D O S S I Ê T É C N I C O

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D O S S I Ê T É C N I C O

Pastilhas alisadoras

Ivan Leandro Debiasi

SENAI-RS

Centro Tecnológico de Mecatrônica

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DOSSIÊ TÉCNICO

Sumário

1 INTRODUÇÃO ... ... 2

2 OBJETIVO ... 2

3 TORNEAMENTO ... 3

3.1 Usinagem em corte único ... ... 3

3.2 Formação de cavacos ... ... 4

3.3 Quebra de cavacos ... 7

4 DADOS DE CORTE ... ... 9

5 GEOMETRIA DA FERRAMENTA ... 10

5.1 Formato e raio de ponta da pastilha ... ... 12

6 TECNOLOGIA WIPER ... ... 12

7 METODOLOGIA ... 15

8 RESULTADOS ... ... 17

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ... ... 23

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DOSSIÊ TÉCNICO

Título Pastilhas Alisadoras Assunto Máquinas e equipamentos Resumo

Comparação do desempenho da ferramenta de corte convencional com a de tecnologia wiper, na usinagem do aço ABNT 8620. Foram analisados os dados relativos ao encruamento superficial e à rugosidade da peça.

Palavras-chave

Acabamento superficial; encruamento; ferramenta de corte; rugosidade; usinagem

Conteúdo 1 INTRODUÇÃO

Entende-se que o desenvolvimento de uma tecnologia dificilmente se processa sem o conhecimento dos fatores que nela intervêm. O domínio deste conhecimento

possibilita uma industrialização racional a qual permite produtividade maior e custo operacional menor.

Há várias maneiras de aumentar a produtividade na usinagem e uma das maneiras mais efetivas é dobrar a taxa de avanço usando ferramentas alisadoras. O surgimento dos insertos Wiper da Sandvik Coromant teve seu início há muitos anos atrás,

com o desenvolvimento de ferramentas de metal duro T-Max.

Neste trabalho serão usinados três corpos-de-prova, o primeiro deles com um inserto de tecnologia convencional, o segundo com tecnologia Wiper com a mesma taxa de avanço e o terceiro com tecnologia Wiper e o dobro de avanço. O material usinado foi o aço ABNT 8620 e será analisado a rugosidade e o

encruamento na superfície dos três corpos-de-prova, os ensaios foram executados no Centro Tecnológico de Mecatrônica SENAI e na Universidade de Caxias do Sul – UCS.

2 OBJETIVO

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3 TORNEAMENTO GERAL 3.1 Usinagem em corte único

Basicamente, o torneamento gera formas cilíndricas com uma ferramenta de corte usinando com uma única aresta, e, na maioria dos casos, a ferramenta é estacionária e a peça gira. Em muitos aspectos, é o método de corte de metal onde a ferramenta avança em um sentido linear, gerando formas não muito complexas. Por outro lado, por ser o processo mais amplamente utilizado e que mais facilmente permite

desenvolvimento, atualmente o torneamento é um processo altamente otimizado, exigindo uma cuidadosa avaliação dos diversos fatores em aplicações.

Apesar de geralmente ser uma operação de corte único, o processo de torneamento varia em função do formato e do material da peça, das condições, exigências, custos, etc, fatores esses que podem influenciar na ferramenta de corte. As ferramentas de torneamento atuais são cuidadosamente projetadas, com base em décadas de experiência, pesquisa e desenvolvimento.

Da micro geometria e material da ferramenta, passando pelo formato e fixação da pas-tilha intercambiável no porta-ferramentas, convencional ou modular, atualmente a ferramenta cuida da dinâmica do corte de metal, de uma forma que seria impensável algumas décadas atrás. Muitos dos princípios que se aplicam à usinagem de corte único também se aplicam a outros métodos de corte de metal, como mandri-lamento e até mesmo a usinagem rotativa multiponto como o fresamento. Há diversos tipos básicos de operações de torneamento, que exigem tipos específicos de ferramentas para que a operação seja executada da maneira mais eficiente.

Figura1:Torneamento e faceamento como movimentos de ferramenta axial e radial.

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Figura 2: Ferramentas convencionais e Coromant Capto para torneamento.

Fonte: Manual técnico de usinagem Sandvik Coromant.

Torneamento é a combinação de dois movimentos: rotação da peça e movimento de avanço da ferramenta. Em algumas aplicações, a peça pode ser estacionária, com a ferramenta girando ao seu redor para cortá-Ia, mas basicamente o princípio é o mesmo. O movimento de avanço da ferramenta pode ser ao longo do eixo da peça, o que significa que o diâmetro da peça será torneado para um tamanho menor. Alterna-tivamente, a ferramenta pode avançar em direçâo ao centro, para o final da peça, o que significa que a peça será faceada. Frequentemente, são combinações dessas duas direções, resultando em superfícies cônicas ou curvas, com os quais as unidades de controle de tornos CNC atuais podem lidar por meio de muitas possibilidades de programas.

O torneamento pode ser decomposto em diversos cortes básicos para a seleção de tipos de ferramentas, dados de corte e também para a programação de certas operações.

3.2 Formação de cavacos

O torneamento foi desenvolvido para locais onde não somente o metal é removido a velocidades muito altas, mas os parâmetros que compõem o processo também são estritamente controlados, da mesma forma que os resultados finais, na forma de qualidade e confiabilidade da peça. Os cavacos são aparados da peça conforme dados cuidadosamente definidos que garantem o formato e dimensão.

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conforme necessário, para dados de corte elevados que envolvem as atuais máquinas CNC. Senão, grandes quantidades de cavacos longos e emaranhados acumulariam-se em curto espaço de tempo na área de usinagem, na forma de ninhos descontrolados de cavacos. Isso representa um risco para o processo e pode por em perigo não somente a operadores, mas também para peças que estão sendo fabricadas. A forma do cavaco é em grande parte influenciada pelo material que está sendo cortado, variando entre formas contínuas de material dúctil e material esfarelado e quebradiço.

Uma vista ortogonal da formação de cavacos mostra se a direção da velocidade de corte ou o eixo de rotação do material da peça que está sendo cortada no ângulo correto em relação à aresta de corte. Esta é uma vista simplificada do processo de corte, empregada somente em algumas operações como faceamento e mergulho. A maioria dos cortes de metal é obliqua, onde a direção de corte está em um certo ângulo em relação à aresta principal. Isso modifica consideravelmente as condições geométricas e a direção do fluxo de cavacos é alterada. Basicamente, em vez de cavaco parecido com corda de relógio, como em uma típica operação de corte, o cavaco assumirá formas diversas de vírgula ou formatos helicoidais.

O ângulo de posição e o raio de ponta da ferramenta afetam a formação de cavacos na medida em que a seção transversal do cavaco se modifica. A espessura do cavaco é reduzida e a largura é aumentada com ângulos menores. A direçâo do fluxo de cavaco também é modificada, normalmente de maneira

desvantajosa, com o passo da espiral sendo aumentado. Dependendo da

profundidade de corte (D O C = ap), o formato e a direção dos cavacos também varia com o raio de ponta da aresta de corte. Quando a profundidade de corte for menor em relação ao raio de ponta, à parte do raio é a parte principal da aresta de corte e serão gerados cavacos em espiral. Uma profundidade maior sofre menos influência do raio e mais do ângulo real de entrada da aresta resultando em um cavaco em espiral

direcionado para fora. Entretanto, a faixa de avanço também afeta a largura da seção transversal e o fluxo de cavacos. O controle de cavacos é essencial nas modernas operações de torneamento.

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Figura 4: A formação de cavacos varia com a profundidade de corte, ângulo de entrada, avanço, material e geometria da ferramenta.

Normalmente, um cavaco com seção transversal quadrada significa compressão de cavaco excessiva, ao passo que um cavaco largo e delgado como uma esteira é formada em filamentos inadequadamente longos. Quando a curva do cavaco torna-se menor para um cavaco mais espesso, o comprimento de contato cavaco/ferramenta torna-se maior, resultando em mais deformação e pressão. Espessura excessiva influencia de maneira negativa o processo de usinagem. Além disso, se a faixa de avanço aumenta para um valor acima do valor para o qual a geometria da pastilha foi projetada, o cavaco ultrapassará a geometria de formação de cavaco, fazendo com que a usinagem seja executada com uma geometria negativa em vez de positiva, sem quebra de cavaco equilibrada.

Figura 5:

área de trabalho de uma geometria de pastilha definida por uma ação quebra-cavacos aceitável para o avanço e profundidade de corte.

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Uma pastilha para acabamento, que trabalha principalmente com seu raio de ponta terá a geometria concentrada na ponta da pastilha, enquanto que uma pastilha para desbaste terá a geometria sobre a face de topo. Algumas pastilhas são capazes de gerar uma formação satisfatória de cavacos em uma ampla faixa intermediaria, com combinações incorporadas de quebra-cavacos, indo do raio de ponta e passando pela aresta da pastilha.

Figura 6:

Quebra-cavacos como parte da geometria de pastilha são projetados para trabalhar em diferentes avanços de áreas de corte.

3.3 Quebra de cavacos

Conforme mostrado na página anterior, há diferentes maneiras de se fazer um cavaco quebrar, a saber:

• Quebra automática, como ocorre no torneamento de ferros fundidos • Quebra contra a ferramenta

• Quebra contra a peça

O tipo de quebra de cavaco depende em parte da geometria da pastilha e da ferramenta e dos dados de corte. Algumas das formas de quebra de cavacos pode apresentar desvantagens, mas isso normalmente pode ser compensado pela escolha da geometria ou dos dados de corte. Na quebra automática, se a vida útil da

ferramenta não for aceitável, utilize um quebra-cavaco mais aberto, como parte da geometria da pastilha.

Na quebra contra a face de folga da ferramenta, o martelamento de cavacos pode ser desvantajoso e uma geometria diferente (quebra-cavacos mais justo ou mais aberto) pode ser melhor. Alternativamente, ajuste os dados de corte.

Na quebra contra cantos da peça, quando se emprega profundidades de corte gran-des, pode ocorrer quebra não satisfatória de cavacos e um menor ângulo de posição deve ser levado em consideração.

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quebra-cavacos projetados em função da geometria da pastilha, para deformar e forçar o cavaco a quebrar. A curva inicial do cavaco é, na maioria dos casos, insuficiente para forçar o cavaco a se quebrar no tamanho necessário. Em sua forma mais simples, um quebra-cavacos é uma obstrução incorporada ao fluxo dos mesmos. Essa forma tosca tem muitas desvantagens e, em muitos casos, produz um efeito negativo sobre o desempenho da usinagem.

Foram desenvolvidas diversas formas de quebra-cavacos para pastilhas prensadas, quebra-cavacos esses retificados em uma etapa posterior, antes das pastilhas mo-dernas atuais. As momo-dernas pastilhas intercambiáveis são uma combinação complexa de ângulos, planos e raios para otimizar a formação de cavacos por meio de ação de corte, comprimento de contato, quebra de cavacos, etc.

A maioria das pastilhas possui ângulos de saída positivos, combinados com inclinação negativa do porta-ferramentas, para promover uma boa formação de cavacos e ação de corte positiva. Fases primárias negativas de diversos tamanhos, dependendo da área de trabalho da geometria, são aplicadas para reforçar a aresta de corte. Dessa forma, o controle de cavaco é um dos fatores chave, especialmente em

torneamento e furação. O fresamento cria um comprimento natural de cavacos graças à menor área de contato. No fresamento e no mandrilamento, o controle de cavacos é vital devido ao limitado espaço dentro dos diâmetros que estão sendo usinados. Além disso, na moderna furação de alta performance, os cavacos precisam ter a forma exata, para que sejam escoados de maneira eficiente da zona de corte – qualquer congestionamento leva à quebra da ferramenta.

O diagrama de quebra de cavacos para uma geometria de pastilha (baseado nas faixas recomendadas de avanço e profundidade de corte), em combinação com o material da ferramenta, é o fator chave para a aplicação das pastilhas. O moderno programa de pastilhas incluirá geometrias de corte para atender à maioria dos materiais de peças mais utilizados. Essas geometrias atenderão aplicações que variam do acabamento, semi-acabamento ao desbaste, bem como usinagem de desbaste pesadas.

Dessa forma, o controle de cavacos é feito principalmente por meio da geometria da pastilha intercambiável em combinação com os dados de corte.

Figura 7: caminhos de torneamento e faceamento longitudinais com uma pastilha em estilo C

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4 DADOS DE CORTE

A peça gira no tomo, com uma certa velocidade de fuso (n), a um certo número de rotações por minuto. Em relação ao diâmetro da peça, no ponto em que estiver sendo usinada, até um ponto no diâmetro da superfície, ocorrerá um aumento da velocidade de corte ou velocidade de superfície (Vc) em m/mino. Essa é a velocidade à qual a aresta de corte usina a superfície da peça e é a velocidade pela qual a periferia do diâmetro de corte passa à aresta de corte.

A velocidade de corte só é constante enquanto a velocidade do fuso e o diâmetro da peça permanecer o mesmo. Em operações de faceamento, em que a ferramenta avança em direção ao centro, a velocidade de corte mudará progressivamente se a peça girar a uma velocidade de fuso constante. Na maioria dos tomos CNC, a velocidade do fuso aumenta à medida que a ferramenta move-se em direção ao cen-tro. Para parte do corte, aumenta quanto mais o diâmetro é reduzido e muito próximo do centro, essa compensação ficará impraticável, pois a faixa de velocidade é

limitada. Além disso, se uma peça, como é freqüentemente o caso, tiver diâmetros diferentes, for cônica ou curva, a velocidade de corte deve ser levada em conta, junto com as variações.

Figura 8: Nomeclatura utilizada nas operações de usinagem

O avanço (/n) em mmjrot. É o movimento da ferramenta em relação à peça que gira. Esse é um valor importante na determinação da qualidade da superfície que está sendo usinada e para garantir que a formação dos cavacos está dentro do alcance da geometria da ferramenta. Este valor influencia, não somente a espessura dos

cavacos, mas também como o cavaco se forma contra a geometria da pastilha.

A profundidade de corte (ap) em mm é a diferença entre a superfície sem usinagem e a usinada. É igual à metade da diferença entre o diâmetro usinado e não usinado da peça. A profundidade de corte é sempre medida em ângulos retos em relação à direção de avanço da ferramenta.

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tor-neamento para uma operação. Alem de influenciar a formação de cavacos, afeta fatores como a direção das forças envolvidas, o comprimento da aresta de corte que está em contato com o material durante o corte, a maneira como a aresta de corte faz contato com a peça e a variação de cortes que podem ser obtidos com a ferramenta em questão. Normalmente, o ângulo de posição varia entre 45 e 95 graus, mas, para operações de perfilamento, até mesmo ângulos de posição mais abertos são úteis.

O ângulo de posição pode ser selecionado em função da acessibilidade e para permitir que a ferramenta usine em diversas direções de avanço, conferindo versatilidade e reduzindo o número de ferramentas necessárias.

Alternativamente, isso pode ser feito para permitir arestas de corte maiores e assim pode aumentar a resistência da aresta, distribuindo pressão de usinagem ao longo de um maior comprimento da mesma. Também pode aumentar a

resistência da ferramenta em nível de entrada e pode direcionar forças para permitir maior estabilidade durante o corte.

5 GEOMETRIA DA FERRAMENTA

A ação de corte é em grande parte determinada pela geometria da ferramenta. A geometria da ferramenta é projetada para cortar diversos metais, formando cavacos de maneira suave e também para uma robusta aresta de corte e uma quebra de cavacos controlada. Muitas pastilhas intercambiáveis possuem combinações de quebra-cavacos com funções para atender a cortes leves em cantos a profundidades maiores de corte, ao longo da aresta. Cada geometria de pastilha é desenvolvida para abranger uma área de aplicação composta por faixas de avanço e profun-didades de corte recomendadas.

Por um lado, uma geometria de pastilha para acabamento possuirá uma área com-posta por avanços e profundidades menores e por outro, uma geometria de tornea-mento para desbaste terá uma gama de valores elevados de avanços e profundida-des. Uma geometria de uso geral cobrirá uma área intermediária, para um grande número de operações. A pastilha de acabamento utiliza a geometria no canto pastilha, ou no raio da pastilha, enquanto que a de desbaste utilizará uma parte relativamente longa da aresta de corte principal.

Os diversos quebra-cavacos são compostos por diferentes tamanhos e combinações de ângulos, planos e raios. Enquanto que uma operação de torneamento e

faceamento reta permanecerá com um conjunto de valores estável no diagrama de aplicação, ao mesmo tempo, operações de perfilamento, com taxas de profundidade de corte e avanços variáveis provocará o aumento de movimentos ou diversos pontos ao longo da área de aplicação da pastilha, fornecendo quebra de cavacos aceitável. Outros fatores que determinam a escolha da geometria de pastilha são a ocorrência de usinagem intermitente, tendências a vibrações.

Há uma distinção na geometria da aresta de corte, entre a geometria positiva e

negativa de pastilha. Uma pastilha negativa possui um ângulo de cunha de 90 graus, visto em uma seção transversal do formato básico da aresta de corte. Uma pastilha positiva possui um ângulo menor do que 90 graus. A pastilha negativa precisa ser inclinada negativamente no porta-ferramenta, de forma a prover um ângulo de folga tangencial à peça, enquanto que a pastilha positiva possui sua própria folga

incorporada. O ângulo de inclinação (À) é uma medida do ângulo em que a pastilha é montada no porta-ferramenta.

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ângulo de saída (y) é uma medida da aresta em relação ao corte, apesar de que freqüentemente é expresso por meio de uma pastilha plana (sem quebra-cavacos). O ângulo de saída na própria pastilha é normalmente positivo e varia ao longo da aresta de corte. Uma pastilha plana (sem quebra-cavacos) possui um ângulo de saída de zero graus. A função real de corte do ângulo de saída também varia ao longo da face da pastilha, de trás da aresta de corte, até o quebra-cavacos assumir a função do controle de formação dos cavacos.

Figura 9: Perfis básicos, negativos e positivos de pastilhas

Figura 10: Perfis básicos, negativos e positivos de pastilhas

A aresta de corte real da pastilha também está sujeita a evoluções diferentes. A micro-geometria da aresta de corte é decisiva quanto à robustez e ao desenvolvimento do desgaste da ferramenta. A preparação da aresta ao longo da transição entre a face da própria aresta e a face da folga se dá na forma de um raio, chanfro ou fase e afeta a resistência da ferramenta, o consumo de energia, a capacidade de acabamento da ferramenta, tendência de vibração e formação de cavacos.

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5.1 Formato e raio de ponta da pastilha

Olhando para a ferramenta de cima, a pastilha possui um formato básico e um raio nos cantos. O formato da pastilha varia consideravelmente podendo também ser redondo; e o ângulo da ponta pode ser tão pequeno quanto 35 graus e tão grande como 100 graus e também a pastilha redonda. No meio desses extremos estão formatos quadrados, triangulares e romboidais, com ângulos de ponta de 55, 60 e 80 graus. A faixa de ângulos de ponta apresenta propriedades que vão da mais alta robustez, passando por operações de desbaste, até ângulos de ponta pontiagu-dos que tenham maior acessibilidade para perfilamento, cópias, etc.

Com a alta resistência da aresta ao longo do fio de corte proporcionado por um ângulo de ponta grande e uma área de contato maior vem a tendência para vibrações no processo de usinagem e altas exigências de potência. Com um ângulo de ponta pe-queno, obtém-se grande acessibilidade, porém a aresta fica mais fraca. Sempre que possível, é necessário usar uma escolha balanceada para a operação em questão.

O raio de ponta (re) é um fator importante em muitas operações de torneamento e precisa ser levado em consideração, já que a escolha certa afeta a robustez da aresta de corte e o acabamento superficial da peça. Estão disponíveis pastilhas com diversos raios de ponta, em que o menor raio de ponta é teoricamente zero, mas em que na realidade 0.2 mm é o menor tamanho encontrado. O maior é normalmente 2.4 mm, ainda que toda a gama não esteja disponível para um mesmo formato ou tamanho de pastilha.

No torneamento por desbaste, pode ser escolhido o maior raio de ponta possível, para permitir maior robustez, sem causar aumento nas tendências a vibrações. O valor do avanço da ferramenta pode ser afetado pelo raio da ponta ou vice-versa. Um maior raio de ponta permite uma aresta mais robusta, capaz de suportar altos avanços para uma área de contato apropriada da aresta de corte. Um menor raio de ponta significa uma ponta mais fraca, porém capaz de cortes com maiores exigências. Em operações de torneamento, o acabamento superficial gerado será diretamente influenciado pela combinação de raio de ponta e faixa de avanço.

A superfície gerada por uma ferramenta de corte único é originada à medida que o raio de ponta move-se ao longo da superfície da peça. A altura máxima teórica de perfil é calculada por meio de uma fórmula simples, dando uma indicação dos valores a serem esperados e que podem ser comparados com os limites estabelecidos para a peça que está sendo feita. Alternativamente, começando com um certo raio de ponta e uma altura de perfil exigida, pode ser calculado um valor inicial para avanço

escolhido.

6 TECNOLOGIA WIPER

A geração de um bom acabamento superficial em peças torneadas está se

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Figura 11: Tecnologia de pastilha Wiper

No torneamento convencional, o acabamento superficial deve estar diretamente relacionado com o avanço da ferramenta com o tamanho do raio de ponta. Um avanço grande gerará tempos de corte menores, mas acabamento superficial pior. Um grande raio de ponta gerará um melhor acabamento superficial e proporcionará maior

resistência. Mas um raio de ponta excessivamente grande pode gerar tendências a vibrações, quebra de cavacos insatisfatória e menor vida útil da ferramenta devido à menor área de contato. Dessa forma, na prática o tamanho do raio da ponta da pastilha e o avanço podem ser limitado em uma operacão.

Para alterar esse relacionamento - obter um melhor acabamento superficial com um avanço maior, foi desenvolvida a tecnologia Wiper para o raio de ponta de pastilhas intercambiáveis. Isso ocorreu principalmente na forma de uma combinação cuidado-samente composta de raios com algumas modificações de geometria de pastilha. O raio de ponta Wiper proporciona uma menor altura de perfil na aresta de corte da superfície gerada, o que tem um efeito de alisamento na superfície torneada.

A pastilha Wiper possui um tipo completamente novo de configuração de ponta. No fresamento, há pastilhas Wiper específicas que são montadas um tanto abaixo de outras em uma fresa de facear e, tendo uma fase paralela maior, alisam a superfície de modo a gerarem um acabamento melhor por meio do efeito Wiper. De maneira similar, a pastilha Wiper para torneamento foi desenvolvida para fornecer uma maior capacidade de gerar um melhor acabamento superficial. Ou, dito de outra forma, gerar o mesmo acabamento com um avanço muito maior.

Figura 12: A tecnologia Wiper permite torneamento de acabamento com novas possibilidades.

Diretrizes

Mesma faixa de avanço = acabamento superficial duas vezes melhor

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De maneira convencional, uma operação de torneamento pode ser caracterizada freqüentemente como tendo uma certa faixa de avanço estabelecida para uma

operação qualquer. Por exemplo, o uso do maior raio de ponta permitido de 1.2 mm a uma faixa de avanço de 0.15 mm/min, pode gerar um acabamento superficial de Ra igual a 1 mícron em uma peça de aço baixa liga. Se a faixa de avanço dobrar, o acabamento superficial obtido será na faixa de Ra 2.5. Quando o avanço aumenta dentro da área de aplicação da geometria da pastilha, freqüentemente o acabamento superficial fica insatisfatório.

A modificação da faixa de avanço também leva a um controle de cavaco insatisfatório, uma carga excessiva na aresta e desgaste muito rápido da ferramenta. Ainda que a faixa de avanço continue sendo a forma mais direta de reduzir os tempos de usinagem e a faixa de avanço não ter um efeito tão marcante sobre a vida útil da ferramenta quanto à velocidade de corte. A tecnologia Wiper é um forma direta para melhorar a produtividade.

Figura 13: A pastilha Wiper possui uma configuração de canto completamente nova Fonte: Manual técnico de usinagem Sandvik Coromant.

A pastilha Wiper possui um quebra-cavacos adaptado, enquanto que a pastilha de raio de ponta convencional possui uma geometria que limita as faixas de avanço antes do que em uma pastilha Wiper. A capacidade de quebra-cavacos de uma pastilha Wiper foi ajustada para estar de acordo com o raio de ponta modificado e uma maior capacidade de avanço. Dessa forma, o controle de cavacos amplia-se por novas áreas, para além das limitações de dados de corte convencionais. Essa é uma das razões pela qual as pastilhas Wiper serem vistas atualmente, e com tanta

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Figura 14: O efeito da faixa de avanço no acabamento superficial

7 METODOLOGIA

Foram torneados três corpos-de-prova. O primeiro foi usinado com inserto

convencional, o segundo foi usinado com os mesmos parâmetros, mas com inserto Wiper e o terceiro foi usinado com os mesmos parâmetros, com inserto Wiper mas com o dobro de avanço como mostra a tabela 1. O suporte utilizado foi

MTJNR2020K16M1 com ângulo de posicionamento de 93°. Este ensaio foi realizado no Centro Tecnológico de Mecatronica SENAI e o torneamento foi feito a seco, sem utilização de fluido de corte.

Tabela 1 – Parâmetros de corte e insertos utilizados no ensaio

Vc

[m/min] Fn [mm/rot] Código do Inserto Comentário

Peça 1 345 0,2 TNMG160408PF4015 Raio da ponta do inserto 0,8 mm

Peça 2 345 0,2 TNMX160408WF4015 Raio da ponta do inserto 0,8 mm

Peça 3 345 0,4 TNMX160408WF4015 Raio da ponta do inserto 0,8 mm

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Figura 15: Torno utilizado no ensaio

Fonte: Centro Tecnológico de Mecatrônica SENAI

A figura 16 mostra a ponta dos insertos utilizados no torneamento dos corpos-de-prova, observa-se que o inserto convencional possui um único raio de ponta, enquanto o inserto Wiper apresenta dois raios de ponta que servem como alisadores.

Figura 16: Comparação dos insertos

O material usinado no ensaio possuia diâmetro inicial de 63,5 mm. Foi retirada a carepa com uma ferramenta que não fazia parte do ensaio, até atingir o diâmetro de 62 mm.

No ensaio, após a usinagem seu diâmetro ficou com 60 mm, o torneamento foi realizado com profundidade de corte de 1 mm no raio e comprimento usinado de 55 mm. A figura 17 mostra o corpo-de-prova obtido após a usinagem.

Figura 17: Corpo-de-prova confeccionado

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Após o torneamento foram feitas 25 medições de rugosidade em cada corpo-de-prova. As medições foram feitas da seguinte forma: foram realizadas 5 medições no sentido transversal, após a peça foi rotacionada aproximadamente 72° e medida novamente. Este procedimento ocorreu até serem completadas as 25 medições em cada peça. Este ensaio foi realizado na Universidade de Caxias do Sul – UCS e todas as

medições foram no sentido longitudinal. A figura 18 mostra a peça sendo medida pelo rugosímentro.

Figura 18: Peça e rugosímetro utilizados no ensaio

Fonte: Universidade de Caxias do Sul

Foi verificado o encruamento do material na superfície de cada peça usinada, através da análise metalográfica. Os corpos-de-prova foram embutidos nos sentidos

longitudinal e transversal. O material analisado foi lixado até a granulação da lixa 600 e atacado com nítal 2% por 30 segundos. Através da escala da foto metalográfica foi obtida a dimensão do material encruado no corpo-de-prova. Este ensaio foi realizado no laboratório da UCS.

Neste relatório foram realizadas também, fotos de topografia da superfície usinada, para observar o acabamento superficial e se havia resíduos da ferramenta na peça. A macrografia foi realizada em 50 e 100 vezes de aumento.

8 RESULTADOS

Os resultados das medições de rugosidade realizados na peça 1, confeccionada com inserto convencional encontra-se na tabela 2.

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Tabela 2 – Resultados das medições de rugosidade da peça 1 Peça 1 Media Ra 1,68 1,71 1,7 1,7 1,66 1,69 posição 1 RZ 7,1 7,9 7,3 7,5 7,3 7,42 Ry 7,8 8,5 7,5 8,1 7,6 7,9 Ra 1,7 1,68 1,78 1,64 1,68 1,696 posição 2 RZ 7,1 7 7,4 7 7,1 7,12 Ry 7,4 4,3 8,7 7,6 7,6 7,12 Ra 1,74 1,8 1,72 1,68 1,66 1,72 posição 3 RZ 7,2 7,9 7,3 7,2 7,3 7,38 Ry 7,7 8,2 8 7,4 7,5 7,76 Ra 1,72 1,78 1,7 1,7 1,64 1,708 posição 4 RZ 7,2 7,5 7,4 7,2 7,2 7,3 Ry 8,1 8,1 8,4 7,9 7,5 8 Ra 1,72 1,7 1,74 1,7 1,72 1,716 posição 5 RZ 7,1 7,1 7,5 7,3 7,7 7,34 Ry 7,8 7,7 7,9 8,1 8,4 7,98

Os resultados da tabela 2 que se encontram em azul são as médias das medições, com estes valores em azul foi realizado o desvio padrão de Ra, Rz e Ry, e feito outra média entre Ra, Rz e Ry com o intuito de obter apenas um número para a plotagem do gráfico 1, para melhor observação dos resultados de rugosidade. Este princípio foi utilizado também nas tabelas 3 e 4, estas representam as peças 2 e 3.

Os resultados das medições de rugosidade realizados na peça 2, confeccionada com inserto wiper encontra-se na tabela 3.

Tabela 3 - Resultados das medições de rugosidade da peça 2

Peça 2 Media Ra 1,02 1,16 1,18 0,84 1,04 1,048 posição 1 RZ 7,6 8,4 8,1 6,1 8,3 7,7 Ry 13,3 12,4 10,9 8,8 11,5 11,38 Ra 1,46 1,02 1,22 0,92 0,94 1,112 posição 2 RZ 10,7 7,4 7,5 7,1 8 8,14 Ry 15,9 9,5 10,1 9,5 9,5 10,9 Ra 1,34 1,16 1,06 1 0,92 1,096 posição 3 RZ 8,1 7,8 7,8 7,4 6,6 7,54 Ry 9,2 13,8 8,6 8,9 7,8 9,66 Ra 0,96 1,18 1,26 1,08 0,98 1,092 posição 4 RZ 7,3 8,3 8,6 8,8 7,9 8,18 Ry 9,1 11,3 10,1 14,6 15,5 12,12 Ra 0,87 1,1 1,22 0,88 0,93 1 posição 5 RZ 6,7 7,9 8,1 6,1 6,5 7,06 Ry 8,7 11,3 9,8 8,7 7,6 9,22

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Tabela 4 - Resultados das medições de rugosidade da peça 3 Peça 3 Media Ra 1,58 1,57 1,58 1,57 1,52 1,564 posição 1 RZ 7,3 7,3 6,9 6,6 6,8 6,98 Ry 7,9 7,6 8 7,6 7,2 7,66 Ra 1,5 1,56 1,62 1,52 1,62 1,564 posição 2 RZ 6,8 7 7 7,4 7,2 7,08 Ry 7,2 7,7 7,5 8 7,7 7,62 Ra 1,5 1,6 1,62 1,64 1,58 1,588 posição 3 RZ 6,6 7,4 7,2 7,7 7,3 7,24 Ry 7 8,1 7,8 8,3 8,2 7,88 Ra 1,52 1,58 1,54 1,6 1,56 1,56 posição 4 RZ 6,9 7 6,8 7,2 7,2 7,02 Ry 7,3 8,1 7,4 8,3 8,2 7,86 Ra 1,59 1,6 1,56 1,52 1,62 1,578 posição 5 RZ 7,2 7,2 7,1 7 6,6 7,02 Ry 8 7,8 7,7 7,2 7,4 7,62

O gráfico 1 mostra os resultados de “Rugosidade X Peças”. Observa-se que neste gráfico, as peças 1 e 3 possuem valores de rugosidade aproximados e a peça 2 possui os maiores valores de Rz e Ry, que no gráfico está representado como Rmáx, e o menor em Ra. Salienta-se que a peça 1 foi confeccionada com inserto convencional, a peça 2 e 3 com o inserto wiper, sendo que a peça 3 com o dobro de avanço. As peças 1 e 3 obtiveram o resultado indicado pelo manual do fabricante, mas a peça 2 não obteve o resultado esperado.

Gráfico 1 – Resultados das medições de rugosidade nas peças 1, 2 e 3 Fonte: Software Image Tool – Universidade de Caxias do Sul

0 2 4 6 8 10 12 14 0 1 2 3 4 Peças R u gos id a de R a, R z e R má x [µ m ] Rmáx Rz Ra

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Figura 19: Comparação entre inserto alisado e convencional

Fonte: Manual de Ferramentas Sandvik Coromant

Foram realizadas fotos metalográficas das peças usinadas no sentido transversal e longitudinal, para observar o encruamento do material. Todas as fotos foram tiradas com 500 vezes de aumento. O material analisado foi o aço 8620 ABNT.

Figura 20: Foto metalográfica

transversal da peça 1 em 500 vezes

Fonte: Software Image Tool – Universidade de Caxias do Sul

Figura 21: Foto metalográfica longitudinal da peça 1 em 500 vezes

A figura 20 mostra o material encruado em forma de vírgula na borda superior, onde pode ser obtido o sentido do corte do material, e a figura 21 mostra o encruamento na borda inferior, observa-se que na figura 21 os grãos encontram-se achatados nesta região. No encruamento longitudinal é possível obter uma medição da área encruada mais precisa, por haver uma visualização melhor de onde termina o encruamento da superfície do material. Utilizando a escala da foto, foi medido o encruamento da figura 20 e 21 com o auxílio do software Image Tool, para uma maior precisão das medições.

Foram feitas 5 medições e a média dos resultados encontrados, foi um encruamento com profundidade de 0,0094 mm na superfície da peça 1 no sentido transversal e de 0,0084 mm no sentido longitudinal.

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As figuras 22 e 23 foram analisadas e as médias dos resultados encontrados foram um encruamento com profundidade de 0,0077 mm na superfície da peça 2 no sentido transversal e de 0,0065 no sentido longitudinal.

Observa-se que na figura 23, o encruamento é menor em relação as outras peças analisadas, isso pode ser analisado quando comparadas as outras fotos no sentido longitudinal das peças 1, 2 e 3. Quando observa-se a figura 23, não se percebe um encruamento muito saliente como nas outras figuras 21 e 23.

As figuras 24 e 25 foram analisadas e as médias dos resultados encontrados foi um encruamento com profundidade de 0,0095 mm na superfície da peça 3, no sentido transversal e de 0.011 mm no sentido longitudinal. A peça 3 possui os valores mais elevados de encruamneto em relação as peças 1 e 2.

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Figura 26: Foto da superfície da peça 1 em 50 vezes

Observa-se que nas figuras 26 e 27, as linhas que a ferramenta de corte fez na superfície da peça não apresentam sinais de vibração durante o corte.

Observa-se que nas figuras 28 e 29 encontra-se entre um vale e outro, resíduos de material que foram compactados pelo raio alisador da pastilha durante a usinagem. Esta superfície foi torneada com uma pastilha Wiper, usando o mesmo avanço da peça 1.

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Observa-se que nas figuras 30 e 31, as linhas que a ferramenta de corte fez na superfície da peça não apresentam sinais de vibração durante o corte.

Salienta-se que a peça 3 teve o melhor acabamento em relação as outras peças, esta foi confeccionada com o dobro de avanço em relação as peças 1 e 2.

Este relatório tem como anexo, a tabela de resultados e os dados coletados durante o torneamento dos corpos-de-prova.

Conclusões e recomendações

Os resultados de rugosidade das peças 1 e 3 encontram-se dentro do esperado pelo fabricante da pastilha. Salienta-se que a peça 3 obteve os melhores resultados de rugosidade, mesmo sendo confeccionada com o dobro de avanço. Os resultados de rugosidade da peça 2 não obtiveram o esperado, pelo fato do avanço da máquina estar abaixo do recomendado, que era 0,3. Entretanto foi usado 0,2 pelo fato da máquina não possuir a potência necessária.

As fotos de topografia mostram que a peça 2 tem a maior rugosidade, pelo fato do inserto Wiper ter compactado o material ao invés de remove-lo. Isso ocorreu porque o avanço da máquina estava abaixo do recomendado pelo fabricante da pastilha.

Os resultados de encruamento mostram que não ocorrem uma grande mudança entre um inserto Wiper e um inserto convencional, em relação à profundidade do encruamento. A tabela 5 mostra os resultados para uma melhor comparação.

Tabela 5 – Resultados de encruamento

Peça Longitudinal transversal

1 0,0084 mm 0,0094 mm

2 0,0065 mm 0,0077 mm

3 0,011 mm 0,0095 mm

Observa-se na tabela 5 que as peças 1 e 3 possuem valores de encruamento aproximados, e a peça 2 possui os menores valores.

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Referências

CENTRO DE INFORMAÇÃO METAL MECÂNICA – CIMM. Disponível em: <http://www.cimm.com.br>. Acesso em: jun. 2006.

ESCOLA POLITÉCNICA DA USP. Disponível em: <www.poli.usp.br>. Acesso em: jun. 2006.

FERRARESI, Dino. Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo, Edgard Blucher, 1970. 751p. il.

ROMI. Manual de programação e operação CNC MACH 9. Santa Bárbara d’Oeste, s.d. 222p. il.

SANDVIK COROMANT BRASIL. Disponível em: <http://www.coromant.sandvik.com/br>.

Acesso em: abr. 2006.

SANDVIK COROMANT. Manual técnico de usinagem; torneamento, fresamento, furação, mandrilamento, sistemas de fixação. Jurubatuba, s.d. 1v. il.

SANDVIK COROMANT. Catalogo principal; torneamento, fresamento, furação, mandrilamento, sistemas de fixação. Jurubatuba, 2006. 1v. il.

SANDVIK COROMANT. Ferramentas wiper. Jurubatuba, 2006. 1v. il.

WIDIA. Disponível em: <www.widia.com>. Acesso em: jun. 2006.

Nome do técnico responsável Ivan Leandro Debiasi

Nome da Instituição do SBRT responsável Centro Tecnológico de Mecatrônica SENAI