VII Seminário da Pós-graduação em Engenharia Mecânica

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1 ANALISÉ DO PROCESSO DE TORNEAMENTO DE MADEIRAS Raul M. dos Santos Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Unesp Bauru Prof. Dr. Manoel C. de Sampaio Alves Orientador Depto de Engenharia Mecânica Unesp Guaratinguetá RESUMO A escassez de outros trabalhos tratando sobre o torneamento de madeiras, assim como os demais processos que envolvem a madeira somados ao aumento contínuo do uso deste material no setor industrial cria uma demanda por pesquisas envolvendo processos produtivos. O setor industrial madeireiro se encontra em plena evolução e adaptação socioambiental, possuindo grande dificuldade e tendo como maior barreira a falta de referências bibliográficas. O trabalho estuda o processo de torneamento de madeira de Pinus e Corymbia, apresentando uma análise sobre os efeitos da velocidade de corte e da velocidade de avanço na vibração, emissão acústica, força e rugosidade, desenvolvendo um dispositivo para captação de força de corte, emissão acústica e vibração no processo de torneamento. Analisou-se ainda a influência da variação dos parâmetros de corte na qualidade superficial das peças. Foram utilizadas 3 (três) velocidades de corte, 3 (três) velocidades de avanço e 2 (duas) espécies de madeira (Pinus elliottii e Corymbia citriodora). Foram realizados um total de 108 ensaios, sendo cada condição repetida 6 vezes. Os resultados adquiridos foram analisados estatisticamente através de análise de variância e teste de Tukey. Através da realização dos ensaios, comprovou-se a eficiência do dispositivo projetado para coleta de dados. Não notou-se relação significativa entre os resultados e as velocidades de avanço testadas, já em relação às velocidades de corte, os resultados apresentaram-se diferentes significativamente. PALAVRAS-CHAVE: Modelo, Simpósio, Engenharia Mecânica. 1. INTRODUÇÃO A indústria madeireira apresenta evolução acelerada, novos estudos e novas tecnologias são buscados a cada dia, acompanhando a tendência do mercado para que o seu crescimento não ocorra de maneira desordenada. Segundo a notícia Tendências e perspectivas para o setor de florestas plantadas, datada de 13/05/2009, publicada no portal da ABIMCI (Associação Brasileira da Indústria de Madeira Processada Mecanicamente), extraída da Revista Opiniões, a silvicultura no âmbito nacional está em um pleno crescimento, principalmente em função dos setores de papel e celulose, madeira processada e energia que, em conjunto, deverão investir, até o ano de 2015, um montante superior a US$ 30 bilhões. A notícia reporta, ainda, o aumento das florestas plantadas no Brasil, com crescimento anual superior a 40 m³ por hectare, para o eucalipto, e 30 m³ por hectare para o pinus. Além disso, as exportações em agronegócios vem sendo puxadas pelo aumento contínuo de exportações de produtos florestais.

2 Dessa forma, pesquisas envolvendo processos produtivos para o trabalho com a madeira são cada vez mais necessárias de forma a tornar os processos mais eficientes, diminuindo os custos, aumentando os lucros e permitindo o avanço deste setor industrial. Dos vários processos produtivos usados em indústrias madeireiras, tem-se o torneamento, que é o processo responsável por produzir peças cilíndricas muito usadas nas indústrias de móveis. Porém, da mesma forma que outros processos envolvendo o trabalho com a madeira, existem poucos trabalhos específicos tratando este processo. Propõe-se a realização de um estudo envolvendo torneamento de pinus e eucalipto, usando diferentes materiais para ferramentas de corte, com diferentes geometrias analisando os efeitos da variação da velocidade de corte e de avanço no processo. Este estudo deve-se ao pouco conhecimento sobre o processo de torneamento destes dois materiais muito utilizados na indústria madeireira. Os objetivos traçados partem da utilização de um sistema de aquisição de dados para o processo de torneamento em torno CNC, considerando as características específicas do torno, ferramenta de corte e sensores utilizados nesse trabalho. Com este sistema consegue-se a realização de ensaios e a coleta dos dados a fim de que se possa averiguar a influência das velocidades de corte e avanço e do tipo de ferramenta, na vibração, emissão acústica, potência, força e rugosidade de peças de Pinus elliottii e Corymbia citriodora (Ex Eucaliptus citriodora). 2. REVISÃO BIBLIOGRAFICA No presente trabalho, utilizou-se dois tipos de madeira sendo elas, Pinus elliottii e Corymbia citriodora, apresentando uma análise sobre os efeitos da velocidade de corte, da velocidade de avanço, e da ferramenta de corte na vibração, emissão acústica, potência e rugosidade, através um dispositivo para captação destas variáveis. 2.1 Usinagem A usinagem é um processo que consiste na remoção precisa de material através de ações como torneamento, aplainamento, furação, alargamento, rebaixamento, mandrilamento, fresamento, serramento, brochamento, roscamento, limagem, rasqueteamento, tamboramento, retificação, brunimento, superacabamento, lixamento, afiação, denteamento, jateamento, polimento, espelhamento e lapidação. Esta operação confere a peça acabamento, ou dimensões, ou forma, ou a combinação destas gerando cavaco (Figura 1).

3 Figura 1: Formação do cavaco (GONÇALVES, 2000 modificada pelo autor). Cavaco é o material, de forma geométrica irregular, retirado pela ferramenta. A formação do cavaco pode ser decomposto em duas fases formação e ruptura, conforme a Figura 2. Nela pode-se observar o processo de serramento por serra fita no corte perpendicular as fibras, podendo ilustrar o processo de torneamento também. Figura 2: (a) Formação e (b) ruptura do cavaco (GONÇALVES, 2000). 2.2 O Processo de torneamento O torneamento é um processo mecânico de usinagem definido como processo de usinagem de geometria definida destinado a obtenção de superfícies de revolução com o auxílio de uma ou mais ferramentas monocortantes. Para tanto, a peça gira em torno do eixo

4 principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetória coplanar com o eixo referido. Quanto à forma da trajetória, o torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo (COSTA et al, 2006). Todo o processo de torneamento é feito no chamado Plano de Trabalho. Segundo Ferraresi (1982), este é o plano onde estão contidas as direções de avanço e de corte, ou seja, onde ocorre a formação do cavaco. 2.3 Torno CNC Máquinas e ferramentas comandadas por computador são chamadas de CNC (comando numérico computadorizado). Segundo Costa et al (2006), a possibilidade de fabricar peças com geometrias complexas, com maior precisão e com um acabamento mais satisfatório. Fabricação de peças com as mesmas caracteristicas e redução de mão de obra são alguns dos benefícios trazidos pela utilização de máquinas CNC. Os tornos com comando numérico diferem-se basicamente dos tornos convencionais, uma vez que não necessitam de acessórios que proporcionem o controle dos movimentos da máquina, tais como gabaritos, cames, limites, etc. e até mesmo a interferência direta do operador. Durante o procedimento de usinagem em torno CNC a ferramenta desempenha dois movimentos de avanço: ao longo da peça e em direção ao centro da mesma. Segundo Souza (2011), são combinações dessas duas direções, resultando em superfícies cônicas ou cilíndricas, com as quais as unidades de controle dos tornos CNC atuais podem lidar por meio de muitas possibilidades de programas. 2.4 Características da Madeira que Influenciam no Consumo de Potência A medição dos valores de força e potência de corte não é uma prática comum nas operações de corte e processamento de madeira. Tal procedimento pode ser feito através de instrumentação durante os processos. Gonçalves (2000), diz que estes valores necessitam ser medidos experimentalmente, a fim de se determinar a propriedade de resistência ao corte de cada espécie de madeira, para condições pré-estabelecidas de umidade, direcionamento das fibras e geometria da ferramenta. Pode-se medir potência em usinagem por meio de medidas de consumo de corrente elétrica e de tensão, onde as medidas de tensão podem ser obtidas através do uso de voltímetros e as medidas de corrente por meio de amperímetros. A partir de softwares como o LabVIEW e Matlab é possível fazer uma análise detalhada do consumo de potência para cada usinagem realizada (SOUZA, 2009). 3. MATERIAIS E MÉTODOS No presente estudo, utilizou 2 diferentes tipos de ferramentas de corte de geometrias diferentes. Serão utilizadas 3 velocidades de corte e 3 velocidades de avanço, totalizando 216 ensaios, um banco de ensaio que é composto por um torno cnc da marca EMCO, modelo Compact 5. O Mesmo se encontra no campus da UNESP ITAPEVA. Módulo de emissão acústica composto por um sensor de emissão acústica (piezoelétrico) e um amplificador de sinal com saída retificada em RMS, marca PHYSICAL ACOUSTICS CORPORATION, modelo do sensor R15A, modelo do amplificador de sinal

5 Sensor de efeito Hall da marca LEM modelo AT 5 B10 e com saída de 0 10V para captação da potência consumida do motor durante o torneamento. Amplificador da célula de carga, tem a função de receber o sinal elétrico da célula de carga e amplificá-lo para um valor em voltagem proporcional a deformação da célula, marca BITEC, modelo TCA500. Placa de aquisição de dados, marca National Instruments, modelo NI PCI A placa de aquisição de dados tem a função de receber os sinais analógicos dos sensores e transformá-los em sinais digitais para ser interpretado pelo software no microcomputador. O software utilizado para captação dos dados adquiridos pelos sensores foi feito no programa LabView 7.1 da National Instruments, onde foi elaborado um programa para adquirir os dados com uma taxa de aquisição de 400 pontos por segundo em forma de matriz salvando em arquivo de texto. Além dos componentes citados acima, o sistema de monitoramento e aquisição de dados possui dois microcomputadores para processamento e armazenamento dos dados, uma fonte variável 0-30 VCC, com três saídas independentes da marca MINIPA, modelo MPL3303 para alimentação dos módulos de vibração e emissão acústica, e um painel elétrico para acionamento da lixadeira e controle do sistema de aquisição, onde nesse painel existe um inversor de freqüência da marca WEG modelo µline com tensão de alimentação de 380 V e 3A, para o controle da velocidade da lixadeira, além disso, o painel possui uma fonte de alimentação da marca Siemens com entrada VAC com saída de 24 VCC para alimentação do amplificador da célula de carga e do transdutor de corrente. Para medição da rugosidade superficial utilizou-se um rugosímetro da marca TAYLOR HOBSON, modelo Surtronic 25+

6 VARIÁVEIS DE ENTRADA Pinus elliottii Corymbia citriodora ESPÉCIES ESTUDADAS VC1 VC2 VC3 VELOCIDADE DE CORTE VF1 VF2 VF3 VELOCIDADES DE AVANÇO F1 F2 FERRAMENTAS Seis repetições para cada variável VARIÁVEIS DE SAÍDA POTÊNCIA VIBRAÇÃO EMISSÃO RUGOSIDADE Figura 3: Procedimentos dos experimentos

7 Figura 4: Banco de ensaio Figura 5: Corpos de prova usinados

8 4. RESULTADOS E CONCLUSOES Pinus: Tem-se uma leve tendência de diminuição da força de usinagem conforme o aumento da velocidade de avanço. Quanto às velocidades de corte, a força diminui consideravelmente com o aumento da velocidade. Extrai-se que não há variação significativa entre as velocidades de avanço testadas e a quantidade de emissão acústica, o que não se repete em relação às velocidades de corte, pois há uma clara tendência de diminuição da emissão acústica na medida em que se aumenta a velocidade de corte. Em relação a rugosidade, a análise estatística mostra que só há diferença significativa entre as duas maiores velocidades de corte Vc. Quanto às velocidades de avanço testadas, não há qualquer relação aparente, o que é comprovado pela análise estatística. Pode-se dizer que não há relação entre a vibração e a velocidade de avanço do processo de torneamento da madeira de Pinus. No entanto, com relação às velocidades de corte, há uma tendência de que ocorra maior vibração Corymbia: Não há como identificar quaisquer relações significativas entre a rugosidade das peças torneadas e as velocidades de avanço e corte testadas. Observa-se uma leve tendência de diminuição da força conforme a diminuição da velocidade de avanço. Já entre às velocidades de corte, tem-se uma diferença claramente perceptível da força A uma certa tendência de aumento da vibração com o aumento da velocidade de corte. Entre as velocidades de avanço não se nota relação visível com a vibração. A análise dos dados apresenta a ausência de relação significativa entre os valores de vibração tanto para com as velocidades de avanço quanto para com as velocidades de corte Uma análise estatística não aponta como significativa a relação entre a emissão acústica e o parâmetro da velocidade de avanço. No entanto, confirma-se a diferença dos valores de emissão acústica na velocidades de corte Quanto à relação entre as variáveis de entrada e às de saída, concluiu-se que não há relação significativa entre qualquer dos parâmetros de saída testados e as velocidades de avanço utilizadas. A rugosidade das peças após o processo de torneamento somente possui relação significativa com as velocidades de para as peças em madeira de Pinus. A força de usinagem, por sua vez, se altera significativamente para todas as velocidades de corte testadas, tanto para as peças em madeira de Pinus quanto para as peças em madeira de Corymbia. A variável emissão acústica tem relação significativa entre todas as velocidades de corte testadas nos processos de usinagem em madeira de Pinus e, nos processos de usinagem em madeira de Corymbia, há diferença significativa nos valores de emissão acústica na velocidade de corte de 2,13 m/s em relação às demais velocidades de corte utilizadas. Quanto à vibração, não há relação significativa para com as velocidades de corte utilizadas

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMORIM, Heraldo José de. ESTUDO DA RELAÇÃO ENTRE VELOCIDADE DE CORTE, DESGASTE DE FERRAMENTA, RUGOSIDADE E FORÇAS DE USINAGEM EM TORNEAMENTO COM FERRAMENTA DE METAL DURO f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rio Grande do Sul, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, p. NBR 6405: Rugosidade das superfícies. Rio de Janeiro, CARPINETTI, L.C.R. Rugosidade superficial: conceitos e princípios de medição. Apostila. São Carlos. Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de são Paulo p. CARPINETTI, L. C. R.; GONÇALVES FILHO, E. V.; PORTO, A. J. V.; JASINEVICIUS, R. G. Rugosidade Superficial: Conceitos e Princípios de Medição. São Carlos: Apostila, pp. 51, Seção de Publicações da EESC-USP, DINIZ, Anselmo Eduardo; MARCONDES, Francisco Carlos; COPPINI, Nivaldo Lemos. TECNOLOGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS. 5. ed. São Paulo: Artliber, p. FERRARESI, Dino. Fundamentos da Usinagem dos Metais. São Paulo: Blucher, p. GONÇALVES, M.T.T.; CAGNON. J. A.; TIBÚRCIO, U. F de. O.; SOUZA, A. J. D de. Consumo de potência no torneamento cilíndrico de madeiras de eucalipto. In: EBRAMEM, 10º. São Pedro, SP, Anais GONÇALVES, Marcos Tadeu Tiburcio. Processamento de usinagem à Comando Numérico Computadorizado (CNC) torneamento e fresamento. 87 f SOUZA, Alexandre Jorge Duarte de. Proposição de um novo método de medição do desgaste em ferramentas de corte empregadas em operações de fresamento da madeira. 101 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, SOUZA, A. J. Processos de Fabricação por Usinagem Parte 1. Apostila de Usinagem Universidade Federal do Rio Grande do Sul p.