USINAGEM COM FERRAMENTAS DE GEOMETRIA NO DEFINIDA

Introduo Segundo a DIN 8588, os processos de usinagem com ferramentas de

geometria no definida (GND) so classificados em: [01] Jateamento Tamboreamento Lapidao Brunimento Retificao

Fonte: Telecurso 2000 profisionalizante. Processos de fabricao, vol XX Rio de janeiro: Globo

2000.

Neste estudo, consideramos ainda, mesmo que sem se aprofundar, os seguintes processos:

Polimentos Lixamento Esmerilhamento Segundo Knig [01], j na idade da pedra j existiam serras de atrito, passando

pela idade antiga, onde j se esmerilhavam armas e ferramentas simples.Na idade mdia existiam comunidades de retificao margem de rios (usados como meio de acionamento). Na metade do sculo XIX, foram sintetizados os primeiros rebolos.

Caractersticas de Processos GND Possuem como ferramentas sempre gros abrasivos

A microestrutura das ferramentas bastante complexa, pois tm grande nmero de gumes atuando.

So processos muito estatsticos, e com dificuldade de visualizao do fenmeno de formao de cavaco.

So processos tipicamente de acabamento, pois tm pouca espessura de corte e as ferramentas so friveis

Forma Mdia dos Gros Os gros so mais duros que a pea a usinar e geralmente feitos de matriais

cristalinos duros, que durante a moagem adquirem gumes afiados e cantos vivos. praticamente impossvel se determinar uma forma geomtrica para os

gros, devido ao grande nmero de gumes atuando, bem como pelo fato da geometria destes variar em funo do desgaste.

= raio do gume h= espessura de usinagem

= ngulo de sada = ngulo de incidncia l= comprimento da superfcie de desgaste O quociente definido como o grau de afiao. O grau de afiao em

operaes de acabamento em retificao atinge valores de 0,2. A ttulo de comparao, no torneamento, p est na faixa de um, e a espessura de usinagem na faixa de dcimos, portanto o grau de afiao muito maior no torneamento.

Formas de Ao do Gume

No princpio energtico, que ocorre no jateamento, os gros no esto

ligados e so arremessados contra a superfcie. Se o material da pea for dctil, temos a formao de crateras por escoamento dctil, levando a um encruamento da pea; se o material da pea for frgil, temos uma retirada por camadas.

O princpio da posio (encontrado na lapidao) tambm trabalha com abrasivos soltos. O movimento de um disco ou ferramenta de lapidao relativo pea, forando um rolamento dos gros, que so forados constantemente a penetrar na pea. A superfcie obtida tem linhas de seqncias de crateras, obtendo um alisamento e um encruamento. Existe remoo por fadiga.

O princpio da fora se d em alguns tipos de brunimento com fora aplicada. A presso especfica deve ser considerada no processo. Os gros no apresentam mais rolamento e promovem um riscamento. No existem mais crateras.

Embora algumas vezes o processo de remoo de material nos processos de tamboreamento, brunimento e retificao sejam relacionados com a fora, na maior parte das vezes dado por trajetria.

Princpio de Ao por trajetria

Em geral, gumes cegos (pequeno grau de afiao) e ngulos de ao baixos

propiciam o escoamento do material, levando a maiores penetraes de incio de corte e menores espessuras de corte efetivas. O aumento da tenso de escoamento do material da pea tem efeito semelhante.

O atrito tem efeito contrrio. As tenses criadas sob o gume facilitam o corte. O aumento da velocidade de ataque tambm diminui a penetrao de incio de corte.

Foras de Corte Temos uma componente normal (fns) e uma tangencial (fts). O quociente

entre a normal e a tangencial chamada relao da fora de usinagem. Durante o escoamento, a relao da fora de usinagem grande, diminuindo

quando se inicia a formao de cavaco. A diminuio do raio de gume e o aumento do atrito diminuem a relao da fora de usinagem.

Desgaste As temperaturas e presses elevadas na regio de corte levam ao desgaste

do gro abrasivo e do ligante.

Ao contrrio do que acontece nos processos de usinagem de geometria

definida, em GND algumas formas de desgaste so bem vindas, pois garantem a constante reafiao das ferramentas.

REBOLOS

O grfico nos mostra a influncia da penetrao de trabalho (ou os equivalentes velocidade de avano e taxa de retificao especfica) e da velocidade de corte sobre a fora tangencial especfica. Com o aumento da penetrao a (ou seus equivalentes citados, Z e vf) existe um aumento da fora tangencial especfica com tendncia a estabilizar. Com o aumento da velocidade de corte (vS, no sentido indicado pela seta) a fora tangencial especfica cai. Para um mesmo ponto de a ou vf ou Z a curva de maior velocidade de corte vs apresenta menores valores de fora tangencial.

A fora tangencial especfica aumenta a medida que se aumenta a penetrao

a ou seus equivalentes) devido ao fato de que, quando se aumenta a penetrao

cada gro abrasivo remove uma quantidade maior de material (porque exatamente

penetrou mais), causando um aumento de fora devido a esse aumento de material

removido. Isso verdade para cada gro abrasivo e portanto para todos, resultando

em um aumento global da fora.

A tendncia estabilizao da fora para altos valores de penetrao se explica

no fato que o ligante tem uma resistncia ao cisalhamento, que quando ultrapassada

faz com que este se rompa e libere o gro abrasivo. Isso acontece antes para gros

mais proeminentes e depois para gros mais baixos, at que no exista mais

resistncia do ligante e, portanto, as foras no possam subir em virtude da falta dessa

resistncia.

A queda da fora tangencial especfica devido ao aumento da velocidade de

corte se d porque quando se aumenta a velocidade de corte ou a rotao do rebolo,

os gros abrasivos passam mais vezes sobre o material a ser retirado, retirando

menores quantidades de material em cada passada. Como cada gro retira menos

material por passada, tambm a fora que tem que fazer menor. Isso verdade para

todos os gros abrasivos, e diminui a fora como um todo.

O grfico nos mostra que a fora tangencial pode ser aumentada ou diminuda em funo dos parmetros escolhidos, e suas consequncias da mesma forma (aqui no fala, rugosidade e potncia so consequncias).

A figura XX nos mostra basicamente o mesmo comportamento da fora tangencial em funo de Z e da vs ocorrendo agora para a fora normal. A explicao

dos acontecimentos idntica, exceto o fato de que a fora aumenta ou diminui em funo da resistncia penetrao do material da pea.

A figura nos mostra que com o aumento da penetrao (ou vf ou Z) a temperatura do processo aumenta tendendo a estabilizar. O aumento da temperatura se d devido ao aumento do trabalho realizado, consequentemente um aumento tambm da parcela desse trabalho que se transforma em calor. Como no se sita nenhum aumento da capacidade refrigerativa do sistema, o aumento do calor na regio acarreta um aumento de temperatura.

Os valores de temperatura so maiores para o corte a seco, o que seria de se esperar em funo da baixa capacidade do ar em retirar calor, principalmente sem a conveco ser forada.

Ao contrrio do que seria de se esperar pelo mesmo motivo, as temperaturas atingidas com os mesmos parmetros de corte para a utilizao de leo como fluido lubrirrefrigerante atingem valores menores que os valores alcanados para a utilizao de emulses.

Isso s possvel se considerarmos que a maior parte do calor em processos de retificao advm do atrito, e no do trabalho de dobra de cavaco como se sucede em processos de usinagem com ferramentas de geometria definida.

Para o corte a seco, mostra-se ainda que as temperaturas atingidas com velocidades de pea (vw) maiores possuem temperaturas de processos menores. O aumento da velocidade da pea diminui as temperaturas envolvidas.

Isto se d porque o calor gerado na usinagem leva um certo tempo para conduzir at as camadas subsuperficiais da pea e se acumular, aumentando a temperatura. Se a pea tiver maior velocidade, o ponto de gerao de temperatura nela se move mais rapidamente, deixando o calor na superfcie e exposto rapidamente ao processo de conveco dado pelo fluido de corte.

A rugosidade influenciada pela vibrao. Esta, por sua vez, influenciada pelos nveis de foras alternantes que agem no processo. Isso explica o comportamento da rugosidade da pea ser idntico ao comportamento das foras tangenciais, j descrito.

A espessura da camada afetada tambm influenciada pela taxa de retificao especfica (Z) porque advm diretamente do comportamento da temperatura no processo.

O grfico mostra a influncia do aumento da velocidade de corte sobre as caractersticas de processo e resultado de trabalho para a retificao cilndrica de mergulho. Com o aumento da velocidade de corte, a taxa de retificao especfica no alterada na retificao cilndrica de mergulho. As foras caem e a potncia aumenta tendendo a estabilizar, assim como a temperatura. A velocidade de desgaste cai, e temos no resultado de trabalho uma diminuio do erro de forma, uma melhora da qualidade superficial e um aumento da profundidade da camada limite.

A taxa de retificao especfica no alterada, porque girar o rebolo mais

rapidamente no far com que o percurso a ser percorrido no mergulho o seja de

forma mais rpida, ento se o material a ser retirado o mesmo e o tempo gasto para

faz-lo tambm, a taxa de retificao no se altera.

As foras caem pelo exposto na questo 2, as foras normais caem tambm

porque, retirando menor material, tambm se penetra menos nele, gerando menor

resistncia deste, que traduzida em menor fora normal.

A potncia aumenta, apesar da diminuio das foras, pelo aumento da

velocidade mais expressivo do processo, que justamente a velocidade de corte, uma

vez que P= vxF. A diminuio das foras menor que o aumento da velocidade.

A temperatura aumenta devido ao maior nmero de passadas dos gros

abrasivos sobre a pea, gerando mais (no maior) atrito, que uma caracterstica j

marcante de processos GND.

A velocidade de desgaste resultado da temperatura e das foras. Em geral,

em GND a s foras so mais influentes que a temperatura, o que explica que, apesar do

aumento da temperatura, a velocidade de desgaste cai devido diminuio das foras,

j explicada.

O tempo de corte se mantm porque a taxa de retificao especfica no muda.

Os erros de forma so influenciados pelas foras normais (que caem) e do

desgaste. O desgaste, considerado um tempo fixo, menor com o aumento da

velocidade de corte vs, porque a velocidade de desgaste cai. Desta forma, o erro de

forma s poderia diminuir.

A rugosidade diminui porque causada pela fora tangencial, que tambm cai.

Ao contrrio de GD, a rugosidade no tem uma relao definida com o desgaste.

A influncia na camada limite dada prioritariamente pela temperatura. Como

a temperatura aumenta, a profundidade afetada termicamente tambm aumenta.

Esta anlise faz sentido verificando as vantagens e desvantagens:

A taxa de retificao se manter indiferente, assim o como tempo de

usinagem.

A diminuio de foras e velocidade de desgaste claramente favorvel.

O aumento da potncia um problema do ponto de vista de se

consumir mais e da capacidade instalada da mquina. O aumento da

temperatura desfavorvel sempre.

A diminuio de erro de forma e rugosidade em geral muito vantajosa,

no sentido de se cumprir as especificaes da pea.

O aumento da espessura da camada limite prejudicial devido

modificao do comportamento mecnico da superfcie ser mais

expressivo.

O dressamento imprime ao rebolo uma rugosidade inicial Rts0. Dependendo dos parmetros usados no dressamento, essa rugosidade pode ficar maior ou menor.

Considerando trs rebolos dressados de forma diferente, um denominado agressivo (1), outro normal (2) e outro leve (3), e colocando os trs para atuarem em um regime mdio de trabalho (Zmdio), se suceder que com o passar do tempo (que pode ser traduzido por um aumento do volume usinado) os rebolos tendero a se autoafiar da forma mdia. O rebolo agressivo diminuir sua rugosidade Rts, e o leve a aumentar. Isso se refletira na rugosidade das peas produzidas. Para o rebolo dressado de forma mdia, no haver alteraes de rugosidade nas peas, se o processo estiver bem ajustado, e consequentemente, as peas sero todas boas. Para o rebolo leve, o incio da usinagem ser demorado porque sua capacidade de retirar material prejudicada por sua pouca agressividade em termos de rugosidade. Tambm se existir limite inferior para a rugosidade das peas, as primeiras peas podem ser rejeitadas. Para o rebolo agressivo, as primeiras peas apresentaro rugosidade alm do permitido, sendo rejeitadas, at que a autoafiao resolva o problema.

Por outro lado, trs rebolos dressados medianamente e colocados em regimes de trabalho diferenciados (Zs), com o decorrer do volume usinado apresentaro reafiao condizente com o regime de trabalho, e consequentemente, reproduziro esse comportamento na superfcie das peas.

Para o rebolo em regime de trabalho elevado (4), o incio da usinagem se dar de forma lenta e produzindo superfcies com menos rugosidade que o previsto, at que sua autoafiao corrija esta situao. Para o rebolo que atuar em regime leve (6), inicialmente a rugosidade das peas sair elevada, o que pode rejeit-las, at que se estabilize no regime adequado. O rebolo que atuar em um regime compatvel com seu dressamento (5), no ter variaes de rugosidade das peas produzidas. Conclui-se que:

A rugosidade das peas produzidas segue o comportamento da rugosidade do rebolo.

A rugosidade do rebolo se adapta, com o tempo, ao regime de trabalho que este for submetido.

O dressamento feito nas condies adequadas permite que, do ponto de vista da rugosidade e da produo, o processo se desenvolva sem variaes. Como o desgaste no homogneo em todas as partes do rebolo, os erros de forma aumentam com o aumento do volume usinado especfico.