GUSTAVO SAMULEWSKI OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO DE PEÇAS PRISMÁTICAS

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1 GUSTAVO SAMULEWSKI OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO DE PEÇAS PRISMÁTICAS CURITIBA 2006

2 GUSTAVO SAMULEWSKI OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO DE PEÇAS PRISMÁTICAS Monografia apresentada como requisito parcial à obtenção do Grau de Engenheiro Mecânico, do Setor de Ciências Exatas e Tecnológicas do Centro Universitário Positivo. Orientador: Prof. Pablo Deivid Valle CURITIBA 2006

3 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS...IIV LISTA DE TABELAS...VI LISTA DE SÍMBOLOS...VII RESUMO...VIIVIII 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS DO TRABALHO JUSTIFICATIVAS METODOLOGIA E RESULTADOS ESPERADOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA PROCESSOS DE USINAGEM PROCESSO DE RETIFICAÇÃO REBOLOS COMPOSIÇÃO E PROPRIEDADES GRÃO ABRASIVO LIGANTES POROSIDADE GRANULOMETRIA DUREZA ESTRUTURA ESPECIFICAÇÃO DE REBOLOS TIPOS DE RETIFICAÇÃO RETIFICAÇÃO PLANA RETIFICAÇÃO CILÍNDRICA RETIFICAÇÃO SEM CENTROS DRESSAGEM DRESSADORES PROCESSO DE DRESSAGEM DESGASTE DO REBOLO RUGOSIDADE EFEITOS DA TEMPERATURA NA RETIFICAÇÃO ii

4 2.10 PRINCIPAIS VARIÁVEIS E PARÂMETROS ENVOLVIDOS NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO PLANA DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS TÉCNICAS DE DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS EXPERIMENTOS ISOLADOS EXPERIMENTOS FATORIAIS COMPLETOS EXPERIMENTOS FATORIAIS FRACIONADOS METODOLOGIA MATERIAL DE ENSAIO CORPOS DE PROVA MÁQUINA RETIFICADORA PLANEJAMENTO DO EXPERIMENTO ESCOLHA DOS PARÂMETROS TAMANHO DO GRÃO ABRASIVO AVANÇO TRANSVERSAL VELOCIDADE DA MESA VELOCIDADE DE DRESSAGEM RETIRADA DE MATERIAL PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS PREPARAÇÃO DO EXPERIMENTO DEFINIÇÃO DAS RODADAS EXPERIMENTAIS EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO MEDIÇÃO DAS PEÇAS E AVALIAÇÃO METALOGRÁFICA RESULTADOS ESPERADOS ANÁLISE DOS RESULTADOS ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DO PROCESSO ANÁLISE DA RUGOSIDADE ANÁLISE DA QUEIMA ANÁLISE DA RETÊMPERA CONCLUSÃO SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS iii

5 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 CAVACO DE RETIFICAÇÃO... 7 FIGURA 2 DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DURANTE A RETIFICAÇÃO... 8 FIGURA 3 COMPOSIÇÃO DO REBOLO... 8 FIGURA 4 COMPARTIVO DE DUREZAS ENTRE ABRASIVOS... 9 FIGURA 5 GRÃO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO CINZA FIGURA 6 GRÃO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO CERÂMICO FIGURA 7 GRÃO DE CARBETO DE SILÍCIO PRETO FIGURA 8 ESTRUTURA DOS REBOLOS FIGURA 9 ESPECIFICAÇÃO DE ABRASIVOS CONVENCIONAIS FIGURA 10 ESPECIFICAÇÃO DE SUPERABRASIVOS FIGURA 11 RETIFICADORA PLANA FIGURA 12 RETIFICADORA CILÍNDRICA FIGURA 13 RETIFICAÇÃO CENTERLESS FIGURA 14 TIPOS DE DIAMANTES FIGURA 15 RELAÇÃO DE VELOCIDADES: REBOLO E DRESSADOR FIGURA 16 AÇÃO DO GRAU DE RECOBRIMENTO FIGURA 17 MECANISMOS DE DESGASTE DO GRÃO ABRASIVO FIGURA 18 GRAO ABRASIVO DESGASTADO FIGURA 19 RUGOSIDADE MÉDIA FIGURA 20 INTENSIDADE DO FLUXO DE CALOR FIGURA 21 PROFUNDIDADE DA SUPERFÍCIE RETIFICADA FIGURA 22 TEMPERATURA X TEMPO FIGURA 23 MATERIAL COM QUEIMA E RETÊMPERA iv

6 FIGURA 24 RELAÇÕES DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO FIGURA 25 TENDÊNCIA DA INFLUENCIA DE PARÂMETROS EM DOE S FIGURA 26 ESTRUTURA METALOGRÁFICA DOS CORPOS DE PROVA FIGURA 27 CORPO DE PROVA - DIMENSIONAL FIGURA 28 MÁQUINA RETIFICADORA FIGURA 29 SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO FIGURA 30 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS FIGURA 31 MICROESTRUTURA APÓS RETÍFICAÇÃO CORPO DE PROVA FIGURA 32 MICROESTRUTURA APÓS RETÍFICAÇÃO CORPO DE PROVA FIGURA 33 INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS PARA RUGOSIDADE FIGURA 34 INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS PARA QUEIMA FIGURA 35 INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS PARA RETÊMPERA v

7 LISTA DE TABELAS TABELA 1 GRANULOMETRIA PARA ABRASIVOS CONVENCIONAIS...13 TABELA 2 PADRONIZAÇÃO INTERNACIONAL DE GRANULOMETRIA DE DIAMANTE E NITRETO DE BORO CUBICO TABELA 3 EXPERIMENTO FATORIAL COMPLETO TABELA 4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...43 TABELA 5 RESULTADOS ESPERADOS TABELA 6 RUGOSIDADE OBTIDA TABELA 7 AVALIAÇÃO METALOGRÁFICA...46 TABELA 8 PARÂMETROS DE CORTE INDICADOS PARA RUGOSIDADE TABELA 9 PARÂMETROS DE CORTE RODADA EXPERIMENTAL TABELA 10 SUGESTÃO DE PARÂMETROS PARA RETIFICAÇÃO PLANA vi

8 LISTA DE SÍMBOLOS mm milímetro µm micrometro HRC dureza hockwell escala C rpm rotações por minuto Rz rugosidade média kp dureza knopp mm² milímetro quadrado ºC graus escala Celsius qd relação entre as velocidades do rebolo e da peça Vr velocidade periférica do dressador Vsd velocidade periférica do rebolo Ud grau de recobrimento bd largura do dressador Sd avanço por rotação vii

9 RESUMO Os processos de usinagem têm grande participação nos custos da indústria, gerando um grande potencial de melhoria e racionalizações de custo, exigindo dos profissionais de engenharia conhecimentos mais profundos e técnicas de trabalho que minimizem o tempo de resposta e maximizem os resultados. Processos de usinagem com geometria indefinida possuem incontáveis gumes de corte e muitas variáveis de influência, sendo bastante complexas as análises e como os parâmetros de corte irão interagir, proporcionando à peça-obra as tolerâncias exigidas. Esta monografia enfoca o processo de usinagem de retificação, as tecnologias envolvidas neste processo, ferramentas utilizadas, suas variações e aplicações, além de uma metodologia estatística que visa reduzir o tempo e o número de experimentos, buscando o melhor resultado possível para um determinado processo. Posteriormente é apresentada uma análise do processo de retificação plana, objetivando evidenciar os parâmetros de maior influência na qualidade superficial da peça, sem danos à microestrutura do material, otimizando o processo. viii

10 1 INTRODUÇÃO O processo de retificação é largamente utilizado atualmente na indústria em função do bom resultado quanto a tolerâncias dimensionais e de formas. Tem-se conhecimento deste processo desde a pré-história, onde o homem afiava suas ferramentas utilizando pedras abrasivas, este processo de usinagem é provavelmente o mais antigo de nossa história. Não seria possível afiar ferramentas de torneamento, fresamento ou furação sem o processo de retificação. Segundo MICOLLI (2004), atualmente de 20 a 25% dos custos de operações de usinagem são gerados pelo processo de retificação, pois este processo normalmente está no final das cadeias produtivas, onde o custo agregado ao produto já é grande e cada peça fora de especificação gera o refugo que onera ainda mais estes custos. Quando se usina aços endurecidos, os processos que utilizam ferramentas com geometria definida são bastante onerosos, possuem tempos de ciclo altos e não conseguem garantir pequenas tolerâncias geométricas como circularidade, cilindricidade e batimento. Neste caso o emprego do processo de retificação se faz ainda mais necessário, pois através de ferramentas com geometria não definida consegue-se uma boa relação custo-benefício, atendimento dos requisitos do projeto da peça e tempos de ciclo compatíveis com as demandas atuais de produção. Para atingir os resultados ótimos, possíveis com o processo de retificação é preciso conhecimentos sobre vários dos fatores que influenciam no processo, o que o torna complexo tendo em vista as muitas variáveis envolvidas, diversidade de opções quanto à especificação de grãos abrasivos, ligantes, dureza entre outros. A especificação incorreta de ferramentas e fluidos de corte na retificação pode gerar inúmeros problemas na execução da peça. Um problema bastante crítico é, sem dúvida a geração de queima e retêmpera superficial. Este problema só pode ser identificado através de exames metalográficos, exame destrutivo e que demanda equipamentos, tecnologia e mão de obra qualificada. Uma peça com queima e retêmpera tem grande possibilidade de apresentar redução na sua vida útil pela redução de sua resistência à fadiga e desgaste, podendo chegar ao colapso total.

11 2 Esta complexidade de ajuste do processo, problemas que podem ocorrer de ordem metalográfica e geométrica gera inúmeros potenciais para otimizações, reduções de custo, aumento de produtividade, melhoria da qualidade da peça-obra e outros ganhos indiretos. Segundo MALKIN (1988) de todos os processos em uso, a retificação é sem dúvida o menos entendido e mais negligenciado na prática. Pela multiplicidade de pontos de corte e geometria indefinida, alta velocidade de corte e pequenos espaços entre cada grão abrasivo, analisar os mecanismos do processo de retificação parece uma tarefa impossível. Talvez a faísca que salta do rebolo adicione ainda mais mistério ao processo.

12 3 1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência dos parâmetros de corte e ferramenta na retificação plana visando verificar quais são os parâmetros de maior influência no processo e seus limites para garantir, além de qualidade dimensional e geométrica, a integridade metalúrgica da peça-obra. Serão avaliados danos metalúrgicos à peça obra, como queima e retêmpera e também a rugosidade superficial, objetivando a menor rugosidade possível sem danos térmicos ao material. Para retificação plana existem vários parâmetros de corte que podem ser avaliados. Para execução deste estudo foram escolhidos os parâmetros principais, baseados na literatura e nas condições da máquina retificadora. Os parâmetros que serão avaliados são: 1) velocidade de oscilação da mesa; 2) avanço transversal do rebolo contra a peça; 3) retirada de material; 4) velocidade de dressagem; 5) granulometria do rebolo. Em um experimento comum, fixando 4 dos 5 fatores e variando um deles, seriam necessárias 32 rodadas experimentais para avaliação de todos os parâmetros, variando cada um a dois níveis, ou seja, 2 5. Utilizando a ferramenta estatística de delineamento de experimentos (DOE), a quantidade de rodadas experimentais é significativamente reduzida, o que possibilita um tempo menor para o experimento, menor custo e um resultado satisfatório, já comprovado na prática em experimentos do mesmo tipo. Utilizando DOE o experimento será reduzido para 8 rodadas (2 5-2 ), variando parâmetros a dois níveis e avaliando a influência principal de cada parâmetro escolhido para uma ou mais variáveis de saída, que no caso serão a rugosidade da peça e a presença ou não de queima e retêmpera na microestrutura do material. Para criação da Tabela com os fatores definidos e seus níveis de variação, será utilizado o software estatístico Minitab, que possibilita também a criação dos gráficos para análise dos resultados.

13 4 1.2 JUSTIFICATIVAS Apesar do processo de retificação ser um dos mais antigos processos de usinagem conhecidos, existem poucas literaturas que demonstram e conceituam os vários parâmetros de corte envolvidos e também as conseqüências da variação e ajuste destes parâmetros na peça-obra. Cada material possui propriedades mecânicas que podem ser influenciadas pela retificação e uma escolha inadequada dos parâmetros de corte, ferramental e máquina podem ter conseqüências desastrosas para o produto final, desde um desgaste mais acelerado até mesmo o colapso total da peça ou produto. A rugosidade é definida como as imperfeições ou irregularidades em uma superfície. Quanto mais lisa a superfície, ou seja, quanto menor o número de imperfeições menor será o valor da rugosidade. Dependendo da função do produto ou componente a rugosidade terá importância fundamental na sua utilização. A superfície de um componente com rugosidade alta tem a tendência de um desgaste mais acentuado do que uma superfície mais lisa, para elementos rotativos como eixos, ou de vedação como válvulas a rugosidade indicará o bom ou mau funcionamento, e influenciará na durabilidade do componente. As propriedades mecânicas do material podem ser otimizadas por processos de tratamento térmico, como a têmpera. Este processo que endurece o material pode ser altamente influenciado pelo posterior emprego da retificação. Um dano térmico de queima e retêmpera cria no material duas camadas de durezas diferentes que podem causar um desgaste prematuro, nucleação de trincas e conseqüentemente a quebra do material. Em um processo de retificação consegue-se resultados de rugosidade em torno de 1µm, porém a integridade metalúrgica do material pode ser comprometida, gerando riscos de mal funcionamento ou quebra do componente usinado. Os motivadores para execução de um experimento no processo de retificação são justamente otimizações dos parâmetros de corte para atingir baixos níveis de rugosidade e garantir a integridade do material.

14 5 1.3 METODOLOGIA E RESULTADOS ESPERADOS Para execução do experimento serão utilizados corpos de prova com dimensões de: 60 mm de comprimento, 40 mm de largura e 20 mm de altura, confeccionados em aço carbono SAE 5160, tratado termicamente por têmpera, alcançando dureza próxima de 60 HRC. Este aço atinge um bom acabamento superficial depois de retificado. A máquina que será utilizada para execução dos testes é uma retífica Plana, disponibilizada pela UnicenP, com mesa magnética, dressagem manual, utilizando rebolo convencional com rotação máxima de 2225 rpm. Serão utilizados dois rebolos com diferentes granulometrias, grãos 46 e 60, ambos em óxido de alumínio, por serem os tipos de grãos mais utilizados na indústria, terem baixo custo e com tecnologia suficiente para retificação do material escolhido.

15 6 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo serão abordados alguns conceitos sobre processos de usinagem e principalmente sobre o processo de retificação, incluindo suas particularidades, tipos de abrasivos utilizados e conceitos sobre seus fundamentos. 2.1 PROCESSOS DE USINAGEM A usinagem, segundo FERRARESI (1970) caracteriza-se por um processo de fabricação que confere à peça forma, dimensões, acabamento ou ainda uma combinação destes três itens, pela retirada de material da peça, ou seja, há geração de cavacos, que são retirados por uma ferramenta de corte e parâmetros de usinagem definidos. Segundo STEMMER (1995), pode-se dividir os processos de usinagem em três grandes grupos: - Processo com ferramentas de geometria definida; - Processo com ferramentas de geometria não-definida; - Processos especiais. São exemplos de processos de usinagem com ferramentas de geometria definida, segundo STEMMER (1995): torneamento, furação, fresamento, mandrilamento que utilizam ferramentas como insertos, brocas, fresas, brocas canhão, escareadores, entre outras. Para processos de usinagem com ferramentas de geometria não-definida podemos citar a retificação, brunimento, lapidação, eletroerosão, hidroerosão e as ferramentas utilizadas são rebolos, brunidores, pasta de lapidação, eletrodos que na sua maioria são formados por materiais abrasivos. As ferramentas com geometria definida têm dimensão, forma e geometria bem definidas e podem ser reproduzidas em grande escala. A geometria da ferramenta é característica chave no processo, pode ser estudada e os parâmetros de processo são definidos de acordo com esta geometria.

16 7 Já as ferramentas com geometria não definida têm inúmeros gumes de corte, cada um com forma e dimensão diferentes, atuando simultaneamente no material que está sendo usinado formando infinitos pontos de formação de cavaco. 2.2 PROCESSO DE RETIFICAÇÃO Segundo MALKIN (1988) a retificação é utilizada quando são necessárias tolerâncias finas e superfícies lisas, por este motivo são utilizadas geralmente no final das linhas de produção. O processo ocorre pela retirada de material da peçaobra através de uma ferramenta nomeada rebolo, que será estudada em capítulo específico desta monografia. A força exercida pelos grãos abrasivos da ferramenta na peça executa um arrancamento de material, gerando cavacos, que quando comparados com o processo de usinagem com ferramentas de geometria definida têm dimensões muito menores, porém forma e aspecto semelhantes como mostrado na Figura 1. FIGURA 1 CAVACO DE RETIFICAÇÃO FONTE: BADGER, 2003

17 8 Segundo BERTALAN (1997), há basicamente 4 regiões onde a energia mecânica introduzida no processo é transformada em calor. A Figura 2 mostra a atuação de um grão abrasivo durante o processo de usinagem, onde o gume do grão abrasivo retira material por cisalhamento, gerando atrito e conseqüentemente calor. O atrito no flanco dos grãos desgastados e a deformação plástica do material retificado geram a maior parte do calor, que é dissipado por três elementos do processo: o próprio grão abrasivo, o cavaco e o fluido refrigerante. FIGURA 2 DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DURANTE A RETIFICAÇÃO FONTE: BERTALAN, REBOLOS COMPOSIÇÃO E PROPRIEDADES Os rebolos utilizados em retificação são formados basicamente por 3 componentes, ilustrados na Figura 3: FIGURA 3 COMPOSIÇÃO DO REBOLO Grão abrasivo Ligante Porosidade FONTE: BADGER, 2003

18 GRÃO ABRASIVO O grão abrasivo consiste num material duro com propriedades específicas e possui uma geometria não definida. Esta dureza deve ser superior a do material que será usinado; trata-se de um material frágil, tem tamanho estabelecido por normas específicas e após seu processo de extração são moídos e peneirados de forma a separá-los em tamanho determinado, que será importante na composição do rebolo e especificação da ferramenta para execução do processo de retificação. Existem vários tipos de abrasivos que são classificados conforme sua dureza, que é a característica fundamental para medirmos a resistência ao desgaste da aresta de corte. Conforme o catálogo do fabricante WINTER (2000), os grãos abrasivos devem apresentar tenacidade para suportar os choques mecânicos da operação de corte interrompido sem se fraturar prematuramente, mas devem apresentar friabilidade, ou seja, o grão abrasivo deve fraturar a medida que o desgaste arredonda as arestas de corte. De acordo com a dureza do grão abrasivo, que é medida em Knoop (kp/mm²), pode-se classificar os abrasivos em convencionais e superabrasivos. A Figura 4 compara os diversos tipos de abrasivos com relação a sua dureza. FIGURA 4 COMPARTIVO DE DUREZAS ENTRE ABRASIVOS FONTE: CATÁLOGO DE REBOLOS WINTER, 2000

19 10 São considerados abrasivos convencionais e mais utilizados o Óxido de Alumínio (Al 2 O 3 ) e o Carbeto de Silício (SiC), já para os superabrasivos podemos citar o CBN (Nitreto de Boro Cúbico ou em inglês Bornitrid) e o Diamante. Conforme o catálogo de abrasivos do fabricante ALCAR (1999) o óxido de alumínio é o mais versátil, pois alterando sua característica físico-química pode-se produzir tanto um grão com alta tenacidade quanto um grão altamente friável. Os materiais usados adicionados durante a fusão da bauxita normalmente são o cromo e zircônio. Existem vários tipos de óxidos de alumínio como, óxido de alumínio marrom, branco, rosa, rubino, cinza e cerâmico. As Figuras 5 e 6 mostram dois tipos de grãos abrasivos em óxido de alumínio. FIGURA 5 GRÃO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO CINZA FONTE: O AUTOR MICROSCÓPIO NIKKON AMPLIADO 30X FIGURA 6 GRÃO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO CERÂMICO FONTE: O AUTOR MICROSCÓPIO NIKKON AMPLIADO 30X

20 11 O Carbeto de Silício é caracterizado por ter dureza elevada e ruptura frágil e é indicado para retificação de materiais com baixa resistência a tração. Dentre os tipos de carbeto de silício pode-se citar o carbeto de silício preto e verde. A Figura 7 mostra o grão abrasivo de carbeto de silício preto. FIGURA 7 GRÃO DE CARBETO DE SILÍCIO PRETO FONTE: O AUTOR MICROSCÓPIO NIKKON AMPLIADO 30X Segundo BADGER (2003) o Nitreto de Boro Cúbico possui altíssima dureza e ótima condutibilidade térmica, utilizado em altas velocidades de corte obtêm-se ótimos resultados no processo com emprego deste tipo de grão. O CBN pode ser aplicado para todo tipo de aço, mas principalmente em aços endurecidos. O Diamante é o abrasivo mais duro conhecido, tem alta condutibilidade térmica e é utilizado para retificação de metal-duro, quartzo, cristal e reafiação de outros diamantes. Também é possível a retificação de aços com rebolos de diamante, porém o alto custo do processo torna sua utilização inviável, pois existem ferramentas abrasivas convencionais mais baratas que garantem boa qualidade para este tipo de material LIGANTES Segundo o fabricante de abrasivos SAINT-GOBAIN (1998) a liga ou aglutinante tem como função manter a união dos grãos abrasivos, formando a ferramenta abrasiva. Pode-se classificar as ligas em 3 tipos: - Vitrificadas; - Resinóides; - Borracha.

21 12 As ligas vitrificadas possuem sua composição materiais como quartzo, feldspato, argila, que são combinados quimicamente e após serem submetidos a alta temperatura (aproximadamente 1200ºC) garantem rigidez, porém fragilidade quanto a impactos e grandes pressões de trabalho. A maior aplicação deste tipo de liga é para retificações de precisão e retificação de peças complexas, pois se consegue uma boa manutenção do perfil da ferramenta. Ligas resinóides ou orgânicas conferem à ferramenta abrasiva elevada resistência ao impacto, esta característica é conseguida através do processo de polimerização. O fato desta liga ser orgânica exige alguns cuidados especiais quanto ao uso e armazenagem, pois pode reagir com fluidos refrigerantes e de corte podendo se degradar com o tempo. É empregada para operação de desgaste, abertura de canais e rebarbação. Ligas de borracha possuem também grande resistência ao impacto, sua aplicação se restringe basicamente a rebolos de arraste para retificação centerless. Sua composição é borracha natural, sintética e elementos vulcanizadores POROSIDADE Conforme explica o catálogo de abrasivos de fornecedor SIVAT (1990), a porosidade de uma ferramenta abrasiva nada mais é que um vazio entre os grãos abrasivos e a liga inerente ao processo de fabricação dos rebolos. A função principal desta porosidade é o escoamento de cavacos, mas também favorece a dissipação de calor gerado no processo GRANULOMETRIA Após a fabricação dos grãos abrasivos, estes são classificados de acordo com suas dimensões. Segundo o catálogo de abrasivos do fabricante SAINT- GOBAIN (1998) o número que identifica o tamanho do grão mostra o número de malhas por polegada linear da última peneira pela qual o grão abrasivo passa durante a classificação. Quanto maior a numeração, menor o tamanho dos grãos.

22 13 De forma geral os grãos abrasivos são classificados pela numeração de 8 até 2000, sendo a granulometria 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24, 30 e 36 considerados grossos, 46, 54, 60, 70, 80 e 100; médios, 120, 150, 180 e 200; finos e os extrafinos de 240 a Esta nomenclatura é válida para abrasivos convencionais, já os superabrasivos possuem padronização diferenciada. A Tabela 1 mostra o tamanho de grãos abrasivos divididos em classes desde finas até grossas e o diâmetro médio do grão abrasivo em milímetros. TABELA 1 GRANULOMETRIA PARA ABRASIVOS CONVENCIONAIS Consideração da granulometria Grosso Médio Fino Muito fino FONTE: BADGER, 2003 Tamanho do grão abrasivo Diâmetro do grão abrasivo em milímetros 10 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,03 Para superabrasivos existe outra normalização quanto ao tamanho dos grãos abrasivos, indicado na Tabela 2.

23 14 TABELA 2 PADRONIZAÇÃO INTERNACIONAL DE GRANULOMETRIA DE DIAMANTE E NITRETO DE BORO CÚBICO Granulações por peneiração Diamante Standart Nitreto de boro Standart Comparação: US Stand. ASTM Grandeza nominal Comparação: DIN 848 FEPA Estreito Largo Estreito Largo Estreito Largo Estreito Largo D1181 D1182 B1181 B /16 16/ /1000 D1100 D1001 B / /850 D900 D851 D852 B851 B852 20/25 20/30 850/710 D700 D711 B711 25/30 710/600 D550 D500 D601 D602 B601 B602 30/35 30/40 600/500 D450 D501 B501 35/40 500/425 D350 D426 D427 B426 B427 40/45 40/50 425/355 D280 D250 D356 B356 45/50 355/300 D220 D301 B301 50/60 300/250 D180 D150 D251 D252 B251 B252 60/70 250/212 D140 D213 B213 70/80 212/180 D110 D100 D181 B181 80/ /150 D90 D151 B / /125 D65 D70 D126 B / /106 D55 D107 B / /90 D45 D50 D91 B91 170/200 90/75 D35 D76 B76 200/230 75/63 D25 D30 D64 B64 230/270 63/53 D54 B54 270/325 53/45 D46 B46 325/400 45/38 FONTE: WINTER, DUREZA Conforme explicado no catálogo de abrasivos do fabricante SAINT-GOBAIN (1998), a dureza é a característica do rebolo dada pela força que a liga mantém os grãos abrasivos unidos entre si. A quantidade e qualidade da liga determinam qual será a dureza do rebolo e quanto maior a dureza maior a capacidade de retenção dos grãos abrasivos. A designação da dureza é dada pelas letras do alfabeto em ordem crescente de E até X, ou seja, um rebolo com dureza S é mais duro que um rebolo com dureza J.

24 ESTRUTURA Segundo BERTALAN (1997), a estrutura de um rebolo define a distância entre os grãos abrasivos. A Figura 8 mostra a disposição dos grãos abrasivos na estrutura de um rebolo, e conforme a distância entre os grãos é aumentada, a estrutura do rebolo é considerada aberta, e quanto menor a distância entre os grãos, a estrutura é considerada fechada. O volume total do rebolo é a soma dos volumes de liga, grãos abrasivos e porosidades, combinando estes volumes temos estruturas abertas ou fechadas, indicadas por números que variam conforme o fabricante da ferramenta. Normalmente são utilizados os números de 1 a 12 para indicação da estrutura, e quanto maior o número mais aberta é a estrutura e maior a distância entre os grãos abrasivos. FIGURA 8 ESTRUTURA DOS REBOLOS Pequena distância entre os grãos Grande distância entre os grãos FONTE: ADAPTADO DO CATÁLOGO DE ABRASIVOS DO FABRICANTE ALCAR, ESPECIFICAÇÃO DE REBOLOS A especificação de uma ferramenta abrasiva é definida pelo conjunto dos fatores citados anteriormente: tipo de grão, granulometria, dureza, estrutura e liga. Há formas distintas de especificação para abrasivos convencionais e para superabrasivos. A Figura 9 indica a forma de especificação de rebolos para abrasivos convencionais. O tipo de grão abrasivo é identificado por uma letra e um número, a letra refere-se ao tipo de grão e o número por uma variação do fabricante. O óxido de alumínio é indicado pela letra A e o carbeto de silício pela letra C. Na Figura 9 é

25 16 mostrada uma especificação de rebolo em óxido de alumínio, com granulometria 60 (média), dureza J, estrutura 6 e liga vitrificada, as letras XB45 indicam a liga do fabricante. FIGURA 9 ESPECIFICAÇÃO DE ABRASIVOS CONVENCIONAIS FONTE: BADGER, 2003 Tipo de Abrasivo Tamanho de Grão Dureza Estrutura Tipo de liga Nomenclatura do fabricante

26 17 Para rebolos superabrasivos a identificação é um pouco mais complexa, conforme mostrado na Figura 10. FIGURA 10 ESPECIFICAÇÃO DE SUPERABRASIVOS FONTE: CATÁLOGO DE ABRASIVOS DO FABRICANTE WINTER, TIPOS DE RETIFICAÇÃO RETIFICAÇÃO PLANA Segundo KÖNIG (1989) na retificação plana, a peça é presa a uma placa magnética, fixada à mesa, durante a usinagem, a mesa desloca-se em um movimento retilíneo da direita para a esquerda e vice-versa, fazendo com que a peça ultrapasse o contato com o rebolo. O deslocamento transversal da mesa, juntamente com o movimento longitudinal, permitem a usinagem de toda superfície da peça. A Figura 11 mostra uma retificadora plana e seus principais componentes e comandos.

27 18 FIGURA 11 RETIFICADORA PLANA FONTE: KÖNIG, RETIFICAÇÃO CILÍNDRICA Na retificação cilíndrica externa ou interna, conforme BERTALAN (1997), a peça é fixada em uma placa com castanhas ou pinça expansiva que a rotaciona. O rebolo em movimento de rotação entra em contato com a peça removendo material. Uma retificadora cilíndrica externa é mostrada na Figura 12. FIGURA 12 RETIFICADORA CILÍNDRICA FONTE: KÖNIG, 1989

28 RETIFICAÇÃO SEM CENTROS Conforme o catálogo de retificação do fabricante SIVAT (1990), a retificação sem centros, também chamada de retificação Centerless é bastante utilizada na produção em série na retificação de diâmetros. O sistema é composto por dois rebolos, um de arraste e um de corte, a peça movimenta-se entre os rebolos apoiada em uma régua inclinada, retirando material da peça. O rebolo de arraste tem baixa rotação e inclinação de 3 a 5 graus de forma a girar a peça e fazê-la movimentar-se do início para o final da régua, enquanto o rebolo de corte proporciona a usinagem. Na Figura 13 pode-se visualizar um esquema da retificação centerless, com os rebolos de corte, arraste, régua de apoio, peça e sentidos de rotação destes componentes. FIGURA 13 RETIFICAÇÃO CENTERLESS FONTE: KÖNIG, 1989

29 DRESSAGEM A dressagem ou dressamento, segundo KÖNIG (1989) é a remoção mecânica do volume do rebolo, dando nova forma aos grãos abrasivos. A ferramenta utilizada para dressagem é denominada dressador e pode ser classificada em dois tipos: dressadores estáticos e dressadores rotativos. O catálogo de abrasivos do fabricante WINTER (2000) resume a dressagem em eliminar grãos abrasivos gastos, cavacos de material encrustados entre os grãos, devolvendo a agressividade ao rebolo DRESSADORES Dressadores são as ferramentas utilizadas para produzir no rebolo a topologia necessária de acordo com as necessidades de acabamento para a peça obra. São constituídos geralmente de uma base de aço onde são depositados diamantes, que efetivamente realizam a dressagem. Os diamantes naturais monocristalinos são bastante utilizados na fabricação destas ferramentas, mas já existem tecnologias mais avançadas que produzem melhores resultados, principalmente quanto ao custo x benefício da operação. Dressadores estáticos são normalmente chamados de Fliesen, porém este é um tipo específico de dressador composto por pequenos diamantes aglomerados em uma liga metálica, que permite a dressagem de rebolos com abrasivos convencionais com alta precisão. Segundo o catálogo de abrasivos do fabricante WINTER (2000) o fliesen pode ser utilizado para retificadoras centerless, planas e cilíndricas.

30 21 Novas tecnologias em dressagem utilizam variados tipos de diamantes. Além dos diamantes naturais monocristalinos, são utilizados dressadores sintéticos e diamante policristalinos com ou sem ligante. Cada um destes tipos de diamantes, seus formatos e durezas são levados em consideração na definição de um processo de dressagem (Figura 14). Fabricantes deste tipo de ferramentas têm suas indicações baseados em estudos realizados em laboratório. FIGURA 14 TIPOS DE DIAMANTES FONTE: ODEBRECHT, PROCESSO DE DRESSAGEM A dressagem irá definir a topologia do rebolo, que segundo BERTALAN (1997), caracteriza a agressividade do rebolo, que proporcionará diferentes rugosidades na peça dependendo do nível de agressividade alcançado pelos efeitos da dressagem. BERTALAN (1997) explica que o macroefeito da dressagem é a formação de uma rosca na superfície do rebolo, produzindo uma grande agressividade, esta característica dependerá principalmente da área do dressador em contato com a peça e pelo avanço longitudinal durante a dressagem. Já o microefeito da dressagem é causado pela fratura dos grãos de rebolo, criando novos gumes de corte e promovendo também agressividade ao rebolo.

31 22 Para os dressadores estáticos pode-se fazer uma analogia ao processo de torneamento, onde o dressador é fixo em um dispositivo e o rebolo ou o próprio dressador se desloca longitudinalmente com uma profundidade e avanço definidos, proporcionando a dressagem. Na dressagem com dressadores rotativos além do movimento longitudinal entre rebolo e dressador, também há a rotação do dressador que influenciará na agressividade do rebolo e conseqüentemente na qualidade final da peça-obra. Esta relação de velocidades entre rebolo e dressador é definida como q d. Segundo BERTALAN (1997) q d é o quociente entre as velocidades periféricas do dressador e do rebolo. O fator q d será positivo quando o dressamento for concordante, ou seja, quando as velocidades do dressador e do rebolo tiverem o mesmo sentido. Para sentidos contrários, o dressamento é dito discordante e q d será negativo. q = d V V r sd (1) Onde V r é a velocidade periférica do dressador e V sd a velocidade periférica do rebolo. Conforme BERTALAN (1997), o ângulo de encontro entre os grãos do rebolo e do dressador na dressagem concordante, é muito maior, exigindo uma alta carga compressiva para fratura dos grãos abrasivos, o que gera gumes mais vivos. Desta forma a dressagem concordante gera uma superfície bastante rugosa no rebolo, promovendo grande agressividade ao mesmo. Em contra partida, na dressagem discordante o número de grãos cisalhados é muito maior que o número de grãos fraturados, assim a superfície do rebolo ficará mais lisa, ou seja, com menor agressividade. A agressividade do rebolo é inversamente proporcional a rugosidade desejada para peça, uma vez que um rebolo agressivo tem grãos bastante afiados e com gumes vivos, gerando maior arrancamento de material da peça obra e conseqüentemente, rugosidade maior.

32 23 A Figura 15 mostra a previsão de rugosidade em função da relação de velocidades no dressamento (qd), e da direção de corte entre o rebolo e o disco dressador. À esquerda do gráfico pode-se visualizar que a dressagem corcondante produz maior rugosidade, esta aumentando quanto maior a relação de velocidades qd. À direita do gráfico indica a direção de corte concordante, e menor variação de rugosidade em função da relação de velocidades. FIGURA 15 RELAÇÃO DE VELOCIDADES: REBOLO E DRESSADOR FONTE: BERTALAN, 1997 Para caracterizar a agressividade do rebolo, BERTALAN (1997) indica o cálculo do grau de recobrimento U d, que é a relação entre a largura do dressador b d e o avanço por rotação S d : U = d b S d d (2)

33 24 O conceito do grau de recobrimento é bastante utilizado por considerar simultaneamente o avanço por rotação, a profundidade de dressagem e a geometria do dressador, sendo a geometria também fator de grande impacto na topologia do rebolo. Considerando um dressador de largura constante, ou seja, b d constante, e variando o avanço por rotação S d, visualiza-se na Figura 16 a topologia do rebolo conforme o grau de recobrimento U d, utilizado na dressagem. Quanto maior o grau de recobrimento, menor a distância entre cada passagem do dressador, gerando menor agressividade na superfície do rebolo. Em contrapartida, diminuindo o grau de recobrimento através de um maior avanço por rotação, a agressividade do rebolo aumenta. FIGURA 16 AÇÃO DO GRAU DE RECOBRIMENTO FONTE: BERTALAN, 1997

34 DESGASTE DO REBOLO Conforme MALKIN (1988), são três os tipos de desgastes que sofre um rebolo durante o processo de retificação: por atrito, fratura do grão e fratura do ligante. Estes desgastes ocorrem de forma simultânea em maior ou menor grau. Na Figura 17 estão indicadas as formas de desgaste do rebolo, iniciando com o desgaste da ligação, desgaste do grão por achatamento, micro fissuras e rachaduras do grão e posterior rompimento tanto dos grãos abrasivos quanto da ligação entre eles. FIGURA 17 MECANISMOS DE DESGASTE DO GRÃO ABRASIVO FONTE: KÖNIG, 1989

35 26 Quando há desgaste do grão abrasivo, forma-se um platô na superfície do grão, conforme a Figura 18, aumentando as forças de corte, o atrito e a temperatura na região de corte, o que pode gerar problemas metalúrgicos ao material. Quando os grãos abrasivos se desgastam pela ação da usinagem, é necessária uma nova dressagem para proporcionar ao grãos abrasivos do rebolo, novos gumes de corte. FIGURA 18 GRAO ABRASIVO DESGASTADO FONTE: BADGER, RUGOSIDADE Rugosidade é definida como o conjunto de irregularidades, pequenas saliências e reentrâncias que caracterizam uma superfície. O comportamento de componentes mecânicos é bastante influenciado pela rugosidade. Dentre estas influências podemos destacar: - qualidade de deslizamento; - resistência ao desgaste; - resistência à corrosão e à fadiga; - vedação; - possibilidade de ajustes de montagem com maior precisão; - aparência.

36 27 Existem vários parâmetros para medição de rugosidade, R a, R z e R max são os mais utilizados. Segundo ROSA (2004), o R z corresponde à média aritmética dos cinco valores de rugosidade parcial. Conforme mostrado na Figura 19, a rugosidade parcial (Z i ) é a soma dos valores absolutos dos pontos de maior afastamento, acima e abaixo da linha média, em todo o comprimento de amostragem. Este parâmetro de rugosidade também é conhecido como rugosidade média. FIGURA 19 RUGOSIDADE MÉDIA FONTE: ROSA, 2004 O comprimento de medição da rugosidade é chamado de cutt-off e segundo ROSA (2004), deve-se tomar o perfil efetivo de uma superfície a ser medida e o valor do cutt-off é determinado por uma expectativa de rugosidade. Assim o valor do cutt-off utilizado deve ser testado, convergindo para um valor de rugosidade esperado, pois como o perfil apresenta rugosidade e ondulação, o comprimento de amostragem (cutt-off) filtra esta ondulação. 2.9 EFEITOS DA TEMPERATURA NA RETIFICAÇÃO Queima de retífica é um termo usado para descrever qualquer tipo de dano térmico ocorrido na peça obra durante a retificação, porém existem diversos defeitos e cada um ocorre em situações diferentes que influenciam de várias formas a qualidade final da peça.

37 28 Estes danos térmicos ao material durante a retificação são gerados em função das altas temperaturas da região de corte, pelo grande atrito dos grãos abrasivos do rebolo com a peça-obra. Na Figura 20 pode-se verificar a distribuição da temperatura na região de corte, que muitas vezes não consegue ser resfriada adequadamente pelo fluido, podendo gerar problemas metalúrgicos para o componente retificado. FIGURA 20 INTENSIDADE DO FLUXO DE CALOR Intensidade do Fluxo de Calor Distribuição do Impacto de Calor q Rebolo de Corte v s a e Isotermas v ft Peça FONTE: BADGER, 2003 X 1 l X 2 A queima associada à retêmpera é o dano mais comum, podendo causar desde uma redução na vida útil até mesmo o colapso total do componente retificado. O dano térmico de queima e retêmpera, segundo BADGER (2003), ocorre quando a peça obra é afetada pela temperatura quando esta chega a níveis superiores ao de têmpera do material. Com ação do fluido refrigerante o material é resfriado de forma rápida em sua superfície e mais lentamente no interior da peça. Desta forma a queima simples é mais interna, causada pelo resfriamento lento da região, gerando uma superfície menos dura que a original e a região mais externa é retemperada, atingindo dureza acima da original. A Figura 21 mostra esquematicamente a diferença de durezas após um dano térmico de retificação.

38 29 FIGURA 21 PROFUNDIDADE DA SUPERFÍCIE RETIFICADA D u r e z a Região Retemperada Região com queima Região não afetada Profundidade da superfície retificada FONTE: BADGER, 2003 Na Figura 22 é mostrado um gráfico da temperatura gerada na região de corte em função do tempo. Para valores de temperatura acima da temperatura de transformação de fase do material (TTF) e após um resfriamento rápido gerado pelo fluido de corte ou refrigerante tem-se a retêmpera, e com resfriamento lento a queima.

39 30 FIGURA 22 TEMPERATURA X TEMPO C ± 1500º Queima ± 800º Ttf Retêmpera FONTE: BADGER, 2003 segundos A identificação dos defeitos de queima e retêmpera só podem ser visualizadas através de um exame metalográfico destrutivo. O material deve ser cortado, embutido, polido, atacado quimicamente e posteriormente visualizada em um microscópio a sua micro-estrutura. Uma diferença de colocação na microestrutura do material indica a presença ou não de queima e retêmpera. A Figura 23 mostra uma peça com danos metalúrgicos desse tipo. FIGURA 23 MATERIAL COM QUEIMA E RETÊMPERA FONTE: O AUTOR

40 PRINCIPAIS VARIÁVEIS E PARÂMETROS ENVOLVIDOS NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO PLANA Existem relações muito fortes entre as variáveis de entrada e saída do processo de retificação que devem ser verificadas antes da usinagem. Para um resultado satisfatório deve-se distinguir as variáveis de entrada da máquina e entradas do processo. Segundo HELLMEISTER (2004) os parâmetros típicos de entradas das máquinas retificadoras são: taxa de avanço, velocidade do rebolo e da peça, profundidade de dressagem e tempo de centelhamento (sparkout). A Figura 24 mostra as relações do processo de retificação, as entradas e saídas do processo. FIGURA 24 RELAÇÕES DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO FONTE: HELLMEISTER (2004)

41 DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS O delineamento de experimentos, também chamado de planejamento de experimentos ou DOE (Design of Experiments), é uma técnica estatística extremamente útil para descobrir as variáveis chave que influenciam as características de qualidade de interesse em determinados processos. Segundo ANDERSON (1998), o delineamento de experimentos proporciona informações sobre quais fatores de um determinado processo têm influência em uma variável de saída deste processo, indicando a melhor combinação de fatores para obter melhores resultados. Conforme MONTGOMERY (1991) o delineamento de experimentos possibilita uma investigação de um processo utilizando mínimos recursos, ou seja, menor número de testes, reduzindo o custos dos experimentos e reduzindo o tempo de análise. TAGUCHI (1990) explica que esta técnica tem como objetivo reduzir ao máximo a variabilidade do processo e direcionar seus parâmetros maximizando o resultado. Esta metodologia estatística define alguns termos que são empregados e devem ser conhecidos para melhor entendimento dos conceitos: Fator: parâmetro do processo que pode ser variado em níveis. Por exemplo: temperatura, pressão, velocidade; Nível: valor atribuído ao fator, que pode ser avaliado e submetido a variações durante os experimentos. Por exemplo: temperatura de 30ºC e 15ºC, pressão de 10MPa e 20MPa, velocidade de 35m/s e 60m/s; Variável resposta ou de saída: resultado do processo. Por exemplo: tolerâncias de forma, tolerâncias dimensionais, cor, características mecânicas do material, acabamento superficial; Rodada experimental: teste utilizando os fatores controlados em níveis.

42 TÉCNICAS DE DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS Existem várias técnicas de delineamentos de experimentos que podem ser empregadas, segundo TAVEIRA (1997) estas técnicas podem ser divididas em três grandes grupos: Experimentos isolados Experimentos fatoriais completos Experimentos fatoriais fracionados Segundo MONTGOMERY (1991), é necessária uma análise preliminar do processo que será estudado, coletando informações deste processo e solicitando ajuda de especialistas para selecionar os fatores de possível influência. É necessária também uma idéia clara de qual ou quais serão as variáveis de resposta para a partir destes conhecimentos iniciais, definir qual será o método de estudo aplicado EXPERIMENTOS ISOLADOS Segundo TAVEIRA (1997), os experimentos isolados são realizados de forma desordenada, variando um parâmetro de cada vez e avaliando isoladamente a sua influência. Este tipo de experimento exige um grande número de testes e não avalia a influência de vários fatores simultaneamente EXPERIMENTOS FATORIAIS COMPLETOS Este tipo de experimento envolve dois ou mais fatores, variados em dois níveis simultaneamente. MONTGOMERY (1991) explica que os projetos fatoriais completos podem ter seu número de rodadas experimentais calculadas por 2 n, onde n significa o número de fatores que serão variados ao mesmo tempo. Desta forma um experimento fatorial completo com 5 fatores terá 32 rodadas experimentais (2 5 =32). Pode-se desta forma avaliar as influências de todos os fatores e analisar em quais níveis estes fatores devem ser utilizados para maximizar o resultado do processo. A Tabela 3 mostra um exemplo de um experimento fatorial completo, envolvendo 3 fatores a 2 níveis, totalizando 8 rodadas experimentais.

43 34 TABELA 3 EXPERIMENTO FATORIAL COMPLETO Rodadas experimentais Fator 1 Fator 2 Fator 3 Rodada 1 Nível 1 Nível 1 Nível 1 Rodada 2 Nível 1 Nível 2 Nível 1 Rodada 3 Nível 1 Nível 1 Nível 2 Rodada 4 Nível 1 Nível 2 Nível 2 Rodada 5 Nível 2 Nível 1 Nível 1 Rodada 6 Nível 2 Nível 2 Nível 1 Rodada 7 Nível 2 Nível 1 Nível 2 Rodada 8 Nível 2 Nível 2 Nível 2 FONTE: O AUTOR EXPERIMENTOS FATORIAIS FRACIONADOS Experimentos fatoriais fracionados, segundo MONTGOMERY (1991) são utilizados quando há um grande número de fatores para avaliação, que elevam o número de rodadas experimentais e conseqüentemente o tempo e custo destes experimentos. Conforme TAVEIRA (1997), este tipo de experimento deixa de analisar todas as combinações possíveis entre os fatores, porém indica uma tendência de qual fator possui maior influência no processo e em qual nível deve ser utilizado para atingir o resultado esperado. O arranjo fatorial, ou combinação dos fatores em rodadas experimentais é realizado de forma aleatória, deixando algumas combinações fora do experimento. A Figura 25 mostra um exemplo do resultado utilizando DOE. O parâmetro A tem grande influência na variável resposta, já o parâmetro B possui pouca influência. FIGURA 25 TENDÊNCIA DA INFLUENCIA DE PARÂMETROS EM DOE S Parâmetro A Parâmetro B Variável de saída Variável de saída FONTE: O AUTOR Nível 1 Nível 2 Nível 1 Nível 2

44 35 3 METODOLOGIA 3.1 MATERIAL DE ENSAIO O material utilizado para execução dos experimentos será o aço SAE 5160, que tem entre suas características boa temperabilidade, alta resistência à tração e à fadiga. Na condição temperado, sua dureza varia de 55 a 63 HRC. É um dos melhores aços para aplicação em cutelaria fina e propicia bom acabamento final. O aço SAE 5160 possui em sua composição de 0,56 a 0,64% de carbono, 0,7 a 0,9% de cromo e 0,75 a 1% de manganês. A partir de uma barra de perfil retangular, foram cortadas 20 peças nas dimensões descritas no capítulo 3.2, tratadas termicamente pelo processo de têmpera apresentando dureza de 57,5 HRC, microestrutura de martensita revenida, perlita e austenita retida 10%. A Figura 26 ilustra a microestrutura do material após exame metalográfico. A área em marrom indica a martensita revenida, os pontos em preto a perlita e os pontos brancos a austenita retida. FIGURA 26 ESTRUTURA METALOGRÁFICA DOS CORPOS DE PROVA FONTE: O AUTOR

45 CORPOS DE PROVA A retificação plana tem certas restrições quanto a geometria do componente que será retificado, pois não possui dispositivos especiais de fixação, somente mesa magnética com movimento longitudinal e transversal. Analisando-se as condições da máquina, foi definida a utilização de corpos de prova retangulares com dimensões conforme ilustra a Figura 27. FIGURA 27 CORPO DE PROVA - DIMENSIONAL 60mm 20mm 40mm FONTE: O AUTOR 3.3 MÁQUINA RETIFICADORA A máquina utilizada será uma retificadora plana, disponibilizada pelo UnicenP, com mesa magnética de 580 mm de comprimento e 250 mm de largura. Possibilita utilização de rebolos convencionais com rotação máxima de 2250 rpm, dressagem manual com dressador estático e refrigeração com óleo solúvel. A máquina em questão possibilita um avanço transversal (avanço do rebolo lateralmente sobre a peça) entre 0,002 e 1 milímetro, velocidade de oscilação da mesa variável, porém sem escala e rotação fixa do rebolo. A Figura 28 indica as partes principais da máquina e seus eixos de atuação.

46 37 FIGURA 28 MÁQUINA RETIFICADORA Direção da retirada de material Cabeçote Porta- Rebolo Peça-obra Mesa magnética Avanço transversal FONTE: O AUTOR Direção de oscilação da mesa A refrigeração durante a usinagem é realizada com sistema estilo bico de pato, que gera um fluxo turbulento e com pressão insuficiente para vencer a velocidade de corte do rebolo, ou seja, não penetra na região de corte devido à bolsa de ar gerada pela rotação do rebolo, que desvia o jato de fluido da área de corte. Uma alternativa a esta falta de pressão seria um dispositivo fixo no cabeçote porta rebolos, para quebra da barreira aerodinâmica, porém este dispositivo também não está disponível. Desta forma pode-se concluir que a refrigeração é ineficiente, pois não atinge a área de corte impossibilitando a retirada de calor durante a retificação. A Figura 29 mostra o sistema de refrigeração e sua atuação durante a usinagem.

47 38 FIGURA 29 SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO Rebolo Fluxo turbulento Bico de Refrigeração (Bico de Pato) FONTE: O AUTOR 3.4 PLANEJAMENTO DO EXPERIMENTO ESCOLHA DOS PARÂMETROS Os parâmetros escolhidos para verificação de suas influências quanto a rugosidade da peça-obra e danos metalúrgicos ao material, foram baseados nas condições disponíveis do equipamento utilizado e na literatura técnica disponível. Desta forma os parâmetros que serão avaliados, objetivando conhecer suas influências na qualidade da peça foram: tamanho de grão abrasivo, avanço transversal, velocidade da mesa, velocidade de dressagem e retirada de material. Para escolha de cada um destes parâmetros remeteu-se à literatura, buscando uma explicação científica que pudesse contribuir no objetivo do experimento, respeitando as limitações da máquina utilizada.

48 Tamanho do grão abrasivo Na especificação de um rebolo, pode-se fixar a estrutura, dureza, liga e tipo de grãos abrasivos. Neste trabalho utilizou-se óxido de alumínio branco variando o tamanho dos grãos abrasivos, 46 e 60, pois quanto menor o tamanho destes grãos, menor será a distância entre eles e menor a área de contato de cada grão com a peça, possibilitando um corte menos agressivo, atingindo uma rugosidade menor. Desta forma foi definida a especificação de dois rebolos para aplicação no experimento, ambos fornecidos pelo fabricante Saint-Gobain, marca Norton, especificação 38A46L6VH e especificação 38A60L6VH Avanço transversal Na retificação plana, a cada oscilação da mesa, a máquina avança o rebolo contra a peça numa medida definida no botão de ajuste da máquina e quanto maior o avanço transversal maior será o volume de material removido durante a usinagem, que também pode influenciar na qualidade superficial da peça em função de um maior ou menor desgaste do rebolo. Assim foram definidos dois avanços experimentais: 0,02mm e 0,2mm Velocidade da mesa A velocidade da mesa indicará a velocidade com que a peça irá passar pelo rebolo retirando material. Na retificadora disponível para o ensaio não há valor definido para este velocidade, somente um potenciômetro com regulagem imprecisa. Esta velocidade também pode ser definida como a velocidade da retirada de material, uma vez que o rebolo e cada grão abrasivo ficará mais ou menos tempo em contato com a peça. Considerando a limitação do equipamento e o potencial de influência deste parâmetro para o objetivo do experimento, foi definido que será utilizado a velocidade lenta ou rápida da mesa, indicada no potenciômetro da máquina em máximo e uma oscilação lenta marcada aleatoriamente no painel da máquina.