TCC-Gabriel-Cirilo

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
UMA CONTRIBUIÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO
DE UM ESCLERÔMETRO PENDULAR
INSTRUMENTADO
GABRIEL CIRILO DO NASCIMENTO
NATAL- RN, 2022
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
UMA CONTRIBUIÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO
DE UM ESCLERÔMETRO PENDULAR
INSTRUMENTADO
GABRIEL CIRILO DO NASCIMENTO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao curso de Engenharia
Mecânica da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte como parte dos
requisitos para a obtenção do título de
Engenheiro Mecânico, orientado pelo
Prof. Dr. Anderson C. Alves de Melo.
NATAL - RN
2022
Nascimento, Gabriel Cirilo do.
 Uma contribuição para o desenvolvimento de um esclerômetro
pendular instrumentado / Gabriel Cirilo do Nascimento. - 2022.
 50 f.: il.
 Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande
do Norte, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Mecânica.
Natal, RN, 2022.
 Orientador: Prof. Dr. Anderson Clayton Alves de Melo.
 1. Engenharia Mecânica - Monografia. 2. Esclerômetro Pendular
- Monografia. 3. Riscamento - Monografia. 4. Projeto e
Construção - Monografia. I. Melo, Anderson Clayton Alves de. II.
Título.
RN/UF/BCZM CDU 621
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
Elaborado por Fernanda de Medeiros Ferreira Aquino - CRB-15/301
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
UMA CONTRIBUIÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO
DE UM ESCLERÔMETRO PENDULAR
INSTRUMENTADO
GABRIEL CIRILO DO NASCIMENTO
Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão de Curso
Prof. Dr. Anderson Clayton Alves de Melo ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Orientador
Prof. Dr. Ulisses Borges Souto ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Avaliador Interno
Prof. Dr. Salete Martins Alves ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Avaliador Interno
NATAL, 14 de dezembro de 2022.
Dedicatória 
Dedico este trabalho aos meus familiares, pois, com o incentivo deles, pude
finalizar mais esta fase de minha trajetória profissional e partir para novas outras
conquistas.
Agradecimentos 
Gostaria de agradecer primeiramente a Deus, que possibilitou que eu
atingisse meus objetivos durante essa minha trajetória.
A todos os meus familiares, que me incentivaram e me apoiaram em todos
os momentos e decisões difíceis.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Anderson Clayton Alves de Melo, pelos
ensinamentos, conversas e conselhos.
Aos meus amigos, Uellen Nicolete Silva e Maria Eduarda Luz, que me
ajudaram de forma direta e indiretamente na elaboração e construção deste projeto.
Ao Laboratório de Manufatura da Universidade Federal do Rio Grande do
Norte, que possibilitou a execução deste trabalho.
DO NASCIMENTO, G. C. Uma contribuição para o desenvolvimento de um
esclerômetro pendular instrumentado. 2022. 50 p. Trabalho de Conclusão de Curso
(Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
Natal-RN, 2022.
Resumo
Nas diversas operações de usinagem convencional, surgem forças que
podem provocar deformações indesejadas, aumento de temperatura e desgaste
das arestas de corte das ferramentas e, consequentemente, prejuízos
econômicos. Monitorar tais forças é imprescindível para a otimização do processo
de usinagem, entretanto, muitas vezes, esse monitoramento pode se tornar caro.
Assim, a esclerometria pendular se apresenta como uma solução rápida e barata
para o estudo do processo de usinagem convencional de forma simulada, pois
representa de forma satisfatória os fenômenos que ocorrem no processo de
formação do cavaco. Sendo assim, o presente trabalho teve como principal
objetivo dar uma contribuição na construção de um esclerômetro pendular
instrumentado que vem sendo desenvolvido no Laboratório de Manufatura da
UFRN. Nesse caso, a contribuição se refere à adequação e montagem da
estrutura do equipamento, além do projeto e fabricação do cabeçote riscador.
Todo o trabalho foi previamente modelado usando o software CAD SolidWorks®
2019, a fim de evitar problemas na montagem e fabricação das diversas partes do
equipamento. Em se tratando de uma contribuição objetivando a finalização da
máquina, concluiu-se que os resultados obtidos foram satisfatórios para que,
quando finalizado, o esclerômetro possa ser capaz de mensurar grandezas como
dureza dinâmica da amostra ensaiada, forças de riscamento (componentes normal
e tangencial), coeficiente de atrito e energia específica.
Palavras-chave: Esclerômetro pendular, Riscamento, Projeto e construção.
Do Nascimento, G.C. A contribution to the development of a pendulum sclerometer.
2022. 50 p. Undergraduate Thesis (Undergraduate in Mechanical Engineering) - Federal
University of Rio Grande do Norte, Natal-RN, 2022.
Abstract
During conventional machining operations, forces arise and can cause
unwanted deformations, temperature increase and tool wear. Monitoring such
forces is necessary to optimize the machining process, however, this monitoring
can become expensive. Thus, scratch testing represents a quick and inexpensive
solution to investigate conventional machining processes in a simulated way, as it
satisfactorily represents the phenomena that occur during chip formation process.
Therefore, the main objective of the present work was to contribute to the
construction of an instrumented pendulum sclerometer that has been developed at
the Manufacturing Laboratory at UFRN. In this case, the contribution refers to the
improvement and assembly of its mechanical structure, and modeling and
manufacture of the pendulum head. All the present work was previously modeled
using SolidWorks® 2019, in order to avoid problems in the assembly and
manufacture of the many parts of the equipment. In the case of a contribution work
aimed at finalizing the equipment, it was concluded that the results obtained were
satisfactory, providing a great help to finish the discussed machine.
Keywords: Scherometry, Pendulum sclerometer, Construction.
Lista de Ilustrações
Figura 1 - Posições de aplicação do fluido de corte por jorro. A: sobrecabeça; B:
entre a peça e a superfície de folga da ferramenta de corte; C: entre a superfície
inferior do cavaco e a superfície de saída da ferramenta de corte._______________5
Figura 2 - Pontos de aplicação do fluido de corte a alta pressão. (a) na superfície de
saída da ferramenta de corte; (b) entre a peça e a superfície da ferramenta de corte;
(c) através da ferramenta de corte.________________________________________6
Figura 3 - Métodos de mistura do fluido de corte com ar comprimido na técnica MQL.
___________________________________________________________________7
Figura 4 - Esclerômetro pendular desenvolvido por Franco (1989)._______________8
Figura 5 - Representação de um esclerômetro linea__________________________9
Figura 6 - Representação de um esclerômetro rotativo, onde R é o sentido de giro e
V são os riscadores. _________________________________________________10
Figura 7 - Representação de um esclerômetro pendular.______________________10
Figura 8 - Equipamento de partida usado para a construção da estrutura do
esclerômetro._______________________________________________________12
Figura 9 - Mesa com rasgos em “T” usada para apoiar o porta-amostra. _________13
Figura 10 - Furação da base para fixação das colunas no meio da estrutura.______14
Figura 11 - Plaina sendo utilizada para fazer os rebaixos nos perfis da base do
equipamento._______________________________________________________15Figura 12 - Parafuso nivelador na base do esclerômetro._____________________15
Figura 13 - Tirante instalado para evitar a abertura das colunas.________________16
Figura 14 - Fresamento das chapas de apoio da mesa do equipamento._________16
Figura 15 - Pintura das peças do equipamento. ____________________________17
Figura 16 - Célula de Carga ÔMEGA LCM 304._____________________________18
Figura 17 - Corte mostrando contato do sensor (azul) com elemento elástico
(vermelho)._________________________________________________________18 
Figura 18 -Braço pendular montado no torno IMOR-II-520 para início da operação de
rebaixo do diâmetro de sua extremidade inferior.____________________________19
Figura 19 - Início da usinagem do cabeçote riscador.________________________20
Figura 20 - Desbaste da parte interna para encaixe no braço do pêndulo.________21
Figura 21 - Fabricação da rosca do cabeçote.______________________________21
Figura 22 - Fresamento da cavidade de alojamento da célula de carga.__________22
Figura 23 - Fresamento dos alojamentos das tampas de fixação da célula de carga.
__________________________________________________________________23
Figura 24 - Fabricação de uma das tampas de fixação da célula de carga.________23
Figura 25 - Rosqueamento dos furos no alojamento das tampas._______________24
Figura 26 - Representação do esclerômetro no Solidworks.___________________25
Figura 27 - Fixação das colunas na base do esclerômetro.____________________26
Figura 28 - Mancais de apoio do braço pendular____________________________27
Figura 29 - Representação do cabeçote___________________________________27
Figura 30 - Cabeçote encaixado no rebaixo na extremidade do braço pendular.___28
Lista de abreviaturas e siglas
MQF – Mínima Quantidade de Fluido
MQL – Mínima Quantidade de Líquido
Sumário
Dedicatória.........................................................................................................i
Agradecimentos................................................................................................ii
Resumo............................................................................................................iii
Abstract............................................................................................................iv
Lista de Ilustrações...........................................................................................v
Lista de abreviaturas e siglas.........................................................................vii
Sumário..........................................................................................................viii
1 Introdução......................................................................................................1
2 Revisão Bibliográfica.....................................................................................3
2.1 Introdução...............................................................................................3
2.2 Tipos de fluidos de corte ........................................................................4
2.3 Forma de aplicação dos fluidos de corte................................................5
2.4 Escolha do fluido de corte adequado.....................................................7
2.5 Tipos de esclerômetos............................................................................8
2.6 Princípio de funcionamento..................................................................11
3 Materiais e Métodos
3.1 Adequação da estrutura disponível no Laboratório de Manufatura.....12
3.2 Projeto e construção do cabeçote riscador..........................................17
4 Resultados e Discussões............................................................................25
5 Conclusões..................................................................................................29
6 Referências.................................................................................................30
7 Anexos.........................................................................................................31
1
1 Introdução 
A usinagem é um processo de fabricação mecânica amplamente utilizado
em todo o mundo. Através dele, pode-se fabricar componentes mecânicos de alta
qualidade. A técnica consiste em retirar, por meio de uma ferramenta de corte,
material de um blanque na forma de cavaco, seja para obter um furo, uma forma
cilíndrica, cônica, prismática, ou qualquer outra forma possível. Sabe-se que, em
operações de usinagem, quase toda a energia mecânica consumida para formar o
cavaco é transformada em energia térmica, elevando a temperatura de corte e,
consequentemente, causando o desgaste prematuro das ferramentas de corte. A fim
de minimizar os efeitos das altas temperaturas de usinagem, são usados fluidos de
cortes, que têm como principal função dissipar a energia térmica produzida,
ajudando a prolongar a vida da ferramenta de corte. O desempenho dos fluidos de
corte normalmente é avaliado por meio de testes de usinagem em máquinas-
ferramentas, o que envolve um alto custo, tempo e, no caso de indústrias, retira a
máquina da linha de produção. Para sanar esses problemas, simulações do
processo de formação de cavacos na presença de diferentes tipos de fluidos de
corte podem ser feitas através de esclerometria pendular, que é uma técnica de
riscamento rápida e barata, e que tem fortes semelhanças com o processo de
arranque de cavacos da usinagem (FRANCO, 1989).
A esclerometria pendular de passe único consistem em liberar um pêndulo,
dotado de um penetrador, de uma determinada altura que, ao passar no ponto mais
baixo de sua trajetória, riscará uma amostra de um determinado material, sob certa
condição. Essa técnica é particularmente adaptada às situações dinâmicas onde a
remoção de material ocorre com elevadas deformações e sob altas taxas de
deformação plástica (FRANCO, 1989). Segundo Liang et al. (1996) está técnica é
muito usada quando se quer quantificar o índice de usinabilidade de um material
quando ele está sendo cortado na presença de um determinado fluido de corte
Este trabalho, especificamente, teve como principal objetivo geral dar uma
contribuição para o desenvolvimento de um esclerômetro pendular instrumentado
que está sendo desenvolvido no Laboratório de Manufatura da UFRN. Nesse caso,
os objetivos específicos foram divididos em duas partes: (I) adequação da estrutura
2
de um equipamento já existente no Laboratório de Manufatura, com a finalidade de
compor a estrutura do esclerômetro pendular e (II) projeto e fabricação do cabeçote
riscador do equipamento.
3
2 Revisão Bibliográfica
2.1 Introdução
Sabe-se que no processo de usinagem convencional, em que ocorre contato
entre a peça e a ferramenta de corte, há aumento de temperatura e, se nada for
utilizado para se ter um controle desta, além de outras consequências, a ferramenta
de corte sofrerá desgaste acelerado. Para minimizar o efeito da temperatura de corte
no desgaste da ferramenta, usualmente usam-se fluidos de corte.
De acordo com Runge e Duarte (1990), as principais funções dos fluidos de
corte são:
 Melhorar a integridade da superfície usinada;
 Refrigerar a zona de corte;
 Lubrificar a zona de corte;
 Remover os cavacos da área de corte;
 Reduzir o desgaste das ferramentas;
 Proteger a máquina-ferramenta contra a corrosão.
Os fluidos de corte têm como principal função, controlar a temperatura
durante a usinagem, pois atua removendo calor da zona de corte. Essa remoção de
calor contribui para um aumento da vida útil da ferramenta de corte e garante maior
exatidão dimensional e geométrica da peça, pois reduz as dilatações térmicas.
É importante saber que as superfícies da ferramenta de corte e da peça
usinada, por mais que pareçam ser perfeitamente lisas, possuem rugosidades.
Nesse caso,o fluido de corte penetrará nessa região rugosa e fará com que o atrito
seja minimizado, reduzindo o consumo de energia e diminuindo, portanto, a geração
de calor.
4
2.2 Tipos de fluidos de corte
É importante saber que no mercado existem diversos tipos de fluidos de
corte. Segundo Falavigna (2014), eles podem ser divididos em cinco grupos. São
eles:
 Soluções : São misturas de água com produtos orgânicos ou inorgânicos
especiais que permite seu uso como fluidos de cortes. Essas soluções
não contêm óleos minerais em sua composição e podem conter aditivos
que melhoram diversas de suas propriedades.
 Emulsões : São também chamados de “óleos solúveis”, apesar dessa
denominação estar errada, pois o óleo mineral não é solúvel em água. O
que acontece é que existe um aditivo emulsificante que faz com que o
óleo fique disperso. Como as soluções, as emulsões também apresentam
aditivos que melhoram suas propriedades. Existem emulsões
semissintéticas, com menos óleo mineral, o que garante uma maior vida
útil do fluido.
 Óleos integrais : São constituídos basicamente por óleos graxos e
minerais, podendo ser misturados com aditivos ou usados puros. Os
óleos graxos de origem animal e vegetal foram os primeiros fluidos
utilizados, mas logo foram substituídos por causa da alta deterioração e
alto custo. Hoje são usados como aditivos em óleos minerais.
 Gases e névoas : O ar comprimido é a forma de fluido gasoso mais
utilizada, pois além de melhorar a remoção de calor da zona de corte,
auxilia na retirada do cavaco da área de usinagem. Além do ar, existem
outros gases que também podem ser usados, como é o caso do
nitrogênio, argônio, hélio e dióxido de carbono líquidos, mas eles são
usados só em casos especiais, visto que não são tão viáveis
economicamente.
5
 Sólidos (MoS 2): Consiste em uma pasta de Bissulfeto de Molibdênio que é
aplicada com pincel na superfície de saída da ferramenta.
2.3 Forma de aplicação dos fluidos de corte
Existem diversas formas de se aplicar os fluidos de corte. Segundo Soares
(2016), as mais utilizadas são as seguintes:
 Aplicação por jorro 
A técnica de aplicação mais utilizada é a por jorro. Nesse caso, o fluido é
entregue a baixa pressão ou por efeito da gravidade. Ela pode ser aplicado nas
posições mostradas na Figura 1, a seguir:
Figura 1: Posições de aplicação do fluido de corte por jorro. A: sobrecabeça; B: entre a peça e a
superfície de folga da ferramenta de corte; C: entre a superfície inferior do cavaco e a superfície de
saída da ferramenta de corte.
Fonte: Morton (1959, p. 41) 
6
 Aplicação por alta pressão 
A aplicação por alta pressão é bastante recomendada pois, segundo Naves et
al. (2013), o jato de alta pressão consegue alcançar regiões bastante próximas da
aresta de corte. Além dessa vantagem em relação à aplicação por jorro o jato de
alta pressão ajuda a quebrar o cavaco, aumenta o tempo de vida útil da ferramenta
de corte e reduz a temperatura de corte.
Como a técnica anterior, a posição em que o fluido é entregue é muito
importante para a redução da temperatura de corte. O fluido pode ser injetado na
superfície de saída da ferramenta de corte, entre a superfície de folga e a peça e
através de pequenos furos presente na própria ferramenta de corte, conforme
mostrado na figura 2.
Figura 2: Pontos de aplicação do fluido de corte a alta pressão. (a) na superfície de saída da
ferramenta de corte; (b) entre a peça e a superfície da ferramenta de corte; (c) através da ferramenta
de corte.
 Fonte: Kramar et al. (2010)
7
 Aplicação por mínima quantidade de lubrificante (MQL) 
Essa técnica foi proposta com o intuito de diminuir a quantidade de fluido de
corte que, muitas vezes, eram descartados na natureza. Consiste em liberar
pequenas quantidades de fluido de corte, usualmente, por pulverização. De acordo
com Ribeiro (2017) essa técnica pode liberar de 5 ml/h a 200 ml/h de fluido de corte.
O que definirá a vazão será a operação de usinagem e as dimensões da peça, pois
peças maiores requerem uma maior vazão de fluidos.
Existem diversos modos de aplicação por MQL. Os mais utilizados são
aqueles mostrados na figura 3. (a) misturando-se o fluido de corte com ar
pressurizado dentro de um dispositivo misturador; ou (b) mistura-se o fluido de corte
em um misturador externo ao bico (ATTANASIO et al., 2006, apud SOARES, 2016).
Figura 3: Métodos de mistura do fluido de corte com ar comprimido na técnica MQL.
Fonte: (ATTANASIO et al., 2006, apud SOARES, 2016)
2.4 Escolha do fluido de corte adequado
Para fazer a escolha do fluido de corte a ser usado, uma das opções é
realizar testes de usinagem. Entretanto, usualmente esses testes são demorados e
onerosos.
8
Uma forma mais rápida, simples e barata e que representa de forma
satisfatória os fenômenos que ocorrem no processo de usinagem é a esclerometria
pendular. A figura 4 mostra o esclerômetro pendular desenvolvido por Franco
(1989).
Figura 4: Esclerômetro pendular desenvolvido por Franco (1989).
Fonte: Franco (1989).
Embora o esclerômetro de Franco (1989) seja adequado para a avaliação de
lubrificantes diversos (em diversos materiais), pode-se notar que ele é capaz de
medir, de forma mecânica, apenas a energia consumida no riscamento. Adiante,
será comentado mais acerca das limitações do esclerômetro de Franco (1989) e a
proposta a qual faz parte este trabalho.
A seguir, será apresentado alguns fundamentos da esclerometria.
2.5 Tipos de esclerômetros
A esclerometria pode ser definida como um ensaio que é capaz de medir
dureza de materiais e caracterizar sua resistência a abrasão. Sabe-se que existem
vários tipos de esclerômetros, mas os mais comuns, segundo Franco (1989), são os
do tipo rotativo, linear e pendular, que serão descritos a seguir.
9
 Esclerômetro Linear 
Esse tipo de esclerômetro é comumente usado na construção civil para
medir a resistência à compressão do concreto. Nesse caso, a amostra é dotada de
um movimento retilíneo em relação ao riscador (ver fig. 5). 
Figura 5: Representação de um esclerômetro linear
Fonte: (MAGNOL, 2018)
 Esclerômetro Rotativo 
Esse esclerômetro é caracterizado pelo movimento rotativo. Consiste em
fazer com que um riscador preso a um volante, ao rotacionar, risque diversas vezes
uma amostra. É muito utilizado em estudos de usinagem por abrasão. A figura 6
mostra uma representação de um esclerômetro rotativo.
10
Figura 6: Representação de um esclerômetro rotativo, onde R é o sentido de giro e V são os
riscadores.
Fonte: (TOBÍO, 1958).
 Esclerômetro Pendular 
Já o esclerômetro pendular é caracterizado por possuir um riscador que é
preso no porta-penetrador que fica localizado na ponta de um pêndulo que, ao ser
solto de uma determinada altura, riscará uma amostra localizada no ponto mais
baixo da trajetória deste. Esse tipo é de equipamento é mais adequado para a
simulação de situações em que ocorre maior remoção de material e altas taxas de
deformações plásticas, como é o caso da usinagem convencional. A figura 7 mostra
uma representação de um esclerômetro pendular.
Figura 7: Representação de um esclerômetro pendular.
Fonte: Franco (1989).
11
2.6 Princípio de funcionamento 
O princípio de funcionamento do esclerômetro pendular se dá de forma bem
simple, pois ao erguer o riscador a uma determinada altura, o pêndulo ganhará
energia potencial e ao ser liberado e entrar em contato com a amostra, a ferramenta
de corte ira fazer um rasgo e, consequentemente, terá energia dissipada. Já
amostra, por sua vez, o contato com a ferramenta de corte fará com que ela perca
um pouco de massa. Fazendo a análise da energia dissipada com a massa perdida,
é possível obter a energia específica de riscamentoque, segundo Franco (1989), ela
é um parâmetro representativo da resistência à abrasão dos materiais.
Outro ponto importante que pode ser feito com o esclêrometro pendular é o
estudo da formação e remoção do cavaco, pois é possível fazer interrupções
instântaneas nos ensaios para realizar as analises.
12
3 Materiais e métodos
Para a execução do que foi proposto neste trabalho a metodologia foi
dividida em duas partes: adequação da estrutura disponível no Laboratório de
Manufatura e projeto e fabricação parcial do cabeçote riscador. Essas etapas serão
detalhadas a seguir.
3.1. Adequação da estrutura disponível no Laboratório de Manufatura
A adequação da estrutura do esclerômetro teve como ponto de partida um
equipamento dotado de um pêndulo – similar a um pêndulo de teste de impacto
Charpy – que se encontrava no almoxarifado do Laboratório de Manufatura da
UFRN. Nesse caso, realizou-se uma análise preliminar no equipamento para saber
se ele estava em boas condições para ser usado no projeto do esclerômetro. A
figura 8 mostra a estrutura inicial disponível. Nota-se que as duas colunas de
sustentação do braço pendular estão posicionadas numa das extremidades da base
do equipamento.
Figura 8: Equipamento de partida usado para a construção da estrutura do esclerômetro.
Fonte: O autor. 
13
Após as primeiras análises, foi preciso desmontar algumas partes do
equipamento que se julgou desnecessárias para o projeto do esclerômetro.
Na sequência, com o que sobrou do equipamento de partida, foi feita a
modelagem inicial do que seria o esclerômetro desejado. Para isso, foi usado o
software SolidWorks®, versão 2019.
Durante a modelagem, decidiu-se que seria necessário mudar a posição das
colunas de sustentação do braço pendular para o centro da base do equipamento,
com a finalidade de melhorar o equilíbrio dinâmico da estrutura na realização dos
testes de riscamento
Aproveitando-se de uma mesa de ferro fundido com rasgos longitudinais em
“T” que também estava ociosa no Laboratório de Manufatura, decidiu-se usá-la para
apoiar o porta-amostra (em desenvolvimento). A figura 9 mostra a mesa sobre uma
chapa de aço que, posteriormente, foi soldada nas abas internas inferiores dos perfis
em “I” que compõem a base do equipamento. 
Figura 9: Mesa com rasgos em “T” usada para apoiar o porta-amostra.
Fonte: O autor.
14
Após toda a discussão referente ao projeto conceitual do esclerômetro
baseado no equipamento de partida e sua modelagem em CAD, deu-se início às
operações de fabricação necessárias. Como citado anteriormente, com a
necessidade de colocar as colunas no meio da base, foram feitas marcações por
puncionamento dos novos furos para a fixação, por meio de porcas e parafusos, das
colunas. Para isso, utilizou-se uma furadeira de coluna FC 35A da Clark. A figura 10
mostra um dos perfis em “I” que compõe a base do equipamento posicionado na
mesa da furadeira para a execução dos furos. 
Figura 10: Furação da base para fixação das colunas no meio da estrutura.
Fonte: O autor.
Com os furos realizados, foi preciso fazer um pequeno rebaixo em ambos os
perfis em “I” da base nos locais de apoio das colunas. Isso foi necessário, pois a
superfície dos perfis não estavam totalmente planas, o que poderia comprometer a
montagem e a geometria da estrutura. Para isso, utilizou-se uma Plaina ZOCCA
650, como mostra a figura 11.
15
Figura 11: Plaina sendo utilizada para fazer os rebaixos nos perfis da base do equipamento.
Fonte: O autor.
Para garantir o nivelamento de toda a estrutura do futuro esclerômetro, foram
ainda feitos quatro furos nas abas inferiores dos perfis em “I” da base e soldadas
quatro porcas para a colocação de parafusos niveladores, como mostra a figura 12.
Figura 12: Parafuso nivelador na base do esclerômetro.
Fonte: O autor.
16
Ainda foram feitos furos de 3/8” na parte superior das colunas para a
passagem de um tirante que tem a função de impedir o afastamento (abertura) das
duas colunas da estrutura (figura 13).
Figura 13: Tirante instalado para evitar a abertura das colunas. 
Fonte: O autor.
Foram ainda fresadas duas chapas de aço na fresadora universal Heckert
FUW (figura 14). Essas chapas foram posteriormente furadas, para fixação da mesa
que irá apoiar o dispositivo porta-amostra e soldadas nas abas internas dos perfis
em “I” da base do equipamento. 
Figura 14: Fresamento das chapas de apoio da mesa do equipamento.
Fonte: O autor.
17
Por fim, com o intuito de melhorar o acabamento e ajudar na proteção contra
a ferrugem, toda a estrutura foi pintada, como mostrado na figura 15.
Figura 15: Pintura das peças do equipamento.
Fonte: O autor.
3.2. Projeto e construção do cabeçote riscador
Para o projeto do cabeçote riscador foram definidos alguns requisitos. O
primeiro, foi que o cabeçote riscador deveria alojar uma célula de carga do tipo
single point que seria responsável pela medição da força tangencial de riscamento.
A célula escolhida foi uma LCM 304, da Ômega, com as seguintes dimensões:  =
25,4 mm x h = 25,4 mm. A figura 16 apresenta a célula usada e considerada no
projeto do cabeçote.
18
Figura 16: Célula de Carga ÔMEGA LCM 304.
Fonte: O autor.
No projeto do cabeçote, também foi considerado a existência de um
elemento elástico que ficará em contato com a ponta da célula de carga, como pode
ser observado na imagem abaixo, e, em sua extremidade inferior, estará preso o
riscador. Esse elemento será responsável por acionar o sensor (célula de carga)
acoplado no cabeçote. Para tanto, ele precisa ter um ajuste relativamente apertado e
entrar com o mínimo de folga possível no furo do cabeçote, para não causar
movimentos excessivos no momento do riscamento.
Figura 17: Corte mostrando contato do sensor (azul) com elemento elástico (vermelho).
Fonte: O autor. 
19
Um outro aspecto considerado no projeto do cabeçote foi que este teria que
ser encaixado na extremidade inferior do braço pendular. Para isso, fez-se um
rebaixo no diâmetro da extremidade para que se deixasse um ressalto para limitar o
avaço do cabeçote no momento da montagem. A figura 18 mostra o braço pendular
do esclerômetro montado no torno IMOR-II-520, também pertencente ao Laboratório
de Manufatura da UFRN, para a execução da operação.
Figura 18: Braço pendular montado no torno IMOR-II-520 para início da operação de rebaixo do
diâmetro de sua extremidade inferior.
Fonte: O autor.
A fabricação parcial do cabeçote foi divido em três etapas: (I) usinagem do
corpo do cabeçote (com manufatura da rosca de fixação deste no braço pendular;
(II) usinagem da cavidade para alojamento da célula de carga; (III) usinagem das
tampas de fechamento da cavidade citada anteriormente.
A fabricação do corpo do cabeçote começou pela escolha do tarugo de aço
1045 que também estava presente no Laboratório de Manufatura da UFRN. A fim de
tirar as não conformidades e deixar a superfície mais uniforme, o tarugo foi colocado
no torno IMOR-II-520 para realizar o torneamento longitudinal e também foi feito o
20
rebaixo para posterior encaixe da porca de fixação do cabeçote ao braço do
pêndulo, como mostra a figura 19 abaixo.
Figura 19: Início da usinagem do cabeçote riscador.
Fonte: O autor.
Depois de finalizada esta primeira usinagem, foi realizada a usinagem interna
da peça (figura 20), onde o braço do pêndulo será encaixado e, posteriormente,
preso com uma porca ao braço. Também foi feito o furo onde passará o elemento
elástico que ficará em contato com a célula de carga. O elemento elástico será
responsável por pressionar a célula de carga para medição da força tangencial de
riscamento.
21
Figura 20: Desbaste da parte interna para encaixe no braço do pêndulo.
Fonte: O autor.
Por fim, foi feito a rosca na extremidade do cabeçote (figura 21) para afixação desta ao braço pendular.
Figura 21: Fabricação da rosca do cabeçote.
Fonte: O autor.
Logo após a fabricação da rosca, usinou-se a cavidade onde será alojada a
célula de carga, como mostrado na figura 22. Para isso foi usada a fresadora
22
universal Heckert FUW e uma fresa de topo de 1″, que corresponde ao diâmetro da
célula de carga.
Figura 22: Fresamento da cavidade de alojamento da célula de carga.
Fonte: O autor.
Ainda foram usinadas tampas cuja função será segurar o sensor na sua
cavidade e dar um aperto necessário para gerar uma pré-carga (na célula). Nesse
caso, foi usada uma fresadora universal Heckert FUW e uma fresa de topo de 10
mm. 
Para alojamento das tampas foram fresados rasgos, conforme figura 23.
23
Figura 23: Fresamento dos alojamentos das tampas de fixação da célula de carga.
 
Fonte: O autor.
Depois de finalizada a cavidade, foram fabricados as tampas (figura 24). Para
isso, foi utilizado o mesmo material do cabeçote, aço AISI 1045 e a mesma
fresadora. 
Figura 24: Fabricação de uma das tampas de fixação da célula de carga.
Fonte: O autor.
24
Para prender as tampas no alojamento foram utilizados parafusos allen com
rosca M5 x 0,7. Para isso, foram usinados furos e em seguida foi feito a rosca com
um jogo de machos correspondente, como mostra a figura 25.
Figura 25: Rosqueamento dos furos no alojamento das tampas.
Fonte: O autor.
25
4 Resultados e Discussões
A figura 26, representa o desenho feito utilizando o programa do Solidworks
2019 no qual foi seguido para a construção do esclerômetro. As colunas foram
posicionadas no meio da base, como pode ser observado na imagem, para uma
melhor estabilidade.
Figura 26: Representação do esclerômetro no Solidworks.
Fonte: O autor.
Tomando como base o projeto feito no software CAD, foram seguidos os
passos para a fabricação como mostrado na metodologia. 
Após a finalização da fabricação das peças do esclerômetro pendular, foi
realizada a sua montagem. Assim, fez-se a fixação dos parafusos niveladores, das
26
colunas na base e da mesa onde será montado o porta-amostra. As figuras 27 (a) e
(b) mostram as colunas fixadas por porca e parafuso na base do esclerômetro.
Figura 27: Fixação das colunas na base do esclerômetro.
Fonte: O autor.
Após a instalação das colunas, foram montados os mancais [figuras 28 a e
(b)] de apoio do braço pendular.
27
Figura 28: Mancais de apoio do braço pendular.
Fonte: O autor.
De forma análoga a construção do esclerômetro, foi utilizado o Solidworks
2019 para criar o projeto do cabeçote (figura 29).
Figura 29: Representação do cabeçote.
Fonte: O autor.
28
Após a fabricação, a figura 30 mostra o cabeçote encaixado no rebaixo feito
na extremidade do braço pendular. Como pode ser observado na imagem, o
cabeçote está apoiado por meio de um “macaquinho”, pois ainda não foi feita a
porca que irá fixá-lo ao braço pendular.
Figura 30: Cabeçote encaixado no rebaixo na extremidade do braço pendular.
Fonte: O autor.
29
5 Conclusões
Como este trabalho se trata de uma contribuição para a construção de um
esclerômetro pendular de passe único, a conclusão é parcial, mas foram atingidos
os objetivos da modificação da estrutura de pêndulo que se encontrava no
laboratório de manufatura da Universidade Federal do Rio Grande do Norte
garantindo um bom funcionamento e o objetivo de fabricar e montar o novo cabeçote
no sistema também foi atingido.
30
6 Referências
FALAVIGNA, Diego. ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DO USO DE
LUBRIRREFRIGERANTE NA QUALIDADE SUPERFICIAL DE PEÇAS DE
ALUMÍNIO TORNEADAS. 2014. 65 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia
Mecânica, Universidade de Caxias do Sul, Caxias do Sul, 2014.
FRANCO, Sinésio Domingues. Contribuição ao estudo do desgaste abrasivo de
materiais polifásicos. 1989. 115 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia
Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 1989.
LIANG, Y. N., LI, S. Z., LI, D. F., LI, S.. Some developments for single- pass
pendulum scratching. Wear 199, 66-73, 1996.
MAGNOL, Renan Valter. CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA DE FORMAÇÃO
FERRÍFERA BANDADA ATRAVÉS DO ENSAIO DE ESCLEROMETRIA LINEAR.
2018. 104 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Mecânica, Universidade
Federal do Espírito Santo, Vitória, 2018.
MORTON, I. S. Methods of Cutting Fluid Application. Industrial Lubrication and
Tribology, v. 11, n. 11, p. 39–43, 1959. 
NAVES, V. T. G.; DA SILVA, M. B.; DA SILVA, F. J. Evaluation of the effect of
application of cutting fluid at high pressure on tool wear during turning operation of
AISI 316 austenitic stainless steel. Wear, v. 302, n. 1-2, p. 1201–1208, abr. 2013. 
RUNGE, P. R. F., DUARTE, G. N. Lubrificantes nas indústrias – Produção,
manutenção e controle Triboconcept – Edições Técnicas, 1990, p. 71-171, 1990.
RIBEIRO, Alexandre de Sousa. APLICAÇÃO DE MÍNIMA QUANTIDADE DE
LUBRIFICANTE NO FRESAMENTO DO AÇO SAE 8640. 2017. 110 f. TCC
(Graduação) - Curso de Engenharia Automotiva, Universidade de Brasília, Brasília,
2017.
SOARES, Christianne Lacerda.INFLUÊNCIA DO MODO DE APLICAÇÃO DO
FLUIDO DE CORTE SOBRE A USINABILIDADE DO AÇO ABNT 4340 NO
TORNEAMENTO. 2016. 95 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia de
Produção, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2016.
TOBÍO, J. M. Esclerómetro rotativo automático. Materiales de Construcción, [S. l.], v.
8, n. 086, p. 17–22, 1958. DOI: 10.3989/mc.1958.v08.i086.2016. Disponível em:
https://materconstrucc.revistas.csic.es/index.php/materconstrucc/article/view/2016.
Acesso em: 4 dec. 2022.
31
7 Anexos
ANEXO A – DESENHO DOS PROJETOS MECÂNICOS 
QTDE DENOMINAÇÃO
REVISÃO:
FOLHA DE
DISCIPLINA:
DATA E LOCAL:
RESPONSÁVEL:
TÍTULO (PEÇA):DIEDRO:
TURMA:
DESENHO:
ESCALA:
ITEM
1 1 Pêndulo - -
Esclerômetro Pendular
Gabriel Cirilo do Nascimento
mm
00
Natal - RN, 17/11/2022
Trabalho de Conclusão de Curso
N. DO 
EM:
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
REFERÊNCIAMATERIAL
DIMENSÕES 
-
1:5 1/8
 
67,40 
30
 
 8
 
50 
65 
 
 149,25 
 208,25 
 6
0 
37
,5
0 
 
22
 
 184,25 
 
 7
60
 
 
 
 8
0 
Produto educacional do SOLIDWORKS. Somente para fins de instrução.
- Trabalho de Conclusão de Curso
DESENHO:
ESCALA:
REVISÃO:
FOLHA DE
DISCIPLINA:
DATA E LOCAL:
RESPONSÁVEL:
TÍTULO (PEÇA):DIEDRO:
TURMA:
N. DO 
EM:
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
REFERÊNCIAMATERIALDENOMINAÇÃOQTDEITEM
1 1 Mesa de trilho - -
Esclerômetro Pendular
Gabriel Cirilo do Nascimento
mm
00
Natal - RN, 17/11/2022
DIMENSÕES 
2/81:5
 1
00
 1
0 
 3
1,
54
 
 2
0 
 171,41 
 1
0 
 18,25 
 5
90
 
 6
50
 
 121 
 141 
 151,41 
 4x 10 
Produto educacional do SOLIDWORKS. Somente para fins de instrução.
mm
Gabriel Cirilo do NascimentoRESPONSÁVEL:
TÍTULO (PEÇA):DIEDRO:
TURMA:
DESENHO:
ESCALA:
REVISÃO:
FOLHA DE
DISCIPLINA:
DATA E LOCAL:
00
Natal - RN, 17/11/2022
Trabalho de Conclusão de Curso-
N. DO 
EM:
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
REFERÊNCIAMATERIALDENOMINAÇÃOQTDEITEM
1 1 Base - -
Esclerômetro Pendular DIMENSÕES 
3/81:5
 6
0 
 1
14
0 
 3
44
,7
9 
 2
00
 
 4x 23 
 1
97
,6
1 
 9
45
,3
8 
 3
7,
31
 
 562 
 1
98
 
 150 
 1
2 
 334,21 
Produto educacional do SOLIDWORKS. Somente para fins de instrução.
REFERÊNCIA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
DATA E LOCAL:
RESPONSÁVEL:
TÍTULO (PEÇA):DIEDRO:
TURMA:
DESENHO:
ESCALA:
REVISÃO:
FOLHA DE
DISCIPLINA:
MATERIALDENOMINAÇÃOQTDEITEM
1 1 Tampa Lateral - -
Esclerômetro Pendular
Gabriel Cirilo do Nascimento
mm
00
Natal - RN, 17/11/2022
Trabalho de Conclusão de Curso
N. DO 
EM:
DIMENSÕES 
-
 3
,2
0 
 4
,4
8 
 50,20 
 6
,4
5 
6 2x 2x 5 
 4
4 
 2xR10 
 2
4,
25
 
1:5 4/8
Produto educacional do SOLIDWORKS. Somente para fins de instrução.
QTDE DENOMINAÇÃOTURMA:
DESENHO:
ESCALA:
REVISÃO:
FOLHA DE
DISCIPLINA:
DATA E LOCAL:
RESPONSÁVEL:
TÍTULO (PEÇA):DIEDRO:
ITEM
1 1 Tampa Inferior - -
Esclerômetro Pendular
Gabriel Cirilo do Nascimento
mm
00
Natal - RN, 17/11/2022
Trabalho de Conclusão de Curso
N. DO 
EM:
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
REFERÊNCIAMATERIAL
DIMENSÕES 
-
1:5 5/8
 50 
12
,5
0 
 3
 
 9
,5
0 
 2x
 2
xR
10
 
5 6 
 2
0,
60
 
2x
 30 
Produto educacional do SOLIDWORKS. Somente para fins de instrução.
- Trabalho de Conclusão de Curso
DESENHO:
ESCALA:
REVISÃO:
FOLHA DE
DISCIPLINA:
DATA E LOCAL:
RESPONSÁVEL:
TÍTULO (PEÇA):DIEDRO:
TURMA:
N. DO 
EM:
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
REFERÊNCIAMATERIALDENOMINAÇÃOQTDEITEM
1 1 Cabeçote - -
Esclerômetro Pendular
Gabriel Cirilo do Nascimento
mm
00
Natal - RN, 17/11/2022
DIMENSÕES 
6/8
88 
 4
4 
 1
50
 
5 
 8
 
 6
0 
 2x
 1
45
 
 1
,5
0 
 2
10
 
1:2
 50 
5 
 3
9,
89
 
 R44 2
7,
10
 
 2x
 R6,50 
52
 
 R37,50 85
 
 8 
Produto educacional do SOLIDWORKS. Somente para fins de instrução.
Trabalho de Conclusão de Curso
Natal - RN, 17/11/2022TURMA:
DESENHO:
ESCALA:
REVISÃO:
FOLHA DE
DISCIPLINA:
DATA E LOCAL:
RESPONSÁVEL:
TÍTULO (PEÇA):DIEDRO:
-
N. DO 
EM:
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
REFERÊNCIAMATERIALDENOMINAÇÃOQTDEITEM
1 1 Braço direito - -
Esclerômetro Pendular
Gabriel Cirilo do Nascimento
mm
00
DIMENSÕES 
7/81:10
 260 
 5
0 
 1
10
 
 13,70 
 110 
 142 
 1
3,
70
 
76,35 
 260 
 1
24
0 
 320 
 4x 12,70 
Produto educacional do SOLIDWORKS. Somente para fins de instrução.
- Trabalho de Conclusão de Curso
DESENHO:
ESCALA:
REVISÃO:
FOLHA DE
DISCIPLINA:
DATA E LOCAL:
RESPONSÁVEL:
TÍTULO (PEÇA):DIEDRO:
TURMA:
N. DO 
EM:
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
REFERÊNCIAMATERIALDENOMINAÇÃOQTDEITEM
1 1 Braço esquerdo - -
Esclerômetro Pendular
Gabriel Cirilo do Nascimento
mm
00
Natal - RN, 17/11/2022
DIMENSÕES 
8/81:10
 110 
 142 
 13,70 
 232,60 5
0 
 1
0 
 260 
 1
24
0 
12,70 
76,35 
 1
3,
70
 
 4x
 232 
Produto educacional do SOLIDWORKS. Somente para fins de instrução.