Forças de Corte no Processo de Retificação

A importância das forças de corte encontra-se na área de projetos, uma vez que tais forças são os fatores que determinam a potência da máquina, bem como as necessidades estruturais da mesma. Outro fator agregado às forças de corte é que estas influenciam na qualidade dimensional, geométrica e superficial da peça, no desgaste do rebolo e no tempo de retificação.

A força de retificação é dependente de um amplo conjunto de fatores (tipo de rebolo, condições de corte, condições de afiação, fluidos, entre outros), e está sujeita a variações com a modificação de cada um deles. Paralelamente a tal idéia, Bianchi et al. (1996) comentam que o bom desempenho do processo de retificação não pode ser obtido alterando-se apenas uma variável do processo, mas uma combinação bem elaborada dos parâmetros, simultaneamente.

De acordo com Malkin (1989) durante o processo de retificação existem forças atuantes na interface peça-rebolo. Para operações de retificação plana de mergulho e retificação cilíndrica externa de mergulho o vetor resultante da força total de retificação exercida pela peça sobre o rebolo pode ser decomposto em uma componente de força tangencial (Ft) e uma componente de força normal (Fn).

Durante o processo de retificação, os grãos abrasivos se desgastam, os topos dos mesmos começam a perder suas “cristas”, ou seja, seu grau de afiação, tornando os grãos “cegos”. Devido à perda da afiação dos grãos ocorre um aumento nos esforços de remoção do material, originando deformações na superfície do material ao invés de sua efetiva remoção. Com o aumento destes esforços e das deformações citadas ocorre o aumento da força tangencial de corte, em conseqüência de maiores atritos do topo do grão abrasivo com a superfície do material gerando elevadas temperaturas e calor envolvidos no processo.

Assim, com a elevação da força de corte tangencial há, conseqüentemente, a elevação da temperatura, com possibilidades de danos térmicos, podendo afetar também a rugosidade superficial final da mesma. Isto é confirmado por Schwarz (1999), afirmando que quando um rebolo está gasto, sua tendência é produzir um acabamento mais liso ocorrendo, porém, um aumento na probabilidade do aparecimento de danos térmicos, formação de lóbulos e trepidação. A força tangencial de corte permite também analisar o desempenho das ferramentas abrasivas, detectar a ocorrência de macro e micro-desgaste, a capacidade de fixação dos grãos abrasivos pelo ligante, a elevação da temperatura na região de corte, o estado de tensão residual, dentre outras (Schwarz, 1999).

Segundo Malkin (1989), o processo de retificação requer uma quantidade significativa de energia para a remoção de material. Durante o processo, esta energia é transformada em calor, o qual é concentrado dentro da região de corte. As elevadas temperaturas podem produzir vários tipos de danos térmicos à peça, tais como: queima superficial, transformações microestruturais, aquecimento superficial possibilitando o aparecimento da têmpera superficial, re-têmpera do material (quando da usinagem de um aço temperado), com a formação de martensita não revenida, gerando tensões residuais de tração indesejáveis e redução do limite de resistência à fadiga do componente usinado. Além disso, a expansão térmica da peça durante a retificação contribui para erros dimensionais e de forma no estado final da peça.

No processo de retificação são consumidas energias que variam entre 20 e 60 J/mm3, o que significa aproximadamente 10 vezes a energia que se consome no processo de torneamento. Esta energia é transformada em calor, o que ocasiona elevadas temperaturas (Weingaertner et al., 2000).

Segundo Marshall (1952) e Backer et al. (1952), os estudos das forças e energia específica de retificação, começaram no início dos anos 50 e mostraram que a energia específica envolvida era muito maior quando comparada àquela encontrada em outros processos de usinagem. Como em outros processos de corte de metais, uma tentativa foi feita visando interpretar as forças de retificação, em função dos mecanismos de formação do cavaco. Através de considerações pertinentes referentes à geometria típica dos grãos abrasivos, estimativas da tensão de cisalhamento foram efetuadas, devido à deformação plástica do material durante a formação do cavaco.

A energia específica (uc) associada à retificação é uma variável de saída relacionada diretamente com a força tangencial de corte e a velocidade periférica da ferramenta, entretanto a mesma é afetada por outros parâmetros como pode ser verificado na equação 2.7. b V d V F u f w s t c =_π (2.7)

Onde: Vs é a velocidade corte b é a largura de retificação Vf é a velocidade de avanço dw é o diâmetro da peça.

Segundo Malkin (1989), a energia específica de retificação pode ser considerada composta de três fatores, referentes às três fases de formação do cavaco. Tais fases são: formação do cavaco, deformação ou riscamento e atrito ou escorregamento.

Logo, tem-se:

u = uch + upl + usl (2.8)

onde: uch = energia específica despendida no corte;

upl = energia específica despendida na formação da peça;

As parcelas acima são definidas como:

uch = 13,8 * vw * a (2.9) upl = 1,0x10-3 * vs (2.10) usl = ( C1 + C2 *( vw / vs) * de) * [(de * a * As)1/2] (2.11)

onde: C1 e C2 = constantes de combinação peça-rebolo;

As = área real de contato dos grãos (somatório das áreas de contato de cada grão).

A constante da energia específica de formação do cavaco (13,8J/mm3) é válida para a retificação de aços de várias composições, bem como os tratados termicamente (Malkin, 1989).

As forças tangenciais de formação de cavaco, riscamento e atrito são conseguidas dividindo-se as equações acima pela velocidade periférica do rebolo.

Segundo Tso & Yang (1996), os esforços de corte, tangencial e normal, dependem do modo de formação do cavaco, que é dependente dos esforços atuantes sobre o grão, que por sua vez depende da topografia do rebolo (inclusive alterações decorrentes do desgaste), da cinética do processo e do material da peça. A proposição de um novo parâmetro foi feito por tais autores. O novo parâmetro é denominado volume equivalente de cavacos (Veq) e é referente à medida do volume de cada cavaco removido. A estimação do parâmetro é feito por processamento de imagem obtida por microscopia eletrônica de varredura. Uma afirmação dos autores é que quanto maior o volume equivalente de cavaco, maior os esforços de corte:

Veq = C * vs-0,52 * vw0,26 (2.12) onde: C = constante obtida experimentalmente;

Vs = velocidade do rebolo; Vw = velocidade da peça.

O aumento do desgaste do aglomerante tende a diminuir a ancoragem dos grãos pelo aumento das tensões atuantes na interface entre aglomerante e grão abrasivo, e que, um desgaste dos grãos tende a diminuir a tensão atuante na

interface mencionada, uma vez que o desgaste faz com que o momento aplicado ao grão abrasivo diminua (Bianchi et al, 2000).