Inovação na metalurgia
Modernização do laminador de tiras do IPT permite projeto em parceria com universidade e iniciativa privada
O Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais do IPT, em parceria com o Laboratório de Fenômenos de Superfície (LFS) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, tem trabalhado nos últimos 15 anos com o desenvolvimento de ligas resistentes a desgaste, principalmente para uso em cilindros de laminação para trabalho a quente. Para dar continuidade ao aperfeiçoamento do processo de desenvolvimento de ferramentas, foi necessária a modernização do laminador de tiras a quente do Instituto.
A modernização do laminador faz parte de um projeto co-financiado pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) e pela Gerdau, que tem por objetivo desenvolver um modelamento computacional 3D que leva em conta a microestrutura do material. Este sistema possibilita prever o dano que uma ferramenta de conformação a quente sofre durante o trabalho. O laminador piloto do IPT auxilia na validação dos modelos produzidos pelo LFS.
O laminador de tiras a quente foi instalado no IPT na década de 1970. A máquina já havia passado por algumas atualizações, mas para o projeto com a Gerdau elas não eram suficientes, pois os danos aos cilindros de laminação estudados nesse projeto são progressivos, havendo a necessidade de laminar, no mínimo, duas mil placas em cada experimento. Para facilitar o processo, os pesquisadores optaram pela automação da alimentação e da operação de todo o sistema. Além disso, foi necessário ampliar a capacidade de captação e registro de dados da máquina, da ferramenta e do material durante o processo.
"No estado atual, o sistema tem capacidade para ser alimentado com pouco menos que duzentas placas de aço por dia, e sozinho ele é capaz de levar as placas ao forno, aquecê-las, levá-las ao laminador, operar a redução de espessura em cinco passes reversíveis, com sincronização do sistema de refrigeração de ferramentas e depois descartá-las", explica Ana Paola Villalva Braga, pesquisadora do IPT.
Laminador foi reformado e modernizado juntamente com o forno de indução de placas, permitindo que esta célula de laminação (laminador e forno) trabalhe de maneira autônoma e que os dados de processo sejam continuamente registrados
"São tomados dados de temperatura, força e velocidade no material laminado, no cilindro de laminação e no laminador, ao mesmo tempo, para cada passe, desde a primeira até a última placa laminada pelo par de cilindros. Na atual função, o laminador tem capacidade de processar chapas de até 30 milímetros de espessura."
O equipamento foi reformado e modernizado juntamente com o forno de indução de placas, permitindo que esta célula de laminação (laminador e forno) trabalhe de maneira autônoma e que os dados de processo sejam continuamente registrados. O processo foi transformado em artigo pelos pesquisadores do IPT Ana Paola, Alexandre Gonçalves e Mario Boccalini Jr, pelo professor Roberto Martins de Souza, do LFS, e pela gerente de desenvolvimento de aços especiais do Departamento de Inovação e Tecnologia da Gerdau Aços Especiais Pindamonhangaba, Claudia Regina Serantoni.
PARCERIA INSTITUTO/ EMPRESA – Os produtos laminados podem ser encontrados nos setores de construção civil, automobilístico, naval, eletrodomésticos e embalagens, entre outros. No caso do estudo da Gerdau, o objetivo é estudar as ferramentas de conformação, como os cilindros de laminação. A empresa fornece para o setor industrial tanto os cilindros de laminação acabados como os aços para fabricação de ferramentas, como matrizes de forjamento e moldes de injeção.
Segundo Ana Paola, quando uma indústria tenta fazer esse tipo de inovação por conta própria, um investimento muito alto é necessário, pois um experimento em escala industrial exige parada de produção, além dos riscos e uma grande perda de material, em virtude das dimensões do maquinário. Além de inovador, o trabalho do IPT permitirá à Gerdau uma forma mais simples de desenvolver materiais para a fabricação de ferramentas, isto é, com o sistema obtido no projeto será possível simular a microestrutura prevista, a partir de dados do material e das condições de uso, e gerar uma previsão dos danos que a ferramenta é capaz de suportar e estimar sua vida útil.
O trabalho é uma ação nova no mundo e a equipe do IPT está participando de congressos no Brasil e no exterior para divulgar o projeto e conhecer grupos de pesquisa com o mesmo objetivo, explica a pesquisadora: "Estamos fazendo um modelamento complexo da microestrutura do material, em três dimensões, com geração e propagação de danos". Três ferramentas utilizadas na indústria são estudadas no projeto: cilindros de laminação, matrizes de forjamento e moldes de injeção para peças em alumínio. As três ferramentas apresentam danos similares ao longo de seu uso. "O objetivo do projeto não é observado em outros grupos de pesquisa, tanto nacionais quanto internacionais. O único projeto com objetivos similares em desenvolvimento é de um grupo finlandês que não estuda desenvolvimento de materiais para ferramentas".
Todo o trabalho de pesquisa conta com a parceria de pesquisadores da Escola Politécnica da USP. O modelamento é feito pela equipe do LFS em diversas escalas (macro e microestrutural) e a validação por ensaios em escala laboratorial. Os ensaios em escala piloto são feitos no IPT no laminador, agora modernizado, na injetora de alumínio e na prensa de forjamento, ambas em fase de instalação e testes. O trabalho deve ser encerrado em março de 2016.
Segundo Ana Paola, o projeto será importante para o meio acadêmico e industrial, contribuindo com possibilidades para novos desenvolvimentos: "Às vezes, para estudar um processo, é preciso limitá-lo com muitas restrições e fazer um ensaio específico, que nem sempre é suficiente e confiável para uma visualização ampla dos fenômenos; tendo à disposição um equipamento em escala piloto, que reproduz vários fenômenos ao mesmo tempo de forma controlada, os pesquisadores podem pôr em prática ensaios mais complexos e interessantes. A divulgação da nossa nova facilidade é animadora para os pesquisadores".
Para a indústria, ela ressalta que o trabalho no IPT pode acontecer em escala reduzida de tempo, custo e material, em comparação com o desenvolvimento em escala industrial. Logo, a indústria poderá fazer todo o desenvolvimento de produtos e processos no Instituto e levá-los para realizar testes em escala industrial somente quando o desenvolvimento se encontrar em um estágio mais avançado.