Trabalho de Conclusão de Curso
Documento
Autoria
Unidade da USP
Data de Apresentação
Orientador
Banca
Canto, Rodrigo Bresciani
Carvalho, Jonas de
Título em Português
Estudo do gradiente de densidade em esferas cerâmicas prensadas isostaticamente: comparação entre simulação em elementos finitos e amostras físicas
Palavras-chave em Português
Esferas cerâmicas
Elementos finitos
Densificação
Prensagem isostática
Resumo em Português
O processo mais aplicado para a obtenção de esferas cerâmicas é o de prensagem isostática seguida de usinagem à verde. Embora reconhecido como o método de maior desempenho quanto à densificação e uniformidade, se busca continuamente o controle e segurança da densificação, pois possíveis anormalidades devido a rigidez do molde e ao atrito entre as partículas pode favorecer o início de um processo de falha e, em aplicações de alto desempenho, a atenção aos detalhes é decisiva. Este trabalho objetiva o estudo da densificação na prensagem isostática de esferas cerâmicas em verde através da modelagem em elementos finitos e confrontada com a conformação física por medição experimental, visando avaliar e compreender o processamento quanto a homogeneização. A simulação da conformação da esfera foi realizada no software ABAQUS utilizando o modelo constitutivo Drucker-Prager/cap para o pó cerâmico e o modelo hiperelástico van der Waals para o molde de borracha de silicone utilizando parâmetros obtidos em ensaios. Esferas físicas similares foram conformadas em molde com cavidade de diâmetro 60 mm por prensagem isostática de pó de zircônia (parcialmente estabilizada com 3 mol % de Ytria), sem a adição de auxiliadores de processos (ligante, lubrificante, plastificante e outros) na busca de uma condição experimental limite. A esfera verde foi segmentada em blocos de 5 mm de arestas que tiveram suas densidades medidas pelo princípio de Arquimedes. A modelagem por elementos finitos apresentou ótima aproximação com os ensaios experimentais onde se obteve um gradiente de densidade máximo de 0,05 g/cm3. A amostra física apresentou dimensão linear média apenas 4,2% menor que o obtido na simulação. A densificação de esferas cerâmicas prensadas isostaticamente se mostrou de grande homogeneidade, confirmada pela simulação e pelas medições experimentais. A máxima não uniformidade foi encontrada na região superficial, devido ao contato entre partículas e elastômero, destacando a importância da lubrificação dos pós e paredes do molde e da usinagem à verde que remove esta região, fonte potencial para início do processo de falha, antes da sinterização.
Título em Inglês
Study of density gradient in isostatically pressed ceramic balls: comparison between finite element simulation and physical samples
Palavras-chave em Inglês
Ceramic balls
Finite elements
Densification
Isotatic pressing
Resumo em Inglês
The most used method for obtaining ceramic balls is isostatic pressing followed by green machining. Although recognized as the highest performance method for densification and uniformity, the control and safety of densification is continuously sought, since possible abnormalities due to mold stiffness and friction between the particles can favor the beginning of a failure process and, in high-performance applications, attention to detail is decisive. This work aims to study the densification in the isostatic pressing of green ceramic balls by finite elements modeling confronted with the physical conformation through experimental measurement to evaluate and understand the process homogenization. The simulation of the ball conformation was performed in the ABAQUS software using the Drucker-Prager/cap constitutive model for ceramic powder and van der Waals hyperelastic model for the silicone rubber mold using parameters obtained in mechanical tests. Similar physical spheres of partially stabilized zirconia powder with 3 mol % of Ytria were formed by isostatic pressing in a 60 mm inner diameter mold without the addition of process assistants (binder, lubricant, plasticizer and others) in the search for an experimental limit condition. The green ball was segmented into blocks of 5 mm edges that have had their densities measured by Archimedes' principle. The finite element modeling showed great approximation with the experimental tests in which a maximum density gradient of 0.05 g / cm3 was obtained. Physical sample presented a mean linear dimension only 4.2 % lower than that obtained in the simulation. The densification of ceramic balls pressed isostatically showed great homogeneity, confirmed by simulation and the experimental measurements. The maximum non-uniformity was found in the surface region due to contact between particles and elastomer, highlighting the importance of lubrication of powders and walls of the mold and the importance of the green machining to remove this region, potential source for the beginning of a failure processes, before sintering.
Arquivos
AVISO - A consulta a este documento fica condicionada na aceitação das seguintes condições de uso:
Este trabalho é somente para uso privado de atividades de pesquisa e ensino. Não é autorizada sua reprodução para quaisquer fins lucrativos. Esta reserva de direitos abrange todos os dados do documento bem como seu conteúdo. Na utilização ou citação de partes do documento é obrigatório mencionar nome(s) do(s) autor(es) do trabalho.
 
Data de Publicação
2018-05-08
Número de visitas
203
Número de downloads
126
Copyright © 2010 Biblioteca Digital de Trabalhos Acadêmicos da USP. Todos os direitos reservados.