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CRISTOF LEONHARDT
DESENVOLVIMENTO E ESTUDO DO PROCESSO DE ACABAMENTO POR ABRASÃO ELETROMAGNÉTICA
Monografia apresentada ao Departamento de Engenharia Mecânica da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para obtenção do diploma de Engenheiro Mecânico.
Orientador: Prof. MSc.Heraldo Amorim
Porto Alegre 2004
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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia
Departamento de Engenharia Mecânica
DESENVOLVIMENTO E ESTUDO DO PROCESSO DE ACABAMENTO POR ABRASÃO ELETROMAGNÉTICA
CRISTOF LEONHARDT
ESTA MONOGRAFIA FOI JULGADA ADEQUADA COMO PARTE DOS
REQUISITOS PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ENGENHEIRO MECÂNICO
APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELA BANCA EXAMINADORA DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA.
Prof. Dr. Flávio José Lorini Coordenador do Curso de Engenharia Mecânica
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Dr. Eduardo A. Perondi UFRGS / DEMEC
Prof. Dr. Joyson Pacheco UFRGS / DEMEC
Prof. Darci Barnech Campani UFRGS / DEMEC
Porto Alegre 2004
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Dedico esse trabalho única e exclusivamente aos meus pais, que sempre me apoiaram nas minhas decisões, e os quais amo de coração.
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AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar, agradeço de modo especial a Heraldo Amorim, que demonstrou ser um ótimo orientador.
Ao grande amigo Daniel Saraiva, cuja ajuda foi muito importante na retal final. A Jéferson Machado, Cássio Mikulsky, Tiago e Álvaro, pela ajuda e amizade. Aos professores Flávio Lorini e Ály Ferreira, pelos espaços e equipamentos cedidos durante a realização deste trabalho.
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Este trabalho contou com apoio do Laboratório de Usinagem e Laboratório de Máquina Elétricas (LME).
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In life, there’s a few opportunities to be a hero, but always a chance not to be a coward.
R.B.
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LEONHARDT. C. Desenvolvimento e Estudo do Processo de Acabamento por Abrasão Eletromagnética. 2003. 20f. Monografia (Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Mecânica) – Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2003. RESUMO Este trabalho consiste no desenvolvimento e estudo preliminar de um sistema para processo de acabamento por abrasão eletromagnética. O processo consiste na usinagem de uma peça em um torno com o auxílio de um dispositivo gerador de campo magnético (eletroímã). Esse dispositivo, montado de forma concêntrica em relação à peça usinada, cria condições para o uso de partículas magnético abrasivas (PMAs) que, preenchendo os espaços entre os pólos magnéticos e a peça, realiza a usinagem por desgaste, conferindo o acabamento desejado. O eletroímã é dimensionado para gerar um valor de campo magnético suficiente para suportar o pó abrasivo no espaço entre o corpo de prova e os pólos do eletroímã. Apenas a força de atração entre os pólos e a peça deve ser considerada. A partir de ensaios realizados para avaliar a funcionabilidade do sistema é possível constatar a viabilidade para operações de polimento ou de acabamento leve. Além disso, o custo envolvido na construção do sistema é muito baixo comparado a equipamentos de retífica convencionais. PALAVRAS-CHAVE: Retífica, Abrasão, Eletromagnetismo.
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LEONHARDT. C. Development and Study of Electromagnetic Abrasive Finishing Process. 2003. 20f. 1998. Monografia (Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Mecânica) – Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2003. ABSTRACT This work consists on a preliminary development and study of magnetic abrasive finishing process. This process consists on the finishing of a workpiece with the aid of a magnetic field generator device (electromagnet). This device, concentrically assembled with the workpiece, creates the conditions for using magnetic abrasive particles (MAPs) which fills the gaps between the magnetic poles and the workpiece, wearing its surface giving the desired finishing. The electromagnet is dimensioned to generate a magnetic field enough to hold the MAPs into the gap between the poles and the workpiece. From tests realized to evaluate the system funcionability is possible to verify that the process is widely viable for polishing and low finishing. Moreover, the cost involved on the system’s construction is very low compared to conventional machines. KEYWORDS: Finishing, Abrasive, Electromagnetism.
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SUMÁRIO
ABSTRACT ..............................................................................................................................8
1. INTRODUÇÃO ..............................................................................................................10
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................11
2.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO .................................................................11 2.2 ESTADO DA ARTE ...............................................................................................12
3 PROJETO DO PROTÓTIPO .......................................................................................14
3.1 ELETROÍMÃ .........................................................................................................14 3.1.1 PARÂMETROS CALCULADOS PARA O ELETROÍMÃ .................................16 3.1.2 SELEÇÃO DOS MATERIAIS ...........................................................................17 3.1.3 SELEÇÃO DO FIO...........................................................................................17 3.1.4 FONTE DE CORRENTE..................................................................................17 3.1.5 DADOS DO ELETROÍMÃ ...............................................................................17
3.2 SUPORTE E SISTEMA DE FIXAÇÃO ...............................................................18
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.......................................................................18
4.1 PREPARAÇÃO DOS ENSAIOS...........................................................................18 4.2 ENSAIOS.................................................................................................................19
5 RESULTADOS E ANÁLISE.........................................................................................20
6 CONCLUSÕES...............................................................................................................23
6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS.................................................23
7 REFERÊNCIAS .............................................................................................................24
8 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ...............................................................................24
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1. INTRODUÇÃO
Dentre os vários processos de fabricação utilizados pela indústria, a usinagem de materiais desempenha um papel importante, visto que a maioria das peças e produtos possuem sua forma e acabamento final devido a este processo. Segundo Shaw, em 1984, estes processos eram os mais importantes economicamente, com custos associados estimados em cerca de 10% do PIB dos países industrializados.
Os processos de fabricação por usinagem caracterizam-se pela remoção de material de uma peça, que assume a forma, acabamento e dimensões desejadas. Estes processos permitem a obtenção de tolerâncias dimensionais bastante apertadas, bem como acabamentos superficiais de alta qualidade e formas complexas, não podendo, geralmente, ser substituídos por nenhum outro processo de fabricação.
Os processos de usinagem são vários, e vem se diferenciando muito nos últimos anos, principalmente devido ao forte desenvolvimento industrial. Os avanços verificados dizem respeito tanto ao descobrimento de novas tecnologias, quanto ao aprimoramento dos métodos convencionais de usinagem. Tornos de altas rotações, comandos numéricos mais versáteis, materiais para ferramentas e máquinas de oito eixos são alguns exemplos.
Definem-se processos convencionais os mais conhecidos e utilizados, como torneamento e fresamento, onde a remoção de material ocorre de forma mecânica, através de uma ferramenta com uma ou mais arestas cortantes. Processos não convencionais de usinagem englobam soluções mais recentes como corte a jato d’água e corte a LASER. Alguns desses processos são muito recentes, com aplicação ainda muito limitada ou em fase de pesquisa. Um processo de usinagem surgido ao final dos anos noventa na União Soviética, utiliza um eletroímã para gerar um campo magnético no entorno da peça a ser trabalhada. Entre os pólos do eletroímã e a peça são despejadas partículas magneto abrasivas, formadas por partículas ferromagnéticas e partículas abrasivas, as quais orientam-se na direção das linhas de campo magnético contra a peça. Esse processo é aplicado especificamente para conferir acabamento superficial ou retirada de rebarbas, e tem apresentado resultados satisfatórios em suas aplicações. O objetivo deste trabalho é desenvolver e construir um dispositivo de baixo custo para avaliar a funcionalidade e características desse processo. A seguir é feita uma breve revisão do que tem sido realizado na área de pesquisa sobre o assunto. Em seguida são apresentadas as etapas de dimensionamento e construtivas, os testes realizados e resultados obtidos, bem como conclusões encontradas.
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2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
O sistema faz uso de um eletroímã para criar um campo magnético em torno da peça. Os dois pólos do eletroímã ficam um pouco afastados da peça, de maneira que esse espaço possa ser preenchido por partículas magnético abrasivas (PMAs) (Figura 1). Essas partículas são constituídas por partículas ferromagnéticas misturadas com grãos de material abrasivo como alumina (Al2O3), carbeto de silício (SiC) ou carbeto de nióbio(NbC) (Figura 2).
Figura 1 – desenho esquemático de funcionamento do processo.
Figura 2 – partículas magnético abrasivas (PMAs) do tipo ligadas. Adaptado de Chang et al., 2001. Segundo Jain et al., 2001, as PMAs podem ser de três tipos: não ligadas, ligadas ou de fraca ligação. As partículas ligadas são preparadas através da sinterização pó ferromagnético com pó abrasivo em alta temperatura e pressão, numa atmosfera de gás inerte. Também podem ser produzidas quimicamente, num processo que consiste em misturar as partículas abrasivas às ferromagnéticas numa solução de níquel. As partículas de ligação fraca são
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preparadas misturando-se mecanicamente pó ferromagnético, pó abrasivo e uma pequena quantidade de lubrificante sólido, o qual realiza a função de ligante. No caso de partículas não ligadas, o pó abrasivo é simplesmente misturado ao pó ferromagnético mecanicamente. Durante a operação, as PMAs ocupam o espaço entre os pólos magnéticos e a peça, unindo-se umas às outras ao longo das linhas de corrente (Figura 1). As partículas ferromagnéticas orientam-se na direção das linhas de fluxo magnético, dando sustentação às partículas abrasivas, mantendo-as contra a peça em rotação. A variação do campo magnético e da folga pólo-peça, tem influência direta na força de contato entre as PMAs e a peça, o que determina a quantidade de material removido e acabamento.
2.2 ESTADO DA ARTE Por se tratar de um processo novo ainda existe pouca bibliografia disponível. A maioria
dos artigos encontrados trata de avaliar o processo quanto a influência de algum parâmetro de usinagem no acabamento, medido através da rugosidade superficial.
Chang et al., 2001, avaliam o comportamento de partículas de fraca ligação no acabamento superficial. A mistura utilizada no trabalho é composta por carbeto de silício (SiC) e partículas ferromagnéticas, misturadas com lubrificante SAE30. Limalhas de ferro e de aço foram utilizadas como partículas ferromagnéticas, sendo cada uma misturada com SiC em cristais de 1.2 e 5.5µm. Os parâmetros utilizados seguem na Tabela 1.
Tabela 1 – parâmetros de ensaio com partículas de ligação fraca (Chang, 2001). Corpo de prova SKD11, HRC55 (HV600)
φ15x80mm Folga pólo-peça 1mm Velocidade tang. 0.4m/s Vibração axial 5Hz Amplitude 5mm Densidade de fluxo magnético 0.65T Corrente i 0.3A Peso da mistura Partículas ferromagnéticas: 4g Partículas abrasivas: 1g Lubrificante Óleo SAE30, 0.6g
A partir dos resultados obtidos, ficou constatado que a limalha de ferro provém
melhores resultados ao processo, devido a sua dureza e geometria poliédrica. O acabamento superficial pode ser reduzido facilmente em alguns minutos de exposição de 0.25µm Ra para 0.05µm Ra. A diferença entre a qualidade superficial de um corpo de prova antes e depois de submetido ao processo é mostrada na Figura 3.
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Figura 3 – acabamento superficial do corpo de prova antes e depois da aplicação do pó abrasivo.
Uma outra aplicação do processo é a eliminação de rebarbas geradas durante o processo
de furação. Baron et al., 2001, realizou um experimento no qual um eletroímã é aproximado de um corpo de prova com alguns furos previamente feitos, os quais apresentavam rebarbas nas suas arestas e no seu interior. Apesar de ser um processo planar, faz uso do mesmo princípio, e foi possível constatar que é tão eficaz quanto o processo manual de eliminação de rebarbas, inclusive na eliminação de rebarbas internas. O procedimento experimental consistiu em aproximar um indutor eletromagnético da região perfurada (Figura 4), e preencher o espaço entre os pólos magnéticos e peça com uma mistura de pó de ferro a 35% com pó de Carbeto de Nióbio (NbC) a 65%.
Figura 4 – Zona de trabalho do indutor magnético (Baron et. al., 2001).
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A tabela 2 apresenta as condições experimentais utilizadas no experimento.
Tabela 2 – condições experimentais Material testado Al6061 Corrente 1,2A Pó abrasivo Fé(35%) +
NbC(65%) Altura da folga de trabalho
2mm
Granulometria do pó 100/150 mkm Rotação 130rpm Volume de pó utilizado 13cm3 Avanço da mesa 324mm/min
Outros trabalhos encontrados apresentam algumas características do processo de uma
maneira não muito aprofundada. Jain et al., 2003, estudou a influência direta rotação e do espaço entre pólo magnético e peça no acabamento superficial da peça, obtendo conclusões de grande relevância, principalmente no auxílio a trabalhos futuros. Basicamente, a rotação e o espaço de ar entre a peça e os pólos magnéticos, são os parâmetros que determinam a qualidade do acabamento superficial da peça.
3 PROJETO DO PROTÓTIPO
O sistema é constituído basicamente de uma estrutura que se adapta a um torno
mecânico, fixada ao carro principal. Essa estrutura deve servir de suporte para o eletroímã, mantendo-o numa posição fixa em relação à peça. O dimensionamento e construção do eletroímã são descritos a seguir.
3.1 ELETROÍMÃ
Um eletroímã é composto de um núcleo de material ferromagnético com um enrolamento de N espiras envolvendo esse núcleo, pelo qual passa uma corrente i, responsável pelo campo magnético gerado (Figura 5).
Figura 5 – desenho esquemático de um eletroímã. O campo magnético, ou densidade de fluxo magnético B depende da corrente i, do
número de espiras N que envolvem o núcleo e do material do qual é feito o núcleo.
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clNiB µ
= (1)
onde lc é a distância média percorrida pelo fluxo magnético Φ, dentro de um circuito, e µ é a permeabilidade magnética do material. A permeabilidade de qualquer material comparada à permeabilidade do vácuo é chamada de permeabilidade relativa, dada por
0µµµ =r (2)
e µ0 é o índice de permeabilidade no vácuo, 4πx10-7 H/m. O fluxo magnético é calculado através da integração da densidade de fluxo magnético pela área na qual atua
∫=ΦA
BdA (3)
O fluxo magnético pode ser escrito em termos de F e R, sendo F a força magneto
motiva e R a relutância do circuito. A relação entre ambas é dada por
RF
=Φ (4)
sendo F dada por
NiF = (5) e R dada por
AlR c
µ= (6)
As dimensões do núcleo utilizado são mostradas na figura 6. A distância média
percorrida pelo fluxo magnético no núcleo é de 476mm. A área da seção transversal é de 1000mm2 (25mm x 40mm).
Figura 6 – dimensões do núcleo de aço utilizado
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Para dimensionar o circuito magnético, utiliza-se um circuito elétrico análogo (figura 7), no qual a relutância R é equivalente a uma resistência elétrica, obedecendo às mesmas regras, ou seja, a relutância equivalente é o somatório de todas as relutâncias. A fonte de tensão equivale ao produto Ni.
Figura 7 – (a) desenho simplificado do núcleo, com as possíveis resistências ao fluxo magnético; (b) circuito elétrico análogo.
A resistência Rs equivale à relutância do núcleo ao fluxo magnético, dada por
AlR
r
cs
0µµ= (7)
As resistências Rf1 e Rf2 equivalem à relutância que os intervalos de ar impõem ao fluxo
magnético.
AlRR
r
aff
021 µµ== (8)
A relutância do corpo de prova RCP é dada por
AlRr
CPCP
0µµ= (9)
A relutância equivalente é dada pelo somatório das demais
21 ffCPSeq RRRRR +++= (10)
3.1.1 PARÂMETROS CALCULADOS PARA O ELETROÍMÃ
Os valores para a densidade de fluxo B encontrados na literatura variam de acordo com cada autor. Chang et al., 2001, sugere um valor para B igual a 0.65T, enquanto que Baron et al., 2001, utiliza B igual a 1.1T em seus experimentos. Baseando-se nesses valores, o valor de B para este trabalho é fixado em 0.8T nos espaços entre pólos magnéticos e peça, representando uma média dos valores encontrados nas referências. A tabela 3 apresenta os valores calculados através das equações apresentadas na seção 3.1.
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Tabela 3 – parâmetros calculados para o eletroímã. Distância média lc 476mm Área da seção A 1000mm2
Densidade de fluxo magnético B 0.8T Relutância do núcleo Rs 74.6e3Arev/Wb Relutâncias dos espaço de ar Rf1 e Rf2 3.8e6Arev/Wb Relutância do corpo de prova RCP 7.6e3Arev/Wb Relutância equivalente Req 7.68e6Arev/Wb Fluxo magnético φ 3.2e-3Wb Produto Ni 2500Arev Número de espiras N 1600 Corrente i 1.56 A
3.1.2 SELEÇÃO DOS MATERIAIS
Os ímãs encontrados comercialmente são construídos a partir de chapas empilhadas e
prensadas de materiais como ferrite ou aço laminado, capazes de suportar altas freqüências de excitação. Por se tratar de um dispositivo que opera a baixas freqüências, este não requer o uso de materiais especiais em sua fabricação. Desse modo, o núcleo é fabricado com barras usinadas de aço SAE1020, unidas com parafusos, devido à facilidade construtiva e baixo custo.
O sistema para fixação do eletroímã deve ser fabricado preferencialmente em material não magnético, a fim de evitar perdas e imantação dos componentes vizinhos.
3.1.3 SELEÇÃO DO FIO
O fio do enrolamento deve comportar uma corrente de 1.5A. De uma tabela de seleção de fios obtém-se a seguinte especificação: Fio Awg19, para 1.95 A.
3.1.4 FONTE DE CORRENTE
A fonte de corrente utilizada no experimento deve ser capaz de gerar uma corrente de
1,5A, não importando a tensão fornecida. Para tanto é utilizada uma fonte comum de computador de 12 Volts DC.
3.1.5 DADOS DO ELETROÍMÃ
Uma vez construído o eletroímã, pode-se extrair seus dados através de medição, a fim de certificar-se quanto ao seu dimensionamento. A Tabela 4 apresenta os dados relativos ao dispositivo.
Tabela 4– dados medidos, relativos ao eletroímã construído Número de espiras N 1610 Corrente i 1.8A Temperatura máxima de aquecimento do fio 50°C Resistência do fio 4.2Ω Fonte de tensão 12V DC
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3.2 SUPORTE E SISTEMA DE FIXAÇÃO
O suporte para fixação do eletroímã consiste simplesmente numa montagem com chapas de alumínio, o suficiente para suportar o peso do eletroímã e mantê-lo numa posição fixa com rigidez. Esta configuração permite ao dispositivo usar o sistema de avanço automático do torno, se necessário. A figura 8 mostra uma representação esquemática do sistema proposto.
Figura 8 – (a) Esquema de montagem do dispositivo; (b) posicionamento do dispositivo no torno.
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Os testes experimentais realizados com o dispositivo consistem na usinagem de alguns corpos de provas para avaliar o desempenho do sistema quanto aos seguintes quesitos:
- mistura de pó metálico com pó abrasivo, com e sem adição de óleo lubrificante; - variação da rugosidade com o tempo, para diferentes rotações; - arredondamento de arestas; - eliminação de rebarbas; - aquecimento do corpo de prova e do sistema. - espaço de ar entre os pólos magnéticos e o corpo de prova.
4.1 PREPARAÇÃO DOS ENSAIOS Durante a etapa de preparação dos ensaios, são confeccionados corpos de prova e
realizadas as misturas com diferentes proporções de pó abrasivo e pó metálico, com e sem adição de óleo lubrificante. Os corpos de prova confeccionados consistem em barras cilíndricas de 80mm de comprimento, com diâmetros de 20mm e 22 mm, permitindo testar intervalos de ar de 1mm e 2mm. Metade dos corpos de prova possuem um rasgo de 2mm de profundidade, a fim de avaliar eliminação de rebarbas e arredondamento de arestas.
Para produção das partículas abrasivas utilizou-se pó de ferro e pó de alumina (Al2O3), conforme proporções da tabela 5. Tabela 5 – proporções de mistura Mistura Proporção ferro (g) – alumina (g)
1 4 – 1 2 1 – 1 3 4 - 1 com óleo 4 1 - 1 com óleo
(a) (b)
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Chang et al., 2001, utiliza óleo lubrificante SAE W30. Como esse óleo não está disponível no mercado, utiliza-se óleo SAE 20W40. A quantidade de óleo adicionada a cada mistura não foi medida, procurando-se apenas fazer com que as partículas se amontoem em torrões maiores, não ficando dispersas.
4.2 ENSAIOS
Os ensaios experimentais realizados consistem no posicionamento do corpo de prova
entre os pólos do eletroímã, de maneira que uma parte da superfície não fique em contato com o pó abrasivo, para posterior comparação visual (figura 9).
Ensaios preliminares foram realizados com cada uma das misturas de PMAs utilizadas e em diferentes rotações (figura 10). A função dos pré-testes realizados é definir condições favoráveis à realização de ensaios, através da avaliação dos seguintes fatores:
- dispersão e comportamento das PMAs na zona de trabalho em cada mistura proposta;
- acabamento superficial; - aquecimento da peça; - eliminação das rebarbas; - orientação das PMAs com o campo magnético.
Figura 9 – posicionamento do corpo de prova no dispositivo construído.
Depois de realizados os pré-testes podem ser constatados os melhores parâmetros para a realização dos ensaios finais. Os corpos de prova utilizados são os de diâmetro igual a 22mm, o que resulta em um espaço de ar de 1mm entre a peça e os pólos magnéticos. A mistura utilizada é de ligação fraca, sendo a proporção de 1:1.
Os ensaios finais são realizados a fim de avaliar o acabamento superficial através da rugosidade, medida em termos de Ra e Rt. A rugosidade Ra representa uma média entre os picos e vales na superfície da peça em um comprimento de amostragem, enquanto a rugosidade Rt representa a máxima irregularidade da superfície (Ferraresi, 1970) no comprimento testado. Os corpos de prova são submetidos à ação do melhor pó abrasivo identificado até um tempo máximo de 15 minutos, nas rotações de 630, 800, 1000 e 2000 RPM. Os resultados são apresentados a seguir.
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Figura 10 – teste com corpo de prova de 22mm e pó abrasivo misturado com óleo. É possível notar a orientação das partículas com o campo magnético, formando uma espécie de escova. 5 RESULTADOS E ANÁLISE
Os ensaios preliminares para avaliação visual e determinação dos melhores parâmetros indicam que a mistura ideal de pó é a mistura de proporção 1:1, com adição de óleo. As misturas sem adição de pó abrasivo não apresentam resultado satisfatório, visto que as partículas de alumina não se mantêm no espaço de ar.
É possível constatar durante os pré-testes, que a superfície apresenta visivelmente um melhor acabamento após alguns minutos de aplicação, como mostra a Figura 11. A superfície alterada por este processo apresenta um aspecto de polida, com uma diferença perceptível ao toque.
Figura 11 – corpo de prova com a superfície acabada. A seta indica o limite de aplicação do processo.
As Figuras 12 e 13 apresentam a variação de Ra e Rt respectivamente, ao longo do tempo.
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0 2 4 6 8 10 12 14 16
1
2
3
4
5
Ra
(µm
)
630 RPM 800 RPM 1000 RPM 2000 RPM
t (min) Figura 12 – variação da rugosidade Ra com o tempo.
0 2 4 6 8 10 12 14 16
5
10
15
20
25
30 630 RPM 800 RPM 1000 RPM 2000 RPM
Rt (µm
)
t (min) Figura 13 – variação da rugosidade Rt com o tempo.
Através da análise das Figuras 12 e 13, verifica-se um comportamento linear da rugosidade ao longo do tempo de exposição ao processo, tanto para a rugosidade Ra quanto para Rt. Observa-se também que, os corpos de prova que cuja rugosidade inicial é mais elevada (usinados a 1000 e 2000 RPM) apresentaram maior tendência de queda.
Entre as rotações estudadas, verifica-se maior queda na rugosidade em relação ao tempo de exposição ao processo para os ensaios realizados a 1000 RPM, para os dois parâmetros de rugosidade avaliados. Verifica-se também variação entre as rugosidades iniciais dos componentes testados.
A Figura 14 mostra a relação entre a razão Ra/Rainicial e o tempo de exposição da peça para as rotações estudadas.
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-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0 630 RPM 800 RPM 1000 RPM 2000 RPM
Ra/
Ra in
t (min) Figura 13 – relação entre a razão Ra/Rainicial com o tempo.
Quanto à eliminação de rebarbas e arredondamento de arestas, nenhuma análise
quantitativa foi realizada, sendo, para tanto, uma análise microscópica mais indicada. Em contrapartida, observa-se de forma qualitativa a remoção de rebarbas dos corpos de prova ensaiados, tanto visualmente quanto por percepção táctil.
A orientação do campo magnético fica bastante visível nas figuras 10 e 12. A geometria dos pólos magnéticos e do núcleo influencia em muito a orientação do campo e, conseqüentemente, das PMAs.
Figura 12 – orientação do campo magnético, revelada pelas PMAs. Nota-se a dispersão do campo magnético.
Verificou-se, em ensaios realizados a altas rotações (1000 e 2000RPM), que a temperatura na zona de trabalho se eleva bastante. Tal condição não afeta o funcionamento do dispositivo, mas compromete o desempenho das misturas com adição de óleo. Como existe pouca circulação de pó abrasivo nos espaços de ar, a quantidade de pó que preenche esses espaços no início da operação fica compactada, impedindo a entrada de pó novo. Com o aumento da temperatura o óleo tende a evaporar fazendo com que as partículas abrasivas percam sua coesão com o pó de ferro, dispersando-se mais facilmente. Tal efeito não acarreta nenhum risco ambiental, visto que a quantidade de pó utilizada é ínfima.
É possível notar um enegrecimento da quantidade de mistura (originalmente grisalha) que passa pela zona de trabalho. Uma possível solução está na utilização de óleos que
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suportem altas temperaturas e em mínima quantidade, de maneira a dar o mínimo de coesão à mistura de pó abrasivo e metálico, de modo que essas partículas possam circular com mais facilidade por entre os pólos magnéticos e o corpo de prova.
6 CONCLUSÕES
Apesar deste trabalho consistir numa avaliação preliminar do processo de acabamento magnético-abrasivo, conclusões podem ser tomadas.
O custo envolvido na fabricação e montagem do dispositivo é realmente baixo, comparado a máquinas retificadoras e politrizes, que oferecem acabamentos superficiais de mesma ordem e possuem um custo bastante elevado.
Durante os ensaios, tanto preliminares quanto finais, é possível observar a orientação das linhas de campo magnético, reveladas pelas PMAs. Observando as figuras 10 e 12, nota-se a grande dispersão do fluxo magnético e, conseqüentemente, do pó abrasivo. Isso abre margem para trabalhos futuros focando a geometria da ferramenta, a fim de melhor aproveitar o pó despejado sobre a zona a ser trabalhada.
As partículas não ligadas apresentam resultados não satisfatórios, visto que as partículas de alumina não se mantêm contra o corpo de prova. Deve ser levado em conta o fato de que o pó abrasivo é muito menos denso que o pó metálico, sendo necessário um campo magnético mais intenso e, provavelmente, uma proporção menor de pó abrasivo na mistura com pó metálico.
É possível observar uma considerável eliminação de rebarbas. Porém, não é válido afirmar que o processo é totalmente eficaz para tal operação, visto que não foi feita nenhuma análise microscópica. Além disso, a quantidade e altura das rebarbas apresentadas não são muito aparentes.
Baseando-se nas curvas de rugosidade com o tempo, observa-se que os melhores resultados para ambos os parâmetros de medição (Ra e Rt) correspondem às rotações da faixa de 800 a 1000RPM, cujas inclinações são mais acentuadas. Se analisados os resultados quanto ao acabamento superficial, observa-se substancial redução nos valores de Ra e Rt em relação aos valores observados inicialmente.
6.1 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Como algumas propostas para trabalhos futuros, pode-se citar os seguintes itens: - Estudo de geometria da ponta da ferramenta; - Influência da intensidade do campo magnético e espaço de ar no acabamento
superficial; - Estudo de misturas de pó abrasivo e pó metálico; - Análise microscópica do pó abrasivo após a utilização; - Análise microscópica do acabamento superficial, arredondamento de arestas e
eliminação de rebarbas; - Efeitos da variação de temperatura na microestrutura; - Influência do espaço de ar entre peça e pólos magnéticos; - Impactos ambientais devido aos resíduos e óleo evaporado.
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7 REFERÊNCIAS BARON, Y. M.; KO, S. L.; REPNIKOVA, E., Experimental Verification of Deburring by Magnetic Abrasive Finishing Method, 2001. CHANG, G.W.; YAN,B.H.; HSU R.T., Study on cylindrical magnetic abrasive finishing using unbounded magnetic abrasives, 2001. JAIN, V.K.; KUMAR, P.; BEHERA, P.K.; JAYSWAL, S.C., Effect of working gap and circumferential speed on the performance of magnetic abrasive finishing process, 2001. MORI, T.; HIROTA, K.; KAWASHIMA, Y., Clarification of magnetic abrasive finishing mechanism, 2003. YAN, B.H.; CHANG, G.W.; CHENG, T. J.; HSU, T.R., Electrolytic magnetic abrasive finishing, 2003. 8 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA CHAI, HI-DONG, Electromechanical Motion Devices, PRENTICE HALL,1998. CHAPMAN, STEPHEN J., Electric Machinery Fundamentals, 3ª edição, McGraw-Hill, 1999. FERRARESI, DINO, Fundamentos da Usinagem dos Metais, Editora Edgar Blücher, 1970.