UMA CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DO TORNEAMENTO DE DESBASTE DE UMA PEÇA DE FERRO FUNDIDO NODULAR COM CORTE INTERROMPIDO

Transcrição

1 UMA CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DO TORNEAMENTO DE DESBASTE DE UMA PEÇA DE FERRO FUNDIDO NODULAR COM CORTE INTERROMPIDO Edilei Barbosa 1 Roberto Giani Pattaro Junior 2 Resumo Nos processos industriais de fabricação mecânica, principalmente dos metais, a usinagem predomina, devido a sua versatilidade e grande aplicabilidade industrial. A usinagem abrange um grande conjunto de processos de fabricação utilizados para remover certa quantidade de material indesejado na forma de cavaco, visando conceder formas finais aos produtos (peças). Dentre esses processos o torneamento é o mais utilizado e por esse motivo o mais conhecido. Atualmente os aços, juntamente com os ferros fundidos são os materiais mais utilizados pela indústria moderna. No processo de torneamento está presente muitas vezes a condição de corte interrompido, principalmente na usinagem de ferro fundido nodular, devido ao componente mecânico ser resultante de uma etapa anterior, no caso fundição. Contudo há uma dificuldade de aumentar e melhorar a quantidade da vida útil das ferramentas no processo de desbaste desse material. Este artigo demonstra a relação do parâmetro da profundidade de corte (ap), alterados em intervalos de 0,5 mm a 2 mm para operações de desbastes, visando uma maior produtividade combinada com menor custo. O melhor parâmetro verificado nos testes foi ap de 1,50 mm, que produziu 350 peças, sem intervenções em ajustes dimensionais. Nesta profundidade, o desgaste da ferramenta apresentou parâmetros aceitáveis e sem comprometer a qualidade das peças produzidas. Palavras-chave: Usinagem. Torneamento. Corte interrompido. Ferro fundido nodular. 1 Introdução 1 Pós-graduando em Usinagens Especiais, Faculdade de Tecnologia SENAI Roberto Mange. edileibarbosa@yahoo.com.br 2 Professor Especialista da Faculdade de Tecnologia SENAI Roberto Mange. roberto.gjunior@sp.senai.br 1

2 A usinagem é considerada um processo mecânico, cujo objetivo trata de modificar a forma de uma matéria-prima, por meio da remoção de material, utilizando máquina e ferramenta de corte. Esse processo tem como objetivo principal a produção de peças e componentes com um baixo custo, sem comprometer a funcionabilidade 3 e a intercambialidade 4 (SILVA et al., 2005; MACHADO et al., 2009). A usinagem confere à peça uma precisão dimensional e um acabamento superficial que não podem ser obtidos por nenhum outro processo de fabricação. É por esse motivo que a maioria das peças, mesmo quando obtidas por meio de outros processos, recebe seu formato final por meio de usinagem. No processo de usinagem as principais variáveis são a seleção da ferramenta de corte, os parâmetros de usinagem, as características do material a ser usinado e a máquina a ser utilizada. O processo de torneamento consiste na utilização de ferramentas com corte em uma única região, que é fixa. A ferramenta remove material de uma peça em movimento circular, por meio de cisalhamento (parte onde ocorre o rompimento de determinado material que sofreu uma força maior que seu ponto elástico, causando um rompimento de sua estrutura). O processo é caracterizado pela presença de grandes deformações, altas taxas de remoção de material (cavaco) e elevados valores de temperatura (SHAW, 2004). Por meio dele é possível obter excelente precisão e qualidade das superfícies com altas taxas de remoção de material. Com esse processo são obtidas superfícies cilíndricas paralelas ou cônicas, rebaixos e roscas. Atualmente os aços, juntamente com os ferros fundidos, são os materiais mais utilizados pela indústria moderna, sendo aplicados em diversos setores, por possuírem características específicas e também por sua imensa versatilidade (TELES, 2007). Esses materiais podem apresentar diversas características mecânicas dependendo dos elementos de liga presente ou do tratamento térmico ao qual foi submetido. Neste o enfoque se deu no torneamento do ferro fundido nodular com corte interrompido. Essa problemática surge quando são processadas peças cuja geometria inicial é diferente da cilíndrica (redondo, roliço), ou quando existem descontinuidades nos materiais cilíndricos, como furos ou ressaltos (parte saliente que se destaca de uma superfície). Três fatores relevantes surgem quando há um processo com corte interrompido: a entrada da ferramenta na peça, a saída da ferramenta quando inicia a interrupção (descontinuação) no 3 Assegurar que o produto funcione tal como foi especificado e projetado. 4 Possibilidade de utilização de um item, componente ou produto no lugar de outro (s), sem necessidade de adaptação ou ajustes para satisfazer aos requisitos necessários. 2

3 corte e os ciclos térmicos e mecânicos, que resulta uma considerável redução da vida da ferramenta (PEKELHARING, 1980). De acordo com o exposto surgiu a questão: como melhorar a vida útil da ferramenta de desbaste neste processo? Como em um processo de usinagem existem muitas variáveis, como parâmetros de corte, posicionamento e geometria da ferramenta, equipamento utilizado entre outros, no caso do torneamento de desbaste do ferro fundido nodular com corte interrompido, será analisada a variável da profundidade de corte (ap). Este trabalho objetiva verificar, por meio de testes produtivos, qual o melhor valor da profundidade de corte (ap) a ser utilizado para se produzir um maior número de peças, o que acarretará em economia financeira, visto que a otimização deste parâmetro reduz o custo de ferramenta por peça. 2 Referencial teórico Este capítulo tem como objetivo evidenciar os principais temas que suportam a pesquisa tais como: ferro fundido nodular, usinagem, desgaste de ferramenta, geometria da ferramenta de corte. O ferro fundido é constituído por ligas de ferro-carbono-silício contendo ainda Manganês (Mn), Enxofre (S) e Fósforo (P), podendo apresentar adicionalmente elementos de ligas diversos (GUESSER, 2009). Conforme Chiaverini (2012, p. 464): [...] ferro fundido é a liga ferro-carbono-silício, de teores de carbono geralmente acima de 2,0 %, em quantidade superior à que é retida em solução sólida na austenita, de modo a resultar carbono parcialmente livre, na forma de veios ou lamelas de grafita. Esse material depende principalmente da sua estrutura e da distribuição dos componentes da sua microestrutura para portar propriedades mecânicas como resistência, ductilidade e módulo de elasticidade e as propriedades físicas como condutividade térmica e capacidade de amortecimento. A principal característica micro estrutural de qualquer ferro fundido para obter estas propriedades é a presença de grafita pura. Dentre as ligas ferrocarbono, os ferros fundidos constituem um grupo de ligas de importância fundamental para a indústria. Mediante a introdução de elementos de liga e de aplicação de tratamentos térmicos adequados, tornou-se possível o emprego do ferro fundido nodular em aplicações antes exclusivas dos aços (CHIAVERINI, 2012). 3

4 Considerando este contexto, verifica-se aspectos passíveis de análise, uma vez que [...] a presença destes elementos influencia na usinabilidade dos ferros fundidos [...] e deve ser analisada juntamente com a melhoria das propriedades mecânicas desejadas. (SILVA et al., 2005). Existem vários conceitos para o termo usinabilidade 5, porém, o mais aceito, é aquele que o define como sendo uma grandeza que indica a facilidade ou dificuldade de se usinar um material (MACHADO; SILVA, 2004). Os ferros fundidos apresentam como principais vantagens as baixas temperaturas de fusão comparadas com os aços que necessitam de temperaturas maiores, consumindo menos energia no processo, além de apresentarem boa usinabilidade e propriedades mecânicas bem definidas. Eles possuem ponto de fusão relativamente baixo (1200ºC), requerendo assim, menos combustível e possibilitando fácil moldação, uma vez que, o metal fundido preencherá os vazios dos moldes com certa facilidade. Além disso, apresentam menor custo, podem ser obtidos por meio de sucatas e permitem que a posterior operação de usinagem seja a mínima possível, quando comparado aos aços (VAN VLACK, 1994). Conforme Chiaverini (2012, p. 494), os ferros fundidos são classificados em seis classes: 1) ferro fundido cinzento; 2) ferro fundido branco; 3) ferro fundido mesclado; 4) ferro fundido maleável; 5) ferro fundido nodular; 6) ferro fundido de grafita compactada. O nodular ou ferro fundido dúctil é assim chamado pois em sua micrografia nota-se a presença de nódulos em formato esferoidal, conforme figura 1, os quais são carbonos livres na forma de grafita esferoidal, obtida a partir de um tratamento térmico realizado quando a liga se encontra no estado líquido (CHIAVERINI, 2012; SILVA et al., 2005). No quadro 1 constam as normas aplicáveis aos vários tipos de ferro fundido nodular. Esse tratamento confere ao material uma boa ductilidade (capacidade que alguns materiais possuem de se deformarem antes da ruptura, quando sujeito a tensões muito elevadas), que é a principal propriedade deste tipo de material, como também confere maior resistência mecânica e aumento da tenacidade. A resistência mecânica do ferro fundido nodular se 5 Usinabilidade é o grau de dificuldade de se usinar um material (TELES, 2007). A usinabilidade é também usada para quantificar o desempenho das ferramentas de corte e geometria das ferramentas, principalmente em termos de vida de ferramenta, temperatura de corte, produtividade, características e controle do cavaco, acabamento superficial da peça, esforços de corte (FERRARESI, 1970), como também, o desempenho de fluidos de corte durante as operações de usinagem. Variáveis tais como as forças de usinagem, energia requerida na usinagem, taxas de desgaste da ferramenta, são também geralmente consideradas como medida de usinabilidade (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2014). 4

5 destaca pelo fato de seu limite de escoamento ser maior que o dos ferros fundidos cinzento e maleável, proporcionando maior resistência à tração. Suas principais aplicações incluem válvulas carcaça de bombas, virabrequins, engrenagens, rolamentos, pinhões, cilindros e outros componentes de máquinas e automóveis. Figura 1 - Ferro Fundido Nodular de Matriz Ferrítica Fonte: (THOMÉ; MORENO; BERTI, 2016) NORMA NODULAR (GRAFITA ESFEROIDAL) EQUIVALÊNCIA COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) ABNT NBR 6916/ NBR 8650 FE FE FE FE FE ASTM A DIN EN 1563 EN-GJS EN-GJS-400- EN-GJS EN-GJS EN-GJS700-2 SAE J-434 D D-4512 D D-7003 DIN 1693 GGG-40.3 GGG-40 GGG-50 GGG-60 GGG-70 C (A) 3,40-3,80 3,40-3,80 3,40-3,80 3,40-3,80 3,40-3,80 Si (A) 2,10-2,80 2,10-2,50 2,30-2,80 2,50-2,80 2,30-2,80 Mn (A) 0,30 Máx 0,30 Máx 0,50 Máx 0,50 Máx 1,0 Máx P 0,09 Máx 0,09 Máx 0,09 Máx 0,09 Máx 0,09 Máx S 0,02 Máx 0,02 Máx 0,02 Máx 0,02 Máx 0,02 Máx Cu (A) - - 0,20-0,70 0,50-1,00 0,50-1,00 Mg (A) 0,04-0,06 0,04-0,06 0,04-0,06 0,04-0,06 0,04-0,06 DUREZA (HB) RESISTÊNCIA TRAÇÃO MÍN (MPa) PROPRIEDADES ESCOAMENTO MÍN (MPa) ALONGAMENTO MÍN (%) MATRIZ PREDOMINANTE IMPORTANTE: Ferrítica Ferrítica Perlítica/Ferrítica Perlítica Perlítica (A) Para os elementos sinalizados as faixas especificadas tem caráter apenas orientativo, uma vez que a faixa especificada é restrita pela NBR 8650 a determinadas aplicações conforme a Tabela Classe e Requisitos de Composição Química e a utilização desta composição pode afetar características de usinabilidade dependendo da geometria das peças. *As Propriedades Físicas referentes aos materiais FE e FE42012 e Normas Equivalentes, normalmente são obtidas através de tratamento térmico. * Os valores de Resistência à Tração, Limite de Escoamento e Alongamento são valores mínimos obtidos de corpo de prova padrão, fundidos separadamente das peças fundidas. 5

6 2.1 Usinagem Quadro 1 - Norma de Ferro Fundido Nodular (grafita esferoidal) Fonte: (MINATTI FUNDIÇÃO TÉCNICA, 2017) Sempre que uma operação de usinagem é realizada, o principal objetivo é produzir componentes com o máximo de funcionabilidade 6 e intercambialidade 7, com um baixo custo e alta produção. Isso significa que cada peça ou conjunto de um produto final seja feito de acordo com as especificações definidas quanto às dimensões, forma e acabamento da superfície. Esses objetivos não são tão fáceis de serem alcançados devidos a vários fatores que ocorrem durante o processo produtivo e por este conter muitas variáveis. Dentre elas destacam-se as características e usinabilidade do material da peça, seleção correta do material da ferramenta e os parâmetros de corte. (SILVA et al., 2005; MACHADO et al., 2009). O ferro fundido nodular ou dúctil tem sido utilizado em muitas aplicações estruturais devido a suas propriedades mecânicas, boa fundibilidade 8 e usinabilidade, podendo ser considerado um material de fácil usinagem dependendo de sua constituição (BOEHS; AGUIAR; FERREIRA, 2000). Na usinagem diversos fatores influenciam os mecanismos de desgaste de uma ferramenta, sendo que essas condições atuam direta ou indiretamente nesses desgastes, alterando o tempo de vida de uma ferramenta e se apresentam em três grupos, sendo eles: a) a peça: propriedade do material, composição química, físicas, mecânicas; processo de fabricação; tratamento térmico; microestrutura; dimensões e formas. b) a ferramenta: geometria; tipo de material; composição; propriedades químicas, físicas e mecânicas; largura da marca de desgaste de flanco (critério de fim de vida útil). c) máquina: tipo de máquina; rigidez; velocidade de corte (parâmetro é o mais significativo), avanço e profundidade de corte; área de seção de corte; forma da seção de corte; uso de fluidos de corte (tipo, propriedades lubrificantes, refrigerantes, forma de aplicação etc.) (SOUZA, 2011). No corte de materiais frágeis como o ferro fundido, que se deforma bem pouco antes da ruptura, principalmente os ângulos de saída da ferramenta e de inclinação provoca a diminuição da pressão específica de corte (Ks) à medida que seus valores aumentam, devido à 6 Assegurar que o produto funciona tal como foi especificado e projetado. 7 Possibilidade de utilização de um item, componente ou produto no lugar de outro (s), sem necessidade de adaptação ou ajustes para satisfazer aos requisitos necessários. 8 Capacidade de se deixar fundir, capacidade de se deixar penetrar completamente no molde de fundição para obtenção de formas complexas e boa qualidade, ausência defeitos de fundição. 6

7 diminuição da deformação da ruptura do cavaco. O aumento do ângulo de saída minimiza a resistência da ferramenta e aumenta a sua sensibilidade aos choques. Na usinagem de ferro fundido a utilização de ângulos de saída e inclinação negativos é recomendada, pois eles influenciam pouco nos esforços de corte e propiciam uma maior resistência da cunha de corte da ferramenta (DINIZ; MARCONDES; COPPINI; 2014). Por ser normalmente um material heterogêneo, com presença de poros e microdureza irregular, necessita de uma ferramenta de geometria resistente aos choques, principalmente no corte interrompido. O aumento da profundidade de corte (ap) praticamente não altera o valor de Ks, a não ser por pequenos valores de (ap), pois o crescimento da profundidade de corte na usinagem faz aumentar o comprimento de contato ferramenta-peça, sem acrescer as velocidades envolvidas. O crescimento da força de corte é diretamente proporcional ao da profundidade de usinagem, mas com o aumento do avanço a força de corte também cresce, porém não na mesma proporção, já que ocorre a diminuição de Ks. Com o aumento da quantidade produzida de cavaco, proveniente do aumento do avanço (f) e diminuição da profundidade de corte, ocorre um maior desgaste da ferramenta, pois o aumento do avanço prejudica o acabamento da superfície da peça. Por essa razão, é preferível trabalhar com um pequeno avanço (f) e grande profundidade de corte (ap) (FERRARESI, 1970). Conforme Diniz, Marcondes e Coppini (2014), o desgaste da ferramenta é influenciado principalmente pela velocidade de corte, depois pelo avanço e, por último, pela profundidade da usinagem. Esta, por sua vez, se for aumentada, não altera a energia destinada ao corte por unidade da área e nem a velocidade da retirada do cavaco, fazendo somente com que um maior volume de cavaco seja retirado por meio do uso de uma maior porção da aresta de corte. Nas operações de desbaste, cujo objetivo é a retirada de material da peça sem muita preocupação com o acabamento superficial, o avanço (f), limitado pela força de corte e resistência da ferramenta, e a profundidade de corte (ap), limitada pela força de corte e pelo material da peça, devem ser os maiores possíveis. A velocidade de corte, por sua vez, deverá ser baixa, de tal forma que um grande volume de material (cavaco) é retirado na unidade de tempo, apresentando melhor rendimento da vida da ferramenta (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2014). 7

8 Figura 2 - Influência do raio de ponta de ferramenta nas forças de avanço e passiva. Fonte: (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2014, p. 71) Nota-se na figura 2 que à medida do raio cresce, a força de profundidade aumenta de uma maneira substancial e a força de avanço diminui. Figura 3 - Geometria da ferramenta de corte. Fonte: (MACHADO; SILVA, 1999) Na figura 3 temos uma ferramenta de corte padrão com suas superfícies funcionais, e os nomes dessas superfícies segue abaixo: a) superfície de saída (Ay) é aquela na qual o cavaco sai da peça, (região em amarelo na figura 3); b) superfície de folga (Aα) é a superfície que determina folga entre a ferramenta e a superfície em usinagem principal; c) superfície secundária de folga (A α) é a superfície que determina a folga entre a ferramenta e a superfície em usinagem secundária; d) cunha de corte é a parte da ferramenta na qual o cavaco se origina, por meio do movimento relativo entre a ferramenta e a peça. As arestas que limitam as superfícies da cunha são arestas de corte, estas podem ser retilíneas, angulares ou curvilíneas (FERRARESI, 1970); 8

9 e) aresta principal de corte (s) formada pela intersecção das superfícies de saída e de folga; f) aresta secundária de corte (s) formada pela intersecção das superfícies de saída e secundária de folga; g) ponta de corte lugar da cunha de corte que encontram a aresta principal e a aresta secundária de corte. Existem diversos tipos de desgastes 9 e avarias 10 que acontecem em uma ferramenta de usinagem. No corte interrompido, as ferramentas utilizadas apresentam frequentemente problemas como lascamento, trincamento ou quebras. Com um desgaste uniforme a superfície de folga ou saída será dominante quando a ferramenta possuir tenacidade suficiente para resistir aos choques mecânicos e térmicos do processo. No corte interrompido, a aresta de corte pode sofrer avarias na entrada, no meio ou na saída, durante o ciclo ou revolução da ferramenta (SANTOS; SALES, 2007). Denomina-se vida de uma ferramenta o tempo que a mesma trabalha efetivamente (deduzidos os tempos passivos), até perder a sua capacidade de corte, dentro de um critério previamente estabelecido. Os fatores que determinam a fixação de um determinado valorlimite de desgaste para o fim da vida da ferramenta são vários (DINIZ; MARCONDES; COPPINI; 2014). A ferramenta deve ser retirada de uso quando: 1) Os desgastes atingirem proporções tão elevadas que se receia a quebra da aresta de corte; 2) Devido ao desgaste da superfície de folga da ferramenta; 3) Os desgastes crescem muito; 4) O aumento da força de usinagem interfere no funcionamento da máquina. 3 Procedimentos metodológicos Este capítulo tem por objetivo demonstrar os procedimentos e técnicas utilizadas para a análise dos efeitos da profundidade de corte na usinagem de ferro fundido nodular com corte interrompido. A máquina utilizada na usinagem das peças de ferro fundido nodular classe GGG 50, foi um torno CNC vertical da marca Okuma, conforme a figura 4 e algumas características estão demonstradas no Quadro 2. 9 Desgaste é a perda contínua e microscópica de partículas da ferramenta devido à ação do corte. 10 São denominadas avarias as quebras e lascamentos da ferrmenta. 9

10 Figura 4 - Torno CNC vertical Okuma, comando OSP 700L. MÁQUINA Torno CNC Marca: OKUMA Modelo: CROW E Potência do eixo arvore: 8,7 Kw Potência eixo Z 3,0 Kw Potência eixo X 2,8 Kw N de ferramentas no magazine 12 Comando CN OSP 700L Quadro 2 - Características da Máquina CNC Fonte: Elaborado pelo autor. 3.1 Ferramenta utilizada na usinagem Para a usinagem das peças foi selecionado a ferramenta de acordo com as condições de usinagem, tipo de material a usinado, condições gerais da máquina, entre outros. A pastilha é de metal duro com raio de ponta de 1,2 mm sem quebra cavaco, código do fabricante Kennametal DNMA , conforme figura 5. A classe do metal duro escolhida foi a KCK Figura 5- Pastilha utilizada na usinagem 11 Composição: Um revestimento de camadas múltiplas com camadas MTCVD TiCN-Al2O3 moderadamente espessas, sobre um substrato de carboneto altamente deformável. Aplicação: Projetado para usinagem de alta velocidade de ferros cinzentos e dúcteis. A arquitetura do substrato e do revestimento juntamente com o tratamento pós-revestimento CW5 garantem uma enorme vantagem na vida útil da ferramenta, especialmente ao cortar ferros dúcteis e cinzentos de maior resistência à tração em que consistência do tamanho da peça e a confiabilidade da vida da ferramenta são críticas. Excelente em profundidades retas e variadas de corte. 10

11 3.2 Porta-ferramentas utilizado na usinagem O porta-ferramenta é o acessório que faz a interface entre a máquina e a pastilha. Para a usinagem das peças foi utilizado o porta-ferramenta do fabricante Kennametal, código KM40TSMDQNL 1506, que possui um ângulo de posição de 17 30, conforme figura 6: Figura 6 - Porta ferramentas utilizado na usinagem. Fonte: (KENNAMETAL, 2018) 3.3 Sistema de fixação da peça Este capítulo demonstra a peça antes da usinagem, peça bruta, e após a usinagem conforme a figura 7, assim como seu sistema de fixação realizado por placa de três castanhas conforme a figura 8. Figura 7 - Peça bruta Classe GGG 50 e após a usinagem. 11

12 Figura 8 - Sistema de fixação da peça e vista do interior da máquina 3.4 Equipamento de medição do desgaste da ferramenta Para medir e analisar o desgaste da ferramenta, utilizou-se um estereoscópio com software Stream Start conforme figura 9. Figura 9 - Estereoscópio marca OLYMPUS modelo SZ Parâmetros de Corte Utilizados na Usinagem. Os parâmetros de corte utilizados nos testes foram: velocidade de corte de 266,0 m/min, resultando em aproximadamente 1800 rotações por minuto e avanço de 0,3 mm por volta. Como o estudo é sobre a profundidade de corte, esses parâmetros se mantiveram inalterados nos testes. 12

13 3.6 Ensaios de Usinagem. Os ensaios foram realizados apenas variando a profundidade de corte na operação de desbaste, deixando sempre o mesmo sobremetal para acabamento, totalizando 4 ensaios. Foram testadas as profundidades de 0,5 mm, 1,0 mm, 1,5 mm e 2,0 mm. A característica do corte interrompido ocorre devido ao material da peça ser fundido e consequentemente possuir superfícies irregulares, além de uma gravação de letras na face da peça. 3.7 Situação 1 Utilizando 0,5 mm de profundidade de corte eram necessárias seis passadas para atingir a medida final do desbaste, o que resultou em um tempo de usinagem de 35 segundos. Como a profundidade é inferior ao raio da ponta da pastilha (1,2 mm), o contato da ferramenta com a peça em uma região em que a força de profundidade é maior do que a força de avanço gerou um desgaste prematuro na região do ângulo de folga da pastilha e ocasionou quebra e lascamento da aresta de corte - figura 10. Foi realizado outro teste nesta profundidade a fim de verificar se a quebra era uma reação frequente desse parâmetro. No segundo teste, a pastilha não lascou e foi possível medir seu desgaste - figura 11. Com relação ao comprimento usinado nessa profundidade de corte, foi possível usinar mm, totalizando 100 peças produzidas. Figura 10 - Situação 1 - pastilha com lascamento 1,39 mm Figura 11 - Situação 1 - pastilha com desgaste de 1,13 mm 13

14 3.8 Situação 2 Aplicando 1,0 mm de profundidade de corte foram necessárias apenas três passadas para atingir a medida final do desbaste, com um tempo de usinagem de 20 segundos. Com essa profundidade obteve-se um desempenho melhor em quantidades de peças produzidas, chegando a usinar 350 peças e em comprimento usinado que chegou a mm. Conforme verifica-se na figura 12. Figura 12 - Situação 2 - pastilha com desgaste de 1,37 mm 3.9 Situação 3 Com 1,5 mm de profundidade de corte foram necessárias apenas duas passadas para atingir a medida final do desbaste e o tempo de usinagem ficou em 12 segundos. Com essa profundidade se obteve a mesma quantidade produzida na situação 2 (ap 1,0 mm), no entanto com um desgaste da aresta de corte menor conforme a figura 13. No segundo teste a ferramenta apresentou o mesmo comportamento, com relação ao desgaste e quantidade de peças produzidas (figura 14). Esse desempenho ocorreu porque a partir dessa profundidade de corte, a aresta de corte que está em contato com a peça passou a ser maior que o raio de ponta, distribuindo assim melhor as forças de avanço e de profundidade. Ambos os testes nessa profundidade atingiram o comprimento usinado de mm, totalizando 350 peças produzidas, sem intervenções em ajustes dimensionais. Figura 13 - Situação 3 - pastilha com desgaste de 1,08 mm 14

15 Figura 14 - Situação 3 - pastilha com desgaste de 1,09 mm 3.10 Situação 4 Fazendo uso de 2,0 mm de profundidade de corte foram necessárias duas passadas para atingir a medida final do desbaste, porém não foram duas passadas com profundidades iguais devido à peça ter sobremetal de apenas 6 mm no diâmetro, o tempo permaneceu com 12 segundos conforme a situação 3. O primeiro passe ficou com ap=2,0 mm e o segundo passe com ap=1,0 mm. Com essa profundidade se obteve a quantidade produzida de 152 peças, o que resultou em um comprimento usinado de 7600 mm e com desgaste excessivamente grande de 1,49 mm, conforme a figura 15. Figura 15 - Situação 4 - pastilha com desgaste de 1,49 mm Por se tratar de um processo de desbaste, a rugosidade superficial da peça foi desprezada. Após essa operação, foram realizadas mais duas, para finalizar a peça, sendo elas de acabamento e rosqueamento. No entanto, o critério utilizado para determinar a vida útil da ferramenta, foi definido pelo padrão visual de acabamento da face da peça, sendo que essa superfície não será usinada o acabamento na próxima operação e não há uma especificação da rugosidade no desenho técnico para essa região da peça. Foi definida a quantidade de peças para fim de vida útil da ferramenta, mantendo o padrão visual, definido pelo setor de controle da qualidade, conforme a figura

16 Figura 16 - Padrão visual, peça da esquerda OK da direita NÃO OK. 4 Resultados Este capítulo tem como objetivo apresentar os resultados obtidos a partir dos testes de usinagem e das medições realizadas conforme respectivos procedimentos apresentados no capítulo 3. Após aumento da profundidade de corte (ap) de 0,50 mm para 1,0 mm (situação 2) houve um ganho de 250 peças na quantidade produzidas por aresta de corte, anteriormente usinava-se em média 100 peças quando não ocorria a quebra, após alteração de parâmetros foi possível usinar 350 peças com o mesmo inserto, representou um aumento de 350% na vida útil de cada aresta de corte, mantendo a qualidade do produto, consequentemente reduzindo os custos com ferramenta, e aumentando a produtividade do equipamento. Utilizando uma profundidade maior, o tempo de usinagem foi menor devido à redução do número de passadas para desbastar. Com aumento da profundidade de corte (ap) de 1,0 mm para 1,50 mm (situação 3) foram produzidas as mesmas 350 peças, obtendo o mesmo resultado da situação 2, entretanto com o tempo de usinagem menor devido à redução do número de passadas. O desgaste também foi menor, o que resulta em uma usinagem mais estável. Com a profundidade de corte (ap) de 1,50 mm para 2,00 mm (situação 4) houve um desgaste mais acentuado, foram produzidas somente 152 peças com um comprimento usinado de apenas 7600 mm, isso ocorreu devido ao aumento da temperatura na região de corte e a variação da profundidade de corte durante a usinagem. A peça apresentava 6 mm de sobremetal o que acarretou uma passada com 2,0 mm e a outra passada com 1,0 mm de profundidade. Segue na figura 17 um gráfico comparativo com os resultados apresentados. 16

17 ap 0,5 ap 1,0 ap 1,5 ap 2,0 Desgaste de Ferramenta ap 0,5 ap 1,0 ap 1,5 ap 2,0 Quantidade de Peças Produzidas ap 0,5 ap 1,0 ap 1,5 ap 2,0 0 ap 0,5 ap 1,0 ap 1,5 ap 2,0 Tempo (segundos) Comprimento Usinado (mm) 5 Considerações finais Figura 17 - Gráficos comparativos Conforme verificado nos testes de produção com aumento da profundidade de corte (ap de 0,5 mm para 1,0 mm e 1,5 mm) houve um ganho significativo tanto na quantidade de peças produzidas por aresta de corte, como também no comprimento usinado, além da redução das trocas e quebras de insertos, resultando no aumento da produção de acordo com o tempo de usinagem. O melhor parâmetro verificado nos testes foi com a profundidade de corte (ap) de 1,50 mm, onde se produziu 350 peças com acabamento conforme o projeto de engenharia, o desgaste da ferramenta ficou mais estável se mantendo menor em relação às demais profundidades. Os resultados apresentados evidenciam que a escolha do parâmetro afeta na produtividade direta e indiretamente. O objetivo desse trabalho foi investigar a melhor profundidade de corte (ap) visando um aumento da produtividade e na vida útil da ferramenta. De acordo com os resultados foi escolhida a profundidade de 1,5 mm, pois se manteve com menor desgaste da ferramenta juntamente com o menor tempo de usinagem, embora não obteve o melhor rendimento em comprimento usinado. Valores de ap, menores do que o raio da ferramenta devem ser evitados, devido às forças de avanço ficar menores que as forças de profundidade, o que resulta em instabilidade do processo. Caso haja a pretensão de se realizar trabalhos futuros, será necessário investigar a melhor velocidade de corte dentro da faixa recomendada pelo fabricante. 17

18 A CONTRIBUTION TO THE STUDY OF CUTTING A CLEARED NODULAR IRON PART WITH INTERRUPTED CUT Abstract In industrial processes of mechanical manufacture, mainly of metals, the machining predominates, due to its versatility and great industrial applicability. Machining encompasses a large set of manufacturing processes used to remove a certain amount of unwanted material in chip form in order to grant final shapes to the products (parts). Currently steels along with cast irons are the materials most used by modern industry. In the turning process the interrupted cutting condition is often present, especially in the machining of nodular cast iron, because the mechanical component is the result of an earlier step in the casting case. However, there is a difficulty in increasing and improving the amount of tool life in the process of thinning that material. This paper demonstrates the relationship of the cut depth parameter (ap), altered in intervals of 0.5 mm to 2 mm for slicing operations, aiming for a higher productivity combined with lower cost. The best parameter verified in the tests was ap of 1.50 mm, where it produced 350 pieces, without interchanges in dimensional adjustments, in this depth the wear of the tool presented acceptable parameters and without compromising the quality of the pieces produced. Keywords: Machining. Turning. Interrupted cutting. Nodular cast iron. Referências BOEHS, L.; AGUIAR, C. G.; FERREIRA, J. C. A usinagem do ferro fundido nodular de fundição contínua. Máquinas e Metais, p , jul CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos: características gerais, tratamento térmicos, principais tipos. 7. ed. São Paulo: ABM, DINIZ, A. E.; MARCONDES, F. C.; COPPINI, N. L. Tecnologia da usinagem dos materiais. 9. ed. São Paulo: Artliber, FERRARESI, D. Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Edgard Blücher, GUESSER, L. W. Propriedades mecânicas dos ferros fundidos. São Paulo: Edgard Blücher, KENNAMETAL. KM40TS cutting units Disponível em: < 08/ / / html>. Acesso em: 25 jan

19 MACHADO, A. R.; SILVA, M. B. Usinagem dos metais. 4. ed. Uberlândia, MG: Universidade Federal de Uberlândia, MACHADO, A. R.; SILVA, M. B. Usinagem dos metais Trabalho realizado no Laboratório de Ensino e Pesquisa em Usinagem - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia. MACHADO, A. R. et al. Teoria da usinagem dos materiais. São Paulo: Edgard Blücher, MINATTI FUNDIÇÃO TÉCNICA. Norma nodular (grafita esferoidal) Disponível em: < Acesso em: 12 abr PEKELHARING, A. J. Cutting toll damage in interrupted cutting. Wear, v. 62, n. 1, p , SANTOS, S. C.; SALES, W. F. Aspectos tribológicos da usinagem dos materiais. São Paulo: Artliber, SHAW, M. C. Metal cutting: principles. 2th ed. New York: Oxford University Press, SILVA, R. B. et al. Investigação da usinabilidade do ferro fundido nodular: primeira parte. In: SIMPÓSIO DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA, 15., 2005, Uberlândia, MG. Anais... Uberlândia: FEMEC/UFU, SOUZA, A. J. Processo de fabricação por usinagem: parte Apostila. Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. TELES, J. M. Torneamento do ferro fundido nodular ferritizado com nióbio utilizando ferramentas de metal duro f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, MG, THOMÉ, B.; MORENO, G. G.; BERTI, L. F. Ferro fundido: cinzento, nodular e vermicular Disponível em: < Acesso em: 25 jan VAN VLACK, L. H. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. 4. ed. Rio de Janeiro: Campus,