ANÁLISE COMPARATIVA DE DESGASTE DE REBOLOS DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO NA RETIFICAÇÃO DE UM PERFIL CRÍTICO

Transcrição

1 ANÁLISE COMPARATIVA DE DESGASTE DE REBOLOS DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO NA RETIFICAÇÃO DE UM PERFIL CRÍTICO TCHARLES HENRIQUE DE PAULA - tcharles_thp@hotmail.com INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA - IFSC DELCIO LUÍS DEMARCHI - delcio.demarchi@ifsc.edu.br SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA - SOCIESC - TUPY EDSON SIDNEI MACIEL TEIXEIRA - edson.teixeira@ifsc.edu.br INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA - IFSC Resumo: NESTE TRABALHO FOI DESENVOLVIDO UM ESTUDO DE CASO SOBRE O DESEMPENHO DOS REBOLOS DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO DE UM PERFIL CRÍTICO. O PROCESSO DE RETIFICAÇÃO É UTILIZADO TENDO COMO OBJETIVO ALCANÇAR UM GRAU DE ACABAMENTO SUPERFICIAL ELEVADO COM PEQUENOS ERROS DIMENSIONAIS E DE FORMA. ESSE PROCESSO UTILIZA O REBOLO COMO FERRAMENTA DE USINAGEM, ESSA FERRAMENTA É COMPOSTA BASICAMENTE POR UM NÚCLEO, LIGANTE E GRÃOS ABRASIVOS. SENDO ASSIM, FORAM TESTADAS NESSE TRABALHO TRÊS FERRAMENTAS CONVENCIONAIS DE ÓXIDO DE ALUMINIO (AL2O3), VISANDO DETERMINAR QUAL DELES ATENDE MELHOR AO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO DE PERFIS, SOB A ÓTICA DE DESGASTE/RENDIMENTO. Palavras-chaves: REBOLOS; DESGASTE; DESEMPENHO; FERRAMENTA; RETIFICAÇÃO. Área: 1 - GESTÃO DA PRODUÇÃO Sub-Área: GESTÃO DE PROCESSOS PRODUTIVOS

2 COMPARATIVE ANALYSIS OF WEAR IN GRINDING WHEELS OF OXIDE OF ALUMINUM IN THE GRINDING OF A CRITICAL PROFILE Abstract: WE HAVE DEVELOPED A CASE STUDY ON THE PERFORMANCE OF ALUMINUM OXIDE GRINDING WHEELS IN THE GRINDING PROCESS OF A CRITICAL PROFILE. THE GRINDING PROCESS IS USED WITH THE OBJECTIVE OF ACHIEVING A HIGH DEGREE OF SURFACE FINISH AND DIMENSIONAL WITH SMALL ERRORS OF FORM. THIS PROCESS USES THE WHEEL AS A MACHINING TOOL, THIS TOOL IS BASICALLY COMPOSED OF A CORE BINDER AND ABRASIVE GRAINS. THUS, THIS STUDY TESTED THREE CONVENTIONAL TOOLS OF ALUMINUM OXIDE (AL2O3) TO DETERMINE WHICH ONE BEST MEETS THE GRINDING OF PROFILES, FROM THE STANDPOINT OF WEAR / PERFORMANCE. Keyword: GRINDING WHEELS; WEAR; PERFORMANCE; TOOL; GRINDING PROCESS. 2

3 1. Introdução Com a competitividade cada vez mais crescente em todos os setores, as empresas buscam atender com maior qualidade e rapidez os seus clientes aumentando sua margem de lucro sem que precisem aumentar o valor do seu produto. Para isso é necessário que sempre estejam melhorando os seus processos ou pelo menos reduzindo tempos produtivos para ter diferencial nos prazos. Sendo assim, tem-se por objetivo mostrar neste artigo testes feitos para se conseguir definir qual modelo e marca de rebolo de óxido de alumínio consegue atender, com os melhores níveis de comparação desgaste/rendimento, o processo de retificação de um perfil desenvolvido com pontos de criticidade. Processo esse que está diretamente ligado a qualidade final do produto, sendo a operação que finaliza o dimensional, pois após a retificação muitas vezes não existem mais operações, ou apenas processos como polimento, que basicamente não alteram o dimensional da peça. Portanto fazer análises com rebolos além de melhorar o processo, também visa aumentar a qualidade do produto final e ter embasamento para fazer as análises financeiras convenientes ao caso, e não apenas de encontrar valores de desgaste que nos levam a definir qual o modelo de rebolo atende melhor aos processos de retificação de perfis críticos. 2. Referencial Teórico Antes de aprofundar-se na análise da retificação de perfis tem-se a necessidade de entender alguns pontos básicos do processo, da máquina, da ferramenta e da qualidade do produto. Segundo a Fundação Roberto Marinho (2000) existem basicamente três tipos de máquinas retificadoras: a plana, a cilíndrica universal e a cilíndrica sem centros (center less). Em relação ao movimento, as máquinas retificadoras podem ser manuais, semi-automáticas e automáticas. A center less é automática, pois é uma máquina utilizada para a produção em série. Em se tratando de retífica plana temos o seguinte: é uma máquina na qual pode-se retificar todos os tipos de superfícies planas: paralelas, perpendiculares ou inclinadas.na retificadora plana, prende-se a peça com o uso de uma placa magnética, fixada na mesa da retificadora. Na retificação a mesa desloca-se em pêndulo, e a peça ultrapassa o ponto de contato com o rebolo nos dois lados. A máquina também permite o deslocamento transversal da mesa. Esse movimento associado ao movimento longitudinal permite uma varredura completa da superfície a ser usinada. O valor do deslocamento transversal está associado com a largura do rebolo (FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO, 2000). A retificação é um processo de usinagem que se enquadra na família da usinagem por abrasão. É uma operação utilizada na indústria metal-mecânica, que consiste na correção de irregularidades, fissuras e poros na superfície do material e também na obtenção de medidas de precisão, juntamente com boa planicidade e esquadro, podendo ser retificação de acabamento e retificação de desbaste. Existem basicamente dois tipos de retificação, plana tangencial e plana frontal. Na operação de retificação plana tangencial, a superfície retificada é paralela ao eixo do rebolo. A mesa executa um movimento de avanço transversal, enquanto o rebolo executa o movimento em profundidade. Na retificação plana frontal a superfície retificada é perpendicular ao eixo do rebolo, dispensando o avanço transversal (MOTTER, 2011). 3

4 Na retificação plana tangencial pode ser realizada a retificação em modo creep-feed. Esta operação possui uma grande velocidade de corte e velocidade de avanço extremamente pequena. Operação essa que é muito utilizada na indústria para a usinagem de perfis. Devido a essa grande profundidade de corte, a temperatura da peça tende a ficar muito alta o que exige uma refrigeração que atenda a essas exigências. Pelo fato de geralmente ser usinado o perfil pronto na peça é necessário que o dimensional seja garantido, para atingir a precisão desejada é necessário que a dressagem crie no rebolo um perfil com corte capaz de possibilitar uma contínua remoção de material (GÂMBARO, 2006). A retificação é realizada por uma ferramenta de geometria não definida conhecida como rebolo. Essa ferramenta nada mais é do que um disco contendo um núcleo, ligante e grãos abrasivos (BIANCHI, et al., 2004). Segundo Machado et al. (2009), o rebolo possui características que determinam sua correta especificação, que são: material abrasivo, tamanho dos grãos abrasivos (granulometria), material ligante, estrutura ou porosidade, dureza do rebolo. Tendo tantas características, a correta especificação de um rebolo resulta em uma ampla gama de opções. Ao escolher o rebolo pelo material abrasivo, encontramos entre os mais empregados na indústria os seguintes: rebolo de óxido de alumínio (Al2O3), carboneto de silício (SiC), diamante e nitreto cúbico de boro (CBN), sendo que os dois primeiros são convencionais e os últimos são super-abrasivos (MACHADO et al., 2009). Densidade/porosidade do rebolo definem a sua estrutura. Na fabricação a quantidade de grãos abrasivos, o tamanho dos mesmos, o tipo de ligante e a pressão exercida alteram a estrutura do rebolo. Como citado por Machado et al. (2009), existem basicamente quatro tipos de ligantes, são eles: vitrificado, resinóide, elástico e metálico. Já Motter (2011), afirma que as ligas são divididas em: vitrificada, composta por argilas, areias e feldspatos. Silicato, constituído por silicato de sódio misturado com óxido metálico. Resinóide, constituído por resinas obtidas a partir do fenol e formol. Borracha, formado por látex endurecido por vulcanização. E também as ligas metálicas e galvânicas. A retificação é um processo que tem por objetivo garantir medidas precisas e dar acabamento na peça. Unido ao bom acabamento existe um parâmetro para garantir a qualidade do produto que é o nível de rugosidade. Esse nível deve se encontrar entre os níveis 0,15µm a 2,5µm de Ra (MACHADO et al., 2009), onde Ra é a média aritmética dos valores absolutos das distancias do perfil real ao perfil médio. O tamanho dos grãos abrasivos é definido pela grana, que é o número indicativo correspondente ao número de fios por polegada linear da peneira que serviu para classificálos. A grana de um abrasivo varia de 6 a 600 indicando os números menores os grãos mais grossos e os maiores grãos mais finos (MOTTER, 2011). São esses grãos que vão exercer alguma ação sobre o material na retificação, essa ação pode se dividir em três situações diferentes, são elas: corte, riscamento e atrito. De acordo com Machado et al. (2009), o corte remove cavaco por cisalhamento. O riscamento seria a ação que cria rebarbas no material sem remover cavaco. E o atrito é a mais prejudicial pois provém do contato da área plana do abrasivo com a superfície da peça, o que cria um maior aquecimento da peça, que pode causar irregularidades. Portanto, para poder manter o rebolo com corte capaz de produzir peças com alto grau de qualidade, com menor desgaste e maior desempenho, usa-se do artifício da dressagem. A dressagem também é chamada de dressamento, retificação ou afiação do rebolo. Ela é feita nos rebolos convencionais com o dressador, que é uma ferramenta de diamante. Já os rebolos de CBN e diamantados são dressados fazendo a retificação de um material com baixo 4

5 grau de dureza, normalmente usa-se aço Os objetivos da dressagem são de acordo com Souza (2009), obter concentricidade entre o eixo de rotação do rebolo e a face cortante, perfilar a face cortante com a forma desejada, remover grãos desgastados e melhorar o corte do rebolo. Os dressadores de diamante podem ser uma ferramenta com pedaços de diamante incrustados no metal, ou então uma ponta com um diamante único e com ângulos prédefinidos, ferramenta essa que geralmente é usada para a dressagem de perfis. A quantidade de dressagens varia de acordo com a necessidade do processo. Mas geralmente são feitas pelo menos duas dressagens, uma para o desbaste e outra para o acabamento e correção do perfil. Nas duas deve-se usar diamantes com mesmo ângulo para não ocorrer variações no perfil. O processo de dressagem acaba influenciando nos seguintes itens; tempo de vida do rebolo, tempo de ciclo de retificação e qualidade final da peça (MARINELLI, COELHO e OLIVEIRA, 1998). Segundo Souza (2009), erros na operação de dressagem, podem afetar na usinagem, já que o rebolo pode ficar com defeitos na face cortante. Esses defeitos fazem com que na hora da retificação o corte diminua e por consequência a quantidade de grãos que causam riscamento e atrito aumentem, elevando a temperatura da peça. O processo de retificação transforma grande parte da energia aplicada em calor e causa elevadas temperaturas na região de corte (DA SILVA, 2004). Também existe perda de energia da máquina por calor quando a corrente elétrica se torna elevada, já que o deslocamento de cargas dentro de um condutor, quando existe uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades, gera um aumento da temperatura. Aumento esse que é limitado de acordo com cada instalação elétrica (CREDER, 1989). Visando maior qualidade na peça, diminuindo a temperatura da usinagem e melhorando a lubrificação no corte, faz-se a utilização de fluídos de corte na retificação. Segundo Da Silva (2004) a refrigeração da zona de corte é efetiva somente em operações de creep-feed, onde a elevada profundidade de corte e a baixa velocidade da peça geram grandes comprimentos de contato, permitindo assim que o fluído seja aplicado na região de corte, sendo a refrigeração mais efetiva. Com o fluído de corte sendo aplicado de forma correta, tem-se a garantia de que toda a peça será refrigerada, sendo que o único lugar que não receberá fluído é o ponto de contato rebolo/peça. Existem alguns fluídos disponíveis para a escolha dependendo do processo realizado. Alguns destaques são os seguintes (BIANCHI, DE AGUIAR e PIUBELE, 2004). óleos de corte ou fluídos de corte (integral ou aditivado); fluídos de corte solúveis em água; emulsionáveis convencionais; emulsionáveis semi-sintéticos; soluções (fluídos sintéticos); gases; pastas e lubrificantes sólidos. Tendo-se conhecimento de todas as informações citadas anteriormente, pode-se agora utilizá-las de forma prática buscando embasar todo o estudo que será desenvolvido. 3. Testes Quando fala-se de desempenho de algum tipo de ferramenta, procura-se explicar porque uma ferramenta atende melhor do que outra determinado processo. Encontra-se a maioria dessas explicações nas experiências práticas. Sabendo disso e tendo em vista definir o 5

6 melhor rebolo para retificar perfis, fez-se testes para ter essa definição. XIX SIMPÓSIO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Os testes realizados foram três. Testou-se os três rebolos que eram normalmente utilizados para retificar perfis. No primeiro momento, não houve interesse em buscar novas marcas ou modelos de rebolos para testar, somente avaliar os que já eram utilizados pela empresa em análise, mantendo os atuais fornecedores. Os testes foram feitos seguindo os seguintes passos com os três rebolos: dressar o perfil crítico no rebolo, retificar em passada única, verificar o perfil retificado no projetor de perfil, já que este disponibiliza medição do perfil pelo espelho refletor e fácil leitura, pois os valores das medições são expressos diretamente no painel digital. O teste foi feito com o objetivo de comparar três rebolos de óxido de alumínio e definir qual deles é o mais indicado para a retificação de perfis críticos. O teste foi realizado na máquina retificadora JUNG JC500 CNC, que possui estrutura rígida e motor principal de alta potência, características essas que são indicadas para a retificação tangencial em modo creep-feed. Foram testados três rebolos que se distinguem pela granulação ou pela marca. O perfil retificado foi o mesmo para os três casos. O rebolo 1 foi o NORTON ART IPA 100 HA 26 VTX. O NORTON ART IPA 80 ME 20 VTX foi o rebolo 2. E o rebolo 3 foi o DORFNER 5A 120 JOT16-VR 2AX. A vazão de refrigeração também foi a mesma para os três casos pois é parametrizada no programa da máquina. O fluído de corte utilizado foi solúvel em água com 4% de óleo CASTROL Syntilo Os parâmetros que utiliza-se na máquina para os testes são os seguintes: comprimento retificado: 80 mm; profundidade de dressagem: 0,05x3 mm; avanço da mesa: 30 mm/min ; velocidade de corte: 30 m/s. Outra característica que foi igual para os três testes está ligado com a questão do material. O material retificado foi o aço A2. Para a dressagem do rebolo, nos três casos, foi utilizado o dressador com uma única ponta de diamante industrial fabricada com ângulos já pré-definidos de 40 e raio de 0,25mm. O perfil adotado para os testes possui características que garantem que o resultado encontrado atende ao esperado nos testes. Pois em um mesmo perfil encontra-se pontos de formatos bastante distintos e que exigem uma maior agressividade do rebolo, trazendo ângulos agudos, que tornam extremamente difícil a permanência de uma ponta sem existência de um raio considerável (Figura 1). E também possuindo raios que aumentam a exigência para um melhor corte. Assim fazendo com que o rebolo escolhido atenda as operações com máxima eficiência e rigor de acordo com o perfil crítico. 6

7 FIGURA 1 - Perfil desenvolvido para testes (perfil crítico). Fonte: O autor O resultado encontrado diz respeito ao perfil após um único passe, ou seja, o que se avalia é a capacidade do rebolo de garantir o melhor perfil sem que se precise de correção do perfil com uma nova afiação do rebolo. O rebolo 1 com granulação de 100, apresentou um pouco de falha na dressagem do rebolo. A corrente elétrica que inicialmente era de 9A subiu para mais de 12A, ficando acima do permitido. A profundidade de dressagem foi suficiente para recuperar o desgaste no rebolo. O rebolo 2 possuindo uma granulação de 80, apresentou falha no perfil na dressagem do rebolo. Essa deficiência em garantir o perfil pode ser explicada pelo fato deste rebolo possuir uma granulação muito grossa. Na retificação a corrente elétrica da máquina subiu de 6A para 10A, não ultrapassando a amperagem aceitável que seria de no máximo 12A. Essa baixa amperagem é consequência da falha na dressagem que acaba diminuindo a área de corte do rebolo e portanto exige menos do motor principal. Ao término da retificação o rebolo não atendeu ao perfil esperado tendo um desgaste bastante elevado. Na dressagem para correção do perfil, a profundidade de dressagem não foi suficiente para recuperar o perfil devido aos altos níveis de desgaste. O rebolo 3 garantiu o perfil tendo um desgaste muito baixo, sendo que na dressagem para recuperação do perfil, 0,15mm de dressagem foi o suficiente para a sua recuperação. A corrente elétrica iniciou em 6A e terminou o teste com um pico de 10A, ficando dentro do permitido para o processo. 4. Resultados Após finalizadas as retificações com cada um dos rebolos, traçou-se o perfil resultante em chapelonas que possuiam os perfis ideais. Desta forma fazendo do uso de um projetor de perfil, verificou-se os desgastes ocorridos em cada um dos rebolos testados. Na Figura 2 pode-se visualizar um esboço da tendência de desgate dos três rebolos. O esboço não atende a 7

8 valores reais de desgaste de nenhum dos rebolos, mas os pontos de desgaste são comuns em todos os casos. FIGURA 2: Esboço do perfil com desgaste obtido. Fonte: O autor. Os valores de desgaste encontrados podem ser visualizados na Tabela 1. TABELA 1: Desgastes encontrados nos testes. Desgaste Pontos Detalhe Rebolo 1 Rebolo 2 Rebolo 3 8 R0,3mm 0,03mm 0,46mm 0mm 3, 4, 6 e 7 R0,25mm 0,03mm 0,03mm 0,03mm ,21mm 0,25mm 0,19 2 R0,1mm 0,06mm 0,08mm 0,05mm ,15mm 0,12mm 0,09mm Fonte: O autor Com os valores de desgaste já verificados, pode-se observar na tabela 1 quais foram as tendências em cada ponto. No ponto 1, registrou-se valores diferentes para cada rebolo, sendo que o rebolo 3 apresentou menor desgaste. O mesmo se repetiu nos pontos 2 e 5. Já nos pontos 3, 4, 6 e 7 não foram registradas diferenças. No ponto 8, encontrou-se diferença, sendo que o rebolo 2 atingiu um alto valor de desgaste, principalmente se comparado com o Dorfner que não teve desgaste neste ponto do perfil. Essa comparação mostrou que o rebolo 3 foi o que teve melhor desempenho 8

9 apresentando desgaste menor ou igual em todos os pontos de análise apresentados. 5. Conclusão Avaliando os testes com o intuito de definir qual rebolo seria o melhor para atender a operação retificação de perfis chegou-se a conclusão que levando em consideração apenas o desgaste, tem-se o rebolo 3 como o escolhido para o processo em questão. Tendo-se esses resultados, basta que dentro de uma empresa se busque analisar em quanto tempo um rebolo chega ao final da sua vida útil levando em consideração a quantidade de perfis a se retificar. E sendo assim avaliar quanto se perderia em tempo para a preparação (troca, balanceamento e dressagem) de novos rebolos em um certo período. Também em seguida analisar se pela diferença de preços dos rebolos compensaria o investimento em um rebolo de preço mais elevado ou não. Essas avaliações foram baseadas em testes específicos, não sendo padrão para outras análises, mas podendo ser referência. As marcas dos rebolos foram citadas, mas não houveram tendências de aplicações que sejam significantes em outras atividades. Assim, os tipos de rebolos não qualificados nestes testes podem ter bons resultados em outras aplicações, assim como outras marcas e modelos. Referências BIANCHI, Eduardo C., DE AGUIAR, Paulo R., PIUBELI, Bruno A. Aplicação e Utilização dos Fluídos de Corte nos Processos de Retificação, BIANCHI, Eduardo C. et al. Estudo da Influencia dos Ligantes (Resinoide e Vitrificado) e dos Grãos Abrasivos (CBN e Óxido de Alumínio) na Agressividade da Superfície de Corte, CREDER, Hélio. Instalações Elétricas, DA SILVA, Eraldo J., BIANCHI, Eduardo C., DE AGUIAR, Paulo R. Danos Térmicos na Retificação Decorrentes do Par Fluído-Ferramenta Adotado, FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO. Telecurso 2000 Profissionalizante: Mecânica: Processos de fabricação. São Paulo: Globo, GÂMBARO, Luiz S. Proposta de otimização de processo de fabricação de peças cilíndricas por meio da têmpera por retificação, MACHADO, Álisson R. et al. Teoria da Usinagem dos Materiais, MARINELLI, N., COELHO, Reginaldo T., OLIVEIRA, João F. G. Emissão acústica no Monitoramento da Dressagem de Rebolos de Alumina, Revista Máquinas e Metais, MOTTER, Rafael. Estudo Comparativo de Rebolos Para a Retificação do Aço VH13, SOUZA, André G. O. Monitoramento da Dressagem no Processo de Retificação,