Hélices de bombas

A peça apresentada na Figura 11 é um difusor com uma geometria interna bastante complexa. Esses tipos de tubos são usados para diferentes aplicações na indústria, como bombas e motores, e seu perfil complexo inviabiliza a usinagem por processos convencionais, tanto pela complexidade do perfil quanto pela presença de áreas inacessíveis à ferramentas de corte.

2.4.5 Rotores de turbinas

Com a aplicação do processo de usinagem eletroquímica, todas as palhetas da rodas de turbinas podem ser usinadas em uma única etapa. Todas as palhetas ficarão posicionadas muito precisamente uma vez que estas posições são fixas dentro do eletrodo.

Figura 12: Rodas de turbinas – BARBER NICHOLS [10]

2.4.6 Anéis difusores

Estes componentes são utilizados como turbocompressores em carros e caminhões. Seus anéis podem variar de diâmetros de 20mm até 300mm. As palhetas são caracterizadas por suas tolerâncias apertadas de forma e posição.

3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

3.1 Recursos requeridos

Para a aplicação prática dos métodos de usinagem eletroquímica não é necessária essencialmente a utilização de uma máquina específica para este fim, pode-se montar uma célula eletrolítica que reproduza as características essenciais da máquina, na qual os experimentos sejam executados.

Os recursos requeridos são basicamente aqueles apresentados no item 2.2, a saber:

· Estrutura com sistema de avanço em um eixo Z;

· Fonte de alimentação capaz de fornecer altas taxas de corrente elétrica;

· Sistema de abastecimento de eletrólito;

· Cuba ou tanque de trabalho, de material não condutor;

A indisponibilidade de maquinário e mão-de-obra das oficinas de usinagem do Campus Panambi, aliadas ao pouco tempo disponível para a realização das atividades, inviabilizou a construção do protótipo da máquina de usinagem em tempo hábil para que pudesse ser utilizado na usinagem dos corpos de prova preparados, sendo necessária a utilização de uma solução alternativa.

Para a função de corpo da máquina e sistema de avanço do eletrodo, foi utilizada a estrutura de um centro de usinagem marca DYNA, modelo DM 2016 (mostrado na Figura 14), do laboratório de fabricação assistida do campus Panambi.

Sobre a mesa deste centro de usinagem foram montados os demais equipamentos necessários para a realização dos experimentos e o sistema de avanço utilizado foi o próprio sistema de movimentação da máquina.

Figura 14: Centro de usinagem DYNA 2016 – PRÓPRIO AUTOR

A fonte de energia, por sua vez, é um dos principais elementos requeridos para o funcionamento do sistema pois, segundo Faraday, a massa da substância eletrolisada em qualquer dos elementos do sistema é diretamente proporcional à quantidade de carga elétrica que atravessa a solução, ou seja, quanto maior for a corrente elétrica que atravessa entre os corpos, maior será a taxa de remoção de material (ou de reações químicas) resultante entre eles.

A revisão bibliográfica realizada indica experimentos e rotinas industriais de trabalho submetidas a correntes de até 40.000 A, necesárias para que se consigam alcançar taxas de usinagem de até 15mm³/min. No entanto, considerando o fato de que os procedimentos de usinagem a serem realizados neste trabalho objetivam basicamente a validação do processo de usinagem eletroquímica e a verificação dos resultados obtidos a partir da alteração de parâmetros controlados do processo, definiu-se pela utilização de uma fonte de energia de menor potência.

A fonte utilizada foi uma fonte marca DAWER modelo FCC 3005 D, com capacidade de fornecimento de corrente de até 5 A e tensão de 30 V, com limitadores de segurança para ambas as variáveis e marcador digital com a leitura das condições de trabalho em tempo real, conforme mostra a Figura 15.

Figura 15: Fonte de potência DAWER FCC 3005 D – PRÓPRIO AUTOR

Para completar o circuito elétrico, permitindo a passagem de corrente entre cátodo e ânodo, foi utilizada uma solução de NaCl com concentração média de 10% do sal. A concentracão é dita média em razão de, ao passo em que a usinagem vai ocorrendo, as moléculas de NaCl e H2O vão se decompondo e consequentemente a concentração do eletrólito se altera.

O NaCl foi escolhido dentre as demais opções de sais devido a seu baixo custo e boa condutividade elétrica, além do fato de ser uma solução de simples fabricação e manuseio. A bibliografia diz que a região de usinagem deve ser abastecida com um fluxo de eletrólito de aprox. 20 dm³/min. para cada 100 A de corrente, para que a região de usinagem esteja suficientemente abastecida de elementos para a reação química e para que o eletrólito tenha vazão suficiente para limpar a região de usinagem.

Para os testes aqui realizados, o sistema de abastecimento de eletrólito foi efetuado manualmente, visto que as taxas de remoção de material seriam bastante baixas e não se justificava um maior investimento em um sistema de abastecimento de limpeza específico.

A cuba utilizada para base da célula eletrolítica foi construída em vidro liso transparente, com volume de 3,375dm³ e com a parte superior aberta. O vidro foi

escolhido como material base por ser um elemento inerte e resistente, e não exerceria influências negativas sobre as reações químicas ou correntes elétricas que abundam o sistema.

Os eletrodos utilizados foram construídos em cobre (exceto o eletrodo utilizado para a usinagem do CP2, constituído de uma liga metálica não identificada) e com dimensoôes e perfis variados, sendo um modelo utilizado em cada corpo de prova. O material cobre foi escolhido para fabricação dos eletrodos em virtude de sua ótima condutibilidade elétrica e facilidade de aquisição no mercado.

Também em virtude desta boa condutibilidade elétrica, todos os eletrodos foram isolados nas regiões onde entrariam em contato com a pinça de fixação do cabeçote da máquina, para evitar fuga de corrente ou descargas elétricas na ocasião de uma inversão de polaridade.

A figura 16 mostra o eletrodo usado na usinagem do primeiro porpo de prova.

Figura 16: Eletrodo utilizado no CP1 – PRÓPRIO AUTOR

Posteriormente, para a usinagem dos corpos de proca 02, 03 e 04, foram fabricados outros eletrodos de materiais e formatos diferentes, de acordo com as necessidades que o processo apresentou. As dimensões e especificidades destes eletrodos estão descritas nas seções dos respectivos corpos de prova.

A montagem da célula eletrolítica onde ocorreram os ensaios de usinagem pode ser vista nas Figuras 17 e 18, com a indicação dos materiais e equipamentos utilizados.

Figura 17: Montagem do equipamento de usinagem – PRÓPRIO AUTOR

Figura 18: Célula eletrolítica – PRÓPRIO AUTOR Cabeçote de avanço do eletrodo Eletrodo Fonte Cuba Cabos de força Sucção do eletrólito Corpo de prova Fixação do corpo de prova

3.2 Corpos de prova

Os corpos de prova foram fabricados de material Aço VC-131 temperados a uma dureza média de 60 HRc. Foram utilizadas 04 amostras de diâmetro 25X15mm, que posteriormente foram usinadas pelo processo eletroquímico com diferentes condições de trabalho, conforme mostrado na Figura 19.

Figura 19: Corpos de prova para usinagem – PRÓPRIO AUTOR

Os corpos de de prova foram numerados de 01 a 04 e seus pesos foram medidos para permitir o posterior cálculo da taxa de remoção de material pela diferença da massa antes e depois do processo de usinagem, de acordo com o tempo empregado.

Para a pesagem dos corpos de prova foi utilizada uma balança de precisão marca DENVER, modelo M220, com resolução de 0,0001g, tendo sido efetuadas quatro medições para cada um dos corpos de prova, fazendo-se a média das tomadas obtidas para cada corpo de prova.

Na tabela 01 podem ser verificados os valores obtidos na pesagem pré-usinagem dos corpos de prova.

Tabela 1: Pesagem dos CPs antes da usinagem – PRÓPRIO AUTOR

C.P. 01 02 03 04

Peso (g) 35.5929 33.3054 35.5957 35.7916

3.2.1 O aço VC-131

A Villares Metals [12] classifica o Aço VC-131 como um aço ferramenta para trabalho a frio, com uma composição química com os elementos C = 2,10 %; Cr = 11,5%; W = 0,7%; V = 0,15% e com propriedades mecânicas mais relevantes sendo a alta estabilidade dimensional e excelente resistência ao desgaste, especialmente em condições abrasivas.

Ele é usualmente aplicado na indústria de metalmecânica na fabricação de matrizes de corte para corte de chapas de aço de até 4mm de espessura, para estampas de corte de precisão na indústria de cartonagem e relojoaria, placas de revestimento de moldes para tijolos e ladrilhos, ferramenta para prensagem de pós metálicos e materiais altamente abrasivos, guias para máquinas operatrizes, réguas para retificadoras, peças de desgaste de cálibres, micômetros e ferramentas em geral.

3.3 Procedimentos

Inicialmente foram definidos quais seriam os parâmetros a serem alterados durante a usinagem para a cada corpo de prova. Foram observados os parâmetros citados pela bibliografia como sendo os principais atuadores no processo e que exercem maior influência sobre a peça usinada. Tais parâmetros de análise foram definidos em:

a) Altura da folga entre peça e eletrodo (mm) b) Intensidade da corrente (A)

A velocidade de avanço do eletrodo também é um importante parâmetro a ser controlado, pois está diretamente ligada ao tamanho da folga uma vez que, à medida que o material vai sendo removido o fundo da cavidade usinada afasta-se da face do eletrodo.