures that need to be sealed. Commonly used in steam boilers and compressed air containers. In this riveting, the plates are juxtaposed and over them another sheet extends to cover them.
Figure 4 - Simple Recoating
Source: Essel Rebites
Double Recoating Riveting:
Like the simple recoating, it is used for sealing, however, its sealing is more efficient. It is used in the construction of chimneys and gas containers for lighting. The plates are juxtaposed and surrounded by two other plates that cover them on both sides.
