GUSTAVO SAMULEWSKI
OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO DE PEÇAS PRISMÁTICAS
CURITIBA
2006
GUSTAVO SAMULEWSKI
OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO DE PEÇAS PRISMÁTICAS
Monografia apresentada como requisito parcial à
obtenção do Grau de Engenheiro Mecânico, do
Setor de Ciências Exatas e Tecnológicas do
Centro Universitário Positivo.
Orientador: Prof. Pablo Deivid Valle
CURITIBA
2006
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS................................................................................................. IIV
LISTA DE TABELAS.................................................................................................. VI
LISTA DE SÍMBOLOS .............................................................................................. VII
RESUMO.............................................................................................................VIIVIII
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO ............................................................................... 3
1.2 JUSTIFICATIVAS ................................................................................................. 4
1.3 METODOLOGIA E RESULTADOS ESPERADOS ............................................... 5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................... 6
2.1 PROCESSOS DE USINAGEM ............................................................................. 6
2.2 PROCESSO DE RETIFICAÇÃO .......................................................................... 7
2.3 REBOLOS – COMPOSIÇÃO E PROPRIEDADES ............................................... 8
2.3.1 GRÃO ABRASIVO............................................................................................. 9
2.3.2 LIGANTES ....................................................................................................... 11
2.3.3 POROSIDADE................................................................................................. 12
2.3.4 GRANULOMETRIA ......................................................................................... 12
2.3.5 DUREZA .......................................................................................................... 14
2.3.6 ESTRUTURA................................................................................................... 15
2.4 ESPECIFICAÇÃO DE REBOLOS ...................................................................... 15
2.5 TIPOS DE RETIFICAÇÃO.................................................................................. 17
2.5.1 RETIFICAÇÃO PLANA .................................................................................... 17
2.5.2 RETIFICAÇÃO CILÍNDRICA ........................................................................... 18
2.5.3 RETIFICAÇÃO SEM CENTROS ..................................................................... 19
2.6 DRESSAGEM..................................................................................................... 20
2.6.1 DRESSADORES ............................................................................................. 20
2.6.2 PROCESSO DE DRESSAGEM....................................................................... 21
2.7 DESGASTE DO REBOLO.................................................................................. 25
2.8 RUGOSIDADE.................................................................................................... 26
2.9 EFEITOS DA TEMPERATURA NA RETIFICAÇÃO ........................................... 27
ii
2.10 PRINCIPAIS VARIÁVEIS E PARÂMETROS ENVOLVIDOS NO PROCESSO
DE RETIFICAÇÃO PLANA....................................................................................... 31
2.11 DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS .......................................................... 32
2.11.1 TÉCNICAS DE DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS .............................. 33
2.11.1.1 EXPERIMENTOS ISOLADOS .................................................................... 33
2.11.1.2 EXPERIMENTOS FATORIAIS COMPLETOS ............................................ 33
2.11.1.3 EXPERIMENTOS FATORIAIS FRACIONADOS ........................................ 34
3 METODOLOGIA .................................................................................................... 35
3.1 MATERIAL DE ENSAIO ..................................................................................... 35
3.2 CORPOS DE PROVA......................................................................................... 36
3.3 MÁQUINA RETIFICADORA ............................................................................... 36
3.4 PLANEJAMENTO DO EXPERIMENTO ............................................................. 38
3.4.1 ESCOLHA DOS PARÂMETROS..................................................................... 38
3.4.1.1 TAMANHO DO GRÃO ABRASIVO............................................................... 39
3.4.1.2 AVANÇO TRANSVERSAL ........................................................................... 39
3.4.1.3 VELOCIDADE DA MESA ............................................................................. 39
3.4.1.4 VELOCIDADE DE DRESSAGEM................................................................. 40
3.4.1.5 RETIRADA DE MATERIAL........................................................................... 40
3.4.2 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS .................................................................. 41
3.4.3 PREPARAÇÃO DO EXPERIMENTO .............................................................. 42
3.4.4 DEFINIÇÃO DAS RODADAS EXPERIMENTAIS ............................................ 42
3.5 EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO ...................................................................... 43
3.6 MEDIÇÃO DAS PEÇAS E AVALIAÇÃO METALOGRÁFICA ............................. 44
3.7 RESULTADOS ESPERADOS ............................................................................ 45
3.8 ANÁLISE DOS RESULTADOS........................................................................... 46
3.9 ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DO PROCESSO .................. 48
3.9.1 ANÁLISE DA RUGOSIDADE .......................................................................... 48
3.9.2 ANÁLISE DA QUEIMA .................................................................................... 49
3.9.3 ANÁLISE DA RETÊMPERA ............................................................................ 51
4 CONCLUSÃO........................................................................................................ 52
5 SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS................................................... 53
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 54
iii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – CAVACO DE RETIFICAÇÃO ................................................................. 7
FIGURA 2 – DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DURANTE A RETIFICAÇÃO ................ 8
FIGURA 3 – COMPOSIÇÃO DO REBOLO ................................................................ 8
FIGURA 4 – COMPARTIVO DE DUREZAS ENTRE ABRASIVOS ............................ 9
FIGURA 5 – GRÃO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO CINZA ............................................ 10
FIGURA 6 – GRÃO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO CERÂMICO.................................... 10
FIGURA 7 – GRÃO DE CARBETO DE SILÍCIO PRETO ......................................... 11
FIGURA 8 – ESTRUTURA DOS REBOLOS ............................................................ 15
FIGURA 9 – ESPECIFICAÇÃO DE ABRASIVOS CONVENCIONAIS...................... 16
FIGURA 10 – ESPECIFICAÇÃO DE SUPERABRASIVOS ...................................... 17
FIGURA 11 – RETIFICADORA PLANA.................................................................... 18
FIGURA 12 – RETIFICADORA CILÍNDRICA ........................................................... 18
FIGURA 13 – RETIFICAÇÃO CENTERLESS .......................................................... 19
FIGURA 14 – TIPOS DE DIAMANTES..................................................................... 21
FIGURA 15 – RELAÇÃO DE VELOCIDADES: REBOLO E DRESSADOR.............. 23
FIGURA 16 – AÇÃO DO GRAU DE RECOBRIMENTO ........................................... 24
FIGURA 17 – MECANISMOS DE DESGASTE DO GRÃO ABRASIVO ................... 25
FIGURA 18 – GRAO ABRASIVO DESGASTADO ................................................... 26
FIGURA 19 – RUGOSIDADE MÉDIA....................................................................... 27
FIGURA 20 – INTENSIDADE DO FLUXO DE CALOR............................................. 28
FIGURA 21 – PROFUNDIDADE DA SUPERFÍCIE RETIFICADA ............................ 29
FIGURA 22 – TEMPERATURA X TEMPO ............................................................... 30
FIGURA 23 – MATERIAL COM QUEIMA E RETÊMPERA ...................................... 30
iv
FIGURA 24 – RELAÇÕES DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO ............................. 31
FIGURA 25 – TENDÊNCIA DA INFLUENCIA DE PARÂMETROS EM DOE’S ........ 34
FIGURA 26 – ESTRUTURA METALOGRÁFICA DOS CORPOS DE PROVA ......... 35
FIGURA 27 – CORPO DE PROVA - DIMENSIONAL............................................... 36
FIGURA 28 – MÁQUINA RETIFICADORA............................................................... 37
FIGURA 29 – SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO........................................................ 38
FIGURA 30 – PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS ..................................................... 41
FIGURA 31 – MICROESTRUTURA APÓS RETÍFICAÇÃO CORPO DE PROVA 1. 47
FIGURA 32 – MICROESTRUTURA APÓS RETÍFICAÇÃO CORPO DE PROVA 6. 47
FIGURA 33 – INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS PARA RUGOSIDADE ............... 48
FIGURA 34 – INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS PARA QUEIMA ......................... 50
FIGURA 35 – INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS PARA RETÊMPERA ................. 51
v
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – GRANULOMETRIA PARA ABRASIVOS CONVENCIONAIS................13
TABELA 2 – PADRONIZAÇÃO INTERNACIONAL DE GRANULOMETRIA DE
DIAMANTE E NITRETO DE BORO CUBICO....................................... 14
TABELA 3 – EXPERIMENTO FATORIAL COMPLETO............................................. 34
TABELA 4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.....................................................43
TABELA 5 – RESULTADOS ESPERADOS............................................................... 45
TABELA 6 – RUGOSIDADE OBTIDA........................................................................ 46
TABELA 7 – AVALIAÇÃO METALOGRÁFICA...........................................................46
TABELA 8 – PARÂMETROS DE CORTE INDICADOS PARA RUGOSIDADE......... 49
TABELA 9 – PARÂMETROS DE CORTE – RODADA EXPERIMENTAL 1............... 52
TABELA 10 – SUGESTÃO DE PARÂMETROS PARA RETIFICAÇÃO PLANA........53
vi
LISTA DE SÍMBOLOS
mm
µm
HRC
rpm
Rz
kp
mm²
ºC
qd
Vr
Vsd
Ud
bd
Sd
milímetro
micrometro
dureza hockwell escala C
rotações por minuto
rugosidade média
dureza knopp
milímetro quadrado
graus escala Celsius
relação entre as velocidades do rebolo e da peça
velocidade periférica do dressador
velocidade periférica do rebolo
grau de recobrimento
largura do dressador
avanço por rotação
vii
RESUMO
Os processos de usinagem têm grande participação nos custos da indústria,
gerando um grande potencial de melhoria e racionalizações de custo, exigindo dos
profissionais de engenharia conhecimentos mais profundos e técnicas de trabalho
que minimizem o tempo de resposta e maximizem os resultados. Processos de
usinagem com geometria indefinida possuem incontáveis gumes de corte e muitas
variáveis de influência, sendo bastante complexas as análises e como os parâmetros
de corte irão interagir, proporcionando à peça-obra as tolerâncias exigidas. Esta
monografia enfoca o processo de usinagem de retificação, as tecnologias envolvidas
neste processo, ferramentas utilizadas, suas variações e aplicações, além de uma
metodologia estatística que visa reduzir o tempo e o número de experimentos,
buscando o melhor resultado possível para um determinado processo.
Posteriormente é apresentada uma análise do processo de retificação plana,
objetivando evidenciar os parâmetros de maior influência na qualidade superficial da
peça, sem danos à microestrutura do material, otimizando o processo.
viii
1
INTRODUÇÃO
O processo de retificação é largamente utilizado atualmente na indústria em
função do bom resultado quanto a tolerâncias dimensionais e de formas.
Tem-se conhecimento deste processo desde a pré-história, onde o homem
afiava suas ferramentas utilizando pedras abrasivas, este processo de usinagem é
provavelmente o mais antigo de nossa história. Não seria possível afiar ferramentas
de torneamento, fresamento ou furação sem o processo de retificação.
Segundo MICOLLI (2004), atualmente de 20 a 25% dos custos de operações
de usinagem são gerados pelo processo de retificação, pois este processo
normalmente está no final das cadeias produtivas, onde o custo agregado ao
produto já é grande e cada peça fora de especificação gera o refugo que onera
ainda mais estes custos.
Quando se usina aços endurecidos, os processos que utilizam ferramentas
com geometria definida são bastante onerosos, possuem tempos de ciclo altos e não
conseguem
garantir
pequenas
tolerâncias
geométricas
como
circularidade,
cilindricidade e batimento. Neste caso o emprego do processo de retificação se faz
ainda mais necessário, pois através de ferramentas com geometria não definida
consegue-se uma boa relação custo-benefício, atendimento dos requisitos do projeto
da peça e tempos de ciclo compatíveis com as demandas atuais de produção.
Para atingir os resultados ótimos, possíveis com o processo de retificação é
preciso conhecimentos sobre vários dos fatores que influenciam no processo, o que
o torna complexo tendo em vista as muitas variáveis envolvidas, diversidade de
opções quanto à especificação de grãos abrasivos, ligantes, dureza entre outros.
A especificação incorreta de ferramentas e fluidos de corte na retificação
pode gerar inúmeros problemas na execução da peça. Um problema bastante crítico
é, sem dúvida a geração de queima e retêmpera superficial. Este problema só pode
ser identificado através de exames metalográficos, exame destrutivo e que demanda
equipamentos, tecnologia e mão de obra qualificada. Uma peça com queima e
retêmpera tem grande possibilidade de apresentar redução na sua vida útil pela
redução de sua resistência à fadiga e desgaste, podendo chegar ao colapso total.
2
Esta complexidade de ajuste do processo, problemas que podem ocorrer de
ordem metalográfica e geométrica gera inúmeros potenciais para otimizações,
reduções de custo, aumento de produtividade, melhoria da qualidade da peça-obra e
outros ganhos indiretos.
Segundo MALKIN (1988) “de todos os processos em uso, a retificação é sem
dúvida o menos entendido e mais negligenciado na prática. Pela multiplicidade de pontos de
corte e geometria indefinida, alta velocidade de corte e pequenos espaços entre cada grão
abrasivo, analisar os mecanismos do processo de retificação parece uma tarefa impossível.
Talvez a faísca que salta do rebolo adicione ainda mais mistério ao processo”.
3
1.1
OBJETIVOS DO TRABALHO
Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência dos parâmetros de corte e
ferramenta na retificação plana visando verificar quais são os parâmetros de maior
influência no processo e seus limites para garantir, além de qualidade dimensional e
geométrica, a integridade metalúrgica da peça-obra.
Serão avaliados danos metalúrgicos à peça obra, como queima e retêmpera
e também a rugosidade superficial, objetivando a menor rugosidade possível sem
danos térmicos ao material.
Para retificação plana existem vários parâmetros de corte que podem ser
avaliados. Para execução deste estudo foram escolhidos os parâmetros principais,
baseados na literatura e nas condições da máquina retificadora. Os parâmetros que
serão avaliados são:
1) velocidade de oscilação da mesa;
2) avanço transversal do rebolo contra a peça;
3) retirada de material;
4) velocidade de dressagem;
5) granulometria do rebolo.
Em um experimento comum, fixando 4 dos 5 fatores e variando um deles,
seriam necessárias 32 rodadas experimentais para avaliação de todos os
parâmetros, variando cada um a dois níveis, ou seja, 25. Utilizando a ferramenta
estatística de delineamento de experimentos (DOE), a quantidade de rodadas
experimentais é significativamente reduzida, o que possibilita um tempo menor para
o experimento, menor custo e um resultado satisfatório, já comprovado na prática
em experimentos do mesmo tipo. Utilizando DOE o experimento será reduzido para
8 rodadas (25-2), variando parâmetros a dois níveis e avaliando a influência principal
de cada parâmetro escolhido para uma ou mais variáveis de saída, que no caso
serão a rugosidade da peça e a presença ou não de queima e retêmpera na
microestrutura do material.
Para criação da Tabela com os fatores definidos e seus níveis de variação,
será utilizado o software estatístico Minitab, que possibilita também a criação dos
gráficos para análise dos resultados.
4
1.2
JUSTIFICATIVAS
Apesar do processo de retificação ser um dos mais antigos processos de
usinagem conhecidos, existem poucas literaturas que demonstram e conceituam os
vários parâmetros de corte envolvidos e também as conseqüências da variação e
ajuste destes parâmetros na peça-obra. Cada material possui propriedades
mecânicas que podem ser influenciadas pela retificação e uma escolha inadequada
dos parâmetros de corte, ferramental e máquina podem ter conseqüências
desastrosas para o produto final, desde um desgaste mais acelerado até mesmo o
colapso total da peça ou produto.
A rugosidade é definida como as imperfeições ou irregularidades em uma
superfície. Quanto mais lisa a superfície, ou seja, quanto menor o número de
imperfeições menor será o valor da rugosidade. Dependendo da função do produto
ou componente a rugosidade terá importância fundamental na sua utilização. A
superfície de um componente com rugosidade alta tem a tendência de um desgaste
mais acentuado do que uma superfície mais lisa, para elementos rotativos como
eixos, ou de vedação como válvulas a rugosidade indicará o bom ou mau
funcionamento, e influenciará na durabilidade do componente.
As propriedades mecânicas do material podem ser otimizadas por
processos de tratamento térmico, como a têmpera. Este processo que endurece o
material pode ser altamente influenciado pelo posterior emprego da retificação. Um
dano térmico de queima e retêmpera cria no material duas camadas de durezas
diferentes que podem causar um desgaste prematuro, nucleação de trincas e
conseqüentemente a quebra do material.
Em um processo de retificação consegue-se resultados de rugosidade em
torno de 1µm, porém a integridade metalúrgica do material pode ser comprometida,
gerando riscos de mal funcionamento ou quebra do componente usinado. Os
motivadores para execução de um experimento no processo de retificação são
justamente otimizações dos parâmetros de corte para atingir baixos níveis de
rugosidade e garantir a integridade do material.
5
1.3
METODOLOGIA E RESULTADOS ESPERADOS
Para execução do experimento serão utilizados corpos de prova com
dimensões de: 60 mm de comprimento, 40 mm de largura e 20 mm de altura,
confeccionados em aço carbono SAE 5160, tratado termicamente por têmpera,
alcançando dureza próxima de 60 HRC. Este aço atinge um bom acabamento
superficial depois de retificado.
A máquina que será utilizada para execução dos testes é uma retífica Plana,
disponibilizada pela UnicenP, com mesa magnética, dressagem manual, utilizando
rebolo convencional com rotação máxima de 2225 rpm.
Serão utilizados dois rebolos com diferentes granulometrias, grãos 46 e 60,
ambos em óxido de alumínio, por serem os tipos de grãos mais utilizados na
indústria, terem baixo custo e com tecnologia suficiente para retificação do material
escolhido.
6
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo serão abordados alguns conceitos sobre processos de
usinagem e principalmente sobre o processo de retificação, incluindo suas
particularidades, tipos de abrasivos utilizados e conceitos sobre seus fundamentos.
2.1
PROCESSOS DE USINAGEM
A usinagem, segundo FERRARESI (1970) caracteriza-se por um processo
de fabricação que confere à peça forma, dimensões, acabamento ou ainda uma
combinação destes três itens, pela retirada de material da peça, ou seja, há geração
de cavacos, que são retirados por uma ferramenta de corte e parâmetros de
usinagem definidos.
Segundo STEMMER (1995), pode-se dividir os processos de usinagem em
três grandes grupos:
- Processo com ferramentas de geometria definida;
- Processo com ferramentas de geometria não-definida;
- Processos especiais.
São exemplos de processos de usinagem com ferramentas de geometria
definida,
segundo
STEMMER
(1995):
torneamento,
furação,
fresamento,
mandrilamento que utilizam ferramentas como insertos, brocas, fresas, brocas
canhão, escareadores, entre outras.
Para processos de usinagem com ferramentas de geometria não-definida
podemos citar a retificação, brunimento, lapidação, eletroerosão, hidroerosão e as
ferramentas utilizadas são rebolos, brunidores, pasta de lapidação, eletrodos que na
sua maioria são formados por materiais abrasivos.
As ferramentas com geometria definida têm dimensão, forma e geometria
bem definidas e podem ser reproduzidas em grande escala. A geometria da
ferramenta é característica chave no processo, pode ser estudada e os parâmetros
de processo são definidos de acordo com esta geometria.
7
Já as ferramentas com geometria não definida têm inúmeros gumes de
corte, cada um com forma e dimensão diferentes, atuando simultaneamente no
material que está sendo usinado formando infinitos pontos de formação de cavaco.
2.2
PROCESSO DE RETIFICAÇÃO
Segundo MALKIN (1988) a retificação é utilizada quando são necessárias
tolerâncias finas e superfícies lisas, por este motivo são utilizadas geralmente no
final das linhas de produção. O processo ocorre pela retirada de material da peçaobra através de uma ferramenta nomeada rebolo, que será estudada em capítulo
específico desta monografia.
A força exercida pelos grãos abrasivos da ferramenta na peça executa um
arrancamento de material, gerando cavacos, que quando comparados com o
processo de usinagem com ferramentas de geometria definida têm dimensões muito
menores, porém forma e aspecto semelhantes como mostrado na Figura 1.
FIGURA 1 – CAVACO DE RETIFICAÇÃO
FONTE: BADGER, 2003
8
Segundo BERTALAN (1997), há basicamente 4 regiões onde a energia
mecânica introduzida no processo é transformada em calor. A Figura 2 mostra a
atuação de um grão abrasivo durante o processo de usinagem, onde o gume do
grão abrasivo retira material por cisalhamento, gerando atrito e conseqüentemente
calor. O atrito no flanco dos grãos desgastados e a deformação plástica do material
retificado geram a maior parte do calor, que é dissipado por três elementos do
processo: o próprio grão abrasivo, o cavaco e o fluido refrigerante.
FIGURA 2 – DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DURANTE A RETIFICAÇÃO
FONTE: BERTALAN, 1997
2.3
REBOLOS – COMPOSIÇÃO E PROPRIEDADES
Os rebolos utilizados em retificação são formados basicamente por 3
componentes, ilustrados na Figura 3:
FIGURA 3 – COMPOSIÇÃO DO REBOLO
Grão abrasivo
Ligante
Porosidade
FONTE: BADGER, 2003
9
2.3.1 GRÃO ABRASIVO
O grão abrasivo consiste num material duro com propriedades específicas e
possui uma geometria não definida. Esta dureza deve ser superior a do material que
será usinado; trata-se de um material frágil, tem tamanho estabelecido por normas
específicas e após seu processo de extração são moídos e peneirados de forma a
separá-los em tamanho determinado, que será importante na composição do rebolo
e especificação da ferramenta para execução do processo de retificação.
Existem vários tipos de abrasivos que são classificados conforme sua
dureza, que é a característica fundamental para medirmos a resistência ao desgaste
da aresta de corte. Conforme o catálogo do fabricante WINTER (2000), os grãos
abrasivos devem apresentar tenacidade para suportar os choques mecânicos da
operação de corte interrompido sem se fraturar prematuramente, mas devem
apresentar friabilidade, ou seja, o grão abrasivo deve fraturar a medida que o
desgaste arredonda as arestas de corte.
De acordo com a dureza do grão abrasivo, que é medida em Knoop
(kp/mm²), pode-se classificar os abrasivos em convencionais e superabrasivos. A
Figura 4 compara os diversos tipos de abrasivos com relação a sua dureza.
FIGURA 4 – COMPARTIVO DE DUREZAS ENTRE ABRASIVOS
FONTE: CATÁLOGO DE REBOLOS WINTER, 2000
10
São considerados abrasivos convencionais e mais utilizados o Óxido de
Alumínio (Al2O3) e o Carbeto de Silício (SiC), já para os superabrasivos podemos
citar o CBN (Nitreto de Boro Cúbico ou em inglês Bornitrid) e o Diamante.
Conforme o catálogo de abrasivos do fabricante ALCAR (1999) o óxido de
alumínio é o mais versátil, pois alterando sua característica físico-química pode-se
produzir tanto um grão com alta tenacidade quanto um grão altamente friável. Os
materiais usados adicionados durante a fusão da bauxita normalmente são o cromo
e zircônio. Existem vários tipos de óxidos de alumínio como, óxido de alumínio
marrom, branco, rosa, rubino, cinza e cerâmico. As Figuras 5 e 6 mostram dois tipos
de grãos abrasivos em óxido de alumínio.
FIGURA 5 – GRÃO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO CINZA
FONTE: O AUTOR – MICROSCÓPIO NIKKON AMPLIADO 30X
FIGURA 6 – GRÃO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO CERÂMICO
FONTE: O AUTOR – MICROSCÓPIO NIKKON AMPLIADO 30X
11
O Carbeto de Silício é caracterizado por ter dureza elevada e ruptura frágil e
é indicado para retificação de materiais com baixa resistência a tração. Dentre os
tipos de carbeto de silício pode-se citar o carbeto de silício preto e verde. A Figura 7
mostra o grão abrasivo de carbeto de silício preto.
FIGURA 7 – GRÃO DE CARBETO DE SILÍCIO PRETO
FONTE: O AUTOR – MICROSCÓPIO NIKKON AMPLIADO 30X
Segundo BADGER (2003) o Nitreto de Boro Cúbico possui altíssima dureza
e ótima condutibilidade térmica, utilizado em altas velocidades de corte obtêm-se
ótimos resultados no processo com emprego deste tipo de grão. O CBN pode ser
aplicado para todo tipo de aço, mas principalmente em aços endurecidos.
O Diamante é o abrasivo mais duro conhecido, tem alta condutibilidade
térmica e é utilizado para retificação de metal-duro, quartzo, cristal e reafiação de
outros diamantes. Também é possível a retificação de aços com rebolos de
diamante, porém o alto custo do processo torna sua utilização inviável, pois existem
ferramentas abrasivas convencionais mais baratas que garantem boa qualidade
para este tipo de material.
2.3.2 LIGANTES
Segundo o fabricante de abrasivos SAINT-GOBAIN (1998) a liga ou
aglutinante tem como função manter a união dos grãos abrasivos, formando a
ferramenta abrasiva. Pode-se classificar as ligas em 3 tipos:
- Vitrificadas;
- Resinóides;
- Borracha.
12
As ligas vitrificadas possuem sua composição materiais como quartzo,
feldspato, argila, que são combinados quimicamente e após serem submetidos a alta
temperatura (aproximadamente 1200ºC) garantem rigidez, porém fragilidade quanto
a impactos e grandes pressões de trabalho.
A maior aplicação deste tipo de liga é para retificações de precisão e
retificação de peças complexas, pois se consegue uma boa manutenção do perfil da
ferramenta.
Ligas resinóides ou orgânicas conferem à ferramenta abrasiva elevada
resistência ao impacto, esta característica é conseguida através do processo de
polimerização. O fato desta liga ser orgânica exige alguns cuidados especiais quanto
ao uso e armazenagem, pois pode reagir com fluidos refrigerantes e de corte
podendo se degradar com o tempo. É empregada para operação de desgaste,
abertura de canais e rebarbação.
Ligas de borracha possuem também grande resistência ao impacto, sua
aplicação se restringe basicamente a rebolos de arraste para retificação centerless.
Sua composição é borracha natural, sintética e elementos vulcanizadores.
2.3.3 POROSIDADE
Conforme explica o catálogo de abrasivos de fornecedor SIVAT (1990), a
porosidade de uma ferramenta abrasiva nada mais é que um vazio entre os grãos
abrasivos e a liga inerente ao processo de fabricação dos rebolos. A função principal
desta porosidade é o escoamento de cavacos, mas também favorece a dissipação
de calor gerado no processo.
2.3.4 GRANULOMETRIA
Após a fabricação dos grãos abrasivos, estes são classificados de acordo
com suas dimensões. Segundo o catálogo de abrasivos do fabricante SAINTGOBAIN (1998) o número que identifica o tamanho do grão mostra o número de
malhas por polegada linear da última peneira pela qual o grão abrasivo passa
durante a classificação. Quanto maior a numeração, menor o tamanho dos grãos.
13
De forma geral os grãos abrasivos são classificados pela numeração de 8
até 2000, sendo a granulometria 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24, 30 e 36 considerados
grossos, 46, 54, 60, 70, 80 e 100; médios, 120, 150, 180 e 200; finos e os extrafinos
de 240 a 2000. Esta nomenclatura é válida para abrasivos convencionais, já os
superabrasivos possuem padronização diferenciada.
A Tabela 1 mostra o tamanho de grãos abrasivos divididos em classes
desde finas até grossas e o diâmetro médio do grão abrasivo em milímetros.
TABELA
1 – GRANULOMETRIA PARA ABRASIVOS CONVENCIONAIS
Consideração da
granulometria
Grosso
Médio
Fino
Muito fino
Tamanho do grão abrasivo
10
12
14
16
20
24
30
36
46
60
80
100
120
150
180
220
240
280
400
500
Diâmetro do grão abrasivo em
milímetros
1,52
1,27
1,09
0,95
0,76
0,63
0,51
0,42
0,33
0,25
0,19
0,15
0,13
0,1
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
FONTE: BADGER, 2003
Para superabrasivos existe outra normalização quanto ao tamanho
dos grãos abrasivos, indicado na Tabela 2.
14
TABELA 2 – PADRONIZAÇÃO INTERNACIONAL DE GRANULOMETRIA DE DIAMANTE E
NITRETO DE BORO CÚBICO
Granulações por peneiração
Diamante
Nitreto de boro
Comparação: US
Grandeza
Standart
Standart
Stand. ASTM
nominal
Estreito Largo Estreito
Largo
Estreito
Largo
B1182
16/20
D1181 D1182 B1181
16/16
1180/1000
D1001
B1101
18/20
1000/850
D852
B852
20/30
D851
B851
20/25
850/710
D711
B711
25/30
710/600
D602
B602
30/40
D601
B601
30/35
600/500
D501
B501
35/40
500/425
D427
B427
40/50
D426
B426
40/45
425/355
D356
B356
45/50
355/300
D301
B301
50/60
300/250
D252
B252
D251
B251
60/70
250/212
D213
B213
70/80
212/180
D181
B181
80/100
180/150
D151
B151
100/120
150/125
D126
B126
120/140
125/106
D107
B107
140/170
106/90
D91
B91
170/200
90/75
D76
B76
200/230
75/63
D64
B64
230/270
63/53
D54
B54
270/325
53/45
D46
B46
325/400
45/38
FONTE: WINTER, 2000
Comparação: DIN
848 – FEPA
Estreito
Largo
D1100
D900
D700
D500
D550
D450
D350
D250
D280
D220
D150
D180
D140
D100
D110
D90
D70
D65
D55
D50
D45
D35
D25
D30
2.3.5 DUREZA
Conforme explicado no catálogo de abrasivos do fabricante SAINT-GOBAIN
(1998), a dureza é a característica do rebolo dada pela força que a liga mantém os
grãos abrasivos unidos entre si. A quantidade e qualidade da liga determinam qual
será a dureza do rebolo e quanto maior a dureza maior a capacidade de retenção
dos grãos abrasivos. A designação da dureza é dada pelas letras do alfabeto em
ordem crescente de E até X, ou seja, um rebolo com dureza S é mais duro que um
rebolo com dureza J.
15
2.3.6 ESTRUTURA
Segundo BERTALAN (1997), a estrutura de um rebolo define a distância
entre os grãos abrasivos. A Figura 8 mostra a disposição dos grãos abrasivos na
estrutura de um rebolo, e conforme a distância entre os grãos é aumentada, a
estrutura do rebolo é considerada aberta, e quanto menor a distância entre os grãos,
a estrutura é considerada fechada. O volume total do rebolo é a soma dos volumes
de liga, grãos abrasivos e porosidades, combinando estes volumes temos estruturas
abertas ou fechadas, indicadas por números que variam conforme o fabricante da
ferramenta. Normalmente são utilizados os números de 1 a 12 para indicação da
estrutura, e quanto maior o número mais aberta é a estrutura e maior a distância
entre os grãos abrasivos.
FIGURA 8 – ESTRUTURA DOS REBOLOS
Pequena
distância entre
os grãos
Grande
distância entre
os grãos
FONTE: ADAPTADO DO CATÁLOGO DE ABRASIVOS DO FABRICANTE ALCAR, 1999
2.4
ESPECIFICAÇÃO DE REBOLOS
A especificação de uma ferramenta abrasiva é definida pelo conjunto dos
fatores citados anteriormente: tipo de grão, granulometria, dureza, estrutura e liga.
Há formas distintas de especificação para abrasivos convencionais e para
superabrasivos. A Figura 9 indica a forma de especificação de rebolos para
abrasivos convencionais.
O tipo de grão abrasivo é identificado por uma letra e um número, a letra
refere-se ao tipo de grão e o número por uma variação do fabricante. O óxido de
alumínio é indicado pela letra A e o carbeto de silício pela letra C. Na Figura 9 é
16
mostrada uma especificação de rebolo em óxido de alumínio, com granulometria 60
(média), dureza J, estrutura 6 e liga vitrificada, as letras XB45 indicam a liga do
fabricante.
FIGURA 9 – ESPECIFICAÇÃO DE ABRASIVOS CONVENCIONAIS
Tipo de Abrasivo
Tamanho de Grão
Dureza
Estrutura
Tipo de liga
Nomenclatura do
fabricante
FONTE: BADGER, 2003
17
Para rebolos superabrasivos a identificação é um pouco mais complexa,
conforme mostrado na Figura 10.
FIGURA 10 – ESPECIFICAÇÃO DE SUPERABRASIVOS
FONTE: CATÁLOGO DE ABRASIVOS DO FABRICANTE WINTER, 2000
2.5
TIPOS DE RETIFICAÇÃO
2.5.1 RETIFICAÇÃO PLANA
Segundo KÖNIG (1989) na retificação plana, a peça é presa a uma placa
magnética, fixada à mesa, durante a usinagem, a mesa desloca-se em um
movimento retilíneo da direita para a esquerda e vice-versa, fazendo com que a
peça ultrapasse o contato com o rebolo. O deslocamento transversal da mesa,
juntamente com o movimento longitudinal, permitem a usinagem de toda superfície
da peça. A Figura 11 mostra uma retificadora plana e seus principais componentes e
comandos.
18
FIGURA 11 – RETIFICADORA PLANA
FONTE: KÖNIG, 1989
2.5.2 RETIFICAÇÃO CILÍNDRICA
Na retificação cilíndrica externa ou interna, conforme BERTALAN (1997), a
peça é fixada em uma placa com castanhas ou pinça expansiva que a rotaciona. O
rebolo em movimento de rotação entra em contato com a peça removendo material.
Uma retificadora cilíndrica externa é mostrada na Figura 12.
FIGURA 12 – RETIFICADORA CILÍNDRICA
FONTE: KÖNIG, 1989
19
2.5.3 RETIFICAÇÃO SEM CENTROS
Conforme o catálogo de retificação do fabricante SIVAT (1990), a retificação
sem centros, também chamada de retificação Centerless é bastante utilizada na
produção em série na retificação de diâmetros. O sistema é composto por dois
rebolos, um de arraste e um de corte, a peça movimenta-se entre os rebolos apoiada
em uma régua inclinada, retirando material da peça. O rebolo de arraste tem baixa
rotação e inclinação de 3 a 5 graus de forma a girar a peça e fazê-la movimentar-se
do início para o final da régua, enquanto o rebolo de corte proporciona a usinagem.
Na Figura 13 pode-se visualizar um esquema da retificação centerless, com os
rebolos de corte, arraste, régua de apoio, peça e sentidos de rotação destes
componentes.
FIGURA 13 – RETIFICAÇÃO CENTERLESS
FONTE: KÖNIG, 1989
20
2.6
DRESSAGEM
A dressagem ou dressamento, segundo KÖNIG (1989) é a remoção
mecânica do volume do rebolo, dando nova forma aos grãos abrasivos. A ferramenta
utilizada para dressagem é denominada dressador e pode ser classificada em dois
tipos: dressadores estáticos e dressadores rotativos. O catálogo de abrasivos do
fabricante WINTER (2000) resume a dressagem em eliminar grãos abrasivos gastos,
cavacos de material encrustados entre os grãos, devolvendo a agressividade ao
rebolo.
2.6.1 DRESSADORES
Dressadores são as ferramentas utilizadas para produzir no rebolo a
topologia necessária de acordo com as necessidades de acabamento para a peça
obra. São constituídos geralmente de uma base de aço onde são depositados
diamantes, que efetivamente realizam a dressagem. Os diamantes naturais
monocristalinos são bastante utilizados na fabricação destas ferramentas, mas já
existem
tecnologias
mais
avançadas
que
produzem
melhores
resultados,
principalmente quanto ao custo x benefício da operação. Dressadores estáticos são
normalmente chamados de Fliesen, porém este é um tipo específico de dressador
composto por pequenos diamantes aglomerados em uma liga metálica, que permite
a dressagem de rebolos com abrasivos convencionais com alta precisão. Segundo o
catálogo de abrasivos do fabricante WINTER (2000) o fliesen pode ser utilizado para
retificadoras centerless, planas e cilíndricas.
21
Novas tecnologias em dressagem utilizam variados tipos de diamantes.
Além dos diamantes naturais monocristalinos, são utilizados dressadores sintéticos e
diamante policristalinos com ou sem ligante. Cada um destes tipos de diamantes,
seus formatos e durezas são levados em consideração na definição de um processo
de dressagem (Figura 14). Fabricantes deste tipo de ferramentas têm suas
indicações baseados em estudos realizados em laboratório.
FIGURA 14 – TIPOS DE DIAMANTES
FONTE: ODEBRECHT, 2000
2.6.2 PROCESSO DE DRESSAGEM
A dressagem irá definir a topologia do rebolo, que segundo BERTALAN
(1997), caracteriza a agressividade do rebolo, que proporcionará diferentes
rugosidades na peça dependendo do nível de agressividade alcançado pelos efeitos
da dressagem. BERTALAN (1997) explica que o macroefeito da dressagem é a
formação de uma rosca na superfície do rebolo, produzindo uma grande
agressividade, esta característica dependerá principalmente da área do dressador
em contato com a peça e pelo avanço longitudinal durante a dressagem. Já o
microefeito da dressagem é causado pela fratura dos grãos de rebolo, criando novos
gumes de corte e promovendo também agressividade ao rebolo.
22
Para os dressadores estáticos pode-se fazer uma analogia ao processo de
torneamento, onde o dressador é fixo em um dispositivo e o rebolo ou o próprio
dressador se desloca longitudinalmente com uma profundidade e avanço definidos,
proporcionando a dressagem.
Na dressagem com dressadores rotativos além do movimento longitudinal
entre rebolo e dressador, também há a rotação do dressador que influenciará na
agressividade do rebolo e conseqüentemente na qualidade final da peça-obra. Esta
relação de velocidades entre rebolo e dressador é definida como qd. Segundo
BERTALAN (1997) qd é o quociente entre as velocidades periféricas do dressador e
do rebolo. O fator qd será positivo quando o dressamento for concordante, ou seja,
quando as velocidades do dressador e do rebolo tiverem o mesmo sentido. Para
sentidos contrários, o dressamento é dito discordante e qd será negativo.
qd =
Vr
Vsd
(1)
Onde Vr é a velocidade periférica do dressador e Vsd a velocidade periférica do
rebolo.
Conforme BERTALAN (1997), o ângulo de encontro entre os grãos do rebolo
e do dressador na dressagem concordante, é muito maior, exigindo uma alta carga
compressiva para fratura dos grãos abrasivos, o que gera gumes mais vivos. Desta
forma a dressagem concordante gera uma superfície bastante rugosa no rebolo,
promovendo grande agressividade ao mesmo. Em contra partida, na dressagem
discordante o número de grãos cisalhados é muito maior que o número de grãos
fraturados, assim a superfície do rebolo ficará mais lisa, ou seja, com menor
agressividade.
A agressividade do rebolo é inversamente proporcional a rugosidade
desejada para peça, uma vez que um rebolo agressivo tem grãos bastante afiados e
com gumes vivos, gerando maior arrancamento de material da peça obra e
conseqüentemente, rugosidade maior.
23
A Figura 15 mostra a previsão de rugosidade em função da relação de velocidades
no dressamento (qd), e da direção de corte entre o rebolo e o disco dressador. À
esquerda do gráfico pode-se visualizar que a dressagem corcondante produz maior
rugosidade, esta aumentando quanto maior a relação de velocidades qd. À direita do
gráfico indica a direção de corte concordante, e menor variação de rugosidade em
função da relação de velocidades.
FIGURA 15 – RELAÇÃO DE VELOCIDADES: REBOLO E DRESSADOR
FONTE: BERTALAN, 1997
Para caracterizar a agressividade do rebolo, BERTALAN (1997) indica o
cálculo do grau de recobrimento Ud, que é a relação entre a largura do dressador bd
e o avanço por rotação Sd:
Ud =
bd
Sd
(2)
24
O conceito do grau de recobrimento é bastante utilizado por considerar
simultaneamente o avanço por rotação, a profundidade de dressagem e a geometria
do dressador, sendo a geometria também fator de grande impacto na topologia do
rebolo. Considerando um dressador de largura constante, ou seja, bd constante, e
variando o avanço por rotação Sd, visualiza-se na Figura 16 a topologia do rebolo
conforme o grau de recobrimento Ud, utilizado na dressagem. Quanto maior o grau
de recobrimento, menor a distância entre cada passagem do dressador, gerando
menor agressividade na superfície do rebolo. Em contrapartida, diminuindo o grau de
recobrimento através de um maior avanço por rotação, a agressividade do rebolo
aumenta.
FIGURA 16 – AÇÃO DO GRAU DE RECOBRIMENTO
FONTE: BERTALAN, 1997
25
2.7
DESGASTE DO REBOLO
Conforme MALKIN (1988), são três os tipos de desgastes que sofre um
rebolo durante o processo de retificação: por atrito, fratura do grão e fratura do
ligante. Estes desgastes ocorrem de forma simultânea em maior ou menor grau. Na
Figura 17 estão indicadas as formas de desgaste do rebolo, iniciando com o
desgaste da ligação, desgaste do grão por achatamento, micro fissuras e rachaduras
do grão e posterior rompimento tanto dos grãos abrasivos quanto da ligação entre
eles.
FIGURA 17 – MECANISMOS DE DESGASTE DO GRÃO ABRASIVO
FONTE: KÖNIG, 1989
26
Quando há desgaste do grão abrasivo, forma-se um platô na superfície do
grão, conforme a Figura 18, aumentando as forças de corte, o atrito e a temperatura
na região de corte, o que pode gerar problemas metalúrgicos ao material. Quando
os grãos abrasivos se desgastam pela ação da usinagem, é necessária uma nova
dressagem para proporcionar ao grãos abrasivos do rebolo, novos gumes de corte.
FIGURA 18 – GRAO ABRASIVO DESGASTADO
FONTE: BADGER, 2003
2.8
RUGOSIDADE
Rugosidade é definida como o conjunto de irregularidades, pequenas
saliências e reentrâncias que caracterizam uma superfície. O comportamento de
componentes mecânicos é bastante influenciado pela rugosidade. Dentre estas
influências podemos destacar:
- qualidade de deslizamento;
- resistência ao desgaste;
- resistência à corrosão e à fadiga;
- vedação;
- possibilidade de ajustes de montagem com maior precisão;
- aparência.
27
Existem vários parâmetros para medição de rugosidade, Ra, Rz e Rmax são
os mais utilizados.
Segundo ROSA (2004), o Rz corresponde à média aritmética dos cinco
valores de rugosidade parcial. Conforme mostrado na Figura 19, a rugosidade
parcial (Zi) é a soma dos valores absolutos dos pontos de maior afastamento, acima
e abaixo da linha média, em todo o comprimento de amostragem. Este parâmetro de
rugosidade também é conhecido como rugosidade média.
FIGURA 19 – RUGOSIDADE MÉDIA
FONTE: ROSA, 2004
O comprimento de medição da rugosidade é chamado de cutt-off e segundo
ROSA (2004), deve-se tomar o perfil efetivo de uma superfície a ser medida e o
valor do cutt-off é determinado por uma expectativa de rugosidade. Assim o valor do
cutt-off utilizado deve ser testado, convergindo para um valor de rugosidade
esperado, pois como o perfil apresenta rugosidade e ondulação, o comprimento de
amostragem (cutt-off) filtra esta ondulação.
2.9
EFEITOS DA TEMPERATURA NA RETIFICAÇÃO
Queima de retífica é um termo usado para descrever qualquer tipo de dano
térmico ocorrido na peça obra durante a retificação, porém existem diversos defeitos
e cada um ocorre
em situações diferentes que influenciam de várias formas a
qualidade final da peça.
28
Estes danos térmicos ao material durante a retificação são gerados em
função das altas temperaturas da região de corte, pelo grande atrito dos grãos
abrasivos do rebolo com a peça-obra. Na Figura 20 pode-se verificar a distribuição
da temperatura na região de corte, que muitas vezes não consegue ser resfriada
adequadamente pelo fluido, podendo gerar problemas metalúrgicos para o
componente retificado.
FIGURA 20 – INTENSIDADE DO FLUXO DE CALOR
Intensidade do Fluxo de Calor
Distribuição do
Impacto de Calor
Rebolo de Corte
q
vs
ae
Isotermas
vft
Peça
X1
l
X2
FONTE: BADGER, 2003
A queima associada à retêmpera é o dano mais comum, podendo causar
desde uma redução na vida útil até mesmo o colapso total do componente retificado.
O dano térmico de queima e retêmpera, segundo BADGER (2003), ocorre
quando a peça obra é afetada pela temperatura quando esta chega a níveis
superiores ao de têmpera do material.
Com ação do fluido refrigerante o material é resfriado de forma rápida em
sua superfície e mais lentamente no interior da peça. Desta forma a queima simples
é mais interna, causada pelo resfriamento lento da região, gerando uma superfície
menos dura que a original e a região mais externa é retemperada, atingindo dureza
acima da original. A Figura 21 mostra esquematicamente a diferença de durezas
após um dano térmico de retificação.
29
FIGURA 21 – PROFUNDIDADE DA SUPERFÍCIE RETIFICADA
D
u
r
e
z
a
Região
Retemperada
Região com queima
Região não
afetada
Profundidade da superfície retificada
FONTE: BADGER, 2003
Na Figura 22 é mostrado um gráfico da temperatura gerada na região de
corte em função do tempo. Para valores de temperatura acima da temperatura de
transformação de fase do material (TTF) e após um resfriamento rápido gerado pelo
fluido de corte ou refrigerante
queima.
tem-se a retêmpera, e com resfriamento lento a
30
FIGURA 22 – TEMPERATURA X TEMPO
°C
Queima
± 1500º
± 800º
Ttf
Retêmpera
segundos
FONTE: BADGER, 2003
A identificação
dos defeitos de queima e retêmpera só podem ser
visualizadas através de um exame metalográfico destrutivo. O material deve ser
cortado, embutido, polido, atacado quimicamente e posteriormente visualizada em
um microscópio a sua micro-estrutura. Uma diferença de colocação na microestrutura do material indica a presença ou não de queima e retêmpera.
A Figura 23 mostra uma peça com danos metalúrgicos desse tipo.
FIGURA 23 – MATERIAL COM QUEIMA E RETÊMPERA
FONTE: O AUTOR
31
2.10 PRINCIPAIS VARIÁVEIS E PARÂMETROS ENVOLVIDOS NO PROCESSO
DE RETIFICAÇÃO PLANA
Existem relações muito fortes entre as variáveis de entrada e saída do
processo de retificação que devem ser verificadas antes da usinagem. Para um
resultado satisfatório deve-se distinguir as variáveis de entrada da máquina e
entradas do processo. Segundo HELLMEISTER (2004) os parâmetros típicos de
entradas das máquinas retificadoras são: taxa de avanço, velocidade do rebolo e da
peça, profundidade de dressagem e tempo de centelhamento (sparkout). A Figura
24 mostra as relações do processo de retificação, as entradas e saídas do processo.
FIGURA 24 – RELAÇÕES DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO
FONTE: HELLMEISTER (2004)
32
2.11 DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS
O delineamento de experimentos, também chamado de planejamento de
experimentos ou DOE (Design of Experiments), é uma técnica estatística
extremamente útil para descobrir as variáveis chave que influenciam as
características de qualidade de interesse em determinados processos. Segundo
ANDERSON (1998), o delineamento de experimentos proporciona informações
sobre quais fatores de um determinado processo têm influência em uma variável de
saída deste processo, indicando a melhor combinação de fatores para obter
melhores resultados. Conforme MONTGOMERY (1991) o delineamento de
experimentos possibilita uma investigação de um processo utilizando mínimos
recursos, ou seja, menor número de testes, reduzindo o custos dos experimentos e
reduzindo o tempo de análise.
TAGUCHI (1990) explica que esta técnica tem como objetivo reduzir ao
máximo a variabilidade do processo e direcionar seus parâmetros maximizando o
resultado.
Esta metodologia estatística define alguns termos que são empregados e
devem ser conhecidos para melhor entendimento dos conceitos:
•
Fator: parâmetro do processo que pode ser variado em níveis. Por
exemplo: temperatura, pressão, velocidade;
•
Nível: valor atribuído ao fator, que pode ser avaliado e submetido a
variações durante os experimentos. Por exemplo: temperatura de
30ºC e 15ºC, pressão de 10MPa e 20MPa, velocidade de 35m/s e
60m/s;
•
Variável resposta ou de saída: resultado do processo. Por exemplo:
tolerâncias de forma, tolerâncias dimensionais, cor, características
mecânicas do material, acabamento superficial;
•
Rodada experimental: teste utilizando os fatores controlados em
níveis.
33
2.11.1 TÉCNICAS DE DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS
Existem várias técnicas de delineamentos de experimentos que podem ser
empregadas, segundo TAVEIRA (1997) estas técnicas podem ser divididas em três
grandes grupos:
•
Experimentos isolados
•
Experimentos fatoriais completos
•
Experimentos fatoriais fracionados
Segundo MONTGOMERY (1991), é necessária uma análise preliminar do
processo que será estudado, coletando informações deste processo e solicitando
ajuda de especialistas para selecionar os fatores de possível influência. É necessária
também uma idéia clara de qual ou quais serão as variáveis de resposta para a partir
destes conhecimentos iniciais, definir qual será o método de estudo aplicado.
2.11.1.1 EXPERIMENTOS ISOLADOS
Segundo TAVEIRA (1997), os experimentos isolados são realizados de
forma desordenada, variando um parâmetro de cada vez e avaliando isoladamente a
sua influência. Este tipo de experimento exige um grande número de testes e não
avalia a influência de vários fatores simultaneamente.
2.11.1.2 EXPERIMENTOS FATORIAIS COMPLETOS
Este tipo de experimento envolve dois ou mais fatores, variados em dois
níveis simultaneamente. MONTGOMERY (1991) explica que os projetos fatoriais
completos podem ter seu número de rodadas experimentais calculadas por 2n, onde
n significa o número de fatores que serão variados ao mesmo tempo. Desta forma
um experimento fatorial completo com 5 fatores terá 32 rodadas experimentais
(25=32). Pode-se desta forma avaliar as influências de todos os fatores e analisar em
quais níveis estes fatores devem ser utilizados para maximizar o resultado do
processo. A Tabela 3 mostra um exemplo de um experimento fatorial completo,
envolvendo 3 fatores a 2 níveis, totalizando 8 rodadas experimentais.
34
TABELA
3 – EXPERIMENTO FATORIAL COMPLETO
Rodadas experimentais
Rodada 1
Rodada 2
Rodada 3
Rodada 4
Rodada 5
Rodada 6
Rodada 7
Rodada 8
FONTE: O AUTOR
Fator 1
Nível 1
Nível 1
Nível 1
Nível 1
Nível 2
Nível 2
Nível 2
Nível 2
Fator 2
Nível 1
Nível 2
Nível 1
Nível 2
Nível 1
Nível 2
Nível 1
Nível 2
Fator 3
Nível 1
Nível 1
Nível 2
Nível 2
Nível 1
Nível 1
Nível 2
Nível 2
2.11.1.3 EXPERIMENTOS FATORIAIS FRACIONADOS
Experimentos fatoriais fracionados, segundo MONTGOMERY (1991) são
utilizados quando há um grande número de fatores para avaliação, que elevam o
número de rodadas experimentais e conseqüentemente o tempo e custo destes
experimentos.
Conforme TAVEIRA (1997), este tipo de experimento deixa de
analisar todas as combinações possíveis entre os fatores, porém indica uma
tendência de qual fator possui maior influência no processo e em qual nível deve ser
utilizado para atingir o resultado esperado. O arranjo fatorial, ou combinação dos
fatores em rodadas experimentais é realizado de forma aleatória, deixando algumas
combinações fora do experimento.
A Figura 25 mostra um exemplo do resultado utilizando DOE. O parâmetro A
tem grande influência na variável resposta, já o parâmetro B possui pouca influência.
FIGURA 25 – TENDÊNCIA DA INFLUENCIA DE PARÂMETROS EM DOE’S
Parâmetro A
Parâmetro B
Variável
de saída
Variável
de saída
Nível 1
FONTE: O AUTOR
Nível 2
Nível 1
Nível 2
35
3
3.1
METODOLOGIA
MATERIAL DE ENSAIO
O material utilizado para execução dos experimentos será o aço SAE 5160,
que tem entre suas características boa temperabilidade, alta resistência à tração e à
fadiga. Na condição temperado, sua dureza varia de 55 a 63 HRC. É um dos
melhores aços para aplicação em cutelaria fina e propicia bom acabamento final.
O aço SAE 5160 possui em sua composição de 0,56 a 0,64% de carbono,
0,7 a 0,9% de cromo e 0,75 a 1% de manganês.
A partir de uma barra de perfil retangular, foram cortadas 20 peças nas
dimensões descritas no capítulo 3.2, tratadas termicamente pelo processo de
têmpera apresentando dureza de 57,5 HRC, microestrutura de martensita revenida,
perlita e austenita retida 10%. A Figura 26 ilustra a microestrutura do material após
exame metalográfico. A área em marrom indica a martensita revenida, os pontos em
preto a perlita e os pontos brancos a austenita retida.
FIGURA 26 – ESTRUTURA METALOGRÁFICA DOS CORPOS DE PROVA
FONTE: O AUTOR
36
3.2
CORPOS DE PROVA
A retificação plana tem certas restrições quanto a geometria do componente
que será retificado, pois não possui dispositivos especiais de fixação, somente mesa
magnética com movimento longitudinal e transversal. Analisando-se as condições da
máquina, foi definida a utilização de corpos de prova retangulares com dimensões
conforme ilustra a Figura 27.
FIGURA 27 – CORPO DE PROVA - DIMENSIONAL
20mm
40mm
60mm
FONTE: O AUTOR
3.3
MÁQUINA RETIFICADORA
A máquina utilizada será uma retificadora plana, disponibilizada pelo
UnicenP, com mesa magnética de 580 mm de comprimento e 250 mm de largura.
Possibilita utilização de rebolos convencionais com rotação máxima de 2250 rpm,
dressagem manual com dressador estático e refrigeração com óleo solúvel.
A máquina em questão possibilita um avanço transversal (avanço do rebolo
lateralmente sobre a peça) entre 0,002 e 1 milímetro, velocidade de oscilação da
mesa variável, porém sem escala e rotação fixa do rebolo. A Figura 28 indica as
partes principais da máquina e seus eixos de atuação.
37
FIGURA 28 – MÁQUINA RETIFICADORA
Direção da retirada
de material
Cabeçote PortaRebolo
Peça-obra
Mesa
magnética
Avanço transversal
FONTE: O AUTOR
Direção de oscilação
da mesa
A refrigeração durante a usinagem é realizada com sistema estilo bico de
pato, que gera um fluxo turbulento e com pressão insuficiente para vencer a
velocidade de corte do rebolo, ou seja, não penetra na região de corte devido à
bolsa de ar gerada pela rotação do rebolo, que desvia o jato de fluido da área de
corte. Uma alternativa a esta falta de pressão seria um dispositivo fixo no cabeçote
porta rebolos, para quebra da barreira aerodinâmica, porém este dispositivo também
não está disponível. Desta forma pode-se concluir que a refrigeração é ineficiente,
pois não atinge a área de corte impossibilitando a retirada de calor durante a
retificação. A Figura 29 mostra o sistema de refrigeração e sua atuação durante a
usinagem.
38
FIGURA 29 – SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO
Rebolo
Fluxo turbulento
Bico de Refrigeração
(Bico de Pato)
FONTE: O AUTOR
3.4
PLANEJAMENTO DO EXPERIMENTO
3.4.1 ESCOLHA DOS PARÂMETROS
Os parâmetros escolhidos para verificação de suas influências quanto a
rugosidade da peça-obra e danos metalúrgicos ao material, foram baseados nas
condições disponíveis do equipamento utilizado e na literatura técnica disponível.
Desta forma os parâmetros que serão avaliados, objetivando conhecer suas
influências na qualidade da peça foram: tamanho de grão abrasivo, avanço
transversal, velocidade da mesa, velocidade de dressagem e retirada de material.
Para escolha de cada um destes parâmetros remeteu-se à literatura, buscando uma
explicação científica que pudesse contribuir no objetivo do experimento, respeitando
as limitações da máquina utilizada.
39
3.4.1.1 Tamanho do grão abrasivo
Na especificação de um rebolo, pode-se fixar a estrutura, dureza, liga e tipo
de grãos abrasivos. Neste trabalho utilizou-se óxido de alumínio branco variando o
tamanho dos grãos abrasivos, 46 e 60, pois quanto menor o tamanho destes grãos,
menor será a distância entre eles e menor a área de contato de cada grão com a
peça, possibilitando um corte menos agressivo, atingindo uma rugosidade menor.
Desta forma foi definida a especificação de dois rebolos para aplicação no
experimento, ambos fornecidos pelo fabricante Saint-Gobain, marca Norton,
especificação 38A46L6VH e especificação 38A60L6VH.
3.4.1.2 Avanço transversal
Na retificação plana, a cada oscilação da mesa, a máquina avança o rebolo
contra a peça numa medida definida no botão de ajuste da máquina e quanto maior
o avanço transversal maior será o volume de material removido durante a usinagem,
que também pode influenciar na qualidade superficial da peça em função de um
maior ou menor desgaste do rebolo. Assim foram definidos dois avanços
experimentais: 0,02mm e 0,2mm.
3.4.1.3 Velocidade da mesa
A velocidade da mesa indicará a velocidade com que a peça irá passar pelo
rebolo retirando material. Na retificadora disponível para o ensaio não há valor
definido para este velocidade, somente um potenciômetro com regulagem imprecisa.
Esta velocidade também pode ser definida como a velocidade da retirada de
material, uma vez que o rebolo e cada grão abrasivo ficará mais ou menos tempo
em contato com a peça. Considerando a limitação do equipamento e o potencial de
influência deste parâmetro para o objetivo do experimento, foi definido que será
utilizado a velocidade lenta ou rápida da mesa, indicada no potenciômetro da
máquina em máximo e uma oscilação lenta marcada aleatoriamente no painel da
máquina.
40
3.4.1.4 Velocidade de dressagem
Os parâmetros de dressagem são muito importantes no processo de
retificação, pois através da dressagem é possível dar ao rebolo diferentes condições
de corte conforme discutido no capítulo 2.6.
A máquina de ensaio possui várias limitações quanto à dressagem do rebolo
como o tipo de diamante utilizado e avanço de dressagem, mas devido a grande
importância deste fator determinou-se a utilização da velocidade de dressagem
como uma variável do experimento, pois pode proporcionar ao rebolo uma maior ou
menor agressividade que terá influência relevante na qualidade final da peça.
O dressador disponível para ensaio é um dressador estático, diamante
monocristalino tipo ponta única e a máquina não possui controle da velocidade de
dressagem, ou seja, esta é dada manualmente pelo operador. Devido a este
limitante definiu-se a utilização de velocidades de dressagem lenta e rápida, não
tendo precisão quando a sua velocidade, mas esta será calculada em função do
tempo e da largura do rebolo.
3.4.1.5 Retirada de material
A retirada de material, também chamada de sobrematerial ou sobremetal, é
definida como a quantidade linear de material que será usinada da peça, dada em
milímetros. Esta retirada de material determinará além da medida final da peça, qual
o volume de material removido pelo rebolo, podendo influenciar no acabamento final.
Como neste requisito a máquina tem precisão de milésimos de milímetros, definiu-se
dois níveis de variação, normalmente utilizados no processo de retificação plana,
0,02 mm e 0,08 mm.
41
3.4.2 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
As amostras com o dimensional informado na seção 3.2 tiveram uma
preparação para que tivessem a mesma medida no início dos experimentos, visando
equalizar a retirada de material das peças para que a diferença de sobrematerial
não interferisse no resultado do experimento.
Para a preparação das amostras foi realizada a retificação de todas as 8
peças necessárias para o experimento de uma só vez. Todas foram colocadas na
mesa magnética e realizou-se a retirada de 0,8 mm de material em 8 passes de
0,08mm, dos dois lados da peça, sem a preocupação com a qualidade final, uma vez
que tratavasse de uma operação de desbaste visando sua preparação para o
experimento. A Figura 30 mostra a retificação para preparação das amostras.
FIGURA 30 – PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
FONTE: O AUTOR
42
3.4.3 PREPARAÇÃO DO EXPERIMENTO
Para verificação da influência real dos parâmetros escolhidos para o ensaio
serão necessárias várias rodadas experimentais, variando um parâmetro por vez e
fixando os demais para avaliar qual deles nos dará como resultado a peça com
menor rugosidade e sem danos metalúrgicos de queima e retêmpera.
Utilizando o cálculo fatorial pode-se dimensionar a quantidade de rodadas
experimentais, pois será preciso variar 5 parâmetros a dois níveis cada um, desta
forma tem-se 2 elevado a 5ª potência (25) que tem como resultado 32 rodadas
experimentais. Um experimento longo, demorado e oneroso. Realizando um paralelo
com a indústria atual, um experimento deste porte raramente poderia ser executado,
pois a disponibilidade de equipamentos para testes em uma produção em série é
difícil de ser conseguida, assim como o custo envolvido, pois há possibilidade da
produção de peças fora das tolerâncias de projeto.
Visando
reduzir
a
quantidade
de
rodadas
experimentais
e
conseqüentemente o tempo e custo envolvidos no experimento, será utilizada a
ferramenta estatística de DOE – Delineamento de Experimentos, descrita no capítulo
2.11.
Com o delineamento de experimentos o ensaio será reduzido a 8 rodadas
experimentais, ou seja, dois elevado a cinco menos dois (25-2). Serão calculadas as
médias do resultado de cada rodada para cada parâmetro envolvido e plotados os
gráficos de cada parâmetro. Desta forma se algum dos parâmetros variados têm
influência na variável resposta e qual o melhor nível de trabalho dentre os níveis
utilizados nos experimentos.
3.4.4 DEFINIÇÃO DAS RODADAS EXPERIMENTAIS
Após definição dos parâmetros, níveis em que serão variados e o tamanho
do experimento, pode-se definir as rodadas experimentais que serão executadas
para avaliação das variáveis de saída. O arranjo fatorial que mostra os níveis em
que os parâmetros serão variados a cada rodada experimental podem ser definidos
manualmente ou com auxilio de um software.
43
Neste caso será utilizado o software MiniTab. Este software estatístico
contém a ferramenta necessária para definição do arranjo fatorial depois de serem
inseridos os dados preliminares, ou seja, os parâmetros de usinagem e seus níveis
de variação.
A Tabela 4 mostra o arranjo fatorial fracionado para o experimento que será
executado.
TABELA
4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Rodadas
experimentais
Rodada 1
Rodada 2
Rodada 3
Rodada 4
Rodada 5
Rodada 6
Rodada 7
Rodada 8
Grão abrasivo
46
46
46
46
60
60
60
60
Avanço
transversal
0,02
0,2
0,02
0,2
0,02
0,2
0,02
0,2
Velocidade da
mesa
Rápida
Rápida
Lenta
Lenta
Rápida
Rápida
Lenta
Lenta
Velocidade de
dressagem
Lenta
Rápida
Lenta
Rápida
Rápida
Lenta
Rápida
Lenta
Retirada de
material
0,08
0,04
0,04
0,08
0,08
0,04
0,04
0,08
FONTE: O AUTOR
3.5
EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO
Para execução do experimento deve-se considerar alguns fatores que
podem influenciar no resultado final, porém estes fatores não serão avaliados ou
controlados. Desta forma deve-se estabelecer alguns critérios visando minimizar a
influência destes fatores que não serão controlados e outros que não podem ser
controlados. Para tanto, os experimentos serão realizados todos no mesmo dia, em
seqüência, minimizando o efeito da temperatura ambiente, umidade do ar ou
características do óleo refrigerante que possam ser influenciadas por estes fatores
ou possam sofrer alterações de um dia para o outro.
44
Para que se tenha uma padronização no experimento, será definido um
procedimento, que será seguido do início até o fim do experimento:
1)
Montar o rebolo grão 46 na flange, balanceá-lo e montá-lo na
máquina;
2)
Posicionar o dressador na mesa magnética da máquina e dressar
o rebolo conforme definição do arranjo fatorial da rodada
experimental a ser executada;
3)
Posicionar a peça na mesa magnética da máquina e ajustar os
parâmetros da máquina conforme estabelecido no arranjo fatorial
da rodada experimental a ser executada;
4)
Após execução da peça, retirá-la da máquina e identificá-la de
acordo com o número da rodada experimental;
5)
Repetir o procedimento do item 2 ao 4 até a quarta rodada
experimental;
6)
Retirar o rebolo grão 46 da máquina, retirá-lo da flange, montar o
rebolo grão 60, balanceá-lo e montá-lo a máquina;
7)
Repetir o procedimento do item 2 ao 4 até o final do experimento
(oitava rodada experimental).
3.6
MEDIÇÃO DAS PEÇAS E AVALIAÇÃO METALOGRÁFICA
A avaliação de rugosidade das peças será realizada com rugosímetro
disponível no laboratório de usinagem da UnicenP, de marca Mitutoyo, modelo
SJ240, sobre uma bancada nivelada. Esta medição será avaliada com o parâmetro
de rugosidade Rz, com cutt-off de 2,5mm.
A avaliação metalográfica será realizada no laboratório metalográfico da
Robert Bosch Ltda. Esta avaliação será feita com o corte e embutimento da peça e
após ataque químico, avaliação da estrutura metalográfica do material, verificando a
presença ou não de queima e retêmpera e em qual profundidade.
45
3.7
RESULTADOS ESPERADOS
De acordo com os parâmetros de usinagem definidos para o experimento e
suas variações, espera-se estabelecer quais destes parâmetros tem influência na
rugosidade final da peça e na presença ou não de queima e retêmpera, e em quais
níveis estes parâmetros devem ser utilizados para otimização do processo. A Tabela
5 mostra quais são os resultados esperados.
TABELA
5 – RESULTADOS ESPERADOS
Parâmetros
Grão abrasivo
Avanço transversal
Velocidade da mesa
Velocidade de dressagem
Retirada de material
FONTE: O AUTOR
Melhor condição para
rugosidade baixa
60
0,002
Lenta
Lenta
Sem influência
Melhor condição para isenção
de queima e retêmpera
46
0,002
Rápida
Rápida
0,04
46
3.8
ANÁLISE DOS RESULTADOS
Após execução do experimento e identificação das peças, iniciou-se o
processo de medição de rugosidade conforme descrito no capítulo 3.6. A Tabela 6
indica os resultados de rugosidade obtidos nas peças de 1 a 8, respectivamente ao
número da rodada experimental.
TABELA
6 – RUGOSIDADE OBTIDA
Corpo de Prova
1
2
3
4
5
6
7
8
FONTE: O AUTOR
Rugosidade Rz (µm)
1,05
8,03
3,00
4,12
4,40
2,86
2,17
2,40
Após medição da rugosidade as peças foram encaminhadas para avaliação
metalográfica conforme procedimento descrito no capítulo 3.6. O resultado desta
avaliação com relação à queima e retêmpera é indicado na Tabela 7.
TABELA
7 – AVALIAÇÃO METALOGRÁFICA
Corpo de Prova
1
2
3
4
5
6
7
8
FONTE: O AUTOR
Queima (µm)
0
0
100
80
90
140
0
100
Retêmpera (µm)
0
0
23
20
20
60
0
14
A retificação do material alterou sua microestrutura, eliminando a austenita
retida, porém mantendo a estrutura de martensita revenida e perlita. A Figura 31
mostra a microestrutura do material do corpo de prova 1, evidenciando além da
microestrutura, ausência de queima e retêmpera no material.
47
FIGURA 31 – MICROESTRUTURA APÓS RETÍFICAÇÃO – CORPO DE PROVA 1
FONTE: O AUTOR
Os corpos de prova 3, 4, 5, 6 e 8 apresentaram queima e retêmpera
em sua microestrutura, a Figura 32 evidencia o dano metalúrgico no corpo de prova
6, onde a profundidade de queima foi de 140µm e de retêmpera 60µm.
FIGURA 32 – MICROESTRUTURA APÓS RETÍFICAÇÃO – CORPO DE PROVA 6
Queima
FONTE: O AUTOR
Retêmpera
48
3.9
ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DO PROCESSO
Após medição dos corpos de prova foram calculados, com auxilio do
software MiniTab, a influência de cada parâmetro avaliado no processo, e em qual
nível o parâmetro pode ser utilizado para alcançar a menor rugosidade sem danos
metalúrgicos ao material. A análise foi realizada separadamente para as 3 variáveis
de saída: rugosidade, queima e retempera.
3.9.1 ANÁLISE DA RUGOSIDADE
Para rugosidade, a Figura 33 mostra os resultados da influência dos 5
parâmetros de corte avaliados quanto à rugosidade. Através da bibliografia sobre
delineamento de experimentos pode-se concluir que todos parâmetros avaliados
tiveram influência na rugosidade, tendo inclinação significativa entre os dois níveis
de variação, indicando que pode-se conseguir resultados diferenciados utilizando
combinações diferentes destes parâmetros.
FIGURA 33 – INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS PARA RUGOSIDADE
Menor rugosidade
FONTE: O AUTOR
49
Apesar de todos os fatores apresentarem influência na rugosidade da peça,
a velocidade de dressagem e o avanço transversal são os maiores responsáveis por
uma rugosidade alta ou baixa. Ainda na Figura 34 observa-se uma grande diferença
no valor da rugosidade utilizando uma velocidade de dressagem rápida ou lenta e
um avanço transversal de 0,2 mm ou 0,02 mm. Objetivando uma menor rugosidade
da peça-obra, a utilização da velocidade de dressagem lenta e um avanço
transversal de 0,02 mm seriam mais indicados.
Em resumo, para reduzir a rugosidade da peça-obra em um processo de
retificação plana, pode-se utilizar os parâmetros de corte indicados na Tabela 8.
TABELA
8 – PARÂMETROS DE CORTE INDICADOS PARA RUGOSIDADE
Parâmetro
Avanço transversal
Velocidade da mesa
Rebolo
Retirada de material
Velocidade de dressagem
FONTE: O AUTOR
Nível de utilização indicado
0,02 mm
Lenta
Grão 60
0,08 mm
Lenta
Com auxílio da bibliografia, pode-se concluir que um avanço transversal
mais baixo, retira menos material da peça-obra a cada passe do rebolo, propiciando
uma melhor condição de corte. Já a velocidade de dressagem lenta, produz na
superfície do rebolo uma menor agressividade, e como conseqüência um melhor
acabamento superficial com rugosidade mais baixa.
3.9.2 ANÁLISE DA QUEIMA
A análise da influência dos parâmetros do processo para ocorrência de
queima na peça apresentou três fatores de maior destaque, onde a diferença entre
os níveis de variação foi mais significativa. Na Figura 34 pode-se observar uma
diferença maior na profundidade de queima para os fatores: avanço transversal,
rebolo e velocidade de dressagem.
50
FIGURA 34 – INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS PARA QUEIMA
Menor profundidade de queima encontrada
FONTE: O AUTOR
Através da análise pode-se concluir que os menores índices de queima são
conseguidos através de uma granulometria de rebolo maior combinado com uma
velocidade de dressagem rápida, ou seja, um rebolo com maior agressividade. Com
um avanço transversal mais baixo, o volume de material removido da peça a cada
passe do rebolo é menor, gerando menor temperatura na região de corte, o que
interfere diretamente na presença de queima.
51
3.9.3 ANÁLISE DA RETÊMPERA
Observa-se na Figura 35 os gráficos de análise para retêmpera, indicando
os níveis em que as menores profundidades foram encontradas. Pode-se observar
também que os parâmetros de maior influência foram o avanço transversal, a
granulometria do rebolo e a velocidade de dressagem.
FIGURA 35 – INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS PARA RETÊMPERA
Menor profundidade de retêmpera encontrada
FONTE: O AUTOR
Assim como para queima, utilizando menor avanço transversal, maior
granulometria do rebolo e velocidade de dressagem rápida, obtêm-se menor
profundidade de retêmpera, pois a agressividade do rebolo utilizando estes
parâmetros é maior, gerando menos calor na região de corte em função de gumes
mais afiados no rebolo.
52
4
CONCLUSÃO
Analisando separadamente cada uma das três variáveis de saída avaliadas
têm-se os parâmetros de maior influência para cada uma, porém os parâmetros
velocidade de dressagem e granulometria do rebolo, atuam de forma diferenciada
para a rugosidade, queima e retêmpera. Desta forma deve-se avaliar também os
parâmetros com menor influência individual que podem interagir com os de maior
influência, chegando a uma condição otimizada de rugosidade e isenção de queima
e retêmpera.
Na rodada experimental número 1, atingiu-se o menor valor de rugosidade
sem a presença de danos metalúrgicos ao material. A Tabela 9 indica quais foram os
níveis utilizados para cada parâmetro.
TABELA
9 – PARÂMETROS DE CORTE – RODADA EXPERIMENTAL 1
Grão abrasivo
46
FONTE: O AUTOR
Avanço
transversal
0,02
Velocidade da
mesa
Rápida
Velocidade de
dressagem
Lenta
Retirada de material
0,08
Apesar da menor rugosidade atingida (1,05 µm) ser proveniente dos
parâmetros utilizados na rodada experimetal 1, a velocidade de dressagem lenta
tende a gerar queima e retêmpera no material e a utilização do grão abrasivo 46,
associado a uma velocidade rápida da mesa foram, provavelmente, determinantes
para isenção deste tipo de dano metalúrgico.
De acordo com a análise apresentada no capitulo 3.9, a velocidade de
dressagem lenta tem grande influência na presença de queima e retempera no
material, porém a utilização de um rebolo com grão abrasivo 46 inibe esta
conseqüência se associado a uma retirada de material maior e uma velocidade
rápida da mesa. Os parâmetros retirada de material e velocidade da mesa,
apresentam pouca influência quanto à queima, porém quanto a rugosidade e
retêmpera mostraram certa influência, que apesar de baixa deve ser levada em
consideração na análise conjunta das três variáveis de saída.
Desta forma podemos concluir que utilizando velocidade de dressagem alta
tende-se a eliminar a possibilidade de queima e retempera no material. Para
53
velocidades de dressagem baixas a rugosidade tende a diminuir, porém o tamanho
do grão abrasivo deve ser maior, reduzindo a agressividade do rebolo.
A Tabela 10 mostra os parâmetros do processo de retificação plana
sugeridos, esperando-se um resultado compatível com as exigências da peça-obra.
TABELA
10 – SUGESTÃO DE PARÂMETROS PARA RETIFICAÇÃO PLANA
Grão abrasivo
60
FONTE: O AUTOR
Avanço
transversal
0,02
Velocidade da
mesa
Rápida
Velocidade de
dressagem
Rápida
Retirada de material
0,08
Analisando o contexto industrial onde a produtividade das operações
impacta no custo do produto, uma retirada de material de 0,08 mm e velocidade
rápida de oscilação da mesa seriam mais indicadas, reduzindo o tempo de execução
da peça. Para obtenção de menores rugosidades sem danos metalúrgicos ao
material deve-se utilizar altas velocidades de dressagem associadas a um grão
abrasivo mais fino, desta forma o processo seria otimizado quanto ao acabamento
superficial e seriam reduzidas as possibilidades de problemas metalúrgicos ao
material mantendo a produtividade em níveis competitivos.
5
SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS
Dada a complexidade do processo de retificação e das diversas variáveis
possíveis para análise, pode-se ampliar os conhecimentos no processo utilizando o
delineamento de experimentos também para outros tipos de retificação. Como
sugestão para próximos trabalhos podem ser analisados os seguintes processos:
- Análise da interação entre os fatores da retificação plana;
- Análise dos avanços de desbaste, acabamento e centelhamento na
retificação cilíndrica externa;
- Análise da retilineidade e circularidade na retificação centerless de
mergulho;
- Análise da influência da velocidade de dressagem e velocidade de
oscilação na retificação cilíndrica interna.
54
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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máquinas-ferramenta convencionais. Florianópolis, 1997. Dissertação de
Mestrado pela Universidade Federal de Santa Catarina.
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São Paulo, 1970.
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do sinal puro de emissão acústica. Bauru, 2004. Dissertação de Mestrado pela
Faculdade de Engenharia de Bauru.
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Auflage Auflage. Düsseldorf: VDI-VERLAG, 1989.
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de projetos nas indústrias de grande porte da grande Curitiba: um estudo de
multi-casos. Dissertação de Mestrado pela UFPR, 2004.
10 MONTGOMERY, D.C. Design and analysis of experiments. Arizona. Currier
Companies, 1991.
11 ODEBRECHT, Oliver. Dressagem de Rebolos Convencionais. Dissertação de
Mestrado pela UFSC, 2000.
12 ROSA, Luiz Carlos. Acabamento de Superfícies. 2004.
13 TAGUCHI, G. Robust Quality. Hardward Business Review, 1990.
14 TAVEIRA, Ricardo Ayer. Uma metodologia para aperfeiçoamento da mudança
para um sistema de produção Just-in-Time em uma indústria Metalúrgica,
usando simulação discreta e técnicas de projeto de experimentos de Taguchi.
Dissertação de Mestrado pela UFSC, 1997.
15 SAINT-GOBAIN. Catálogo de Ferramentas Abrasivas, 1998.
16 SIVAT. Ferramentas Abrasivas. Apostila e catálogo, 1990.
55
17 STEMMER, Caspar Erich. Ferramentas de Corte II. Edição 2. Editora da UFSC,
Florianópolis, 1995.
18 WINTER. Catálogo de Rebolos Superabrasivos, 2000.