Processo de Retificação Aspectos Gerais Análise

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Processo de Retificação

Prof. Assoc. Renato Goulart Jasinevicius

SEM0534– Processos de Fabricação

Mecânica

Processo de Retificação

Aspectos Gerais

Análise

SEM0534– Processos de Fabricação

Mecânica

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SEM0534– Processos de Fabricação

Mecânica

Retificação é o processo aplicado a peça após todos os outros processo de usinagem já terem sido aplicados Outros processos abrasivos: a) Brunimento,

b) Lapidação, c) Polimento, d) Superacabamento,

Operação final: Retificação

Exemplo

Recebimento T T T T Fr Fu Fr Fr Fu R R R M M Expedição

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Operação final: Retificação

Exemplo

Recebimento T T S HFr VFr VFr R Expedição

Retificação: processo de remoção de material no qual partículas abrasivas imersas em um meio ligante (Rebolo) operam a altas velocidades superficiais • Rebolo geralmente tem formato de disco e é

precisamente balanceado para elevadas velocidades • Pode ser usado para todo tipo de material

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Retifica Plana

Máquinas Ferramenta

Retificação Horizontal

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Retificação cilíndrica

Externa _Interna

Processos Abrasivos

Retificação Centerless

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Esmeril

Rebolo Tampa

Superfície

lateral Mesa de _apoio

Superfície frontal

Processos Abrasivos

Afiação de Ferramenta

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Acabamento de Superfície

Processos Abrasivos

Automação

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Processos Abrasivos

Brunimento “Honing”

Retificação por Megulho “Creep Feeding”

Comparação entre (a) retificação convencional e (b) retificação por mergulho.

Mergulho Prof. : 1 a 6 mm

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Ferramentas para Retificação - Rebolo

• Material Abrasivo

• Tamanho de grão

• Grau do rebolo

• Estrutura do rebolo

• Material Ligante

Parâmetros do Rebolo

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Material abrasivo: Propriedades

• Alta dureza

• Resistência ao desgaste

• Tenacidade

• Friabilidade – capacidadede fraturar quando

perde a aficação, de forma que novas arestas

sejam expostas

Materiais Abrasivos

• Oxido de Alumínio (Al₂O₃) - Abrasivo mais comum – Usado para retificar aço e ligas ferrosas de alta

resistências

• Carboneto de Silício (SiC) - mais duro que Al₂O₃ porém menos tenaz

– Usado em Al, latão, aço inox, alguns FoFo´s e determinadas cerâmicas

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Novos Materiais Abrasivos

• Nitreto Cúbico de Boro (cBN) – muito duro e caro – Apropriado para aços

– Usado para materiais duros tais como aço ferramenta e ligas aeroespaciais

• Diamante – Mais duro e mais caro – Natural ou sintético

– Não aplicado para aço

– Usado em materiais duros, abrasivos tais como cerâmicas, Metal duro, e vidro

Propriedades Materiais

Material abrasivo Dureza Knoop

Óxido de Al 2100

Carboneto de Si 2500

cBN 5000

Diamante (sintético) 7000

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• Grãos pequenos produzem melhores acabamentos • Grãos grandes permitem maior remoção de material

(TRM maior)

• Materiais mais duros exigem tamanhos de grão menores para corte mais eficaz

• Materiais mais dúcteis exigem granulometrias maiores

Tamanho de grãos abrasivos

• Tamanho de grão é medido usando o procedimento de peneira screen mesh

– Tamanhos pequenos refere-se a peneiras com numeros elevados para o screen mesh e vice versa

– Tamanhos de grãos em rebolos geralmente entre 8 (muito grosso) e 250 (muito fino)

Peneira 8 Peneira 24 tamanho de grão 24

Peneira 60 tamanho de grão 60

Tamanho de peneiras para seleção de tamanho de grãos. Quanto maior o número da peneira (no. de aberturas por polegada quadrada), menor será o tamanho de grão

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Tamanho de grãos abrasivos

0,297-0,250 60 0,350-0,297 50 0,840-0,710 24 0,420-0,350 46 1,190-1,000 20 2,000-1,680 12 0,590-0,500 36 1,410-1,190 16 2,380-2,000 10 0,710-0,590 30 1,680-1,410 14 2,830-2,380 8 Tam. grão No. Tam. grão No. Tam. grão No. Médio Gosso Muito grosso 0,007-0,003 800 0,013-0,010 600 0,053-0,040 240 0,125-0,105 120 0,016-0,013 500 0,062-0,053 220 0,149-0,125 100 0,020-0,016 400 0,074-0,062 200 0,177-0,149 90 0,030-0,020 320 0,088-0,074 180 0,210-0,77 80 0,040-0,030 280 0,105-0,188 150 0,250-0,210 70 Tam. grão No. Tam. grão No. Tam. grão No. Muitíssimo fino Muito fino Fino

Ligante

• Deve aguentar elevadas temperaturas e altas forças centrífugas

• Deve resistir a trepidação durante o choque do contato do rebolo/peça

• Deve segurar os grãos abrasivos rigidamente no lugar para o corte e também permitir que grãos

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Estrutura do rebolo

Refere-se ao espaçamento relativo dos grãos abrasivos no rebolo

• Além dos grão abrasivo e do material ligante , os rebolos também possuem vazios ou poros

• Proporções volumétricas de grãos (g), ligante (b do inglês “bond”) e poros (p) pode ser expresso como:

0 1. = + + b p g P P P

Estrutura do rebolo

0 1. = + + b p g P P P 12, 13, 14 9, 10, 11 5, 6, 7, 8 3, 4 1, 2 Poro muito aberto Poro aberto Médio Densa Muito densa

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Estrutura do rebolo: quantificação

• Medida em uma escala que varia entre “aberta" e “densa."

– Estrutura aberta significa P_pé relativamente grande e P_g é relativamente pequeno – recomendado quando “bolsões” para cavaco de materiais dúcteis

– Estrutura densa significa P_p é relativamente pequeno e P_g é grande – recomendado para obtenção de melhores acabamentos e controle dimensional 0 1. = + + b p g P P P

Grau do rebolo

Indica a resistência do ligante para reter os grãos durante o corte

• Depende da quantidade de ligante na estrutura do rebolo (P_b)

• Medida de escala entre macio e duro

– “Macio" perdem grãos prontamente – usados para baixas TRM e materiais duros

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Aplicação do rebolo

• Para metais dúcteis, use

– Tamanhos de grão grande e rebolo de

grau duro

• Para metais mais duros, use

– Tamanhos de grão pequenos e rebolo de

grau macio

Ferramentas – Rebolo - Configuração

Plano _Cilindro

Montado Copo Copo Plano

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Formas de rebolos de acordo com norma DIN

B B B B B B B B B Rebolo reto Rebolo Disco forma A Rebolo cônico copo

Rebolo copo forma D Rebolo cilíndrico

Rebolo cônico

Rebolo reto com lado rebaixado

Rebolo reto com dois lados rebaixados

Rebolo Disco forma B

Rebolo com dois lados cônicos, Forma C

Rebolo cônico copo

Forma E Rebolo Disco _{forma BH} DIN69149 DIN69120 DIN69149 DIN69149 DIN69149 DIN69149 DIN69149 DIN69123 DIN69123 DIN69138 D D D D D D D D D D D d d d d d d d d d d d d

Dimensões de rebolos de acordo com norma DIN69100

20-32 8-21 80-250 Disco Foma A e B 13-20 25-50 50-150 Copo cônico 13-20 32-80 50-150 Copo Forma D d B D

Principais dimensões do rebolo, em mm Tipo de Rebolo

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Perfis dos rebolos

90º 65º 65º 60º 60º 60º 65º 60º 60º R R R R R R R B B B B B B B 45º 23º 23º R=B R=38/10 R=79/10 R=8/8 R=8/8

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Montagem do Rebolo - Configuração

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Mecanismos de Desgaste de Rebolo

• Fratura de grão

• Attrition – Causado por mecanismos similares

entre si: atrito, difusão e reações químicas

• Fratura do ligante – depende do grau do rebolo – grãos se desgastam por attrition e a força aumenta muito

SEM0534– Processos de Fabricação

Mecânica

Desgaste de Rebolo

Curva típica do desgaste do rebolo. O desgaste é lançado no gráfico como função do volume de material removido, ao invés de ser em função do tempo.

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Rebolo - Reafiação

Mecanismo de remoção de material

Três tipos de ação dos grãos na retificação: (a) corte, (b) sulcamento, e (c) atrito.

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Formação do cavaco

Mecanismo de Formação do cavaco e geometria da ferramenta. +γ α β β -γ α cavaco peça peça Grão abrasivo

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Geometria da Formação do cavaco

SEM micrographs of chip types for different values of Vs: (a)

Vs=3000 rpm, Vw=5 m/min, and a=10 μm; (b) Vs=2700 rpm, Vw

=5 m/min, and a=10 μm; (c)

Vs=2400 rpm, Vw=5 m/min, and a=10 μm; (d) Vs=1800 rpm, Vw=5 m/min, and a=10 μm.

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Geometria da Formação do cavaco

SEM micrographs of chip surfaces for different values of Veq: (a) 0.0165; (b) 0.0216 (c) 0.0264 (d) 0.0296; (e) 0.0318 (f) 0.0338 (g) 0.0393 (h) 0.0485.

Geometria do cavaco

• Com o comprimento de contato rolante, o comprimento do cavaco, l:

D = diâmetro do Rebolo, d = profundidade de penetração l = (D· d)1/2

• Taxa de remoção de material, TRM

– v = velocidade da peça, d = profundidade de penetração, b = largura de corte (equivale ao avanço transversal)

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Volume médio de cavaco

• Os cavacos possuem uma seção transversal triangular, e razão (r) da espessura do cavaco (t) Em relção a largura do cavaco (w)

r = w/t ≈ 10 a 20

•Assim, o volume médio de cavaco será

Vol_cav= (0,5).w . (0,5). t .l = 0,25.w.t.l

Número de cavaco removido por tempo (n)

• O número de cavacos removidos por unidade de tempo (n), onde c = número de arestas de corte (grãos) por unidade de área (típico 0.1 a 10 por mm2_{, b é a largura do corte, e V =}

velocidade periférica do rebolo

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Espessura do cavaco

Combinando TRM = v ·d ·b = n ·Volcav v . d . b = V.b.c. 0,25 wtl w = r.t e l = (D.d)1/2 v · d · b = V · c · b · (0,25) r · t · t · (D· d)1/2 Rearranjando:

(

)

1 /

2

4 d

D

r

c

V

d

v

t

⋅

=

Espessura do cavaco

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Energia específica do corte

Energia específica da retificação, u

• Consiste da energia da formação do cavaco, do “plowing”, e do deslizamento (atrito)

u = u

_c

+ u

_p

+ u

_d

Força Total de Retificação

• Força obtida a partir da potência Potência = u . TRM

⋅

=

⋅

=

F

V

u

v

d

b

Potência

retif

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Força total de retificação

• A partir de resultados empíricos, quando t

diminui, a componente de atrito de u aumenta

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ = ∝ V b d v t K F t K u ou t u retif 1 1 1 1 1

Força Total de Retificação

Força total de retificação • substituindo V D d v r c d b K F do rearranjan V b d v D d Vcr v K F retif retif ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = 4 ) / ( ) / ( 4 1 2 / 1 1 2 / 1 1

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Força sobre um único grão

• A força por grão pode ser calculada

t t r t K F t K u e t r w Como t w u F Área u F grão grão grão ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ = 2 1 2 1 1 1

Força Total de Retificação

(A =área da seção transversal do cavaco)

A

Força de corte no grão

Força sobre um único grão

• Substituindo por t, e rearranjando

D

d

r

c

V

v

r

K

F

_grão

⋅

=

1

4

2

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Temperatura na retificação

• O aumento de Temperatura ocorre com a liberação de energia por unidade de área

D d c V v d K K T d t K K l b d l b u K T Área energia Unid K T ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Δ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Δ ⋅ = Δ 4 1 1 . 2 1 2 1 2 2

Temperatura na Retificação

Temperatura de retificação • Rearranjando

• A Temperatura pode chegar até 1600o_{C, porém}

por um período curto de tempo. D d v r c V K K T ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Δ 4 2 1

Temperatura na Retificação

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Exemplo 1

Você está retificando um aço, o qual possui uma energia específica de retificação (u) de 35 W-s/mm3_.

• O rebolo gira a 3600 rpm, diâmetro (D) de 150 mm, espessura (b) de 25 mm, e (c) 5 grãos por mm2 _{(c). O}

motor tem potência de 2 kW.

• A peça move-se (v) a 1.5 m/min. A razão de espessura do cavaco (r) é 10.

• Determine A força de retificação e a força por grão. • Determine a temperatura (K₂ é 0.2o_K-m/N).

Temperatura ambiente é 20o_C.

Exemplo 2

Numa operação de retificação plana o diâmetro do rebolo = 150 mm e a profundidade de penetração = 0.07 mm. A velocidade do rebolo (V) = 1450 m/min, velocidade da peça (v) = 0.25 m/s, e a largura de corte (b) = 5 mm. O número de grãos abrasivos ativos por unidade de área da superfície do rebolo (c) = 0.75 grãos/mm2_{. Determine (a) comprimento médio do}