Influência das Condições de Corte na Usinagem Interna e Externa de Geometrias 2 ½ D

Transcrição

1 5 V CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 14 a 17 de abril de Belo Horizonte - Minas Gerais - Brasil Influência das Condições de Corte na Usinagem Interna e Externa de Geometrias 2 ½ D Jean Carlos Turra, jeanturra@hotmail.com 1 Leandro Costa de Oliveira, leandro@inf.ufsm.br 1 1 Depto. Engenharia Mecânica, Centro de Tecnologia, UFSM, Santa Maria RS, Resumo: O presente trabalho trata do desenvolvimento de um estudo baseado na análise da influência das condições de corte na usinagem interna e externa de geometrias 2 ½ D. Nele foram escolhidas quatro condições de corte: Diâmetro da Ferramenta, Tipo de Movimento, Sobremetal a usinar e Velocidade de Avanço. O estudo proposto baseou-se em agrupar todas as condições de corte em questão, possibilitando a fabricação de 72 peças com todas as combinações possíveis dentro deste universo desejado de estudo. Com o uso de dois diâmetros de ferramentas distintas, dois tipos de movimentos possíveis, duas medidas de sobremetal e três velocidades de avanço foi possível estudar e avaliar as condições de corte em questão de forma a determinar quais delas realmente influenciam na ocorrência de erros dimensionais. Depois de fabricadas e medidas as 72 peças, pode-se concluir, baseado nos resultados obtidos, que a maior ocorrência dos erros dimensionais estudados é ocasionada em usinagens internas. Pode-se concluir ainda, que dentre os parâmetros estudados, o diâmetro de ferramenta foi o que se mostrou de maior influência nestes erros, sendo que tipo de movimento e dimensão de sobremetal também se mostraram fatores de influência nestes erros, e apenas a velocidade de avanço não mostrou influência na ocorrência dos erros dimensionais estudados. Palavras-chave: usinagem, condições de corte, geometrias 2 ½ D 1. INTRODUÇÃO Nos últimos anos, nas atividades de extensão realizadas no NAFA observaram-se erros dimensionais em contornos de peças produzidas no Centro de Usinagem Vertical CNC. Estes erros, quando na fabricação de matrizes de corte para chapas, comprometem bastante a qualidade do trabalho realizado, o que tem justificado um maior cuidado na fabricação de tais peças, demandando maior tempo na sua produção. Mesmo trabalhando em um Centro de Usinagem CNC, que se caracteriza pela grande precisão nas usinagens realizadas, ocorreram relatos de que quando exigido o fresamento de geometrias 2 ½ D de pequenas dimensões para a realização das mais diversas matrizes de corte, surgem erros dimensionais que acabam prejudicando o processo de produção, pois além de descaracterizar o Centro de Usinagem CNC, impedindo uma grande precisão e rapidez na fabricação de peças, atrasam todo o processo produtivo, pois todo o erro dimensional encontrado após o aparentemente término de trabalho, acarreta um retrabalho na peça, quando esta não é completamente perdida, aumentando o tempo de produção. Deste modo, foi proposta a realização de um estudo com o objetivo de verificar quais são as condições de corte que podem influenciar na ocorrência destes erros dimensionais. Dentre as condições de corte, selecionou-se quatro com conseqüente agrupamento destas para que se possam analisar seus efeitos. Nestas análises pode-se citar: - A verificação em relação ao diâmetro da ferramenta, pois serão estudadas peças produzidas com dois diâmetros de ferramentas distintos, um de grande dimensão e outro de pequena dimensão em relação à geometria da peça. - A verificação em relação ao tipo de movimento, ou seja, metade das amostras será produzida com o uso de movimento concordante, e a outra metade será produzida com o uso de movimento discordante possibilitando assim observar se o tipo de movimento interfere ou ajuda a aparição de erros dimensionais. Segundo Stemmer (1993), o fresamento concordante acarreta uma maior vida da ferramenta, pois os cavacos, na forma de vírgulas, são atacados pela ferramenta nas suas partes mais espessas, enquanto que no movimento discordante o corte do cavaco se inicia pela parte mais fina, fazendo com que a peça atrite e raspe o seu gume antes de efetuar o corte. Sendo assim, é possível, devido a uma diminuição na vida da ferramenta em relação ao tipo de corte, ser também fator de influência em possíveis erros dimensionais. - A verificação em relação à espessura de penetração (Diniz et al, 2000; Ferraresi, 1977) envolvida no processo, pois se fará uso de duas espessuras de penetração durante o processo, uma de desbaste e uma de acabamento.

2 - E por fim a verificação em relação às velocidades de avanço usadas para realização do processo, nele serão usadas três velocidades de avanço, uma de baixa velocidade, uma de alta velocidade e uma que será constituída de duas velocidades, uma maior para os trechos retilíneos e uma menor para os trechos curvilíneos. 2. METODOLOGIA Para a realização deste estudo, foram produzidas 72 peças, com geometria desenhada especialmente para essa análise, conforme ilustram as Figura 1 e 2. Estas 72 peças foram produzidas combinando-se quatro condições de corte: Velocidade de avanço, Espessura de Penetração, Tipo de movimento (concordante e discordante) e Diâmetro da fresa, sendo que as demais condições de corte permaneceram constantes e iguais para a produção de todas as peças. Figura 1 - Geometria da peça a ser estudada. Figura 2 - Medidas consideradas no estudo. Para a fabricação das peças foi usado um Centro de Usinagem CNC Romi Discovery 308. Para se ter uma maior confiabilidade nos resultados obtidos, as peças foram reproduzidas três vezes com as condições de corte idênticas, ou seja, foram usinados três grupos iguais de 24 peças, contidas em três chapas de Aço SAE 1045 de dimensões 330 mm x 300 mm x 8 mm. Antes da usinagem final, fez-se uma pré-usinagem para possibilitar o valor do sobremetal desejado para posterior estudo. As peças foram produzidas com uma profundidade de corte de 4,0 mm, todas as 24 presas na mesma chapa, da forma mostrada nas Figuras 3 e 4: Figura 3 - Disposição das peças nas chapas. Figura 4 - Peças pré-usinadas, sendo 24 por chapa. As 24 peças produzidas podem ser primeiramente divididas em dois grupos. Em relação às ferramentas, um grupo foi usinado com uma Fresa de Topo de diâmetro menor, 6 mm, com altura de balanço de 26 mm, com quatro arestas de corte, de Metal Duro Retificado, e o outro grupo foi usinado com Fresa de Topo de diâmetro maior, 12 mm, com altura de balanço de 33 mm, também com quatros arestas de corte e de igual material Metal Duro Retificado, que também pode ser identificada pelo código S Assim cada grupo de usinagem nessa etapa contou com 12 peças, que foram usinadas com a mesma ferramenta. Nessa etapa, onde cada grupo conta com doze peças, ainda houve mais uma divisão, onde seis peças foram usinadas com movimento concordante, e as outras seis com movimento discordante. Para a velocidade de avanço houve três variações, duas constantes em todo o percurso de usinagem, sendo uma de 220 mm/mim e uma segunda de 100 mm/min, e uma terceira velocidade de avanço variável. Esta velocidade de avanço variável foi constituída de também duas velocidades diferentes, uma maior de 220 mm/min para os contornos retos de peça e uma menor de 50 mm/mim para os contornos curvilíneos. Neste contexto se teve uma velocidade grande em praticamente todo o contorno de peça, com exceção de dois trechos específicos, os de usinagem em trajetória curva, que tiveram durante a sua usinagem uma velocidade de avanço menor. O uso desta velocidade de avanço variável teve o objetivo de observar qual é o comportamento da máquina com uma mudança brusca de velocidade durante a usinagem, além de se querer observar também se pode haver alguma influência na usinagem uma velocidade de avanço relativamente baixa em trechos curvos. Para a espessura de penetração se fez uso de dois valores, sendo que para o desbaste deixou-se um sobremetal de 1,2 mm, e para o acabamento, um sobremetal de 0,3 mm. Tendo em vista todas estas condições de corte que foram analisadas, podem-se dividir as peças produzidas, da maneira como está disposta a Figura 5:

3 Figura 5 - Organização das condições de corte com combinações para as 24 peças. E a partir desta organização pode-se criar uma ordenação para as peças nas chapas, como mostra a Figura 6: Figura 6 Organização das peças por chapa, com condições de corte selecionadas. Junto a todas essas condições de corte variáveis foram selecionadas algumas condições de corte constantes na produção de todas as peças. São elas: profundidade de corte de 4,0 mm, velocidade de corte de aproximadamente 60 m/mim, resultante de uma rotação de 3200 rpm na fresa de 6,0 mm e de uma rotação de 1200 rpm na fresa de 12 mm. 3. RESULTADOS Depois de fabricadas todas as peças partiu-se para a medição das mesmas. As medidas foram feitas de acordo com as indicações da Figura 2, Medida A, Medida B, Medida C e Medida D, visando analisar tanto erros na usinagem interna (Medida A e B) quanto na usinagem externa (Medida C e D), tanto de largura (Medida B e C) quanto de comprimento (Medida A e D). Essas medições foram feitas com o uso de um Paquímetro Digital Digimess 300 mm, de resolução centesimal. E, obtiveram-se os resultados mostrados na Tabela 1, para a peça número 1, como exemplo: Tabela 1 - Resultados obtidos nas medições, para a peça nº 1, com ferramenta de 12 mm, movimento discordante, 1,2 mm de sobremetal e velocidade de avanço de 100 mm/min. Diâm. Dim. Medidas (mm) Tipo de Vel. de Nº. da Ferram. Sobrem. Exemplares Movim. Avanço A B C D Peça (mm) (mm) 12 Disc. 1, ,17 19,93 20,1 43,08 12 Disc. 1, ,09 19,89 20,06 43, Disc. 1, ,12 19,94 20,04 43,03

4 Para uma melhor forma de analisar os resultados, calculou-se a média das medidas das três peças produzidas com as mesmas condições de corte, facilitando assim o estudo e compreensão dos resultados esperados. Visando sempre a confiabilidade do estudo, após o cálculo das médias calculou-se o Coeficiente de Variação de cada resultado, para apontar as médias anteriormente calculadas como confiáveis. Os resultados obtidos são exemplificados na Tabela 2, para a peça número 1: Tabela 2 - Média dos resultados das 4 medidas consideradas, com desvio padrão e coeficientes de variação. Medidas A B C D Nº. da peça Médias (mm) 3, ,92 20, ,04333 d. p. 0, , , , CV 0, , , , Sendo que os Coeficientes de Variação são todos inferiores a 0,3, ou 30%, aceita-se as médias calculadas como valores confiáveis Análise em Relação ao Diâmetro da Ferramenta. A primeira análise realizada foi em relação ao diâmetro da ferramenta, para determinar qual é a real influência deste parâmetro nos erros dimensionais tanto internos quanto externos. Considerando os pares de peças produzidas com ferramentas de diâmetros distintos e o restante das condições de corte idênticas, conforme mostrado nas Tabelas 3 e 4. Tabela 3 - Comparação de resultados da usinagem interna com diâmetro da ferramenta como variável. Peça Medida A (mm) Peça Peça Medida B (mm) Peça 1 3,13 3, ,92 19, ,1 3, ,93 19, ,07 3, ,92 19, ,15 3, ,87 19, ,15 3, ,87 19, ,17 3, ,85 19, ,14 3, ,87 19, ,14 3, ,89 19, ,15 3, ,88 19, ,13 3, ,85 19, ,18 3, ,87 19, ,17 3, ,87 19,85 19 Tabela 4 - Comparação de resultados da usinagem externa com diâmetro da ferramenta como variável. Peça Medida C (mm) Peça Peça Medida D (mm) Peça 1 20,07 20, ,04 43, ,03 20, ,04 43, ,05 20, ,05 43, ,03 20, ,04 43, ,08 20, ,09 43, ,1 20, ,08 43, ,1 20, ,08 43, ,1 20, ,06 43, ,08 20, ,06 43, ,08 20, ,04 43, , ,07 43, ,07 20, ,06 43,09 19 Através do Tabela 3 e Tabela 4 pode-se perceber que, em todas as medidas, o diâmetro da ferramenta foi parâmetro de grande influência nos erros dimensionais, internos e externos. Os resultados mostram que a ferramenta de diâmetro 6,0 mm apresenta uma retirada de material inferior à da ferramenta de diâmetro 12,0 mm, ocasionando em praticamente todos os casos um erro dimensional superior à ferramenta de diâmetro mais próximo ao da curva usinada. Nas usinagem internas, Medidas A e B, os erros são maiores, como pode ser observado, chegando à diferenças de 0,2 mm. Já nas usinagens externas, Medidas C e D, os erros apresentados são menores, sendo que na Medida D

5 possuem em algumas condições medidas iguais à das produzidas pela ferramenta de 12,0 mm, três casos, o que aponta para uma maior influência do diâmetro da ferramenta quando na usinagem interna Análise em Relação ao Tipo de Movimento. Considerando os pares de peças produzidas com movimentos distintos (concordante e discordante) e o restante das condições de corte idênticas, obteve-se os dados mostrados nas Tabelas 5 e 6, para as peças 1 e 8, como exemplo. Tabela 5 - Comparação de resultados da usinagem interna com tipo de movimento como variável. Peça Medida A (mm) Peça Peça Medida B (mm) Peça 1 3,13 3, ,92 19,89 8 Tabela 6 - Comparação de resultados da usinagem externa com tipo de movimento como variável. Peça Medida C (mm) Peça Peça Medida D (mm) Peça 1 20,07 20, ,04 43,06 8 A análise dos erros em relação ao tipo de movimento não apresentou condições para apontar um dos movimentos como fator de influência decisiva nos erros dimensionais. Numa das usinagens internas, Medida A, pode-se dizer que o tipo de movimento é parâmetro de influência nos erros. Percebeu-se através dos resultados obtidos que na maioria das medidas, com exceção de dois casos, o movimento discordante apresentou melhores resultados que as usinagens com o uso de movimento concordante. Entretanto, nas outras medições, Medidas B, C e D, os resultados não apontaram para nenhum dos movimentos como causador de maiores erros dimensionais Análise em Relação ao Sobremetal. Esta análise está relacionada ao sobremetal deixado na peça para usinagem final. As Tabelas 7 e 8 mostram os valores medidos, para o exemplo entre peças 1 e 4, com sobremetal diferente e demais condições idênticas. Tabela 7 - Comparação de resultados da usinagem interna com sobremetal como variável. Peça Medida A (mm) Peça Peça Medida B (mm) Peça 1 3,13 3, ,92 19,87 4 Tabela 8 - Comparação de resultados da usinagem externa com sobremetal como variável.. Peça Medida C (mm) Peça Peça Medida D (mm) Peça 1 20,07 20, ,04 43,04 4 Quanto a este parâmetro, em apenas uma das medidas internas, a Medida B, verificou-se que o sobremetal influenciou nos erros dimensionais das medidas finais. Neste caso quando o sobremetal a ser usinado era de 1,2 mm, a usinagem alcançou melhores resultados do que quando o sobremetal a usinar era de 0,3 mm Análise em Relação à Velocidade de Avanço A análise se uma menor ou maior velocidade de avanço pode trazer um melhor resultado nas usinagens internas e externas, ou então se a combinação das duas pode ser a melhor alternativa neste processo de fresamento. Os valores são apresentados nas Tabelas 9 e 10, para as peças 1, 2 e 3, como exemplo. Tabela 9 - Comparação de resultados da usinagem interna com velocidade de avanço como variável. Medidas A Medidas B Peça Medida (mm) 3,13 3,1 3,07 19,92 19,93 19,92 Tabela 10 - Comparação de resultados da usinagem externa com velocidade de avanço como variável. Medidas C Medidas D Peça Medida (mm) 20,07 20,03 20,05 43,04 43,03 43,05 A análise de erros em relação às velocidades de avanço não apresentou nenhuma das velocidades com real influência nos erros apresentados. Numa das medidas internas, Medida B, apresentou-se a maioria dos resultados de maior erro nas usinagens com velocidades de avanço com valores variáveis durante a usinagem da mesma peça, velocidades de avanço maiores para trechos retos e velocidades menores para trechos curvos, entretanto estes erros são de diferença muito pequena em

6 relação aos erros apresentados pelas outras velocidades de avanço, sendo que não se pode apontar a velocidade de avanço como uma fator de influência nos erros dimensionais. 4. CONCLUSÕES Depois de todas as medidas analisadas, conclui-se que os erros dimensionais podem de fato ser influenciados por parâmetros de corte. Percebeu-se através dos estudos que as usinagens internas são as que apresentam maiores erros devido à mudança de determinadas condições de corte. O estudo mostra que com exceção da velocidade de avanço, que não se mostrou fator de influência na ocorrência de erros dimensionais, todas as outras condições de corte, principalmente o diâmetro da ferramenta, podem influenciar nos erros estudados. Em relação ao diâmetro da ferramenta, percebeu-se as maiores diferenças de erros dentre todas as condições de corte estudadas. Apesar de as usinagens internas, Medidas A e B, apresentarem os maiores erros, todas as outras medidas apresentaram diferenças quando produzidas por ferramentas de diâmetros diferentes, permitindo afirmar que uma ferramenta de diâmetro maior apresentará melhores resultados de usinagem. Quanto ao tipo de movimento, percebeu-se que em apenas uma das medidas, Medida A, de usinagem interna, este parâmetro teve influência nos erros dimensionais. Nesta medida as peças usinadas com movimento discordante apresentaram melhores resultados que as peças usinadas com movimento concordante, se do possível afirmar que para usinagens internas o movimento discordante se torna mais eficaz do que o movimento concordante. Em relação ao sobremetal deixado para usinagem final, também em apenas uma das medidas, Medida B, de usinagem interna, esta variável se mostrou de influência nos erros estudados. Nesta medida as peças que possuía um sobremetal de 1,2 mm para usinagem final apresentaram uma melhor dimensão final que as peças que possuíam apenas 0,3 mm de sobremetal para usinagem. E, como já citado anteriormente, a velocidade de avanço se mostrou dentre os parâmetros estudados o único sem qualquer tipo de influência nos erros dimensionais ocorridos nas usinagem interna e externa de geometrias 2 ½ D. 5. REFERÊNCIAS Diniz, A. E, Marcondes, F. C.; Coppini, N. L.. Tecnologia da Usinagem dos Materiais, 1 ed. São Paulo, Artliber Editora, Ferraresi, D. Fundamento da Usinagem dos Metais, 1 ed. São Paulo, Edgard Blucher, Stemmer, C. E. Ferramentas de Corte I, 3 ed. Florianópolis, Editora da UFSC, DIREITOS AUTORAIS Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho. Cutting conditions influence in internal and external 2 1/2 D geometries machining. Jean Carlos Turra, jeanturra@hotmail.com 1 Leandro Costa de Oliveira, leandro@inf.ufsm.br 1 1 Depto. Engenharia Mecânica, Centro de Tecnologia, UFSM, Santa Maria RS, , Brasil Abstract: This work is related to the development of a study based on the influence's analysis of the conditions of cutting in the internal and external machining of 2 1/2 D geometry. There were chosen four cutting conditions: Tool's Diameter, Movement Type (agreements and disagreements), Dimension offset and Advance Speed. The proposed study based in the group of all the conditions of cutting here concerned, enabling the manufacture of 72 pieces with all possible combinations within this desired study universe. With the use of two different diameters tools, two types of possible movements, two measures offset and three advance speeds it was possible to study and evaluate the conditions of cutting here concerned in order to determine which of them actually influence in the occurrence of dimensional errors. After the 72 measures and manufactured parts, it can be concluded, based on the results, that the greater incidence of dimensional errors are caused by internal machining. It can be concluded yet, that within the parameters studied, the tool's diameter had greater influence in these errors, and what the movement type and dimensional offset on also were factors influence these errors, and only the advance speed showed no influence on the occurrence of dimensional errors studied. Keywords: machining, cutting conditions, 2 ½ D geometries