MELHORIA EM UMA RETIFICADORA PLANA TANGENCIAL

Divisão TemáticaDT 4 - Processos produtivos, tecnologias e tendências para o presente e o futuro

Autores: S. V. CRUZ1; G. C. CARLINI2; C. DA SILVA3. [espaço simples]

Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC)

Resumo:Esta pesquisa propõe o desenvolvimento de uma melhoria em uma retificadora plana tangencial no sentido de obter um controle numérico inexistente, da velocidade de avanço longitudinal, do avanço transversal e do controle de vazão do fluido de refrigeração. O equipamento a ser controlado localiza-se no laboratório de máquinas operatrizes do Campus Jaraguá do Sul – Rau, sendo supervisionado por um sistema incluindo interface homem-máquina (IHM), plataforma micro processada Arduino®, sensores de posição indutivos e sensor de vazão instalados no equipamento. A implementação deste sistema tem como principal objetivo, medir e informar a velocidade de avanço da mesa de trabalho no sentido longitudinal e transversal e da velocidade periférica da ferramenta, além, de verificar a vazão do fluido de refrigeração proporcionada por uma bomba hidráulica. Estes dados serão utilizados para um melhor controle das usinagens, possibilitando coleta de dados confiáveis para pesquisa e ensaios diversos. Os resultados foram aquisição dos materiais de consumo, o desenvolvimento da linguagem de programação na plataforma, construção do protótipo e respectivos testes. Pretende-se realizar a montagem dos sensores, motor de passo e inversor de frequência para finalização do projeto e construção da interface IHM da melhoria.

Palavras-chave: retificação plana tangencial; controle de velocidades; Arduino.

Introdução

A retificação é um processo de usinagem usado na indústria metal

mecânica em operações de acabamento de componentes de precisão, tais como

os virabrequins de motores de combustão interna, que são retificados para

atender às rígidas tolerâncias requeridas. Outros exemplos seriam os

barramentos e prismas de precisão das próprias máquinas operatrizes, que são

1 Aluno [técnico em eletrotécnica/Campus Rau]) silasjogador07@gmail.com2 Professor [Campus Rau/ Fabricação mecânica] giovani.carlini@ifsc.edu.br3 Professor [Campus Rau/ Fabricação mecânica] cristiano.silva@ifsc.edu.br

acabados em suas medidas finais por retificadoras planas e cilíndricas (SANTOS,

2007).

Segundo Malkin apud Bianchi et al.(1996), a velocidade da peça (Vw) é

coincidente com a velocidade da mesa da máquina retificadora. Esta velocidade

está relacionada aos impactos que os grãos abrasivos provocam na peça.

Quando a velocidade da peça é baixa e a penetração é grande, os impactos dos

grãos abrasivos do rebolo sobre a peça são pequenos e os cavacos são

alongados. O tempo de contato grão/peça e o número de grãos ativos são

maiores.

Quando a velocidade da peça é alta e a penetração do rebolo é pequena,

os impactos dos grãos abrasivos do rebolo sobre a peça são grandes e os

cavacos são curtos. O tempo de contato grão/peça e o número de grãos ativos

são menores, gerando uma força por grão abrasivo grande e por pouco tempo.

Os grãos tendem a se fraturar e a se desprender da superfície de corte do rebolo.

Neste caso, as forças totais de corte tendem a uma estabilização pela troca

constante de grãos abrasivos. O desgaste do rebolo tende a ser maior que no

caso anterior (MALKIN, 1989).

A queima na retificação ocorre durante o processo de corte, quando a

quantidade de energia gerada na zona de contato produz um aumento na

temperatura suficientemente elevada para provocar uma mudança de fase no

material usinado. Esse fenômeno tem sido investigado principalmente na

retificação de carbono puro e ligas de aço, embora seja também um problema

com alguns outros materiais metálicos. A queima superficial da peça influencia na

alteração da microestrutura do material retificado. Através da análise da

distribuição de microdureza em peças que apresentam queima visível, nota-se

que estas apresentam reaustenitização. Um aço endurecido, retificado sem

queima, apresenta uma pequena diminuição de dureza na superfície devido ao

revenimento (MALKIN, 2007).

O desenvolvimento de um sistema de monitoramento e controle em tempo

real é de fundamental importância para automação do processo de usinagem, de

modo que seja possível estabelecer o momento da troca de uma ferramenta,

realizar mudanças nos parâmetros de operação e, portanto, visar a otimização do

processo (AGUIAR, 2009).

Segundo Inasaki (1999), existem três importantes objetivos no

monitoramento do processo de retificação: detectar problemas que ocorrem

durante o processo, fornecer informações para otimizar o processo e contribuir

com o estabelecimento de um banco de dados. São necessários múltiplos

sensores para o monitoramento e controle do processo de retificação, tomando

como exemplo a determinação da vida do rebolo.

Para tanto, foi desenvolvida uma melhoria observando os aspectos de

controle das velocidades de avanço longitudinal e transversal, da velocidade de

corte e controle de vazão do fluido lubri refrigerante por intermédio de um sistema

micro controlador e desenvolvimento de uma interface homem máquina (IHM),

para a melhor produtividade do processo de retificação, observando um controle

para a otimização dos parâmetros envolvidos.

Metodologia

A metodologia desta pesquisa tem como principal objetivo realizar uma

melhoria no controle de uma retificadora plana tangencial. Este equipamento está

disponível no laboratório de máquinas operatrizes do Campus Rau em Jaraguá do

Sul/SC, evidenciado pela figura 1.

Figura 1 – Retificadora plana

Fonte: Elaborado pelo autor.

Podemos observar na Figura 1 (A) uma visão geral do equipamento e no detalhe

(B) o painel de comando standard da retificadora plana. Este modelo de equipamento

possui o controle transversal acionado por motor elétrico trifásico com controle por

potenciômetro (C) e o acionamento do sentido longitudinal de avanço por sistema

hidráulico e controle das velocidades por meio de uma válvula de controle de fluxo (D).

Foi criado um fluxograma atendendo as possibilidades e recursos para o

desenvolvimento deste trabalho, tendo como possibilidades de realizar ou não as

melhorias, conforme demonstra a figura 2.

Figura 2 – Fluxograma metodológico

Fonte: Elaborado pelo autor.

A partir do fluxograma apresentado, utilizou-se uma possível lista de

materiais necessários para o desenvolvimento do sistema de melhoria, entre os

principais materiais, podemos descrever: o inversor de frequência para o controle

da rotação do rebolo, motor de passo aplicado no eixo de deslocamento

transversal e o sistema de microprocessamento responsável em realizar as

operações lógicas entre os sensores e atuadores implementados no

equipamento.

Foi construído uma programação de lógica no microprocessador para a

leitura simultânea da frequência atribuída ao motor principal, dos sensores

indutivos dispostos no eixo transversal e no eixo longitudinal e em relação ao

motor de passo, indicados conforme a figura 3.

Figura 3 – Mapeamento dos principais recursos da melhoria

Fonte: Elaborado pelo autor.

A fase posterior do projeto consistiu na montagem do protótipo em uma

placa protoboard para o desenvolvimento final da programação e ensaios

relativos aos movimentos realizados pela retificadora. Utilizou-se uma

microprocessador Arduino®, modelo MEGA 2560 para desenvolvimento da lógica

juntamente com quatro sensores indutivos, sendo dois dispostos no equipamento

(detalhe da figura 3), complementando como motor de passo NEMA 34 com 42

kgf/cm acoplado no eixo transversal e um sensor de fluxo com rosca NPT ¾”.

Foram utilizados outros componentes complementares para o

desenvolvimento da montagem do protótipo, dentre eles, potenciômetros de 10KΩ

resistores cerâmicos variados, botões de pulso e interface LCD TFT 2,4”.

Até a presente produção foram desenvolvidas as lógicas para a cinemática

das melhorias planejadas, realizados os novos suportes para os sensores e a

confecção da base do motor de passo que substitui um motor de indução.

Considerações finais

Para o desenvolvimento de uma tecnologia com uma ampla dificuldade,

não torna-se trivial o planejamento e a construção de um determinado sistema.

Observou-se a quantidade de parâmetros de entrada possíveis para um processo

de retificação, desta forma foi desenvolvida uma lógica que atendesse

cientificamente e financeiramente desafios de uma melhoria para melhor

qualidade de controle deste equipamento.

Dentre as etapas concluídas, podemos citar o desenvolvimento da

programação lógica e funcionamento no protótipo montado na plataforma

Arduino®, aquisição dos materiais de consumo para instalação na retificadora.

Desenvolvimento e crescimento tanto pessoal quanto cognitivo do aluno bolsista

contemplado para o desenvolvimento do desafio.

Futuras etapas do projeto compreendem a instalação do inversor de

frequência no motor principal, confecção e montagem do painel de interface junto

ao painel de controle do equipamento, montagem do sensor de fluxo na linha de

passagem do sistema de refrigeração da retificadora e substituição do motor de

indução pelo motor de passo no eixo transversal.

Após finalização das etapas não concluídas, o equipamento possuirá

condições de pesquisa nos fenômenos relativos às variações dos parâmetros de

entrada do processo de retificação plana tangencial, bem como, estudos de

desgastes nas ferramentas de aplicação, estudos de melhoria na topografia de

peças sujeitadas a retificação e ensaios de otimização em processos de

retificação.

Agradecimentos

Agradecemos ao Instituto Federal de Santa Catarina pelo apoio financeiro através do edital 02/2017/PROPPI - edital universal.

Referências

Aguiar, P. R. et al,; Monitoring the dressing operation in the grinding process.

International Journal of Machining and Machinability of Materials, pp 3–22,

2009.

BIANCHI, E. C., SANCHES, L. E. A., FERNANDES, O. C., MOGAMI, O., SILVA

JR, C. E. & AGUIAR, P. R., Análise do Comportamento de Rebolos

Convencionais na Retificação de Aços Frágeis, Congresso Norte Nordeste de Engenharia Mecânica, IV, Recife/PE, pp. 335-340, 1996a.

INASAKI, I. Sensor Fusion for Monitoring and Controlling Grinding Processes. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 1999, pp. 730-

736.

MALKIN, S. Grinding Mechanisms e Grinding Temperatures and Thermal Damage., In: MALKIN, S. Grinding Technology: theory and applications of

machining with abrasives. 1.ed. Chichester, Ellis Horwood Limited, 1989.

MALKIN, S.; GUO, C. Thermal Analysis of Grinding. CIRP Annals -

Manufacturing Technology, v. 56, n. 2, p. 760-782, jan 2007.

SANTOS, M.; CARVALHO, E. L. M.; MACHADO, M. F. PICCIININI, M. S. A indústria Brasileira de máquinas-ferramenta. BNDES Setorial, Rio de Janeiro,

n. 26, p. 81-100, 2007.