Melhoria no processo de usinagem em torno CNC

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UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS

Curso de Pós Graduação Lato Sensu em Engenharia Industrial

ALEXANDRE DELIER WEGNER

MELHORIA NO PROCESSO DE USINAGEM EM TORNO CNC

Panambi/RS 2015

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Monografia submetida ao Curso de Pós-Graduação Latu Sensu em Engenharia Industrial, da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do Título de Especialista em Engenharia Industrial.

Área de Concentração: Processos de Fabricação

Orientador: Prof. Felipe Tusset

Coordenador do Curso: Prof. Dr. Antônio Carlos Valdiero

Panambi/RS 2015

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Monografia defendida e aprovada em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora

Banca examinadora

________________________________________ Prof.Felipe Tusset - Mestre - Orientador

________________________________________ Prof. Edomir Marciano Schmidt – Mestre - Avaliador

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AGRADECIMENTOS

A Deus, meu refúgio maior, pela vida.

A minha amada esposa Débora, pelo apoio e compreensão necessária nos momentos de dificuldades e cansaço, não deixou-me desistir.

A todos os professores, em especial ao professor e orientador Felipe Tusset pelas instruções e diretrizes dadas para melhorar o andamento do trabalho e para obtenção de bons resultados no desenvolvimento do mesmo e pela serenidade e empatia ao transmitir seus conhecimentos.

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RESUMO

A empresa JA Usinagem, observando a necessidade de aumentar a produtividade para tornar-se competitiva no mercado, busca a redução dos tempos de processo de fabricação das peças, mantendo ou melhorando o padrão de qualidade, e com um custo unitário final mais baixo possível. Desta forma este trabalho visa verificar o custo x beneficio da ferramenta de usinagem WNMG 0804, aplicada no processo de torneamento externo. Para melhor entendimento do estudo, faz-se uma revisão bibliográfica abordando os principais assuntos que envolvem o processo de torneamento de aços em máquinas CNC, ferramentas de corte, técnicas de usinagem adotadas no processo, mecanismos de desgaste, custos de produção e efeitos qualitativos. Para realização dos testes foram usadas três ferramentas de usinagem WNMG 0804, de três fabricantes diferentes. Estas ferramentas foram submetidas ao teste utilizando-se os mesmos parâmetros para o processo. Os resultados foram apurados, compilados e estão apresentados no trabalho.

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ABSTRACT

The company JA Machining, noting the need to increase productivity to become competitive in the market, seeks to reduce the manufacturing process time parts, maintaining or improving the quality standard, and with a final unit cost as low as possible. Thus this work aims to verify the cost-benefit of the machining tool WNMG 0804, applied in the external turning process. For a better understanding of the study, It makes a literature review addressing the main issues surrounding the process of steel turning on CNC machines, cutting tools, machining techniques used in the process, wear mechanisms, production costs and qualitative effects. To perform the tests were used three machining tools WNMG 0804, from three different manufacturers. These tools were subjected to the test using the same parameters for the process. The results were determined, compiled and are presented in work.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – a) Formas das pastilhas b) Tipos de pastilhas ... 18

Figura 2 – Principais ângulos de torneamento externo... 19

Figura 3 – Microestrutura típica de um Cermet ... 21

Figura 4 – Tamanhos de grão do carboneto de tungstênio ... 23

Figura 5 – Revestimentos PVD sobre o metal duro: a) TiAlN monocamada; b) TiAlN ... 25

Figura 6 – Revestimento por PVD de TiAlN e WC/C sobre substrato de metal-duro ... 25

Figura 7 – Decomposição das forças de usinagem externa ... 26

Figura 8 – Diagrama dos mecanismos de desgaste ... 27

Figura 9 – Comprimentos de medição de rugosidade ... 31

Figura 10 – Desvio médio aritmético do perfil avaliado ... 31

Figura 11 – Variação do perfil para mesma rugosidade Ra ... 31

Figura 12 – Esquema de medição da rugosidade Rz ... 32

Figura 13 – Rugosidade Rt ... 33

Figura 14 – Desenho geométrico Bucha do Garfo ... 36

Figura 15 – Porta-ferramenta ... 37

Figura 16 – Características técnicas Porta-ferramenta ... 37

Figura 17 – Inserto WNMG 080408... 38

Figura 18 – Torno CNC Romi Centur 30D ... 40

Figura 19 – Sistema de fixação da peça no Torno ... 41

Figura 20 – Lupa Graduada ... 42

Figura 21 – Desgaste da Ferramenta 01 ... 43

Figura 24 – Gráfico de peças produzidas ... 45

Figura 25 – Gráfico Custo ferramenta X Custo peça ... 46

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Composição Química Aço SAE 1020 - Conforme ABNT/SAE ... 17

Tabela 2 – Informações técnicas Ferramenta 01 ... 38

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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas CNC Comando Numérico Computadorizado

CVD Chemical Vapour Deposition – Deposição Química de Vapor HSS High Speed Steel - Aço rápido MMC Mitsubishi Materials Corporation

PVD Physical Vapour Deposition – Deposição Física de Vapor

RS Rio Grande do Sul

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LISTA DE SÍMBOLOS

(Unidades no sistema internacional) A Seção de usinagem [mm²]

ap Profundidade de corte por passe [mm] Fa Força de avanço [N]

Fc Força de corte [N] Fe Força efetiva [N]

fn Avanço de corte [mm/revolução] Kc Pressão específica de corte [N/mm²] lc Comprimento de corte por passo [mm] VB Desgaste de flanco

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SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ... 13

1 MELHORIA NO PROCESSO DE USINAGEM EM TORNO CNC ... 15

1.1DESCRIÇÃO DO PROBLEMA ... 15

1.2JUSTIFICATIVA ... 15

1.3OBJETIVOS ... 15

1.4ESTRUTURA DO TRABALHO ... 16

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 17

2.1AÇO CARBONO SAE1020 ... 17

2.1.1Usinabilidade do Aço carbono SAE1020 ... 17

2.2PROCESSO DE TORNEAMENTO EXTERNO... 18

2.3FERRAMENTAS DE TORNEAMENTO EXTERNO ... 18

2.4MATERIAIS DAS FERRAMENTAS DE TORNEAMENTO EXTERNO ... 19

2.4.1Metal duro ... 20

2.5REVESTIMENTO EM FERRAMENTAS DE TORNEAMENTO ... 23

2.6FORÇAS E PONTENCIAS NO TORNEAMENTO EXTERNO ... 26

2.7MECANISMOS DE DESGASTE ... 26 2.7.1Abrasão ... 28 2.7.2Oxidação ... 28 2.7.3Aderência ... 28 2.7.4Difusão ... 28 2.7.5Deformação plástica ... 29

2.8CRITÉRIOS DE FIM DE VIDA ... 29

2.8.1Qualidade superficial ... 30

3 DESENVOLVIMENTO ... 34

3.1METODOLOGIA ... 34

3.2DEFINIÇÕES DOS FABRICANTES ... 34

3.3PROCEDIMENTO PARA TESTES ... 35

3.4CORPOS DE PROVA ... 35

3.4.1Geometria dos corpos de prova ... 35

3.4.2Composição química do corpo de prova ... 36

3.5FERRAMENTAS DE CORTE ... 36

3.5.1Ferramenta 01 ... 38

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3.5.3Ferramenta 03 ... 39

3.6DEFINIÇÃO DO CRITÉRIO DE FIM DE VIDA ... 39

3.7MÁQUINA-FERRAMENTA ... 40

3.8SISTEMA DE FIXAÇÃO ... 40

3.9DEFINIÇÃO DOS DADOS DE CORTE ... 41

4 RESULTADOS ... 43

4.1RESULTADOS DA FERRAMENTA 01 ... 43

4.4ANÁLISE ECONÔMICA PARA O PROCESSO TESTADO ... 45

4.5PROJEÇÕES DE PRODUÇÃO COM A FERRAMENTA 3 ... 46

CONCLUSÃO ... 48

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INTRODUÇÃO

Com o aumento da concorrência no mercado, as empresas precisam estar sempre inovando, buscando melhores resultados em processos, produtividade e qualidade. Desta forma, a empresa JA Usinagem busca a redução nos custos de usinagem através da melhor relação custo x benefício das ferramentas empregadas na usinagem de peças.

Para verificação desta condição, foram realizados testes com ferramentas de três diferentes fabricantes, sendo eles: Taegutec, Mitsubishi e Sandvik-Coromant. Os testes foram realizados na peça denominada Bucha do Garfo, cujo material é de tubo sem costura SAE1020, material que tem baixo teor de carbono segundo a norma SAE, com 0,2% de carbono.

A usinabilidade não depende apenas do material da peça, depende também das condições de usinagem, caracteristicas da ferramenta, condições de refrigeração, rigidez do sistema composto pela máquina, ferramenta de corte, perfil ou geometria da peça e sistema de fixação.

A operação de usinagem aplicada às peças teste é o torneamento externo, é uma das operações mais executadas no torneamento convencional e CNC. Essa operação consiste em dar formato cilíndrico em um corpo qualquer em rotação, submetido ao esforço de uma ferramenta de geometria definida, que avança sobre esse corpo removendo material. A esse material removido dá-se o nome de cavaco.

O processo de torneamento pode ser realizado com diferentes ferramentas (pastilhas), que assumem diferentes formas. O material mais empregado a estas ferramentas é o HSS e o metal duro.

As ferramentas possuem uma vida útil, que é definida pelo desgaste e a quebra repentina. O aumento da temperatura de usinagem da ferramenta atua fortemente sobre o mecanismo de desgaste, favorecendo a ocorrência da abrasão, oxidação, aderência, difusão ou deformação plástica.

Algumas características do processo de usinagem são alteradas à medida que a ferramenta vai se desgastando. A temperatura se eleva progressivamente, a força de corte e a potência consumida aumentam, as dimensões da superfície se alteram e o acabamento da superfície piora.

Como critério de vida útil, ou seja fim de vida da ferramenta, para os testes realizados, adotou-se o valor de 0,7mm medidos com uma lupa graduada.

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Os testes foram realizados com os mesmos equipamentos e os mesmos parâmetros de usinagem, podendo-se comparar a durabilidade de cada ferramenta nas mesmas condições.

Os resultados de cada ferramenta são apresentados, juntamente com o custo que a ferramenta representa no processo por peça.

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1 MELHORIA NO PROCESSO DE USINAGEM EM TORNO CNC

Neste capítulo é apresentada a descrição do problema em estudo, suas justificativas e objetivos e como está estruturado o trabalho.

1.1 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA

A empresa JA Usinagem, fundada em novembro de 2013, está em constante evolução no ramo de usinagem. Observando a necessidade de aumentar a produtividade, para tornar-se competitiva no mercado, busca a redução dos tempos de processo de fabricação das peças, mantendo ou melhorando o padrão de qualidade, e com um custo unitário final mais baixo possível.

1.2 JUSTIFICATIVA

Para manter-se competitiva na prestação de serviços a empresa JA Usinagem necessita desenvolver processos confiáveis, com elevada tecnologia e baixo custo de produção, para isso necessita dispor de ferramentas de corte com excelente desempenho que permitam o alcance desses objetivos.

1.3 OBJETIVOS

Realizar um estudo comparativo aplicado à três marcas de ferramentas de corte para usinagem, onde serão avaliados:

 custo - benefício;

 preço unitário da ferramenta;

 vida útil da ferramenta de corte;

 custo final por unidade produzida.

Para o desenvolvimento deste trabalho foram realizados testes de processo com três marcas de ferramentas de usinagem, após contabilizadas a vida útil da ferramenta de corte, e o custo por unidade produzida.

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1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO

Este trabalho está estruturado em seis capítulos, sendo este o de número 1. No capítulo 2 é apresentada uma revisão bibliográfica referente aos conhecimentos teóricos abordados para desenvolvimento e entendimento deste trabalho. No capítulo 3 são descritos detalhadamente os procedimentos adotados na etapa experimental, como todos os equipamentos e recursos necessários para tal. No capítulo 4 são apresentados e discutidos os resultados obtidos com esta pesquisa. O capítulo 5 apresenta as principais conclusões desta dissertação e sugeridos trabalhos futuros relativos a este tema. As referencias bibliográficas utilizadas na pesquisa e elaboração do texto são apresentadas no capitulo 6, fechando dessa forma este trabalho.

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Este capítulo apresenta o resultado das pesquisas efetuadas com o intuito de agregar conhecimento técnico, e de resultados práticos. Realizado em publicações efetuadas sobre ou com relação ao tema do presente trabalho. Buscou-se abordar os principais assuntos que envolvem o processo de torneamento de aços em máquinas CNC, ferramentas de corte e técnicas de usinagem adotadas no processo, custos de produção e efeitos qualitativos.

2.1 AÇO CARBONO SAE1020

O material a ser usinado pela empresa JA Usinagem é o tubo sem costura aço carbono SAE 1020, tem baixo teor de carbono segundo a norma SAE, com 0,2% de carbono e de acordo com a ABNT indica que ele pertence ao grupo dos aços comuns e que possui 0,20%C, encaixando-se no sub grupo de aços de baixo carbono.

É um dos mais utilizados, devido a sua baixa temperabilidade, excelente relação custo x benefício, as microestruturas presentes neste aço no seu estado normalizado é perlita fina e ferrita. Este aço é indicado para parafusos, trefilados duros, chassis, disco de rodas, peças em geral para máquinas e veículos submetidos a esforços pequenos e médios. É um aço altamente tenaz, particularmente indicado na fabricação de peças que devem receber tratamento superficial para aumento da dureza, principalmente cementação. (CHIAVERINI, 2008)

A composição química do aço está apresentada na Tabela 1.

Tabela 1 – Composição Química Aço SAE 1020 - Conforme ABNT/SAE C (%) Mn (%) P max. (%) S max. (%)

SAE 1020 0,18 - 0,23 0,03 - 0,60 0,040 0,050

Fonte: Adaptado da ABNT/SAE

2.1.1 Usinabilidade do Aço carbono SAE1020

A usinabilidade pode ser definida como uma grandeza tecnológica que se expressa por meio de um valor numérico comparativo, um conjunto de propriedades de usinagem de um material em relação ao outro como padrão, depende do estado matalúrgico das peças, da dureza, das propriedades mecânicas do material.

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Mas a usinabilidade não depende apenas do material da peça, depende também das condições de usinagem, características da ferramenta, condições de refrigeração, rigidez do sistema composto pela máquina, ferramentas de corte, geometria da peça e dispositivos de fixação.

O aço SAE 1020 tem teor muito baixo de carbono 0,20%, é mais economicamente usinado no estado laminado, entretanto, é melhor usinado no estado encruado, desde que neste último caso, as tensões internas do encruamento tenham sido aliviadas.

2.2 PROCESSO DE TORNEAMENTO EXTERNO

É uma operação que consiste em dar formato cilíndrico em um material em rotação submetido à ação de uma ferramenta de corte, essa operação é uma das mais executadas no torno convencional e CNC, e tem a finalidade de produzir eixos e buchas ou preparar material para outras operações (STEMMER, 1992).

2.3 FERRAMENTAS DE TORNEAMENTO EXTERNO

Para o processo de torneamento externo, existem diferentes tipos de pastilhas e sistemas de fixação. As pastilhas podem assumir diferentes formas geométricas. Elas podem também ser classificadas por tipo, face simples, face dupla, com ou sem quebra de cavaco. As formas existentes são mostradas na Figura 1a, e os diferentes tipos são mostrados na Figura 1b.

Figura 1 – Principais ferramentas - a) Formas das pastilhas b) Tipos de pastilhas

Fonte: Sandvik Coromant, 2012.

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Toda ferramenta de corte, necessita dispor de três principais ângulos para torneamento externo, estes podem ser vistos na Figura 2.

Figura 2 – Principais ângulos de torneamento externo

Fonte: www.cimm.com.br

g – Ângulo de saída: tem influencia direta sobre direção do plano de cisalhamento. b – Ângulo da cunha: depende do tipo de material, da peça, da ferramenta e do tipo de serviço.

a – Ângulo de incidência ou folga: depende do material a ser usinado, é menor para matérias duros e frágeis, e maior para os materiais dúcteis.

2.4 MATERIAIS DAS FERRAMENTAS DE TORNEAMENTO EXTERNO

O desenvolvimento dos materiais para construção das ferramentas de corte foi evoluindo de acordo com a evolução dos materiais a serem usinados e dos equipamentos de usinagem (máquinas) que foram sendo desenvolvidos. Desde o princípio buscou-se utilizar um material que mantivesse sua resistência à medida que a temperatura fosse aumentada. Nesse conceito, um dos primeiros materiais empregados na fabricação de ferramentas, foi o aço carbono, posteriormente surgiram os aços rápidos denominados HSS (High Speed Steel), chegando até a descoberta e produção do metal duro (DINIZ, MARCONDES E COPPINI, 2006 e CAVALCANTE, 2010), esse último será objeto de estudo do presente trabalho, por isso terá dedicada uma maior atenção.

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2.4.1 Metal duro

Os primeiros carbonetos cementados foram obtidos em 1923 pela companhia OSRAM, que registrou a patente de uma liga de composição WC-6%Co, obtida através da mistura dos pós de carboneto de tungstênio (WC) e cobalto (Co), que posteriormente foi prensada e sinterizada abaixo da temperatura eutética. Esse material desenvolvido por Karl Schroeter é considerado o marco inicial para os atuais carbonetos cementados (SILVA, 1996).

O metal duro possui como carboneto principal o WC e foi usado primeiramente como ferramenta para produção de fios de tungstênio para lâmpadas incandescentes, mas também encontrou uso em cortes de metais. Posteriormente este material foi desenvolvido pela companhia Friedrich Krupp AG, a qual comprou a patente da OSRAM e produziu ligas de carbonetos para várias aplicações, tais como usinagem, corte de metais, madeira e vidro (SILVA, 1996).

O metal-duro é obtido a partir de um ligante metálico dúctil, habitualmente cobalto ou níquel, e de carbonetos (W, Ti, Ta, Nb) embutidos no ligante através da metalurgia do pó (STEMMER, 2001).

Para melhorar as propriedades, a composição do material foi modificada através da adição de outros carbonetos além do WC, como por exemplo: TiC, TaC, NbC, MoC, VC, HfC, ZrC, Cr

3C2 e outros metais além do Co, como por exemplo Ni, Cr, Fe, Fe-Ni. Em certas

composições o WC foi completamente substituído e o TiC se tornou o carboneto principal da liga com o Ni como metal ligante, esse material é chamado de Cermet (SILVA, 1996 e MILHEIRO, 2006).

Os materiais de corte de metal duro podem ser divididos em três grupos sendo metais duros com base de: WC-Co; WC-(Ti, Ta, Nb)C-Co e TiC/TiN-Co, Ni.

a) WC-Co: metais duros constituídos principalmente de carboneto de tungstênio, fase ligante de cobalto e pequenas quantidades (menor que 2,5%) de TiC, TaC e NbC. Os metais duros WC-Co caracterizam-se por uma alta resistência à compressão. Em razão da grande tendência à difusão do carboneto de tungstênio não são aconselháveis para a usinagem de aços de baixa dureza. São utilizados em materiais de cavaco curto, materiais fundidos, materiais não-ferrosos e não-metálicos, além de materiais resistentes ao calor e também em usinagem de pedra e madeira.

b) WC-(Ti, Ta, Nb)C-Co: esse grupo contêm além do carboneto de tungstênio, também carboneto de titânio, carboneto de tântalo e carboneto de nióbio. Comparados com os metais duros WC-Co possuem melhores propriedades sob altas temperaturas. Isso vale

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principalmente para dureza a quente, refletindo em uma melhor resistência ao calor, resistência à oxidação e resistência à difusão com materiais ferrosos. O principal campo de aplicação é a usinagem de materiais de aço com cavacos longos.

c) TiC/TiN-Co, Ni (Cermets): também denominados de “Cermets”. Recebem este nome devido a sua composição ter uma fase metálica ligante e uma ou mais fases cerâmicas. Os Cermets se compõem de uma base de carboneto de titânio e nitreto de titânio com a fase ligante Ni, Co. Tratam-se de complexos sistemas de múltiplos materiais que podem conter outros elementos como tungstênio, tântalo, nióbio, molibdênio ou carbonetos complexos dos quais se formam fases intermetálicas durante a sinterização, uma microestrutura típica do Cermet pode ser observada na Figura 3. Os Cermets possuem grande dureza, baixa tendência à difusão, assim como grande resistência a quente. Outras propriedades dos cermets são: alta resistência à oxidação e baixa tendência à formação de gume postiço. Em razão da sua grande resistência de gume, da grande resistência ao desgaste e da baixa tendência à aderência, os Cermets são apropriados para o acabamento de aços. A principal aplicação de Cermets até o momento é na usinagem de aços com alta velocidade de corte e pequenas seções de corte transversais.

Figura 3 – Microestrutura típica de um Cermet

Fonte: Adaptado de Sandvik, (2010).

O critério de classificação para os metais-duros na indústria dá-se pela sua aplicação, pois de acordo com suas características, como a composição química e as propriedades mecânicas ou térmicas torna-se difícil uma padronização (STEMMER, 2001).

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A norma ISO 513 (2004) classifica os metais duros, cerâmicas e materiais ultraduros em 6 grupos codificados por letras e cores:

 ISO P: (representado pela cor azul): cobre o campo de aplicação de materiais, que produzem cavacos longos como todos tipos de aços e aços fundidos;

 ISO M: (representado pela cor amarela): relaciona-se principalmente materiais de difícil usinagem como os aços inoxidáveis austeníticos, aço duplex e aços fundidos;

 ISO K: (representado pela cor vermelha): compreende materiais que geram cavacos curtos (normalmente conhecidos como cavacos de ruptura), como os ferros fundidos cinzentos, nodulares e maleáveis;

 ISO N (representado pela cor verde): abrange o campo dos materiais não-ferrosos, como alumínio, cobre, latão, polietilenos, nylon e demais materiais desse grupo;

 ISO S (representado pela cor marron): compreende as ligas termo-resistentes ou superligas, com base de ferro, níquel, cobalto, titanio e suas ligas.

 ISO H (representado pela cor cinza): compreende os materiais endurecidos seja por tratamento térmico ou por seu processo de obtenção, estão nesse campo os aços endurecidos, ferros fundidos endurecidos e ferros fundidos resfriados.

A tenacidade do metal-duro depende em grande parte da medida do tamanho do grão devido a isto a tendência atual é de usar tamanhos de grãos cada vez menores e finos (MILHEIRO, 2006). Basicamente os fabricantes de ferramentas conseguem com isto duas vantagens importantes:

 quanto menor é o tamanho do grão, mais tenaz é a ferramenta, fazendo possível a sua aplicação em condições de instabilidade do processo;

 os tamanhos de grãos menores permitem cortes mais precisos.

Uma classificação em relação ao tamanho de grão, ainda não padronizada, é descrita abaixo e ilustrada na figura 4:

 Grão convencional - tamanho de grão menor que 2,5 μm;

 Grão fino - tamanho de grão menor que 1,5 μm;

 Grão muito fino - tamanho de grão menor que 0,7 μm;

 Grão extrafino - tamanho de grão menor que 0,5 μm;

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Figura 4 – Tamanhos de grão do carboneto de tungstênio

Fonte: Adaptado de Castillo, (2005)

2.5 REVESTIMENTO EM FERRAMENTAS DE TORNEAMENTO

No revestimento de ferramentas de usinagem são aplicados os processos CVD (chemical vapour deposition) e PVD (physical vapour deposition). O processo CVD é normalmente realizado em temperaturas que variam entre 900 e 1100ºC. A elevada temperatura do processo muitas vezes inibe o revestimento de materiais mais susceptíveis a altas temperaturas, como o aço rápido. Já para o metal-duro, o processo é perfeitamente adequado e permite uma boa difusão entre o revestimento e o substrato (CREIGHTON et al, 2001).

O processo PVD, que opera em temperaturas de aproximadamente 400 e 600ºC, vem agregando novas tecnologias e conquistando mais espaço no mercado nos últimos anos. Além de ser mais adequado ao aço rápido, também é perfeitamente aplicável ao metal-duro (BUNSHAH, 1992).

Existem vários tipos de revestimentos de ferramentas atualmente empregados industrialmente. Como exemplo, podem-se citar: TiC, TiN, TiCN, TiAlN, TiAlN revestido por WC/C e TiNAl multicamadas. Esses revestimentos possuem características distintas de

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cor, dureza, espessura, aplicabilidade e desempenho. As características principais dos revestimentos citados acima são:

• Carboneto de titânio (TiC): a característica mais marcante do TiC em relação ao TiN é a dureza mais elevada, o que lhe confere uma maior resistência à abrasão. Possui um baixo coeficiente de dilatação térmica, característica importante em processos como o fresamento.

• Nitreto de titânio (TiN): é quimicamente mais estável que o TiC, isto é, possui menor tendência de difusão em aços. Porém é mais suscetível ao desgaste por abrasão. Sua dureza é de 2.300 HV 0,05. É um dos revestimentos mais utilizados. Sua utilização é recomendada para materiais mais dúcteis, tais como aços de baixo carbono e alumínio, sob baixas forças de corte (CREIGHTON et al, 2001).

• Carbonitreto de titânio (TiCN): é derivado do TiN, onde parte dos átomos de N são substituídos por C durante a deposição. Possui uma elevada dureza (3.000 HV 0,05). Aplicável em situações de forças de corte médias a baixas, em materiais como ferros fundidos, aços de médio C, ligas Al-Si.

• Nitreto de Titânio-Alumínio Monocamada (TiAlN): este revestimento também é derivado do TiN. Durante o processo de deposição, parte dos átomos de Ti é substituída por átomos de Al. Os átomos de alumínio são retidos no material (revestimento) na forma de solução sólida, causando endurecimento. O aumento de dureza (3.500 HV 0,05) proporciona maior resistência ao desgaste. A substituição dos átomos pode significar, também, melhora de resistência à oxidação e estabilidade química, dependendo da aplicação. Os revestimentos a base de TiAlN têm se sobressaído principalmente em usinagem a seco, mas também é aplicável com fluidos de corte. A Figura 5(a) ilustra este tipo de revestimento (CASTILLO, 2005).

• Nitreto de Titânio-Alumínio multicamadas (TiAlN): sua dureza atinge 3.000 HV 0,05. As camadas são formadas por diferentes proporções alternadas de Ti e Al, conforme Figura 5(b). Em ensaios de fresamento de ferros fundidos cinzentos e nodulares, com e sem fluido de corte, foram realizados testes comparativos dos revestimentos TiAlN monocamada e multicamada.(O revestimento monocamada mostrou-se mais vantajoso no processo com fluido de corte, enquanto o revestimento multicamada destacou-se nos ensaios realizados a seco. Ambos os revestimentos tiveram uma vida maior na usinagem a seco do que com fluido de corte .)

• Nitreto de Titânio-Alumínio (TiAlN) revestido por WC/C: na tentativa de minimizar ou eliminar a utilização de fluidos de corte na usinagem surge a opção de aplicar uma camada lubrificante, o WC/C, sobre o revestimento de TiAlN, conforme Figura 6. Apesar de possuir

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uma dureza inferior (1.000 HV 0,05), a redução do coeficiente de atrito de 0,4 para 0,2 do revestimento garante sua aplicação principalmente em processos de furação e rosqueamento, especialmente em ligas de titânio.

Figura 5 – Revestimentos PVD sobre o metal duro: a) TiAlN monocamada; b) TiAlN Multicamada

Fonte: Adaptado de Mocellin, (2002)

Figura 6 – Revestimento por PVD de TiAlN e WC/C sobre substrato de metal-duro

Fonte: Adaptado de Mocellin, (2002)

 Nitreto de Alumínio-Cromo (AlCrN): esse revestimento atinge uma dureza de 3.000 HV 0,05 com baixo coeficiente de atrito, suportando temperaturas de operação de até 1.100°C. Essas propriedades conferem ao revestimento de AlCrN uma grande resistência à abrasão, baixa tendência de adesão e maior resistência do gume aos esforços de cisalhamento. É indicado para furação de ferros fundidos em geral e materiais onde os efeitos abrasivos são pertinentes.

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2.6 FORÇAS E PONTÊNCIAS NO TORNEAMENTO EXTERNO

Entende-se a força de corte como uma pressão aplicada sobre uma unidade de área. A Figura 7 ilustra a decomposição das forças de usinagem externas.

Figura 7 – Decomposição das forças de usinagem externa

Fonte: www.cimm.com.br

Onde:

Fc: Força de corte (N)

Kc: Pressão especifica de corte (N/ mm²) A: Seção de usinagem (mm²)

b: Comprimento do gume ativo (mm) h: Espessura do cavaco

As forças de corte variam de acordo com o a seção do cavaco que está sendo gerado. Essa seção é formada a partir da profundidade de corte (ap), do avanço de corte (fn) e do ângulo de posição da ferramenta (kr). Quanto maior a profundidade, maior será a interação do gume de corte com o material da peça, assim também ocorre para o avanço de corte. O ângulo de posição provoca variação na espessura média do cavaco (hex), dessa forma, a combinação dessas três variáveis provocam aumento ou redução nas forças de corte.

2.7 MECANISMOS DE DESGASTE

As ferramentas de corte são desenvolvidas para trabalhar dentro de uma faixa de condições que lhes conferirá uma determinada vida útil, para se determinar o final dessa vida útil ou então para tentar prolonga-la, é preciso conhecer os mecanismos de desgaste que

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ocorrem na ferramenta quando esta se encontra em trabalho de corte. Consideram-se desgastes como sendo a perda contínua de partículas de material da ferramenta em escala microscópica nas superfícies de saída e de folga da mesma. A avaria por sua vez é definida como a destruição da ferramenta de corte de forma repentina e inesperada.

Um diagrama clássico citado por Klocke (2010) e Ferraresi (2003) é apresentado na Figura 8, destaca a distribuição dos mecanismos de desgaste da ferramenta de corte em função da temperatura de corte ou de qualquer parâmetro que venha a influenciá-la, como por exemplo, a velocidade de corte e o avanço.

Figura 8 – Diagrama dos mecanismos de desgaste

Fonte: Adaptado de Klocke (2010)

Analisando-se o diagrama acima, é possível a verificação de que em baixas temperaturas, observa-se que apenas a adesão e a abrasão atuam sobre a ferramenta. Na medida em que a temperatura aumenta outros mecanismos surgem como é o caso da difusão e da oxidação, ou seja, quanto maior a temperatura de corte é crescente o surgimento de novos mecanismos de desgaste.

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2.7.1 Abrasão

A abrasão é uma das principais causas de desgaste de ferramenta. Tanto o desgaste frontal quanto o de cratera podem ser gerados por abrasão. Esses desgastes gerados pela abrasão são incentivados pela presença de partículas duras no material da peça e pela temperatura de corte, que reduz a dureza da ferramenta. O aumento da velocidade de corte, faz com que o escorregamento das partículas do material das peças, ocorra sob alta pressão e temperatura, desencadeando o processo de abrasão.

2.7.2 Oxidação

A oxidação se dá pela formação de um filme de óxido resultante da exposição das superfícies aquecidas ao ar. Este filme recobre todas as regiões nas quais o oxigênio da atmosfera tem acesso, atacando principalmente as regiões vizinhas das superfícies de saída, incidência primária e incidência secundária. A ação destrutiva da oxidação ocorre devido a diferença de volumes dos óxidos formados, criando saliências nas superfícies da ferramenta, levando facilmente ao lascamento e quebra da quina da mesma (SCHROETER; WEINGAERTNER, 2001).

2.7.3 Aderência

O fenômeno da aderência ou adesão, tende a ocorrer quando se tem duas superfícies metálicas em contato sob cargas de tensão ou compressão. Este fenômeno pode estar presente com ou sem a formação da aresta postiça de corte, predominante em baixas velocidades de corte e baixos avanços. Um dos principais agentes causadores da aderência é o fluxo irregular de material que passa pelas superfícies de saída ou de folga da ferramenta.

2.7.4 Difusão

A difusão consiste na transferência de átomos de um material para o outro, o que causa variações nas propriedades na camada superficial da ferramenta. Estas reações químicas provocam a formação de carbonetos menos resistentes à abrasão. A difusão ocorre através da combinação de três fatores: elevadas temperaturas na região de contato; afinidade química entre a ferramenta e o material da peça; tempo de contato. O desgaste predominante é do tipo

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cratera normalmente em altas velocidades de corte, pois na superfície de saída da ferramenta é gerada uma condição necessária para a difusão dos materiais, que vem a ser, altas temperaturas (devido a altas velocidades e a zona de aderência) e tempo de contato cavaco-ferramenta.

2.7.5 Deformação plástica

A deformação plástica ocorre quando a temperatura elevada no gume de corte provoca a perda de resistência do material da ferramenta a ponto de fazê-lo escoar devido aos esforços de usinagem.

2.8 CRITÉRIOS DE FIM DE VIDA

A vida de uma ferramenta pode ser definida como o tempo efetivo de contato que a mesma trabalha efetivamente (deduzidos os tempos passivos), até perder a sua capacidade de corte, dentro de um critério previamente estabelecido (FERRARESI, 2003). Algumas características do processo de usinagem são alteradas à medida que a ferramenta vai se desgastando. A temperatura se eleva progressivamente, a força de corte e a potência consumida aumentam, as dimensões da superfície se alteram e o acabamento da superfície piora. Em ferramentas de metal-duro, por exemplo, o aumento das forças de corte, no caso de um desgaste excessivo, provoca o lascamento e destruição total do gume.

Infelizmente, não existe uma única relação entre o desgaste da ferramenta, a qualidade e as dimensões da superfície usinada. Tentar medir o desgaste da ferramenta incrementaria os tempos não-produtivos. Por este motivo, em grandes produções industriais, como conseqüência das dificuldades de medição e interpretação dos desgastes, simplesmente é adotado como critério de fim de vida o número de peças usinadas por ferramenta. Tal número é calculado cuidadosamente através de um teste inicial e deve ser empregado um fator de segurança, o que leva a custos adicionais de usinagem (STEMMER, 2001).

Em laboratórios, o critério mais utilizado é o desgaste, devido à facilidade de ser quantificado. O desgaste de flanco é freqüentemente utilizado como critério de fim de vida pela sua influência direta com a rugosidade da superfície do material usinado e as dimensões da peça.

(30)

A escolha dos critérios de fim de vida dependem de vários fatores, tais como exigências da usinagem, material da ferramenta, processo etc., sendo os mais comuns (STEMMER, 2001 e FERRARESI, 2003).

 Falha completa da ferramenta;

 Falha preliminar da ferramenta;

 Largura da marca de desgaste no flanco VB

max;  Vibrações intensas da peça ou da ferramenta;

 Profundidade da cratera KT;

 Deficiência no acabamento da superfície;

 Formação de rebarbas;

 Variação na forma dos cavacos;

 Alteração das dimensões da peça;

 Força de corte, torque ou potência;

 Aumento da força de avanço;

 Aumento da temperatura do gume;

 Número de peças usinadas.

2.8.1 Qualidade superficial

A qualidade superficial compreende o estado da superfície externa de uma usinagem, ou seja, a parte aparente da região usinada, mas também a camada logo abaixo da região usinada que normalmente sofre algumas alterações microestruturais, acúmulo de tensões entre outros fatores.

Rugosidade: define-se rugosidade como sendo o conjunto de irregularidades da superfície real em relação à superfície técnica ou de referência. Existem dezenas de parâmetros utilizados na avaliação de superfícies em diversas aplicações. Conceitos de projeto, desgaste, atrito e lubrificação são profundamente influenciados pela rugosidade (CASTILLO, 2005).

 Base para avaliação: para medição de texturas em superfícies, a avaliação geralmente é baseada em um comprimento de referência especificado, se esse comprimento não for especificado no projeto do produto, então deve ser seguida a orientação da norma ISO 4287 (SANDVIK, 2010). A Figura 9 ilustra os comprimentos de medição total (lt),

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comprimento de avaliação (ln) e comprimento de referência (lr), adotados pela norma de inspeção de rugosidade.

Figura 9 – Comprimentos de medição de rugosidade

Fonte: Sandvik, (2010)

 Ra – Rugosidade média do perfil: contempla um valor médio de todos os desvios de uma linha reta no comprimento de avaliação, Figura 10, independe da orientação vertical. Essa característica impede a utilização do valor da rugosidade Ra para determinar se os desvios são picos ou vales, mas também indica que desvios individuais como riscos ou picos muito grandes afetam significativamente o valor de Ra. A Figura 11 ilustra duas superfícies com mesma rugosidade Ra porém com perfis diferentes.

Figura 10 – Desvio médio aritmético do perfil avaliado

Fonte: Sandvik, (2010)

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Fonte: Sandvik, (2010).

 Rz - Média da altura máxima do perfil: é obtida pela média entre a altura do maior pico e a profundidade do maior vale do perfil, medido em 5 comprimentos de referência (ln), na Figura 12 fica ilustrado o esquema de medição para a rugosidade Rz, e na equação 1 a forma como é calculado o desvio máximo Rz dentro do comprimento de referência.

Figura 12 – Esquema de medição da rugosidade Rz

Fonte: Sandvik, (2010) 5 5 4 3 2 1 Z Z Z Z Z Z R R R R R R      Eq. 1

 Rt – Altura total do perfil: contempla a soma da altura do maior pico do perfil e a maior profundidade de vale encontrada no comprimento de avaliação (ln). A rugosidade Rt pode ser entendida com base no esquema ilustrado pela Figura 13.

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Figura 13 – Rugosidade Rt

Fonte: Sandvik, (2010)

 Ry – Altura máxima do pico: definida como o maior valor das rugosidades parciais que se apresenta no percurso de medição (lm).

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3 DESENVOLVIMENTO

Neste capítulo esta apresentada a metodologia utilizada para realização dos testes, como a definição dos fornecedores participantes do estudo, os procedimentos adotados, definição e apresentação dos corpos de prova, dados técnicos das ferramentas, definição dos dados de fim de vida e parâmetros de usinagem e apresentação dos equipamentos utilizados.

3.1 METODOLOGIA

A pesquisa a seguir apresentada visa o desenvolvimento de um estudo comparativo entre diferentes ferramentas de torneamento externo, aplicadas ao aço SAE1020, sendo esta etapa estruturada a partir da definição dos fabricantes de ferramentas participantes, da definição dos parâmetros de teste, forma e tipo dos dados a serem coletados durante o teste e posterior tratamento desses dados.

3.2 DEFINIÇÕES DOS FABRICANTES

Existem inúmeros fabricantes de ferramentas de usinagem atuando no mercado do Rio Grande do Sul, principalmente na região da cidade de Panambi, por isso foi delimitado que apenas 03 desses fabricantes participariam dos testes propostos por esse trabalho de pesquisa.

Após uma avaliação de mercado e das condições ofertadas por cada fabricante, foram levados em conta a tecnologia ofertada, a assistência técnica, pós-venda e as referencias de mercado dessas marcas.

Dessa forma foram definidos os três fabricantes de ferramentas participantes do teste conforme descritos abaixo:

 Taegutec – Empresa coreana fabricante de ferramentas, pertencente ao Grupo IMC (International Metalworking Companies), representada no RS pela empresa Continental Ferramentas de Caxias do Sul – denominada como Ferramenta 1 neste presente trabalho;

 Mitsubishi – Empresa japonesa fabricante de diversas linhas de produtos, pertencente a divisão MMC (Mitsubishi Materials Corporation), representada no RS pela empresa MT Tools de Panambi – denominada como Ferramenta 2 neste presente trabalho.

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 Sandwik Coromant– Empresa sueca fabricante de ferramentas de corte, equipamentos para mineração e aços especiais para a indústria, pertencente ao Grupo Sandvik, representada no RS pela empresa ARWI Representações Comerciais Ltda de Caxias do Sul – denominada como Ferramenta 3 neste presente trabalho.

3.3 PROCEDIMENTO PARA TESTES

Os testes das ferramentas dos três fabricantes obedeceram os mesmos procedimentos para que os resultados obtidos tivessem o mesmo critério de comparação. Abaixo tem-se a descrição do procedimento.

a) Parametrização dos testes práticos: Foram solicitadas 02 ferramentas de cada marca para fazer os testes práticos e medir o desempenho dessas ferramentas. Foi definida uma peça que servirá de base para o teste de todas as marcas de ferramentas, também foi solicitado que cada fabricante após a análise do processo fizesse a indicação dos parâmetros de corte e sequencias de usinagem a serem adotadas; b) Testes práticos: os testes práticos foram realizados nas dependências da empresa JA

Usinagem, em um torno CNC, marca Romi, modelo Centur 30, com 10 CV de potencia.

c) Medição dos resultados: Foram cronometrados os tempos de fabricação para cada ferramenta testada, a quantidade de peças produzidas por ferramenta;

d) Análise dos resultados: Foram feitas análises quantitativas com base no custo final de usinagem, plotando taxa de produção versus custo final de produção.

3.4 CORPOS DE PROVA

Para um melhor aproveitamento dos experimentos executados, optou-se por utilizar como corpo de prova para a etapa experimental uma peça de trabalho corrente conforme descrito a seguir.

3.4.1 Geometria dos corpos de prova

Com a finalidade de melhorar um processo corrente na empresa JA Usinagem, utilizou-se como corpo de prova uma peça de produção rotineira na empresa. Essa peça é denomina “Bucha do Garfo” e possui um volume mensal médio de 500 unidades.

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Essa peça é produzida a partir de um tubo mecânico Ø40 mm x 58mm x 10mm do material SAE1020 sem costura, que é cortado em uma serra de fita, com o comprimento de 57 mm.

Na Figura 14 está exemplificado o desenho técnico dessa peça, com suas características construtivas e demais informações.

Figura 14 – Desenho geométrico Bucha do Garfo

Fonte: O autor

3.4.2 Composição química do corpo de prova

O aço SAE1020 do qual são obtidas as peças utilizadas nesse trabalho de pesquisa possui a composição química conforme a Tabela 1.

3.5 FERRAMENTAS DE CORTE

A operação a ser realizada nos testes práticos será uma operação de usinagem externa, assim foi definida a utilização de um porta-ferramenta e inserto normalizados pela ISO (International Organization for Standardization) e dessa forma há equivalência de perfil, formato e dimensões entre os três fabricantes selecionados. O porta-ferramentas utilizado nos testes é o MWLNR 2525M 08 conforme a Figura 15.

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Figura 15 – Porta-ferramenta

Fonte: Sandvik-Coromant AB

Esse porta-ferramentas é destinado à operações de desbaste e acabamentos externos, bem como faceamento. Por possuir um ângulo de posição

k

r de 95° e um ângulo de cunha (b) de 80°, ele só permite mergulhos em rampas inferiores a 5° de inclinação. As características técnicas desse porta-ferramentas são especificadas na Figura 16.

Figura 16 – Características técnicas Porta-ferramenta

Fonte: Sandvik-Coromant AB Onde:

LF = 150 mm – B= 25 mm – OHX = 35 mm – KAPR = 95° e WF = 32 mm

Os insertos ou pastilhas de metal duro que são acopladas à esse porta-ferramentas são o objeto de estudo dessa pesquisa, assim como o porta-ferramentas eles seguem uma codificação e dimensional construtivo normalizado pela ISO.

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Esses insertos são do formato trigonal, negativo (duplo-facial), com ângulos de cunha de 80°, comprimento de aresta (L) de 8 mm, espessura (S) de 4,76 mm e um círculo inscrito de diâmetro (IC) 9,525 mm.

A classificação ISO desse inserto remete ao seu código de catálogo utilizado pelos fabricantes como WNMG 0804, onde o W significa o formato trigonal, o N indica uma ferramenta neutra (sem ângulo de folga), o M refere-se à classe de tolerância de fabricação do inserto e o G indica que esse inserto possui ângulos de folga e quebra-cavacos nas duas faces do inserto. Os primeiros 2 dígitos (08) indicam o tamanho da aresta de corte, nesse caso 8 mm e os outros 2 dígitos (04) indicam a espessura 4,76 mm. Esses insertos possuem 6 arestas efetivas de corte. Na Figura 17 são demonstradas as características construtivas desses insertos.

Figura 17 – Inserto WNMG 080408

Fonte: Sandvik-Coromant AB.

A seguir são detalhados conforme a especificação de cada fabricante os insertos aplicados nos testes deste trabalho.

3.5.1 Ferramenta 01

A Ferramenta 01 recomendada pelo fabricante Taegutec segue a denominação exposta na Tabela 01.

Tabela 2 – Informações técnicas Ferramenta 01

Código WNMG 080412 Raio de ponta 1,2 mm Geometria TT Classe 8125 Revestimento CVD - TiN Classificação ISO P15 a P35 Preço Unitário R$ 22,50 Fonte: O autor

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3.5.2 Ferramenta 02

A ferramenta 02 recomendada pelo fabricante Mitsubishi segue a denominação exposta na Tabela 03.

Código WNMG 080408 Raio de ponta 0,8 mm Geometria MP Classe UE6110 Revestimento CVD - TiNAl Classificação ISO P10 a P20 Preço Unitário R$ 24,10 Fonte: O autor 3.5.3 Ferramenta 03

A Ferramenta 03 recomendada pelo fabricante Sandvik Coromant segue a denominação exposta na Tabela 04.

Código WNMG 080412 Raio de ponta 1,2 mm Geometria PR Classe GC4215 Revestimento CVD - TiNAl Classificação ISO P15 Preço Unitário R$ 25,10 Fonte: O autor

3.6 DEFINIÇÃO DO CRITÉRIO DE FIM DE VIDA

Na realização dos testes de usinagem em operação de torneamento externo nas peças produzidas a partir de um tubo de aço SAE1020, foram identificados dois tipos principais de desgastes nos insertos aplicadas nesta operação, o desgaste de flanco (VBmáx) e o desgaste de cratera, ambos citados no Capítulo 2, item 2.8 do presente trabalho.

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Devido ao desgaste de flanco apresentar um crescimento continuado ao longo do teste, ficou definido que este seria o fator a ser monitorado, e quando a marca de desgaste ultrapassasse 0,70 mm a ferramenta teria atingido seu final de vida útil.

3.7 MÁQUINA-FERRAMENTA

Os testes de usinagem foram realizados na empresa JA Usinagem utilizando um torno CNC horizontal, marca ROMI, modelo CENTUR 30D, equipado com comando numérico computadorizado Siemens, conforme mostrado na Figura 18.

Figura 18 – Torno CNC Romi Centur 30D

Fonte: JA Usinagem

A máquina possui uma capacidade de trabalho sendo o diâmetro máximo torneável de 200mm e o comprimento máximo entre pontos de 1200mm. Equipada com eixo-árvore de 4000 RPM e potência do motor principal de 10 CV. Possui placa de 3 castanhas, com diâmetro de 200mm e acionamento pneumático. Possui trocador automático de ferramentas, com torre dianteira frontal de 8 posições, admitindo ferramentas externas com suporte quadrado 25x25mm e internas com diâmetro de fixação máximo de 32mm.

3.8 SISTEMA DE FIXAÇÃO

Uma correta fixação da peça influencia diretamente no resultado de desempenho da operação, dessa forma procurou-se garantir nessa operação uma excelente fixação, utilizando

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para isso um jogo de castanhas usinadas com o raio de fixação igual ao raio do material da peça, além disso foi utilizado um contra-ponto universal acionado por um sistema pneumático com pressão de 6 bar. Na figura 19 está representado o sistema de fixação da peça.

Figura 19 – Sistema de fixação da peça no Torno

Fonte: JA Usinagem

3.9 DEFINIÇÃO DOS DADOS DE CORTE

Para o desenvolvimento experimental planejado, foram padronizados os dados de corte a serem aplicados para os três insertos testados, esses dados são expostos abaixo:

 Velocidade de corte (Vc): 450 [m/min];

 Profundidade de corte por passe (ap): 1.5 [mm]

 Avanço de corte (fn): 0,30 [mm/revolução]

 Comprimento de corte por passe (lc): 50[mm]

Os testes consistiram em usinar as peças atendendo às especificações técnicas do desenho de produto e a fixação conforme demonstrado anteriormente. A cada peça usinada o inserto foi inspecionado com uma lupa graduada conforme Figura 20, onde eram identificados e medidos os tipos de desgaste que se revelavam nas ferramentas.

Após cada inserto atingir o critério de final de vida imposto anteriormente, as peças foram contabilizadas, assim como o tempo de processo e analisada a qualidade visual das peças produzidas.

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Figura 20 – Lupa Graduada

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4 RESULTADOS

Os resultados dos testes de usinagem serão apresentados em um primeiro plano de forma individual e em um segundo momento sob a forma comparativa, visando a analise econômica.

Sendo os parâmetros de corte idênticos para os três testes realizados, o tempo de corte é de 50 segundos para todos os experimentos realizados.

Todos os testes seguiram o procedimento descrito no item 3.6 do presente trabalho e foram realizados na empresa JA Usinagem.

4.1 RESULTADOS DA FERRAMENTA 01

O desgaste do flanco foi sendo monitorando durante a produção das peças, e quando este atingiu 0,70 mm, os testes foram finalizados, a ferramenta 01 atingiu seu final de vida útil tendo produzido 87 peças. Na Figura 21a podemos observar o desgaste ocorrido na ferramenta 01 a partir da vista frontal, e na Figura 21b observa-se o desgaste na vista de topo.

Figura 21 – Desgaste da Ferramenta 01

Fonte: O autor

Para a ferramenta 2 o desgaste do flanco foi sendo monitorando durante a produção das peças, e quando este atingiu 0,70 mm, os testes foram finalizados, a ferramenta 2 atingiu seu final de vida útil tendo produzido 95 peças. Na Figura 22a podemos observar o desgaste

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ocorrido na ferramenta 02 a partir da vista frontal, e na Figura 22b observa-se o desgaste na vista de topo.

Fonte: O autor

Na ferramenta 3 o desgaste do flanco foi monitorado durante a produção das peças, e quando este atingiu 0,70 mm, os testes foram finalizados, a ferramenta 3 atingiu seu final de vida útil tendo produzido 219 peças. Na Figura 23a podemos observar o desgaste ocorrido na ferramenta 03 a partir da vista frontal, e na Figura 23b observa-se o desgaste na vista de topo.

Fonte: O autor

b) a)

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4.4 ANÁLISE ECONÔMICA PARA O PROCESSO TESTADO

Com o intuito de verificar a viabilidade econômica do processo, avalia-se o custo - benefício das ferramentas testadas.

No Gráfico da Figura 24 de peças produzidas, podemos observar a diferença significativa na quantidade de peças produzidas.

Figura 24 – Gráfico de peças produzidas

Fonte: O autor

Obteve-se o custo por peça produzida dividindo o custo da ferramenta pelo número de peças produzidas.

A ferramentas 1 possui o custo de R$ 22,50 e produziu 87 peças. Assim o custo por peça foi de R$ 0,26.

A ferramenta 2 possui o custo de R$ 24,10 e produziu 95 peças. Assim o custo por peça foi de R$ 0,25.

A ferramenta 3 possui o custo de R$ 25,10 e produziu 219 peças. Assim o custo por peça foi de R$ 0,11.

Na Figura 25, faz-se um comparativo do custo da ferramenta X custo da peça produzida.

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Figura 25 – Gráfico Custo ferramenta X Custo peça

Fonte: O autor

4.5 PROJEÇÕES DE PRODUÇÃO COM A FERRAMENTA 3

Considerando os resultados dispostos anteriormente pode-se fazer uma projeção para aumento da produtividade, variando-se um dos parâmetros de corte, nesse caso o avanço de corte e assim simulando uma possível situação de produção, conforme será apresentado a seguir.

Como o efeito da vida útil da ferramenta 03 foi muito superior às demais, optou-se por simular um aumento da taxa de produção. Para tal o avanço de corte seria aumentado para 0,38 mm/rot, e os demais parâmetros de corte seriam mantidos.

Nessas condições haverá uma redução no tempo de corte, que passaria dos atuais 50 segundos para 36,6 segundos por peça, esse aumento do avanço irá proporcionar um esforço maior sobre a ferramenta, estima-se que isso causará uma redução de 30% na vida útil, das atuais 219 peças, passariam a ser produzidas 153 peças. Compilando os dados conforme dispostos na Tabela 5, e considerando um custo hora-máquina de R$90,00 é possível calcular as parcelas do Custo de Produção (CP), que são Custo-Máquina (CM) e Custo-Ferramenta (CF).

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Tabela 5 – Valores de projeção

SITUAÇÃO Vc [m/min] fn [mm/rot] tc [s] Vida [pçs] Tp [pçs/h] CM [R$/pç] CF [R$/pç] CP [R$/pç]

Atual 450 0,3 50 219 72 R$ 1,25 R$ 0,11 R$ 1,36

Proposta 450 0,38 36,6 153 98 R$ 0,92 R$ 0,16 R$ 1,08

Os dados calculados remontam um aumento de 45,45% no Custo-Ferramenta (CF), porém o Custo-Máquina (CM) é reduzido em 26,4%, proporcionando nessas condições um aumento da Taxa de Produção (Tp) em 36,1%. Nessas condições o Custo de Produção (CP) é reduzido em 20,58%.

No Gráfico Custo x Taxa de produção apresentado a seguir na Figura 26, é possível verificar o comportamento de cada uma das variáveis analisadas na condição atual e proposta.

Figura 26 – Gráfico Custo X Taxa de produção

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CONCLUSÃO

Ao realizar testes práticos com três ferramentas modelo WNMG 0804 de fabricantes diferentes, utilizando-se de mesmas condições, como: parâmetros e tempo de usinagem, equipamentos e dispositivos, puderam ser observadas grandes diferenças nos resultados.

Na avaliação do preço (R$) dos insertos de usinagem, há diferenças significativas individuais de cada fabricante, onde o fabricante da ferramenta 03 tem o maior preço. No entanto, a ferramenta 03 apresenta os melhores resultados em termos de vida útil, o que reduz o custo de usinagem por peça muito abaixo dos outros dois fornecedores. A ferramenta 03 representa 11% a mais de custo inicial, sendo seu ganho de vida útil superior a 250% em relação à ferramenta 01 que tem o menor preço e menor vida útil.

Conclui-se que para o processo de torneamento externo da peça Bucha do Garfo, a ferramenta 03 do fabricante Sandvik Coromant tem o melhor custo - benefício. E para processos de usinagem em geral o menor preço da ferramenta não pode ser fator predominante na seleção e compra de ferramentas.

Conforme a projeção de produção simulada no item 4.5 deste trabalho é possível concluir também, que em condições de vida útil elevada, existe a possibilidade de incremento de produção sem a perda do controle de custos, isso promove um aumento de disponibilidade de equipamento, visto há uma taxa de produção maior.

Como sugestão de trabalhos futuros, podem ser realizados trabalhos testando os limites de velocidade de usinagem das ferramentas, fazendo um comparativo de produtividade x

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