Análise da troca térmica após forjamento dos eixos de acionamento de freio em esteira de resfriamento
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Data
2022-12-20Orientador
Altafini, Carlos Roberto
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O processo de forjamento de metais é muito antigo e vem passando por diversas modificações ao longo dos anos. As empresas buscam otimizar esse processo, com o intuito de diminuir o tempo de ciclo de fabricação de uma peça, tornando-o mais eficiente. Para isso e visando um aumento produtivo, surgem no mercado algumas soluções robotizadas. Em uma célula robotizada de forjamento, um dos principais pontos de atenção é o método de resfriamento da peça, que impacta diretamente no tempo do ciclo de fabricação. Esse estudo tem como objetivo analisar a troca térmica após o forjamento dos eixos de acionamento de tambor de freio. Desse modo, foi observado o eixo em uma esteira de resfriamento, onde dois métodos de transferência de calor foram avaliados. A convecção natural com a peça inicialmente a uma temperatura aproximada de 950 °C, sendo o intervalo de temperatura requerido em torno de 450 °C. Posteriormente, foi analisada a convecção forçada, de modo que o eixo saia do processo com temperatura inferior a 50 °C, sem os processos subsequentes. Com isso, foi realizada análise dimensional, levando em consideração o comportamento do eixo de acionamento de freio após o aquecimento, para que, dessa forma, possa ser definido o comprimento efetivo da esteira responsável por todo processo. Para a efetividade do trabalho foram realizados testes e ensaios práticos envolvendo o eixo de acionamento de freio, comparando-se os resultados obtidos nesses ensaios com aqueles encontrados no estudo analítico (Método da Capacitância Global e Integração convecção-radiação) e em simulações CFD (Computational Fluid Dynamics) do processo de resfriamento. Como houve alguma discrepância entre as análises efetuadas, baseou-se nos resultados dos ensaios práticos para a definição do comprimento da esteira. Nos ensaios práticos, o tempo total de resfriamento considerando os dois processos envolvidos foi de 37,5 min, sendo 13 min para o resfriamento através da convecção natural e 24,5 min para a convecção forçada. Diferente dos resultados encontrados via simulação CFD e analiticamente através de cálculos, onde o tempo encontrado para o resfriamento em convecção natural através do Método da Capacitância Global ficou 38% maior do encontrado na simulação prática e pelo método da integração 45% menor. Já na simulação CFD, o tempo foi concordante com o encontrado na prática. Para os cálculos envolvendo a convecção forçada, o resultado obtido pelo Método da Capacitância Global ficou 30% maior que o encontrado na prática e considerando o método da integração, a diferença caiu para 6% apenas. Na simulação CFD a diferença foi 63% maior que o encontrado na prática. Com base nisso e considerando dessa forma os resultados encontrados em ensaio prático a esteira chegou a definição dimensional de 9 m de comprimento. [resumo fornecido pelo autor]