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15 Congresso de Iniciao Cientfica

ANLISE DE ESTRATGIAS DE CORTE PARA MANUFATURA DE SUPERFCIESCOMPLEXAS COM ALTA VELOCIDADE

Autor(es)

MRCIO TEIXEIRA FERNANDES

Orientador(es)

Klaus Schtzer

Apoio Financeiro

FAPIC

1. Introduo

Com o constante avano da economia mundial, a busca de novas Tecnologias voltadas ao desenvolvimentodo produto tornou-se primordial para a manuteno da competitividade na indstria de moldes e matrizes.Dentre estas Tecnologias a que vem recebendo maior destaque nos ltimos anos, devido aos benefciosproporcionados ao ciclo de vida do produto, a tecnologia HSC. Utilizando-se de altas velocidades derotao e avano, e de pequenas profundidades de corte, este tipo de usinagem garante ao produto finalmelhor qualidade superficial e dimensional, alem de reduzir consideravelmente os tempos envolvidos nacadeia produtiva (Oliveira, et al, 2003). Outra grande vantagem relacionada a este mtodo de usinagem, apossibilidade de se trabalhar com pequenas foras de corte, possibilitando usinagem de paredes finas, antess possveis de serem usinadas atravs do processo de eletroeroso (Schtzer, et al, 2003). No entantopara atingir estes objetivos torna-se necessrio analisar os mais diversos fatores que contribuem paradeterminao do melhor processo de usinagem HSC, tais como, ferramentas de corte, mtodos deinterpolao da trajetria de ferramenta, estratgias de corte, etc (Oliveira , et al, 2003). Pode-se dizer quedentro desta vertente a estratgia de corte representa uma das principais tecnologias relacionadas aoconceito HSC. Sua funcionalidade consiste em determinar a trajetria da ferramenta em cada operao deusinagem. A escolha correta da estratgia de corte esta intimamente ligada ao grau de curvatura dasuperfcie utilizada, exigindo assim amplo conhecimento por parte do programador para determinar qualestratgia realmente se adapta a determinada geometria. Entretanto quando bem aplicada a estratgia decorte influencia positivamente nas caractersticas finais do produto como, tempo de usinagem, acabamentosuperficial e exatido geomtrica (Pereira , et al, 2006). Os Sistemas CAM atuais disponibilizam uma sriede estratgias, cabendo assim ao programador identificar qual delas se adapta melhor a superfcie em quese deseja trabalhar. A seguir so demonstrados alguns dos principais tipos de estratgias de corte:

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Zig/Raster linear e unidirecional. Sua aplicao mais voltada a modelos retangulares, sendo que suatrajetria descrita atravs da projeo de linhas paralelas entre si na superfcie a ser usinada (Ramos,2003). Este tipo de trajetria garante alta qualidade superficial a superfcies simples, no entanto tem adesvantagem de apresentar uma considervel quantia de tempo no produtivo devido ao retorno daferramenta de corte (Choy, 2003). Zig - Zag semelhante a estratgia Raster, no entanto a remoo dematerial ocorre em ambas as direes, eliminando assim o tempo inativo da ferramenta. A desvantagemdeste mtodo que a remoo de material nas duas direes alternadamente causa trepidaes namaquina ferramenta, comprometendo assim a qualidade superficial e reduzindo a vida til da ferramenta(Choy, 2003). Radial Lines Esta estratgia semelhante a Zig-Zag, prem determinado um ponto centralpor onde partir a trajetria da ferramenta (Pereira, 2004). Follow Periphery/3D Offset Se distingue dasdemais por apresentar passo lateral constante devido a trajetria da ferramenta ser baseada em offsets domodelo geomtrico. muito utilizada em peas que apresentam geometrias complexas, tanto nas operaesde desbaste como nas de pr-acabamento e acabamento. A Figura 1 demonstra 3 diferentes tipos deestratgias de corte sendo aplicadas na operao de acabamento de uma hlice.

2. Objetivos

Este projeto de iniciao cientifica visa a capacitao na cadeia de desenvolvimento do produto utilizandopara isto, um Sistema CAD/CAM na gerao do programas NC para a mquina CNC e o conhecimentoprtico das estratgias de usinagem para manufatura de superfcies complexas. Entre os objetivosespecficos destacam-se: Adquirir o conhecimento necessrio para o modelamento de superfciescomplexas atravs da utilizao do Sistema CAD modelador de superfcies; Adquirir conhecimentonecessrio para a gerao de programas NC atravs do Sistema CAM; Definir um corpo de Provapadro para os ensaios de usinagem; Estudar diferentes estratgias de corte atravs da usinagem docorpo de prova.

3. Desenvolvimento

Para obteno de conhecimento no processo de modelamento e manufatura foi necessrio primeiramenterealizar um treinamento nos Sistemas CAD e CAM. Para isto foi utilizado o tutorial do prprio software etambm apostilas didticas desenvolvidas pelo SCPM. Durante este treinamento diversas peas forammodeladas no Sistema CAD, sendo que para algumas delas foi feita a programao CAM. Aps um perodoincial de treinamento, passou-se a se dedicar ao estudo de estratgias de corte, neste perodo foramrealizadas vrias simulaes de usinagem no prprio software, tendo como parmetros de comparao otempo e o sobremetal simulados pelo software. Aps a usinagem dos corpos de prova, foram realizadasalgumas comparaes das estratgias de corte adotadas. As anlises foram feitas com base no aspectosuperficial e nos tempos de usinagem. Para efeito de comparao e validao dos resultados foramdefinidas diferentes abordagens de estratgias para cada uma das quatro cavidades. Tambm foi realizadoestudo de rugosidade para definio da melhor ferramenta. Atravs deste estudo foi possvel constatar queferramentas esfricas com dimetros maiores apresentavam melhor rugosidade superficial, sendo assimoptou-se por utilizar uma ferramenta com o maior dimetro possvel para o acabamento das cavidades. Paraa cavidade 1, foi utilizada a estratgia Zig-Zag com 90 graus de inclinao em relao ao eixo x, ou seja, nosentido transversal a geometria da cavidade. Para cavidade 2 utilizou-se tambm a estratgia Zig-Zag, noentanto neste caso foi feita no sentido longitudinal a geometria da cavidade. Para a cavidade 3, foi utilizada aestratgia Follow Periphery, que caracterizada por descrever sua trajetria baseado-se em offsets dageometria. Para cavidade 4, foram utilizadas duas estratgias, Follow Periphery para regies queapresentassem grau de inclinao maior que 25 graus, e Zig-Zag para regies que apresentassem grau deinclinao menor que 25 graus. Os parmetros utilizados para usinagem das quatro cavidades foram osseguintes: Rotao do eixo rvore: 10000 min-1; Velocidade de avano (vf): 3000 mm/min; Velocidade de corte (vc): 376 m/min; Avano por aresta (fz):0,15 mm; Espessura de corte: 0,2mm Sobremetal: 0 mm; Dimetro da ferramenta: 12 mm; Arestas de corte: 2; A usinagemfoi realizada em um centro de usinagem Discovery 760, que apresenta as seguintes especificaes tcnicas:

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rotao mxima: 10000 min-1; avano rpido : 25000 mm/min; mximo avanoprogramvel: 5000 mm/min; Comando Siemens 810D, configurado especialmente para o SCPM-UNIMEP,permitindo alm de sua configurao standard, caractersticas adicionais como: execuo de funesSplines e interface para ethernet.

4. Resultados

4.1 Anlise dos tempos de usinagem do corpo de prova Na usinagem dos corpos de prova foramutilizadas as operaes de desbaste, pr-acabamento e acabamento. Para operao de desbasteprocurou-se obter grande remoo de cavaco em um menor tempo possvel. Para a operao depr-acabamento objetivou-se a uniformizao do sobremetal restante da operao de desbaste. Os temposobtidos nas operaes de acabamento so descritos na Tabela 1. 4.2 Aspecto Superficial A seguir serodemonstrados os resultados obtidos atravs da anlise do corpo de prova usinado, visualizado na figura 2. Cavidade 1 Para a cavidade 1, foi utilizada a estratgia Zig-Zag com 90 graus em relao ao eixo x,observou-se neste ensaio que a usinagem relativa estratgia Zig-Zag 90 apresentou acabamento superficialrazovel, com grande uniformidade ao longo da pea. Pelo fato da trajetria ser descrita na regio frontal asuperfcie com maio grau de inclinao, esta trajetria se mostrou mais eficiente que a Zig-Zag 0 aplicadana cavidade 2, no entanto a real eficincia desta estratgia ficou comprometida por apresentar um tempo deusinagem bem superior s demais estratgias estudadas. Cavidade 2 Na cavidade 2 tambm foiaplicada a estratgia Zig-Zag, prem a trajetria foi descrita no sentido longitudinal da cavidade. Atravsdeste ensaio foi possvel observar que as regies com grande grau inclinao no apresentaram boaqualidade superficial. No entanto na regio inferior da cavidade onde a superfcie apresenta pouca inclinaoa estratgia se mostrou eficiente, resultando em um bom acabamento superficial. Cavidade 3 Atrajetria escolhida para a terceira cavidade conhecida como Follow Periphery sendo caracterizada pordescrever sua trajetria baseado-se em offsets da geometria. Esta estratgia mostrou-se superior asanalisadas anteriormente apresentando acabamento superficial satisfatrio, tanto nas superfcies com poucograu de inclinao, quanto nas superfcies com elevado grau de inclinao. Cavidade 4 A ultimausinagem analisada foi composta por duas estratgias de corte. Nas regies com inclinao menor que 25graus a trajetria utilizada foi a Zig-Zag, j nas regies onde a inclinao era superior a 25 graus utilizou-se atrajetria Follow Periphery. Dentre os 4 ensaios realizados este foi o que atingiu melhor acabamentosuperficial, apresentando bom acabamento superficial em toda geometria. Apesar de apresentar um tempode usinagem maior que as cavidades 2 e 3 o acabamento foi bem superior, tornando-a assim a maiseficiente para a geometria estudada.

5. Consideraes Finais

No decorrer deste projeto adquiriu-se conhecimento terico a respeito da cadeia CAD/CAM/CNC voltada manufatura em altas velocidades. Tambm foi possvel entender com maior clareza a influncia que asestratgias de corte exercem nas caractersticas finais do produto como tempo de usinagem e acabamentosuperficial. A obteno deste conhecimento deve-se a ampla pesquisa bibliogrfica realizada sobre oassunto em artigos e livros. Aps a realizao da pesquisa bibliogrfica foi realizada a capacitao emSistemas CAD/CAM, o objetivo desta etapa foi aplicar na pratica tudo o que havia sido visto anteriormentena teoria. Inicialmente foi realizada a capacitao no Sistema CAD Unigraphics NX, utilizando para isto otutorial disponvel no prprio software. Nesta etapa foram modeladas varias peas visando aplicar oconhecimento adquirido no tutorial do software em problemas reais. Uma vez realizado o treinamento emSistemas CAD foi ento iniciado o treinamento em Sistemas CAM tambm com o software Unigraphics NX.Para este treinamento utilizou-se apostilas elaboradas pelo Laboratrio de Sistemas Computacionais paraProjeto e Manufatura tendo sempre como foco principal a escolha de estratgias de corte. Posteriormente aesta fase de treinamento foi definido qual seria o corpo de prova utilizado, sendo em seguida gerado oprocesso de manufatura para o modelo com as respectivas estratgias de corte estipuladas para a anlise.A ultima etapa englobou manufatura do corpo de prova e as anlises de tempo e qualidade superficial nomesmo. Com relao ao tempo de usinagem nas operaes de acabamento, verificou-se que a estratgias

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aplicadas a cavidade 2, 3 e 4 apresentaram bons tempos, ficando muito prximas do tempo de usinagemsimulado pelo software. No entanto a estratgia aplicada a cavidade 1 apresentou tempo de usinagem bemsuperior ao tempo simulado. Isto ocorreu pelo fato da trajetria ser composta por vrios segmentos de retasde pequenas dimenses, resultando assim em uma velocidade real de avano bem inferior velocidadeprogramada. Com relao a qualidade superficial, verificou-se que a estratgia Zig Zag apresentaacabamento satisfatrio em superfcies planas ou com pouca inclinao, e tambm em superfcies inclinadasonde a sentido da trajetria da ferramenta frontal a inclinao. Isto foi possvel de se verificar atravs daanlise visual das cavidades 1 e 2. Observou-se tambm por meio da anlise da cavidade 3 que a estratgiaFollow Periphery mostrou-se bastante eficiente apresentando qualidade superficial satisfatria e baixo tempode usinagem. No entanto a cavidade que apresentou a melhor relao qualidade superficial por tempo deusinagem foi a estratgia otimizada (Follow Periphery + Zig Zag), utilizada na cavidade 4. Neste ensaioobteve-se a melhor qualidade superficial e um tempo de usinagem aceitvel.

Referncias Bibliogrficas

Choy, H.S ; Chan, K.W : A corner-looping based tool path for pocket milling. CAD Computer Aided Design,v 35, n 2, February, 2003, p 155-166.Oliveira, F.G. et al : Usinagem em Altssimas Velocidades. So Paulo: Editora rica, 2003. 214 p.Pereira, S.C. et al : The influence of the manufacturing strategy on the production of molds and die.Journalof Materials Processing Technology, v 179, n 1-3, Oct 20, 2006, p 172-177.Pereira, S.C : Capacitao em modelamento e manufatura de slidos utilizando o sistema CAD/CAM.Relatrio cientifico. Universidade Metodista de Piracicaba, Santa Brbara DOeste, 2004.Ramos, A.M : The influence of finishing milling strategies on texture, roughness and dimensional deviationson the machining of complex surfaces. Journal of Materials Processing Technology, v 136, n 1-3, May 10,2003, p 209-216.Schtzer, K. et al.: Usinagem em Altssimas Velocidades. So Paulo: Editora rica, 2003. 214 p.

Anexos

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\ (pg. 4)\ (pg. 4)\ (pg. 4)\ (pg. 4)\ (pg. 4)\ (pg. 4)

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