UTILIZAÇÃO DO (MQL), NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO EM CERÂMICA AVANÇADA COM REBOLO DIAMANTADO COM LIGANTE RESINO -
CERÂMICO
Wesley Rodrigues do Nascimento
Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica – Unesp – Bauru Prof. Dr. Eduardo Carlos Bianchi
Orientador – Depto de Engenharia Mecânica – Unesp – Bauru
RESUMO
O meio ambiente tem se tornado um dos assuntos mais importante dentro do contexto atual, pois a poluição e os resíduos industriais, que são prejudiciais à saúde do ser humano, despertam cada vez mais a atenção das autoridades públicas. Dessa forma, as indústrias, universidades e centro de pesquisas são influenciados a pesquisar métodos alternativos menos prejudiciais ao meio ambiente. O uso do fluido de corte, por exemplo, tem sido constantemente estudado para que este possa ser substituído ou utilizado na mínima quantidade possível. Dentre as alternativas, destaca-se a usinagem a seco e a utilização da mínima quantidade de lubrificante (MQL). Este último pode ser utilizado também em adição de água e consequentemente com um volume menor de fluido de corte. Este trabalho pretende, portanto, estudar o comportamento da técnica de mínima quantidade de lubrificante (MQL) com água no processo de retificação de cerâmicas com rebolo diamantado com ligante resino - cerâmico. Este estudo será feito através da análise da avaliação das variáveis de saída do processo de retificação externa como o comportamento de força tangencial de corte, emissão acústica, energia específica, rugosidade, relação G (volume de material removido/volume de rebolo desgastado), desvio de circularidade e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Através dos resultados obtidos, pretende-se avaliar a técnica do MQL com água, interpretando-a como um método alternativo de usinagem menos agressivo ao meio ambiente.
PALAVRAS-CHAVE: Rebolo Resino - Cerâmico, MQL, Cerâmica. 1. INTRODUÇÃO
Ultimamente a cerâmica tem se tornado um material que ganha cada vez mais espaço dentro das indústrias, devido à suas características de elevada dureza e rigidez, em contraponto aparece o alto custo agregado ao acabamento da peça. O processo de retificação é o mais utilizado para a usinagem deste material. A viabilidade econômica e a competitividade de cerâmicas de alto desempenho dependem de forma relevante da eficiência do processo de retificação.
fluido de corte ainda remove os cavacos gerados durante a usinagem. A usinagem a seco, deste modo, tem desvantagens no produto final, pois pode resultar em um aumento excessivo da temperatura; e o atrito entre a ferramenta e a peça poderá prejudicar o acabamento superficial desta. Porém possui a vantagem de descartar a utilização do fluido de corte que é prejudicial à saúde do ser humano e ao meio ambiente, além de não ter gastos com a compra e o descarte deste.
A técnica da mínima quantidade de lubrificante (MQL) torna-se, então, um método alternativo que se baseia no princípio de utilização total do óleo de corte sem resíduos; ou seja, com baixo fluxo do fluido de corte que é aplicado a elevadas pressões. A função de lubrificação é assegurada pelo óleo e a de refrigeração, mesmo que pequena, pelo ar comprimido. Esta técnica também pode ser utilizada com adição de água, o que aumenta o poder de refrigeração que é bom não somente pela precisão dimensional, mas também pelo fenômeno de adesão entre a ferramenta e a face de trabalho.
2. OBJETIVOS
O principal objetivo deste trabalho é analisar a técnica da mínima quantidade de lubrificante (MQL) com adição de água, em relação à MQL tradicional sem adição de água, no processo de retificação de cerâmicas utilizando rebolo diamantados com ligante resino - cerâmico, analisando a força tangencial de corte, emissão acústica, energia específica, rugosidade, relação G, desvio de circularidade e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Pretende-se também avaliar a porcentagem de diluição óleo/água no processo da MQL com água que obtém melhor resultado final no processo de retificação.
Também fazem parte dos objetivos deste trabalho, visando a melhor qualificação técnica e humana, os seguintes itens:
• Introduzir o aluno no ambiente de ciência e tecnologia, possibilitando seu contato inicial com metodologias de pesquisa, principalmente no que diz respeito à revisão bibliográfica e a condução de experimentos técnicos e contato com empresas nacionais;
• Incentivar o aprimoramento das tecnologias de usinagem por abrasão e racionalização na aplicação dos fluidos de corte, aplicadas no meio universitário e industrial;
• Promover uma maior interação entre universidade/empresa com o objetivo de incrementar os índices de qualidade, produtividade e competitividade de ambos, tendo como interface os conceitos teóricos e práticos;
• Produzir artigos científicos objetivando a divulgação através de congressos científicos e/ou revistas especializadas dos resultados obtidos na expectativa de que as indústrias possam utilizar os resultados e contribuir para a melhoria da qualidade e produtividade com menor impacto ambiental, pela racionalização da aplicação do fluido de corte;
• Colaborar na formação interdisciplinar do aluno, com vista na inserção social do projeto;
• Fomentar uma maior integração entre pesquisadores, alunos de iniciação científica e alunos de pós-graduação;
3. JUSTIFICATIVA PARA A REALIZAÇÃO DESTE PROJETO
A retificação é um processo em que a temperatura atingida durante a usinagem é muito elevada devido ao contato das diversas arestas de corte existentes no rebolo com a superfície da peça. Dessa forma, a refrigeração é extremamente importante no processo de retificação. Porém os fluídos de corte têm se tornado um problema para as indústrias atuais, devido à fiscalização ambiental que obriga que este seja descartado seguindo às normas apropriadas, o que acrescenta um custo que pode chegar a até 30 vezes o valor da compra do mesmo.
Processos alternativos de refrigeração têm sido estudados ultimamente a fim de minimizar a quantidade de lubrificante utilizado. O estudo do processo de mínima quantidade de lubrificante (MQL) com água tem sido desenvolvido atualmente, porém a literatura sobre este assunto ainda é muito escassa, principalmente no processo de retificação. Portanto este trabalho tem o intuito de contribuir para a pesquisa desse método de lubrificação no processo de retificação externa de cerâmicas utilizando rebolos diamantados. As proporções de diluição de óleo e água (1:1; 1:3; e 1:5) são propostas para que se possa verificar qual a melhor relação em relação ao calor específico de cada componente da mistura ar, óleo e água. A questão do impacto ambiental é relevante neste caso, á que se utilizará ainda menos fluido de corte.
Com relação rugosidade da peça os resultados obtidos com os métodos com adição de água obtiveram valores menores de rugosidade do que o MQL tradicional. O OoW (1:1) foi o que obteve a tendência de melhor resultado, cerca de 35% maior que o convencional e 20% menor que o MQL tradicional. Isto se deve a uma melhor capacidade de refrigeração em comparação ao MQL tradicional, já que a água na forma de névoa tem maior poder de refrigeração. Entretanto, ao se aumentar a proporção de água, observa-se a tendência da elevação dos valores de rugosidade, o que ocorre devido a perda de capacidade de poder lubrificação, já que a proporção de óleo é menor.
Quando foi utilizado o OoW (1:3), os valores de rugosidade média tenderam a se elevar; no entanto, considerando a dispersão dos resultados obtidos, pode-se afirmar que não há diferença significativa entre o OoW (1:1) e o OoW (1:3).
Os métodos OoW (1:1) e OoW (1:3) apresentaram resultados menores que o MQL tradicional; porém, são em média similares ao convencional para a velocidade de mergulho de . O OoW (1:5) apresentou valores excessivamente elevados de de circularidade ultrapassando inclusive o MQL. Pode-se observar que para avanço de 0,25mm/rev, obteve-se valores similares ao método convencional, tanto para OoW (1:1), quanto para OoW (1:3). Para as velocidades de 0,5mm/rev e 0,75mm/ver, o OoW (1:1) obteve resultados menores, cerca de 3,4% maior que o método convencional para 0,5mm/ver, e cercade 20% maior para 0,75mm/ver. Isto ocorre pelo fato de que para os maiores valores de velocidade de avanço, e considerando a respectiva elevação da taxa de remoção, o quesito lubrificação é mais significativo do que o refrigeração, já que o tempo de contato entre peça e rebolo é menor e, consequentemente, estes permanecem expostos por menor tempo à alta temperatura de retificação. Já o MQL apresentou resultados médios de 12%, 41% e 49% maiores que o método convencional para as velocidades de 0,25mm/rev, 0,5mm/rev e 0,75mm/rev respectivamente.
No método de MQL as diluições de OoW se comportaram de forma diferenciada. Para a menor velocidade de avanço o menor desgaste da superfície de corte do rebolo foi para o OoW (1:5), cerca de 34% menor que o método convencional. Para a maior velocidade de avanço, o menor desgaste foi da diluição OoW(1:1), cerca de 29% menor que o convencional e para velocidade intermadiária, os valores foram próximos, sendo ainda o OoW(1:5) levemente menor, cerca de 21% menor que o convencional. Observou-se que para menores velocidades de avanço, em que o tempo de contato entre peça e rebolo é maior e, consequentemente, o tempo em que estes estão expostos à altas temperaturas durante a retificação. Assim, a presença da água em maior proporção diminuir o desgaste do rebolo, devido ao melhor poder de refrigeração em relação a lubricação; ou seja, a refrigeração é mais relevannte do que a lubrificação. Para a maior velocidade de avanço, a lubrificação é mais relevante do que a refrigeração. O tempo de contato rebolo/peça é menor; porém, o esforço de corte tende ser maior pela elevação da taxa de remoção de material.
Assim, motivados pelos resultados já obtidos e considerando que estes são, pelo que é do nosso conhecimento, inéditos na literatura internacional, desejamos dar continuidade ao projeto já realizados, estudando o comportamento do rebolo diamantado com ligante resino - cerâmico na retificação de cerâmicas avançadas.
3.1 Justificativa da parceria entre a UNESP de Bauru e a UNICAMP
Este projeto de pesquisa está sendo submetido a FAPESP para viabilizar a parceria em pesquisa entre a UNESP de Bauru e a Faculdade de Engenharia de Fabricação da UNICAMP, na pessoa do Prof. Dr. Anselmo Eduardo Diniz.
Já existe o apoio da CAPES pela aprovação de um projeto submetido ao PROCAD, Edital PROCAD 01/2007 - Projeto de Incentivo a Formação de Recursos Humanos em Pós-graduação em Engenharia Mecânica. Projeto No 228/2007. No entanto os recursos financeiros disponibilizados pelo PROCAD não são suficientes para atender a demanda de recursos necessários para o desenvolvimento dos projetos que estão sendo propostos; assim, estamos solicitando os recursos do presente projeto via auxílio à pesquisa da CAPES para viabilizar a sua execução.
4. FENOMENOLOGIA DE CORTE NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO
4.1. Alguns conceitos sobre a fenomenologia de corte com ferramentas abrasivas e parâmetros de avaliação do desempenho
A capacidade de remoção de material de uma determinada ferramenta utilizada na retificação de peças cilíndricas está diretamente relacionada com as características dos grãos abrasivos que a compõem. Tais ferramentas utilizam ligantes para a fixação dos grãos, sendo que estes estão sujeitos ao desgaste sucessivo causado pelo arrancamento do cavaco, temperatura na região de corte e pelo aumento gradativo da área do topo do grão abrasivo, que resulta no aumento da área de contato entre grão abrasivo e peça, aumentando as forças envolvidas na remoção de material, nível de emissão acústica e temperatura na região de corte.
ligante existente logo após o grão abrasivo. Dessa forma o cavaco ao deixar a região de corte, se direciona continuamente contra o ligante, resultando num desgaste progressivo do mesmo, pelo atrito cavaco/ligante, e na consequente possibilidade de remoção do grão abrasivo da superfície de corte da ferramenta. O desgaste do ligante está intimamente relacionado à geometria (formas e dimensões) do respectivo cavaco. Assim, de acordo com as condições de trabalho (pressão gerada pelo mergulho da ferramenta em direção ao corpo de prova, velocidade de corte do rebolo, etc.), os cavacos provocam determinadas mudanças na geometria dos rebolos, tornando necessária a utilização de determinadas condições de ensaios favoráveis ao retardamento da ocorrência de tais eventos. Uma maneira diferente de macro-desgaste, é a perda de grãos abrasivos pela ferramenta através da ação da temperatura na região de corte, ocasionando a deterioração da fixação dos grãos da ferramenta pelo ligante, facilitando a liberação dos mesmos. Uma possível solução para este problema é a adoção de ferramentas com ligante de dureza elevada, o qual certamente suporta a ação dos cavacos sobre o ligante, retardando a perda dos mesmos. Porém, tal alteração implica na permanência por mais tempo do grão abrasivo na superfície de corte da ferramenta, acarretando em desgaste do topo dos grãos, aumentando consequentemente, a superfície de contato entre ferramenta e peça. Isso promove aumento da força tangencial de corte, temperatura e nível de emissão acústica, entre outros. O fenômeno de desgaste do topo dos grãos abrasivos da ferramenta, citado anteriormente, é denominado de micro-desgaste.
4.2. Operação de retificação cilíndrica externa de mergulho
A operação de retificação cilíndrica externa de mergulho e seus parâmetros estão ilustrados na figura 1.
Figura 1 - Retificação cilíndrica externa de mergulho (Malkin, 1989)
A operação de retificação cilíndrica externa de mergulho consiste basicamente na profundidade total de mergulho “a” correspondente ao final do ciclo de retificação, com velocidade de corte da ferramenta “vs”, velocidade de mergulho “vf”, velocidade periférica da
peça “vw”, comprimento teórico do cavaco “lc”, diâmetro da ferramenta “ds”, diâmetro da
peça “dw”, força tangencial de corte “Ftc” e força normal de corte “Fn”. Assim a operação de
retificação cilíndrica externa de mergulho é baseada na correlação desses parâmetros, fornecendo-se subsídios para uma determinada condição de retificação desejada.
A figura 2 representa o comportamento do ciclo de retificação quanto ao avanço do rebolo no processo de retificação cilíndrica. Pode-se notar o comportamento do rebolo ao longo do processo de usinagem. No instante t = t1 o rebolo encontra-se numa posição de
deslocamento (∆r1). À medida que o rebolo avança sobre a peça, partindo da posição ∆r1 para
a posição ∆r2, o mesmo não se desloca de maneira instantânea levando certo tempo “t2” para o
rebolo atingir a posição final ∆r2. Esse intervalo de tempo é denominado “Spark-out” ou
“Centelhamento”, que indica o tempo necessário para a ocorrência da acomodação das deformações elásticas ocorridas durante o avanço do rebolo sobre a peça, até um valor próximo da posição final, restando assim uma tensão residual referente à deformação ocorrida durante o processo.
Figura 2 - Representação do ciclo de retificação (Malkin, 1989No processo de retificação, a energia específica (energia por volume de cavaco removido) é muito maior do que em outros processos, uma vez que grande parte da energia de retificação é gasta em outros
mecanismos além da formação de cavaco, tais como atrito das áreas planas dos grãos abrasivos com o material da peça e deformação do material da peça antes do início da
A remoção do cavaco é dividida, basicamente, em três regiões de
micro-fenômenos. A figura 3 representa tais regiões.
Figura 3 – Regiões de micro-fenômenos de remoção de cavaco na retificação (König, 1980)
Os detalhamentos das regiões foram feitos por Malkin (1989) da seguinte forma: - Região I: deformação elástica do material da peça e do material aglomerante do rebolo. A energia fornecida ao processo é consumida na forma de atrito, calor e deformação.
- Região II: material da peça apresenta deformação plástica, escoamento lateral e recuperação da deformação elástica do estágio anterior devido à contínua penetração do grão abrasivo. A dissipação de energia é feita por deformações, atrito e calor.
- Região III: formação do cavaco, uma vez que a aresta de corte atinge um valor de penetração crítico, correspondendo à uma pressão também crítica. Parte da energia é consumida no cisalhamento do material.
Segundo Nussbaum (1988), as deformações das fases I e II ocorrem porque o ângulo de ataque da ferramenta abrasiva é fortemente negativo.
A remoção do cavaco da região de corte se dá pela porosidade do rebolo, sendo expulso da ferramenta pela ação da força centrífuga ou pelo fluido de corte. Caso contrário, ocorrerá o empastamento do rebolo.
5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A revisão bibliográfica a seguir apresenta os principais estudos realizados relativos ao tema tratado neste trabalho: a técnica de mínima quantidade de lubrificante (MQL), a aplicação do fluído de corte, as variáveis de saída no processo de retificação de cerâmicas e rebolos diamantados.
5.1. A Técnica de Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL)
Segundo Obikawa et al. (2006), a técnica de mínima quantidade de lubrificação consiste numa mistura de óleo e ar comprimido, que formando uma névoa, é aplicada na região do corte, no lugar da convencional inundação de fluidos de corte, miscíveis ou imiscíveis em água.
Ainda segundo Attanasio, a técnica de MQL apresenta outras vantagens. O cavaco, a peça e a ferramenta apresentam menos resíduos do lubrificante, o que torna sua limpeza mais fácil e econômica; durante a usinagem, a área de trabalho não fica inundada de fluido de corte, possibilitando, se necessário, observar a operação claramente.
Segundo Klocke & Einsenblätter (1997) , a técnica de MQL apresenta vantagens se comparado com a refrigeração convencional. Dentre elas, a redução da potência de retificação e energia específica, além da melhora da qualidade superficial e do menor desgaste do rebolo.
5.2. A Técnica de Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL) com água
Segundo Yoshimura et al. (2005), o sistema de mínima quantidade de lubrificante com água tem melhor performance na usinagem do que os sistemas de MQL tradicional, de usinagem à seco e com bastante fluido em relação à precisão e refrigeração em ligas de alumínio e aços inoxidáveis.
Ainda segundo Yoshimura, neste método, o desgaste da ferramenta é reduzido consideravelmente em relação à usinagem à seco.
Segundo Itoigawa et al. (2006), o sistema MQL com água apresenta uma alta habilidade de refrigeração devido às gotículas de água envoltas pela camada de óleo (Figura 4), além disso evaporam facilmente nas superfícies da peça e da ferramenta e refrigeram as superfícies devido à sua sensibilidade e latência ao calor.
Figura 4 – Conceito das gotículas de água em óleo (Yoshimura, 2005) 5.3. Fluido de Corte
Segundo Hryniewicz et al. (2000) a refrigeração é muito importante para evitar a geração de elevados gradientes térmicos, que resultam em perdas dimensionais, geométricas e de qualidade superficial.
De acordo com Sokovic & Mijanovic (2001), o uso de fluidos de corte aumenta a vida útil da ferramenta, contribui com uma economia no processo e aumenta a eficiência da produção como um todo.
Segundo Blenkowski (1993), os fluidos podem ser divididos em quatro grupos básicos: óleo integral, óleos solúveis (formadores de emulsões), fluidos semi-sintéticos e fluidos sintéticos. Cada classe é definida em função da quantidade de óleo presente e este pode ser mineral ou sintético. Os fluidos solúveis em água são utilizados em retificações de alta velocidade, pelo fato de apresentarem as melhores capacidades de resfriamento. Os fluidos denominados sintéticos são compostos por materiais inorgânicos, não apresentando nenhum tipo de óleo mineral. O fluido semi-sintético é uma combinação de fluidos sintéticos com óleos emulsificantes, agregando as melhores propriedades de cada um deles.
5.4. Problemas Causados pelo Uso do Fluido de Corte
Segundo Sokovic & Mijanovic, (2001), os fluidos de corte podem provocar sérios danos à saúde do operador da máquina. Estas, podem ter contato direto com a pele, engolir partículas ou mesmo respirar a nevoa, a qual tem um efeito irritante. Além disso, o fluido de corte pode mudar durante as conseqüentes operações, deixando ele mais nocivo à saúde de quem trabalha, através de produtos de reações químicas, corpúsculos estrangeiros e microorganismos.
De acordo com Hoff apud Irani (2005) a maioria dos fluidos de corte proporcionam um ótimo meio para o desenvolvimento de bactérias que podem contaminar os operadores de máquinas. Ainda de acordo com esse autor os fluidos de corte são conhecidos por causar problemas de pele como dermatites. Além disso, há potencialmente o efeito fatal dos metais pesados encontrados nos fluidos afetando assim o sistema respiratório e digestivo.
Segundo Bennett e Gardian apud Howes et al. (1991) afirmam que somando-se os danos dermatológicos e respiratórios, observa-se que estes atingem de 50 a 80% de todos os casos de intoxicação registrados nas indústrias.
5.5. Cerâmicas
De acordo com Mamalis et al. (2002), o uso das cerâmicas no campo da Engenharia Mecânica tem crescido expressivamente nos últimos anos. As cerâmicas apresentam três características principais que fazem com que elas tenham vantagens em relação à outros materiais: a sua capacidade de operação em altas temperaturas, alta dureza e alta resistência ao desgaste. Alem disso, nota-se que a densidade das cerâmicas é bem menor que os dos aços.
Os materiais cerâmicos normalmente não apresentam deformação plástica apreciável e sua resistência ao impacto é reduzida, ou seja, apresentam baixa tenacidade. A baixa deformabilidade do seu retículo cristalino resulta em elevada rigidez e dureza. Em comparação com os metais, a energia de ativação é tão alta que o limite de resistência à fratura é atingido antes do movimento de discordâncias (Marinescu et al., 1998).
deslizamento de discordâncias. Assim, há pouca deformação plástica e a elevada dureza persiste mesmo em altas temperaturas, ao contrário dos metais.
5.6. Rebolos Diamantados
Shibata (1999) observa que a durabilidade do rebolo tende a aumentar com o aumento da tenacidade a fratura do grão abrasivo. Ela considera ainda que o desgaste do rebolo depende não só das características do diamante, mas também do tipo e dureza da liga, da concentração de partículas abrasivas e das condições de retificação.
Segundo Meyer & Klocke (1998), os rebolos diamantados utilizados na retificação de materiais cerâmicos são diferentes dos rebolos convencionais em três aspectos básicos: abrasivo, liga (aglomerante) e o corpo do rebolo.
Segundo Jakobuss & Fiecoat (2000), os diamantes friáveis são os mais apropriados para retificar cerâmica, pois ao se micro-fraturarem constantemente, regeneram as arestas de corte, gerando menores forças para a remoção do diamante da liga e limitando o dano à peça. Shibata (1998) considera que diamantes friáveis são adequados para ligas de menor resistência mecânica (resinóide) e os diamantes com maior resistência ao impacto para ligas com maior poder de retenção, ou seja, o tipo de abrasivo deve ser especificado em função do sistema ligante utilizado.
Tönshoff et al. (1996) reportaram a tendência de redução da rugosidade superficial com o aumento da velocidade de corte. Estes resultados são confirmados por Ramesh et al. (2001). Huang et al. (2003) concluíram que a velocidade de corte não afeta significantemente a rugosidade, quando o modo de remoção dominante é por fratura frágil.
No entanto, quando o modo dúctil prevalece (com baixos valores de hmax) eles
reportaram uma queda na rugosidade. 5.7. Circularidade
A tolerância de circularidade é determinada por duas circunferências que têm o mesmo centro e raios diferentes. O centro dessas circunferências é um ponto situado no eixo da peça.
O campo de tolerância de circularidade corresponde ao espaço “t” entre as duas circunferências, dentro do qual deve estar compreendido o contorno de cada seção da peça.
Normalmente, não será necessário especificar tolerâncias de circularidade pois, se os erros de forma estiverem dentro das tolerâncias dimensionais, eles serão suficientemente pequenos para se obter a montagem e o funcionamento adequados da peça.
Entretanto, há casos em que os erros permissíveis, devido a razões funcionais, são tão pequenos que a tolerância apenas dimensional não atenderia à garantia funcional. Se isso ocorrer, será necessário especificar tolerâncias de circularidade. É o caso típico de cilindros dos motores de combustão interna, nos quais a tolerância dimensional pode ser aberta (H11),
porém a tolerância de circularidade tem de ser estreita, para evitar vazamentos.
Segundo Minke (1999), os elevados atritos gerados durante o processo de retificação (principalmente entre a peça e o rebolo), podem ser considerados um fator de extrema importância para o aparecimento dos erros de circularidade, sendo que para a redução destes atritos, um fluido com boa capacidade lubrificante, além da refrigerante é recomendável, a fim de se melhorar a qualidade final da peça retificada.
6.6. Emissão acústica
Segundo DeGarmo (1997), o processamento de materiais pode ser monitorado através da emissão acústica. A emissão acústica (EA) pode ser definida como a tensão ou a variação de tensão gerada durante processos dinâmicos em materiais. Quase todos os materiais emitem sons de alta freqüência quando são submetidos a um esforço, deformados ou fraturados. A grande vantagem dessa técnica é que a estrutura pode ser monitorada quase instantaneamente. As limitações referem-se aos ruídos externos, que podem atrapalhar a interpretação dos sinais e que somente a presença do defeito, não é necessariamente detectada, é necessário que ele seja ativado.
Segundo Inasaki (1990) apud Bianchi et al. (2001), as ondas acústicas estão sujeitas a vários efeitos como amortecimento, freqüência dependente da velocidade, reflexão, e outros fenômenos devido à sua propagação através do material. A EA é caracterizada como uma energia resultante da interação entre o grão abrasivo e a peça que se propaga através da estrutura do material. Sendo assim, ela pode ser relacionada com a energia específica de retificação, a qual também é uma forma de energia associada ao processo de retificação.
Segundo Blaedel & Evans (1999) a EA pode ser usada em conjunto com a energia específica para monitorar a transição entre os modos frágil e dúctil de remoção. Em geral, quando o modo passa de dúctil para frágil, a energia da EA total aumenta, porém normalizando a energia em função da quantidade de material removido, ela diminui. Além disso, a EA no regime frágil ocorre em freqüências mais altas que no modo dúctil. Assim, a
EA poderia ser utilizada para caracterizar os mecanismos de remoção de material na retificação da cerâmica através da análise e desdobramento das ondas geradas no processo.
6.7. Analise da microestrutura – Microestrutura eletrônica de varredura (MEV) Paralelamente ao desenvolvimento dos microscópios eletrônicos de transmissão surgiu o microscópio eletrônico de varredura, um outro tipo de instrumento, que permite a visualização da superfície de amostras volumosas.
Segundo Marinescu et al. (1998) a microscopia eletrônica de varredura (MEV) é muito utilizada na caracterização de superfícies fraturadas, para investigar a estrutura superficial, detectar falhas e poros abertos. Um feixe de elétrons de 0,01 µm de diâmetro varre a superfície linearmente e o impacto dos elétrons primários provoca a emissão de elétrons secundários da amostra. Estes elétrons secundários são detectados e formam uma imagem, onde as regiões mais profundas irradiam menos e as mais elevadas irradiam mais elétrons. A resolução deste microscópio é limitada a 0,01 µm.
Segundo Mannheimer (2002) o MEV tem sua maior aplicação no exame de superfícies rugosas (contraste topográfico). A fácil visualização e interpretação das imagens foram desde o início um dos elementos marcantes do sucesso do instrumento
fraturada da amostra lateralmente de uma fonte luminosa brilhante com baixo ângulo de incidência.
7. MATERIAIS E MÉTODOS
Para a determinação e análise dos parâmetros envolvidos neste trabalho, o mesmo será desenvolvido baseado na metodologia de experimentação. Será realizada uma seção de ensaios preliminares afim de determinar os melhores valores para a velocidade de corte, vazão do método de mínima quantidade de lubrificante e avanço de corte que serão utilizados.
Todos os ensaios serão realizados no Laboratório de Usinagem por Abrasão da Faculdade de Engenharia – UNESP – Campus Bauru, sendo utilizada uma retificadora cilíndrica fabricada pela empresa Sulmecânica, modelo RUAP 515 H-CNC, equipada com um comando numérico CNC da Fagor, na qual serão instalados os acessórios que permitirão a realização dos ensaios. Em relação à aplicação da técnica MQL, será utilizado como acessório um aplicador Accu-lube 79053D, para a realização da mistura do ar e do lubrificante nas respectivas vazões.
7.1. Aquisição de Materiais de Consumo e Equipamentos Utilizados
Os corpos de prova consistem de cilindros de uma alumina comercial, composta por 96% de óxido de alumínio e 4% de óxidos fundentes como SiO2, CaO e MgO. A densidade
aparente deste material é de 3,7 g/cm3. Os corpos de prova serão doados pela empresa Máquinas Agrícolas Jacto S/A
Para a realização dos ensaios será utilizada como ferramenta abrasiva um rebolo diamantado de liga resinóide, D140 N100V com dimensões de 350mm (diâmetro externo) x 15mm (largura) x 5mm (camada), diâmetro interno de 125mm, da empresa Dinser Ferramentas Diamantadas.
O lubrificante de corte que será utilizado é o Rocol Cleancut que pode ser diluído em até cinco partes de água. Este lubrificante será fornecido pela ITW Chemical Products Ltda.
O equipamento para a aplicação da mínima quantidade de lubrificante será o aplicador ITW Accu-lube 79053D de micro-lubrificação, fornecido também pela empresa ITW Chemical Products Ltda.
A medição da emissão acústica será feita com a utilização de um sistema de Emissão Acústica, modelo DM12, marca Sensis, com um sensor fixo que será posicionado no cabeçote móvel da retificadora próximo do contraponto, com o intuito de detectar as possíveis variações deste sinal e sua relação com as outras variáveis de saída.
A medição do desvio de circularidade será realizada em uma máquina específica para controle de tolerâncias geométricas e de forma da marca Taylor Hobson.
A captação da rugosidade superficial será obtida através de um rugosímetro Surtronic
3+ , da marca Taylor Hobson, que fará a medição do parâmetro R a.
As análises de microestrutura (através da microscopia de varredura - MEV) serão realizadas por terceiros, necessitando apenas de uma devida preparação dos corpos-de-prova, incluindo o corte e a fixação dos corpos em uma resina, para a realização da análise.
O desgaste diametral do rebolo será medido por meio do método de impressão do perfil do rebolo desgastado em um corpo devidamente preparado para tal fim. Nesse método será utilizado um aparelho TESA digital, modelo TT10, com precisão de 1 (µm) micrometro.
experimentação da técnica MQL no processo de retificação. O bocal será colocado à cerca de 35 mm da interface peça-rebolo.
(a)
(b)
(c)
Figura 6 – Projeto do bocal para MQL (a) vista superior do bocal, (b) vista lateral do bocal, (c) vista anterior do bocal
7.2. Análise dos Parâmetros do Processo
Os parâmetros relacionados à velocidade como velocidade de corte, velocidade do ar e velocidade da peça;
As velocidades de avanço radial, que serão três.
As condições de dressagem do rebolo, que serão mantidas constantes para não influenciarem significativamente nos resultados finais;
A vazão de ar e de fluido de corte para a utilização da técnica do MQL. Esta vazão será mantida constante para todos os ensaios definitivos.
Quanto às variáveis de saída do processo de retificação:
O comportamento da força tangencial de corte é dependente de uma série de fatores, principalmente o tipo de ferramenta utilizada e as condições de refrigeração/lubrificação atuante no processo;
A energia específica será avaliada por meio do monitoramento da força tangencial de corte e da velocidade periférica do rebolo;
A rugosidade superficial será medida após o primeiro ciclo para cada experimento, e assim avaliar diretamente a eficiência do sistema de alimentação de fluido na qualidade da superfície;
A relação G poderá ser obtida em função do desgaste do rebolo;
Serão analisados os erros dimensionais e de forma no componente final, sendo estes fenômenos formadores principalmente dos erros de circularidade.
8. DESCRIÇÂO DO PLANO DE TRABALHO
O plano de trabalho está estruturado em revisão bibliográfica, montagem do banco de ensaios, realização dos ensaios preliminares e definitivos, confecção dos relatórios e análise dos resultados.
8.1. Revisão Bibliográfica
A revisão bibliográfica será elaborada durante todo o período de realização do presente trabalho, sendo abordado os principais temas relacionados com este, como retificação de cerâmicas, fluidos de corte, rebolos diamantados, técnica de mínima quantidade de lubrificante (MQL) e MQL com água.
8.2. Descrição do Banco de Ensaios
O banco de ensaios será montado com o objetivo de simular as condições de usinagem, através da retificação cilíndrica externa de mergulho com a utilização de um rebolo diamantado. Será composto de: uma retificadora cilíndrica CNC fabricada pela empresa Sulmecânica, modelo RUAP 515 H-CNC, onde serão instalados os acessórios que permitirão a realização dos ensaios; um rugosímetro modelo sultronic, marca Taylor Hobson, obtendo assim aos valores de rugosidade média aritmética da peça; um micro computador que através do progama Lab VIEW, versão 7.0, será elaborado um programa para aquisição da força tangencial de corte, energia específica e emissão acústica. A programação é feita em sub-rotinas, destacando-se:
Entrada de dados físicos dos materiais ensaiados, características e dimensões; Aquisição de dados em tempo real;
Apresentação dos resultados;
Armazenamento dos dados de interesse em arquivos.
A medição da emissão acústica será feita através de uma sub-rotina no programa, a qual será capaz de processar as tensões geradas pelo aparelho de medição de emissão acústica. Dessa forma, serão lidos diretamente e armazenados em arquivos específicos os valores das variáveis de saída da força tangencial de corte, emissão acústica e energia específica de retificação.
A operação de dressagem utilizada para os rebolos diamantados será mantida constante para todos os ensaios, não influenciando as variáveis de saída do processo.
8.3. Realização dos Ensaios Preliminares e Definitivos
Através dos ensaios preliminares, serão definidos os parâmetros de entrada do processo como, velocidade do rebolo, a vazão do fluido de corte para a refrigeração convencional, a vazão de ar comprimido, o fluido e sua vazão para a utilização da técnica de MQL. Com estes parâmetros já definidos, os ensaios definitivos poderão ser realizados e através destes pretende-se obter resultados e conclusões convincentes em relação ao objetivo proposto.
8.4. Confecção dos Relatórios Científicos
No total serão realizados dois relatórios científicos.
O primeiro será realizado após a montagem do banco de ensaios e da realização dos ensaios preliminares, constando o resultado destes (determinação dos parâmetros de entrada) e parte da revisão bibliográfica.
O segundo será realizado após o término de todos os ensaios definitivos, constando todas as atividades realizadas e uma análise conclusiva sobre os resultados obtidos durante a execução de todo trabalho.
8.5. Análise dos Resultados
Poderá ser observado através da comparação das variáveis de saída e os parâmetros de entrada do processo o desempenho da técnica MQL com água no processo de retificação externa de mergulho em cerâmicas utilizando rebolo diamantados.
O principal objetivo é contribuir com o estudo desta técnica de refrigeração que ainda não possui muitas informações disponíveis na literatura.
9. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
O procedimento experimental será dado da seguinte forma: 9.1 Sequência de Ensaios
Serão realizados três ensaios para três velocidades diferentes de avanço (Vf). Os
apresentada na figura 5.
Figura 5 – Seqüência de Ensaios
9.2 Conclusões e Resultados Esperados
Com o desenvolvimento desse trabalho pretende-se atingir os seguintes resultados: Melhor compreensão sobre retificação de cerâmicas retificadas por MQL sem e com adição de água na mistura;
Determinar os parâmetros mais adequados para a retificação de cerâmica com a técnica de MQL com água;
Contribuir para uma manufatura mais limpa, através da utilização da técnica de MQL;
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