OTIMIZAÇÃO DA PRECISÃO EM FUROS

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1 PR UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS DE CURITIBA DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA E DE MATERIAIS - PPGEM ANTONIO MASSAO ETO OTIMIZAÇÃO DA PRECISÃO EM FUROS ESTAMPADOS POR FERRAMENTA COMBINADA DE PUNCIONAMENTO E BROCHAMENTO CURITIBA SETEMBRO DE 2005

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3 ANTONIO MASSAO ETO OTIMIZAÇÃO DA PRECISÃO EM FUROS ESTAMPADOS POR FERRAMENTA COMBINADA DE PUNCIONAMENTO E BROCHAMENTO Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Área de Concentração: Engenharia de Materiais, do Departamento de Pesquisa e Pós-Graduação, do Campus de Curitiba, da UTFPR Orientador: Prof. Paulo César Borges, Dr.Eng. CURITIBA SETEMBRO DE 2005

4 TERMO DE APROVAÇÃO ANTONIO MASSAO ETO OTIMIZAÇÃO DA PRECISÃO EM FUROS ESTAMPADOS POR FERRAMENTA COMBINADA DE PUNCIONAMENTO E BROCHAMENTO Esta Dissertação foi julgada para a obtenção do título de mestre em engenharia, área de concentração em engenharia de Materiais, e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Prof. Silvio Luiz de Mello Junqueira, D.Sc Coordenador de Curso Banca Examinadora Prof.Paulo César Borges, Dr.Eng (UTFPR) Prof. Paulo Victor Prestes Marcondes, PhD (UFPR) Prof. Paulo A. de Camargo Beltrão, PhD. (UTFPR) Prof. Eduardo M. do Nascimento, Dr.Eng (UTFPR) Curitiba, 30 de Setembro de 2005

5 À Regina, pela paciência, incentivo e abdicação de longos períodos em que poderíamos estar juntos. Ao Henrique, pelos momentos em que não pude me dedicar a ele como pai e o amigo que desejava.

6 AGRADECIMENTOS Ao meu orientador Prof. Paulo César Borges, pelo apoio e pela orientação deste trabalho. Ao Prof. Paulo Victor Prestes Marcondes, pela co-orientação deste trabalho. À empresa Magius Metalúrgica Industrial Ltda e aos meus colegas da Magius, pelo grande apoio à realização deste trabalho. Ao CEFET-PR que deu a oportunidade de poder fazer este curso. Ao Prof. Paulo Beltrão que ajudou na realização deste trabalho. Ao Prof. Otávio Derenievicki Filho do Senai que confeccionou os punções combinados. A todas as pessoas que contribuíram e me apoiaram, direta ou indiretamente, a realização deste trabalho.

7 RESUMO A crescente busca pela redução no tempo de produção é um fator que estimula o aperfeiçoamento das técnicas de fabricação existentes, bem como, o desenvolvimento de novos processos que possibilitem a obtenção de peças em menor tempo e com melhor aproveitamento de recursos materiais e de equipamentos. O presente trabalho tem por objetivo melhorar a precisão em furos estampados através da utilização de uma ferramenta combinada, de puncionamento e brochamento. Esta ferramenta possibilita a realização de um puncionamento seguido de um brochamento em uma só operação, aliando as vantagens dos processos de fabricação de conformação e usinagem em um só processo combinado para chapas grossas. Foram confeccionados 18 punções, 3 tipos (geometria) de punção para cada nível de refrigeração (100%,75% e 50%) com e sem ângulo de ponta. A avaliação do processo foi realizada com base na rugosidade, dimensão do diâmetro e conicidade do furo, temperatura de operação, bem como no desgaste da ferramenta. Verificou-se que o punção do tipo I, nível de refrigeração a 75% e punções com ângulo de ponta foram as que apresentaram melhores resultados no experimento. Os punções II e III apresentaram melhores resultados para conicidade. Palavras-chave: Conformação, Chapas Grossas, Puncionamento e Brochamento.

8 ABSTRACT The search for reduction of production times stimulates the improvement of current manufacturing techniques, through the development of new processes which reduce each part production time and enhance the use of resources and equipments. The aim of this work is to improve the accuracy of stamped holes through the application of a tool which combines punching and broaching. The aforementioned tool combines the advantages of both forming and machining processes of thick sheet metal in only one process. In order to measure its performance, eighteen punches were made, three types (geometry) of punches for each refrigeration level (100%, 75% and 50%), with and without tip angle. The evaluation of the process was based in the roughness, diameter and angle of the hole, in the operation temperature and tool wear. The best results were obtained using a type I punch refrigeration level of 75% and tip angle. In conical holes, punches II and III produced better results. Keywords: Forming, Thick metal sheet, Punching, Punch e Broaching.

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Diâmetro do início e final de corte...18 Figura 2 - Funcionamento da ferramenta combinada: (a) Punção encosta na chapa; (b) Deformação plástica da chapa; (c) Ruptura da chapa; (d) Início do brochamento; (e) Fim do brochamento; (f) Retorno do punção (Mello,2001)...20 Figura 3 - Disposição do comprimento máximo do punção com seção circular (Marcos,1975)...27 Figura 4 - Indicações para seções retangulares (Marcos,1975)...29 Figura 5 Tipos de geometria de punção (Singh, 1992)...30 Figura 6 - Deformação radial versus ângulo de corte (Singh, 1992)...30 Figura 7 - Resistência radial versus tipo de punção (Singh, 1992)...31 Figura 8 - Tensões durante o puncionamento (Mello, 2001)...35 Figura 9 - Esquema da folga, penetração e fratura no puncionamento (Mello, 2001)...37 Figura 10 - Características da borda de corte estampado (Mello, 2001)...37 Figura 11 - Efeitos da folga inadequada (Mello, 2001)...38 Figura 12 - Fenômenos que se verificam no corte (Polack, 1974)...45 Figura 13 - Brocha (Freire, 1977)...49 Figura 14 - Dentes de uma brocha(freire, 1977)...49 Figura 15 - Elementos de uma brocha interna (Stemmer, 1995)...51 Figura 16 - Alturas crescentes dos dentes seqüenciais (Stemmer, 1992)...52 Figura 17 - Comparativo da atuação dos dentes de uma ferramenta de brochamento com uma ferramenta de torneamento (Stemmer, 1992)...52 Figura 18 - Ferramenta de brochamento com ressaltos abaulados de alisamento (Mello, 2001)...54

10 Figura 19 - Quebra cavacos em uma ferramenta de brochamento (Stemmer, 1992)...55 Figura 20 - Dentes oblíquos (Mello, 2001)...56 Figura 21 - Altura dos dentes e raios de concordância (Mello, 2001)...57 Figura 22 - Brocha de compressão (Stemmer, 1992)...58 Figura 23 - Elementos de uma brocha interna de compressão (Stemmer, 1992)...59 Figura 24 - Grandezas influentes sobre a qualidade superficial (Koenig,1990)...70 Figura 25 - Relações de rugosidade entre os métodos de manufatura e os valores atingíveis médios (Faccio, 2002)...73 Figura 26 - Gráfico (Faccio, 2002)...74 Figura 27 - Fluxograma do Processo...80 Figura 28 - Punções...81 Figura 29 Tiras Numeradas...83 Figura 30 - Corpo de prova típico...84 Figura 31 - Foto da seção do furo 100 da tira Figura 32 - Perfil dos dentes dos punções combinados...89 Figura 33 Continuação - Características técnicas...91 Figura 34 - Desenho da Matriz...92 Figura 35 Matriz...93 Figura 36 Ferramenta de estampagem...94 Figura 37 - Dispositivo de lubrificação no porta punção...95 Figura 38 - Dispositivo de lubrificação...96 Figura 39 - Ranhura...96 Figura 40 - Entrada da mangueira no dispositivo de lubrificação...97 Figura 41 Prensa...99 Figura 42 - Rugosímetro...100

11 Figura 43 Termômetro Rayteck-st Figura 44 - Punções com e sem ângulo X rugosidade Figura 45 - Punções com variação na refrigeração (100, 75 e 50%) x Rugosidade Figura 46 - Punções com e sem ângulo X diâmetro Figura 47 - Punções com variação na refrigeração (100, 75 e 50%) x Diâmetro. 110 Figura 48 - Punções com refrigeração variada X diâmetro Figura 49 - Influência no diâmetro dos furos, utilizando os tipos de punção I,II e III Figura 50 - Punções com e sem Ângulo X Conicidade Figura 51 - Punção III com e sem Ângulo com Refrigeração (100, 75 e 50%) x Conicidade Figura 52 - Tipos de punções X conicidade Figura 53 - Tipos de punções X conicidade Figura 54 - Punções com e sem ângulo X temperatura Figura 55 - Punções com refrigeração variada X temperatura...123

12 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Resistência ao escoamento e à ruptura para diversos materiais...44 Tabela 2 Velocidade de corte Vc (m/min) para brochas...65 Tabela 3 - Seleção de fluído de corte para a usinagem...68 Tabela 4 Variáveis e níveis do experimento...78 Tabela 5 - Processo de Estampagem...82 Tabela 6 - Composição Química e Propriedades Mecânicas do Aço...97 Tabela 7 - Características Hislip Stamp...98 Tabela 8 - Dados Coletados Tabela 9 - Anova para Rugosidade Tabela 10 - Anova para Diâmetro Tabela 11 - Anova para Conicidade Tabela 12 - Anova para Temperatura Tabela 13 - Desgaste dos Punções...124

13 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ap asf D F H Kc Pc L/p Nd P T Vc EP PDV CEFET-PR PPGEM - Penetração Passiva - Penetração de avanço (profundidade de corte) - Diâmetro de corte - Força de estampagem - Altura do dente - Pressão específica de corte - Perímetro de corte - Número de dentes em corte simultâneo - Número de dentes de desbaste - Passo - Espessura de estampagem - Velocidade de corte - Extrema pressão - Deposição física de vapor - Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais UFPR UTFPR - Universidade Federal do Paraná - Universidade Tecnológica Federal do Paraná

14 LISTA DE SÍMBOLOS Aγ A α γ f α f f - Face do dente - Flanco do dente - Ângulo de saída lateral - Ângulo de incidência - Largura do flanco do dente c - Tensão de cisalhamento ou ruptura

15 SUMÁRIO RESUMO ABSTRACT LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS LISTA DE SÍMBOLOS 1 INTRODUÇÃO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA PUNCIONAMENTO Definição Ferramentas e Equipamentos Utilizados Punção Dureza dos punções Comprimento do punção Geometria dos punções Fabricação e qualidade dos punções Matriz Processo de Puncionamento Folga entre punção e matriz Força de corte Fenômenos que se verificam no corte BROCHAMENTO Definição Ferramentas Utilizadas Brocha Principais Elementos Brocha de compressão Vida útil Critérios para a determinação do fim de vida da ferramenta...60

16 2.2.3 Processo de Brochamento Força de usinagem Velocidade de corte Meios lubri-refrigerantes para a usinagem Seleção do fluido lubri-refrigerante em função do processo de usinagem Qualidade superficial da peça Forma dos cavacos Vantagens do brochamento Observações sobre usinagem Rugosidade Definições de alguns parâmetros de rugosidade Ferramentas de Estampar Adaptadas para Brochamento PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL E TÉCNICAS DE ANÁLISE DELINEAMENTO EXPERIMENTAL Definição das Variáveis Preparativos do Experimento Separação das tiras de aço Separação dos punções Preparação da mistura (água + Hislip) Experimento Procedimentos durante o processo de estampagem Procedimento após o processo de estampagem Corpos de prova Medição do diâmetro dos furos Registros fotográficos Medida da rugosidade das paredes dos furos Medida da temperatura dos punções Análise estatística: ANOVA Materiais e Equipamentos Punções Ferramenta Combinada Matriz de Estampagem Ferramenta de estampagem...93

17 3.2.4 Dispositivo de Lubrificação Tiras de Aço Óleo Hislip Stamp THI Prensa Mecânica tipo C (Marca La Mundial) Paquímetro Digital Mitutoyo Rugosímetro Mitutoyo SJ Máquina Fotográfica digital Sony Cyber-Shot DSC-PSO Termômetro Rayteck-st RESULTADOS E DISCUSSÕES TABELA DE DADOS FATORES DE INFLUÊNCIA NA VARIÁVEL DEPENDENTE RUGOSIDADE Influência na rugosidade dos furos utilizando punções com ou sem ângulo Influência na rugosidade dos furos, utilizando os punções tipo I, II e III, com variação na refrigeração FATORES DE INFLUÊNCIA NA VARIÁVEL DEPENDENTE DIÂMETRO Influência no diâmetro dos furos, utilizando os punções com e sem ângulo Influência da refrigeração no diâmetro dos furos, utilizando os punções do tipo I, II e III Influência nos diâmetros dos furos, utilizando refrigeração variada Influência da refrigeração no diâmetro dos furos, utilizando diferentes tipos de punções (I, II e III) FATORES DE INFLUÊNCIA NA VARIÁVEL DEPENDENTE CONICIDADE Influência na conicidade dos furos, utilizando os punções com e sem ângulo Influência da refrigeração na conicidade dos furos, utilizando punções do tipo I, II e III Influência na conicidade dos furos, utilizando diferentes tipos de punções Influência dos tipos de punções (I, II e III) na conicidade dos furos...119

18 4.5 FATORES DE INFLUÊNCIA NA VARIÁVEL DEPENDENTE TEMPERATURA Influência na temperatura dos punções, utilizando punções com e sem ângulo Influência na temperatura dos punções, com a variação na refrigeração DESGASTE DOS PUNÇÕES CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS ANEXO A Diâmetro (mm) ANEXO B Rugosidade (µm) ANEXO C Conicidade (mm) ANEXO D Temperatura (ºC) ANEXO E Desgaste da ponta dos punções..137

19 Capítulo 1 - Introdução 17 1 INTRODUÇÃO A crescente busca pela redução no tempo de produção é um fator que estimula o aperfeiçoamento das técnicas de fabricação existentes, bem como, o desenvolvimento de novos processos que possibilitem a obtenção de peças em menor tempo e com melhor aproveitamento de recursos materiais e de equipamentos. Nas ferramentas de corte de peças estampadas são determinadas as folgas em punções ou matrizes. Esta folga é necessária para evitar que as peças saiam com rebarbas, aumentar a vida útil da ferramenta e reduzir a força de corte, conforme Rachik (2002), Fang (2002), Hambli (2002) e Hilditch (2005). Dependendo do tipo de material e da espessura da peça a ser estampada, esta folga varia muito, expõe Faura (1998) e Schaeffer (1999). Quanto maior a folga, maior a possibilidade de ocorrer à ruptura (estouro) do material no final do corte. Segundo Beneli (2003) o efeito estouro se agrava com a elevação da dureza do material de trabalho e principalmente com o aumento da espessura da chapa. Quando isto ocorre a dimensão do diâmetro do furo no final do corte é diferente (maior) que a dimensão do diâmetro no início de corte, conforme mostra a Figura 1. Portanto, quando se tem uma peça de chapa grossa, que tenha a necessidade de sair com a medida nominal por inteiro ao longo do furo (por exemplo: furo para fixação de um pino guia na peça), deve-se usinar a peça, utilizando alargadores, brochadeiras e brocas. Adicionando assim, mais uma etapa ao processo de fabricação. Uma outra solução seria furar por processo a laser o qual permitiria obter peças com o furo paralelo ao longo do furo. Existem máquinas combinadas de laser e puncionamento conforme Steeg (2002) que combina a flexibilidade do laser e a

20 Capítulo 1 - Introdução 18 produtividade do puncionamento; mas este processo (laser) é caro, comparando com o processo de estampagem. Figura 1 - Diâmetro do início e final de corte Será que não existe um processo mais econômico e que possa dar a qualidade do furo desejado? Em busca desta resposta, este trabalho irá avaliar a performance da Ferramenta Combinada de Puncionamento com Brochamento Mello (2001), ou mais particularmente a uma ferramenta que, em uma única peça, comporta uma ferramenta de estampar furos (ou puncionar) e uma ferramenta de usinagem por brochamento, proporcionando assim dois trabalhos distintos ao mesmo tempo, sendo utilizado em processos de estampagem. Esta ferramenta apresenta as vantagens do processo de estampagem (rapidez e estabilidade) com as vantagens do processo de brochamento (elevada qualidade dimensional). Esta ferramenta é

21 Capítulo 1 - Introdução 19 adequada para processos de furação de chapas de aço grossas, cuja espessura é igual ou superior a 6,0 mm. A resposta que se procura, está na melhoria desta ferramenta combinada de puncionamento e brochamento. O objetivo do presente estudo é avaliar a performance desta ferramenta, para furação de chapas grossas, que apresenta os benefícios de um processo de alta qualidade dimensional aliado com o alto desempenho dos processos de estamparia, tornando-se uma ferramenta útil para a indústria mecânica. No processo combinado de puncionamento com brochamento a ferramenta toca a superfície da chapa (Figura 2-a), causando a deformação desta contra uma matriz (Figura 2-b) até a sua ruptura (Figura 2-c) da mesma forma que num processo de puncionamento convencional. Após a ruptura, o punção, ao contrário do processo de puncionamento convencional que retorna para fora da chapa, continua a descer. Neste momento os dentes contidos na parte superior do punção, com diâmetros maiores do que os da parte inferior, iniciam o processo de brochamento da chapa (Figura 2-d). A medida que os diâmetros maiores dos dentes da brocha penetram na chapa, o diâmetro do furo aumenta tal qual um processo de brochamento (Figura 2- e) gerando uma quantidade adicional de cavacos (com aspectos de cavacos de usinagem), até que o último dente da brocha ultrapasse a parte inferior da chapa (Figura 2-f). Neste momento, o punção terá brochado totalmente a chapa e sua seção, com alívio estará inteira dentro do furo da chapa (este alívio é feito para evitar que o punção fique cravado na chapa devido à folga quase inexistente). A partir deste momento o punção inicia seu retorno deixando o furo, que deverá apresentar um bom acabamento superficial (de uma ferramenta de brochamento), sem no entanto ter comprometido o processo em mais do que poucos segundos na estampagem.

22 Capítulo 1 - Introdução 20 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 2 - Funcionamento da ferramenta combinada: (a) Punção encosta-se à chapa; (b) Deformação plástica da chapa; (c) Ruptura da chapa; (d) Início do brochamento; (e) Fim do brochamento; (f) Retorno do punção (Mello,2001) Para o cumprimento dos objetivos, desenvolveu-se o trabalho em cinco capítulos. O primeiro capítulo Introdução apresentou os problemas, motivações, algumas soluções e o que será feito. O segundo capítulo Fundamentação Teórica. Identificaram o puncionamento (definição, ferramentas e equipamentos, matriz e processo de puncionamento), brochamento (definição, ferramentas utilizadas,

23 Capítulo 1 - Introdução 21 processo de brochamento) e observações sobre usinagem (rugosidade). O terceiro capítulo apresentou o procedimento experimental e técnicas de análise, utilizados na pesquisa (identificação das variáveis e níveis do experimento, materiais e equipamentos, procedimentos e experimento). O quarto capítulo apresentou os resultados e discussões da pesquisa (tabela de dados, fatores de influência nas variáveis dependente rugosidade, diâmetro, conicidade, temperatura e desgaste dos punções). O quinto capítulo apresentou as considerações finais sobre o experimento. Metodologicamente diz-se que a pesquisa foi do tipo de campo (experimental), com coleta de dados in loco (observações direta) e que a análise dos dados foi feita de forma quantitativa. Tendo utilizado o método indutivo, observação e lógica da pesquisa científica.

24 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 22 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 PUNCIONAMENTO Definição O puncionamento é um processo de corte por cisalhamento, utilizando uma ferramenta chamada punção. A pressão aplicada pela ferramenta de corte na superfície a ser cortada, ocasiona o puncionamento. Quando esta pressão ultrapassa a tensão admissível ao cisalhamento do material cortado, ocorre então a separação. Neste sentido Marcos (1975), expõe que o processo de corte de chapa é uma operação tipicamente mecânica, por meio da qual é possível conseguir desenhos de perfil previamente estabelecido, separando-os do resto do material por meio de ferramentas especiais. O processo de corte não é totalmente compreendido devido a situações em que constantemente altera a resistência do material, o processo é muito complexo para modelo analítico. Por essa razão, o método dos elementos finitos tem sido usado para simular o processo de corte com sucesso. Concluíram que a correlação da imagem digital está bem condizente à investigação experimental do processo de corte. O modelo numérico da superfície de tensão prediz o campo de força e a resistência adequadamente. Com este modelo de elemento finito, as circunstâncias necessárias são apresentadas para fraturas dúcteis no processo de corte. (GOIJAERTS, 2000)

25 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 23 O corte de uma chapa metálica é uma parte integral do processo de estampagem automotivo, por isso é um fator importante para manter a qualidade da peça.(hilditch, 2005) Nos anos recentes segundo Hatanaka (2003), simulações numéricas do processo de corte de chapas metálicas tem sido feitas baseadas no método de elementos finitos para reduzir o tempo e o custo para produção. Para confirmar os resultados da simulação de elementos finitos, com várias folgas entre punção e matriz, a propagação da ruptura com a penetração do punção e a forma da extremidade cortada são observadas. Os seus resultados experimentais mostram boa conformidade com aqueles da simulação dos elementos finitos. Já o trabalho apresentado por Klingenberg (2003) visa investigar as características do processo corte no puncionamento para contribuir para o desenvolvimento de um sistema para caracterização on-line das propriedades do material da chapa durante o processo de corte. Na investigação faz uso do modelo analítico, simulação de elementos finitos e um programa para verificação experimental. Finalizando este conceito e mostrando a semelhança entre corte e puncionamento, conforme Polak (1974). Segundo Polak (1974) o único tipo de corte que dá lugar a operações de estampagem é aquele que se verifica simultaneamente em toda a linha cortada, por intermédio de um punção. Costuma-se tomar como sinônimos os conceitos de corte e de puncionamento, mesmo não sendo este um caso particular daquele. O processo de corte por cisalhamento é um processo de separação, o qual geralmente é tratado juntamente com os processos de estampagem por ser muito

26 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 24 comum com estes. O corte é efetuado por dois cantos afiados que passam um em frente do outro com uma folga entre eles.(schaeffer,1999) Logo, conclui-se a existência entre puncionamento e corte simultâneo, bem como sua aplicabilidade na indústria mecânica. Conforme Vaz (2002) o corte consiste de uma operação de conformação de metal caracterizada pela separação completa do material. Marcondes (2000) expressa que o puncionamento gera uma série de produtos aplicáveis em diversas áreas da indústria, principalmente na área automobilística, onde dá como exemplos (fechadura de portas, engrenagens da caixa de câmbio, ajustadores do assento reclinável). Observa-se entretanto, que para a execução do processo de puncionamento, são necessárias ferramentas básicas como punções e matrizes Ferramentas e Equipamentos Utilizados Existem três diferentes tipos de ferramentas de corte conforme o número de peças produzidas e a precisão requerida. O tipo mais simples consiste de punção, extrator e matriz. Nesta ferramenta o punção é guiado somente pela guia da prensa, desta forma não é possível trabalhar com folga muito pequena, prejudicando assim a precisão das peças e introduzindo um alto desgaste nas ferramentas. Estas ferramentas são mais baratas mas a ajustagem delas na hora da troca é muito difícil e demorada. Atualmente raramente são aplicadas para a produção de peças em pequenos lotes. O segundo tipo é a ferramenta com punção guiado. Esta guia é efetuada pela placa que também funciona como extrator. Esta ferramenta é usada para peças mais precisas e para a fabricação de pequenas quantidades. As vantagens das ferramentas com punção guiado são a combinação de baixo custo e bom manuseio na hora da troca e da preparação da prensa. O tipo mais avançado é

27 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 25 a ferramenta com guia por pinos e buchas. Geralmente é construída aproveitando uma base de estampo com pinos de guia. Esta ferramenta permite o trabalho com folgas mínimas para a fabricação em série de peças de alta precisão. (SCHAEFFER, 1999) Yoshida (1979) denomina as ferramentas com punção guiado como sendo ferramentas com extrator guia, cuja finalidade é dupla, deve servir de guia do punção ou punções para fazê-los coincidir com a matriz e ao mesmo tempo servir de extrator da tira de material que se adere sobre os punções, uma vez efetuado o corte. Para Soler (1972) o extrator guia é chamado de placa extratora ou de guia, esta placa tem a função de guiar os punções na direção da placa matriz e exercer função de extrair a tira de material que fica presa nos punções após o corte da peça. Segundo Provenza (1976) o equipamento que realiza o puncionamento é constituído basicamente de duas partes: o punção e a matriz. Os punções são chamados machos e as matrizes são as fêmeas Punção Pelo exposto, entende-se por punção uma ferramenta que transmite esforços de compressão, logo gera tensões de cisalhamento, sobre a peça que se pretende cortar. Os parâmetros importantes na fabricação de um punção são: relação de dureza entre punção e material a ser puncionado, comprimento e geometria do punção.

28 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Dureza dos punções O material a ser utilizado na fabricação de punções deve ser mais duro do que aquele que deverá ser cortado. Tal medida é indicada para que o desgaste por atrito não seja excessivo, bem como seja evitado seu esmagamento. A respeito da adequada construção do punção, Marcos (1975) explica que é importante que para a análise do uso do punção e sua construção sejam levados em conta que a dureza do punção deverá ser bem maior do que a do material trabalhado. Caso contrário, o aumento de sua espessura dará lugar a novas tensões na superfície de corte e o punção se deteriorará de forma mais rápida. Finalizando sobre a dureza dos punções Marcos (1975) expõe que para corte simples, os punções devem ser endurecidos por meio de têmpera, com a finalidade de minimizar seus desgastes.convém escolher um aço que apresente grande resistência ao desgaste. Pelo exposto, nota-se a importância do endurecimento adequado dos punções. Conclui-se que seu endurecimento esta diretamente relacionado com sua resistência de ponta, lateral e o acabamento da seção final. Ressalva-se que a dureza evita o desgaste da ferramenta, logo evita a variação da área de corte final Comprimento do punção Conforme Marcos (1975) os punções que apresentam diâmetro pequeno em relação ao seu comprimento, devem ser testados quanto a flambagem, por meio da fórmula de Euler: 2. E. I P = π (01) 2 L

29 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 27 Onde: E = coeficiente ou módulo de elasticidade em Kg/mm 2 I = momento de inércia mínimo da seção transversal em mm 2 L = comprimento máximo do punção em mm = 3,1416 P = valor mínimo capaz de manter a flecha produzida. (pelo que a carga que o punção pode suportar sem flambar deve ser inferior a P). (MARCOS, 1975) seção circular. A Figura 3 apresenta a disposição do comprimento máximo do punção com Figura 3 - Disposição do comprimento máximo do punção com seção circular (Marcos,1975)

30 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 28 Por outro lado, tem-se: P = Pc. e. K t (02) substituindo P, obtém-se o comprimento máximo L do punção: 2 π. E. I = Pc. e. 2 L K t (03) Onde: Pc = comprimento do perímetro de corte em mm e = espessura da chapa em mm K t = coeficiente de ruptura por tração da chapa em Kg/ mm 2. ou seja: E. I L = π (04) Pc. e. K t Para um punção de seção circular, L é dado pela seguinte fórmula: 3 π E. d L = (05) 8 e. K t Para seções retangulares toma-se as indicações da Figura 4, bem como o desenvolvimento que vem a seguir. Se a seção for retangular, teremos a expressão abaixo para o comprimento máximo. 3 E. b. h L = π (06) 2 6 ( b + h) e. K t

31 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 29 Figura 4 - Indicações para seções retangulares (Marcos,1975) Geometria dos punções As geometrias dos punções são responsáveis pelo seu desempenho quando em trabalho. Aponta-se o ângulo de corte como um dos elementos fundamentais destas geometrias. Yoshida (1979) relata que os punções com a face frontal de corte inclinada reduzem entre 35 a 50% o esforço de corte. Conforme Singh (1992), utilizou técnicas de elementos finitos nos seus estudos. Modelos de elementos finitos 3D de vários tipos de punções foram desenvolvidos, estes modelos possibilitam a análise dos efeitos da variação da geometria do punção e sobre a deformação do punção quando aplicado uma força de corte. Foram utilizados 6 tipos de geometria de punção diferentes, conforme Figura 5.

32 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 30 Figura 5 Tipos de geometria de punção (Singh, 1992) A Figura 6 faz uma comparação entre os tipos de punção 2, 3 e 4 e a deformação radial dos mesmos quando em trabalho. Nota-se que o punção do tipo 2 é o que apresenta menor variação de deformação radial quando o ângulo de corte varia de 0 a 45º, logo é o mais indicado. Por questão de otimização, diz-se que quando o ângulo de corte é de 22,5º a deformação radial é praticamente nula. Tal fato leva a crer que, além do punção 2 ter o melhor desempenho face aos demais (deformação radial), o ângulo de corte mais indicado seria 22,5º. Figura 6 - Deformação radial versus ângulo de corte (Singh, 1992)

33 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 31 A Figura 7 relaciona os punções do tipo 2, 3 e 4 com a resistência radial. Sendo o ângulo de corte nos punções 2, 3 e 4 o mesmo (22,5º), nota-se que o punção do tipo 2 apresentou a maior resistência. Por tal motivo, e segundo este parâmetro de medida, é o mais indicado. Figura 7 - Resistência radial versus tipo de punção (Singh, 1992) Pela análise das figuras expostas acima e pelas conclusões já tiradas sobre as formas dos punções, diz-se que o punção mais indicado para a estamparia em chapas de aço é o punção do tipo 2. Ressalta-se que o ângulo de corte mais indicado é o de 22,5º.

34 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Fabricação e qualidade dos punções Para que a transmissão da energia se realize, os punções de corte devem ser fabricados de acordo com o trabalho a ser feito (cisalhamento), e desta fabricação dependerá a qualidade dos mesmos. Ressalta-se que além do tratamento térmico da dureza ser adequado, o fio de corte deve ser homogêneo em toda a superfície de corte. Se este fio de corte for irregular, a resistência ao corte será menor nos pontos em que este está mais afiado. (MARCOS, 1975) A construção desta classe de ferramentas depende de muitos fatores, principalmente do número de peças a construir, o que acarretaria na escolha do tipo de aço. Quando se trata de fabricar um pequeno número de peças e a peça precisa ser de grande dimensão, alcança-se uma significativa economia construindo-se o punção com material de menor custo, dando-se ao mesmo um tratamento superficial de têmpera Matriz Conforme Brito (1981) os punções e as matrizes são as partes mais importantes do estampo. A matriz, que é o inverso do punção, traz talhado com as dimensões o perfil do produto a ser produzido, e é um dos elementos do estampo que mais sofre o esforço de cisalhamento ao cortar a peça indicada Na confecção da matriz tem-se necessidade de considerar o ângulo de escape, a espessura, o perfil a ser cortado e a folga entre punção e matriz. (BRITO, 1981) Neste sentido Provenza (1976) considera que as características principais das matrizes de corte são o ângulo de saída (que facilita a saída do material cortado)

35 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 33 e a folga entre o punção e a matriz (que é responsável pelo perfeito corte da peça desejada). Assim como o punção, a matriz também será construída com aços especiais. Estes aços exigem os maiores cuidados e atenção, tanto sob o ponto de vista da fabricação quanto de sua aplicação, ou seja, quanto à sua fundição, tratamento térmico e até mesmo montagem. (BRITO, 1981). A matriz segundo Provenza (1976) deverá ser confeccionada com material de ótima qualidade (alta dureza e alta resistência ao desgaste) e com acabamento finíssimo (retificado). A seguir, temos algumas características fundamentais dos aços para punção e matriz: a) Alta dureza à temperatura ambiente (depende essencialmente do teor de carbono); b) Alta resistência ao desgaste (favorecendo uma máxima durabilidade do estampo); c) Temperabilidade satisfatória (garantir uniformidade no tratamento térmico); d) Tenacidade apreciável (capacidade de absorver energia antes de se romper); e) Alta resistência mecânica (ótimos valores para os limites elásticos e de escoamento). Os cinco requisitos são muito importantes, sendo que há outros fatores que os afetam, por exemplo, a composição química do aço, o tipo de operação, o calor gerado durante a operação até mesmo os tipos e qualidade dos lubrificantes utilizados.

36 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 34 As matrizes são geralmente montadas sobre bases e fixas por intermédio de parafusos ou porta-matrizes, podendo ser localizadas por pinos, encaixes ou chavetas. Para Provenza (1976) a matriz deve ser fixada rigidamente sobre a base inferior com parafusos, porta-matriz ou outro meio, sempre de modo a formar um conjunto bem sólido. A face de corte de uma matriz, por mais simples que seja, deve estar isenta de rebarbas ou asperezas, em vista de um melhor aproveitamento do seu trabalho. A força de corte, que deve vencer a resistência do material, reproduz seus efeitos nos fios de corte, que se desgastam após ter sido produzida uma grande quantidade de peças. Muitas vezes aparecem marcas na face da matriz, provenientes de rebarbas, pequenos retalhos ou corpos estranhos. Por necessidade de economia, recondiciona-se a matriz, retificando o suficiente, deixando-a em bom estado. Este recondicionamento deve ser estudado no ato de projetar, prevendo um acréscimo a mais na sua espessura. (BRITO, 1981) Processo de Puncionamento No processo de estampagem o metal que está sendo puncionado esta sujeito a tensões de compressão e tração, segundo Society of Manufacturing Engineers (1990). Conforme apresentado na Figura 8, ocorre compressão nas fibras superiores da chapa e tração nas fibras inferiores. Tal processo se dá devido aos efeitos da flexão que agem sobre o metal puncionado. Observa-se que a parte que está sendo comprimida tem sua seção reduzida, enquanto que a que está sendo tracionada tem sua seção expandida.

37 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 35 Figura 8 - Tensões durante o puncionamento (Mello, 2001) O punção prossegue sua ação e o material, em estado plástico, se expande. Quando o esforço exercido pelo punção se equiparar à resistência do material experimentado, ocorrerá a separação da peça cortada e o restante do material. Durante o processo de puncionamento, devido à elasticidade do material, e o esforço que está sendo realizado sobre as mesmas, deformações ocorrem nas fibras da chapa ao redor da área de corte. Tal deformação ocasiona atrito sobre as paredes da matriz, dificultando então a expulsão e extração do punção do furo da chapa. Para que se evite esse fato, é considerada uma folga entre o punção e a matriz. A Figura 8 ilustra um processo de puncionamento. Nota-se a disposição do punção, da chapa puncionada e da matriz. Diante de um corte longitudinal observase que a matriz é mais larga na parte inferior do que na superior.

38 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Folga entre punção e matriz A folga é a medida de espaço entre o punção e a matriz de corte de uma ferramenta. A fim de um acabamento adequado na superfície de corte, é necessário que a folga seja bem planejada (de 2 a 15% da espessura da chapa a ser puncionada). Folgas insuficientes causam o desencontro das trincas (rasgamento secundário), já folgas excessivas causam intensa deformação plástica. Neste segundo caso dão origem a rebarbas, o que pode levar ao desencontro das trincas, logo a rebarbas e saliências agudas aparecem na borda superior. Segundo Méroz (1980) a folga diametral entre punção e matriz pode ser calculada como: 7% da espessura para metais duros (aços), 6% para aços semi duros e de 4 a 5% para metais moles (latão e alumínio). Para Altan (1998) a ótima folga de corte está entre 2 a 10% da espessura da chapa, por meio do qual o valor mais baixo aplica-se a chapas de metais mais finos ou mais dúcteis. Enquanto que para Schaeffer (1999) a folga recomendada para o cisalhamento de chapas finas de baixo carbono é de 3 a 5 % da espessura da chapa. A Figura 9 mostra esquematicamente a folga, a penetração, e a fratura em um processo de puncionamento. Em uma operação de corte ideal o punção penetra no material a uma profundidade igual a aproximadamente 1/3 da espessura antes da fratura ocorrer, forçando então uma porção igual de material na abertura da matriz. A proporção de material que penetra na matriz tem aspecto altamente polido, apresentando no contorno de corte uma banda brilhante ao redor dos cortes adjacentes ao canto raiado (indicado por B e B1 na Figura 10 ).

39 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 37 Figura 9 - Esquema da folga, penetração e fratura no puncionamento (Mello, 2001) Figura 10 - Características da borda de corte estampado (Mello, 2001) Neste contexto nota-se que quando a folga não é suficiente, bandas adicionais de metal devem ser cortadas antes de ocorrer uma completa separação, como mostra a Figura 11.

40 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 38 Figura 11 - Efeitos da folga inadequada (Mello, 2001) Finalmente, quando a folga está correta, o material abaixo do corte fica rugoso em ambos os lados do retalho/chapa. O ângulo de fratura permite uma separação limpa abaixo da banda de corte, visto que as fraturas superiores e inferiores se estenderão uma em direção à outra. Uma folga excessiva resultará em uma superfície com bandas, sendo que o material do lado oposto do punção irá, após o corte, sair do mesmo tamanho da abertura da matriz. Sob este mesmo contexto, a Provenza (1976), apresenta, abaixo, uma relação prática entre a folga e a espessura da chapa. F = e/20 Para aço doce, latão e similares F= e/16 Para aço médio F= e/14 Para aço duro Onde: e = espessura da chapa em mm F= folga (em ambos os lados)

41 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 39 Conforme Brito (1981), a folga entre punção e matriz, é determinante para: Reduzir a força de corte; aumentar a durabilidade do estampo e produzir peças com tolerâncias. Complementa ainda que a folga tem sua condição ideal, a partir do momento que proporciona o máximo rendimento do estampo e reduz satisfatoriamente a força de corte. Para além desta condição ideal tem-se o aumento da força de corte e até a ruptura da matriz ou punção. Nota-se que as folgas mal dimensionadas são as maiores causas de rupturas das matrizes, bem como da perda de qualidade do acabamento final da peça produzida. Conforme Brito (1981) a precisão do produto obtido no processo de corte em estampos simples, depende da precisão de construção do punção e da matriz (centralização entre si e folga bem dividida). Quando à folga é insuficiente tem-se uma maior força de corte, rebarbas no produto e desgaste intenso no conjunto de punção/matriz (reduzindo a durabilidade do estampo). Já se a folga for excessiva, ocasionará rebarbas excessivas, deformação e conicidade na aresta recortada do produto. A medida precisa da folga de corte depende da espessura da chapa, tensão e força de cisalhamento, como também da velocidade corte, do tipo de corte da chapa puncionada (com ou sem ângulo de folga) e a qualidade exigida da superfície cortada. Uma maior folga de corte geralmente reduz a força necessária e o trabalho requerido, e também reduz o desgaste da ferramenta; e com uma pequena folga, em contrapartida, melhora a qualidade da superfície cortada e maior precisão da peça são freqüentemente alcançadas. (ALTAN, 1998) Faura (1998) propõem uma metodologia para se obter a melhor folga entre punção e matriz para um dado material de chapa e espessura para ser cortada,

42 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 40 através da técnica de elementos finitos, utilizando o programa ANSYS v.5.1 (ANSYS Inc., Houston, PA, 1995). Hambli (2003) desenvolveu também uma metodologia para obter uma ótima folga entre punção e matriz para um dado material através do processo de simulação de corte, utilizando a combinação de elementos finitos e modelo de rede neural. O estudo comparativo entre os resultados numéricos e experimentais, mostra boa concordância. Komori (2001) coloca que o método de elementos finitos, tem propiciado um grande avanço na análise do processo de conformação de metal. Por esta razão, muitas pesquisas foram realizadas usando este método. No seu trabalho Komori (2001) elucidou o fenômeno da formação da fratura dúctil de chapas metálicas experimentalmente e por meio de análise de elementos finitos. Com base neste trabalho desenvolveu-se um programa de computador, utilizando o método de elementos finitos, com o qual o comportamento do crescimento da ruptura após fratura dúctil pode ser analisado. O fenômeno em que um material é dividido em duas partes com corte foi simulado no programa. Os resultados da simulação utilizando elementos finitos obtidos por Samuel (1998) sob o efeito das variáveis do processo (ex: folga do punção e matriz, geometria das ferramentas e as propriedades dos materiais) estão em boa concordância com os resultados experimentais. Os resultados experimentais obtidos por Hatanaka (2003) também mostraram boa conformidade com os resultados de simulação dos elementos finitos. Os efeitos das condições de trabalho e as propriedades dos materiais, sobre as formações das bordas de corte foram examinadas, experimentalmente e pelo método dos elementos finitos. Para elucidar o efeito das condições de trabalho, foi realizado um experimento usando várias

43 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 41 folgas e força de fechamento. Alem disso, vários tipos de materiais foram examinados para elucidar o efeito das propriedades. Neste sentido Hambli e Potiron (2000) estudaram os efeitos da variação dos parâmetros do processo sobre a geometria da extremidade de corte e a evolução da penetração da força do punção. A iniciação da ruptura e a propagação, podem ser prognosticadas corretamente sem divergência computacional a partir da iniciação da ruptura à completa ruptura da chapa. Em todo o processo de simulação, os resultados experimentais e numéricos estão sempre em concordância. Goijaerts (2001) faz simulações com elementos finitos e os experimentos são realizados com teste de tração e corte, para avaliar a eficácia do teste são utilizados cinco diferentes materiais. No processo de corte, folgas diferentes, assim como, diferentes raios de corte das ferramentas são considerados. A principal dificuldade encontrada na análise numérica é a descrição exata da iniciação da fratura dúctil, que determina a forma do produto. Para Fang (2001) a folga entre punção e matriz tem um papel importante no processo de corte. A seleção da folga influenciará na vida da matriz ou punção, na força de corte, na força de extração e na precisão dimensional. No seu artigo, os valores de folga entre punção e matriz para um dado material e espessura da chapa são otimizados, usando a técnica de elementos finitos e critério de fratura. No processo de corte, alguns fatores como a folga punção e matriz, a velocidade do punção, a geometria da ferramenta e as propriedades mecânicas dos materiais influenciam na qualidade da seção transversal e precisão da dimensão. A partir dos resultados numéricos, pode ser concluído que a folga entre o punção e a matriz afetará drasticamente na precisão de forma. Pode ser prognosticado que a

44 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 42 simulação numérica pode ser útil para determinar os parâmetros do processo, que pode melhorar a qualidade da ferramenta de corte. A produtividade e qualidade em processo de corte de chapas metálicas podem ser avaliadas pela espessura da rebarba da borda recortada após o corte. (HAMBLI, 2002). Hambli (2002) utiliza o método dos elementos finitos com os principais parâmetros de corte para avaliar a espessura da rebarba. Os resultados numéricos obtidos por elementos finitos incluindo modelo de dano e fratura e efeito de desgaste foi utilizado para criar ambiente de simulação desenvolvido. O estudo comparativo entre os resultados obtidos por MEF (Método de Elementos Finitos) e os resultados experimentais, são compatíveis. São analisadas as folgas entre punção e matriz, altura da rebarba das peças cortadas versus condição de desgaste da ferramenta. Segundo Luo (1997) pode-se avaliar a vida útil de um punção observando indiretamente as características do retalho, verificando as alturas das rebarbas e o perfil da seção cortada do retalho. Rachik (2002) faz comparações entre resultados experimentais e numéricos, mostrando que este modelo melhora a análise da força do punção para o processo inteiro. Além disso, a altura da rebarba pode ser estimada. Para Hilditch (2005) os resultados obtidos em seu experimento mostraram que as alturas da rebarba e altura do raio de arredondamento do início do corte, aumentam com o aumento da folga de corte. Conforme Shim (2004) a folga entre punção e matriz e raio no fio de corte para um dado material e espessura são examinados, usando a técnica de elementos finitos. Uma boa correlação entre a simulação e o resultado experimental podem ser observado. Análises de elementos finitos são realizadas para obter a altura da rebarba em lugar de experimento porque a análise do elemento finito e o resultado

45 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 43 experimental coincidem bem. O modelo de elementos finitos tem sido usado também por Hilditch (2005) para examinar a vida da ferramenta, folga ótima e prognostico do perfil da fratura no corte Força de corte Quando a chapa de metal esta sendo estampada em uma operação de puncionamento, a força aplicada no metal é basicamente a força de cisalhamento. Com relação a forças totais, responsáveis pelo cisalhamento, diz-se que compreende a força aplicada pelo punção e a força do metal aplicada pela matriz. A capacidade de resistir a esta força está diretamente relacionada a resistência a tração e a dureza do material, chamando-se então de resistência ao cisalhamento. Tendo em vista que as forças atuantes no punção e na matriz formam um conjunto (ativo-reativo), consegue-se provar que são válidos os princípios da física, da mecânica e da resistência dos materiais. Pode-se lembrar então que, quanto menor for a tensão admissível ao cisalhamento do material a puncionar, menor será o esforço requerido para este fim. Dois tipos de resistência ao cisalhamento devem ser considerados: - a resistência real ao cisalhamento; - e a resistência da ferramenta ao cisalhamento. A resistência real ao cisalhamento é a resistência da chapa. A resistência da ferramenta ao cisalhamento é definida como a menor resistência requerida da lâmina para fazer o corte.

46 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 44 A determinação da força de corte é importante para as seguintes situações: - na especificação de uma nova prensa; - na adaptação do equipamento de estampagem; e - na determinação das espessuras dos materiais que podem ser cortados. Com relação à força necessária para o puncionamento, adota-se a fórmula apresentada por Brito (1981). Fc= P.e.c (07) Onde: Fc = força de corte (Kg) P = perímetro da peça a ser cortada (mm) e = espessura máxima do material (espessura nominal + tolerância) c = tensão de cisalhamento ou ruptura (Kg/ mm 2 ) Onde a relação (material x resistência - ou tensão ao escoamento e à ruptura) é dada pela tabela 1. Tabela 1 - Resistência ao escoamento e à ruptura para diversos materiais (Mello, 2001) MATERIAL ESCOAMENTO (Mpa) RUPTURA (Mpa) Alumínio H14 75,8 124,1 SAE ,3 413,7 SAE ,2 723,9 Aço Inox (18-8) 482,6 655,0 Microligado NBR 6656 LNE ,0 460,0 Microligado NBR 6656 LNE ,0 560,0

47 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Fenômenos que se verificam no corte Conforme Polack (1974), em um processo de puncionamento são verificados basicamente dois efeitos básicos. Primeiro, as fibras são comprimidas e se deformam. Segundo, a tensão aplicada supera a tensão admissível ao cisalhamento e o material começa a romper-se. A Figura 12 apresenta estes dois efeitos: Figura 12 - Fenômenos que se verificam no corte (Polack, 1974) Ainda sobre o processo de puncionamento, Polack (1974) afirma que quando o corte do material é realizado, as fibras deformadas tendem por elasticidade a tomar sua posição primitiva, aderindo fortemente cada um dos pedaços ao punção e à matriz respectivamente. Tal fato faz com que o tamanho final do furo seja precisamente o do punção, e o da peça cortada o da matriz, ainda que não tenham exatamente a mesma medida.

48 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica BROCHAMENTO Qualquer indústria que busque alta produtividade e alta qualidade na usinagem pode se beneficiar do processo de brochamento. A usinagem por brochamento é um processo que produz furos em todas as formas geométricas, rasgos de chaveta, estriados e perfis irregulares internos e externos. Com o passar do tempo, análises de custo provam que o brochamento é o mais eficiente e econômico processo disponível. (LAUTEC, 2005) Conforme Mo (2005), brochamento é um processo de usinagem sem igual. Esta afirmação foi utilizada por Mo devido as características do brochamento, que executa uma seqüência de desbastes simultâneas. Consequentemente vários dentes podem estar atuando no mesmo instante, sendo assim um dos dentes está começando a operação de corte outro pode estar finalizando. Apesar do fato do brochamento ser usado a longo tempo, como um processo de fabricar perfis altamente precisos e complexos, poucos trabalhos são publicados abordando as condições de cortes para maximizar a vida da ferramenta quando se requer qualidade de superfície e níveis de força de corte. Axinte (2003), correlaciona as condições da ferramenta de brochamento aos sinais de saída: emissão acústica; vibração; força de corte e pressão hidráulica obtidos a partir de um sensor múltiplo, conectado a uma máquina de brochamento. Isto permite analisar se um ou mais dentes de uma brocha estão desgastados, debilitados, quebrados ou lascados. No Brochamento a ferramenta multicortante executa movimento linear, enquanto a peça permanece estática. O grau de acabamento superficial do brochamento é superior (entre 0,4 a 12,5µm valores em Ra). O processo é caro

49 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 47 devido ao custo da ferramenta. O brochamento pode ser interno ou externo.(senai, 2005) Definição Brochamento é um processo de usinagem onde o movimento de corte é linear e que tem por objetivo aplainar ou gerar superfícies internas ou externas de perfil regular ou irregular. A ferramenta possui múltiplos dentes com altura crescente, dispostos em série cada um cortando uma profundidade. A ferramenta tem um comprimento grande podendo ser forçada por tração ou compressão dentro ou fora da peça. A peça pode receber apenas um desbaste grosseiro até o fino acabamento. (STEMMER, 1992) No mesmo contexto Stemmer (1995) expõe que o brochamento é um processo de usinagem em que o movimento de corte é basicamente linear, como no plainamento, caracterizando-se, porém, pelo emprego de uma ferramenta de múltiplos dentes, de alturas crescentes e dispostos em série. Com ele as operações de desbaste, semi-acabamento, acabamento e por vezes até de alisamento são feitas num único passe da ferramenta. Para Sutherland (1997) o brochamento é um processo que pode ser utilizado para gerar peças com características irregulares internas e externas, portanto tem grandes potenciais nas aplicações industriais. Enquanto que para Ferraresi (1970) a operação de brochamento consiste na usinagem linear e progressiva da superfície de uma peça, mediante uma sucessão ordenada de arestas de corte. Todas as definições se adicionam e desta forma pode se dizer que: Brochamento é um processo de usinagem linear, interno ou externo que possibilita a

50 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 48 obtenção de superfícies regulares ou irregulares através de operações de desbaste, de acabamento e até mesmo de alisamento em um único passe Ferramentas Utilizadas Brocha A máquina que executa o trabalho de brochamento, segundo Ferraresi (1973) denomina-se brochadeira. Conforme Stemmer (1995) a ferramenta utilizada na brochadeira, denominada brocha (termo derivado do inglês broach,que por sua vez vem do latim brocus = objeto provido de uma saliência em forma de dente) é relativamente comprida, podendo ser forçada por tração ou compressão através de um furo (brochamento interno) ou arrastada sobre a superfície de uma peça (brochamento externo ou de superfície). Os diversos dentes da brocha têm formas que se aproximam progressivamente da forma final desejada e têm alturas crescentes, que definem de antemão a penetração de avanço por dente a sf (profundidade de corte). (STEMMER, 1995) Com relação ao custo da ferramenta, Stemmer expõe que a brocha é uma ferramenta complexa, normalmente bastante cara, projetada, construída e afiada para a usinagem de uma forma de perfil e tolerâncias definidas, de material específico, numa máquina de características de curso e potência dadas. Peças iguais, porém de materiais diferentes, exigem normalmente brochas com distinto espaçamento entre os dentes e gumes com ângulos também distintos.o custo elevado da ferramenta e sua utilização normalmente muito específica fazem com

51 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 49 que o brochamento, salvo poucas exceções, só seja econômico na usinagem de grandes séries. (STEMMER, 1995) A Figura 13 ilustra o formato geral de uma brocha. Figura 13 - Brocha (Freire, 1977) Observando a figura, toma-se Freire (1977) para melhor entendê-la, e conforme este pesquisador, a ferramenta Brocha está dividida da seguinte forma: a) cabeça de fixação (para o arrasto, com chaveta, pino, etc.) b) parte guia; c) parte cortante (desbaste); d) parte acabadora (acabamento); e) parte alisadora (eventualmente) A Figura 14 apresenta uma ilustração dos dentes acima. Figura 14 - Dentes de uma brocha (Freire, 1977)

52 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 50 Ainda sob o contexto da caracterização das brochas, Freire (1977) diz que as brochas podem ser classificadas segundo os critérios do tipo e modo de operação, construção, função, forma e disposição dos dentes. a) Com relação à classificação por tipo de operação, diz-se que pode ser: interna; externa ou de superfície. b) Com relação ao modo de operação, diz-se que pode ser: de tração; de compressão. c) Com relação ao tipo de construção, diz-se que pode ser: inteiriça ou sólida; em seções; com dentes removíveis. d) Com relação à função, diz-se que pode ser: para furos redondos; para rasgos; para serrados; para ranhuras retas e helicoidais; para raiar; para superfícies. e) Com relação à forma, diz-se que pode ser: reta; circular.

53 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 51 f) Com relação à disposição dos dentes, diz-se que pode ser: com dentes normais; dentes oblíquos; dentes sobrepostos Principais Elementos Os principais elementos de uma brocha interna de compressão são mostrados na Figura 15, estes elementos segundo Stemmer (1995) são: Figura 15 - Elementos de uma brocha interna (Stemmer, 1995) a) Guia dianteira tem função de guiar a peça em relação ao primeiro dente da brocha. No caso de brochas sucessivas, o perfil da guia deve corresponder ao do último dente da brocha precedente. O comprimento da guia dianteira, calculado até o primeiro dente da brocha, deve ser no mínimo igual ao comprimento do furo a brochar.

54 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 52 b) Guia traseira localizada na extremidade traseira de brochas internas, depois dos dentes de reserva, tem a função de orientar a brocha durante o corte dos últimos dentes e evitar a queda do extremo da brocha. c) Dentes são os que realizam a operação de corte do material. A forma de atuação de cada dente é semelhante a da ferramenta simples de corte por usinagem (Figura 17). Os dentes são colocados em seqüência, como mostra a Figura 16, com alturas crescente, determinando a penetração de avanço asf (profundidade de corte). No caso do brochamento, o avanço é definido no próprio projeto da ferramenta. Figura 16 - Alturas crescentes dos dentes seqüenciais (Stemmer, 1992) Figura 17 - Comparativa da atuação dos dentes de uma ferramenta de brochamento com uma ferramenta de torneamento (Stemmer, 1992)

55 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 53 Os dentes ao longo da brocha, mudam usualmente não só de dimensões, mas também de forma. Os primeiros dentes têm um perfil que se assemelha ao da peça a usinar, apenas com a sobremedida para assegurar o corte, enquanto que os dentes finais se aproximam progressivamente da forma final desejada. Os dentes da brocha conforme Stemmer (1995) se dividem em três grupos: a) Dentes de desbaste: São os que removem a maior parte do excesso de material. Na fixação da seqüência mais adequada de corte deve-se definir: O escalonamento mais adequado dos dentes (em alturas crescente, lateral ou combinado). A disposição das seções dos cavacos a remover. Para evitar que a brocha tenha tendência de fugir lateralmente, o centro de gravidade das seções a cortar deve coincidir com o eixo da brocha. Se isso não for possível, a brocha deve ser convenientemente apoiada. A penetração do avanço por dente asf é escolhida em função das variáveis: - Dureza e tenacidade do material a usinar; - Tipo de brochamento; - Grau de acabamento superficial desejado; - Tolerâncias especificadas; - Quantidade total de material a remover; - Comprimento da superfície a brochar; - Rigidez da peça; - Dimensões da brocha.

56 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 54 Para aço meio duro (resistência 800 N/mm²) é recomendado uma penetração de avanço por dente asf para desbaste com escalonamento em altura de 0,03 mm a 0,08 mm, e para acabamento de 0,01 mm. b) Dentes de acabamento: Realizam o corte com pequena penetração de avanço por dente asf, para assegurar um bom acabamento superficial. A penetração do avanço usada normalmente é da ordem de 0,01 mm (aços). c) Dentes de reserva (ou calibragem): Caracterizam-se por terem todos a mesma forma e dimensões, ou seja, asf = 0. Neste trabalho, pela característica da ferramenta e do processo não haverá dentes de reserva, na eventual necessidade destes, deverão ser usinados no próprio corpo do punção. Ainda com relação aos principais elementos de uma brocha interna de compressão, temos: a) Ressaltos abaulados de alisamento: Em brochas de acabamento de furos é previsto eventualmente, depois dos dentes de corte, um certo número de ressaltos abaulados com pequena sobremedida, da ordem de 0,002 mm por ressalto, os quais produzem por esmagamento, uma superfície lisa e compacta. Para peças em aço, o ressalto tem seção longitudinal abaulada (sem friso plano central), Figura 18. Figura 18 - Ferramenta de brochamento com ressaltos abaulados de alisamento (Mello, 2001) b) Quebra-cavacos: São retificados nos gumes dos dentes de desbaste, sob a forma de entalhes de cantos vivos ou arredondados e dispostos de forma

57 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 55 desencontrada, de um dente para o outro (Figura 19). O material deixado por um entalhe é removido pelo dente seguinte. Os entalhes dos quebra-cavacos têm larguras de 0,5 a 1 mm e igual profundidade, com espaçamento de 10 a 15 mm. Os cavacos assim interrompidos são de mais fácil remoção e não entopem as bolsas da brocha. Os últimos 5 a 8 dentes de desbaste bem como os dentes de acabamento não devem ter entalhes quebra-cavacos para evitar a ocorrência de marcas na superfície usinada. Figura 19 - Quebra cavacos em uma ferramenta de brochamento (Stemmer, 1992) c) Dentes oblíquos: As brochas têm, em geral, os gumes dispostos ortogonalmente ao seu eixo, ou seja, à direção de corte. Em brochas de superfície usa-se as vezes dentes oblíquos (Figura 20), a fim de obter um melhor acabamento e reduzir a ocorrência de vibrações ( chatter ). Concordando com esta afirmação, segundo Axinte (2004) as brochas com dentes de corte com ângulo inclinado em relação à direção do corte principal apresentam uma tendência de menor vibração no processo de usinagem. Quando duas superfícies adjacentes são brochadas simultaneamente, os ângulos dos gumes devem ser dispostos de modo a afastar os cavacos da aresta de interseção destas superfícies.

58 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 56 Figura 20 - Dentes oblíquos (Mello, 2001) Na parte referente aos dentes de corte da brocha conforme Stemmer (1995), temos os seguintes elementos: a) Face do dente A γ (ou superfície de saída) é a superfície sobre a qual o cavaco escoa. b) Flanco do dente A α (ou superfície de incidência) é a superfície voltada para a correspondente superfície usinada. c) Ângulo de saída lateral γ f é o ângulo entre a face do dente e um plano normal ao eixo da brocha. Coincide com o ângulo de saída normal γn se os gumes não tiverem inclinação, isto é, se forem ortogonais à direção do movimento de corte da brocha. Para brochas internas trabalhando em aços de média resistência é recomendado γf = 14 o à 18 o. d) Ângulo de incidência α f é o ângulo entre o flanco do dente e a superfície usinada. Seu objetivo é evitar o atrito entre o flanco dos dentes e a superfície usinada. Deve ser mantido o mínimo possível para não enfraquecer a cunha de corte e para que nas reafiações, que sempre são feitas pela face, não ocorra uma rápida redução da altura dos dentes. Para aços os valores recomendados são de 1,5 o a 3 o no desbaste, e de 0,5 o a 1 o no acabamento. e) Bolsa de cavacos. Como no brochamento os cavacos só podem ser eliminados depois que o dente ultrapassar todo o comprimento do furo, cada dente

59 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 57 deve acomodar na bolsa a sua frente, todos os cavacos gerados durante a passagem da brocha pela peça. Materiais duros e tenazes, como aços dão origem a cavacos cisalhados ou contínuos que enrolam em espirais e dependem das características do material, da penetração de avanço, do ângulo de saída, do raio da face e do fluido de corte usado. f) Altura do dente h depende diretamente do passo, pois define juntamente com ele o volume da bolsa de cavacos. Passos grandes e pequenas penetrações de avanço permitem adotar pequenas alturas de dentes e vice-versa. g) Raio de concordância da face r1 é o raio no fundo da bolsa (Figura 21), serve para aumentar a resistência do dente e orienta o enrolamento do cavaco formado. No caso de passos pequenos, o fundo da bolsa pode ter o mesmo raio, fazendo concordância entre a face de um dente e a reta do dorso do dente anterior, a qual é inclinada de 45 o. Figura 21 - Altura dos dentes e raios de concordância (Mello, 2001) Brocha de compressão A brocha de compressão é empurrada através da peça, devendo, por essa razão, ser curta em relação à sua seção, a fim de evitar flambagem, quando sujeita à

60 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 58 pressão exercida pelo cabeçote da brochadora. É muito empregada nos casos em que a quantidade de material a cortar é pequena. São usadas para dar o acabamento final em orifícios produzidos por furação ou alargamento. Como exemplo do emprego das brochas de compressão tem-se o caso do acabamento do furo do cubo de engrenagens tratadas termicamente, para corrigir qualquer distorção e remover escamas. As brochas de compressão foram as primeiras a serem utilizadas. São forçadas através do furo, quer manualmente ou por prensa. Devem ser curtas, com comprimento inferior a 25 diâmetros para evitar a flambagem. Por esta razão, também só são usadas para remover pequenas quantidades de material. Sendo relativamente baratas e não exigindo máquinas especiais, são usadas para usinagem e acabamento de formas internas de séries pequenas, Figura 22. Figura 22 - Brocha de compressão (Stemmer, 1992)

61 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 59 A Figura 23 mostra as diferentes partes de uma brocha interna, de compressão, dando a terminologia dos elementos. Figura 23 - Elementos de uma brocha interna de compressão (Stemmer, 1992) Vida útil Conforme Zeilmann (2005) para a caracterização da usinabilidade de um material de peça, a vida da ferramenta T é o critério de maior importância. A vida "T" é o tempo mínimo durante o qual uma ferramenta resiste do início do corte até a sua utilização total, relacionada a um certo critério de fim de vida sob certas condições de usinagem. Para a determinação da vida de uma ferramenta, na prática são empregadas testes de longa duração, com as velocidades de corte usuais em máquinasferramentas, o que no entanto exigem um elevado tempo de ensaio e grande quantidade de material.

62 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Critérios para a determinação do fim de vida da ferramenta Conforme Stemmer (1987) a medida que a ferramenta vai se desgastando, observam-se variações mais ou menos profundas no processo de usinagem. A temperatura se eleva progressivamente, a força de corte e a potência consumida aumentam as dimensões da superfície usinada se alteram e o acabamento superficial piora. Com ferramentas de aço rápido, ocorre um sobreaquecimento do gume, que amolece e fica com aspecto de queimado, ao mesmo tempo em que ocorre, subitamente, um violento efeito de frenagem da ferramenta sobre a peça, na qual se forma uma faixa altamente polida pelo atrito. Em ferramentas de metal duro o aumento das forças de corte, no caso de um desgaste excessivo, provoca o lascamento e destruição total do gume. A utilização de uma ferramenta até este ponto é de todo desaconselhável, pois será necessário um longo trabalho de reafiação com a remoção de uma extensa camada de material de corte, antes que se possa estabelecer um gume adequado. Complementa ainda Stemmer (1987), que a fixação do ponto representativo do fim da vida de uma ferramenta é fundamental no estudo da usinabilidade. São utilizados na prática e nos ensaios de laboratório diversos critérios para determinar este ponto, dependendo a escolha, em grande parte, das exigências da usinagem (precisão de medidas, grau de acabamento) e do material da ferramenta. Sob este contexto apresenta então os seguintes critérios práticos: a) Falha completa da ferramenta - Que a inabilita para o corte, por superaquecimento (queima), lascamento ou quebra. Na prática, não convém ir até este ponto, porquanto as despesas de reafiação e o consumo da ferramenta tornam antieconômico o processo.

63 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 61 b) Falha preliminar da ferramenta - Acusada pelo aparecimento na superfície usinada ou transitória da peça, de uma estreita faixa altamente polida, indicando forte atrito de escorregamento com o flanco da ferramenta. Ocorre faiscamento intenso. Este é um critério freqüentemente usado no emprego de ferramentas de aço rápido. c) Largura da marca de desgaste no flanco Este é o critério de emprego mais freqüente na indústria para a determinação do fim de vida da ferramenta de metal duro e cerâmico. Uma vez alcançada uma largura da marca de desgaste da ordem 0,8 a 2 mm, as ferramentas de metal duro perdem a eficiência de corte. As larguras maiores de marca de desgaste são admissíveis em ferramentas de maiores dimensões, velocidades de corte mais baixas e com pastilhas mais tenazes. Pastilhas mais duras e frágeis, como as de cerâmica, não admitem larguras da marca de desgaste maiores do que 0,5 mm, sob pena de ocorrer severo lascamento do gume. d) Vibrações intensas ( chatter ) da peça ou ferramenta, ruídos fortes por vibrações da máquina Impedem o prosseguimento da usinagem. Podem ter como causa o desgaste no flanco da ferramenta. e) Profundidade da cratera ou faixa remanescente entre o gume e o início da cratera. Em ferramentas de metal duro, a formação de crateras na face pode determinar o fim da vida, ou porque a profundidade da cratera ameaça o lascamento da pastilha ou porque a faixa se reduz a ponto de ameaçar a integridade do gume.

64 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 62 f) Deficiência de acabamento superficial Ocorre freqüentemente uma mudança súbita e pronunciada do grau de acabamento superficial, a qual pode ser tomada como limite de vida da ferramenta. g) Formação de rebarbas de usinagem na peça. h) Forma dos cavacos Uma brusca variação da forma dos cavacos pode ser usada como critério de fim de vida. i) Alteração de dimensões da peça O desgaste provoca um deslocamento do gume, o que por sua vez determina uma alteração nas dimensões da peça usinada. Pode ser usado como limite de vida um determinado deslocamento do gume, por exemplo, de 0,1 mm, correspondendo a um aumento de 0,2 mm no diâmetro da peça. j) Força de corte, torque ou potência Em ensaios de laboratório, com o emprego de dinamômetros, pode-se fixar o limite de vida da ferramenta pelo aumento, de uma quantidade determinada, da força de corte, do torque ou da potência consumida. k) Aumento da força de avanço É utilizado para fixar o limite de vida, especialmente em brocas. O aumento da força de avanço está intimamente relacionado com o desgaste no flanco (superfície de incidência) e, portanto com a largura da marca de desgaste. l) Aumento da temperatura do gume Tem sido usado também, em laboratório, para definir a vida da ferramenta.

65 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Processo de Brochamento Como a velocidade de corte é relativamente baixa e pela aplicação de fluido de corte apropriado, a peça quase não esquenta, reduzindo eventuais erros dimensionais devidos a dilatações térmicas. Os melhores resultados para aços, são obtidos para os de corte fácil e aços na faixa de dureza entre 18 e 30 Rc. Aços mais macios tendem a rasgar, dando mau acabamento. Aços acima de 30 Rc são mais difíceis de brochar, embora se obtenha melhores acabamentos. Aços mesmo mais duros que 42 Rc tem sido brochados, porém usando velocidades de corte mais baixas, com elevado desgaste da ferramenta e necessidade de maiores potências de corte. (STEMMER, 1995) Força de usinagem O conhecimento da grandeza e da orientação da força de usinagem ou de suas componentes, forças de corte, força de avanço e força passiva é a base. Para o projeto de uma máquina-ferramenta, isto é, para o dimensionamento correto das estruturas, acionamentos, fixação de ferramentas e guias, entre outros elementos. Para a determinação das condições de corte em condições de trabalho. Para a avaliação da precisão de uma máquina-ferramenta, em certas condições de trabalho (deformação da peça e da máquina). Para a determinação de procedimentos que ocorrem na região de formação de cavaco e para a explicação de mecanismos de desgaste. Além disso, a grandeza da força de usinagem é um critério para a usinabilidade de um material - geralmente materiais de difícil usinabilidade apresentam forças de usinagem maiores.

66 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Velocidade de corte Conforme Stemmer (1995) em operação de brochamento se usam velocidades de corte relativamente pequenas, assegurando longa vida à ferramenta. O processo é altamente produtivo pela rapidez na remoção do material. Maiores velocidades nem sempre levam a maiores produções, pois o tempo de corte é apenas uma pequena parte do ciclo completo de brochamento. Por isto, tem-se concentrado esforços para automatizar as operações de troca das peças, engate e desengate da brocha, retorno da ferramenta. A Tabela 2 fornece velocidades de corte recomendadas para brochas de aço rápido. Existe uma tendência para o uso de maiores velocidades de corte, especialmente para o brochamento de superfície. Maiores velocidades de corte, além do aumento de produtividade podem levar a melhores acabamentos superficiais (eliminação do gume postiço), vida mais longa da ferramenta e até a melhor precisão de medidas, pela mais rápida eliminação do calor pelos cavacos. Brochadeiras modernas tem sido construídas para velocidades de corte de 18 a 36 m/min. Para o brochamento de ligas de alumínio há máquinas experimentais que tem operado com sucesso, com velocidades de corte superiores a 90 m/min. (STEMMER, 1995)

67 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 65 Tabela 2 Velocidade de corte Vc (m/min) para brochas Material Vc (m/min) Aços de boa usinabilidade 6-10 Aços de 700 a 800 N/mm² 3-6 Aços muito duros 900 N/mm² 1-3 Ferro fundido maleável 5-9 Ferro fundido cinzento 6-9 Latão, bronze 8-12 Ligas de alumínio 10 14* Brochas de alisamento 3 * Usar a velocidade máxima disponível na brochadeira. Fonte: STEMMER, Meios lubri-refrigerantes para a usinagem Segundo Stemmer (1987) o emprego de meios lubri-refrigerantes (também chamados fluidos de corte, óleos de corte, meios de lubrificação e arrefecimento, líquidos refrigerantes, etc) tem por finalidade: Aumentar a vida da ferramenta; Aumentar a eficiência de remoção do material; Melhorar o acabamento superficial; Reduzir a força e potência de corte. Com relação aos meios lubri-refrigerantes, Stemmer (1987) apresenta as seguintes funções básicas: Refrigeração Lubrificação Proteção contra corrosão Arrastamento dos cavacos Eliminação do gume postiço

68 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 66 Com relação à refrigeração da ferramenta, STEMMER, (1987) comenta que em altas velocidades de corte, ou seja quando se utilizam ao máximo as possibilidades das ferramentas e a temperatura do gume se aproxima do ponto de amolecimento, um pequeno resfriamento pode melhorar a vida da ferramenta. Em um ensaio sob condições de corte determinadas, o abaixamento da temperatura de 700 para 650 ºC provocou um aumento de vida de 4 para 20 minutos e uma nova redução de temperatura para 600 ºC elevou a vida da ferramenta para várias horas. Deve atuar especialmente na zona de contato da peça e do cavaco com a face da ferramenta. STEMMER, (1987) cita que o aquecimento se deve a dois fatores: atrito entre peça e cavaco, sendo este responsável por 25% do calor gerado e trabalho de dobramento do cavaco, responsável por 75% do calor gerado. Desta forma a lubrificação atua, diretamente, apenas sobre uma pequena parcela do calor gerado (25%). Entretanto verifica-se que a lubrificação diminui o fator de recalque do cavaco e, com isto, reduz, também, o trabalho de dobramento do cavaco. Este mecanismo de atuação do fluído lubrificante tem sido muito discutido, uma vez que a existência de pressões de contato entre cavaco e superfície de saída, são da ordem de 2700 MPa e temperaturas de 600 o C, tornam de todo impossível a hipótese de lubrificação hidrodinâmica, com formação de uma cunha de óleo semelhante à que ocorre em mancais. Como a viscosidade do lubrificante não tem nenhum efeito sobre o coeficiente de atrito. Uma explicação do mecanismo de lubrificação é a seguinte: as superfícies do cavaco e da peça não são absolutamente planas, mas apresentam irregularidades, nas quais pode penetrar o fluído de corte por capilaridade ou outra ação mecânica. (STEMMER, 1987)

69 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 67 Segundo Stemmer (1987) em face das pressões extremamente altas, entre as superfícies metálicas que escorregam uma sobre a outra, gera-se uma situação de atrito limite. As rugosidades mais salientes, em contato metálico, atritam-se e soldam-se momentaneamente. Fora dos pontos de contato existe uma película de lubrificante de espessura apenas molecular. Os aditivos existentes no lubrificante formam por absorção ou por reação química camadas intermediárias, que reduzem o atrito metálico ente as superfícies. Uma separação completa entre as superfícies não é possível na usinagem. Lee (2002) desenvolveu para o uso da análise de elementos finitos, baseado nas medidas experimentais, um modelo de fricção considerando a viscosidade do lubrificante e a rugosidade da superfície. Aditivos de extrema pressão (EP), de ação química, formam películas resistentes a pressões mais elevadas. A parte inferior do cavaco, sem nenhuma exposição anterior ao meio ambiente, apresenta-se quimicamente muito ativa, o que somado às altas pressões e temperaturas, favorece as reações químicas. Finaliza Stemmer (1987) expondo que a medida que aumenta a velocidade de corte, o tempo para a entrada do fluido entre as superfícies atritantes e para a reação química dos aditivos se torna insuficiente, perdendo-se progressivamente o efeito lubrificante. Em altas velocidades, de qualquer forma o efeito refrigerante é mais importante que a lubrificação Seleção do fluido lubri-refrigerante em função do processo de usinagem Segundo Stemmer (1987) os processos de usinagem difícil usam-se baixas velocidades de corte, recomendando-se o uso de fluidos que tenham boas características de lubrificação. Ao contrário, em processos de usinagem fácil, usam-

70 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 68 se altas velocidades de corte e o fluido deve ter, preponderantemente, qualidades refrigerantes. Seguindo este raciocínio Shaw (2005) considera a lubrificação importante para o processo de brochamento e puncionamento por utilizarem baixas velocidades de corte; ao contrário do que acontece no processo de torneamento e fresamento que necessitam mais de refrigeração devido a altas velocidades de corte utilizadas. Conforme Stemmer (1987) a Tabela 3 dá uma orientação sobre os fluidos de corte recomendados em distintas operações de corte e diferentes materiais. Tabela 3 - Seleção de fluído de corte para a usinagem Operação Plainar, tornear e furar Fresar, mandrilar Aços com índice de usinabilidade >70% 55 a 75% <55% S (30:1), 0-2, 0-4 S (20:1) 0-4, 0-2 Alargar S (15:1) 0-4, 0-2 Brochar (desbaste) Brochar (acabamento) S(30:1), 0-2, 0-4 S (20:1), 0-3, 0-4, 0-7 Ligas de cobre S (20:1) 0-1 S (15:1) 0-2, 0-3 S (10:1) 0-3, 0-4 S (15:1) 0-1 S (10:1) 0-2, 0-4, 0-7 S (10:1) 0-3, 0-4, 0-5, 0-7 S (15:1) 0-1 S (15:1) 0-4 S (15:1) 0-4 S (10:1) 0-5, 0-7 S (15:1) , 0-4 S (EP) (10:1) Brochar 0-6 (serviço 0-7 pesado) Fonte: STEMMER, , 0-5, , 0-5, 0-7 S (15:1) S (15:1) 0-1 Ligas de alumínio S (30:1) 0-a S (20:1) 0-a S (20:1) 0-a S (15:1) 0-a S (15:1) 0-a S (10:1) 0-a Abreviações: S = Emulsões (proporções indicadas) ou soluções; S (EP) = Emulsões com aditivos de extrema pressão; O = Óleo de corte: 1) mineral puro; 2) com misturas de até 10% de óleos graxos animais; 3) idem até 40%; 4) com adição de enxofre (menos de 1%); 5) idem até 2%; 6) idem, mais de 2% de enxofre; 0-7: óleo sulfurado, com adição de óleos

71 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 69 graxos; 0-a: óleos minerais puro, transparentes e inodoros, próprios para alumínio, querosene; querosene com 30% de óleo mineral puro Qualidade superficial da peça Conforme Zeilmann (2005) a qualidade de superfícies obtidas por usinagem pode ser um critério para a determinação dos parâmetros de entrada na usinagem, caso não haja outros critérios específicos. Como fatores influentes sobre a qualidade superficial, de início serão consideradas as condições de corte e a geometria da ferramenta. Os fatores que influenciam na superfície estão resumidos, de forma característica, na figura seguir. A rugosidade cinemática é decorrente da forma da quina da ferramenta e do movimento relativo entre peça e ferramenta. A Figura 24 apresenta as grandezas influentes sobre a qualidade superficial na usinagem dos metais.

72 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 70 Grandezas influentes sobre a qualidade superficial na usinagem de metais Rugosidade cinemática Rugosidade da superfície de corte Outras influências Movimento relativo do gume da ferramenta Perfil do gume de corte Mec. de corte e deformação no gume de corte; Zona de retenção de gume postiço Alteração da superfície de corte Vibrações; cavacos em contato com a peça; deformação dos mecanismos de avanço Influenciado por: Influenciado por: Influenciado por: Influenciado por: Influenciado por: Avanço Velocidade de corte Entalhes Abrasão Desgaste no gume secundário Geometria de corte ativa Tipo, estrutura e resistência do material da peça Temperatura de corte Desgaste na quina e superfície livre Relação entre atrito e desgaste Fluido refrigerante Rigidez de sistemas dinâmicos Ferramenta-peça-máquina Força de corte Formação de cavaco Estrutura interna do gume Material da peça Condições de corte Mat. de corte Figura 24 - Grandezas influentes sobre a qualidade superficial (Koenig,1990) Forma dos cavacos Conforme Zeilmann (2005) a forma e tamanho dos cavacos, bem como a maneira com que se forma o mesmo, têm uma importância predominante principalmente em processos que apresentem um volume de espaço reduzido para armazenamento do cavaco (por exemplo furação, brochamento e fresamento) e em autômatos de usinagem, devido ao pequeno espaço disponível para o trabalho e ao grande volume de cavaco gerado.

73 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 71 Além disso existe possibilidade de concluir se sobre a usinabilidade de um material pelo fator de recalque do cavaco. Ainda segundo Zeilmann (2005) as principais influências sobre a formação de cavaco são as condições de corte e a geometria da ferramenta. A quebra adequada do cavaco pode ser obtida pela diminuição da deformabilidade do material da peça ou pelo aumento da deformação do cavaco. Como a capacidade de deformação do material é dependente da temperatura na região de corte, uma redução da velocidade de corte ou a refrigeração da região de corte levam a cavacos mais quebradiços. (ZEILMANN, 2005) De importância maior, no entanto, é o aumento do grau de deformação por um maior curvamento do cavaco.para isto deve-se reduzir o ângulo de saída ou empregar-se um quebra-cavaco. Também um aumento da espessura de usinagem, para o mesmo raio de curvatura do cavaco, leva a um grau de deformação maior na região externa do cavaco, o que por sua vez propicia a sua quebra. A formação do cavaco é basicamente influenciada pela deformabilidade, tenacidade e resistência ou estado metalúrgico do material da peça Vantagens do brochamento Consideram-se as vantagens da fabricação com a tecnologia do brochamento: a) Precisão na usinagem de peças idênticas. Tolerâncias apertadas são comumente obtidas; b) Acabamento superficial de ótima qualidade em formas complexas; c) Mais peças por hora, por ferramenta, por reafiação;

74 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 72 d) Diminui ou elimina operações subseqüentes; e) Devido à simplicidade da brochadeira, não requer treinamento ou operador especializado; f) Substituição da ferramenta com pouca freqüência; g) Reduzida manutenção, com apenas um conjunto móvel há uma reduzida manutenção. 2.3 OBSERVAÇÕES SOBRE USINAGEM Rugosidade Uma definição bastante elucidativa é citada por Faccio (2002), em que a rugosidade consistiria de irregularidades de pequena escala de uma superfície, enquanto que erros de forma seriam uma medida do desvio de forma de uma superfície de sua forma ideal (por exemplo, plana, cilíndrica ou esférica). Este mesmo autor admite que a distinção entre os dois conceitos é arbitrária, embora claramente envolva a escala de irregularidade paralela à superfície. A rugosidade e as dezenas de parâmetros utilizados para identificá-la, serve para diversas aplicações. Conceitos de projeto, desgaste, atrito e lubrificação são profundamente influenciados pela rugosidade. O projeto em engenharia necessita de propriedades superficiais estabelecidas por valores descritos em normas para definir critérios de ajuste, vedação, interferência e dinâmica dos elementos de um conjunto. Para obter os diferentes valores de rugosidades médias, a norma DIN 4766 estabelece as seguintes operações de processamento para metais.

75 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 73 A Figura 25 apresenta as relações de rugosidade entre os métodos de manufatura e os valores atingíveis médios. Método de Manufatura Valores Atingidos médios de Ra em µm Grupo Principal Designação do Método 0,006 0,012 0,025 0,05 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 3,2 6,3 12, Fundição em molde de areia Fundição em molde de casca Fundição Fundição em coquilha Fundição sob pressão Fundição por cera perdida Forjamento em matriz fechada Laminação plana Estampagem profunda de chapas Conformação Extrusão Estampagem Laminação de perfis Torneamento longitudinal Faceamento Abertura de ranhuras Aplainamento Contorno com plaina limadora Alisamento Furação Mandrilhamento Escareamento Alargamento Fresamento tangencial Fresamento de topo Brochamento Limagem Separação Retificação circular longitudinal Retificação circular de superfícies Retificação circular de mergulho Retificação superficial tangencial Retificação superficial de topo Retificação-polimento Brunimento Acabamento finíssimo Polimento circular com disco Polimento de superfície com disco Usinagem por ultra-som Polimento Jateamento de abrasivo Tamboreamento, rebarbação Corte por chama Legenda Valores comuns Valores possíveis Figura 25 - Relações de rugosidade entre os métodos de manufatura e os valores atingíveis médios (Faccio, 2002)

76 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Definições de alguns parâmetros de rugosidade A rugosidade média, denominada R a, é possivelmente o mais antigo conceito de rugosidade ainda em uso. Sua disseminação pode ser atribuída à facilidade de cálculo, mesmo com aparelhos analógicos simples. Sua definição pode ser expressa como o desvio médio de um perfil de sua linha média. Outra boa definição seria a distância média de um perfil desde sua linha média, sobre um comprimento medido (FACCIO, 2002). Matematicamente, a expressão é a seguinte: R a 1 = l m 1m 0 y( x) dx (08) Um exemplo gráfico desta operação numérica é ilustrado na figura 26. Figura 26 - Gráfico (Faccio, 2002) Outro conceito amplamente difundido é o espaçamento médio de picos (S m ). Sua definição é aceita como o comprimento medido sobre a quantidade de picos contados (D). A definição de pico é como o maior ponto registrado entre dois cruzamentos da linha média do perfil. (FACCIO, 2002)

77 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 75 O espaçamento médio de picos pode ser definido matematicamente da seguinte maneira: l S = m m D (09) Este parâmetro é amplamente utilizado em indústrias de chapas metálicas, por designar uma condição que afeta diretamente a aparência, a função e a conformabilidade deste produto acabado. Ainda, segundo Faccio (2002), o parâmetro R y é definido como sendo a distância entre o pico mais alto e o vale mais baixo, dentro de um comprimento medido de um perfil de rugosidade. O parâmetro R y tem vantagens e desvantagens: é um verdadeiro indicador da distância máxima dos limites de picos e vales de um comprimento medido. Contudo, o pico mais alto pode estar no começo do perfil analisado, enquanto o vale mais profundo pode estar no final deste perfil. Assim, estas duas ocorrências estão muito pouco correlacionadas, e o parâmetro R y registrado pode transmitir uma idéia incorreta sobre a superfície. Para evitar tais situações, há um outro parâmetro de rugosidade semelhante ao R y o R z. De acordo com a norma ISO 4287, o parâmetro R z é a distância média entre os 5 picos mais altos e os 5 vales mais profundos, dentro de um comprimento medido.(faccio, 2002) Conforme Faccio (2002) juntos, os parâmetros R y e R z fornecem uma idéia mais clara para a monitoração da variação do acabamento superficial em um processo de fabricação. Valores similares de R y e R z indicam um acabamento superficial consistente de um processo de fabricação, enquanto que diferenças

78 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica 76 significativas destes dois indicam defeitos superficiais quando se deseja uma superfície consistente. R z, isoladamente pode ser considerado mais sensível a mudanças no acabamento superficial que R a, por exemplo. Isso porque somente alturas máximas de perfis, e não suas médias, são comparadas e analisadas. 2.4 FERRAMENTAS DE ESTAMPAR ADAPTADAS PARA BROCHAMENTO Poucas informações sobre ferramentas combinadas de puncionamento e brochamento foram encontradas. Conforme Society of Manufacturing Engineers (1990) encontra-se um descritivo sobre ferramentas para recortar rasgos em eixo por sistema de brochamento em ferramenta de estampar. O exemplo comenta que o desbaste por dente é de aproximadamente 0,08 mm e que os dentes da brocha são feito de aço rápido.

79 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 77 3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL E TÉCNICAS DE ANÁLISE Antes de discutir as técnicas de análise utilizadas, neste trabalho, definir-se-ão as variáveis independentes que, provavelmente, afetam o diâmetro e a rugosidade do furo, bem como a temperatura e o desgaste da brocha. 3.1 DELINEAMENTO EXPERIMENTAL Definição das Variáveis A qualidade dos furos é dependente das condições de corte. As variáveis escolhidas são os parâmetros do processo que possivelmente, influenciam na rugosidade e no diâmetro final do furo. As variáveis independentes 1 escolhidas dividem-se em dois tipos: as relacionadas a ferramenta (seqüência de corte no brochamento, ângulo de ponta da ferramenta) e relacionada ao processo (lubrificação/refrigeração). As variáveis dependentes 2 (variáveis de resposta) escolhidas foram: variação do diâmetro final do furo, rugosidade do furo, e finalmente variáveis relacionadas às condições de corte as quais são: temperatura no meio da brocha e o desgaste da ferramenta após 100 furos. A variação do diâmetro final do furo foi escolhida por indicar a precisão do furo, a segunda por ser um parâmetro associado a qualidade do furo, a terceira e 1 Variável que pode ser manipulada pelo pesquisador, a fim de avaliar os efeitos causados sobre outra variável (chamada de variável dependente). Hipoteticamente, é a influência causal nos estudos experimentais. (APOLINÁRIO, 2004). 2 Variável dependente é uma variável cujo valor supõe-se que dependa de outra variável (chamada de independente). É a variável que é observada e medida pelo pesquisador. Nos estudos experimentais, constitui-se nos efeitos que estão sendo estudados. (APOLINÁRIO, 2004)

80 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 78 quarta por estar associado as condições de corte, bem como a vida útil da ferramenta. Para facilitar a identificação dos experimentos foi criado um código para identificar as condições de estampagem e brochamento. O primeiro código corresponde ao tipo de punção e pode ser PI (punção do tipo I); PII (Punção do tipo II) e finalmente PIII (Punção do tipo III). O segundo código corresponde ao ângulo de ponta da ferramenta de estampagem e pode ser S (punção Sem ângulo de entrada) e C (punção Com angulo de entrada). Finalmente o terceiro código corresponde a quantidade de lubrificante Hislip na mistura e pode ser: 100 (100 % de Hislip); 75 (75 % de Hislip) e 50 (50 % de Hislip). Na Tabela 4 visualiza-se a identificação dos ensaios realizados para a execução do experimento. A seqüência dos experimentos se deu de forma não probabilística e não aleatória. Quantitativamente o experimento consiste em um fatorial 2 2 x3 1, ou seja é constituído pelos 18 ensaios descritos na Tabela 4. Tabela 4 Variáveis e níveis do experimento Nº Ordem DESIGNAÇÃO Descrição 1 PIS100 Punção tipo I Sem ângulo de corte - Concentração de Hislip (100%). 2 PIIS100 Punção tipo II Sem ângulo de corte - Concentração de Hislip (100%). 3 PIIIS100 Punção tipo III Sem ângulo de corte - Concentração de Hislip (100%). 4 PIS75 Punção tipo I Sem ângulo de corte - Concentração de Hislip (75%). 5 PIIS75 Punção tipo II Sem ângulo de corte - Concentração de Hislip (75%). 6 PIIIS75 Punção tipo III Sem ângulo de corte - Concentração de Hislip (75%). 7 PIS50 Punção tipo I Sem ângulo de corte - Concentração de Hislip (50%). 8 PIIS50 Punção tipo II Sem ângulo de corte - Concentração de Hislip (50%). 9 PIIIS50 Punção tipo III Sem ângulo de corte - Concentração de Hislip (50%). 10 PIC100 Punção tipo I Ponta com ângulo de corte de 22,5º - Concentração de Hislip (100%). 11 PIIC100 Punção tipo II Ponta com ângulo de corte de 22,5º - Concentração de Hislip (100%). 12 PIIIC100 Punção tipo III Ponta com ângulo de corte de 22,5º - Concentração de Hislip (100%). 13 PIC75 Punção tipo I Ponta com ângulo de corte de 22,5º - Concentração de Hislip (75%). 14 PIIC75 Punção tipo II Ponta com ângulo de corte de 22,5º - Concentração de Hislip (75%). 15 PIIIC75 Punção tipo III Ponta com ângulo de corte de 22,5º - Concentração de Hislip (75%). 16 PIC50 Punção tipo I Ponta com ângulo de corte de 22,5º - Concentração de Hislip (50%). 17 PIIC50 Punção tipo II Ponta com ângulo de corte de 22,5º - Concentração de Hislip (50%). 18 PIIIC50 Punção tipo III Ponta com ângulo de corte de 22,5º - Concentração de Hislip (50%).

81 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 79 Variáveis mantidas constantes: Matriz (item ) Prensa (item 3.2.6) Tira de aço matéria prima (ver item 3.2.4) Preparativos do Experimento Para facilitar o experimento foi feito um fluxograma de processo, conforme Figura 27. Foram feitas as separações das tiras de aço, a separação dos punções e as misturas de Hislip com água Separação das tiras de aço As cinqüenta e quatro tiras de aço foram separadas e disposta uma ao lado da outra, próximo a prensa. O objetivo da separação foi proporcionar organização e fácil acesso às tiras no momento da estampagem.

82 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 80 Utilização sempre da mesma prensa Identificar a sequência de furos Preparar o material para os testes Marcar os furos a serem medidos Marcar os furos 10, 50 e 100 Preparar ferramenta na prensa Medir a rugosidade e dimensões dos furos estampados Lubrificar todos os punções com o mesmo óleo Selecionar condições de lubrificação/refrigeração Armazenar todas as chapas estampadas e punções Preparar diluição do óleo lubrificante Estampar 100 furos ininterruptamente Utilizar os três tipos de punções (com e sem ponta) nos diferentes níveis de concentração de óleo Registrar todo o experimento por meio de fotografias digitais Registrar o experimento com analisador térmico Registrar todos os efeitos esperados ou não Figura 27 - Fluxograma do Processo

83 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise Separação dos punções Foram separados os 18 punções (6 do tipo I, 6 do tipo II e 6 do tipo III) sobre a bancada. A Figura 28 mostra a identificação dos punções. Maiores detalhes podem ser obtidos na Figura 33. Figura 28 - Punções Preparação da mistura (água + Hislip) Foram preparados 5 litros de Hislip com concentração 50%, 5 litros com concentração 75% e 5 litros com concentração 100%. Os recipientes contendo estas misturas ficaram ao lado da bancada.

84 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise Experimento Procedimentos durante o processo de estampagem Na execução de cada um dos ensaios apontados na Tabela 4 seguiram-se os procedimentos descritos na Tabela 5. Cada processo de estampagem envolve a estampagem de 100 furos (para que se tenha um comparativo de experimentos, realizado por Mello (2001)), divididos em três tiras de aço. Tabela 5 - Processo de Estampagem INÍCIO DO PROCESSO DE ESTAMPAGEM (1 punção 3 tiras 100 furos) 1 Colocou-se o punção desejado na prensa. 2 Escolheu-se a concentração de Hislip a ser utilizada. 3 Abriu-se a torneira para liberar a mistura (Água + Hislip) no dispositivo de lubrificação. 4 Colocou-se a primeira tira de aço na prensa. 5 Iniciou-se a estampagem da primeira tira (furos 1 a 34). 6 Finalizou-se a estampagem da primeira tira (34 furos). 7 Retirou-se a tira da prensa. 8 Etiquetou-se a tira (Tira 1 ) 9 Colocou-se a segunda tira de aço na prensa 10 Iniciou-se a estampagem da segunda tira (furos 35 a 68). 11 Finalizou-se a estampagem da segunda tira (34 furos). 12 Retirou-se a tira da prensa. 13 Etiquetou-se a tira (Tira 2 ) 14 Colocou-se a terceira tira de aço na prensa 15 Iniciou-se a estampagem da terceira tira (furos 69 a 100). 16 Mediu-se a temperatura no meio da brocha após a estampagem do furo 100 (sem parar a estampagem). 17 Registrou-se a temperatura medida em uma caderneta própria. 18 Finalizou-se a estampagem da terceira tira (32furos). 19 Retirou-se a tira da prensa. 20 Etiquetou-se a tira (Tira 3) FIM DO PROCESSO DE ESTAMPAGEM

85 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 83 Foram realizados dezoito processos. O número total de tiras usadas nos dezoito processos foi cinqüenta e quatro. O número total de furos foi de um mil e oitocentos Procedimento após o processo de estampagem As tiras de aço foram numeradas seqüencialmente de 1 até 54 após a conclusão dos dezoito processos, conforme Figura 29. O processo de numeração das tiras foi feito com marcador industrial (Traçoforte-ponta de 2mm). Figura 29 Tiras Numeradas Corpos de prova As cinqüenta e quatro tiras de aço estampadas geraram cinqüenta e quatro corpos de prova. Os corpos de prova são pedaços de tira com comprimento aproximado de 130mm. Os corpos de prova têm a forma típica apresentada na Figura 30. Cada corpo de prova é identificado pelo número da tira que lhe deu origem. A numeração dos corpos de prova foi feita com marcador industrial. Ao total foram realizados 18 corpos de prova.

86 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 84 Figura 30 - Corpo de prova típico Medição do diâmetro dos furos Foram medidos os furos, de números 96, 97, 98, 99 e 100 de cada um dos 18 processos de estampagem com diferentes tipos de punções, de acordo com as formas dos punções, concentrações dos lubrificantes e os ângulos de ponta dos punções, num total de 90 furos. Além da medição dos diâmetros dos furos, foram medidas as conicidades dos furos, que é a diferença dos diâmetros de entrada e saída do furo Registros fotográficos Foram fotografados todos os corpos de prova e as seções dos furos. As fotos serviram para registrar o aspecto da superfície dos furos seccionados. Foram fotografadas 18 seções dos furos. Cada corpo de prova teve a seção do seu furo fotografada. Para fotografar as seções, utilizou-se o procedimento abaixo: a) colocou o corpo de prova desejado em um lugar de fácil acesso da máquina e sobre um fundo de papel sulfite; b) focalizou a seção a registrar a uma distância de 30cm; A Figura 31 ilustra a foto da seção do furo 100 da tira 37.

87 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 85 Figura 31 - Foto da seção do furo 100 da tira Medida da rugosidade das paredes dos furos Foram medidas as rugosidades dos furos de número 96, 97, 98, 99 e 100 de cada um dos 18 processos de estampagem com diferentes tipos de punções. Ao total foram medidas as rugosidades de 90 furos. A medição consistiu em deslocar o sensor no mesmo sentido de deslocamento do punção dentro do furo sempre do mesmo lado interno do furo, ou seja a 180 do sentido de corte da tira. Para a medição das rugosidades dos furos foram utilizados cinco segmentos de medição de 0,8 mm Medida da temperatura dos punções Foram medidas as temperaturas no meio da brocha do punção, após a estampagem do furo 100 (durante o ensaio) com o termômetro Rayteck-st a uma distância de 50 cm do punção.

88 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise Análise estatística: ANOVA Os resultados da variação do diâmetro, rugosidade, temperatura e conicidade foram analisados com auxílio do software estatístico Statistica module switcher. Construiu-se a tabela ANOVA (análise da variância) para identificar qual variável apresentou diferença estatisticamente significativa. Utilizou-se o teste de comparação múltipla LSD (Least Significant Difference) com confiança de 95% para analisar quais médias são estatisticamente diferentes. Segundo Fonseca (1996) a análise da variância é útil para o tratamento de dados oriundos de planejamentos experimentais. É também utilizada nos planejamentos de estudos observacionais, onde o investigador apenas observa e mede o fenômeno estudado. A análise é utilizada para comparar dois ou mais grupos. Utilizou-se a comparação das variâncias para verificar a variação de uma população normal. Aplicou-se a análise da variância para o teste da hipótese nula (todas as médias são iguais), o que pode identificar pelo menos uma das médias diferentes das demais. Neste sentido Spiegel (1978) expõe que o objetivo da análise da variância é testar a significância de diferenças entre três ou mais médias amostrais, ou, equivalentemente, testar a hipótese de nulidade, de que as médias amostrais são todas iguais. Seguindo este raciocínio, para Triola (1999) a análise da variância (ANOVA) é um método para testar a igualdade de três ou mais médias populacionais, baseado nas análise de variâncias amostrais. A ANOVA apresenta-se como uma tabela, sendo que a análise de significância das médias é realizada sobre a estatística F (relação dos quadrados médios dos tratamentos e residual) e sobre o fator p. Quanto maior o fator p mais

89 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 87 próximo da hipótese nula é o experimento. Desta forma, adota-se o fator p menor que 5% para identificar médias com diferenças estatisticamente significativas entre os fatores, (SANTOS, 2004). A ANOVA identifica desigualdade das médias, porém não identifica quais ou quais médias são diferentes. Assim, torna-se necessário a aplicação de um teste de comparação múltipla. O teste LSD utiliza a distribuição de probabilidade t de student com 95% de grau de confiança para comparar a diferença das médias, (BUTTON, 2000). 3.2 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS Os materiais usados no experimento foram: dezoito punções ferramentas combinadas, matriz de estampagem, ferramenta de estampagem (com punção guiado), dispositivo de lubrificação, cinqüenta e quatro tiras de aço e quinze litros de óleo Hislip. Os equipamentos utilizados no experimento foram: Uma prensa mecânica tipo C (Marca La Mundial), um paquímetro digital Mitutoyo, um rugosímetro Mitutoyo SJ-201 e uma máquina fotográfica digital Sony Cyber Shot DSC-PSO. Os materiais e os equipamentos estão devidamente caracterizados nos itens a Punções Ferramenta Combinada Os 18 punções componentes da amostra foram feitos de aço VF 800AT. Foi adotado este aço por sua aplicabilidade às ferramentas de corte. Segundo a Villares a elevada tenacidade e resistência ao desgaste do VF800AT são apropriadas para trabalhos a frio como pentes e rolos laminadores de roscas, facas industriais,

90 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 88 ferramentas de cunhagem, matrizes de corte e repuxo, etc. ( Geometricamente os punções apresentam 100mm de comprimento e diâmetro de 8,8mm. A altura do dente (h) da brocha é igual à penetração de avanço (asf) ou profundidade de corte variando de 0,025 a 0,15 mm. Estando dentro dos padrões de penetração de avanço (0,03 a 0,08 mm - conforme revisão teórica) de um dente de desbaste de uma brocha. À distância de um dente para o outro é de 1 mm, com um comprimento total a brochar que varia de 8 a 13,9 mm (dependendo do tipo de punção). O comprimento máximo a brochar foi projetado para que fosse o menor possível, devido às limitações de curso dos outros punções que compõe uma ferramenta mista, com punções combinados e punções simples. Da extremidade de corte (ponta) do punção ao início da brocha tem-se um valor de 3,4 mm, para que a operação de puncionamento seja totalmente completa. Foram construídos punções com ângulos de ponta de 22,5º para melhorar o comportamento da chapa que segundo Singh (1992) causam menos deformação radial. De acordo com os resultados obtidos nos experimentos de Mello (2001) as bolsas de cavaco dos punções causavam enfraquecimento na sessão central do punção, chegando em alguns casos ocorrer à quebra do punção. Para alguns tipos de punções ocorriam o rápido o preenchimento das bolsas com cavaco, tornando-as inoperantes. Portanto para este trabalho não foram construídas punções com bolsas de cavaco.

91 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 89 As diferenças básicas dos tipos de punções, conforme Figura 32 estão nos dentes da brocha: - Punção I: Punção com dentes progressivos no avanço. - Punção II: Punção com dentes progressivos no avanço e retorno. - Punção III: Punção com dentes progressivos no avanço (2X). Figura 32 Perfil dos dentes dos punções combinados

92 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 90 A Figura 33 mostra as características técnicas relevantes dos punções, conforme descrito anteriormente. (a) Punção I sem ângulo (b) Punção I com ângulo (c) Punção II sem ângulo

93 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 91 (d) Punção II com ângulo (e) Punção III sem ângulo (f) Punção III com ângulo Figura 33 Continuação - Características técnicas

94 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise Matriz de Estampagem A matriz foi feita do mesmo material dos punções (Aço VF800AT). A Figura 34 mostra as características geométricas da matriz. Figura 34 - Desenho da Matriz

95 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 93 A Figura 35 mostra a posição onde a matriz é montada na ferramenta. Figura 35 Matriz Ferramenta de estampagem Para que os punções e matriz sejam montados em uma ferramenta de estampagem foi construída uma ferramenta com punção guiado (Figura 36), cuja guia é efetuada pela placa que também funciona como extrator. Segundo Schaeffer (1999) este tipo de ferramenta é usado para peças mais precisas e para a fabricação de pequenas quantidades. As vantagens deste tipo de ferramenta é a combinação do baixo custo e da facilidade de preparação da prensa.

96 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 94 Figura 36 Ferramenta de estampagem Dispositivo de Lubrificação Foi desenvolvido um dispositivo de lubrificação conforme mostrado na Figura 37. O porta punção foi usinado internamente com furos e ranhuras de tal forma que possibilite a passagem do fluído lubrificante. O fluído lubrificante entra pelo furo de diâmetro de 6 mm e vai para o reservatório anelar de diâmetro de 25 mm, que por sua vez sai pelas ranhuras, escorrendo em volta do punção, efetuando assim a lubrificação e refrigeração dos punções. O material utilizado foi o aço SAE 1045.

97 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 95 Figura 37 - Dispositivo de lubrificação no porta punção

98 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 96 A Figura 38 indica a forma do dispositivo de lubrificação pronta e acabada. Figura 38 - Dispositivo de lubrificação Ao entrar no dispositivo a mistura de óleo lubrificante e água vai diretamente para a ranhura apontada em destaque na Figura 39 escorrendo então para o corpo do punção. Figura 39 - Ranhura

99 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 97 A Figura 40 mostra a entrada da mangueira no dispositivo de lubrificação e a mistura lubrificante escorrendo pelo punção. Figura 40 - Entrada da mangueira no dispositivo de lubrificação Tiras de Aço Foram usadas 54 tiras de aço NBR 6656 LNE 38. Este aço foi adotado devido sua aplicabilidade na indústria pesada de veículos e caminhões. Geometricamente as tiras de aço utilizadas possuem comprimento de 1500mm, 22mm de largura e 8mm de espessura. As propriedades químicas e mecânicas do aço utilizado são apresentadas na Tabela 6. Tabela 6 - Composição Química e Propriedades Mecânicas do Aço Qualidade Composição Química ( % em peso ) Propriedades mecânicas C máx. Mn máx. Si máx. P máx S máx Al mín. El. De liga LE min. (Mpa) LR (Mpa) AL min (%) Dobra 180º Calço NBR 6656 LNE 38 0,10 1,10 0,035 0,030 0,030 0,02 Ti>=0,08 380/ / Zero Fonte:

100 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise Óleo Hislip Stamp THI Foram utilizados 15 litros de Óleo Hislip Stamp THI. Este óleo de origem vegetal foi adotado por conter elevadas quantidades de aditivos para produzir películas lubrificantes, estáveis e com propriedades EP (Extrema Pressão) e por ser utilizado em operações de repuxo, estampagens severas e expansão de canos de ferro ou aço. (MAXIOIL DO BRASIL) As características do Hislip Stamp são apresentadas na Tabela 7. Aspecto Tabela 7 - Características Hislip Stamp ESPECIFICAÇÕES Líquido viscoso límpido e homogêneo MÉTODOS (MAXIOIL) H-001 / ASTM D 2090 Impurezas Ausente H-002 / ASTM D 2090 Cor Amarelo esverdeado H-014 Densidade a º C (g/ml) 1, ,0 H-004 / ASTM D 1298 Odor Característico H-015 Corrosão (solução 5%) FoFo 48 Hs sem corrosão H-153 / PR , Tecumseh Teste de degradação met. VW à 30 dias negativo H-014 5% Fonte: Catálogo técnico Maxioil do Brasil Prensa Mecânica tipo C (Marca La Mundial) Foi utilizada uma prensa para 100 toneladas, 30 golpes/min; velocidade de estampagem de 6 metros/min e curso do martelo de 100mm. A velocidade de estampagem de 6 m/min está dentro dos parâmetros da velocidade de corte de brochamento que varia de 6 a 10 m/min para aços, segundo Stemmer (1995), conforme fundamentação teórica. O que combina perfeitamente os dois processos

101 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise 99 para esta velocidade de corte de 6m/min. Esta prensa foi utilizada para a ação combinada de estampagem e brochamento dos 1800 furos realizados no experimento. (18 punções x 100 furos com cada um). Utilizando a equação de Brito (1981) que calcula a força de corte, chegamos a uma força de puncionamento de aproximadamente 12 toneladas; portanto a prensa adotada é suficiente para a execução do experimento. Esta prensa foi adotada como um condicionante da pesquisa, tendo-se em vista a disponibilidade do autor e o atendimento às necessidades do experimento. A Figura 41 ilustra a prensa usada. Figura 41 Prensa

102 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise Paquímetro Digital Mitutoyo Foi utilizado um paquímetro digital com resolução de 0,01mm e curso igual a 150mm. O paquímetro serviu para a medição dos diâmetros dos furos. O Paquímetro foi utilizado para a medição dos 90 furos analisados Rugosímetro Mitutoyo SJ-201 Foi utilizado para medir a rugosidade dos 90 furos analisados. Utilizou-se este rugosímetro (Figura 42) por necessidade do experimento e disponibilidade do autor. Figura 42 - Rugosímetro

103 Capítulo 3 - Procedimento Experimental e Técnicas de Análise Máquina Fotográfica digital Sony Cyber-Shot DSC-PSO Foi utilizada para registrar detalhes do experimento Termômetro Rayteck-st Foi utilizado o termômetro Rayteck-ST. A Figura 43 apresenta o termômetro e suas partes principais. Figura 43 Termômetro Rayteck-st. ( Legenda: A Monitor de cristal líquido (LCD); B Sistema ótico embutido; C Gatilho; D Compartimento de bateria; E Fixação do cabo/tira; F Ranhura de mira; G Laser (caso seja aplicável); H Bateria.

104 Capítulo 4 Resultados e Discussões RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 TABELA DE DADOS Na tabela 8 são apresentados os dados de rugosidade, diâmetro, temperatura e conicidade, em função das variáveis estudadas (Ângulo de ponta, tipo de punção e refrigeração). Tabela 8 - Dados Coletados Itens Tipos Ângulo Punção %Refriger. Rugosidade (Ra) Diâmetro (mm) Temperatura (ºC) Conicidade (mm) 1 PIS100 sem I 100 1,69 9, ,09 2 PIIS100 sem II 100 0,33 9, ,04 3 PIIIS100 sem III 100 2,12 9, ,05 4 PIS75 sem I 75 0,75 10, ,09 5 PIIS75 sem II 75 0,29 9, ,07 6 PIIIS75 sem III 75 0,44 10, ,04 7 PIS50 sem I 50 1,72 10, ,08 8 PIIS50 sem II 50 0,61 10, ,02 9 PIIIS50 sem III 50 0,68 10, ,01 10 PIC100 com I 100 0,24 9, ,09 11 PIIC100 com II 100 0,27 9, ,06 12 PIIIC100 com III 100 0,55 9, ,08 13 PIC75 com I 75 0,25 9, ,08 14 PIIC75 com II 75 0,28 9, ,07 15 PIIIC75 com III 75 0,3 9, ,07 16 PIC50 com I 50 0,45 9, ,10 17 PIIC50 com II 50 0,28 9, ,08 18 PIIIC50 com III 50 0,62 9, ,08 medições. Os dados de rugosidade, diâmetro e conicidade são valores médios de 5 Através do programa estatístico Statistica module switcher e os dados da Tabela 8 geraram-se as tabelas da ANOVA (análise da variância) para identificar qual variável apresenta diferença estatística significativa.

105 Capítulo 4 Resultados e Discussões FATORES DE INFLUÊNCIA NA VARIÁVEL DEPENDENTE RUGOSIDADE Pode-se verificar através da ANOVA da Tabela 9, que o valor de p é menor do que 5% (0,05) apenas para a variável ângulo de ponta. Conseqüentemente a alteração desta variável implica em alterações na rugosidade dos furos. A análise de significância das médias é realizada sobre a estatística F e sobre o fator p. Quanto maior o fator p mais próximo da hipótese nula é o experimento. Desta forma, adotase o fator p menor que 5% (0,05) para identificar médias com diferenças estatisticamente significativas entre os fatores. ANOVA; Var.:RA1; R-sqr=,70252; Adj:,43809 (análise7.sta) 1 2-level factors, 2 3-level factors, 18 Runs DV: RA1; MS Residual=, de teste. Tabela 9 - Anova para Rugosidade SS df MS F p (1)ANGULO 1, , , , (2)PUNÇÃO 0, , , , (3)%REFRIG 0, , , , *2 0, , , , *3 0, , , , *3 0, , , , Error 1, , Total SS 5, SS= Soma dos quadrados df= Grau de liberdade MS= Quadrado médio F= Estatística de teste 1*2= Interação entre 1 e 2 ou seja interação entre o ângulo e punção. p= Valor exato do nível de significância para uma determinada estatística

106 Capítulo 4 Resultados e Discussões Influência na rugosidade dos furos utilizando punções (I,II e III) com ou sem ângulo. Conforme a Figura 44 nota-se que concordando com dados estatísticos o ângulo de ponta dos punções afetam a rugosidade dos furos. Observa-se que os punções com ângulo de ponta apresentam menor variação de rugosidade que os punções sem ângulo de ponta. Os punções com ângulo de ponta apresentam a menor média das variações de rugosidade. A figura 44 foi construída com os dados de todos os tipos de punção (I, II e III) e todas as condições de refrigeração (50%,75% e 100%). Punções com e sem ângulo X Rugosidade 3,00 2,50 Rugosidade (Ra) 2,00 1,50 1,00 0,50 Máximo Mínimo Média 0,00 Sem ângulo Punções Com ângulo Figura 44 - Punções com e sem ângulo X rugosidade A rugosidade dos punções com e sem ângulo de ponta conforme Figura 26 da fundamentação teórica estão todos dentro das rugosidades obtidas em uma operação de brochamento. Os punções com ângulo de ponta apresentaram furos com rugosidades inferiores (0,18 à 0,70 Ra), com valores de rugosidade atingíveis para operação de retificação (que é na ordem de 0,2 à 1,6 Ra).

107 Capítulo 4 Resultados e Discussões Influência na rugosidade dos furos, utilizando os punções tipo I, II e III, com variação na refrigeração. Nota-se na Figura 45 (a) que a rugosidade do furo do punção I a 75% de refrigeração, foi melhor que os refrigerados a 100% e 50%. Na Figura 48(b) que para o punção I com ângulo, a rugosidade do furo tende a aumentar com a diminuição da concentração do fluído lubrificante. Nota-se na Figura 45 (c) e (d) que a média da rugosidade para os punções II com ângulo manteve-se quase constante; enquanto que para os punções II sem ângulo houve uma variação maior na média das rugosidades, para o nível de refrigeração de 50%. Na Figura 45 (e) nota-se que somente os furos do punção PIIIS100 apresentam variação da rugosidade acima da variação máxima da rugosidade dos outros furos. Pode-se notar na Figura 45 (f) que a rugosidade do furo do punção III a 75% de refrigeração foi menor que os outros refrigerados a 100% e 50%. Nas Figuras 45(a), (c) e (e) Tipos de punção sem ângulo - Nota-se que as rugosidades dos furos dos punções II sem ângulo no conjunto foram o que apresentaram menores rugosidades. Nas Figuras 45(b), (d) e (f) Tipos de punção com ângulo - Observa-se que a média da rugosidade para os punções II com ângulo manteve-se quase constante; enquanto que os punções I e II com ângulo houve uma variação maior na média das rugosidades. Os punções II com ângulo foram os que apresentaram melhor constância da média das rugosidades. O melhor punção foi o punção PIC100 e logo em seguida o punção PIC75 na média das rugosidades e na pequena variação da rugosidade. Isto comprova que os punções com ângulo do tipo I com dentes progressivos no avanço

108 Capítulo 4 Resultados e Discussões 106 em uma só direção apresentaram melhores rugosidades, isto porque o corte foi sem interrupções; o que não aconteceria com punções do tipo II e III. Punção I sem ângulo com variação na refrigeração x Rugosidade Punção I com ângulo com variação na refrigeração x Rugosidade 2,50 0,70 Rugosidade (Ra) 2,00 1,50 1,00 0,50 Máximo Mínimo Média Rugosidade (Ra) 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Máximo Mínimo Média 0,00 0,00 PIS100 PIS75 PIS50 PIC100 PIC75 PIC50 (a) (b) Punção II sem ângulo com variação na refrigeração x Rugosidade Punção II com ângulo com variação na refrigeração x Rugosidade Rugosidade (Ra) 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Máximo Mínimo Média Rugosidade (Ra) 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Máximo Mínimo Média PIIS100 PIIS75 PIIS50 PIIC100 PIIC75 PIIC50 (c) (d) Punção III sem ângulo com variação na refrigeração x Rugosidade Punção III com ângulo com variação na refrigeração x Rugosidade 3,00 0,80 Rugosidade (Ra) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Máximo Mínimo Média Rugosidade (Ra) 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Máximo Mínimo Média 0,00 0,00 PIIIS100 PIIIS75 PIIIS50 PIIIC100 PIIIC75 PIIIC50 (e) (f) Figura 45 - Punções com variação na refrigeração (100, 75 e 50%) x Rugosidade.

109 Capítulo 4 Resultados e Discussões FATORES DE INFLUÊNCIA NA VARIÁVEL DEPENDENTE DIÂMETRO Podemos verificar através da Tabela 10, que as variáveis de controle ângulos de ponta dos punções, refrigeração e a interação entre ângulo X refrigeração, são significativas e consequentemente afetam a variável de resposta diâmetro dos furos (p<0,05 - média com diferença estatisticamente significativa entre os fatores). ANOVA; Var.:F1; R-sqr=,81517; Adj:,65088 (análise7.sta) 1 2-level factors, 2 3-level factors, 18 Runs DV: F1; MS Residual=, Tabela 10 - Anova para Diâmetro SS df MS F p (1)ANGULO 0, , , , (2)PUNÇÃO 0, , , , (3)%REFRIG 0, , , , *2 0, , , , *3 0, , , , *3 0, , , , Error 0, , Total SS 0, Influência no diâmetro dos furos, utilizando os punções com e sem ângulo. Conforme Figura 46 nota-se que concordando com dados estatísticos o ângulo de ponta dos punções afetam nos diâmetros dos furos. Observa-se que os punções com ângulo de ponta apresentam menor variação de diâmetro que os punções sem ângulo de ponta. Embora a média dos diâmetros dos punções sem ângulo tenham dado 10 mm, os punções com ângulo de ponta apresentam a menor média das variações de diâmetro.

110 Capítulo 4 Resultados e Discussões 108 A Figura 46 foi construída com os dados de todos os tipos de punção (I, II e III) e todas as condições de refrigeração (50%,75% e 100%). Punções com e sem ângulo X Diâmetro Diâmetro (mm) 10,06 10,04 10,02 10,00 9,98 9,96 9,94 9,92 9,90 9,88 9,86 Sem ângulo Com ângulo Máximo Mínimo Média Punções Figura 46 - Punções com e sem ângulo X diâmetro Os punções com ângulo de ponta apresentaram uma estabilidade dimensional melhor que os punções sem ângulo. Com uma variação de diâmetro de 0,05 mm contra 0,12 mm dos punções sem ângulo. Isto ocorre devido os punções com ângulo apresentarem menor deformação radial, conforme citado por Singh (1992) Influência da refrigeração no diâmetro dos furos, utilizando os punções do tipo I, II e III. Na Figura 47(a) nota-se que o furo do punção I sem ângulo apresenta um aumento no diâmetro do furo com a diminuição da concentração do lubrificante Hislip no fluído de refrigeração, enquanto que na Figura 47(b) nota-se na presença de ângulo houve uma pequena variação na média das variações de diâmetro, ou seja

111 Capítulo 4 Resultados e Discussões 109 temos uma maior dispersão dos resultados. Conforme a Figura 47(c) nota-se que há um aumento do diâmetro dos furos puncionados com o punção II, com a respectiva diminuição da concentração do lubrificante Hislip no fluído de refrigeração. Na figura 47(d) podemos constatar que mesmo com a variação da concentração do lubrificante Hislip não houve grandes alterações, quando são utilizados os punções com ponta. Na Figura 47(f) nota-se que os diâmetros máximos dos furos dos punções III com ângulo não chegam a ultrapassar o diâmetro nominal de 10 mm. Já os punções III sem ângulo em diferentes refrigerações apresentaram grandes variações de diâmetro, acima dos 10 mm do diâmetro nominal conforme mostra a Figura 47(e). Todos os punções (I, II e III) com ângulo indiferentemente da refrigeração, obteve-se o diâmetro médio dos furos abaixo da dimensão do diâmetro nominal de 10 mm. Os punções PIC100, PIC50 e PIIC50 apresentaram menor variação de diâmetro (ver Figuras 47(b), (d) e (f)). Os três tipos de punção com ângulo de ponta foram os que apresentaram melhores resultados indiferentemente da refrigeração, concordando com Anova. Os punções PIC100, PIC50 e PIIC50 apresentaram menor variação de diâmetro. Punção I sem ângulo com variação na refrigeração x Diâmetro Punção I com ângulo com variação na refrigeração x Diâmetro Diâmetro (mm) 10,06 10,04 10,02 10,00 9,98 9,96 9,94 9,92 9,90 PIS100 PIS75 PIS50 Máximo Mínimo Média Diâmetro (mm) 10,01 10,00 10,00 9,99 9,99 9,98 9,98 9,97 PIC100 PIC75 PIC50 Máximo Mínimo Média (a) (b)

112 Capítulo 4 Resultados e Discussões 110 Punção II sem ângulo com variação na refrigeração x Diâmetro Punção II com ângulo com variação na refrigeração x Diâmetro Diâmetro (mm) 10,06 10,04 10,02 10,00 9,98 9,96 9,94 9,92 9,90 9,88 9,86 PIIS100 PIIS75 PIIS50 Máximo Mínimo Média Diâmetro (mm) 10,01 10,00 10,00 9,99 9,99 9,98 9,98 9,97 9,97 9,96 9,96 PIIC100 PIIC75 PIIC50 Máximo Mínimo Média (c) (d) Punção III sem ângulo com variação na refrigeração x Diâmetro Punção III com ângulo com variação na refrigeração x Diâmetro Diâmetro (mm) 10,06 10,04 10,02 10,00 9,98 9,96 9,94 9,92 PIIIS100 PIIIS75 PIIIS50 Máximo Mínimo Média Diâmetro (mm) 10,01 10,00 9,99 9,98 9,97 9,96 9,95 9,94 9,93 9,92 PIIIC100 PIIIC75 PIIIC50 Máximo Mínimo Média (e) (f) Figura 47 - Punções com variação na refrigeração (100, 75 e 50%) x Diâmetro Influência nos diâmetros dos furos, utilizando refrigeração variada. Conforme Figura 48 nota-se que conforme dados estatísticos a variável refrigeração dos punções afeta os diâmetros dos furos. Observa-se que para os punções com menores concentrações de fluído lubrificante (75% e 50%) a média da variação dos diâmetros se aproxima do diâmetro nominal de 10 mm. A Figura 48 foi construída com os dados de todos os tipos de punção (I, II e III) com e sem ângulo de ponta.

113 Capítulo 4 Resultados e Discussões 111 Punções com refrigeração variada X Diâmetro Diâmetro (mm) 10,06 10,04 10,02 10,00 9,98 9,96 9,94 9,92 9,90 9,88 9,86 100% 75% 50% Punções com refrigeração variada Máximo Mínimo Média Figura 48 - Punções com refrigeração variada X diâmetro Os punções refrigerados com 75% e 50% de fluído lubrificante apresentaram melhores resultados, com a média das variações dos diâmetros próximos ao diâmetro nominal de 10 mm Influência da refrigeração no diâmetro dos furos, utilizando diferentes tipos de punções (I, II e III). Pode-se observar na Figura 49(b) que todos os tipos de punção com ângulo com refrigeração 100% a variação máxima do diâmetro se encontra abaixo do diâmetro nominal de 10 mm. Na Figura 49(a) nota-se que o punção I sem ângulo com refrigeração 100% (PIS100) tem a menor variação de diâmetro e o diâmetro máximo está abaixo do diâmetro nominal de 10 mm. Pode-se observar na Figura 49 (c) e (d) que todos os punções com ângulo com refrigeração 75% (PIC75, PIIC75 e PIIIC75) o diâmetro máximo dos furos estão todos abaixo do diâmetro nominal de 10 mm; e a variação dos diâmetros dos

114 Capítulo 4 Resultados e Discussões 112 punções com ângulo é menor que a variação de diâmetro dos punções sem ângulo com refrigeração 75% (PIS75, PIIS75 e PIIIS75). Nota-se também que a variação de diâmetro nos punções com ângulo são iguais, e as médias da variação são bem próximas, conforme figura 49(d). Nota-se na Figura 49 (e) e (f) que em todos os punções com ângulo e 50% de lubrificante no fluido refrigerante (PIC50, PIIC50 e PIIIC50), a máxima variação de diâmetro se encontra abaixo do diâmetro nominal de 10 mm; enquanto que nos punções sem ângulo (PIS50, PIIS50 e PIIIS50) a máxima variação de diâmetro está acima do diâmetro nominal de 10 mm. Pode-se notar que todos os punções com ângulo de ponta, com refrigeração de 75%, apresentaram menor variação de diâmetro e as médias próximas ao valor nominal de 10 mm. Tipos de punção sem ângulo com refrigeração (100%) x Diâmetro Tipos de punção com ângulo com refrigeração (100%) x Diâmetro Diâmetro (mm) 10,04 10,02 10,00 9,98 9,96 9,94 9,92 9,90 9,88 PIS100 PIIS100 PIIIS100 Máximo Mínimo Média Diâmetro (mm) 10,00 9,99 9,98 9,97 9,96 9,95 9,94 9,93 PIC100 PIIC100 PIIIC100 Máximo Mínimo Média (a) (b)

115 Capítulo 4 Resultados e Discussões 113 Tipos de punção sem ângulo com refrigeração (75%) x Diâmetro Tipos de punção com ângulo com refrigeração (75%) x Diâmetro 10,06 10,01 10,04 10,00 Diâmetro (mm) 10,02 10,00 9,98 9,96 Máximo Mínimo Média Diâmetro (mm) 10,00 9,99 9,99 9,98 Máximo Mínimo Média 9,94 9,98 9,92 PIS75 PIIS75 PIIIS75 9,97 PIC75 PIIC75 PIIIC75 (c) (d) Tipos de punção sem ângulo com refrigeração (50%) x Diâmetro Tipos de punção com ângulo com refrigeração (50%) x Diâmetro Diâmetro (mm) 10,06 10,05 10,04 10,03 10,02 10,01 10,00 9,99 9,98 9,97 9,96 PIS50 PIIS50 PIIIS50 Máximo Mínimo Média Diâmetro (mm) 10,01 10,00 10,00 9,99 9,99 9,98 9,98 9,97 9,97 9,96 9,96 PIC50 PIIC50 PIIIC50 Máximo Mínimo Média (e) (f) Figura 49 - Influência no diâmetro dos furos, utilizando os tipos de punção I,II e III. 4.4 FATORES DE INFLUÊNCIA NA VARIÁVEL DEPENDENTE CONICIDADE Observa-se através da Tabela 11, que os ângulos de ponta dos punções, os tipos de punção e as interações entre ângulo X punção e ângulo X refrigeração, afetam na conicidade dos furos (p<0,05 - média com diferença estatisticamente significativa entre os fatores). ANOVA; Var.: CONIC_; R-sqr=,86934; Adj:,7532 (análise7.sta) 1 2-level factors, 2 3-level factors, 18 Runs DV: CONIC_; MS Residual=,

116 Capítulo 4 Resultados e Discussões 114 Tabela 11 - Anova para Conicidade SS df MS F p (1)ÂNGULO 0, , , , (2)PUNÇÃO 0, , ,5 0, (3)%REFRIG 0, , , , *2 0, ,0012 7, , *3 0, , , , *3 0, ,0002 1, , Error 0, , Total SS 0, Influência na conicidade dos furos, utilizando os punções com e sem ângulo. Conforme Figura 50 nota-se que concordando com dados estatísticos o ângulo de ponta dos punções afetam a conicidade dos furos. Observa-se que a média das variações da conicidade dos punções sem ângulo de ponta foram menores que os punções com ângulo de ponta. A Figura 50 foi construída com os dados de todos os tipos de punção (I, II e III) e todas as condições de refrigeração (50%,75% e 100%).

117 Capítulo 4 Resultados e Discussões 115 Punções com e sem ângulo X Conicidade Conicidade (mm) 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média 0,00 Sem ângulo Punções Com ângulo Figura 50 - Punções com e sem Ângulo X Conicidade Embora a conicidade dos furos em chapas grossas seja um grande problema, devido à folga entre punção e matriz. Podemos notar que no processo combinado de puncionamento e brochamento, os resultados apresentados são satisfatórios (chegando próximo a zero), pois a maior conicidade encontrada foi de 0,13 mm. Enquanto que a conicidade dos furos estampados é de 1,2 mm, pois a folga utilizada no experimento para o processo de estampagem é de 1,2 mm Influência da refrigeração na conicidade dos furos, utilizando punções do tipo I, II e III. Nas Figuras 51 (a) e (b) verifica-se que embora a médias das variações das conicidades dos furos estejam bem próximas (+/- 0,02 mm) entre os punções I com e sem ângulo; nota-se que a variação da conicidade dos furos dos punções sem ângulo apresentou uma menor variação que nos furos dos punções com ângulo. Entretanto nas Figuras 51 (c) e (d) nota-se que a média das variações das

118 Capítulo 4 Resultados e Discussões 116 conicidades dos furos dos punções II com ângulo são mais comportadas, ou seja, parecem responder a quantidade de lubrificante Hislip. Quanto maior a quantidade de Hislip menor o valor médio desta variável. Para o punção sem ângulo este efeito não foi observado. Entretanto a menor conicidade foi encontrada para o punção sem ângulo e baixos teores do lubrificante Hislip. Nota-se que nas Figuras 51 (e) e (f) para os punções III com ângulo que a média das variações das conicidades são mais próximas do que para o punção sem ângulo. Entretanto os menores valores de conicidade foram encontrados para o punção sem ângulo e baixos teores do lubrificante Hislip. Comparando as Figuras 51(a), (c) e (e) pode-se observar que para punções sem ângulo, os punções do tipo I, a média das variações das conicidades são mais próximas que os outros tipos de punções (II e III). Enquanto que nas Figuras 51(b), (d) e (f) pode-se observar que as médias das variações das conicidades dos furos para os tipos de punção I, II e III são bem próximas; embora haja uma grande diferença nas variações (máxima e mínima) das conicidades. Os punções II e III sem ângulo de ponta e 50% de lubrificante no fluido refrigerante foram os experimentos que apresentaram menores médias das variações de conicidade.

119 Capítulo 4 Resultados e Discussões 117 Punção I sem ângulo com variação na refrigeração x Conicidade Punção I com ângulo com variação na refrigeração x Conicidade 0,14 0,14 0,12 0,12 Conicidade (mm) 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média Conicidade (mm) 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média 0,00 PIS100 PIS75 PIS50 0,00 PIC100 PIC75 PIC50 (a) (b) Punção II sem ângulo com variação na refrigeração x Conicidade Punção II com ângulo com variação na refrigeração x Conicidade 0,10 0,12 Conicidade (mm) 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média Conicidade (mm) 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média 0,00 PIIS100 PIIS75 PIIS50 0,00 PIIC100 PIIC75 PIIC50 (c) (d) Punção III sem ângulo com variação na refrigeração x Conicidade Punção III com ângulo com variação na refrigeração x Conicidade Conicidade (mm) 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 PIIIS100 PIIIS75 PIIIS50 Máximo Mínimo Média Conicidade (mm) 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 PIIIC100 PIIIC75 PIIIC50 Máximo Mínimo Média (e) (f) Figura 51 - Punção III com e sem Ângulo com Refrigeração (100, 75 e 50%) x Conicidade.

120 Capítulo 4 Resultados e Discussões Influência na conicidade dos furos, utilizando diferentes tipos de punções. Conforme Figura 52 nota-se que concordando com dados estatísticos os tipos de punções (I, II e III) afetam na conicidade dos furos. Observa-se que a média das variações da conicidade dos punções II e III são iguais e menores que a conicidade do punção do tipo I. A Figura 52 foi construída com os dados de todas as condições de refrigeração (50%,75% e 100%) com e sem ângulo de ponta. Tipos de punções X Conicidade 0,14 0,12 Conicidade (mm) 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média 0,00 PI PII PIII Tipos de punções Figura 52 - Tipos de punções X conicidade Os punções II e III apresentaram melhores resultados de conicidade, devido às características geométricas das mesmas, com dentes progressivos no avanço e retorno e com dentes progressivos no avanço (2X) respectivamente. Nos dois casos a usinagem ocorre duas vezes na região cônica induzida pelo estouro durante a operação de estampagem. Isto se deve a uma maior eficiência de corte devido ao retorno elástico entre os dois estágios, possibilitando assim uma maior remoção

121 Capítulo 4 Resultados e Discussões Influência dos tipos de punções (I, II e III) na conicidade dos furos. Nas Figuras 53 (a) e (b) pode-se verificar que os punções do tipo II com e sem ângulo apresentaram uma média de variação das conicidades dos furos abaixo da média dos outros tipos de punção (I e III); para uma refrigeração de 100%. Para os punções com ângulo a média das variações das conicidades são mais próximas que os punções sem ângulo, para uma refrigeração de 75% (conforme Figuras 53 (c) e (d)) e para uma refrigeração de 50% (conforme Figuras 53 (e) e (f)). Nas Figuras 53(a), (c) e (e) pode-se observar que as médias das variações das conicidades dos furos dos punções do tipo I em diferentes refrigerações foram o que apresentaram maiores médias de conicidade. Enquanto que nas Figuras 53(b), (d) e (f) as médias das variações das conicidades dos furos para os tipos de punção com refrigerações variadas são bem próximas; embora haja uma grande diferença nas variações (máxima e mínima) das conicidades. Os punções II e III sem ângulo de ponta a 50% de refrigeração foram os que apresentaram menores médias das variações de conicidade.

122 Capítulo 4 Resultados e Discussões 120 Tipos de punção sem ângulo com refrigeração (100%) x Conicidade Tipos de punção com ângulo com refrigeração (100%) x Conicidade 0,12 0,14 Conicidade (mm) 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média Conicidade (mm) 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média 0,00 PIS100 PIIS100 PIIIS100 0,00 PIC100 PIIC100 PIIIC100 (a) (b) Tipos de punção sem ângulo com refrigeração (75%) x Conicidade Tipos de punção com ângulo com refrigeração (75%) x Conicidade 0,14 0,14 Conicidade (mm) 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média Conicidade (mm) 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média 0,00 PIS75 PIIS75 PIIIS75 0,00 PIC75 PIIC75 PIIIC75 (c) (d) Tipos de punção sem ângulo com refrigeração (50%) x Conicidade Tipos de punção com ângulo com refrigeração (50%) x Conicidade 0,10 0,14 Conicidade (mm) 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média Conicidade (mm) 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Máximo Mínimo Média 0,00 PIS50 PIIS50 PIIIS50 0,00 PIC50 PIIC50 PIIIC50 (e) (f) Figura 53 - Tipos de punções X conicidade

123 Capítulo 4 Resultados e Discussões FATORES DE INFLUÊNCIA NA VARIÁVEL DEPENDENTE TEMPERATURA Pode-se verificar através da Tabela 12, que os ângulos de ponta dos punções, a refrigeração e a interação entre ângulo X refrigeração, afetam na temperatura dos punções (p<0,05 - média com diferença estatisticamente significativa entre os fatores). ANOVA; Var.:T2; R-sqr=,87136; Adj:,75701 (análise7.sta) 1 2-level factors, 2 3-level factors, 18 Runs DV: T2; MS Residual=65,81327 Tabela 12 - Anova para Temperatura SS df MS F p (1)ÂNGULO 813, ,389 12, , (2)PUNÇÃO , , (3)%REFRIG 2242, ,167 17, , * , , *3 645, ,333 9, , *3 55, ,125 0,8376 0,38395 Error 592, ,813 Total SS 4604, Influência na temperatura dos punções, utilizando punções com e sem ângulo. Conforme Figura 54 comparando com os dados estatísticos da Anova aplicada na temperatura, confirmam que os ângulos de ponta dos punções afetam na temperatura dos punções. Observa-se que a média das variações da temperatura dos punções sem ângulo de ponta é maior que os punções com ângulo de ponta. A variação de temperatura para os punções sem ângulo é menor que os punções com ângulo.

124 Capítulo 4 Resultados e Discussões 122 A Figura 54 foi construída com os dados de todos os tipos de punção (I, II e III) e todas as condições de refrigeração (50%,75% e 100%). Punções com e sem ângulo X Temperatura 210,00 200,00 Temperatura ºC 190,00 180,00 170,00 160,00 150,00 Máximo Mínimo Média 140,00 Sem ângulo Punções Com ângulo Figura 54 - Punções com e sem ângulo X temperatura de temperatura. Os punções com ângulo de ponta apresentaram menor média de variação Influência na temperatura dos punções, com a variação na refrigeração. Conforme Figura 55 nota-se que concordando com a análise estatística a variação da refrigeração afeta a temperatura dos punções. Observa-se que a média das variações da temperatura dos punções refrigerados a 75% e 50% foram menores do que os punções refrigerados com 100% de concentração. Portanto pode-se dizer que a água é melhor refrigerante que o óleo vegetal puro, onde os punções aos quais foram acrescentadas águas na mistura, para dar a concentração de 75% e 50% tiveram menores temperaturas. A variação da temperatura para os

125 Capítulo 4 Resultados e Discussões 123 punções refrigerados a 100% é menor que os refrigerados a 75% e 50%. A Figura 55 foi construída com os dados de todos os tipos de punção (I, II e III) com e sem ângulo de ponta. Punções com refrigeração variada X Temperatura 210,00 200,00 Temperatura ºC 190,00 180,00 170,00 160,00 150,00 Máximo Mínimo Média 140,00 100% 75% 50% Punções com refrigeração variada Figura 55 - Punções com refrigeração variada X temperatura Os punções refrigerados com concentração 75% e 50% foram os que apresentaram menores médias das variações de temperatura durante a operação combinada, entretanto a dispersão dos resultados é superior ao obtido para 100% de Hislip. Segundo Stemmer (1987) e Diniz (2003) a temperatura que pode afetar a durabilidade das arestas de corte das ferramentas é da ordem de 600 C. As temperaturas encontradas no experimento foram abaixo de 203 C para qualquer alteração na refrigeração. Portanto verifica-se que a lubrificação foi mais importante que a refrigeração, concordando o que Stemmer (1987) e Shaw (2005) apresentaram, ou seja. os processos de baixa velocidade de corte necessitam mais das características de lubrificação do que de refrigeração.

126 Capítulo 4 Resultados e Discussões DESGASTE DOS PUNÇÕES Neste trabalho os desgastes dos punções foram avaliados segundo tendências de adesão do material (que inutilizaria o perfil de brochamento), quebra de dentes, ou aumento do diâmetro do furo ao longo dos 100 furos estampados. A avaliação foi feita de forma visual. Através das figuras do Anexo E, foi feita a tabela 13, onde se pode observar que os punções PIIIC100 e PIC75 foram os punções que apresentaram menor desgaste, somente como pequenas aderências de material. Tabela 13 - Desgaste dos Punções Punções Aderência de material Desgaste no fio de corte dos dentes Nomenclatura: Aderência de material : PIS100 B 1X C PIIS100 B 8 PIIIS100 C 5,6,7 PIS75 B 1X PIIS75 B 7 PIIIS75 B 7,9 PIS50 C 2X C 7 PIIS50 C 7 PIIIS50 C 7,9 PIC100 A 3X C PIIC100 A PIIIC100 A 4X 3x A PIC75 A 3X PIIC75 B 7 PIIIC75 B 9 PIC50 B 7 PIIC50 B 1x B 7 PIIIC50 C 6,7,9 A= Pequeno, B= Médio e C=Grande 1X= Uma Vez, 2X=Duas Vezes e 3X= Três Vezes Desgaste no fio de corte dos dentes: A=Bom, B=Médio e C=Ruim 5,6,7,8,9=Número do dente (de baixo para cima). O punção PIC75 foi o que apresentou menor desgaste.

127 Capítulo 5 Conclusões CONCLUSÕES A ferramenta combinada de puncionamento e brochamento, apresenta os benefícios de um processo de alta qualidade dimensional aliado com o alto desempenho dos processos de estamparia para furação de chapas grossas. A ferramenta combinada de puncionamento e brochamento é uma ferramenta útil para a indústria mecânica. Os punções com ângulo de ponta apresentaram a menor média e dispersão de rugosidade. A variável ângulo de ponta se mostrou importante para a variável de resposta diâmetros dos furos. A inclusão de ângulo nos punções induziu as menores variações de diâmetros e as menores médias das variações. A variável refrigeração mostrou que menores concentrações do fluído lubrificante Hislip (50%) levaram aos menores desvios do diâmetro nominal (10 mm); para todos os tipos de punções (punções I,II e III com e sem ângulo). A presença de ângulo de ponta aumenta a conicidade dos furos. Os menores valores de conicidade foram obtidos para os punções sem ângulo do tipo II e III com menor concentração do fluído lubrificante Hislip (50%) A conicidade é otimizada com a utilização da ferramenta combinada quando comparado com uma ferramenta de puncionamento convencional. Os valores médios de conicidade mudam de 1,2 mm para no mínimo 0,13, mm sendo esta a maior conicidade encontrada neste trabalho. A temperatura dos punções é influenciada pela presença da variável ângulo de ponta. A presença de ângulo de ponta diminui a temperatura dos punções

128 Capítulo 5 Conclusões 126 durante operação conjunta de furação e brochamento. Entretanto as dispersões da variável temperatura são menores para os punções sem ângulo. A variável temperatura também é influenciada pela variável independente refrigeração. As menores concentrações do fluído lubrificante Hislip apresentaram menores temperaturas. Quanto a adesão aos gumes verificou-se que a lubrificação é mais importante no processo de puncionamento e brochamento do que a refrigeração. A ferramenta combinada de puncionamento e brochamento punção do tipo II e III (Punção com dois estágios de dentes. Um estágio no avanço e outro no retorno Punção do tipo III e 2 estágios no avanço Punção do tipo III respectivamente), apresentaram os resultados de conicidade.

129 Capítulo 5 Conclusões SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Tendo-se em vista a importância e relevância deste trabalho, bem como a sua fundamentação e resultados obtidos, sugere-se os seguintes pontos para trabalhos futuros: - Estudar o efeito de tratamentos superficiais no desgate, aderência dos punções, bem como na qualidade do furos. - Utilização de filmagem térmica para melhor avaliação do efeito das variáveis na temperatura dos punções. - Otimização do dispositivo de lubrificação. - Estudar o efeito do tipo de ferramenta na qualidade dos furos (ferramenta com prensa chapa x ferramenta do tipo gaveta).

130 Referências 128 REFERÊNCIAS ALTAN, T., Metal Forming Handbook, Schuler, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York (1998) APOLINÁRIO, Fábio. Dicionário de Metodologia Científica. São Paulo: Atlas, AXINTE, D.A.; GINDY, N., Tool condition monitoring in broaching, Wear 254 (2003) AXINTE, D.A.; GINDY, N.; FOX, K.; UNANUE, I., Process monitoring to assist the workpiece surface quality in machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture 44 (2004) BENELI, R.C.S.; CAMARGO, E.J.; MELLO, L.B.; MARCONDES, P.V.P., Operação combinada de puncionamento com brochamento, VI Conferência Nacional de Conformação de Chapas (2003) Editor Lírio Schaeffer. BRITO, Osmar. Estampos de Corte. São Paulo: Hemus Editora Limitada,1981. BUTTON, S. T. Metodologia para planejamento experimental e análise de resultados. Campinas: Unicamp, Apostila. DINIZ, A. E.; MARCONDES, F. C.; COPPINI, N. L., Tecnologia da usinagem dos materiais. São Paulo: Artliber Editora Ltda, 2003 FACCIO, Ian. Investigações sobre o acabamento superficial de usinagens com altíssima velocidade de corte. São Paulo, Dissertação (Mestrado) Engenharia Mecânica. Área de Concentração: Projeto e fabricação. FANG, G.; ZENG, P.; LOU, L., Finite element simulation of the effect of clearance on the forming quality in blanking process, Journal of Materials Processing Technology 122 (2002) FAURA, F.; GARCIA, A.; ESTREMS M., Finite element analysis of optimum clearance in the blanking process, Journal of Materials Processing Technology (1998) FERRARESI, D. Usinagem dos Metais. Edgard Blücher, 1 v, São Paulo, Operação de brochamento: Curso de usinagem de metais. São Paulo: Universidade Estadual de Campinas, FONSECA, J.S.; MARTINS, G.A., Curso de estatística. São Paulo: Sexta Edição, Editora Atlas S.A., 1996.

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135 Anexos 133 ANEXO A Diâmetro (mm) PIS100 PIIS100 PIIIS100 PIS75 PIIS75 PIIIS75 PIS50 PIIS50 PIIIS50 D1 9,96 10,00 10,00 10,00 9,97 10,01 10,00 10,04 9,99 D2 9,98 9,97 9,97 10,03 10,02 10,04 10,05 10,00 9,99 D3 9,97 10,02 10,01 9,99 9,97 10,05 10,03 10,03 10,00 D4 9,97 9,93 9,99 10,01 9,99 9,99 10,02 10,02 10,01 D5 9,97 10,00 9,98 9,99 10,00 9,97 10,00 10,03 9,99 PIC100 PIIC100 PIIIC100 PIC75 PIIC75 PIIIC75 PIC50 PIIC50 PIIIC50 D1 9,99 9,98 9,95 9,99 9,98 9,99 9,99 9,98 9,97 D2 9,98 9,97 9,99 9,98 10,00 9,98 9,98 9,98 9,97 D3 9,99 9,98 9,96 9,98 9,99 9,98 9,98 9,99 9,98 D4 9,99 9,98 9,99 9,99 9,98 9,98 9,99 9,99 9,97 D5 9,99 9,99 9,99 10,00 10,00 10,00 9,99 9,99 10,00 PIS100 PIIS100 PIIIS100 PIS75 PIIS75 PIIIS75 PIS50 PIIS50 PIIIS50 D> 9,98 10,02 10,01 10,03 10,02 10,05 10,05 10,04 10,01 D< 9,96 9,93 9,97 9,99 9,97 9,97 10,00 10,00 9,99 Méd 9,97 9,98 9,99 10,00 9,99 10,01 10,02 10,02 10,00 PIC100 PIIC100 PIIIC100 PIC75 PIIC75 PIIIC75 PIC50 PIIC50 PIIIC50 D> 9,99 9,99 9,99 10,00 10,00 10,00 9,99 9,99 10,00 D< 9,98 9,97 9,95 9,98 9,98 9,98 9,98 9,98 9,97 Méd 9,99 9,98 9,98 9,99 9,99 9,99 9,99 9,99 9,98

136 Anexos 134 ANEXO B Rugosidade (µm) PIS100 PIIS100 PIIIS100 PIS75 PIIS75 PIIIS75 PIS50 PIIS50 PIIIS50 Ra1 1,64 0,42 1,89 0,65 0,38 0,51 1,79 0,52 0,58 Ra2 1,87 0,38 1,85 0,77 0,21 0,25 1,69 0,72 0,78 Ra3 1,59 0,22 2,56 0,85 0,22 0,65 1,65 0,58 0,69 Ra4 1,39 0,39 2,05 0,63 0,39 0,42 1,68 0,66 0,75 Ra5 1,97 0,25 2,25 0,87 0,25 0,38 1,77 0,57 0,58 PIC100 PIIC100 PIIIC100 PIC75 PIIC75 PIIIC75 PIC50 PIIC50 PIIIC50 Ra1 0,24 0,31 0,48 0,26 0,39 0,25 0,36 0,26 0,58 Ra2 0,21 0,23 0,58 0,30 0,35 0,34 0,33 0,32 0,70 Ra3 0,27 0,25 0,60 0,28 0,21 0,35 0,44 0,25 0,68 Ra4 0,25 0,33 0,49 0,25 0,24 0,32 0,56 0,39 0,55 Ra5 0,22 0,24 0,62 0,18 0,22 0,25 0,58 0,18 0,59 PIS100 PIIS100 PIIIS100 PIS75 PIIS75 PIIIS75 PIS50 PIIS50 PIIIS50 Ra > 1,97 0,42 2,56 0,87 0,39 0,65 1,79 0,72 0,78 Ra < 1,39 0,22 1,85 0,63 0,21 0,25 1,65 0,52 0,58 Méd 1,69 0,33 2,12 0,75 0,29 0,44 1,72 0,61 0,68 PIC100 PIIC100 PIIIC100 PIC75 PIIC75 PIIIC75 PIC50 PIIC50 PIIIC50 Ra> 0,27 0,33 0,62 0,30 0,39 0,35 0,58 0,39 0,70 Ra< 0,21 0,23 0,48 0,18 0,21 0,25 0,33 0,18 0,55 Méd 0,24 0,27 0,55 0,25 0,28 0,30 0,45 0,28 0,62

137 Anexos 135 ANEXO C Conicidade (mm) PIS100 PIIS100 PIIIS100 PIS75 PIIS75 PIIIS75 PIS50 PIIS50 PIIIS50 C1 0,08 0,04 0,04 0,08 0,06 0,03 0,08 0,03 0,01 C2 0,09 0,04 0,06 0,08 0,07 0,05 0,09 0,01 0,02 C3 0,07 0,04 0,04 0,09 0,06 0,05 0,08 0,02 0,01 C4 0,11 0,03 0,04 0,08 0,07 0,03 0,06 0,02 0,01 C5 0,10 0,05 0,07 0,12 0,09 0,04 0,09 0,02 0,01 PIC100 PIIC100 PIIIC100 PIC75 PIIC75 PIIIC75 PIC50 PIIC50 PIIIC50 C1 0,12 0,06 0,06 0,07 0,06 0,08 0,07 0,09 0,06 C2 0,09 0,04 0,10 0,04 0,09 0,06 0,13 0,07 0,07 C3 0,08 0,07 0,06 0,08 0,10 0,07 0,09 0,07 0,08 C4 0,07 0,05 0,10 0,08 0,04 0,08 0,11 0,08 0,08 C5 0,09 0,08 0,08 0,13 0,06 0,06 0,10 0,09 0,11 PIS100 PIIS100 PIIIS100 PIS75 PIIS75 PIIIS75 PIS50 PIIS50 PIIIS50 C> 0,11 0,05 0,07 0,12 0,09 0,05 0,09 0,03 0,02 C< 0,07 0,03 0,04 0,08 0,06 0,03 0,06 0,01 0,01 Méd 0,09 0,04 0,05 0,09 0,07 0,04 0,08 0,02 0,01 PIC100 PIIC100 PIIIC100 PIC75 PIIC75 PIIIC75 PIC50 PIIC50 PIIIC50 C> 0,12 0,08 0,10 0,13 0,10 0,08 0,13 0,09 0,11 C< 0,07 0,04 0,06 0,04 0,04 0,06 0,07 0,07 0,06 Méd 0,09 0,06 0,08 0,08 0,07 0,07 0,10 0,08 0,08

138 Anexos 136 ANEXO D Temperatura (ºC) Tipos Temperatura PIS PIIS PIIIS PIS PIIS PIIIS PIS PIIS PIIIS PIC PIIC PIIIC PIC PIIC PIIIC PIC PIIC PIIIC50 148

139 Anexos 137 ANEXO E Desgaste da ponta dos punções (a)-pis100 (b)-piis100 (c)-piiis100 Anexo E - Desgaste da ponta dos punções (a), (b) e (c)

140 Anexos 138 (d)-pis75 (e)-piis75 (f)-piiis75 Anexo E - Desgaste da ponta dos punções Continuação - (d), (e) e (f)

141 Anexos 139 (g)-pis50 (h)-piis50 (i)-piiis50 Anexo E - Desgaste da ponta dos punções Continuação - (g), (h) e (i)

142 Anexos 140 (j)-pic100 (l)-piic100 (m)-piiic100 Anexo E - Desgaste da ponta dos punções Continuação - (j), (l) e (m)

143 Anexos 141 (n)-pic75 (o)-piic75 (p)-piiic75 Anexo E - Desgaste da ponta dos punções Continuação - (n), (o) e (p)

144 Anexos 142 (q)-pic50 (r)-piic50 (s)-piiic50 Anexo E - Desgaste da ponta dos punções Continuação - (q), (r) e (s)