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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO - UEMACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS-CCT
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA E PRODUCÃO
INFLUÊNCIA DO ÓLEO COMESTIVÉL VEGETAL GIRASSOL NA VIDA DE BROCAS HSS NO PROCESSO DE FURAÇÃO
Igor Fernando Araujo Carvalho-0712230
SÃO LUIS-MA2012
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHAO- UEMACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS-CCT
CURSO DE ENGENHARIA MECANICADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA E PRODUCÃO
INFLUÊNCIA DO ÓLEO COMESTIVÉL VEGETAL GIRASSOL NA VIDA DE BROCAS HSS NO PROCESSO DE FURAÇÃO
Igor Fernando Araujo Carvalho -0712230(Graduando)
Prof. Msc. Tiago do Espírito Santo Baldez Neves (Orientador)
Projeto de Monografia apresentado ao Departamento de Engenharia Mecânica e Produção da Universidade Estadual do Maranhão como requisito de conclusão do Curso de Engenharia habilitação Mecânica
SÃO LUIS-MA2012
INFLUÊNCIA DO ÓLEO COMESTIVÉL VEGETAL GIRASSOL NA VIDA DE BROCAS HSS NO PROCESSO DE FURAÇÃO
______________________________________________Igor Fernando Araujo Carvalho
(Graduando)
______________________________________________ Prof. Msc. Tiago do Espírito Santo Baldez Neves
(Orientador)
_______________________________________________Prof. José Henrique BezerraCoordenador de Monografia
Aprovado em :___/___/2012
1. INTRODUÇÃO
A usinagem de metais ocupa uma posição de grande destaque dentro da indústria metal-
mecânica e está presente em praticamente todas as fases da manufatura de componentes nas
mais diversas áreas. Ao se abordar o processo de usinagem atualmente, observa-se que o
principal foco é o aumento da produtividade aliada às normas ambientais, que são o reflexo
da mudança de comportamento da sociedade frente aos problemas ambientais já gerados, em
grande parte pelas indústrias.
Na idade média utilizou-se sílex e ossos como ferramentas em uma espécie de furadeira
manual que dependia principalmente da habilidade de seu executor. Também existem registros
que indicam que esta foi uma das primeiras operações executadas em metal. Mesmo ao longo
de todos estes anos, a furação manteve sua importância dentro dos processos de fabricação,
sendo ainda hoje de grande importância nos processos industriais.
A importância da furação pode ser avaliada no consumo de ferramentas, que atualmente é
estimado como sendo da ordem de 250 milhões de unidades por ano (Amorim, 2003 e Viana,
2004).
No entanto, o processo de furação possui ainda várias particularidades, que são fatores
complicadores do processo, dentre as quais se podem citar (DE CASTRO, 2001):
O processo de geração do cavaco é interno (escondido) e existe um espaço limitado
nos canais para a remoção dos cavacos. Com isso o transporte dos mesmos para fora
da região de corte é dificultado;
A velocidade de corte não é uniforme, variando desde zero, no centro do furo, até um
máximo na periferia;
A lubrificação/refrigeração da região de corte é comprometida e o fluido de corte
chega com dificuldade (ou não chega) à parte de trabalho da ferramenta;
Há uma distribuição inadequada de calor na região de corte;
Ocorre atrito e desgaste pronunciado na ponta de corte e nas guias.
Os fatores que definem o campo de aplicação do processo de furação segundo o
(METALS HANDBOOK, 1989) são:
Material da peça
Diâmetro do furo
Relação de comprimento/diâmetro do furo (D/L)
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Este trabalho tem o intuito de discutir a influência do óleo comestível vegetal (girassol)
como fluidos de corte aplicados na forma de mínima quantidade de fluido (MQF), e usinagem
a seco levando em consideração alguns parâmetros de corte: velocidade de corte, avanço e
comprimentos de furo.
2.2 Objetivo Específico
Espera-se através deste trabalho analisar a eficiência da aplicação do óleo refinado vegetal
girassol quanto ao desgaste e tempo de vida das brocas HSS durante o processo de furação.
3. JUSTIFICATIVA
Este trabalho foi proposto para investigar o desempenho do óleo vegetal (girassol) aplicados
na forma MQF, no processo de furação com brocas de aço rápido avaliando o seus efeitos na vida
da ferramenta e no seu desgaste. O foco é a produtividade aliada à normas ambientais. Além da
justificativa de utilizar fluidos de corte menos prejudiciais ao meio ambiente, este trabalho
justifica-se pela proposta de utilização de fluidos de corte vegetal para furação de um aço médio
carbono ABNT 1045, muito empregada na indústria metal mecânica para fabricação de
componentes de máquinas e equipamentos. Este tipo de fluido é mais ecologicamente correto,
bem como menos agressivo a pele humana que os outros tipos de fluidos de base mineral que são
utilizados nos processos de usinagem convencional.
4. FUNDAMENTAÇÃO TEORICA
A furação é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de furos cilíndricos ou
cônicos numa peça, através de uma ferramenta geralmente multicortante. Em vista disso, a
ferramenta ou a peça gira e simultaneamente a ferramenta ou a peça se desloca segundo uma
trajetória retilínea, paralela ao eixo principal da máquina. A retirada do cavaco do furo é
garantida pelo movimento relativo de avanço entre a peça e a ferramenta, que ocorre segundo
uma trajetória paralela ao eixo longitudinal da ferramenta ou perpendicular à superfície da peça
(FERRARESI, 1977).
A furação é um dos processos mais importantes na indústria de manufatura e por ser
geralmente a última operação de usinagem realizada no processo produtivo, exerce particular
ênfase na confiabilidade do processo (SHARMAN et al., 2008).
4.1 FERRAMENTAS PARA FURAÇÃO
De acordo com (TRENT and WRITGH, 2000) a furação realizada em um torno ou num
equipamento de furar, a ferramenta mais comumente utilizada é a familiar broca helicoidal figura
01. As variações na velocidade e ângulo de inclinação ao longo da superfície são responsáveis
por vários aspectos da furação que são peculiares nesta operação. Brocas são delgadas,
ferramentas muito solicitadas, os canais têm de ser cuidadosamente projetado para permitir o
fluxo de cavaco mantendo a resistência adequada. Os ângulos de hélice e outros recursos são
adaptados para a furação de classes específicas de material.
Figura 01: Broca helicoidal
4.2 BROCAS HELICOIDAIS
Sua forma construtiva é composta de uma haste cilíndrica e uma parte cortante que pode
ser afiada de maneiras distintas conforme o material a ser usinado. Geralmente apresenta dois
gumes principais ligados através da aresta transversal, contudo podem ter três ou mais gumes
cortantes, a fim de reduzir os erros de posicionamento, melhorar o fluxo de cavacos e reduzir as
forças de corte e avanço (DINIZ et al, 2006).
As brocas são identificadas de acordo com o tipo de material da ferramenta, a forma da haste, o
número de canais, o sentido de corte, o comprimento, o diâmetro e o tipo de afiação
(STEMMER, 2005). Uma visão geral da broca é apresentada na figura a seguir.
Figura 02: Constituintes de uma broca helicoidal
4.3 – BROCAS HSS
Aços rápidos são aços ferramenta de alta liga de tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio e
cobalto, assim designados pela sua capacidade de usinar metais com velocidades de corte maiores
do que as possíveis com aços ferramenta e carbono ou de baixa e meia liga. A capacidade de
corte de uma ferramenta de aço rápido não se altera mesmo quando a temperatura de gume, por
efeito do atrito provocado pelo trabalho de usinagem, atinge 550 a 600ºC.
De todos os tipos de ferramentas empregados na indústria, as brocas requerem a mais alta
combinação de resistência à torção e tenacidade. O aço rápido da qual elas são feitas, deve ser
capaz de ser conformado em arestas de corte que não se lascarão rapidamente e um corpo que
resistirá tensões de torção e flexão.
Elas devem também ter boas propriedades de dureza ao rubro, uma vez que o corte final
de uma broca enterrada no furo está mais intimamente em contato com o cavaco quente que está
se formando do que acontece com outras ferramentas.
4.4 – FORMAS DE DESGASTE
Além do desgaste de cratera na superfície de saída e de flanco na superfície de
folga, as brocas helicoidais podem apresentar desgastes na aresta transversal, na quina
(ponta de corte) e nas guias.
Kanai e Kanda (1979) distinguem as formas de desgaste que podem ocorrer em brocas
helicoidais (Fig. 03). Diferentes mecanismos podem originar estes desgastes e a evolução do
mesmo se dá de forma semelhante na ponta da ferramenta. Nas zonas de corte predominam as
solicitações térmicas provocadas pelo calor gerado pelo atrito dos cavacos na superfície de saída
e pelo atrito das guias. Esse carregamento pode levar ao desgaste de cratera na ferramenta
(TEIXEIRA, 1995; DE CASTRO, 2001).
Figura 03: Formas de desgaste em brocas helicoidais.
4.5 – VIDA DE BROCAS
Quando as formas de desgastes, apresentadas anteriormente, atingem valores exagerados,
um critério é usado para controlar o fim de vida da ferramenta e manter o processo dentro de
condições seguras e econômicas. Portanto, o fim de vida de uma ferramenta é determinado pelo
grau de desgaste sofrido pela ferramenta durante o período de usinagem, entendendo-se por
desgaste as alterações geométricas ocorridas na cunha cortante decorrentes do trabalho de corte
(TEIXEIRA, 2001).
4.6 FLUIDOS DE CORTE E ÓLEOS VEGETAIS
Fluidos de corte são usados quando se deseja refrigerar a região de corte, principalmente
em altas velocidades de corte; lubrificar a região de corte, principalmente em baixas velocidades
e altas tensões de corte; reduzir a força de corte; melhorar a vida da ferramenta, o acabamento
superficial, a precisão dimensional da peça. Além disso, eles ainda auxiliam na quebra do cavaco,
facilitam o transporte de cavaco; protegem a superfície usinada e a máquina-ferramenta contra
oxidação (TRENT E WRIGTH, 2000).
Óleo Vegetal: É uma substância gordurosa extraída de plantas oleaginosas, em geral de
sementes ou da polpa de alguns frutos, para fins alimentícios ou industriais. Chamam-se plantas
oleaginosas aquelas que apresentam grandes concentrações de substâncias gordurosas nos frutos
ou sementes, de onde é extraído o óleo vegetal (Agência Nacional da Vigilância Sanitária -
ANVISA.)
Etapa 1
Pesquisa Bibliográfica
Etapa 2
Planejamento Experimental
Etapa 3
Preparação dos corpos de prova/dispositivos/programa
CNC para realização dos ensaios
Apuração e análise de resultados obtidos
Etapa 4
5. METODOLOGIA
Este trabalho terá como metodologia à realização de operação de furação num aço médio
carbono (ABNT 1045) onde será avaliada a influência de aplicação dos óleos vegetais refinados
comestíveis como fluido de corte. Serão usadas brocas de aço-rápido de 10,00 mm de diâmetro
sem revestimento. Durante a operação serão avaliados a vida e o desgaste das ferramentas.
Os ensaios de usinagem serão realizados num centro de usinagem vertical (DISCOVERY
560 da ROMI de 7500 rpm e potência 12.5 cv..
O desgaste de ferramenta será analisado através de um Microscópio Metalografico de
marca Nikon Modelo LV100D-U e será adotado como critério de fim de vida recomendado pela
ISO (1977) o valor do desgaste de flanco médio, VBB = 0,3 mm, e o valor do desgaste de flanco
máximo VBBmax = 0,6 mm. A figura 04 apresenta, de formar esquemático o fluxograma
representativo do planejamento experimental a ser desenvolvido.
Figura 04: Fluxograma representativo das etapas de atividades que serão executadas durante o procedimento experimental deste projeto.
5.1 ETAPAS
ETAPA 1: Pesquisa bibliográfica
Nesta etapa será realizado um estudo das publicações recentes, que apresentem
informações da teoria relativa ao tema do trabalho. Para tanto, são procurados artigos nos
principais periódicos nacionais e internacionais, dissertações e teses afins, na biblioteca central da
Universidade Estadual do Maranhão (UEMA), Universidade Federal do Maranhão (UFMA),
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão (IFMA), além de consultas à
Internet (Biblioteca digital da CAPES, Web of Science, google acadêmico, etc).
ETAPA 2: Planejamento Experimental
Nesta etapa serão definidos os materiais dos corpos de prova, a geometria das ferramentas
e condições de corte. Para a realização dos ensaios de vida será feito um planejamento estatístico
(Tabela 01), utilizando o software Statsoft Statistica versão 7.0 onde serão levantadas as variáveis
relevantes, relativas aos parâmetros de entradas sendo fixa a profundidade de corte. Assim, nesta
etapa será considerado apenas o fluido de corte vegetal de girassol e aplicação de fluido através
da técnica da mínima quantidade de fluido (MQF), em função da quantidade de teste.
vcf l
(m/min) (mm/rot) (mm)
1 17 (-1) 0,10 (-1) 30 Girrasol (-1)
2 25 (+1) 0,10 (-1) 30 Girrasol (-1)
3 17 (-1) 0,20 (+1) 30 Girrasol (-1)
4 25 (+1) 0,20 (+1) 30 Girrasol (-1)
5 17 (-1) 0,10 (-1) 30 Seco (+1)
6 25 (+1) 0,10 (-1) 30 Seco (+1)
7 17 (-1) 0,20 (+1) 30 Seco (+1)
8 25 (+1) 0,20 (+1) 30 Seco (+1)
9 17 (-1) 0,10 (-1) 30 Girrasol (-1)
10 25 (+1) 0,10 (-1) 30 Girrasol (-1)
11 17 (-1) 0,20 (+1) 30 Girrasol (-1)
12 25 (+1) 0,20 (+1) 30 Girrasol (-1)
13 17 (-1) 0,10 (-1) 30 Seco (+1)
14 25 (+1) 0,10 (-1) 30 Seco (+1)
15 17 (-1) 0,20 (+1) 30 Seco (+1)
16 25 (+1) 0,20 (+1) 30 Seco (+1)
N° Ensaio
Parâmetros de entrada
Fluido
Tabela 01: Matriz de planejamento.
ETAPA 3: Preparação dos corpos de prova/dispositivos/programa CNC para a
realização dos ensaios
Nesta etapa serão preparados os corpos de prova de aço ABNT 1045 nas dimensões
100x50 mm conforme a Figura 05. Também se dará a preparação dos sistemas e dispositivos de
fixação peça/máquina além da geração do programa CNC para usinagem dos corpos de prova.
Figura 05 - Dimensões dos corpos de prova
ETAPA 4: Apuração e análise dos resultados obtidos
Etapa que constará da análise dos resultados dos testes. Esta análise se dará pela
comparação dos resultados dos testes de usinagem (vida da ferramenta e análise dos desgastes da
ferramenta) para as situações dos óleos refinados vegetais comestíveis com MQF quando da
variação dos demais parâmetros de corte.
6. CRONOGRAMA
Para maior facilidade na compreensão da sequência do projeto, o mesmo foi dividido de
acordo com cada passo que será executado, como se pode observar na tabela abaixo:
Tabela 02: Cronograma de Atividades
7. REFERÊNCIAS
FERRARESI, D. Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Ed. Edgard Blucher Ltda, 1977. 751 p.
MACHADO, A. E et al. Teoria da usinagem dos materiais. São Paulo: Ed. Edgard Blucher Ltda, 2009. 371 p.
SILVA, A. H. Influência do ciclo de furação na usinabilidade do ferro fundido cinzento GH190. 2010. 189 p. Dissertação de mestrado – Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
STEMMER, C. E. Ferramentas de corte II: brocas, alargadores, ferramentas de roscar, fresas, brochas, rebolos, abrasivos. Florianópolis: Ed. da UFSC, 1992. 314 p.
OLIVEIRA, V.V. Influência da geometria de brocas na furação do ferro fundido vermicular. 2008. 173 p. Dissertação de mestrado – Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus de Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica – PPGEM.