AULA 34 PROCESSO DE RETIFICAÇÃO: SELEÇÃO E CUIDADOS

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1 AULA 34 PROCESSO DE RETIFICAÇÃO: SELEÇÃO E CUIDADOS

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3 PROCESSO DE RETIFICAÇÃO: SELEÇÃO E CUIDADOS Introdução Para obter uma boa operação de usinagem em retificação, alguns cuidados devem ser tomados: Escolha da retificadora e das suas características técnicas; cuidados na instalação e manutenção; rigidez, sistema de guias e mancais. Escolha do tipo de rebolo e da especificação. Determinar corretamente o momento de dressagem do rebolo; nunca deixar este momento ser ultrapassado sem que a dressagem seja realizada. Escolha do tipo de fluido lubrirrefrigerante. Forma da peça, material e sobremetal. Todos os itens citados estão relacionados entre si e são critérios importantes a considerar em cada análise. Atualmente, os cuidados na preparação e no setup são igualmente importantes. Um bom planejamento das operações pode proporcionar garantia de qualidade, menor tempo de setup e flexibilidade de produção de vários modelos de peças. A empresa Saint-Gobain Abrasivos (multinacional especializada na produção de lixas, rebolos e discos de corte), através da metodologia System Approach, procura entender a retificação como um sistema. Desta forma, o abrasivo passa a ser mais uma variável do processo, que depende também de máquinas adequadas, operadores com conhecimento técnico, dressadores, fluidos lubrirrefrigerantes adequados e um ciclo de usinagem bem desenhado Fatores de Influência na Seleção do Rebolo Material da peça O material da peça influi na escolha do abrasivo, do tamanho do grão e da dureza do rebolo. Tipo de Abrasivo. Aços em geral e suas ligas devem ser retificados usando o óxido de alumínio (Al 2 O 3 ) como abrasivo ou, se a escolha recair sobre superabrasivos, o CBN. Já o carboneto de silício (SiC) é apropriado para a retificação do ferro fundido, metais não-ferrosos (principalmente o metalduro) e não-metálicos. Tamanho de Grão. Materiais frágeis de alta dureza, que tendem a formar cavacos curtos, devem ser retificados com rebolos de grãos finos. A retificação de materiais dúcteis de baixa dureza, que tendem a formar cavacos longos, deve ser feita com rebolos de grãos grossos. Dureza do Rebolo. Materiais duros que já receberam o tratamento térmico final devem ser retificados com rebolos de baixa dureza, que geram menos calor e, por isso, fazem com que o risco de se danificar a estrutura superficial da peça seja menor. Materiais moles, nos quais o dano gerado pelo calor é pequeno e não causa perda do tratamento térmico, devem ser retificados com rebolos duros.

4 Acabamento da superfície usinada e taxa de remoção de material Como já citado na Aula 16, o acabamento da superfície usinada pode ser quantificado através de irregularidades micrométricas (sulcos) que se formam na superfície da peça durante o processo de usinagem, chamadas de rugosidades. Na retificação, as rugosidades podem ser causadas por folgas nos eixos, irregularidades no movimento da mesa, desbalanceamento do rebolo e granulação do abrasivo, entre outras causas. Observe na Tabela 34.1 a relação entre rugosidade média (R a ), granulação do abrasivo e a profundidade de corte do rebolo. Tabela 34.1 Relação entre rugosidade, granulação e profundidade de corte do rebolo. Rugosidade R a Granulação Profundidade 12,5 40 a a 30 m 6,3 80 a a 15 m 0,8 200 a a 8 m A taxa de remoção de material da peça (MRR = material removal rate), que está diretamente ligado ao acabamento da superfície usinada, influi na seleção do tamanho de grão e da liga aglomerante. A MRR representa o volume de material removido por unidade de tempo. Calcula-se MRR pelo produto entre a profundidade de corte [mm], a largura de corte [mm] e o avanço [mm/min] do rebolo. Tamanho de Grão. Quanto maior o grão, maior a remoção de material da peça e pior o acabamento da superfície usinada (Tab. 34.1). Então, rebolos com grãos grossos são recomendados para operações de desbaste, enquanto rebolos com grãos finos para operações de acabamento. Liga Aglomerante. A liga vitrificada (V) deve ser utilizada quando se deseja um acabamento médio da peça, enquanto a liga resinoide (B) para alta qualidade. Para obter ótimo acabamento, necessita-se de grande velocidade periférica do rebolo, que pode ser obtida somente com a liga B. Por outro lado, estes podem também ser usados em operações onde se deseja retirar grande quantidade de material Meio lubrirrefrigerante Na retificação ocorrem fortes aquecimentos que produzem marcas de superaquecimento (queima), endurecimento de certos pontos, camadas macias por recristalização, trincas etc. Para evitar estes danos térmicos é preciso reduzir a temperatura na zona de retificação, o que se pode obter por refrigeração ou redução do atrito. A Figura 34.1 esquematiza a aplicação do fluido em retificação. A vazão recomendada em máquinas modernas é de 3 a 4,5 l/min por milímetro de largura do rebolo. As pressões aumentam com a potência da máquina, indo de 0,15 a 0,6 N/mm 2. O uso de lubrirrefrigerantes e de durezas mais elevadas do rebolo permite um incremento na sua produtividade. Os fluidos lubrirrefrigerantes influenciam diretamente as principais variáveis no processo de retificação. Com a aplicação de fluido têm-se temperaturas de trabalho menores, cavacos menos espessos, melhor qualidade da superfície usinada e maior estabilidade dimensional e geométrica das peças,

5 267 proporcionando, consequentemente, melhor equilíbrio do processo, o que reduz o custo total da operação e aumenta a produtividade. Figura 34.1 Aplicação do fluido lubrirrefrigerante em retificação. A escolha correta do lubrirrefrigerante vai depender dos parâmetros da máquina (tamanho de tanque, vazão, pressão sistema de filtragem, tipos de elastômeros etc.) e das questões relativas ao meio ambiente, ou seja, quanto maior a durabilidade do fluido, mais tempo levará para o descarte e menor será o impacto na natureza. A escolha do fluido mais adequado para determinado processo depende também do tipo de abrasivo e do material da peça, que afetam também a seleção da dureza do rebolo. Em operações de retificação leves (por exemplo, retificação cilíndrica) empregam-se, de maneira preponderante, meios miscíveis (aqueles capazes de formar uma mistura homogênea) em água. Os aditivos usados protegem contra a corrosão, reduzem o atrito e o desgaste do rebolo e mantém o mesmo livre de partículas metálicas (evita o empastamento do rebolo). Porém, para rebolos de CBN, fluidos não miscíveis em água são mais adequados, já que a afinidade entre o óxido bórico e o vapor de água superaquecido acentua o desgaste. Na retificação com rebolos perfilados (para usinagem de ranhuras, roscas, engrenagens, etc.), gerase, especialmente nos ressaltos normal ao eixo muito calor de atrito. Além disto, há grandes exigências quanto à precisão de formas e de medidas e de qualidade do acabamento superficial. Por isto, usam-se nestes casos, preferencialmente, óleos com aditivos redutores do atrito Velocidade do rebolo, área de contato e potência da máquina A velocidade de um rebolo é limitada pela resistência da liga aglomerante. Como já citado, ligas vitrificadas trabalham normalmente até 33 m/s e algumas ligas vitrificadas especiais até 45 ou 60 m/s. Acima disso, torna-se insegura a utilização do rebolo. Já os rebolos com ligas resinoides operam normalmente até 48 m/s, sendo que alguns tipos especiais podem chegar até 100 m/s. Vale salientar que quanto maior a velocidade periférica do rebolo, mais duro será seu comportamento. A área de contato é definida pelo tamanho do grão e pela dureza do rebolo. Quanto maior a área de contato rebolo-peça, maior deve ser o grão e o rebolo deve ser mais macio e mais poroso. A dureza do rebolo é o ponto chave na escolha da potência da máquina: rebolos duros, que resistem às forças de usinagem e não soltam os grãos do rebolo, devem ser especificados para máquinas de alta potência. Vale dizer que quando os grãos se soltam do rebolo, este perde sua agressividade e as forças de usinagem aumentam.

6 Vida, Desgaste e Agressividade do Rebolo Sabe-se que o processo de retificação é caracterizado pela atuação simultânea de um grande número de arestas de corte de geometria não definida em contato com a superfície da peça. Esta quantidade não pode ser determinada exatamente e é variável com o tempo. As forças e a temperatura do processo, a qualidade da superfície usinada resultante e os mecanismos de desgaste do grão são o resultado da sobreposição da ação destes gumes, cortando dimensões micrométricas. A determinação dos mecanismos de desgaste de grãos abrasivos e suas causas são problemas complexos devidos à grande variação das condições de corte, das pequenas espessuras de cavaco e da geometria não definida das arestas cortantes. Devido às diferentes cargas sobre cada aresta (grão) e às variações das propriedades físicas de cada grão surgem, na retificação, diferentes formas de desgaste como lascamentos e desprendimento de grãos do ligante (que podem ocorrer simultaneamente) e a perda de afiação (alisamento dos grãos e/ou do entupimento dos poros do rebolo). Os mecanismos de atrito, deformação plástica e elástica e de formação de cavaco geram grandes pressões e elevadas temperaturas na zona de contato. Tanto as influências químicas como as mecânicas e térmicas geram solicitações complexas sobre o grão. Por isso as propriedades de tenacidade e de dureza do material de corte podem variar com o tempo. A ação conjunta das cargas mecânicas, térmicas e químicas sobre o grão leva aos diferentes tipos de desgaste do grão e do ligante (Fig. 34.2). Figura 34.2 Microdesgastes do rebolo. Esses diferentes tipos de desgaste levam aos seguintes efeitos sobre o grão: formação de desgaste em forma de platôs, lascamento, rompimento de grãos inteiros do ligante e quebra do ligante quando as forças são superiores à resistência do ligante. A resistência do grão ao desgaste depende de suas propriedades físicas como: dureza, tendência ao lascamento, resistência química, resistência a altas temperaturas, resistência à erosão e resistência à pressão. Um rebolo pode sofrer desgaste sem perder sua afiação (ou agressividade) e vice-versa (Fig. 34.3). Quando o grão sofre atrito inerente ao processo, ele pode fraturar e depois se desprender do rebolo, causando desgaste, ou ter suas arestas arredondadas (alisamento do grão), causando perda de afiação. O acontecimento de um ou outro fenômeno depende de diversos fatores, mas principalmente da dureza do rebolo. Um rebolo mais duro consegue segurar o grão por mais tempo e, com isso, a perda de afiação acontece mais rapidamente. Com o rebolo menos duro (mais macio), o aglomerante não consegue suportar as tensões geradas pelo processo e, assim, solta o grão, gerando o desgaste. Quando o desgaste é nulo, logo ele perderá a afiação. Quando o desgaste é grande, ele sempre se encontra agressivo.

7 269 Figura 34.3 Quebra dos grãos em função da velocidade. Com a usinagem, os grãos vão se desgastando, o rebolo vai perdendo a agressividade, as forças crescem, até que os grãos se desprendem, dando lugar a novos grãos afiados da camada mais interna do rebolo. Este seria o mecanismo ideal na utilização, isto é, uma combinação de perda de afiação e de desgaste do rebolo. Normalmente, não é isso que acontece, pois sempre um predomina sobre o outro. Se a perda de afiação é o fenômeno predominante, os esforços de corte crescem e, se estes maiores esforços não forem capazes de retirar o grão desgastado da liga (isto é, causar perda diametral), o rebolo precisa ser também dressado, a fim de que não ocorra a queima da peça (danificação da estrutura superficial) ou prejuízo ao seu acabamento. O macrodesgaste é definido como sendo a quantidade de rebolo consumida durante um determinado ciclo de operação, causando perda volumétrica ou diametral do mesmo (Fig. 34.4). Figura 34.4 Macrodesgastes do rebolo Se o macrodesgaste do rebolo é o mecanismo que predomina, depois de certo tempo de usinagem, o rebolo precisa ser deve ser reposicionado para evitar que a peça saia da sua faixa de tolerâncias. Além disso, o rebolo nunca perde diâmetro de uma forma homogênea o rebolo torna-se oval, o que gera desvios de forma na peça. Neste caso, mesmo que o rebolo ainda esteja bastante agressivo, ele precisa ser dressado, para que sua forma original seja restituída.

8 Dressagem Dressagem do rebolo é o nome que se dá à operação de reconstituição da camada exterior do rebolo. Existem diversos tipos de dressagem, mas o mais comum é o realizado com uma ponta de diamante. O processo se dá como se o rebolo fosse a peça em uma operação de torneamento e a ferramenta fosse o dressador (ponta de diamante, Fig. 34.5). Assim, o rebolo gira e a ponta de diamante avança, retirando uma pequena camada superficial do rebolo (centésimos ou décimos de milímetro). Com a dressagem, arestas cortantes novas e afiadas dos grãos do rebolo são colocadas em utilização. (a) (b) Figura 34.5 (a) Dressadores de rebolos com diamante natural tipo ponta única, lapidados, conglomerados, múltiplos e lâmina (Rediam ); (b) Dressagem de um rebolo (Zema ) A dressagem é realizada para se atingir um ou mais dos seguintes objetivos: conferir ao rebolo uma determinada forma; devolver ao rebolo sua forma original; conferir agressividade (capacidade de corte) ao rebolo; informar à máquina-ferramenta a real posição da superfície externa do rebolo (o rebolo pode se desgastar perdendo diâmetro; assim, como a máquina está informada da posição do dressador, um passe de dressagem no rebolo informa à máquina qual é o novo diâmetro do rebolo). Quanto maior o passo (equivalente ao avanço por volta) e/ou profundidade de dressagem até certo limite (equivalente à profundidade de usinagem no torneamento), mais agressivo torna-se o rebolo, gerando menores forças de retificação e maior vida do rebolo, porém, com maior rugosidade da peça. O limite para o crescimento do passo de dressagem é a largura de atuação da ponta dressadora. Se o passo ultrapassar a largura da ponta, o dressador não removerá material de rebolo em toda a superfície, gerando uma espécie de rosca. O limite para o crescimento da profundidade de dressagem está relacionado com o tamanho do grão. A partir de determinado valor, toda a camada de grãos desgastados já foi removida e um crescimento adicional da profundidade de dressagem somente provocaria desperdício de material do rebolo. Observação: não se deve confundir Dressagem com Afiação. Dressagem é uma espécie de reafiação, que consiste em remover grãos arredondados (rebolo espelhado) ou limpar rebolos carregados de cavacos (rebolo empastado ).

9 271 Afiação é a operação que tem objetivo remover o ligante entre os grãos abrasivos; é geralmente utilizada após a dressagem em rebolos com ligantes resinoides. Outras operações comuns são a limpeza (desobstrução dos poros do rebolo) e o perfilamento (dar forma geométrica ao rebolo) Possíveis Problemas no Rebolo e suas Causas A Tabela 34.2 apresenta os problemas comuns em rebolos e suas prováveis causas. Tabela 34.2 Problemas no rebolo e suas causas Problemas no Rebolo Desgaste excessivo: O rebolo fica com forma e dimensões alteradas. A geometria da peça não é mais atendida. Espelhamento: Face do rebolo fica lisa, com grãos abrasivos arredondados (sem gumes vivos). O rebolo não remove mais material. Empastamento: Face do rebolo carregada com cavacos de materiais macios (latão, bronze, alumínio, alguns aços). Rebolo liso, não corta mais. Causas Rebolo muito suave. Velocidade do rebolo muito baixa. Velocidade de avanço muito grande. Pressão de contato excessiva. Rebolo muito estreito. Descontinuidade na peça (furos, ranhuras etc.). Rebolo muito duro. Grão muito fino. Velocidade excessiva do rebolo. Avanço muito pequeno. Estrutura muito densa. Rebolo muito duro. Velocidade de avanço pequena Cuidados na Utilização e Montagem dos Rebolos Os rebolos devem ser acondicionados em locais livres de umidade excessiva ou sem incidência direta da luz solar em almoxarifado dotado de armários e prateleiras adequadas para cada tipo. Deve-se observar se o rebolo não sofreu nenhum dano durante seu transporte ou armazenamento. Se não forem observados diversos cuidados na utilização e montagem nas afiadoras e retificadoras, os rebolos podem causar acidentes sérios. A segurança no emprego dos rebolos depende em geral de três fatores condicionais: ferramenta, máquina e montagem da ferramenta. Os rebolos devem, portanto: ser inspecionados visualmente quanto à existência de danos e testados por ultrassom para constatar a ausência de trincas internas; ser balanceados evita vibrações e permite a obtenção de superfícies de acabamento fino; ser montados adequadamente; girar concentricamente, sem batimentos. Deve-se observar que a velocidade máxima de giro do rebolo especificada no rótulo corresponda à velocidade periférica do rebolo com o diâmetro inicial. As vibrações na ferramenta fazem com que a precisão nos processos, principalmente nos abrasivos, seja imprópria para uma determinada peça. Os elementos que compõem as máquinas, em geral, interagem entre si e, devido à presença de atrito, ação de forças cíclicas, dentre outras dissipam energia na forma de calor, ruído e vibrações. Os

10 272 sinais de vibração carregam muita informação relativa à condição da máquina, e é a base para o uso regular da medida e da análise de vibração. Um sistema balanceado e livre de vibração permite: reduzir o desgaste do rebolo e a frequência de dressagem; reduzir a quebra de abrasivos; melhorar a geometria da peça; melhorar o acabamento; reduzir a queima; reduzir as marcas (Fig. 34.6); eliminar as variações do processo; reduzir a manutenção; aumentar a produtividade. Figura 34.6 Marcas de vibração geradas na superfície retificada.

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