Verbete Nº 7

Juntas rebitadas / Riveted joints. São elementos amplamente utilizados em diversos setores da indústria para a produção de uniões fixas entre dois ou mais componentes. Esse tipo de junta apresenta certas vantagens sobre outros tipos de uniões, como por exemplo: melhor resistência térmica e melhor desempenho sob esforços de cisalhamento. Exemplo:  Na indústria aeronáutica, as juntas rebitadas são empregadas em diversas partes das aeronaves, como asas, fuselagem, entre outras. / They are widely used in various industry sectors for the production of fixed joints between two or more components. This type of joint has certain advantages over other types of joints, for example: better thermal resistance and better performance under shear stresses. Exemple: In the aeronautical industry, riveted joints are used in various parts of the aircraft, such as wings, fuselage, among others.

Image 1 – Riveted joint

Source: Own

Quality Assurance of Rivet Joint with Metal Process Rivets

Visual Inspection

Visually the rivets through the metal mold (Figure 1) were extremely satisfactory. Due to the contact surface with the smooth and regular cast aluminum of the mold the surface finish of the final part was excellent presenting few irregularities.

In addition, due to the consistency of the positioning of the mold aided by guide pins and its high precision of manufacture by machining in the CNC milling machine, there were almost no burrs.

Figure 1 - Rivets made by metallic mold

Source: Own

           Dimensional Inspection

However, they were not satisfactory in the dimensional aspect. Due to the need to heat the metal mold prior to initiating the process in order to retard the solidification of the aluminum due to the heat exchange, the expansion of the rivet wells was stronger than the contraction of the aluminum during solidification (disregarded in the design of the mold having in mind the very dilation thereof)

This resulted in rivets considerably larger than expected, with growths of up to 7% in diameter. This defect altered the design of the riveted joint since the holes for the rivets, before 7 mm, had to be increased to 7.5 mm, changing the mechanical resistance of the same.

In addition to the dimensional defect due to dilatation, the lack of a massalote for the mold has resulted in occasional small, undesirable rebuttals for the final result of the joint.

Análise de Qualidade dos rebites fabricados pelo molde metálico

Inspeção visual

Visualmente os rebites pelo molde metálico (Figura 1) foram extremamente satisfatórios. Devido a superfície de contato com o alumínio fundido lisa e regular do molde o acabamento superficial da peça final foi ótimo apresentando poucas irregularidades.

Além disso, devido a consistência do posicionamento do molde auxiliado por pinos-guia e sua alta precisão de fabricação por usinagem na fresadora CNC, quase não houve rebarbas.

Figura 1 - Rebites feitos pelo molde metálico

Fonte: Própria

      Inspeção dimensional

Entretanto, os mesmos não foram satisfatórios no quesito dimensional. Devido à necessidade de aquecer o molde metálico antes de dar início ao processo a fim de retardar a solidificação do alumínio por conta da troca de calor, a dilatação sofrida pelas cavidades dos rebites foi mais contundente que a contração do alumínio durante solidificação (desconsiderada no projeto do molde tendo em mente a própria dilatação do mesmo).

Isso resultou em rebites consideravelmente maiores que o esperado, com crescimentos de até 7% no diâmetro. Este defeito alterou o projeto da junta rebitada já que os furos para os rebites, antes de 7 mm, precisaram ser incrementados para 7.5 mm, alterando a resistência mecânica da mesma.

Além do defeito dimensional devido a dilatação, a falta de um massalote para o molde resultou em ocasionais rechupes, que apesar de pequenos, são inconvenientes para o resultado final da junta.

Rivets Manufacturing Stage - Metal Mold

During the afternoon of today, the manufacturing process of the rivets was obtained, obtained by the casting using a bipartite metal mold. The video below shows the casting stage of the molten liquid metal in the metal mold.

Unlike the casting step of the green sand process, the mold had to be heated using a blowtorch to prevent the aluminum from solidifying very fast due to the heat exchange of the mold with the molten metal. In Figure 1 the metal mold is shown after the pouring step.

Figure 1 – Spilled Aluminum 

Source: Own

After demoulding the rivets, its deburring was carried out. This procedure is performed when the part reaches temperatures close to those of the environment. The final result obtained is shown in Figure 2.

Figure 2 - Finished Rivets

Source: Own

Etapa de fabricação dos Rebites - Molde Metálicos

Durante a tarde de hoje, foi realizado o processo de fabricação dos rebites, obtidos pela fundição com a utilização de um molde metálico bipartido. No vídeo abaixo é mostrado a etapa de vazamento do metal líquido fundido no molde metálico.

Diferentemente da etapa de vazamento do processo de areia verde, o molde precisou passar por aquecimento, com a utilização de um maçarico, para evitar que o alumínio se solidificasse muito rápido, devido a troca de calor do molde com o metal fundido. Na Imagem 1 é mostrado o molde metálico após a etapa de vazamento.

Imagem 1 – Vazamento no molde metálico

Fonte: Própria

Após a desmoldagem dos rebites foi realizada a sua rebarbação. Sendo esse procedimento realizado quando a peça atinge temperaturas próximas às do ambiente.  O resultado final obtido é mostrado na Imagem 2.

Imagem 2 – Rebites obtidos pelo processo de fundição com molde metálico.

Fonte: Própria

Manufacture of Permanent Metallic Mold.

With the opportunity of the team to obtain a metallic mold, despite considering the sand moulding process as the most suitable for rivets manufacturing, it was defined that the rivets would be not only obtained by the process of sand moulding but through a metallic mold as well.
Therefore, two riveted joints will be obtained at the end of the project, one made with rivets produced by the sand moulding process and the other with rivets made from
the  metallic mold. Accordingly, the half of the bipartite metal mold and the physical metal mold are shown in Figure 1 and Figure 2.

Figure 1 – Metallic mold modeled in Solidworks.

Source: Own

Figure 2 - Finished metal mould.

Source: Own

Fabricação do molde permanente – Molde metálico

Devido a oportunidade da equipe de obter um molde metálico, apesar de considerar o processo de areia verde o mais adequado para fabricação dos rebites, ficou definido que os rebites serão obtidos pelo processo de areia verde e por moldes metálicos.
Portanto, será obtido no final do projeto duas juntas rebitadas, sendo uma, feito com rebites produzidos pelo processo de areia verde, e a outra com rebites feitos por moldes metálicos. Estão apresentadas na Imagem 1 e Imagem 2, consequentemente, a metade do molde metálico bipartido e o molde metálico físico.

Imagem 1 – Molde metálico projetado em CAD 3D.

Fonte: Própria

Imagem 2 – Molde metálio físico.

Fonte: Própria

Verbete Nº 6

Forjamento/   Forging . Conjunto de operações de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou o perfil da ferramenta de trabalho. Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por um par de ferramentas de superfície plana ou côncava, denominadas matrizes ou estampos. A maioria das operações de forjamento são efetuadas a quente; contudo, uma grande variedade de peças pequenas é produzida por forjamento a frio. Exemplo: A manufatura do rebite ocorre por um processo de forjamento, o qual é executado em uma matriz fechada, e caracterizado por um processo misto de extrusão e prensagem. / A set of mechanical forming operations carried out with compressive stress on a ductile material, such that it tends to assume the contour or profile of the working tool. In most forging operations a tooling consisting of a pair of flat or concave surface tools, called matrices or stamping is used. Most forging operations are performed hot; however, a wide variety of small parts are produced by cold forging. Exemple: The manufacture of the rivet occurs by a forging process, which is performed in a closed die, and characterized by a mixed process of extrusion and pressing.

Image 1 - Forging

Source: DSTRACT

Mold by sand moulding process.

During this week the team modeled in Solidworks the team plug that will be used to make the rivets by the process of sand moulding (Image 1). This plug has the approximate shape of the part to be cast (predicting the contraction of the metal after solidification) and will serve to construct the mold. The physical plug (Image 2) was obtained from 3D printing at the SENAI CIMATEC Model Factory, and in this plug the riser was already considered.

                         Image 1 – Solidworks Model        

                                                                  Source: Own

                             

                       Image 2 - Physical model                        

                                 Source: Own

Fabricação do molde - Processo de Areia Verde

Durante essa semana a equipe projetou no Solidworks o modelo que será utilizado para fabricar os rebites pelo processo de areia verde (Imagem 1). Esse modelo possui o formato aproximado da peça a ser fundida (prevendo a contração do metal após a solidificação) e servirá para a construção do molde. A obtenção do modelo físico (Imagem 2) foi dada a partir da impressão em 3D na Fábrica Modelo do SENAI CIMATEC, sendo nesse modelo já considerado o massalote.

                                                                       Imagem 1 – Modelo em CAD                                      

                

              Fonte: Própria

            Imagem 2 - Modelo físico do molde

             

         Fonte: Própria