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Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo de diferentes estratégias de resfriamento de paredes de alumínio fabricadas por manufatura aditiva a arco elétrico
Alternate title (s): Study of different cooling strategies for aluminum walls built by wire arc additive manufacturing
Author: Souza, Danielle Monteiro
First Advisor: Reis, Ruham Pablo
First member of the Committee: Araújo, Douglas Bezerra
Second member of the Committee: Saad, Núbia dos Santos
Summary: A manufatura aditiva vem ganhando espaço no cenário dos processos de fabricação. As razões são o baixo tempo de produção, redução de custos financeiros e a alta versatilidade na construção de geometrias complexas, fazendo com que o desempenho dos produtos seja o foco principal. Dentre suas variantes, a manufatura a arco elétrico é a técnica de deposição de material por camadas com o uso de processos de soldagem tradicionais já consolidados. A técnica CMT de deposição, derivada dos processos MIG/MAG (Metal Inert Gas/ Metal Active Gas) é um sistema de alta produtividade e financeiramente viável com grande foco na produção de elementos de geometrias complexas. O superaquecimento da superfície dos componentes fabricados por deposição metálica pode ser responsável pelo aparecimento de tensões residuais, degradação de propriedades mecânicas, desvio geométrico e queda de produtividade. Com o objetivo de diminuir este superaquecimento, três estratégias de resfriamento de paredes retangulares de alumínio construídas por CMT foram planejadas e executadas neste trabalho para posteriores análises de propriedades mecânicas, geométricas e de porosidade. As estratégias são: natural ao ar sem uso de água, resfriamento do suporte com água e resfriamento por imersão em água. Todo o processo contou com a deposição de 28 camadas de 300mm cada. O campo de temperatura foi monitorado por câmera térmica e termopares. Os resultados térmicos mostraram nitidamente as altas temperaturas e baixas taxas de resfriamento das paredes feitas sem água. Geometricamente as paredes resfriadas por imersão apresentaram maior altura e regularidade, além de maior área efetiva de material que resulta em possíveis benefícios financeiros. Ensaios de tração mostraram que para as condições sem uso de água e com resfriamento apenas do suporte tendem a apresentar maior ductilidade nas direções horizontais dos corpos de prova (no sentido longitudinal de deposição de material). A condição por imersão diminui a anisotropia dos corpos de prova. Um novo método para avaliar a deformação dos corpos de prova foi desenvolvido, trata-se de análise de imagens em software que relaciona um círculo desenhado no início do ensaio com sua configuração final no momento da ruptura. Os resultados foram coerentes e levemente distintos da análise por método de deslocamento. A porosidade de paredes com resfriamento por imersão não mudou em relação às demais e a dureza das paredes ficou em média muito parecida. Em geral, foram observadas melhorias quanto ao uso de imersão em água, por isso muitas outras análises podem ser feitas a partir das metodologias e resultados obtidos.
Abstract: Additive manufacturing has been gaining ground in the manufacturing process scenario. The reasons are low production time, reduced financial costs and high versatility in building complex geometries, making product performance the focus. Among its variants, electric arc welding is a technique of material deposition by layers using traditional welding processes already consolidated. The CMT deposition technique, derived from the MIG / MAG (Metal Inert Gas/ Metal Active Gas) processes, is a highly productive and financially viable system with large focus on the production of complex geometry elements. The overheating on the surface of components made by metallic deposition may be responsible for the appearance of residual stresses, degradation of mechanical properties, geometric deviation and decrease of productivity. In order to reduce this overheating, three strategies to cool aluminum walls built by CMT were planned and executed in this work for later analyzes of mechanical properties, geometric and porosity. The strategies are natural to air without water, cooling the support with water and cooling by immersion in water. The whole process counted on the deposition of 28 layers of 300mm each. The temperature field was monitored by thermal camera and thermocouples. The thermal results clearly showed the high temperatures and low cooling rates of the walls made without water. Geometrically the immersion technique showed higher height and regularity, as well as a larger effective area of material which results in possible financial benefits. Tensile tests showed that conditions without water and with cooling only the support tend to have greater ductility in the horizontal directions of the test specimens (in the longitudinal direction of material deposition). The immersion condition decreased the anisotropy of the specimens. A new method to evaluate the deformation of the test specimens was developed, it is a software image analysis that relates a circle drawn at the beginning of the test with its final configuration at the moment of rupture. The results were consistent and slightly different from the displacement method analysis. The porosity of immersed walls did not change in relation to the others and the hardness of the walls was on average very similar. In general, improvements were observed regarding the use of immersion in water, so many other analyzes could be made based on the methodologies and results obtained.
Keywords: Manufatura aditiva
Additive Manufacturing
Geometria da Parede
Wall Geometry
Soldagem CMT
CMT Welding
Propriedades Mecânicas
Mechanical Properties
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::MATERIAIS E PROCESSOS PARA ENGENHARIA AERONAUTICA E AEROESPACIAL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: SOUZA, Danielle Monteiro. Estudo de diferentes estratégias de resfriamento de paredes de alumínio fabricadas por manufatura aditiva a arco elétrico. 2017. 78 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/20732
Date of defense: 22-Dec-2017
Appears in Collections:TCC - Engenharia Aeronáutica

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