ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE DE AVANÇO NO DESGASTE DA ARESTA DE UMA FERRAMENTA DE CORTE

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1 ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE DE AVANÇO NO DESGASTE DA ARESTA DE UMA FERRAMENTA DE CORTE Matheus Nogueira Andrade, Tiago Batista Pereira, Msc. Marcos Vieira de Souza Centro Universitário de Itajubá, Rua Dr. Antônio Braga Filho, 687 Itajubá, Resumo - Este trabalho apresenta uma análise, por meio de um estudo de caso, da influência da velocidade de avanço no desgaste da aresta de uma ferramenta de corte durante um processo de torneamento. Assim, por meio de uma revisão bibliográfica, verificou-se que diversos autores afirmam que a velocidade de avanço tem influência no desgaste das ferramentas de corte, sendo esta a motivação para a escolha de tal parâmetro de processo como o foco de estudo para este trabalho. Por fim, o trabalho apresenta a confirmação do efeito proposto pelos autores para o processo em questão, comprovando a existência de tal influência no desgaste da aresta de uma ferramenta de corte. Palavras-chave: Desgaste da aresta; Velocidade de Avanço da Ferramenta; Ferramenta de Corte. Área do Conhecimento: Engenharia de Produção Introdução Nos dias atuais, o principal foco de empresas do ramo metalomecânico tem sido a maximização da produção e diminuição de custos. Para este fim podemos agir de diversas maneiras, como por exemplo, propiciando o aumento da taxa de remoção de material bruto durante a usinagem, sem afetar o acabamento final da peça. Assim, a busca pelo aumento da vida útil da ferramenta de corte vem como forte aliada destas empresas. (JUNIOR, 2004) A usinagem pode ser definida como um processo de fabricação. Para este tipo de processo em específico, há a atuação de uma ferramenta que faz a retirada de sobremetal na peça ainda bruta, a fim de dar a ela a forma de uma peça acabada. Sua principal característica é a existência de um tipo de material retirado durante o processo, ao qual damos no nome cavaco. A forma deste cavaco é diretamente relacionada aos parâmetros adotados durante a usinagem e também a geometria da ferramenta. (NETO, BUZZALATO E REBELLO, 2011). Este trabalho tem como objetivo principal, avaliar o conceito apresentado pelos autores anteriormente citados, e a aplicação de tais resultados para o problema do estudo de caso deste trabalho. Teve-se como principal descrição do problema evidenciado, a necessidade de se aumentar a vida útil das ferramentas de corte em um torno de blanks, diminuindo assim o custo do processo. Metodologia Quando o assunto, de parâmetros de processo e características das ferramentas é abordado, existem diversos autores defendendo vários pontos de vista sobre quais parâmetros de processos, influenciam ou não no desgaste das ferramentas de corte. Diniz, Marcondes e Coppini (2008) afirmam, os desgastes em ferramentas são ocasionados principalmente pela velocidade de corte, seguido assim da velocidade de avanço da ferramenta durante o processo. Segundo os autores, com o aumento de 10% na velocidade de corte, o desgaste será muito maior do que se for alterado na mesma proporção o parâmetro de velocidade de avanço da ferramenta. Segundo Diniz, Marcondes e Coppini (2008) ainda, a velocidade de corte promove maior dissipação de calor da peça, porém como não há também um aumento da área da ferramenta, esta acaba sendo afetada por receber todo este aumento de temperatura e por fim acrescentam que, quando analisada a velocidade de avanço, percebe-se que tal parâmetro apresenta efeitos similares a velocidade de corte, decorrente de uma alta incidência de calor. 1

2 Após estudar a literatura, observa-se então que são vários os parâmetros que tem influência no desgaste de uma ferramenta de corte e utiliza-se de tais informações para a escolha dos parâmetros, dentre os diversos dentro de um processo, que tiveram maior influência no desgaste da ferramenta no processo que ocorreu o problema em estudo. Assim, observa-se que entre os parâmetro mais influentes no processo de usinagem do estudo de caso em questão estão: velocidade de corte da ferramenta, velocidade de avanço da ferramenta, raio da aresta cortante e dureza do material usinado. Apesar da velocidade de corte apresentar maior impacto no desgaste da ferramenta, para este trabalho foi determinado como foco principal a análise da influência somente do parâmetro de velocidade de avanço da ferramenta de corte, pois o mesmo além de ter influência no desgaste da ferramenta, apresenta também uma influência no tempo de processo. Neste trabalho aborda-se um estudo de caso, realizado em uma indústria do setor automotivo localizada na região sul do estado de Minas Gerais, com finalidade de se obter uma pesquisa exploratória. Os dados apresentados foram coletados através de um estudo realizado anteriormente pela própria indústria. O processo de torneamento ocorre com o objetivo de usinar um tubo de ferro fundido nodular, com comprimento de 200mm e com composição química conforme Tabela 1. Para este tubo damos nome de blank. Tabela 1 Composição química do tubo de ferro fundido nodular C, % Si, % Mn, % P, % S, % Ni, % Cu, % Cr, % Mo, % Sn, % 4,0 max 1,7/2,8 0,25/0,50 0,10 max 0,01 max 1,0/3,0 1,50 0,3 0,3 0,10 As ferramentas utilizadas para este tipo de processo são em formato quadrangular e apresentam 8 arestas de cortes (4 em sua face superior e 4 em sua face inferior). Tal configuração e geometria da ferramenta pode ser vista na Figura 1. Figura 1 Ferramenta de corte composta de metal duro e recoberta de AlTiN Afim de analisar o verdadeiro impacto da velocidade de avanço, foi definida uma quantidade fixa de 30 blanks a serem usinados. 2

3 Tal condição foi definida através da análise da variação das quantidades máximas que uma aresta da ferramenta de corte, submetida ao processo com os parâmetros base definidos para este tipo de material a ser torneado, é capaz de usinar antes de atingir o fim de sua vida útil, caracterizada neste processo pela presença de variação no diâmetro dos blanks. Esta quantidade representa dois terços da média de quantidades máximas de blanks usinados, pois conforme há uma variação de 40 à 50 blanks a serem usinados até o fim da vida útil da ferramenta de corte, esta fração garante a homogeneidade dos dados coletados. A velocidade de avanço da ferramenta foi variada em três valores diferentes, utilizando-se duas de suas arestas para cada condição. Por fim, foi analisado o desgaste apresentado em cada uma das arestas para cada uma das condições. Na Figura 2, pode-se ver a aresta de corte de uma ferramenta sem uso, e a partir desta imagem, se fez a análise das imagens posteriores, as quais apresentam as arestas com o desgaste de suas respectivas condições. Figura 2 Aresta de Corte da Ferramenta - ampliação 20x Resultados Conforme pode-se observar na Tabela 2, foram definidas três condições de usinagem, denominadas aqui de Condição 001, Condição 002 e Condição 003, nas quais os parâmetros base foram mantidos e apenas a velocidade de avanço da ferramenta foi alterado. A influência da velocidade de avanço foi estudada em três diferentes níveis, em intervalos de 40 mm/min do parâmetro utilizado como base para a operação de torneamento para este tipo de processo, parâmetro este aqui identificado como a Condição 002, a qual apresenta uma velocidade de avanço da ferramenta igual a 160 mm/min. Tabela 2 - Velocidades de avanço da ferramenta para cada condição Condições Condição 001 Condição 002 Velocidade de Avanço da Ferramenta 120,00 mm/min 160,00 mm/min Condição ,00 mm/min Definidas tais condições, realizou-se os testes de forma a utilizar duas arestas para cada uma das condições. Cada aresta realizou a usinagem de 30 blanks e posteriormente foi medido o desgaste que tais condições proporcionaram a aresta de corte da ferramenta. 3

4 A medição foi feita via imagem, ou seja, com a utilização de um microscópio e auxílio de uma câmera própria acoplada ao aparelho, a qual é conectada a um microcomputador, que por meio de um programa específico, é capaz de realizar medições por meio de linhas. A ampliação utilizada é de 20x, e os dados que retornam do programa, referentes ao comprimento da linha de medição são dados em milímetros. O paralelismo de tais linhas é garantido através do valor de ângulo apresentado pelo programa e que é definido em 0º para linhas horizontais e 90º para linhas verticais. Utilizou-se então a Condição 001 (Va = 120mm/min) no processo e realizou-se o primeiro teste. A Figura 3, representa o maior desgaste medido no sentido vertical para esta condição. Conforme pode ser visto, o comprimento do desgaste é de 0,49 mm de profundidade, em seu maior ponto. Figura 3 Segunda aresta de corte da ferramenta após aplicação da Condição 001 Como segundo teste utilizou-se o parâmetro adotado para a Condição 002 (Va = 160 mm/min). A Figura 4, representa o maior desgaste medido na profundidade do desgaste para esta condição. Conforme pode ser visto, o comprimento do desgaste é de 0,74 mm, em seu maior ponto. Figura 4 Primeira aresta de corte da ferramenta após aplicação da Condição 002 4

5 Por fim, utilizou-se o parâmetro adotado para a Condição 003 (Va = 200 mm/min) para realizar o terceiro, e último teste. A Figura 5, representa o maior desgaste medido no sentido vertical para esta condição. Conforme pode ser visto, o comprimento do desgaste é de 1,31 mm, em seu maior ponto. Figura 3 Primeira aresta de corte da ferramenta após aplicação da Condição 003 Abaixo vê-se na Tabela 2, os resultados apresentados em todos os testes realizados, com duas de suas arestas nas três condições estipuladas pelo caso aqui estudado. Tabela 2 Resultados das medições de desgaste Condições Aresta Desgaste no sentido Horizontal (fio de corte) Desgaste no sentido Vertical (profundidade) Condição 001 Primeira Segunda 2,19 mm 3,44 mm 0,46 mm 0,49 mm Condição 002 Primeira Segunda 3,81 mm 3,52 mm 0,79 mm 0,74 mm Condição 003 Primeira Segunda 4,30 mm 4,06 mm 1,31 mm 1,06 mm Discussão Segundo Machado et. Al (2009), os custos gerados por um processo podem ser reduzidos aumentando as variáveis de velocidade de corte da ferramenta e/ou a velocidade de avanço, porém existem limites para estes aumentos, pois a partir de certo ponto tem-se uma redução drástica da vida útil da ferramenta. Ainda segundo os autores, este comportamento dá-se pelo aumento da temperatura durante o processo, que por sua vez, acaba causando uma alteração das propriedades mecânicas da ferramenta, que faz com que a mesma se desgaste mais rápido, promovendo assim a diminuição da produtividade do processo e o aumento de seus custos. Segundo Ferraresi (1970), quando aumentamos a velocidade de avanço da ferramenta, além de causarmos um aumento da temperatura média de corte, diminuímos assim sua variação, fazendo com que se tenha um menor número de sulcos do tipo pente na ferramenta. Nota-se então que, neste estudo que o aumento apenas da velocidade de avanço da ferramenta de corte, proporcionou um aumento também do desgaste, com um impacto notável. 5

6 Conclusão Partindo-se do objetivo inicial do estudo, que previa analisar a influência do parâmetro de velocidade de avanço da ferramenta de corte durante o processo de usinagem aqui definido, pode-se concluir que o aumento do mesmo, nas condições testadas, levaram a uma diminuição da vida útil da ferramenta. Acrescenta-se que, através da pesquisa bibliográfica realizada, para que possa se ter um aumento da vida útil da ferramenta, é necessário analisar também a interação de outros parâmetros, como velocidade de corte, profundidade de corte, entre outros. Assim este trabalho pôde alcançar seu objetivo, reafirmando a real influência da variação da velocidade de avanço da ferramenta de corte no processo de torneamento estudado. Referências Buzzatto, P. H. F.; Neto, D. M. D., Rebello, R. C., Substituição de um Processo de Rebarbação Manual por um Processo de Rebarbação Eletroquímica, 68 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnologia em Mecatrônica Industrial) Departamentos Acadêmicos de Eletrônica e Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2011, Curitiba PR. Diniz, A. E., Marcondes, F. C., Coppini, N. L., Tecnologia da usinagem dos materiais, 8.ed., São Paulo: Artliber, 262p, Ferraresi, D, Fundamentos da Usinagem dos Metais, 1.ed., São Paulo: Edgar Blucher, 754p, 1970 Junior, A. J. S., Análise do processo de torneamento a quente auxiliado por resistência elétrica de quartzo, 93p. Dissertação de Mestrado Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista, 2004, Bauru SP. Machado, A. R., Abrão, A. M., Coelho, T. R., Silva, M. B., Teoria da Usinagem dos Materiais, 1.ed., São Paulo: Editora Blucher, 367p,