Os efeitos da vibração ultrassônica na qualidade da rebitagem

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12948 (2022) Citar este artigo

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A vibração ultrassônica pode reduzir a força de conformação, diminuir o atrito no processo de conformação de metal e melhorar a qualidade da superfície da peça de trabalho de forma eficaz. Os efeitos da vibração ultrassônica na qualidade da rebitagem foram sistematicamente estudados por simulação numérica e métodos experimentais. A força de rebitagem, interferência, cabeça de rebitagem e microestrutura do rebite sob diferentes condições de vibração foram analisadas, a fim de estudar a influência da vibração ultrassônica no processo de rebitagem. Os resultados do estudo mostram que a vibração ultrassônica pode reduzir a força de rebitagem e diminuir o atrito. Assim, o fluxo de material rebitado foi promovido e a interferência e a uniformidade interferométrica foram ampliadas. A qualidade da rebitagem foi melhorada e o efeito de melhoria aumentou com o aumento da amplitude. Em comparação com a rebitagem convencional, a interferência relativa foi aumentada em 27,32% e a resistência ao cisalhamento foi aumentada em 17,16%, quando a amplitude é de 5,77 μm.

Juntas rebitadas são amplamente utilizadas em uma variedade de indústrias. Em alguns casos, por exemplo, na montagem de aeronaves, a rebitagem é a abordagem mais significativa para conectar peças. Quando comparada com outras formas de conexão mais antigas, a rebitagem apresenta várias vantagens: o processo é simples; o equipamento de rebitagem é fácil de operar; resulta em boa qualidade do produto; e pode ser usado para redes complexas de materiais1.

No final do processo de rebaixamento do rebite, o endurecimento por trabalho a frio pode aumentar significativamente a resistência ao escoamento do material do rebite, mas reduz sua plasticidade. Isso dificulta a realização de rebitagens contínuas e a cabeça de recalque pode facilmente produzir trincas, levando a uma qualidade de instalação inadequada e a más condições de trabalho2,3,4. Os processos manuais tradicionais de furação e rebitagem ainda são amplamente utilizados na montagem de aeronaves, limitando a eficiência e a qualidade da produção5. Há, portanto, uma necessidade urgente de melhorar a eficiência e a qualidade da rebitagem.

Esforços consideráveis ​​têm sido dedicados à investigação da possível formação plástica de metal assistida por vibração ultrassônica nas últimas décadas, e essa abordagem agora é amplamente utilizada na prática, incluindo desenho assistido por UV, estampagem, extrusão, etc. Marakawa et al.6 ultrassônico radial aplicado vibração para a matriz durante um processo de trefilação. Os resultados mostraram que isso melhorou a qualidade da superfície e permitiu aumentar a taxa de trefilação. Siegert e Mock7 descobriram que as forças envolvidas na trefilação podem ser reduzidas pela aplicação de matrizes de oscilação ultrassônica. A diminuição das forças de trefilação serve para estender os limites de potencial do processo de conformação. Os efeitos de ressonância, aqui, produziram uma redução periódica na força de trefilação de até 40%. No entanto, à medida que a velocidade de trefilação aumentava, o efeito sobre a força de estiramento tornava-se menos pronunciado, porque o número de oscilações por unidade de comprimento diminuía. Djavanroodi et al.8 investigaram o impacto das vibrações ultrassônicas na prensagem angular de canal igual (ECAP) e descobriram que, quanto maior sua amplitude, mais reduzida a carga de conformação. Uma redução de 13% na força média foi obtida quando vibrações ultrassônicas com amplitude de 2,5 μm a 20 kHz foram aplicadas. Faraji et al.9 testaram o uso de vibrações ultrassônicas no processo ECAP e verificaram que, pela sobreposição de vibrações ultrassônicas, era possível aumentar a uniformidade da deformação. Rasoli et al.10 estudaram a influência das vibrações ultrassônicas longitudinais em um processo de fiação de tubos. Aqui, os resultados experimentais mostraram que as vibrações ultrassônicas longitudinais de baixa potência podem melhorar a qualidade da superfície interna, enquanto as vibrações ultrassônicas de alta potência podem afetar as forças de conformação e o escape do material. Eles concluíram que essas mudanças eram resultado de efeitos de contato associados às vibrações ultrassônicas. Jimma et al.11 melhoraram a taxa de trefilação limitante em um processo de trefilação profunda aplicando vibrações ultrassônicas. Bunget e Ngaile12 investigaram a microconformação assistida por vibração ultrassônica e obtiveram peças pequenas com alta qualidade superficial. O atrito entre a matriz e a peça de trabalho foi melhorado pela vibração ultrassônica e a força de extrusão foi reduzida.