VIII CONGRESSO NACIONAL DE ENGENHARIA MECÂNICA
UBERLÂNDIA - MG - BRASIL 10 A 15 DE AGOSTO DE 2014
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE DE CORTE NO
ACABAMENTO SUPERFICIAL NO FRESAMENTO À SECO DO
COMPÓSITO DA RESINA EPÓXI COM PÓ DE ALUMÍNIO
Alan Ferreira Pinheiro Tavares, alan@fem.unicamp.br1
César Henrique Córdova Quiroz, cesar@fem.unicamp.br1
Gilberto Garcia del Pino, ggdelpin@usp.br2
Antonio Celso Fonseca de Arruda, celso@fem.unicamp.br1
1
Universidade Estadual de Campinas, Rua Mendeleyev, 200, Campinas - São Paulo
2
Universidade do Estado do Amazonas, Av. Darcy Vargas, 1200, Manaus - Amazonas
Resumo: A necessidade de fabricação rápida de protótipos que possuam propriedades similares ao produto final deixou em evidência a busca por melhores métodos e técnicas de fabricação buscando cada vez mais um menor custo econômico e ecológico. O trabalho baseia-se no fresamento a seco (sem liquido de refrigeração) do compósito da resina epóxi com pó de alumínio visando o estudo de parâmetros de corte para uma possível viabilidade de uso como matéria prima em moldes de ferramenta rápida de injeção plástica e matrizes. Realizando a variação dos parâmetros de usinagem e observando o comportamento e a influência dos mesmos junto à velocidade de corte visou-se obter um bom acabamento superficial nos corpos de prova usinados, para que futuramente os mesmos satisfaçam as exigências produtivas de moldes de ferramenta rápida. Tendo pesquisas bibliográficas de trabalhos similares como referencia para nossa base conceitual e realizando medições de rugosidade superficial média nos canais usinados, conseguiu-se comparar resultados e obter ótimos dados de corte na usinagem a seco do compósito.
Palavras-chave: velocidade de corte, fresamento a seco, material compósito, rugosidade média
1. INTRODUÇÃO
Uma empresa de destaque sempre visa produtos de alta qualidade com um baixo custo, logo a engenharia de fabricação busca o desenvolvimento de técnicas e parâmetros de usinagem cada vez mais eficazes, materiais de manufatura ágil e ferramentas com alta taxa de remoção e precisão em desbaste e acabamento.
Intensificou-se a procura por materiais alternativos de menor custo que correspondam às exigências da injeção de termoplásticos para pequenas séries, devido à constante necessidade de mudanças de projeto e design de produtos.
Na tentativa de se encontrar uma formulação adequada a partir de uma resina comercial de baixo custo, para um com-pósito de epóxi com alumínio particulado, adicionado com o fim de aumentar a condutividade térmica, para fabricação de moldes para injeção, o compósito com resina epóxi tem sido muito usado, principalmente por sua versatilidade de fabri-cação, boa resistência mecânica e resistência química, apesar de tais propriedades não serem tão boas quando comparadas aos metais, tendo como resultado uma menor vida útil, temos um baixo custo de produção, visualizando sua utilização para moldes de fabricação rápida, gerando, flexibilidade, qualidade junto a inovação (Veroneze and Araujo, 2004).
A Usinagem a seco proporciona altas taxas de remoção de material, maior flexibilidade, características ecologicamente favoráveis durante a fabricação (nenhum líquido refrigerante para o corte, portanto não exigindo dispendiosas instalações para transporte e separação do cavaco).
Existem ainda outras vantagens para a viabilidade da Usinagem a seco, tais como, redução de processos de usinagem na produção de uma determinada peça, maior precisão geométrica (que reduz o trabalho manual e tempos de fabricação) e aumento da eficiência das fermentarias.
Matrizes para forjamento, moldes de injeção e moldes de sopro são fabricados em materiais duros e resistentes de difícil usinagem que necessitam de um acabamento superficial adequado para sua produção. E como são destinados, em sua maior parte, para a fabricação de artigos de consumo e de larga escala de produção (por exemplo, telefones celulares, solas de ténis, garrafas de plástico e brinquedos), exigem reconfigurações rápidas de seu projeto, além de uma rápida renovação de estilos e desenhos, logo a usinagem a seco aliada a processos de fabricação rápida através de materiais alternativos seria de grande ajuda.
2. MATERIAL COMPÓSITO
Segundo Faria (2008), o surgimento dos compósitos foi motivado pela crescente severidade das condições de operação imposta pelas novas tecnologias, especialmente no que se refere à necessidade de combinar propriedades incompatíveis umas com as outras, como resistência mecânica e tenacidade.
No sentido mais amplo, podemos definir material composto ou compósito como um produto onde dois ou mais ele-mentos são combinados em uma estrutura para obter vantagens e melhorias que nenhum dos componentes poderia fornecer isoladamente (EMIC, 2005).
Para dar uma descrição razoável para o material compósito Smith (1999), o define da seguinte forma: “Um material compósito é formado por uma mistura ou combinação de dois ou mais micro ou macro constituintes que diferem na forma e na composição química e que, na sua essência, são insolúveis uns nos outros”.
Na descrição de Ferrante (2002), uma definição satisfatória de compósitos deve abordar seus componentes, arranjo e “funcionamento” quando em conjunto: “Um material composto é formado por dois ou mais componentes com identidade química e forma diferente, que se conservam e são distintos após o processamento além de serem separados por uma interface mais ou menos definida. A adesão entre esses componentes é tal que as cargas são transferidas para os elementos de maior resistência mecânica, fibras, que estão geralmente dispersas no componente que atua como matriz”.
2.1 Tipos de material compósito
Apesar da grande dificuldade em se definir um material compósito, os estudos sobre materiais que possam substituir as ligas metálicas, cerâmicas e poliméricas têm se mostrado perseverantes, com o objetivo de atender às exigências tecnológicas modernas. No projeto de materiais compósitos, os constituintes são combinações de metais, cerâmicas e polímeros que darão origem a uma nova geração de materiais com melhores propriedades mecânicas.
No que se refere à fase matriz, o compósito pode ser classificado em três grupos: metálico, cerâmico e polimérico; na fase dispersa pode ser classificado em três categorias gerais: compósitos particulados, compósitos de fibras descontínuas (“whiskers”) e compósito de fibras contínuas (Faria, 2008).
2.2 Aplicação dos Compósitos
A seguir são apresentados exemplos atuais de aplicações dos compósitos. As áreas abordadas são: aeroespacial, automotiva e fabricação de moldes e matrizes. Outras aplicações que consome boa quantidade de compósito são por exemplo: a indústria de material esportivo que utiliza compósitos com fibras de vidro e carbono e a indústria química que utiliza tanques e vasos de pressão em epóxi e em poliéster reforçados com fibras de vidro (Faria, 2008).
Aplicações aeroespaciais: é o campo no qual os compósitos de matrizes metálicas ou cerâmicas têm grande potencial. A razão é simples: as limitações das ligas metálicas em altas temperaturas. O objetivo é substituir a liga de alumínio 2618, onde a máxima temperatura na fuselagem atinge aproximadamente 200◦C.
Aplicações Automotivas: o uso de compósitos em automóveis de competição já é realidade, com destaque para as fibras de carbono na construção de células que oferecem alto grau de proteção ao piloto. Entretanto, uma série de novos desenvolvimentos leva a prever a iminente introdução desses materiais em veículos de alto desempenho. Porém, a maioria dos casos se refere a compósitos de matrizes polimérica, e deve se assinalar que o advento da tecnologia de reforços termoplásticos com mantas e tecidos permitem a substituição de chapas de aço por compósitos termo formados. Aplicações em Moldes: Com o surgimento da prototipagem rápida (PR) e de ferramental rápido (RT), verifica-se o aumento de interesses da indústria em moldes de injeção. O vazamento de termo fixo com cargas metálicas possibilita a construção de moldes usando materiais compósitos, os quais apresentam maior resistência que os utilizados por outras técnicas RT. Pois, segundo pesquisas de Ahrens (2008), a técnica de vazamento de resinas epóxi com partículas de alumínio mostrou-se uma alternativa bastante prática e eficaz para a fabricação rápida de moldes. Os ciclos de injeção de PP no molde de epóxi/alumínio foram mais longos, como esperado, aproximadamente de 200 segundos.
3. USINAGEM A SECO
Na usinagem a seco, não se verificam as funções primárias dos fluidos de corte: refrigeração, lubrificação e transporte de cavacos. Assim, exige-se uma adaptação compatível de todos os fatores influentes: máquina, peça, ferramenta, pro-cesso e parâmetros de corte. Modernas ferramentas de corte têm sido desenvolvidas para suportar altas temperaturas na região do corte, sem perder a dureza e a resistência ao desgaste. Com isso, é possível aumentar a produtividade com a usinagem a seco, pois não se elimina apenas o custo com o lubrificante-refrigerante, mas também o tempo e o custo com a manutenção. Além dos aspectos tecnológicos e econômicos, os ecológicos também merecem destaque (Souza, 2011).
A indústria utiliza em larga escala fluidos lubrificantes isso gera problemas que afetam nocivamente aos colaboradores, com isso pesquisas são feitas para encontrar processos menos agressivos. A Usinagem a Seco vem para adequar às empresas esta questão que é a preocupação com o meio ambiente. Os especialistas preferem utilizar técnicas sem fluido de corte, já os operadores dos equipamentos preferem com fluido, pois a remoção do cavaco e limpeza dos equipamentos se torna mais prática. No processo de fresamento, por exemplo, pode ocorrer que durante o corte ocorra interrupção do processo, assim no reinício, o uso do fluido de corte irá intensificar as variações térmicas que ocorrem no processo durante o corte interrompido, levando ao aparecimento de trincas devido ao choque térmico na aresta de corte (Dunlap, 1997).
4. METODOLOGIA
4.1 Corpo de Prova(CP)
Para realização de testes de usinagem, foram utilizados seis corpos de prova (CP) com composições de compósito de matriz polimérica de epóxi carregado com alumínio em pó, confeccionado com a resina RenCastTMCW 436 / Alumínio
Granulado MR-8 (Proporção - 100:6:40 PP), desmoldante RenLeaseTM QZ 5111 e mais o agente de cura, todos do
fabricante MAXEPOXI. São apresentadas as informações de proporção de pó de alumínio, agente de cura, massa total, dimensão e imagem do compósito na Tab. 1 abaixo. Os CP1, CP2 e CP3 foram realizados em moldes de madeira e os outros três em moldes de acrílico, conforme Fig. 2.
Tabela 1: Especificações variadas no teste com o molde de acrílico.
Descrição CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 Massa Alumínio 10%mAL 12%mAL 15%mAL 10%mAL 12%mAL 15%mAL
Agente de Cura 5.7%AC 5.7%AC 5.7%AC 5.7%AC 5.7%AC 5.7%AC Dimensão(mm) 55x50x100 65x35x100 55x50x100 50x35x100 50x35x100 50x40x100
Massa Total(g) 400 337 430 293 302 327
Figura 1: CP1, CP2, CP3, CP4, CP5 e CP6.
4.2 Confecção do Material
Utilizando o laboratório de materiais e de manufatura na Escola Superior de Tecnologia da Universidade do Estado do Amazonas UEA/EST, foram construídos seis moldes, sendo três de madeira e três de acrílico, os de madeira foram vedados com cola e serragem, conforme Fig. 3, todos os moldes foram parafusados formando uma cavidade em forma e bloco retangular com especificações de massa, proporção e dimensão, conforme a Tab. 1.
Após os molde estarem prontos, foram passadas três demãos do desmoldante RenLeaze, sempre esperando a eva-poração do solvente entre cada aplicação. Cada kit de resina RenCast possui um 1Kg (0,943g de resina e 0,0057g de agente de cura). Após a aplicação do desmoldante realizou-se a mistura da resina com agente de cura, depois adicionado o pó de alumínio nas proporções indicada na Tab. 1 em relação a massa total final (resina mais pó de alumínio). Depois realizou-se o enxerto do material líquido no molde e posicionou-se o material moldado na prensa MARCON MPH-15 a fim de evitar aglomeração de bolhas no compósito. Após 24 horas de cura o material foi retirado da prensa e inserido no forno para a polimerização final do compósito.
Colocou-se os moldes no forno da QUIMIS Q318 D24 e seguindo as recomendações do fabricante realizou-se o tratamento térmico, inicialmente em 60◦C durante 2 horas. A partir do mesmo, aumentamos 20◦C a cada 2 horas até chegar a 150◦C ficando nessa temperatura durante 14/15 horas. Posteriormente o forno foi desligado, não retirando o molde do mesmo até o seu resfriamento total. Lembrando que os compósitos com molde de acrílico tiveram que ser retirados dos moldes antes de sua entrada no forno, pois os mesmos não aguentaria uma temperatura de 150◦C.
Figura 2: À esquerda são os moldes de madeira e direita são os moldes de acrílico.
Após a cura dos compósitos no forno seguida de recomendações do catalogo do fabricante MAXEPOXI, foram reti-rados os compósitos dos moldes de madeira, nesse momento foi possível verificar a importância do desmoldante, já que a resina possui propriedade semelhante à uma cola e adere facilmente à madeira.
Para uma melhor especificação da confecção dos CP’s, foram realizados ensaios de compressão e dureza referenciadas em (Silva, 2012), cujo trabalho era focado na caracterização do material, segundo o mesmo nos ensaios de compressão, foram desenvolvidos três moldes desmontáveis de madeira (angelim), pela possibilidade de enclausuramento em estufa
sem entrar em fusão. Os mesmos foram projetados para abrigar corpos de prova com as dimensões definidas na norma ASTM D 695-91. No total foram 20 (vinte) corpos de prova com diâmetro de 12,7 mm (1/2 pol) e comprimento de 25,4 mm (1 pol). As dimensões dos moldes são de 30x50x200mm. Foram realizados seis furos com uma broca de aço rápido com diâmetro de 1/2” e 4mm de profundidade para abrigar o compósito particulado no estado líquido.
Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de compressão nos laboratórios de engenharia civil do IFAM (Instituto Federal do Amazonas), tendo como equipamento a máquina Contenco Pavistest com indicador digital microprocessado em Tf (toneladas-força) Novus N1500LC (Silva, 2012). Após os ensaios de dureza realizados na empresa Siemens Eletroeletrônica Ltda, foram obtidos os dados de dureza, visto na Fig. 4. Segundo Silva (2012), os valores de maior dureza foram encontrados na parte superior dos corpos de prova, causados pela compressão dos mesmos durante o tempo de cura externa ao forno.
82.64 82.24 84.23 82.95 83.77 82.95 80.12 79.78 77 78 79 80 81 82 83 84 85 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8
Níveis de Dureza (Shore D)
Níveis de Dureza
Figura 3: Caraterísticas dos corpos de provas para ensaios de dureza.
4.3 Usinagem do Compósito
Após os ensaios de compressão e dureza, o material foi levado à usinagem para realização do esquadrejamento, realizado em uma fresadora manual CLEVER 4VS da empresa MEDTEC para fotos, dimensionamento e pesagem final dos corpos de prova verificados na Tab. 1. Utilizando-se do simulador de usinagem NX 7, visto na Fig.5, conseguiu-se visualizar o processo de fresamento dos canais desejados, evidenciando a forma final do compósito juntamente com a fresa a ser utilizada, podendo determinar com mais clareza as especificações do desenho e da ferramenta de corte.
Com a simulação em CAD’s, visualizada na Fig.5, e com auxílio de literaturas estudadas relacionadas à usinagem de materiais endurecidos e usinagem do próprio compósito de epóxi com pó de alumínio, como exemplo o trabalho de (Oliveira, 2006), (Oliveira, 2010) e (Abrao et al., 1996), além de testes de usinagem com amostras confeccionadas. Foi gerado a Tab. 2 com os principais parâmetros de corte, Vc, fze apseguindo nas colunas a ordem de operação, local da
operação, junto à sigla e seus parâmetros de corte.
Foram considerados como base os parâmetros da Tab. 2 para todos os CP’s, para assim poder realizar uma comparação entre os mesmos. Foram realizadas 4 (quatro) variações de velocidade em virtude do estudo voltado a velocidade e variando-se 3 (três) vezes o avanço e 3 (três) vezes a profundidade, obtendo-se no total 10 (dez) sequencias de parâmetros por CP.
Tabela 2: Parâmetros de corte utilizados na usinagem.
Ordem Operação do componente usinado Sigla Vc(m/min) fz(mm/min) ap(m)
01 Canal 1 Superior Médio S.M. 100 0.02 1.0 02 Canal 2 Superior Direita S.D. 150 0.02 1.0 03 Canal 3 Superior Esquerdo S.E. 200 0.02 1.0 04 Canal 4 Inferior Médio I.M. 150 0.01 1.0 05 Canal 5 Inferior Direita I.D. 150 0.02 1.0 06 Canal 6 Infeior Esquerdo I.E. 150 0.03 1.0 07 Canal 7 Lateral Direito Superior L.D.S. 150 0.02 1.0 08 Canal 8 Lateral Direito Infeior L.D.I. 150 0.02 1.5 09 Canal 9 Lateral Esquerdo Superior L.E.S. 150 0.02 2.0 10 Canal 10 Lateral Esquerdo Inferior L.E.I. 250 0.02 1.0
Figura 4: Simulação de usinagem do compósito no NX 7.
Para realização dos ensaios finais foram utilizados os equipamentos do laboratório de usinagem do SENAI/AM Wal-demiro Lustoza; Utilizando-se de uma ferramenta de corte de 10 mm de diâmetro da INDAÇO de metal duro, com um fresamento concordante na fresadora CNC Romi D 560.
A programação na CNC foi efetuada da seguinte forma: Primeiramente se programou um faceamento de baixa pro-fundidade com uma ferramenta multi-cortante para nivelamento do corte, tal ferramenta estava disponível no laboratório do SENAI, em seguida a programação retornava com uma troca rápida de ferramenta para fresa de topo de 10 mm com o desbaste dos canais, seguindo a sequência e a parametrização da Tab. 2.
Em cada face usinada, tinha-se a necessidade de parada para mudança de parâmetros e reposicionamento da peça junto morsa, repetindo-se 4 (quatro) vezes o procedimento por corpo de prova, sendo 6 (seis) CP’s ao total, logo, finalizou-se a usinagem com 24 (vinte e quatro) reposicionamentos, com o total de 60 (sessenta) canais usinados, 10 (dez) canais por CP, conforme visto na Fig. 6.
Figura 5: À esquerda: Realização do desbaste dos canais utilizando a fresa de 10mm.À direita: Imagens do cavaco produzido na usinagem.
Mostra-se na Fig.7, o registro fotográfico da forma final de todos os corpos de prova usinados. Identificando os mesmos segundo suas numerações da Tab. 1.
1
2
3
4
5
6
Figura 6: À esquerda: CP’s confeccionados em moldes de madeira. À direita: CP’s confeccionados em moldes de acrílico.
4.4 Medição no rugosímetro
Foram realizadas as medições da textura superficial dos canais usinados através do rugosímetro portátil da SV-201 da MITUTOYO. Fez-se a medição do parâmetro Ra na unidade (µm) em 5 (cinco) pontos diferentes a cada canal usinado,
pela alta porosidade do material e em seguida retornos com a média dos 5 (cinco) pontos, utilizando um (nível de cut-off) de 1,0 mm com velocidade de varredura de 0,5 mm/s, e 0.8 mm de ranger.
4.5 Identificação de defeitos(Score)
Ao fim dos ensaios de usinagem e processos de medição de rugosidade, foram verificados alguns defeitos nos CP’s usinados, defeitos esses também chamados de score identificados na Fig.8 abaixo.
Figura 7: À direita superior: Defeito identificado no CP4 – Molde Acrílico – 10% mAL. À esquerda superior: Defeito identificado no CP5 – Molde Acrílico – 12% mAL. À direita inferior: Defeito identificado no CP1 – Molde Madeira – 10% mAL. À esquerda inferior: Defeito identificado no CP2 – Molde Madeira – 12% mAL.
5. RESULTADOS
5.1 Análise dos resultados dos testes de rugosidade: Influência da velocidade de corte no acabamento superficial
Para uma melhor análise gráfica da rugosidade referente à velocidade de corte, foi construido um gráfico comparativo entre as 3 (três) proporções de massa de alumínio (mAl), primeiro com os CP’s fabricados em moldes de madeira, Fig.9 e logo depois com os CP’s fabricados em moldes de acrílico na Fig.10.
Em relação aos CP’s fabricados em moldes de madeira com os de acrílico, nota-se uma instabilidade maior nos de madeira, assim como também alguns dos menores resultados de rugosidade nos moldes de madeira principalmente nos CP’s com (10% mAl) e (15% mAl), ou seja, melhores resultados, enquanto o de 12% de mAl, também com madeira, apresento maiores resultados de rugosidade, ou seja, piores valores.
0,63 0,50 0,54 0,86 1,24 1,08 0,93 0,79 0,72 0,65 0,55 0,53 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 100 150 200 250 Ra (μ m) Vc(m/min) 10% mAl 12% mAl 15% mAl
0,92 0,84 0,71 0,69 0,84 0,79 0,57 0,51 0,79 0,56 0,64 0,62 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 100 150 200 250 Ra (μ m) Vc(m/min) 10% mAl 12% mAl 15% mAl
Figura 9: Comparativo da Ra(µm) com o Vc(m/min) entre as 3 (três) mAl – Molde Acrílico.
Também nota-se uma tendência de diminuição dos valores de rugosidade com o aumento da velocidade de corte até (200m/min), pode-se identificar tal fato nos CP’s com 12% e 15% de (mAl) de molde de madeira e no de 10% e 12% de (mAl). Tal fenômeno é explicado segundo (Silva et al., 2006), devido à velocidade do cavaco que é maior em altas velocidades de corte que em baixas. Isto leva a um menor tempo de contato entre o cavaco e a nova superfície formada e a tendência do cavaco ser arrastado para esta nova superfície é pequena quando comparada a situações de baixas velocidades de corte. Além disso, quando aumenta-se a velocidade de corte, existe uma tendência em ocorrer um aumento da temperatura de usinagem, facilitando o corte e, consequentemente, reduzindo as vibrações inerentes ao processo.
Percebe-se também que ao proporcionar um aumento excessivo da velocidade de corte (250m/min), ocorre um au-mento nos valores de rugosidade. Um dos motivos deste auau-mento da rugosidade se dá posivelmente pela alta porosidade, erros relativos à confecção do material, aumento excessivo da temperatura ou também pode ser segundo (Silva et al., 2006), desbalanceamento da fresa e a consequente vibração em altas velocidades de corte.
5.2 Análise dos resultados dos testes de rugosidade: Influência do avanço por dente no acabamento superficial
Para uma melhor análise gráfica da rugosidade referente ao avanço por dente, foi construido um gráfico comparativo entre as 3 (três) proporções de massa de alumínio (mAl), primeiro com os CP’s fabricados em moldes de madeira na Fig.11 e logo depois com os CP’s fabricados em moldes de acrílico na Fig.12.
Em relação aos CP’s fabricados em moldes de madeira com os de acrílico, nota-se uma instabilidade maior nos de acrílico, assim como também maiores resultados de rugosidade nos moldes de acrílico, ou seja, piores resultados principalmente no CP com (12% mAl).
0,77 0,87 0,96 0,64 0,79 0,86 0,50 0,64 0,69 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 0,01 0,02 0,03 Ra (μ m) fz(mm/dente) 10% mAl 12% mAl 15% mAl
0,75 0,65 0,92 0,61 0,96 1,11 0,57 0,71 0,70 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 0,01 0,02 0,03 Ra (μ m) fz(mm/dente) 10% mAl 12% mAl 15% mAl
Figura 11: Comparativo da Ra(µm) com o Fz(m/min) entre as 3 (três) mAl – Molde Acrílico.
Também se verificou um aumento dos valores de rugosidade juntamente com o aumento do avanço por dente, sendo valores diretamente proporcionais, tal fato evidenciado em todos os CP’s, chamando atenção os CP’s com (15% mAl), principalmente com a utilização do avanço (0.01mm), apresentando os melhores resultados. Segundo Silva et al. (2006), explica tais fatos, afirmando que com o aumento do avanço, aumenta-se a distância entre as marcas de avanço geradas na superfície da amostra. Em consequência disto, a altura relativa entre os picos e valores também aumentam, elevando os valores de rugosidade. Explica-se também que, quando há aumenta do valor do avanço, a seção de corte aumenta numa proporção direta, quase linear. O aumento dessa seção de corte faz com que a força necessária para usinagem do material seja elevada, aumentando a vibração da ferramenta e consequentemente o valor da rugosidade.
5.3 Análise dos resultados dos testes de rugosidade: Influência da profundidade no acabamento superficial
Para uma melhor análise gráfica da rugosidade referente à profundidade, foi construido um gráfico comparativo entre as 3 (três) proporções de massa de alumínio (mAl), primeiro com os CP’s fabricados em moldes de madeira na Fig.13 e logo depois com os CP’s fabricados em moldes de acrílico na Fig.14.
Em relação aos CP’s fabricados em moldes de madeira com os de acrílico, nota-se boa estabilidade de resultados entre os mesmos, tendo destaque para os moldes fabricados de madeira, apresentando menores resultados de rugosidade, ou seja, melhores resultados principalmente no CP com (15% mAl) utilizando profundidade de corte de (1.0mm).
Também se identificou um aumento dos valores de rugosidade juntamente com o aumento da profundidade de corte, sendo valores diretamente proporcionais, tal fato foi evidenciado em quase todos os CP’s, com exceção do CP com (12% mAl) fabricado com molde de acrílico que obteve divergência quanto a tendência esperado de seus resultados em relação literaturas referentes a influencia da profundidade de corte no acabamento, Oliveira (2006), podendo ter adquirido irregularidade desde seu processo de fabricação até seu processo de usinagem e medição de textura.
0,80 0,87 0,93 0,65 0,70 0,77 0,62 0,68 0,71 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,00 1,50 2,00 Ra (μ m) ap(mm) 10% mAl 12% mAl 15% mAl
0,77 0,85 0,96 0,75 0,92 0,89 0,70 0,79 0,85 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,00 1,50 2,00 Ra (μ m) ap(mm) 10% mAl 12% mAl 15% mAl
Figura 13: Comparativo da Ra(µm) com o ap(m/min) entre as 3 (três) mAl – Molde Acrílico.
Através da literatura de Silva et al. (2006), entende-se melhor as tendências de nossos resultados de rugosidade, onde comenta-se a existência de uma tendência de aumento da rugosidade quando a profundidade de corte se torna maior. A profundidade de corte influência de maneira indireta a qualidade superficial de uma peça fresada. Aumentando-se a profundidade de corte, aumenta-se a resistência ao corte e, em consequência disto, maiores vibrações são geradas na ferramenta. Deste modo, espera-se que a qualidade superficial piore.
6. CONCLUSÃO
A utilização da técnica de usinagem a seco (sem utilização de fluidos de corte) foi válida, visto a identificação de pouco desgaste da ferramenta de metal duro. Percebeu-se também que poucos scores foram gerados no material usinado, boas taxas de remoção do material ao utilizar o fresamento concordante que contribui para uma melhor vida útil da ferramenta, evitando o alto aquecimento na usinagem. Também foram obtidos bons resultados de rugosidade média, servindo de motivação para realização de testes mais limpos gerando menores custos econômicos e ecológicos.
Foram realizados testes, seguindo-se os estudos de (Oliveira, 2010), (Junior, 2009) e (Oliveira, 2006), obtendo-se uma ampla base de dados, assim como também a realização de testes com velocidade de corte de até 250 m/min.
Em relação à velocidade de corte, avanço por dente e profundidade de corte, os moldes de madeira com os CP’s com proporção de 15% de massa de alumínio apresentaram melhores valores. Todavia os CP’s fabricados em moldes de acrílico apresentaram maior irregularidade, isto devido ao fato deles não serem inseridos no forno industrial junto ao material curado, não seguindo as recomendações do fabricante sugeridas por não suportarem elevadas temperaturas do forno.
Foi evidenciado também uma tendência de melhora no acabamento superficial quando se aumenta a velocidade de corte até 200m/min, ao passar desse valor notamos diminuição do acabamento superficial, o que já era esperado ao utilizarmos excessiva velocidade. Em relação ao avanço por dentes e profundidade de corte, tem-se melhores valores de rugosidade média quando estes valores diminuem, ou seja, melhor acabamento superficial.
Ao fim dos estudos, treinamentos, ensaios, simulações e análises teóricas e experimentais através de exemplifica-ções de gráficos, pode-se afirmar que o melhor parâmetro de velocidade de corte, avanço por dente e profundidade são os de 200m/min, 0.01mm/dente e 1.0mm respectivamente, atingindo com isso, objetivos desejados, tanto gerais como específicos.
Foi verificado ao final dos ensaios de usinagem e medições no rugosímetro algumas instabilidades já esperadas, pela alta diversidade de fatores influentes principalmente identificadas na etapa de fabricação do compósito, como a geração de vazios e tensão térmica residual. Logo esses problemas resultam em um compósito não homogêneo e com baixa resistência mecânica gerando altas taxas de porosidade nos canais onde os dados foram coletados, podendo ter influenciado principalmente nos resultados de avanço, pois notou-se alguns fatores inesperados em seus resultados, onde o mesmo mostrou menos relevância na rugosidade média em relação à velocidade e corte, porém com pouca diferença, mostrando mais relevância em relação à profundidade de corte o que já era esperado.
7. AGRADECIMENTOS
Aos autores acima citados, a Universidade do Estado do Amazonas e a Universidade Estadual de Campinas que contribuíram para a realização deste artigo.
8. REFERÊNCIAS
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9. RESPONSABILIDADE AUTORAL
“Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo deste trabalho”.
VIII CONGRESSO NACIONAL DE ENGENHARIA MECÂNICA
UBERLÂNDIA - MG - BRASIL 10 A 15 DE AGOSTO DE 2014
STUDY ON THE INFLUENCE OF CUTTING SPEED SURFACE FINISH IN
THE DRY MILLING OF COMPOSITE RESIN EPOXY POWDER WITH
ALUMINUM
Alan Ferreira Pinheiro Tavares, alan@fem.unicamp.br1 César Henrique Córdova Quiroz, cesar@fem.unicamp.br1
Gilberto Garcia del Pino, ggdelpin@usp.br2
Antonio Celso Fonseca de Arruda, celso@fem.unicamp.br1
1Universidade Estadual de Campinas, Rua Mendeleyev, 200, Campinas - São Paulo 2Universidade do Estado do Amazonas, Av. Darcy Vargas, 1200, Manaus - Amazonas
Resumo: The need for rapid manufacture of prototypes that have similar properties to the final product left evidence in the search for better methods and manufacturing techniques increasingly seeking lower economic and ecological cost. The work is based on milling dry (without coolant ) the composite of epoxy resin with aluminum powder for the study of cutting parameters for a possible viability for use as raw material in molds rapid plastic injection tool and dies. Performing the variation of machining parameters and observing the behavior and their influence along the cutting speed we aim to achieve a good surface finish on the machined specimens, so that in future they meet the production requirements of molds fast tool. Having bibliographic searches of similar operations by reference to our conceptual basis and performing measurements of average surface roughness on machined channels, could be compared to obtain great results and cutting data in dry machining of the composite..
