ANDRÉ SANTOS SILVA CASEIRO INFLUÊNCIA DO TORNEAMENTO NA RUGOSIDADE DE AÇOS

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1 ANDRÉ SANTOS SILVA CASEIRO INFLUÊNCIA DO TORNEAMENTO NA RUGOSIDADE DE AÇOS Londrina 2017

2 ANDRÉ SANTOS SILVA CASEIRO INFLUÊNCIA DO TORNEAMENTO NA RUGOSIDADE DE AÇOS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de Londrina, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Mecânica. Orientador: Bruna Silva Londrina 2017

3 ANDRÉ SANTOS SILVA CASEIRO INFLUÊNCIA DO TORNEAMENTO NA RUGOSIDADE DE AÇOS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de Londrina, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Mecânica. BANCA EXAMINADORA Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a) Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a) Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a) Londrina, dia de Dezembro de 2017

4 Dedico este trabalho à minha esposa Fernanda e ao meu filho João

5 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus, aos meus pais pela educação, à minha família pelo apoio prestado durante a realização deste trabalho. Agradeço à professora Ana Castellani e tutora Bruna Silva pelas orientações dadas ao longo deste trabalho.

6 CASEIRO, André Santos. Influência do torneamento na rugosidade de aços: folhas. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) Faculdade Pitágoras de Londrina, Londrina, RESUMO O constante avanço da tecnologia exige a necessidade de novas ferramentas de corte e com a pesquisa realizada neste trabalho pretende-se dar uma contribuição maior no conhecimento do acabamento superficial de peças torneadas. Este trabalho traz uma importante contribuição para a comunidade científica, pois permite a apresentação de dados que ajudam a entender a relação entre os parâmetros de corte e rugosidade das peças. Tem como objetivo geral, estudar a influência das condições de usinagem na rugosidade de aços, através de estudos em literatura dos parâmetros de corte. Este estudo baseou-se no tema tecnologia mecânica e através da pesquisa, usando palavras-chave como rugosidade e acabamento superficial, encontraram-se os artigos científicos, trabalhos de conclusão de curso e teses de mestrado. Utilizaram-se imagens de cavacos e ilustrações das forças de usinagem para auxiliar na compreensão do estudo. Através do detalhamento dos tipos de cavaco, verificou-se que o contato permanente entre a ferramenta e a peça, a vibração entre elas e o aumento da profundidade de corte são fatores que caracterizam os tipos de cavaco podendo influenciar a rugosidade das peças. As forças de corte são forças de usinagem localizadas no plano de trabalho, que devido à variação destas provocam a deflexão da ferramenta causando problemas no acabamento e rigor dimensional das peças. Neste trabalho foi demonstrada a relação existente entre avanço, profundidade e velocidade de corte, raio da ferramenta e a rugosidade das peças usinadas, por intermédio do detalhamento dos cavacos gerados no processo e as forças de usinagem envolvidas no torneamento. Palavras-chave: Rugosidade; Acabamento superficial; Cavaco; Forças de usinagem; Avanço.

7 CASEIRO, André Santos. Influence of turning on steel roughness: sheets. Final paper (Mechanical Engineering graduation) Faculdade Pitágoras de Londrina, Londrina, ABSTRACT The constant advance of the technology requires the need of new cutting tools and with the research carried out in this work it is intended to make a greater contribution in the knowledge of the surface finish of turned parts. This works brings an important contribution to the scientific community, as it allows the presentation of data that help to understand the relationship between the cutting parameters and the roughness of the pieces. Its main objective is to study the influence of machining conditions on the roughness of steels through literature studies of the cutting parameters. This study was based on the topic of mechanical technology and through the research, using keywords such as roughness and surface finish, founded the scientific papers, course completion papers and master's theses. Metal chip images and machining force illustrations were used to aid in the understanding of the study. Through the detailing of the types of metal chips, it was verified that the permanent contact between the tool and the part, the vibration between them and the increase of the depth of cut are factors that characterize the types of metal chip and can influence the roughness of the pieces. The cutting forces are machining forces located in the working plane, which due to their variation cause the tool to be deflected causing problems in the finishing and dimensional accuracy of the parts. In this work, the relationship between feed rate, depth and cutting speed, tool radius and roughness of the machined parts was demonstrated, by means of the detail of the metal chips generated in the process and the machining forces involved in the turning. Key-words: Roughness; Surface finishing; Metal chip; Machining forces; Feed.

8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Cavaco estável em forma de cone e aparência da superfície Figura 2 Cavaco estável em forma de agulha e aparência da superfície Figura 3 Cavaco crítico e aparência da superfície Figura 4 Cavaco severo e aparência da superfície Figura 5 Componentes das forças de usinagem Figura 6 Componentes X, Y e Z da força de usinagem Figura 7 Rugosidade parcial Zi para definir Ra Figura 8 Rugosidade Máxima Figura 9 Diversas formas de rugosidade que apresentam o mesmo valor de Ry 25 Figura 10 Esquema dos diversos comprimentos de medida utilizados na rugosimetria Figura 11 Rugosímetro digital portátil Figura 12 Rugosímetro digital Figura 13 Valores de rugosidade média (Ra) para os processos de fabrico Figura 14 Variação da rugosidade com a velocidade de corte... 29

9 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS CNC Comando numérico computadorizado F u F t F p F f F c F x F y F z F p a p K s A σ R f Z Força de usinagem Força ativa Força passiva Força de avanço Força de corte Componente X da força de usinagem ou força de avanço Componente Y da força de usinagem ou força de corte Componente Z da força de usinagem Força que representa a medida da resistência que a ferramenta encontra no sentido da profundidade de corte Profundidade de corte Pressão específica de corte Área de secção do cavaco Tensão de ruptura Avanço µ Coeficiente de atrito V c y(x) l m R a Z i l e R y R t L t r e Ɣ α Velocidade de corte Função das ordenadas de afastamento em relação à linha média do perfil de rugosidade Percurso de medição Rugosidade média Rugosidade parcial Comprimento de amostragem Rugosidade máxima Rugosidade total Comprimento de palpagem Raio da ferramenta Ângulo de saída Ângulo de folga

10 SUMÁRIO INTRODUÇÃO INFLUÊNCIA DO CAVACO E DA LUBRIFICAÇÃO NO ACABAMENTO FORMAÇÃO DE CAVACO TIPOS DE CAVACO CONSEQUÊNCIAS DO CAVACO LUBRIFICAÇÃO NA USINAGEM FORÇAS DE USINAGEM COMPONENTES DA FORÇA DE USINAGEM FATORES QUE INFLUENCIAM AS FORÇAS DE USINAGEM PARÂMETROS DE RUGOSIDADE RUGOSIDADE MÉDIA RUGOSIDADE MÁXIMA RUGOSIDADE TOTAL RUGOSÍMETRO INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS NA RUGOSIDADE...28 CONSIDERAÇÕES FINAIS...30 REFERÊNCIAS...32

11 11 INTRODUÇÃO O torneamento é o processo de usinagem comentado neste trabalho, sendo o torno mecânico, o equipamento usado para a demonstração desse processo. A facilidade e a confiabilidade do torno na fabricação de peças em grande escala justificam a sua importância como exemplo para este trabalho. Além disso, com o avanço da tecnologia surgiram também os tornos CNC (Comando numérico computadorizado), aumentando a necessidade de novas ferramentas de corte e uma maior variedade de tipos de aços para usinagem. A pesquisa feita neste estudo pretende dar uma contribuição maior no desenvolvimento de novas ferramentas e um maior conhecimento no acabamento superficial para o surgimento de novos tipos de aço. Este trabalho traz uma importante contribuição para a comunidade científica, pois permite a apresentação de dados que ajudam a entender a relação entre os parâmetros de corte e o acabamento superficial das peças. As considerações neste estudo podem ajudar a alcançar reduções nos custos de fabricação, uma vez que pode permitir a melhoria de ferramentas, máquinas e a confiabilidade das peças. A otimização da fase de acabamento é um dos outros ganhos com a repetitividade do processo de fabricação. O acabamento superficial das peças determina a sua aplicabilidade nos processos, por isso a importância deste trabalho para a indústria. Muitas vezes através do acabamento superficial correto é possível eliminar etapas secundárias no processo. Além disso, o acabamento é uma operação que exige tempo e nem sempre se atinge o resultado pretendido. Isso se deve ao desconhecimento dos fenômenos envolvidos na usinagem ou o uso de métodos desta sem o conhecimento rigoroso dos processos de fabricação. Sabendo da importância do acabamento superficial das peças usinadas e a sua confiabilidade para o processo onde irá ser utilizado, o desenvolvimento deste estudo tem como base o questionamento em seguida especificado. Como os parâmetros de corte influenciam a rugosidade dos aços? Este trabalho tem como objetivo geral, estudar a influência das condições de usinagem na rugosidade de aços, através de estudos em literatura dos parâmetros

12 12 de corte. Neste, procurou-se entender qual o efeito no acabamento dos aços quando submetidos a processos de desbaste com diferentes parâmetros de corte, como a variação da velocidade e da profundidade de corte. Para complementar essa análise recorreu-se aos objetivos específicos, tais como: Detalhar os tipos de cavaco gerados na usinagem de aços e o uso da lubrificação, como forma de melhor entender a influência destes no acabamento das peças e as suas consequências para o processo. Conhecer as forças de usinagem envolvidas no processo uma vez que estas estão diretamente ligadas ao processo final do acabamento das peças usinadas. Detalhar os parâmetros de rugosidade e pesquisa de equipamentos usados na medição desta, para auxiliar no aprofundamento na área de acabamento superficial. Neste trabalho foram escolhidas, entre as três áreas disponíveis, o tema de tecnologia mecânica. Através do levantamento bibliográfico e das informações em base de dados chegou-se ao conteúdo do acabamento superficial de aços. A fase inicial desse levantamento caracterizou-se pelo estudo do tema e pela pesquisa de artigos científicos, trabalhos de conclusão de curso e teses de mestrado. A pesquisa foi realizada com levantamento de informações em base de dados, onde foram utilizadas palavras-chave, como por exemplo, rugosidade, acabamento superficial ou torneamento. A leitura dos documentos encontrados permitiu aumentar o conhecimento no tema de rugosidade, selecionando quais os artigos que tinham relação com o tema escolhido. Utilizaram-se imagens de cavacos e ilustrações das forças de usinagem para auxiliar na compreensão desse processo. Neste estudo foi utilizado o método de pesquisa qualitativa, onde se podem visualizar os valores médios de rugosidade para cada tipo de operação ou a forma como a rugosidade varia com a velocidade de corte. A pesquisa explicativa está presente no detalhamento dos tipos de cavacos, como estes podem influenciar o acabamento superficial ou as forças envolvidas na usinagem. A leitura desses documentos permitiu aumentar o conhecimento no tema de rugosidade, selecionando quais os artigos que tinham relação com o tema escolhido. Em seguida, fizeram-se as anotações das referências

13 13 bibliográficas dos documentos escolhidos. Após esta fase se deu início à pesquisa bibliográfica onde se iniciou a escrita dos capítulos com o uso das citações.

14 14 1 INFLUÊNCIA DO CAVACO E DA LUBRIFICAÇÃO NO ACABAMENTO 1.1 FORMAÇÃO DE CAVACO O contato entre a ferramenta e a peça e os movimentos necessários à formação de cavaco, geram fenômenos diversos durante o corte tendo como exemplo as forças contrárias aos movimentos, calor, fadiga, tensão de cisalhamento e atrito. Durante esse processo, que pode ser contínuo ou não, o contato da ferramenta com a peça, é promovido por movimentos ativos, chamados de movimentos de corte, que podem ser de avanço e efetivo. Com estes, temos remoção de material e a formação de cavaco. No mecanismo de formação de cavaco, existem zonas de cisalhamento e formação de vazios em torno de inclusões não deformáveis (BATISTA, 2006, p21) e durante este processo de ruptura e propagação têm-se efeitos positivos como a eliminação de cavaco. Mesmo assim têm-se efeitos indesejáveis na integridade da superfície como vazios e camadas deformadas. Segundo Hoffmeister et al, (2001) (apud BATISTA, 2006, p21), existe uma elevada deformação plástica na região entre a peça e a ferramenta, gerando uma orientação angular no fluxo de saída do cavaco dividindo em camadas sobrepostas. Esta deformação gera uma espessura de cavaco maior que o avanço da ferramenta e a energia necessária à deformação provocam um aumento da temperatura que é retirado na sua maior parte pelo cavaco. O atritamento entre as superfícies da ferramenta e a face usinada da peça e o atrito entre as superfícies de contato da ferramenta e da peça usinada são exemplos de geração de calor e da deformação na área de contato entre a peça e a pastilha de corte. Segundo (BATISTA, 2006, p22), o aumento excessivo da temperatura pode soldar parte do material na superfície de saída do cavaco, originando a aresta postiça. Esta causa o desgaste precoce da ferramenta e afeta o acabamento superficial da peça acabada. Além disso, causa a remoção do tratamento superficial das ferramentas, originando o aparecimento do desgaste de cratera.

15 TIPOS DE CAVACO O tipo de cavaco pode ser classificado como estável (tipo I), ou seja, cavaco de dupla curvatura em forma de cone devido à geometria da ferramenta onde a ponta da ferramenta está em contato com a peça e a aresta de corte toca a peça em diferentes regiões, estando sujeita às diferentes forças (BATISTA, 2006, p22). Este tipo de cavaco está exemplificado na Figura 1. Figura 1 - Cavaco estável em forma de cone e aparência da superfície. Fonte: BATISTA, 2006, p23 A alta temperatura gerada no corte é praticamente transferida toda para o cavaco, sendo que no lado debaixo do cavaco a temperatura será maior, devido mais à alta deformação do processo do que ao atrito na saída do cavaco (BATISTA, 2006, p24). Na prática pode ser observado pelo escurecimento da ponta do cavaco, uma vez que o mesmo se oxida pelo aumento da temperatura. Para BATISTA, 2006, p25, outro tipo de forma de cavaco, ou seja, a de tipo II (chatter), a qual é formada de um corte não estável e ocorre quando a aresta de corte vibra durante a rotação da ferramenta, quando é estabelecido plenamente o chatter (fenómeno de vibração do conjunto máquina-ferramenta-peça). Durante a usinagem, a pastilha de corte não está em contato constante com a peça. A formação deste tipo de cavaco se caracteriza quando este é arrancado pela pastilha de corte e à medida que o processo se repete vão-se formando vários cavacos, de forma e dimensões semelhantes. A superfície acabada destes terá aparência brilhante e opaca alternadamente (Figura 2), apresentando um padrão que sugere que a vibração da ferramenta seja de período e amplitudes constantes (BATISTA, 2006, p25).

16 16 Figura 2 - Cavaco estável em forma de agulha e aparência da superfície. Fonte: BATISTA, 2006, p26 O cavaco também pode ser do tipo crítico (tipo III) em que este se caracteriza por não ser totalmente segmentada como o tipo II. É formada por elementos conectados (Figura 3), já que a aresta de corte gera apenas uma única apara durante o período de contato. Note-se que a superfície também tem aparência diferente do caso anterior (BATISTA, 2006, p25). Figura 3 - Cavaco crítico e aparência da superfície. Fonte: BATISTA, 2006, p26 Este cavaco apresenta pequenas áreas com concentração de deformações, consequência de vibração auto excitada acompanhada de variações cíclicas em espessuras não deformadas, ou seja, o cavaco possui uma variação periódica de espessura uma vez que a vibração não é suficiente para forçar a ferramenta a perder contato com a peça.

17 17 De acordo com a Figura 4, pode-se ter também o cavaco do tipo severo (tipo IV) em que este é obtido através da utilização de uma profundidade de corte muito maior do que aquele que formaria um cavaco mais estável do tipo I (BATISTA, 2006, p25). Figura 4 - Cavaco severo e aparência da superfície. Fonte: BATISTA, 2006, p27 Apesar de ter a forma parecida com o cavaco do tipo I, nota-se uma expansão horizontal do cavaco sem ocorrer enrolamento, apresentando marcas de compressão na superfície provenientes do movimento da aresta de corte. 1.3 CONSEQUÊNCIAS DO CAVACO O tratamento térmico e o tipo de microestrutura do material usinado são importantes na segmentação do cavaco. Os aumentos da velocidade de corte e de avanço incrementam a severidade desta segmentação. A tecnologia de corte usada, ascendente/descendente também tem influência na formação de cavaco. Em termos experimentais, verifica-se o fator dominante no tipo de cavaco como as propriedades micro estrutural, os parâmetros de usinagem como a velocidade de corte e as taxas de avanço determinam o grau de segmentação (BATISTA, 2006, p28). A segmentação e morfologia do cavaco são o resultado de variáveis dependentes das caraterísticas mecânicas, térmicas e químicas do material da peça, dos parâmetros de corte, das mudanças de características na zona primária de cisalhamento e sua interação com a zona secundária, das mudanças das condições

18 18 tribológicas e do comportamento dinâmico do sistema máquina-ferramenta-peça (BATISTA, 2006, p28). O aumento da velocidade incrementa a segmentação do cavaco e diminui a sua espessura e ainda propicia um alívio térmico no material. A utilização do fluido de corte é outro exemplo de como pode ajudar na expulsão do cavaco durante a usinagem e assim melhorar o acabamento superficial. 1.4 LUBRIFICAÇÃO NA USINAGEM A lubrificação melhora a eficiência dos processos de usinagem proporcionando aumento da vida da ferramenta de corte, maior controle de tolerâncias dimensionais, melhoria no acabamento superficial da peça trabalhada, redução nas forças de usinagem e atenuação de vibrações. O efeito da lubrificação depende não somente das propriedades do fluido, mas também das condições de usinagem, ou seja, da geometria da ferramenta, material da peça e parâmetros de corte (GRUB, 2013, p28). O desgaste irregular da ferramenta causado pela sua geometria leva à formação de arestas postiças e o uso de velocidades de corte elevadas causa o desgaste prematuro das ferramentas devido às temperaturas elevadas geradas no processo. As vibrações causadas pelo atrito elevado pioram o acabamento superficial das peças, que pelo efeito da lubrificação poderia ser atenuado. As temperaturas excessivas verificadas no processo podem causar também deformações nas peças, manchas no acabamento superficial e medições erradas das peças durante a usinagem devido às dilatações. A refrigeração é importante também durante a usinagem, pois evita as oxidações das peças, reduz o esforço da máquina em retirar o cavaco reduzindo assim o consumo de energia e aumentando a vida útil da mesma (GRUB, 2013, p32).

19 19 2 FORÇAS DE USINAGEM 2.1 COMPONENTES DA FORÇA DE USINAGEM O conhecimento das forças de usinagem ou de suas componentes (força de corte, de avanço e passiva) é a base para o projeto de uma máquina ferramenta, para a determinação das condições de corte, para a avaliação da precisão de uma máquina ferramenta, em certas condições de trabalho (deformação da ferramenta, máquina e peça), para a explicação de mecanismos de desgaste e também como um critério para a determinação da usinabilidade de peças (RIGATTI, 2010, p22). Por convenção, as forças de usinagem são consideradas como se fossem aplicadas pela peça sobre a ferramenta, sendo a força resultante tridimensional (Figura 5) chamada força de usinagem (F u ), da qual nem a direção nem o sentido são conhecidos, o que torna muito difícil a sua medição direta (AMORIM, 2002, p27). Figura 5 - Componentes das forças de usinagem. Fonte - AMORIM, 2002, p27 Essas estão divididas em forças ativas e forças passivas de usinagem. As forças ativas são as descritas sobre o plano de trabalho e contribuem para a potência de usinagem e as forças passivas são as descritas, num plano perpendicular ao plano de trabalho e afetam a ferramenta na sua deflexão elástica

20 20 que pode, dependendo da intensidade, provocar vibrações no sistema (BATISTA, 2006, p30). Segundo (AMORIM, 2002, p27), para que se possa determinar a força de usinagem são utilizadas, então, as suas componentes, obtidas na direção dos eixos do sistema de referência. Assim, a definição de F u, em termos vetoriais é definida pela Equação 1, onde a F t é a força ativa, localizada no plano de trabalho, e F p a força passiva, localizada perpendicularmente ao plano de trabalho. Equação 1 Força de usinagem F u = F t + F p Fonte - AMORIM, 2002, p27 Destas, a força ativa ainda se divide em duas componentes, conforme Equação 2, onde F f é a força de avanço e F c a força de corte que, na operação de torneamento coincide com a força de apoio, devido ao ângulo da direção de avanço ser igual a 90. Equação 2 Força ativa F t = F c + F f Fonte - AMORIM, 2002, p27 A força de usinagem é definida por suas componentes, projetadas em planos ortogonais e em direções conhecidas. Estas são consideradas como forças que a peça exerce sobre a ferramenta, ou seja, são forças que agem em direção e sentido sobre a ferramenta e podem ser representadas num sistema cartesiano (Figura 6). A componente X, chamada de F X é a força de avanço F f, que é a medida de resistência que a ferramenta encontra na direção de avanço. A componente Y, chamada de F y, é a força de corte F C que é a medida da resistência que a ferramenta encontra no sentido de corte e por fim a componente Z chamada de F Z (força F P ), que é a medida da resistência que a ferramenta encontra no sentido da profundidade de corte a P (BATISTA, 2006, p30).

21 21 Figura 6 - Componentes X, Y e Z da força de usinagem. Fonte - BATISTA, 2006, p30 Dentre os erros que podem ser causados pelas variações das forças de usinagem, o que exerce maior influência no acabamento e na tolerância dimensional é a deflexão da ferramenta. A exatidão no acabamento e na tolerância dimensional é, portanto, fortemente influenciada pela deflexão da ferramenta, que é causada pela variação das forças de corte, pelo diâmetro e pelo comprimento da fresa (RIGATTI, 2010, p23). Segundo (AMORIM, 2002, p28), a força de corte é dada pelo produto da pressão específica de corte (K S ) e a área de secção do cavaco (A) definida de acordo com a Equação 3. Equação 3 Força de Corte. F C K S A Fonte - AMORIM, 2002, p28 Entretanto, vários autores concordam que K S é dependente do material da peça, mas não é diretamente proporcional, mostrando que além da tensão de ruptura do material (σ r ), outros parâmetros influenciam a pressão específica de corte como o tipo de estrutura do material. Quanto à secção do corte, que é o produto do avanço (f Z ) pela profundidade de corte (a P ), a pressão específica de corte diminui com o aumento do fluxo de material diminuindo o coeficiente de atrito (μ). A velocidade de corte V C é outro fator que influencia a pressão específica de corte, que tende a diminuir com o aumento da velocidade (BATISTA, 2006, p31).

22 FATORES QUE INFLUENCIAM AS FORÇAS DE USINAGEM O material e desgaste da peça, material da ferramenta e sua geometria são exemplos de fatores que afetam as forças de usinagem. O corte dos metais depende da deformação plástica e ruptura por cisalhamento destes, ou seja, quanto maior a resistência do material maior a força de corte e a pressão específica de corte. Também quanto maior a dureza do material maior a força de corte. O acabamento superficial e o baixo atrito cavaco-ferramenta e ferramenta-peça tendem a reduzir a força de corte atenuando o aumento causado pela dureza (AMORIM, 2002, p30). A ação do material da ferramenta sobre a força de corte normalmente é desprezada, mas devido à afinidade deste com o material da peça ocorrem dois casos, isto é, a ocorrência de uma zona de aderência estável e forte causando aumento da força de corte ou a diminuição do atrito na região cavaco-ferramenta causando a diminuição da força de corte (AMORIM, 2002, p30). A geometria da ferramenta afeta a F c devido à variação do ângulo de saída e ângulo de folga. O aumento destes ocasiona a diminuição da força de corte devido à menor deformação do cavaco, mas o ângulo de saída é o que mais influência. A redução do ângulo de folga provoca o aumento da força de corte uma vez que o aumento do atrito entre ferramenta e peça também aumenta o corte (AMORIM, 2002, p30). O desgaste da ferramenta causa, devido ao aumento da área de contato cavaco-ferramenta, um aumento no atrito que por sua vez ocasiona o aumento da força de corte. A velocidade de corte e alguns ângulos da ferramenta são fatores que têm uma influência maior sobre a força passiva e de avanço do que sobre a força de corte. Os ângulos de posição, de inclinação e o raio da ponta da ferramenta são os fatores que mais contribuem para a variação da força passiva e de avanço quando se fala em geometria da ferramenta. O aumento do ângulo de posição provoca um aumento na força de avanço e a diminuição com a força passiva (AMORIM, 2002, p35).

23 23 3 PARAMETROS DE RUGOSIDADE 3.1 RUGOSIDADE MÉDIA Os parâmetros de rugosidade são procedimentos usados para avaliar o acabamento superficial de um componente. De entre todos, o mais amplamente usado é a rugosidade média. Este indicador pode ser calculado pelo integral do módulo da função y(x), que representa os valores das ordenadas de afastamento em relação à linha média (Equação 4). Pode ser representada como a altura de um retângulo com área igual à soma absoluta das áreas delimitadas pelo perfil de rugosidade, a linha média e o comprimento igual ao percurso de medição (l m ) (AMORIM, 2002, p23). Equação 4 - Rugosidade Média 1 Ra l m l m 0 y x dx Fonte - AMORIM, 2002, p24 O valor de Ra é geralmente expresso em m usando rugosímetros e possuindo geralmente resoluções que vão de 0,1 a 0,001 m (AMORIM, 2002, p24). A avaliação da qualidade de peças torneadas pela medição da rugosidade média em linhas de produção é um dos métodos mais utilizados devido à sua facilidade de medição. Como o próprio nome já indica, a rugosidade média corresponde à média dos valores de rugosidades num determinado comprimento. Se existe um defeito esporádico na peça, esse defeito não vai afetar o valor médio da rugosidade acabando por ocultar essa irregularidade. Além disso, o gráfico da rugosidade média não faz a distinção dos valores obtidos das superfícies originadas de processos diferentes de usinagem (AMORIM, 2002, p23). O parâmetro rugosidade média (Ra) corresponde à média aritmética dos cinco valores de rugosidade parcial. Rugosidade parcial (Zi) é a soma dos valores absolutos das ordenadas dos pontos de maior afastamento, acima e abaixo da linha média, existentes no comprimento de amostragem (cut off) (CORDEIRO, p18).

24 24 Conforme a Figura 7, o Z i corresponde à distância vertical entre o máximo e mínimo do perfil gerado no comprimento de amostragem (le). Figura 7 - Rugosidade parcial Z i para definir Ra. Fonte - Cordeiro, A. p18 O parâmetro Ra deve ser utilizado na medição das superfícies de peças que não vão afetar a sua aplicabilidade, por exemplo, em superfícies onde existe deslizamento com outras peças. Este parâmetro é de fácil determinação em superfícies onde o perfil de medição é periódico. Assim como a rugosidade máxima Ry, o parâmetro Ra não distingue as imperfeições das peças, como por exemplo, os riscos nas peças, além disso, não são todos os equipamentos que fornecem esse parâmetro. 3.2 RUGOSIDADE MÁXIMA Segundo (CORDEIRO, p15), outro parâmetro de rugosidade é a rugosidade máxima (Ry). Está definida como o maior valor das rugosidades parciais (Zi) que se apresenta no percurso de medição (lm) de acordo com a Figura 8.

25 25 Figura 8 - Rugosidade Máxima. Fonte - Cordeiro, A. p16 O parâmetro Ry fornece a informação da máxima degradação na face vertical do objeto usinado. Através do equipamento de medição (rugosímetro) pode-se ter acesso ao gráfico da superfície e com este tem-se acesso ao valor de Ry. É um parâmetro utilizado por vários países, por isso é com facilidade que se tem acesso a várias bibliografias e permite acrescentar informações ao parâmetro Ra (CORDEIRO, p16). Existem desvantagens da rugosidade máxima em relação ao parâmetro Ry, ou seja, modelos de rugosímetros que não fazem o registro do Ry e em alguns casos eles podem fornecer um gráfico que nos dá a informação incorreta sobre o acabamento da superfície. Por exemplo, existe um risco na peça que não representa o processo de usinagem, mas no gráfico emitido, o mesmo considera isso como defeito. A Figura 9 ilustra esta ideia, na qual diversas formas de rugosidade podem ter o mesmo valor para Ry (CORDEIRO, p16). Ry. Figura 9 - Diversas formas de rugosidade que apresentam o mesmo valor de Fonte - Cordeiro, A. p RUGOSIDADE TOTAL O parâmetro Rt (rugosidade total) corresponde à distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo no comprimento de avaliação (lm),

26 26 independentemente dos valores de rugosidade parcial (Zi) (CORDEIRO, p17). Como o Rt considera o comprimento medido igual ao comprimento de avaliação, este fornece um valor mais exato quando comparado com o valor Ry, sendo mais fácil a obtenção do gráfico de Rt. 3.4 RUGOSÍMETRO Em relação aos critérios para avaliar a rugosidade pode-se falar em comprimento de amostragem (cut off). Toma-se o perfil efetivo de uma superfície num comprimento Lm, comprimento total de avaliação (CORDEIRO, p18). O cut-off ou comprimento de base dos equipamentos de medição não pode ser confundido com a distância total ou comprimento de palpagem (L t ), medida pelo apalpador dos rugosímetros na superfície da peça usinada. Na Figura 10, encontra-se identificado o cut-off e comprimento de palpagem. rugosimetria. Figura 7 - Esquema dos diversos comprimentos de medida utilizados na Fonte - goo.gl/9yhg3h Os rugosímetros devem medir cinco comprimentos de amostragem e devem indicar o valor médio. Como o perfil apresenta rugosidade e ondulação, o comprimento de amostragem filtra a ondulação (CORDEIRO, p18). Para análise das superfícies das peças, por exemplo, usinadas pode ser utilizado o rugosímetro. Devido ao seu elevado grau de qualidade nas medições, esse equipamento eletrônico é bastante usado na indústria, como forma de

27 27 resolução de problemas relacionados com a rugosidade de superfícies (AMORIM, 2002, p24). No início, o rugosímetro era utilizado apenas na determinação do acabamento superficial, mas com a evolução do aparelho passou a ser utilizado também na interpretação da textura secundária ou ondulação (CORDEIRO, p22). Os rugosímetros dividem-se em dois tipos, isto é, os equipamentos, analógicos ou digitais (Figura 11), que apenas permitem a leitura dos parâmetros do acabamento das superfícies e os aparelhos que completam essa leitura com o registro em papel do perfil efetivo da face usinada, de acordo com a Figura 12. Estes últimos são mais usados em laboratório porque fornecem um gráfico detalhado da superfície enquanto que os primeiros são mais utilizados em linhas de produção. Para determinação da rugosidade, o rugosímetro possui um apalpador que vai percorrendo a face da peça em velocidade constante e transmitindo as ondulações da superfície através de impulsos elétricos. Esse caminho é registrado em papel e através da sua interpretação conseguimos obter os parâmetros de rugosidade (CORDEIRO, p23). Figura 11 - Rugosímetro digital portátil. Fonte - Cordeiro, A. p23 Figura 82 - Rugosímetro digital. Fonte - Cordeiro, A. p23

28 INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS NA RUGOSIDADE A rugosidade de uma peça usinada é afetada por diversos fatores, desde o processo de fabrico até à geometria da ferramenta, passando pelos parâmetros de corte. De entre as variáveis que influenciam a rugosidade, as mais importantes são o processo de fabricação (Figura 13), os parâmetros de corte e a geometria da ferramenta de corte. Dentro dos parâmetros de corte, o avanço destaca-se dos restantes, pois é usado na determinação teórica da rugosidade média (Equação 5). O raio da ferramenta (r e ) e a profundidade de corte são outros parâmetros que influenciam, embora esta só se torne significativa para valores superiores a 1mm, que se traduz no decréscimo da rugosidade (AMORIM, 2002, p24). Figura 93 - Valores de rugosidade média (Ra) para os processos de fabrico. Fonte - A Equação 5 representa a tentativa de prever a menor rugosidade média possível para um processo de torneamento, uma vez que, considera apenas os benefícios do aumento do raio de ponta da ferramenta, não considerando os problemas causados por este no acabamento superficial (AMORIM, 2002, p26). Equação 5 Rugosidade Média 2 f Ra 31,2 r e Fonte: AMORIM, 2002, p24

29 29 Segundo FERRARESI, (1970) (apud AMORIM, 2002, p25), A velocidade de corte mostra, para valores baixos, forte relação com a rugosidade média, devido à formação de aresta postiça de corte. Para velocidades de corte superiores a 100 m/min a rugosidade se torna praticamente estável em relação à velocidade de corte, tendo a rugosidade teórica a aproximar-se da rugosidade efetiva (Figura 14). Figura Variação da rugosidade com a velocidade de corte. Fonte: FERRARESI, 1970 apud AMORIM, 2002, p25 A velocidade de corte possui maior influência na vida da ferramenta. Como este determina a eficiência do corte durante o processo, na etapa de acabamento, devem ser usadas altas velocidades de corte, aliadas ao correto valor de avanço, que irão proporcionar o corte eficiente do material compondo, portanto, valores satisfatórios de acabamento. Dentro da geometria da ferramenta de corte, os ângulos de saída e de folga, e o raio de ponta da ferramenta são os que mais afetam a rugosidade. Quanto maior o ângulo de saída (Ɣ) menor as forças de usinagem e vibrações, e menores os danos causados por estas no acabamento superficial. Quando inferior a 5, o ângulo de folga (α) ocasiona um aumento nas forças de corte diminuindo o acabamento superficial. Dificulta também a saída de material proveniente da aresta postiça de corte, que tendem a aderir à peça (AMORIM, 2002, p26). O aumento do raio de ponta da ferramenta (r e ) causa, a partir de determinado ponto crítico, a elevação das forças de usinagem e as vibrações, trazendo resultados negativos para a rugosidade das peças.

30 30 CONSIDERAÇÕES FINAIS Através do detalhamento dos tipos de cavaco, verificou-se que o contato permanente entre a ferramenta e a peça, a vibração entre elas e o aumento da profundidade de corte são fatores que caracterizam os tipos de cavaco e podem influenciar o acabamento superficial das peças. O grau de segmentação do cavaco é influenciado pela microestrutura dos aços, da velocidade de corte e das taxas de avanço. Pretende-se com a usinagem de peças, cavacos do tipo I onde a alta temperatura gerada no processo se dissipa pelo cavaco, contribuindo para superfícies com rugosidades reduzidas. Com velocidades de corte elevadas consegue-se aumentar o fracionamento do cavaco, diminuir a sua espessura e contribuir para o alívio térmico no material. Para isso é essencial a contribuição da refrigeração no processo contribuindo na expulsão do cavaco, no combate à oxidação do material e na redução das temperaturas evitando as deformações nas peças. O estudo das forças de usinagem permitiu concluir que estas têm influência no desgaste das ferramentas, nas condições de corte e na avaliação da máquina ferramenta. As forças de corte são forças de usinagem localizadas no plano de trabalho, que devido à variação destas provocam a deflexão da ferramenta causando problemas no acabamento e rigor dimensional das peças. Este acabamento superficial e o baixo atrito cavaco-ferramenta e ferramenta-peça tendem a reduzir as forças de corte. Com o estudo da rugosidade média, máxima e total, concluiu-se que o primeiro parâmetro é o mais utilizado na avaliação de peças torneadas devido à sua facilidade de medição na indústria. A rugosidade máxima deve ser utilizada para determinar a máxima degradação das superfícies usinadas e não distingue perfis de rugosidade. As rugosidades podem ser obtidas através de rugosímetros digitais, cujos equipamentos fornecem o perfil das rugosidades das faces usinadas e permitem a sua interpretação. O avanço é o parâmetro de corte que mais influencia a rugosidade, uma vez que é usado no cálculo da rugosidade média. Para valores elevados da rugosidade, os parâmetros raio da ferramenta e a profundidade corte influenciam o acabamento superficial causando a sua redução. O raio da ferramenta provoca o aumento das

31 31 forças de usinagem e vibrações entre a ferramenta e a peça causando aumento da rugosidade. Para valores elevados da velocidade de corte, a rugosidade torna-se estável melhorando o acabamento superficial das peças, pois o corte se torna mais eficiente. Analisando o trabalho como um todo, pode-se concluir que o objetivo do estudo da influência dos parâmetros de corte no acabamento superficial foi atingido, onde foi demonstrada a relação existente entre o avanço, profundidade e velocidade de corte, raio da ferramenta e a rugosidade das peças usinadas, por intermédio do detalhamento dos cavacos gerados no processo e as forças de usinagem envolvidas no torneamento.

32 32 REFERÊNCIAS AMORIM, H. JOSÉ DE. Estudo da relação entre velocidade de corte, desgaste da ferramenta, rugosidade e forças de usinagem em torneamento com ferramenta de metal duro. Porto Alegre: UFRS, Disponível em: < Acesso em: 29 abr BATISTA, M.F. Estudo da rugosidade de superfícies planas usinadas por fresas de topo esférico. Tese Mestrado Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos, Disponível em: <goo.gl/r7qgvd>. Acesso em: 29 abr CORDEIRO, A. Operações Mecânicas II. Sorocaba, Faculdade Tecnologia de Sorocaba. (Apostila). Disponível em: < Acesso em: 29 abr GRUB, A. MANGETTI. Avaliação do desempenho de fluidos de corte contaminados no processo de torneamento do aço inoxidável austenítico V304UF Disponível em: < Acesso em: 20/09/2017. RIGATTI, A. M. YOSHIDA. Avaliação da força de usinagem e energia específica de corte no fresamento com alta velocidade de corte Disponível em: < goo.gl/9nfb8i>. Acesso em: 13 out