Curso de Engenharia Mecânica – Automação e Sistemas
ESTUDO DA VIABILIDADE DA SUBSTITUIÇÃO DE
PASTINHA DE METAL DURO POR CBN
Michel Vitorino Fernandes
Itatiba – São Paulo – Brasil
Julho de 2004
ii
Curso de Engenharia Mecânica Automação e Sistemas
ESTUDO DA VIABILIDADE DA SUBSTITUIÇÃO DE
PASTILHAS DE METAL DURO POR CBN
Michel Vitorino Fernandes
Monografia apresentada à disciplina Trabalho de
Conclusão de Curso, do Curso de Eng. Mecânica
Automação e Sistemas da Universidade São Francisco,
sob a orientação do Prof. Mario Monteiro, como exigência
parcial para conclusão do curso de graduação.
Orientador: Prof. Mario Monteiro
Itatiba – São Paulo – Brasil
Julho de 2004
iii
Estudo da Viabilidade da Substituição de Pastilhas de Metal Duro
por CBN
Michel Vitorino Fernandes
Monografia defendida e aprovada em 30 de novembro de 2004 pela Banca
Examinadora assim constituída:
Prof Mario Monteiro
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
Prof Fernando Gentile
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
Prof João Moro
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
iv
.Agradecimentos
Agradeço primeiramente ao Professor Mario Monteiro, meu orientador, que acreditou em
mim e incentivou-me para a conclusão deste trabalho, face aos inúmeros percalços do trajeto.
Alguns experimentos e vários “entendimentos” não teriam sido possíveis sem a colaboração
de Rodrigo de Oliveira.
Eu agradeço fraternalmente a todos.
v
Sumário
Resumo ..................................................................................................................................... vi
Abstract .................................................................................................................................... vi
1
Introdução .......................................................................................................................... 1
1.1 Objetivos ....................................................................................................................... 2
1.2 Operações de usinagem................................................................................................. 2
1.3 A história do metal duro................................................................................................ 7
1.4 CBN............................................................................................................................. 13
2
DESENVOLVIMENTO.................................................................................................. 14
2.1 Projeto de experimento................................................................................................ 14
2.1.1 Metodologia..........................................................................................................14
2.1.1.1 Cálculos e Resultados .................................................................................... 15
3
Conclusão.......................................................................................................................... 18
Referências Bibliográficas .................................................................................................... 19
vi
Resumo
Esta monografia apresenta estudo estatístico comparativo entre pastilhas de usinagem
formadas por materiais diferentes, metal duro e CBN (nitreto cúbico de boro), no qual são
ambas submetidas em duas diferentes situações: com refrigeração e sem refrigeração.
Abstract
This monograph introduces study comparative between chip formed by different materials,
hard metal and CBN, in which are both submitted in two different situations: with
refrigeration and without refrigeration.
1
1 INTRODUÇÃO
A indústria metal mecânica moderna, sempre se distinguiu por um desenvolvimento técnico
muito rápido, e isso talvez se aplique ainda em maior grau à área da tecnologia de corte.
As empresas são, hoje em dia, obrigadas a racionalizar, otimizar e desenvolver mais e mais
sua produção, em conseqüência de uma concorrência global acirrada que reduz cada vez mais
as margens de lucro dos fabricantes ao mesmo tempo em que exige elevada tecnologia e
qualidade. Para sobreviverem, as empresas são obrigadas a adquirirem conhecimentos e
know-how específicos dentro de diferentes áreas da tecnologia de produção mecânica e a
estarem sempre bem informadas sobre as modificações e exigências do mercado.
Os métodos e processos de fabricação se modificam e melhoram constantemente. Portanto,
cada empresa é obrigada a tomar sua produção mais eficiente, afim de acompanhar o
desenvolvimento. No entanto é extremamente difícil estabelecer antecipadamente quais áreas
devem ser mais eficientes e apresentarem respostas mais rápidas. Os processos de usinagem
ocupam, por muitas razões, um lugar destacado dentro das empresas metal mecânicas,
tomando-se assim de vital importância para a capacidade produtiva da empresa.
Apesar da introdução de outros processos alternativos e novos tipos de materiais, a usinagem
dos metais é ainda muito importante graças a sua flexibilidade e custo economicamente
viável. Para aumentar a rentabilidade e também melhorar o desenvolvimento pessoal, é fator
de extrema importância a definição de programas de treinamento para motivar e informar os
colaboradores com relação às novas técnicas de usinagem e aos novos avanços conseguidos
nessa área.
Somente empresas que sempre se dedicam ao treinamento de seus colaboradores, estão e
estarão realmente em condições de melhorar consideravelmente sua produtividade.
2
1.1 Objetivos
Esta monografia tem como objetivo comparar rendimento entre dois tipos de ferramentas de
usinagem compostas por diferentes tipos de material na operação de torneamento de chapas
intermediária através do método de projeto de experimento.
1.2 Operações de usinagem
Como operações de usinagem entendemos aquelas que, ao conferir à peça a forma, ou as
dimensões ou o acabamento, ou ainda uma combinação qualquer destes tres itens, produzem
cavacos. Definimos cavaco, a porção de material da peça, retirada pela ferramenta,
caracterizando-se por apresentar forma geométrica irregular. Além desta característica, estão
envolvidos nos mecanismos de formação de cavaco alguns fenômenos particulares, tais como
o recalque, a aresta postiça de corte, a craterização na superfície de saída da ferramenta e a
formação periódica do cavaco (dentro de determinado campo de variação da velocidade de
corte).
Classificação dos processos mecânicos de usinagem
Torneamento – Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies de
revolução com auxilio de uma ou mais ferramentas monocortantes. Para tanto, a peça gira em
torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultâneamente
segundo uma trajetória coplanar com o referido eixo.
Quanto à forma da trajetória, o terneamento pode ser retilínio ou curvilínio.
1. Torneamento cilindrico – Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca
segundo uma trajetória retilínia.
2. Torneamento Curvilínio – Processo de torneamento, no qual a ferramenta se desloca
segundo uma trajetória curvilínea.
3
Movimento entre a peça e a aresta cortante
Os movimentos no processo de usinagem são movimentos relativos entre a peça e a aresta
cortante. Estes movimentos são referidos à peça, considerada como parada.
Deve-se distinguir duas espécies de movimentos: os que causam diretamente a saída de
cavaco e aqueles que não tomam parte direta na formação do cavaco. Origina diretamente a
saída de cavaco o movimento efetivo de corte, o qual na maioria das vezes é o resultado do
movimento de corte e do movimento de avanço.
Velocidades
Deve-se distinguir a velocidade de corte, a velocidade de avanço e a velocidade efetiva de
corte.
Velocidade de corte
A velocidade de corte é a velocidade instantanea do ponto de referência da aresta cortante,
segundo a direção e sentido de corte.
Velocidade de avanço
A velocidade de avanço é a velocidade instantânea da ferramenta segundo a direção e sentido
de avanço.
Velocidade efetiva de corte
É a velocidade instantanea do ponto de referencia da aresta cortante, segundo a direção efetiva
de corte. Pode-se ter ainda as velocidades de posicionamento, de profundidade e de ajuste.
Grandezas de Corte
Avanço
O avanço é o percurso de avanço em cada volta ou em cada curso.
4
Profundidade ou largura de corte
É a profundidade ou largura de penetração da aresta principal de corte, medida numa direção
perpendicular ao plano de trabalho.
Classificação dos materiais para ferramentas
Não há uma classificação geral de materiais para ferramentas. Entretanto, em vista de ordem
cronológica do seu desenvolvimento em com base nas suas características químicas, eles
podem ser agrupados da seguinte maneira:
Aços-carbono, sem elementos de liga ou com baixos teores de liga;
Aços-rápidos;
Ligas fundidas;
Metal duro;
Materiais cerâmicos.
As propriedades principais das ferramentas de corte
Toda ferramenta de corte deve fundamentalmente resistir os esforços de corte e o calor gerado
na região de contato entre a aresta de corte e a peça. Todo material cortante (material com o
qual a ferramenta é fabricada) apresenta diferentes propriedades físico-químicas. As mais
importantes a serem consideradas são:
Resistência ao desgaste
A resistência ao desgaste está intimamente relacionada com a dureza do composto e pode ser
considerada como a capacidade do material cortante resistir à abra-são mecânica dos cavacos
em condições de alta temperatura e pressão.
5
Tenacidade
A tenacidade por sua vez é a capacidade que a ferramenta apresenta em resistir e/ou absorver
choques mecânicos ou variações de tensão sem que ocorram lascamentos e quebras.
Dureza a quente
Denomina-se dureza a quente a capacidade da ferramenta manter sua dureza em condições de
elevada temperatura e geração de calor.
Ângulo de corte no torneamento
Os porta-ferramentas com fixação mecãnica podem ser subdivididos em dois grupos básicos,
conforme o ângulo de saída apresentado:
•
Porta-ferramentas positivos
•
Porta-ferramentas negativos
O processo de corte e a formação dos cavacos são inteiramente influenciados pelos ângulos
de corte. Dependendo do tipo de porta-ferramenta a pastilha poderá ser classificada como
positiva ou negativa. As pastilhas intercambiáveis negativas possuem o dobro de arestas de
corte úteis que as similares positivas, mas exige maior esforço para executar o mesmo
trabalho.
As pastilhas negativas, por serem mais robustas, são recomendadas para aplicações de maior
severidade como os cortes interrompidos e as operações de semidesbaste e desbaste em
máquinas de boa rigidez e estabilidade.
As pastilhas positivas são mais apropriadas para operações leves em peças delgadas sujeitas a
vibrações ou também em maquinas de baixa potencia e baixa estabilidade.
6
Os ângulos das ferramentas são fixos e determinados pelo projeto do fabricante. A seleção das
ferramentas deve ser baseada no material a ser usado, no perfil da peça, na potência e rigidez
da máquina e nas condições de fixação.
O ângulo de saída do porta-ferramentas pode ser positivo ou negativo e influência diretamente
os esforços de corte e o fluxo de cavacos. Um angulo de saída menor curvara mais os cavacos,
exigindo maior potencia de corte devido ao maior esforço.
Um ângulo de saída mais positivo exige um menor consumo de potência gerando menos calor
e menor esforço de corte. Ferramentas com ângulos de saída positivos normalmente geram
um corte mais suave, minimizando os riscos de vibrações em peças delgadas ou com paredes
finas, conforme ilustrado abaixo:
Fig. 4 - Superte positivo
Fig. 5 – Suporte negativo
O ângulo de inclinação pode ser positivo ou negativo. Nas operações de torneamento, onde o
aparecimento de choques mecânicos é possível, recomenda-se o uso de um ângulo de
inclinação negativo para diminuir os efeitos causados pelos choques contra a aresta de corte
(ex: eixos com rasgos de chaveta). O ângulo de inclinação também influencia o sentido de
saída dos cavacos. Um ângulo de inclinação negativo normal-mente dirige os cavacos contra a
superfície a ser usinada na peça. Um ângulo de inclinação positivo dirige os cavacos contra a
superfície usinada.
O ângulo de folga influencia a temperatura de corte, a vida da ferramenta e a qualidade da
superfície usinada O tempo no qual aparece um determinado desgaste frontal depende em
grande parte do ângulo de folga. Um angulo de folga pequeno traz como resultado um maior
desgaste de flanco em um menor penado de tempo Um angulo de folga excessivo significa
7
uma diminuição da resistência da ferramenta na região da aresta de corte Com ângulos de
folga muito acentuados aumentam os riscos de quebra da aresta de corte, sem que sejam
alcançados determinados níveis de desgaste
É possível eliminar a tendência a vibrações nos casos de peças longas e delgadas e nos casos
de grandes balanços de ferramenta, colocando o porta-ferramenta ligeiramente acima do
centro da peça, fato que fará com que o ângulo de folga sela diminuído criando uma força de
apoio.
A força de corte é quase que independente do ângulo de folga. Com a evolução dos desgastes,
ângulos de folga muitos pequenos tendem a aumentar ligeiramente a força de corte.
1.3 A história do metal duro
Tocar a pedra e, como reação imediata, prendê-la entre os dedos... Senti-la e descobrir que, se
lascada, pode ser um instrumento de produção ou defesa. Descobrir um método que a lasque
de
forma
a
se
maximizar
os
resultados
de
sua
utilização...
Encontrar a argila... Tocá-la como se fosse uma interrogação curiosa e responder com gestos
que a moldem e que a transformem em utensílios práticos ou decorativos...
Imaginar instrumentos que trabalhem essa pedra e essa argila com maior perfeição e
eficácia...
Identificar o metal... por um simples acaso, extrai-lo do minério, dotá-lo de dureza e
resistência e, então, descobrir instrumentos capazes de trabalhá-lo... aumentar sua dureza e
tenacidade
e
novamente
descobrir
instrumentos
capazes
de
cortá-lo...
Está é, pode-se dizer, a história compacta do metal duro. Uma história de milênios em seu
preâmbulo,
mas
apenas
algumas
décadas
de
sua
existência
concreta.
Produto da metalurgia dos pós, o metal duro é composto de materiais, como o carbureto de
tungstênio, carbureto de titânio e carbureto de titânio-nióbio, suportados num metal de liga,
principalmente
o
cobalto,
que
lhe
confere
tenacidade.
Sua dureza, resistência ao desgaste e tenacidade faz do metal duro o mais importante material
para as ferramentas de corte, transformando-o no verdadeiro astro das operações de usinagem.
Embora seja curta sua história - apenas algumas décadas - os materiais que entram em sua
8
composição já são conhecidos há alguns séculos. O tungstênio, por exemplos, um dos
materiais mais duros de que se tem conhecimento, se encontra citado na literatura científica
por
volta
de
1570,
sob
a
denominação
Wolfram.
Os mineiros de estanho de Cornwall, Inglaterra, quando o encontraram pela primeira vez,
jogaram-no fora, pois pensavam tratar-se de impurezas que consumiam o estanho como o
lobo devora a ovelha - "as a wolf eats ram". A expressão passou a denominar o novo metal
que, mais tarde, por um processo lingüístico de aglutinação passou a ser conhecido por
Wolfram.
Quase simultaneamente, o químico sueco Georg Brandt conseguiu isolar o cobalto.
Cerca de 200 anos depois, outro químico e farmacêutico sueco, Carl Wilhem Scheele, ao
localizar uma pedra (tung) mais pesada (sten) do que as outras, chamou-a de tungestenn e, a
partir de então, as duas denominações tornaram-se usuais, permanecendo o símbolo W para
ambas.
Scheele e Torben Bergman, este último professor de química em Uppsala, na Suécia,
conseguiram
isolar
o
tungstênio,
pela
primeira
vez,
em
1783.
Em 1868, quando o aço ao carbono atingia a velocidade máxima de 5 m/min no torneamento
de ferro, para um tempo de desgaste da ferramenta de uma hora, descobria-se, na França, que
o tungstênio ligado ao aço resultava em aumento de tenacidade. Ao mesmo tempo, na Suécia,
Jons Jacob Berzelius produzia tungstênio por redução com hidrogênio e determinava o peso
atômico
do
novo
metal.
Enquanto isso, os aços rápidos evoluíam a passos largos, permitindo, em 1890, usinar com
sucesso a 30 m/min, mantendo as ferramentas sua dureza a uma temperatura de 599,33º. Em
1910, a descoberta nos Estados Unidos da Stellite, uma liga com aproximadamente 50% de
carbonetos metálicos de difícil fusão, possibilitou mais um significativo aumento na
velocidade
de
corte
no
torneamento
e
fresamento.
Em 1912, quando a Sandvik completava seu cinquentário, novos equipamentos para
prensagem a quente de metais e carburetos eram propostos, embora fossem encontrar
aplicação
prática
somente
na
década
de
20.
As pesquisas em torno do tungstênio continuavam. Em 1913, os ingleses mostravam-se
preocupados com as constantes encomendas que a Alemanha fazia daquele material que eles
reputavam inútil. De alguma maneira, pensavam eles, os alemães aprenderam a usar este
material.
E como os ingleses estavam certos em suas suposições! Quando o bloqueio aliado isolou a
Alemanha de seus fornecedores de diamantes, os cientistas germânicos já haviam
9
desenvolvido tecnologia que lhes possibilitava a procura de um substituto para as trefilas de
arame
-
a
liga
de
carboneto
de
tungstênio
com
ferro
para
as
trefilas.
Houve um momento na história do metal, quando o níquel escorreu sobre as cinzas de uma
fogueira que o acaso despertou a curiosidade do homem e a história conheceu uma nova era.
Também quando foram iniciados ensaios para utilizar o carbureto de tungstênio em
substituição ao diamante na trefilação de arames, os historiadores acreditam que tenha
acontecido um novo acaso que novamente viria abrir uma nova era para a humanidade.
Alguém, por engano, teria colocado um pouco de ferro no forno de sinterização e, quando se
formou o novo produto, percebeu-se que o ferro tinha ligado por solda os grânulos de
carbureto de tungstênio, formando um produto duro, resistente ao desgaste e com uma
considerável
tenacidade.
Estava
lançada
a
base
da
indústria
de
metal
duro.
A partir daí, foi rápida a evolução. Em 1914, H. Voigtlander e H. Lohmann conseguiram, com
êxito técnico extraordinário, fabricar em escala industrial trefilas de carbureto de tungstênio
fundido
em
forno
com
eletrodos
tubulares
de
carbono
em
curto
circuito.
No mesmo ano, H. Lohmann introduziu a tecnologia dos metais duros sinterizados, ao
transformá-lo em pó fino e prensá-lo, aplicando calor até quase o ponto de fusão.
O trabalho de Lohmann teve continuidade nas pesquisas de G. Fuchs e A. Kopietz que,
ligando o carbureto de tungstênio com metais ferrosos, cromo e titânio, produziram, por fusão
ou por sinterização sob pressão, ligas duras consideravelmente mais tenazes, as quais
denominaram Tizit, cuja composição era de 45 a 60% de tungstênio, de 0 a 10% cromo (Cr),
3,5
a
6%
titânio
(Ti),
30
a
40%
ferro
(Fe)
e
3,5
a
4,5
carbono
(C).
O passo decisivo no desenvolvimento dos metais duros sinterizados foi dado por K. Schroeter,
na Associação de Estudos Osram, quando misturou monocarbureto de tungstênio com 6% de
cobalto em forma de pó, prensando a mistura e, aplicando calor até o ponto de fusão do metal
auxiliar, o cobalto. Com isso, o metal duro recebeu sua composição básica que ainda mantém.
Tendo patenteado seu novo produto em 1923 por não se interessar na diversificação de suas
atividades, a Osram, através da união de patentes entre os diversos fabricantes de lâmpadas
incandescentes, transferiu a tecnologia para três empresas: na Alemanha para a F. Krupp; nos
Estados Unidos para a Carboloy Co., uma filiada da GE; e, na Inglaterra, para a British
Thomson Houston Co., que assumiram a fabricação do metal duro WC/Co com teores de 4 a
13% de cobalto, levando o produto ao mercado sob o nome de Wídia, Carboloy, Wimet e
Ardoloy.
10
O que é metal duro?
Não se trata de metal comum, e sim de um produto metalúrgico composto de elementos duros
prensados e sintetizado em uma matriz mediante um aglomerante ou metal base. O elemento
duro das ligas de metal duro mais simples é o carbeto de tungstênio e o aglomerante é o
cobalto. O carbeto, a grosso modo é um elemento resultante da reação química entre um metal
e o carbono dentro de determinadas condições. São as proporções entre o carbeto de
tungstênio e o cobalto que estabelecem as propriedades do metal dum: mais carbeto de
tungstênio resulta em um produto mais duro (resistente ao desgaste), e mais cobalto resulta
em um produto mais tenaz (mais resistente a choques mecânicos).
Fig. 1 – Exemplos de geometrias
Fig. 2 – Exemplos de geometrias
Como é fabricado o metal duro?
Depois que o carbeto de tungstênio e o cobalto, (em alguns casos também outros carbetos
como: o carbeto de tântalo, o carbeto de titânio e o carbeto de nióbio) tenham sido misturados
nos moidos e posteriormente secados no spray-dryer, resultando em um pó bem fino, o
mesmo é levado para prensas específicas onde o pó será prensado formando as pastilhas.
Depois de prensado o pó de metal duro toma a forma da pastilha que recebe o nome de
briquete. Essa pastilha ainda é muito frágil e tão quebradiça quanto um pedaço de giz.
11
Logo depois as pastilhas são levadas para fomos especiais chamados fomos de sinterização.
Nesses fornos, os briquetes serão mantidas elevadas temperatura e pressão, resultando no
metal duro.
Uma grande parte da tecnologia de fabricação do metal duro consiste em calcular o tamanho
da pastilha pronta, tendo em vista que o volume durante a sinterização se reduz em
aproximadamente a metade.
Certos tipos de pastilhas depois do processo de sinterização são retificados para as dimensões
exatas e executadas as preparações de aresta para finalmente serem cobertas ou enviadas para
serem verificadas e embaladas.
Atualmente, devido aos avanços conseguidos nas técnicas de prensagem, é possível que se
façam pastilhas prensadas diretamente, ou seja, pastilhas que podem ser feitas com as medidas
exatas, já durante a operação de prensagem, minimizando ou eliminando completamente a
necessidade de operações subseqüentes de retificação.
O agrupamento das classes de metal duro segundo a norma ISO?
O agrupamento das classes de metal duro segundo a norma ISO?
Conforme foi citado anteriormente, as propriedades do metal duro sofrem influências
significativas do processo de fabricação e da mistura dos elementos que formam o material.
Como conseqüência desses dois fatores básicos, decorrerá a microestrutura, a porosidade e
características como a resistência ao desgaste, a tenacidade e a dureza. As possibilidades
quanto à variação de dosagem dos elementos constituintes é muito grande, tomando universo
bastante amplo. A identificação de cada produto ou subproduto seria impraticável, caso não
fosse criada uma convenção normalizada. Com esse objetivo foram criados sistemas de
classificação para as qualidades de metal duro, que restringiriam a amplitude de materiais.
Dentre os sistemas criados, os mais utilizados são a classificação segundo as normas ISO
(Intemational Organization for Standardizafionì, que agrupa os países europeus mais
industrializados e o Brasil e as normas ASA (American Standard Associations), que atende ao
mercado americano. A ISO estabelece três campos de aplicação, designados pelas letras
maiúsculas, P, M e K Esses campos referenciam os tipos de materiais a serem usinados
recebendo o nome de grupos de usinagem. O ISO P cobre o campo de aplicação de materiais,
12
que produzem cavacos longas como os aços. O campo ISO K compreende materiais que
geram cavacos curtos (normalmente conhecidos como cavacos de ruptura), como os ferros
fundidos cinzentos. Além de não-ferrosos e outras materiais congêneres. O campo JSO M está
compreendido entre os dois anteriores e relaciona principalmente materiais de difícil
usinagem como os aços inoxidáveis).
Fig. 3 – Processo de fabricação do metal duro.
13
O sistema prevê ainda propriedades relevantes para a seleção do material constante como a
resistência ao desgaste (dureza) e a tenacidade. Dentro da classificação, cada grupo de
usinagem recebe uma graduação numérica segundo as exigências e a severidade da operação
Quanto menor o valor da graduação, mais duro e resistente ao desgaste será o metal duro
daquele grupo de usinagem. De maneira contrária, quanto maior o valor da graduação maior
será a tenacidade do metal duro dentro do grupo. [Ferramentas com elevada tenacidade são
indicadas para operações desfavoráveis onde haja choques mecânicos (cortes interrompidos),
pouca estabilidade, etc.. Já as ferra-mentas duras são mais indicadas para operações estáveis
em condições de corte favoráveis.
Cada qualidade de metal duro é projetada para cobrir um determinado campo de aplicação,
que dentro do quadro de classificação ISO é representado por um símbolo cujo centro indica a
área de aplicação principal. O restante da região coberta pelo símbolo indicará a extensão de
abrangência da classe.
1.4 CBN
É um material sintético obtido pela reação química, possuindo uma estrutura de grafite. Sua
dureza é 4000 HV ~(240 HRc). Ele é composto por nitreto cúbico de boro (cBN) onde é
submetido a alta pressão e temperatura. O resultado é um composto resistente com
propriedades próxima ao diamante.
Tem aplicações na usinagem de aços duros ( de 45 a 65 HRc ) e ferro fundido, com exceção
dos aços-ferramentas com cortes interrompidos, tipo VND, VMO, etc.
CBN para desbaste ( ap = 0,5 a 0,8 mm ).
CBN para acabamento ( ap menor que 0,5 mm ).
14
2 DESENVOLVIMENTO
Este capítulo apresenta o desenvolvimento da comparação das duas ferrametas através de
projeto de experimento.
2.1 Projeto de experimento
O mundo está em constantes transformações naturais. Entretanto, não são pouca as vezes em
que o homem interfere intencionalmente nelas, a fim de otimizar os resultados, conduzindo-as
segundo as suas necessidades. Para isso, torna-se necessário o conhecimento de fatores que
provocam tais transformações.
Na busca de tal conhecimento é realizada, como primeiro passo a coleta de informações
disponíveis sobre as transformações e em seguida a seleção dos prováveis fatores que nela
interferem significativamente. Com eles é provocada uma transformação controlada
observando a importância de cada um dos fatores ou a necessidade de incluir fatores ainda na
considerados. Toda essa ação intencional do homem sobre uma determinada transformação
chama-se experimento.
Ao se obter conhecimento dos fatores que reagem a transformação, o homem pode conduzi-la
de acordo com as suas necessidades, otimizando as respostas (resultados) através da
combinação dos fatores que a reagem.
Experimento é, portanto, um conjunto planejado de operações com o objetivo de descobrir
novos fatos, confirmar ou negar resultados de investigações anteriores.
As conclusões sobre os dados observados, entretanto, não podem depender somente do
experimentador. Normalmente, elas estão alicerçadas na estatística que fornecerá recursos ao
experimentador, para que a verdade estatística seja correspondente à verdade do experimento.
2.1.1 Metodologia
Para a elaboração do experimento, as peças foram usinadas em um torno CNC (Comando
Numérico Computadorizado) vertical Okuma em uma das células de montagem de
embreagem. O material da peça usinada é ferro fundido cinzento.
15
Como método para a comparação das duas ferramentas de materiais diferentes foi utilizado o
DOE (Design Of Experiments – Projeto de Experimento) no qual foi coletada amostra nas
seguintes configurações:
Tabela 1 – Quantidade de Amostras por Experimentos
Ferramenta
Amostras
Metal Duro com refrigeração
54
Metal Duro sem Refrigeração
54
CBN com refrigeração
54
CBN sem refrigeração
54
2.1.1.1 Cálculos e Resultados
Para desenvolvimento dos resultados, os fatores tiveram as seguintes níveis:
A – Tipo de Pastilha
CBN +
Metal Duro -
B – Refrigeração
Com refrigeração +
Sem refrigeração –
Foram coletadas as dimensões de espessuras de cada amostras, no qual:
Valor médio = 18,310 mm
LSE = 18,364 mm
LIE = 18,210 mm
As quatro experiências estão representadas no arranjo usando a notação (+) ou (-) para cada
um dos níveis dos fatores.
16
Tabela 2 – Tabela com Experiências, Fatores e Resultados
Experiência n° A B
R1
R2
R3
1
+ + 0,011081988 0,015811388 0,012514697
2
+ - 0,014336297 0,011504475 0,017868437
3
- + 0,011768047 0,017018348 0,013421887
4
- - 0,014336297 0,011504475 0,017868437
SQ A = n.b(a − 1) S A
2
SQB = n.a(b − 1) S B
2
SQT = (a.b.n − 1) ST
2
SQ AB = n(ab − 1) S AB − SQA − SQB
2
a
SA =
2
∑ ( xi − x )
2
I
a −1
b
SB =
2
∑ ( xj − x )
j
b −1
a
ST =
2
b
abn − 1
a
S AB =
2
n
∑ ∑ ∑ ( xijk − x )
b
∑ ∑ ( xij − x )
2
ab − 1
SQR = SQT − SQB − SQAB
Onde:
A=2
B=2
N=3
2
R
0,013136024
0,014569736
0,014069428
0,014569736
17
Então:
SA2 = 2,009 X 10 −5
SB 2 = 2,33 X 10 −7
SAB 2 = 4,069 X 10 −7
ST 2 = 1,11X 10 −7
SQ A = 1,20 X 10 −4
SQB = 1,40 X 10 −6
SQT = 1,22 X 10 −6
SQ AB = 1,17 X 10 −4
SQR = 3,18 X 10 −6
MQ AB = 1,17 X 10 −4
MQR = 3,97 X 10 −7
FCALC = 302.27
Ftab=5,32
Fcal > Ftab
18
3 CONCLUSÃO
A pesquisa desenvolvida ao longo deste trabalho buscou comparar a viabilidade da
substituição das pastilhas de metal duro por CBN.
Pelos cálculos desenvolvidos através do Projeto de Experimento, Fcal foi maior que Ftab,
portanto houve uma provável melhora no processo quanto à estabilidade. Além disso, o CBN
trabalha com velocidades de corte superior a do metal duro, conseqüentemente havendo uma
maior produtividade. Hoje, para esta operação, está sendo usada pastilha de cerâmica, pois se
obtém o mesmo rendimento com baixo custo.
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Referências Bibliográficas
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