influência dos parâmetros de corte sobre a temperatura no fresamento do aço ferramenta abnt d2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

Curso de Graduação em Engenharia Mecânica

TRABALHO DE GRADUAÇÃO

Influência dos parâmetros de corte sobre a temperatura no fresamento do aço ferramenta

ABNT D2

Autor: Marco Hits Alves

Orientador: Alexandre Mendes Abrão

Julho de 2012

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

Curso de Graduação em Engenharia Mecânica

INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE CORTE SOBRE A TEMPERATURA NO

FRESAMENTO DO AÇO FERRAMENTA ABNT D2

Marco Hits Alves

Trabalho de Graduação apresentado ao Curso

de Graduação em Engenharia Mecânica da

Universidade Federal de Minas Gerais.

Área de concentração: Processo de fabricação

Orientador: Alexandre Mendes Abrão

Belo Horizonte

Escola de Engenharia da UFMG

2012

2

RESUMO

A variação cíclica da temperatura a cada volta da ferramenta torna-se um agravante na

operação de fresamento, uma vez que promove redução da vida da ferramenta. Nesse sentido,

o presente trabalho tem como objetivo identificar a influência dos parâmetros de corte sobre a

temperatura de fresamento, a fim de garantir a integridade da ferramenta e as propriedades do

aço usinado, melhorando a eficiência do processo e garantindo custos reduzidos. Foi

investigada a influência dos seguintes parâmetros sobre a temperatura: velocidade de corte,

avanço, profundidade de usinagem e penetração de trabalho. Para a medição da temperatura

do cavaco foi utilizada uma câmera infravermelha com faixa de operação de 300 a 1100°C.

Também foram coletadas amostras dos cavacos produzidos para análise. Além disso, a

influência dos mesmos parâmetros sobre os valores de corrente elétrica consumida pelos

motores de acionamento do eixo principal e do eixo de avanço também foi estudada. Foram

definidos previamente dois níveis para cada um dos fatores, os quais foram arranjados de

forma aleatória, na forma de um planejamento fatorial 2k. Os resultados indicaram que a

temperatura do cavaco aumenta com a elevação da velocidade de corte, profundidade de

usinagem e penetração de trabalho, mas diminui com a elevação do avanço. Com relação à

corrente elétrica consumida pelos motores responsáveis pelo acionamento do eixo principal e

de avanço, estes valores aumentam com a elevação do avanço, profundidade de usinagem e

penetração de trabalho, mas diminuíram com a elevação da velocidade de corte. Finalmente, a

coloração dos cavacos foi afetada pela elevação da velocidade de corte e da profundidade de

usinagem.

Palavras chave: Fresamento, Temperatura, Aço ABNT D2, Metal duro.

3

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1 – Resistência ao impacto do aço AISI D2 após austenitização a 1030° C, 1060° C

e1120° C, seguido de tratamento criogênico, têmpera e revenimento a 520° C --------------- 16

Figura 3.2 – Microestrutura do aço ABNT D2 (a) austenitizado a 1025ºC; (b) austenitizado

a1150ºC; (c) austenitizado a 982ºC e (d) austenitizado a1023ºC -------------------------------- 17

Figura 3.3 – Decomposição das forças de fresamento --------------------------------------------- 19

Figura 3.4 – Influência da velocidade de corte sobre a força de usinagem (Fu) --------------- 21

Figura 3.5 – Influência do avanço sobre a força de usinagem (Fu) ------------------------------ 21

Figura 3.6 – Influência da profundidade de corte e do teor de carbono sobre a força de

usinagem ------------------------------------------------------------------------------------------------- 22

Figura 3.7 – a) Modelo de elementos finitos para a simulação explícita com deformação e b)

Resultado da simulação utilizando o método explícito -------------------------------------------- 24

Figura-3.8 – a) Imagem original da câmera e b) Imagem processada através de um filtro -------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25

Figura 3.9 – a) Termografia obtida com a câmara Therma CAM TM P20 e b) Termografia

obtida com a câmera Agema Flir Systems ---------------------------------------------------------- 25

Figura 3.10 – Temperatura de fresamento em função da velocidade de corte ------------------ 26

Figura 3.11 – Temperatura de fresamento em função do avanço -------------------------------- 26

Figura 3.12 – Temperatura de fresamento em função da profundidade de corte --------------- 27

Figura 3.13 – Desgaste da ferramenta em função da temperatura ------------------------------- 30

Figura 4.1 – Centro de usinagem Romi, modelo Discovery 560 --------------------------------- 31

Figura 4.2 – Câmera infravermelho Raytek, modelo Marathon MM ---------------------------- 32

Figura 4.3 – Microscópio utilizado para registro dos cavacos adquiridos durante os ensaios ---

------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32

4

Figura 4.4 – (a) Montagem da fresa no centro de usinagem e da câmera infravermelha. (b)

Ponto de medição da temperatura, na superfície de saída do cavaco na ferramenta. (c)

Esquema da montagem experimental ---------------------------------------------------------------- 33

Figura 4.5 – Cavacos recolhidos com a seguinte configuração: vc=90 m/min, f=15 mm/rot,

ap=1,5 mm e ae=6 mm --------------------------------------------------------------------------------- 36

Figura 5.1 – Análise dos dados referentes à temperatura. (a) Gráfico de distribuição normal;

(b) Histograma; (c) Gráfico de resíduos versus valores ajustados; (d) Gráfico de resíduos

versus sequência de testes ----------------------------------------------------------------------------- 37

Figura 5.2 – Gráfico de Pareto dos efeitos padronizados para a temperatura ------------------ 38

Figura 5.3 – Gráfico de efeitos principais para temperatura -------------------------------------- 39

Figura 5.4 – Gráfico da interações entre parâmetros, dois a dois -------------------------------- 40

Figura 5.5 – Análise dos dados referentes à corrente consumida no eixo principal. (a) Gráfico

de distribuição normal; (b) Histograma; (c) Gráfico de resíduos versus valores ajustados; (d)

Gráfico de resíduos versus sequência de testes ----------------------------------------------------- 41

Figura 5.6 – Gráfico de Pareto dos efeitos padronizados para corrente elétrica consumida no

motor do eixo principal -------------------------------------------------------------------------------- 42

Figura 5.7 – Gráfico de efeitos principais para a corrente elétrica no motor do eixo principal --

------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 43

Figura 5.8 – Análise dos dados referentes à corrente consumida pelo motor de avanço. (a)

Gráfico de distribuição normal; (b) Histograma; (c) Gráfico de resíduos versus valores

ajustados; (d) Gráfico de resíduos versus sequência de testes ------------------------------------ 44

Figura 5.9 – Gráfico de Pareto dos efeitos padronizados para corrente elétrica consumida no

motor do eixo de avanço ------------------------------------------------------------------------------- 45

Figura 5.10 – Gráfico de efeitos principais para a corrente elétrica no motor de deslocamento

do eixo de avanço --------------------------------------------------------------------------------------- 46

5

Figura 5.11 – Efeitos da velocidade de corte nas características físicas do cavaco. (a) vc = 60

mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap = 1 mm e ae = 4 mm; (b) vc = 120 mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap = 1

mm e ae = 4 mm; (c) vc = 60 mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap = 1 mm e ae = 8 mm; (d) vc = 120

mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap = 1 mm e ae = 8 mm -------------------------------------------------- 47

Figura 5.12 – Efeitos do avanço nas características físicas do cavaco. (a) vc = 60 mm/min, f =

0,1 mm/rot, ap = 2 mm e ae = 8 mm; (b) vc = 60 mm/min, f = 0,2 mm/rot, ap = 2 mm e ae = 8

mm; (c) vc = 60 mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap = 2 mm e ae = 4 mm; (d) vc = 60 mm/min, f = 0,2

mm/rot, ap = 2 mm e ae = 4 mm ----------------------------------------------------------------------- 48

Figura 5.13 – Efeitos da profundidade de usinagem nas características físicas do cavaco. (a) vc

= 120 mm/min, f = 0,2 mm/rot, ap = 1 mm e ae = 8 mm; (b) vc = 120 mm/min, f = 0,2 mm/rot,

ap = 2 mm e ae = 8 mm; (c) vc = 120 mm/min, f = 0,2 mm/rot, ap = 1 mm e ae = 4 mm; (d) vc =

120 mm/min, f = 0,2 mm/rot, ap = 2 mm e ae = 4 mm --------------------------------------------- 49

Figura 5.14 – Efeitos da penetração de trabalho nas características físicas do cavaco. (a) vc =

120 mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap = 2 mm e ae = 4 mm; (b) vc = 120 mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap

= 2 mm e ae = 8 mm; (c) vc = 60 mm/min, f = 0,2 mm/rot, ap = 1 mm e ae = 4 mm; (d) vc = 60

mm/min, f = 0,2 mm/rot, ap = 1 mm e ae = 8 mm -------------------------------------------------- 50

6

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1 – Classificação dos aços ferramenta --------------------------------------------------- 12

Tabela 3.2 – Normas que regem o aço D2 e nomenclatura de aços similares ------------------ 14

Tabela 3.3 – Composição química do aço D2 (%)-------------------------------------------------- 14

Tabela 3.4 – Comparativo das propriedades do aço ABNT D2, CPM440V, T440C e

COM10V ------------------------------------------------------------------------------------------------ 15

Tabela 3.5 – Dureza a quente do aço D2 ------------------------------------------------------------ 15

Tabela 3.6 – Propriedades físicas do aço D2 -------------------------------------------------------- 16

Tabela 3.7 – Principais tipos de desgaste ------------------------------------------------------------ 29

Tabela 4.1 – Valores pré-definidos para os parâmetros de corte --------------------------------- 34

Tabela 4.2 – Exemplo de aquisição da temperatura ------------------------------------------------ 34

Tabela 5.1 – Ordem de influência dos fatores no consumo da corrente elétrica pelo motor

principal e de avanço ----------------------------------------------------------------------------------- 46

Tabela 5.2 – Resumo dos resultados adquiridos, com a análise individual de cada parâmetro --

------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 51

7

SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO -------------------------------------------------------------------------------------- 9

2 – OBJETIVO ------------------------------------------------------------------------------------------ 10

3 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ------------------------------------------------------------------- 11

3.1 – Aços ferramenta ------------------------------------------------------------------------- 11

3.2 – Aço para trabalho a frio D2 ------------------------------------------------------------ 14

3.3 – Usinabilidade ---------------------------------------------------------------------------- 17

3.4 – Forças de fresamento ------------------------------------------------------------------- 18

3.5 – Temperatura de usinagem -------------------------------------------------------------- 23

3.6 – Vida e desgaste de ferramenta no corte interrompido ------------------------------ 27

4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL --------------------------------------------------------- 31

4.1 – Equipamentos e materiais -------------------------------------------------------------- 31

4.2 – Métodos ---------------------------------------------------------------------------------- 33

4.2.1 – Aquisição da temperatura --------------------------------------------------- 34

4.2.2 – Aquisição da corrente elétrica ---------------------------------------------- 35

4.2.3 – Coleta de cavacos ------------------------------------------------------------ 35

5 – RESULTADOS E DISCUSSÃO ---------------------------------------------------------------- 37

5.1 – Temperatura ------------------------------------------------------------------------------ 37

5.2 – Corrente elétrica ------------------------------------------------------------------------- 41

5.2.1 – Corrente elétrica no motor do eixo principal ----------------------------- 41

5.2.2 – Corrente elétrica no motor de deslocamento do eixo de avanço ------- 43

5.3 – Cavacos ----------------------------------------------------------------------------------- 47

8

6 – CONCLUSÃO -------------------------------------------------------------------------------------- 52

7 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS --------------------------------------------- 53

8 – REFERÊNCIAS ------------------------------------------------------------------------------------ 54

9 – ANEXOS -------------------------------------------------------------------------------------------- 57

Anexo I – Catálogo Sandvik sobre dimensões da ferramenta --------------------------- 57

Anexo II – Catálogo Sandvik sobre dimensões dos insertos ----------------------------- 58

10 – APÊNDICE ---------------------------------------------------------------------------------------- 59

Apêndice I – Tabela de resultados ----------------------------------------------------------- 59

9

1 – INTRODUÇÃO

A indústria metal-mecânica exige uma eficiência cada vez maior de seus processos

produtivos. Isso implica na utilização de materiais especiais para a construção de ferramentas

de produção em série, tais como ferramentas de corte, dobra e repuxo, moldes de injeção e

formas de forjamento. Além disso, a confecção dessas ferramentas também deve se tornar

mais rápida. Alguns desses problemas foram resolvidos com a criação dos aços ferramenta,

das máquinas com comando numérico computadorizado (CNC) e das ferramentas de corte de

metal duro revestidas. Todas essas inovações permitiram que os parâmetros de usinagem, tais

como velocidade de corte, avanço, profundidade de corte e penetração de trabalho fossem

aumentados, fato que resultou na elevação da temperatura de corte.

O aumento da temperatura é um fenômeno inerente ao aumento da taxa de remoção em

processo de usinagem. Em muitos casos essa elevação da temperatura é indesejável, pois pode

causar um desgaste prematuro da ferramenta de corte e também a alteração das propriedades

físicas e mecânicas do material da peça a ser usinada. No entanto, o aumento da temperatura

também pode proporcionar benefícios ao processo, sendo o principal a redução da resistência

ao cisalhamento do material da peça, o que por sua vez faz com que as forças de usinagem

sejam reduzidas consideravelmente.

No caso específico da operação de fresamento, tem-se como agravante a variação cíclica de

temperatura a cada volta da ferramenta. Esta variação causa fadiga térmica, o que promove a

redução da vida da ferramenta.

Mesmo contribuindo com uma pequena parcela para o custo final de uma peça usinada, as

ferramentas de corte devem ser preservadas, uma vez que em caso de quebra ou desgaste seu

valor deixa de ser computado diretamente e passa a ser somado a ele também o valor das

horas paradas para sua troca (tempo não produtivo).

10

2 – OBJETIVO

O objetivo do presente trabalho é identificar a influência dos parâmetros de corte sobre a

temperatura de fresamento, a fim de garantir a integridade da ferramenta e as propriedades do

aço a ser usinado, melhorando assim a eficiência do processo e garantindo ao mesmo, custos

reduzidos.

Mais especificamente, pretende-se estudar a influência dos seguintes parâmetros sobre a

temperatura do cavaco: velocidade de corte, avanço, profundidade de usinagem e penetração

de trabalho.

Também será estudada a influência desses mesmos fatores sobre a corrente elétrica

consumida pelos motores responsáveis pelo acionamento do eixo principal (movimento de

rotação da fresa) e do movimento de avanço da ferramenta.

Por fim, a influência dos fatores supracitados sobre a coloração dos cavacos será analisada.

11

3 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Nesse capítulo serão tratados os seguintes tópicos: aços ferramenta (com ênfase ao aço ABNT

D2), operação de fresamento, forças de fresamento, vida e desgaste no corte interrompido e

temperatura de fresamento, sendo essa última o foco principal do trabalho.

3.1 – Aços ferramenta

Aços ferramenta são assim chamados devido à sua utilização na construção de ferramentas de

corte, dobra e repuxo de chapas metálicas, de moldes de injeção de polímeros e metais não

ferrosos e de formas para forjamento.

Até o final dos anos 60 os aços ao carbono comuns eram empregados como aço ferramenta.

Desde então, a complexidade da composição desses aços foi aumentando cada vez mais e

proporcionalmente à complexidade melhoraram também as propriedades físicas e mecânicas.

Os aços ferramenta foram desenvolvidos a partir de ligas, ou seja, da adição de outros

elementos, como por exemplo: tungstênio, molibdênio, vanádio e cromo, o que garantiu aos

aços ferramenta um maior controle dimensional e a isenção de trincas durante o tratamento

térmico, permitindo que esses aços fossem submetidos às exigências cada vez mais severas da

indústria contemporânea (METALS HANDBOOK, 1998).

Para que os aços ferramenta apresentem as propriedades desejadas é exigido um alto controle

de qualidade, o que implica em tolerâncias bastante apertadas em sua composição química,

independentemente da norma utilizada.

Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), os aços ferramenta são

classificados, a partir da sua utilização, em seis grandes grupos, que por sua vez se

subdividem em classes, cada uma dessas com uma característica específica, como exposto na

Tabela 3.1.

12

Tabela 3.1: Classificação dos aços ferramenta (adaptado de NBR NM 122-1, 2005).

Grupo Geral Classes Designação

Tipo Observações

AÇOS PARA TRABALHOS A

FRIO

Ao carbono W Temperáveis em água

Alto carbono e baixa liga

O Temperáveis em óleo, de moderada

deformabilidade Alto carbono e

média liga A

Temperáveis a ar, de moderada deformabilidade

Alto carbono e alta liga

D De mínima deformabilidade

Alto carbono e baixa liga

2516 Aço prata

Alto carbono e alta liga

2601 De mínima deformabilidade e alta

tenacidade Médio carbono e

alta liga 2631 De mínima deformabilidade

AÇOS PARA MOLDES

Ao carbono e baixa liga

P

Aços indicados para cementação (P20)

Ao carbono e média liga

Aços indicados para beneficiamento ou endurecíeis por precipitação (P40)

Inoxidáveis Aços martensítico (P420)

AÇOS RESISTENTES AO IMPACTO

Médio carbono S Aços indicados para beneficiamento

AÇOS PARA USOS

ESPECIAIS Ligados ao C e W F

AÇOS PARA TRABALHO À

QUENTE

Ligados ao Cr H Resistentes ao choque térmico H10 a

H13

Médio carbono e ligados

H Resistentes ao desgaste a

temperaturas elevadas H27

2345

2714 Alta resistência e média tenacidade

2721 Resistente ao desgaste e alta

tenacidade

TM Alia dureza e alta tenacidade

AÇOS-RÁPIDO Ligados ao Cr, V,

Mo ou W Alta dureza e resistência ao desgaste

13

Os aços para trabalho a frio são empregados em operações a temperatura ambiente ou pouco

elevadas. Apresentam alta dureza, tenacidade e resistência à abrasão e alguns deles

apresentam baixa deformabilidade. São destinados à construção de ferramentas de

conformação e processamento de chapas metálicas e de outros materiais como, por exemplo,

madeira, couro e minerais (GERDAU, 2003).

Aços para moldes são aços médio carbono que apresentam uma boa usinabilidade e

uniformidade de dureza, o que permite um excelente polimento das superfícies. Possuem

média temperabilidade, baixa distorção, baixa resistência ao amolecimento sob elevadas

temperaturas e alta resistência a descarbonetação. Como o próprio nome diz, são

especialmente indicados para a construção de moldes de injeção de plástico e para fundição

sob pressão de ligas leves.

Aços resistentes ao impacto apresentam uma grande tenacidade e resistência ao choque aliada

a uma boa dureza. Alguns são utilizados para trabalho a frio enquanto outros para trabalho a

quente. São usados normalmente na construção de facas para corte de chapas de aços,

punções, mandris, talhadeiras, ferramentas para recalque.

Aços para trabalho a quente são destinados a operações sob temperaturas que superam 200° C

e sob tais condições apresentam elevada dureza, resistência mecânica e ao desgaste. Também

possuem boa temperabilidade, tenacidade, condutividade, resistência a fadiga e a formação de

trincas. Estas propriedades são apresentadas normalmente em aços ligados (GERDAU, 2003).

A nomenclatura "aço-rápido" está basicamente associada aos aços que apresentam capacidade

de usinar materiais sob elevadas velocidades de corte. São ligas complexas à base de ferro

com teores variáveis de carbono, cromo, vanádio, molibdênio ou tungstênio, e em alguns

casos, apresentam uma quantidade substancial de cobalto. Os teores de carbono e dos

elementos de liga são balanceados em níveis que propiciam ao material elevada resposta de

dureza, elevada resistência ao desgaste e resistência ao efeito de amolecimento pelo calor

quando as ferramentas são submetidas ao uso em operações de corte industriais (ABNT NBR

NM 116-1, 2005).

14

3.2 – Aço para trabalho a frio D2

O aço D2 pertence ao grupo de aços ferramenta destinados ao trabalho a frio o que lhe

compete características importantes como, por exemplo: alta dureza, tenacidade, resistência a

abrasão e baixa deformação quando submetido a tratamento térmico.

Como esse aço apresenta características bastante específicas para sua utilização, o mesmo é

regularizado pelas normas ABNT, AISI, e ainda possui similares nas normas DIN, SIS e em

catálogos de fabricantes como, por exemplo, Villares, Boehler e Gerdau. São apresentadas na

Tabela 3.2 algumas normas que regulamentam o aço D2 ou similares e suas respectivas

nomenclaturas. O aço D2 tem como seu principal elemento de liga o cromo, que pode

representar até 13% de sua composição, como apresentado na Tabela 3.3

Tabela 3.2: Normas que regem o aço D2 e nomenclatura de aços similares

Norma ABNT AISI DIN W.Nr JIS SIS

NBR NM 122-1

- 17350 G4404 -

Nome D2 D2 (1.2379) (SKD 11) (2310)

Tabela 3.3: Composição química do aço D2 (%) (adaptado de NBR NM 122-1, 2005).

Grupo de aços

Tipo C Mn P S Si Cr Mo W V Ni

Mín Máx Mín Máx Máx Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx - Mín Máx -

Trabalhos a frio

D2 1,4 1,6 0,2 0,6 0,03 0,03 0,1 0,6 11.0 13,0 0,7 1.20 - 0,5 1,1 -

* Outros elementos: Cu. 0.50-2,00 e Al. 0.50-2.00 ** Outros elementos: Nb. Máx 1.00 NOTA: Os limites previstos para a composição química incluem as tolerâncias aplicadas às análises químicas do produto.

Utilizado especialmente em ferramentas de conformação de chapas de aço, o D2 deve

apresentar, além de uma dureza elevada, uma boa resistência ao desgaste e também elevada

resistência ao impacto. Essas características estão representadas de forma quantitativa na

Tabela 3.4. Além disso, podem ser comparadas às características dos aços CPM 440V e CPM

10V que são aços para trabalho a frio e ao T440C que é um aço inoxidável martensítico.

15

Tabela 3.4: Comparativo das propriedades do aço ABNT D2, CPM 440V, T440C e CPM 10V

(adaptado de METALS HANDBOOK, 1998).

Aço Dureza [HRC]

Resistência ao Desgaste

Resistência ao impacto

(entalhe tipo “C”) 107 Mpa J

D2 59 28 31,2 CPM 440V 59 276 16,3

T440C 56,5 28 35,3 COM 10V 60 517 35,3

Ao submeter um aço a temperaturas elevadas pode-se constatar consideráveis alterações em

sua microestrutura e também em suas propriedades físicas. A Tabela 3.5 apresenta o motivo

da classificação do D2 como aço para trabalho a frio, pois mostra como sua dureza decai com

a elevação da temperatura, ao contrário dos aços ABNT H13 e T15.

Tabela 3.5: Dureza a quente do aço D2 (adaptado de METALS HANDBOOK, 1998).

Aço

Dureza [HRC]

Temperatura

Ambiente 315 °C 425 °C 540 °C 650 °C

D2 60 53 47 38 -

H13 55 49 47 42 22

T15 68 64 61 57 42

Na tabela 3.6 pode-se observar outras propriedades do aço D2 e sua variação quando sofre a

interferência da temperatura. Em particular, nota-se uma sensível queda no módulo de

elasticidade à medida que a temperatura é elevada.

Mesmo depois de resfriado, o aço carrega os efeitos do excesso de temperatura: a Figura 3.1

representa a queda da resistência ao impacto do aço ABNT D2 devido ao aumento da

temperatura de austenitização.

16

Tabela 3.6 Propriedades físicas do aço D2 (adaptado de WEST YORKSHIRE STEEL

COMPANY LTD, 2008).

Propriedades Físicas: Temperatura: 20 ° C 200 ° C 400 ° C Densidade (kg / dm ³) 7,7 7,65 7,6 Coeficiente de expansão térmica (por ° C a partir de 0 ° C)

- 11,0 x 10-6 10,8 x 10-6

A condutividade térmica (cal / cm.s ° C) 40,9 x 10-3 50,4 x 10-3 55,2 x 10-3 Calor específico (cal / g ° C) 0,110 0,110 0,110 Módulo de elasticidade (N / mm²) 193 000 188 000 173 000

Figura 3.1 Resistência ao impacto do aço AISI D2 após austenitização a 1030° C, 1060° C e

1120° C, seguido de tratamento criogênico, têmpera e revenimento a 520° C, (adaptado de

ARIETA e NETTO, 2008).

Segundo SMITH (1998) o aço ferramenta D2 é usualmente resfriado ao ar para temperaturas

de austenitização em torno de 1010ºC à 1038ºC. Se aquecido à temperatura de austenitização

muito alta, sua dureza na superfície revenida será mais baixa até aproximadamente 450° C.

A razão para este abaixamento da dureza é que, após austenitização acima de

aproximadamente 1090ºC, mais carbono e cromo estão dissolvidos na austenita e

consequentemente mais austenita retida é formada. Quando a temperatura de revenido excede

aproximadamente 500ºC, muita austenita retida é transformada em martensita, e esta

transformação é em parte responsável pela elevação da dureza. A precipitação de carboneto

de cromo pode também contribuir para aumento na dureza para esta alta temperatura. As

microestruturas do aço ferramenta D2 após vários tratamentos térmicos são mostradas na

Figura 3.2.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1030° C 1060° C 1120° C

Imp

act

o [

J]

Temperatura [°C]

17

Figura 3.2 Microestrutura do aço ABNT D2 (a) austenitizado a 1025ºC; (b) austenitizado a

1150ºC; (c) austenitizado a 982ºC e (d) austenitizado1023ºC. Fonte: SMITH, 1998

3.3 – Usinabilidade

A usinabilidade é o grau de facilidade com a qual o material é cortado e depende do estado

metalúrgico da peça, da dureza, das propriedades mecânicas do material, de sua composição

química, das operações anteriores efetuadas sobre o material e do eventual encruamento.

Depende ainda das condições de usinagem, das características da ferramenta, das condições

de refrigeração, da rigidez do sistema máquina, ferramenta, peça e dispositivos de fixação da

ferramenta de corte e dos tipos de trabalhos executados pela ferramenta (operação empregada,

corte contínuo ou intermitente, condições de entrada e saída da ferramenta).

Em paralelo com todos os fatores mencionados, destaca-se ainda que o aumento do teor de

elementos de liga reduz a usinabilidade, o que é particularmente relevante para os aços

ferramenta.

A usinabilidade de aços ferramenta pode ser medida pelos métodos tradicionalmente

aplicados aos aços para construção mecânica. Os resultados são relatados em termos

percentuais da usinabilidade do aço ferramenta temperável em água, 100% de usinabilidade

de aços ferramenta correspondem a aproximadamente 30% de usinabilidade para aços de

construção (100% representaria um aço de corte fácil, como o B1112). A usinabilidade dos

aços ferramenta pode ser melhorada alterando sua composição química ou tratamento térmico

preliminar, o que pode ser importante se o volume a ser usinado ou se o número de

ferramentas a ser produzido for elevado. A usinabilidade do aço D2 é de aproximadamente de

30 a 40% (METALS HANDBOOK, 1998).

18

3.4 – Forças de fresamento

O fresamento é uma operação de usinagem em que o metal é removido através da rotação da

ferramenta de corte (fresa) que possui múltiplas arestas cortantes. Cada aresta de corte remove

uma pequena quantidade de metal em cada revolução do eixo e por esse motivo o fresamento

é considerado como operação de corte interrompido. Nesse tipo de usinagem tanto a peça

quanto a ferramenta de corte podem se mover em mais de uma direção ao mesmo tempo,

sendo então possível gerar inúmeras superfícies (METALS HANDBOOK, 1998). Entretanto,

a variação cíclica de tensão e temperatura tem efeito prejudicial sobre a usinabilidade em

operações de corte interrompido.

As forças de usinagem são consideradas como uma ação da peça sobre a ferramenta. Para que

sejam definidos a direção e o sentido da resultante dessa força sobre a cunha cortante são

somadas várias componentes, descritas a seguir e representadas na Figura 3.3 (DINIZ;

MARCONDES e COPPINI, 2006).

A força de usinagem (Fu) é formada por duas componentes: força ativa (Ft), que está no plano

de trabalho e a força perpendicular ao mesmo plano, chamada força passiva (Fp). As

componentes da força ativa (Ft) contribuem para a potência de usinagem, pois estão no plano

de trabalho onde os movimentos de trabalho são realizados.

Componentes da força de usinagem (Fu) no fresamento:

• Força de corte (Fc): projeção de Fu na direção de corte.

• Força de avanço (Ff): projeção de Fu na direção de avanço.

• Força de apoio (Fap): projeção de Fu sobre a direção perpendicular à direção de

avanço, situada no plano de trabalho.

• Força efetiva de corte (Fe): projeção de Fu sobre a direção efetiva de corte.

• Força passiva ou de profundidade (Fp): componente de Fu em um plano ortogonal ao

plano de trabalho. Esta componente não contribui para a potência de usinagem, pois é

perpendicular ao plano onde acontecem os movimentos de corte. No entanto, é

responsável pela deformação elástica da peça e da ferramenta durante a usinagem, o

que dificulta a obtenção de formas e tolerâncias apertadas.

A Figura 3.3 ilustra as componentes de Fu supracitadas.

19

Figura 3.3 Decomposição das forças de fresamento. Fonte: RIBEIRO, 2006

3.4.1 – Fatores que afetam a força de usinagem

Dois fatores são predominantes sobre a força de usinagem: a resistência ao cisalhamento do

principal elemento químico presente na peça e as áreas dos planos de cisalhamento primários

e secundários. Desta forma, qualquer parâmetro que cause a elevação da resistência ao

cisalhamento do material da peça ou o aumento das áreas dos planos proporcionará a elevação

da força de usinagem.

Assim, o aumento do percentual de carbono na constituição dos aços aumenta Fu, ao passo

que o aumento do percentual de fósforo, chumbo, boro e sulfeto de manganês reduz Fu, pois

durante a formação do cavaco esses elementos se deformam plasticamente e produzem planos

de baixa resistência, reduzindo a energia requerida para a ruptura do cavaco. Além disso, eles

funcionam como lubrificantes sólidos na interface cavaco/ferramenta.

Em geral a força de usinagem é diretamente proporcional à dureza da peça, no entanto isso

não pode ser tratado como regra, uma vez que materiais com durezas muito parecidas podem

apresentar valores bem diferentes de Fu. A força de usinagem também pode ser

correlacionada com a tensão limite de escoamento ou de ruptura do material (DINIZ,

MARCONDES e COPPINI, 2006).

20

No que se refere à geometria da ferramenta, o aumento do ângulo de saída reduz o valor de

Fu, pois diminui a deformação do cavaco. No entanto, esse aumento causa a redução da

resistência da ferramenta, aumentando sua sensibilidade aos choques. O aumento do ângulo

de inclinação reduz o valor de Fu, pois da mesma forma que o ângulo de saída, reduz a

deformação do cavaco. Por sua vez a redução do ângulo de folga aumenta o atrito entre a peça

e a ferramenta e por isso o valor de Fu também aumenta. Valores de ângulo de folga acima de

5° praticamente não influenciam na força de usinagem.

O valor de Fu diminui com a redução da área da seção de corte, entretanto, de acordo com

Shaw (1984), durante o processo de formação de cavaco, parte do volume de material

deformado da peça não se transforma em cavaco, mas sim escorrega entre a peça e a

superfície de folga da ferramenta, gerando o chamado fluxo lateral de cavaco.

Com relação aos parâmetros de corte, o aumento da velocidade de corte tende a reduzir os

valores de Fu, pois fazendo essa alteração ocorre um aumento da temperatura e

consequentemente a diminuição da deformação plástica, da dureza e do coeficiente de atrito

entre cavaco e ferramenta. Já o aumento do avanço e da profundidade de usinagem provocam

a elevação da força de usinagem devido ao aumento da área do plano de cisalhamento

primário.

Com relação à lubrificação e à refrigeração, essas condições interferem em Fu, principalmente

alterando o coeficiente de atrito entre o cavaco e a ferramenta. Quanto maior a penetração do

fluido e ainda quanto maior for seu efeito lubrificante, menor será o valor de Fu.

Nas Figuras 3.4 a 3.6 são apresentados alguns exemplos da variação da força de usinagem a

partir da variação de alguns parâmetros de corte e para diferentes materiais de ferramenta:

cermet (530) e metal duro (1025 e 4040).

21

Figura 3.4 – Influência da velocidade de corte sobre a força de usinagem (Fu). Fonte:

RIBEIRO (2007).

Figura 3.5 – Influência do avanço sobre a força de usinagem (Fu). Fonte: RIBEIRO (2007).

22

Figura 3.6 Influência da profundidade de corte e do teor de carbono sobre a força de

usinagem. Fonte: SAMPAIO et al. (2008).

Na figura 3.4 percebe-se um comportamento não esperado da força de usinagem em função da

velocidade de corte, no entanto, uma tendência de ligeira elevação é notada. A Figura 3.5

indica que as forças de usinagem tendem a aumentar com o aumento do avanço, apesar do

comportamento não linear. A figura 3.6 mostra que a força de usinagem reage de forma

diretamente proporcional ao aumento da profundidade de corte. Entretanto, não há diferenças

significativas em função do teor de carbono.

Contudo espera-se que a força de usinagem seja aumentada com o volume de material

removido por revolução da ferramenta. Isso significa o aumento dos seguintes parâmetros:

avanço (f), profundidade de usinagem (ap) e penetração de trabalho (ae). Contudo, o aumento

da velocidade de corte (vc) proporciona a elevação da temperatura de fresamento, que por sua

vez reduz a resistência ao cisalhamento do material usinado, reduzindo assim as forças de

usinagem.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Fo

rça

de

Usi

na

ge

n [

N]

Profundidade de Corte [mm]

Alto Carbono

Baixo Carbono

23

3.5 – Temperatura de usinagem

Em operações de usinagem, a energia mecânica é quase totalmente convertida em calor por

meio da deformação plástica envolvida na formação do cavaco e através do atrito entre a

ferramenta e a peça. Este calor é um parâmetro que permite medir o desempenho da

ferramenta durante o processo. A contínua necessidade de aumento das velocidades de corte

em processos de usinagem de alto desempenho tem impulsionado pesquisas de novos

materiais resistentes a altas temperaturas, assim como estudos de maximização da taxa de

remoção de material (D’ERRICO, 1998).

O estudo dos métodos utilizados para a avaliação de temperatura no processo de usinagem é

bastante antigo. Trent e Wright (2000) e Longbottom e Lanham (2005) citam que F. W.

Taylor foi um dos primeiros a se preocupar com os efeitos térmicos nos resultados de

processos de usinagem, citando-os em seu artigo “On The Art of Cutting Metals” de 1907.

Desde aquela época era sabido que, se as temperaturas de usinagem se elevam muito

rapidamente, o desgaste das ferramentas aumenta e pode causar danos à peça, pois o aumento

dos esforços pode influenciar o acabamento. Também se concluiu que a integridade da

superfície de trabalho e a precisão de usinagem são diretamente afetadas pela temperatura de

corte (RIBEIRO, 2007).

As principais técnicas experimentais usadas para medição da temperatura de usinagem são:

• Técnica de medição pelo método calorimétrico;

• Técnica do termopar peça-ferramenta;

• Técnica do termopar embutido;

• Técnica do termopar monofilar;

• Técnica do retículo de difração de Bragg;

• Técnica do filme obtido por deposição física de vapor;

• Técnica da aplicação de pós-químicos;

• Técnica dos vernizes termosensíveis e lápis indicadores de temperatura;

• Técnica da alteração de dureza e microestrutura em aços ferramenta;

• Técnica de captação de radiação infravermelha.

24

Além das técnicas de medição citadas anteriormente, existem também formas de se estimar,

com razoável exatidão, a temperatura de usinagem utilizando métodos numéricos

(CARVALHO et al., 2004). Uma dessas técnicas está representada na Figura 3.7.

Figura 3.7 a) Modelo de elementos finitos para a simulação explícita com deformação e b)

Resultado da simulação utilizando o método explícito. Fonte: NASCIMENTO e COELHO

(2011).

Neste trabalho será dada maior ênfase à técnica de medição da temperatura de usinagem por

meio da captação de radiação infravermelha emitida por um corpo aquecido (no caso, o

cavaco).

Em 1997, Ay e Yang usaram um sistema termográfico em sincronismo com um conjunto de

termopares para analisar a influência das variáveis sobre a temperatura durante a operação de

torneamento. O sistema forneceu informações em forma de termogramas possibilitando a

investigação da distribuição da temperatura nas ferramentas e como a transferência de calor

pode afetar o uso, a vida e o desgaste da ferramenta. Em outra etapa foi usado um

microscópio eletrônico para investigação da superfície da ferramenta.

Borelli et al. (2000) concluíram que a qualidade do acabamento, desempenho da usinagem e

vida da ferramenta variam com a temperatura. Pode-se então dizer que intensidade luminosa

de cada ponto representado na Figura 3.8 é proporcional à energia emitida pelo espectro

infravermelho, varia com a velocidade de corte e pode ser considerado como um importante

parâmetro para verificação do desempenho, da qualidade de acabamento e da vida da

ferramenta.

25

Figura-3.8 a) Imagem original da câmera e b) Imagem processada através de um filtro. Fonte:

BORELLI, et al. (2000).

A Figura 3.8 mostra ainda o exato momento da quebra de uma ferramenta com exatidão de

1/60 segundos. As regiões representadas em preto apresentam temperaturas próximas de 0º C

enquanto as áreas em branco têm temperaturas em torno de 255º C.

Para a medição da temperatura através da radiação infravermelha é necessário considerar a

emissividade do objeto, a distância do objeto até a câmera, a umidade relativa, a temperatura

atmosférica e a temperatura refletida pelo ambiente (AY & YANG, 1997).

Soloman (1998) afirma que as características da superfície do objeto também são importantes

para a calibração da câmera. A Figura 3.9 mostra dois exemplos de medição da temperatura

utilizando câmeras de captação da radiação infravermelha.

Figura 3.9 a) Termografia obtida com a câmera Therma CAM TM P20 e b) Termografia

obtida com a câmera Agema Flir Systems. Fonte: RIBEIRO (2007)

26

Nas duas imagens pode-se perceber que as temperaturas máximas possuem a mesma ordem

de grandeza, sendo 137 °C na Figura 3.8(a) e 147 °C na Figura 3.8(b). Percebe-se também

que em ambos os casos a emissividade utilizada para a calibração da câmera foi de 0,75. Nas

Figuras 3.10 a 3.12 estão representados gráficos com a variação da temperatura de fresamento

em função da velocidade de corte e do avanço e da profundidade de corte. Observa-se que o

aumento da velocidade de corte e do avanço reduziram a temperatura de fresamento, enquanto

o aumento da profundidade de corte eleva a temperatura. Segundo Ribeiro (2007), isso se

explica pelo fato de não ser possível captar a temperatura sempre no mesmo ponto, ou seja, é

provável que as termografias tenham sido tiradas em diferentes momentos ao longo do

percurso efetivo da ferramenta e consequentemente, removendo espessuras distintas de corte.

Figura 3.10 Temperatura de fresamento em função da velocidade de corte. Fonte: RIBEIRO

(2007).

Figura 3.11 Temperatura de fresamento em função do avanço. Fonte: RIBEIRO (2007).

27

Figura 3.12 Temperatura de fresamento em função da profundidade de corte, a) Ap = 10mm,

b) Ap = 15mm, c) Ap = 20mm. Fonte: TOH (2005).

Nota-se que as Figuras 3.12 a, b e c são muito parecidas, no entanto percebe-se que a escala

usada para representar as temperaturas é diferente e que a temperatura máxima de cada um

dos processos é, respectivamente, 601,2°C, 670,7°C e 833,3°C. Logo, observamos que a

temperatura de fresamento é diretamente proporcional ao aumento da profundidade de corte.

3.6 – Vida e desgaste de ferramenta no corte interrompido

Por mais elevadas que sejam a dureza e a resistência ao desgaste da ferramenta de corte e por

menor que seja a resistência mecânica da peça de trabalho, a ferramenta sofrerá um processo

de desgaste que mais cedo ou mais tarde exigirá sua substituição. Estudar e entender o

processo pelo qual as ferramentas se desgastam é muito importante, pois pode permitir ações

coerentes e efetivas para reduzir a evolução desse processo, prolongando a vida da aresta de

corte. Embora os custos com ferramentas de corte representem apenas uma pequena fração do

custo de fabricação, o desgaste acelerado e/ou avarias frequentes levam a paradas da máquina

para troca e isso significa custos adicionais e perda de produtividade. Além disso, o

conhecimento do processo de desgaste da aresta fornecerá subsídios para que haja evolução

dos materiais das ferramentas, tornando-as mais resistentes aos fenômenos prejudiciais que

ocorrem durante o processo de usinagem. (MACHADO et al., 2009)

Existem vários fatores que influenciam no desgaste da ferramenta, no entanto pode-se dividi-

los em dois grandes grupos: fenômenos de origem mecânica (física) e fenômenos de origem

térmica. De acordo com Diniz; Marcondes e Coppini (2006), os principais tipos de desgastes

e suas causas são:

28

• Desgaste de flanco: ocorre devido ao contato entre a ferramenta e peça, na superfície de

folga da ferramenta.

• Desgaste de cratera: ocorre na superfície de saída da ferramenta e acontece devido ao

atrito entre cavaco e superfície de saída, principalmente quando a ferramenta não possui

boa resistência ou não possui revestimento.

• Deformação plástica da aresta de corte: é causada devido a um aumento da temperatura e

da pressão de usinagem, ocorre na ponta da ferramenta e normalmente provocam

dificuldades no controle do cavaco e anomalias no acabamento superficial da peça.

• Trincas: podem ser de origem mecânica ou térmica e normalmente são causadas devido a

uma variação brusca da temperatura ou da pressão. Essas variações são bastante comuns

no corte interrompido.

• Lascamento: ocorre principalmente quando a ferramenta é construída de materiais de

baixa resistência ou quando a aresta de corte é muito frágil. É caracterizado pelo

desprendimento de uma parcela considerável da ferramenta.

• Quebra: é o defeito causado pelo aumento de todas as anomalias citadas anteriormente,

no entanto podem ocorrer quebras sem que ocorra anteriormente outra falha, nesses casos

podem ser justificadas por falhas construtivas da ferramenta ou por aplicações indevidas.

• Aderência: o fenômeno da aderência está presente na formação da aresta postiça de corte,

APC, no entanto nem sempre é necessária a formação da mesma para que haja algum tipo

de desgaste por aderência, pois mesmo quando pequenas porções do material da peça se

unem por aderência à ferramenta, quando arrancados levam consigo parte da aresta de

corte.

• Oxidação: a maioria dos metais sofre oxidação quando expostos a elevadas temperatura e

a presença de ar e água, presente na composição dos fluidos de corte. Alguns óxidos, por

serem frágeis ou porosos são removidos facilmente da superfície da ferramenta gerando

desgaste, no entanto outros são bastante resistentes e desejados na composição das

ferramentas.

• Aresta postiça de corte: ocorre em baixas velocidades de corte e é uma superfície de

contato que se forma entre o cavaco e a superfície de saída da ferramenta. A aresta

postiça de corte, APC, normalmente diminui os esforços de corte, no entanto reduzem

consideravelmente a qualidade superficial da peça e também pode ser responsável pelo

desprendimento de material da ferramenta quando a mesma é arrancada.

29

• Abrasão: A abrasão é uma das principais causas de desgastes das ferramentas. Entre os

problemas causados pelo atrito estão: o desgaste frontal e o desgaste de cratera que

ocorrem devido ao contato de partículas duras do material, que encontram uma

ferramenta fragilizada pela temperatura.

• Difusão: a difusão é a troca de átomos entre dois materiais em estado sólido. Esse

fenômeno ocorre devido a um aumento da temperatura e a um tempo de exposição

elevado. Essa troca de átomos pode criar na superfície da ferramenta ligas metálicas

menos resistentes que a original.

Na Tabela 3.7 tem-se um resumo dos desgastes e anomalias, suas possíveis causas e ações

para minimização.

Tabela 3.7 Principais tipos de desgaste. Fonte: DINIZ; MARCONDES e COPPINI, (2006).

Tipo de Desgaste e/ou

Anomalia Possíveis Causas Ações para Minimização

Desgaste de Flanco

• Velocidade de corte muito alta ou muito baixa (se a causa for presença de APC).

• Resistência ao desgaste insuficiente da ferramenta.

• Abrasão. • Aresta postiça de corte

• Redução da Velocidade de corte. • Seleção de classe de ferramentas mais

resistente ao desgaste. • Aumento da velocidade de corte se o

desgaste for causado pela APC.

Desgaste de Entalhe

• Oxidação. Com agentes antioxidantes, • Redução da velocidade de corte

• Seleção de fluido de corte

Desgaste de Cratera

• Difusão Que possua cobertura de óxido de alumínio

• Seleção de classe de ferramenta

Deformação Plástica

• Altas temperaturas combinadas com altas pressões na região de corte.

• Seleção de classe de ferramenta com maior dureza a quente

• Redução da velocidade de corte

Trincas de origem

mecânica

• Variação excessiva de esforços na aresta de corte

• Seleção de uma classe de ferramenta mais tenaz.

• Redução do avanço. • Suavização do primeiro contato da

ferramenta com a peça. • Aumento da estabilidade

Trincas de origem térmica

• Excessiva variação de temperatura • Seleção de uma classe de ferramenta mais tenaz.

• Aplicação de fluido de corte em abundancia ou não-aplicação.

Lascamento

• Classe de ferramenta muito frágil. • Geometria da ferramenta muito fraca. • Choque da ferramenta com a peça.

• Seleção de uma classe de ferramenta mais tenaz.

• Aumento do ângulo de ponta, raio de ponta e/ou do ângulo de cunha (chanframento de aresta).

• Suavização do primeiro contato da ferramenta com a peça.

30

A Figura 3.13 mostra o efeito da temperatura de corte e, consequentemente da velocidade de

corte e avanço, sobre os mecanismos de desgaste. Nota-se que sob baixas temperaturas apenas

adesão e abrasão são significativas. Entretanto, à medida que a temperatura aumenta (alta

velocidade de corte), o desgaste da ferramenta cresce exponencialmente devido

principalmente ao desgaste por difusão e oxidação.

Figura 3.13 Desgaste da ferramenta em função da temperatura. Fonte: KOPAC et al. (2001).

31

4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

A seguir serão apresentados os equipamentos, os materiais e os métodos adotados neste

trabalho.

4.1 - Equipamentos e Materiais

Os testes serão realizados em um centro de usinagem Romi, modelo Discovery 560, com

potência de 9 kW e rotação máxima de 7500 rpm, mostrado na Figura 4.1.

Figura 4.1 Centro de usinagem Romi, modelo Discovery 560.

A ferramenta a ser utilizada é uma fresa de topo com 16 mm de diâmetro, modelo Sandvik

R390-016A16L-11L (vide Anexo I), equipada com pastilhas de metal duro revestido, modelo

Sandvik R390-11 T3 12E-PM 1010 (vide Anexo II).

Para a medição da temperatura do cavaco foi utilizada uma câmera infravermelho Raytek,

modelo Marathon MM com diâmetro focal de 1,9 mm a 300 mm de distância e faixa de

operação de 300 a 1100°C (Figura 4.2).

32

Figura 4.2 Câmera infravermelho Raytek, modelo Marathon MM (adaptado pelo autor).

Para aquisição dos valores de corrente elétrica consumida pelos motores do eixo principal

(rotação) e do eixo de avanço (eixo X) foi utilizada uma placa de comunicação Siemens,

modelo CP5611, ligada diretamente ao centro de usinagem.

Após a realização de cada teste, uma pequena quantidade de cavacos foi recolhida e analisada

em um microscópio Olympus conectado a uma câmera CCD e esta a um computador (Figura

4.3).

Figura 4.3 Microscópio utilizado para registro dos cavacos adquiridos durante os ensaios.

Como corpo de prova foi utilizada uma barra de aço ABNT D2, com dureza média de 185

HV, obtidas por meio de um durômetro de rebote da marca Time modelo TH 130, (média de

cinco medições realizadas na região usinada). Este corpo de prova apresentava as seguintes

dimensões iniciais: 250 x 210 x 130 mm e foi fixado à mesa do centro de usinagem por meio

de duas garras fixas, que serviram de apoio à duas garras expansíveis.

33

4.2 – Métodos

Após a fixação do corpo de prova no centro de usinagem, a câmera infravermelha foi montada

no cabeçote da máquina de forma a permitir o ajuste do foco do equipamento a 300mm da

aresta da ferramenta. O alvo da câmera foi posicionado no raio de ponta da ferramenta, na

região de saída dos cavacos como mostra a Figura 4.4. Foi utilizada uma emissividade de 0,8,

conforme recomendação do manual da câmera infravermelha RAYTEK (2007). Foi realizado

corte discordante e a ferramenta foi montada com um balanço de 80 mm, (Figura 4.4).

Figura 4.4 (a) Montagem da fresa no centro de usinagem e da câmera infravermelha. (b)

Ponto de medição da temperatura na superfície de saída da ferramenta. (c) Esquema da

montagem experimental.

Foram definidos previamente dois níveis para cada um dos fatores analisados: velocidade de

corte (vc), avanço (f), profundidade de usinagem (ap) e penetração de trabalho (ae), como

mostrado na Tabela 4.1.

34

Tabela 4.1: Valores pré-definidos para os parâmetros de corte.

Nível Veloc. de corte

vc [m/min]

Avanço

f [mm/rot]

Prof. de usinagem

ap [mm]

Penetr. de trabalho

ae [mm]

- 60 0,1 1,0 4,0

+ 120 0,2 2,0 8,0

Esses valores foram lançados no “software” Minitab (versão 15) que fez um arranjo aleatório

dos parâmetros, definindo assim a ordem em que os ensaios seriam realizados. Cada ensaio

foi realizado duas vezes e também foram realizadas quatro réplicas com os valores

intermediários de cada um dos fatores (vc = 90 m/min, f = 0,15 mm/rot, ap = 1,5 mm e ae = 6

mm), totalizando 36 testes.

4.2.1- Aquisição da temperatura

Com a câmera focalizada na superfície de saída da ferramenta e ligada ao computador e ainda

com o auxilio do “software” Data Temp Multidrop 5.3.1, foram coletados os dados. A Tabela

2.2 apresenta uma amostra do formato da aquisição, que variou de 13 a 70 pontos de medição

em função da duração do ensaio. As siglas Tobj, Tint e Trg significam respectivamente:

temperatura do objeto, temperatura ambiente medida pela câmera e valor de temperatura

programado a partir do qual o sistema começa a armazenar os valores medidos.

Tabela 4.2: Exemplo de aquisição da temperatura.

02/05/2012 Tobj Tint Trg

Tempo °C °C °C

16:09:21 396,8 35,2 0

16:09:22 414,6 35,2 0

16:09:23 416,8 35,2 0

16:09:24 457,3 35,2 0

16:09:25 438,0 35,2 0

Como as amostras da temperatura apresentaram populações que variavam de 13 a 70 pontos,

optou-se por calcular o valor médio das dez maiores temperaturas encontradas em cada

35

experimento, pois em uma análise preliminar dos dados, foi o arranjo que apresentou melhor

comportamento no gráfico de distribuição normal, histograma, gráfico de resíduos versus

valores ajustados e no gráfico de resíduos versus sequência de testes, todos obtidos por meio

do software Minitab.

4.2.2 – Aquisição da corrente elétrica

Com a placa instalada no centro de usinagem e com o auxílio de um software foram coletados

os dados referentes à corrente elétrica consumida pelos motores responsáveis pelos

movimentos de corte e de avanço. Os valores coletados são o percentual da corrente nominal

do motor (17 A para o eixo principal e 4,3 A para o eixo de avanço). Foram recolhidos 26

pontos para cada ensaio.

Analisando os valores da corrente elétrica do eixo principal, verificou-se que as amostras

apresentaram elevada dispersão, chegando a 160% dentro da mesma população. Assim,

optou-se por utilizar o valor médio de todos os 26 pontos obtidos.

De forma similar aos resultados de corrente consumida pelo motor do eixo principal, os

valores coletados para o motor responsável pelo movimento de avanço também apresentaram

uma acentuada dispersão dentro do mesmo teste. Portanto, com o intuito de tornar esses

valores mais homogêneos, a estratégia foi a de utilizar os 10 valores mais elevados.

4.2.3 – Coleta de cavacos

Após a realização de cada teste, amostras dos cavacos gerados foram coletadas para posterior

registro (por meio do microscópio e câmera CCD) e análise da coloração. Um exemplo dos

registros realizados está representado na Figura 4.5.

36

Figura 4.5 Cavacos recolhidos com a seguinte configuração: vc=90 m/min, f=15 mm/rot,

ap=1,5 mm e ae=6 mm.

5 – RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo serão apresentados os resultados encontrados durante os testes,

com uma análise crítica de

com a configuração de 95% de nível de confiança.

resultados de temperatura do cavaco e corrente elétrica consumida.

5.1 – Temperatura

A Figura 5.1 mostra a distribuição dos resultados encontrados durante as medições de

temperatura e seus resíduos.

Figura 5.1 Análise dos dados referentes à t

Histograma; (c) Gráfico de resíduos

sequência de testes.

a)

b)

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo serão apresentados os resultados encontrados durante os testes,

destes. Todos os gráficos foram gerados pelo “software” Minitab,

com a configuração de 95% de nível de confiança. O Apêndice I apresenta uma tabela com os

resultados de temperatura do cavaco e corrente elétrica consumida.

distribuição dos resultados encontrados durante as medições de

temperatura e seus resíduos.

Figura 5.1 Análise dos dados referentes à temperatura: (a) Gráfico de distribuição normal; (b)

ráfico de resíduos versus valores ajustados; (d) Gráfico de resíduos versus

c)

d)

37

Neste capítulo serão apresentados os resultados encontrados durante os testes, juntamente

gráficos foram gerados pelo “software” Minitab,

O Apêndice I apresenta uma tabela com os

distribuição dos resultados encontrados durante as medições de

co de distribuição normal; (b)

ráfico de resíduos versus

Pode-se observar que o gráfico de probabilidade

apresenta uma boa linearidade com a curva de tendência. O

uma maior concentração de valores no ponto central. O

ajustados (Figura 5.1c) ficou bem distribuído, sem a presença de linha de tendência e com

baixas amplitudes e o gráfico

apresentou boa distribuição, com poucos picos e com baixa amplitude, essas características

mostram que os valores coletados são coerentes para as próximas avaliações.

A Figura 5.2 mostra o gráfico de

linha vermelha que representa a significância de 5%

temperatura individualmente

f*ae (BD) e vc*ap*ae (ACD).

decrescente foram: velocidade de corte (A), profundidade de usinagem (C), penetração de

trabalho (D) e avanço (B).

Figura 5.2 Gráfico de Pareto

se observar que o gráfico de probabilidade de distribuição normal (Figura 5.1a)

ridade com a curva de tendência. O histograma

ção de valores no ponto central. O gráfico de resíduos versus valores

ficou bem distribuído, sem a presença de linha de tendência e com

aixas amplitudes e o gráfico de resíduos versus sequência de testes (Figura 5



Figura 5.2 mostra o gráfico de Pareto para temperatura do cavaco, no qual

linha vermelha que representa a significância de 5%. Nota-se que todos os fatores afetam a

temperatura individualmente, além das seguintes interações: vc*f (AB), a

(ACD). Isoladamente os parâmetros mais influentes, em ordem


Pareto dos efeitos padronizados para a temperatura

38

de distribuição normal (Figura 5.1a)

histograma (Figura 5.1b) mostra

de resíduos versus valores

ficou bem distribuído, sem a presença de linha de tendência e com

ncia de testes (Figura 5.1d) também



, no qual se observa uma

se que todos os fatores afetam a

*f (AB), ap*ae (CD), f*ap (BC),

ais influentes, em ordem


para a temperatura.

39

A Figura 5.3 mostra como cada um desses parâmetros afeta individualmente a temperatura do

cavaco, enquanto a Figura 5.4 mostra a influência das interações dos parâmetros, arranjados

dois a dois.

Figura 5.3 Gráfico de efeitos principais para temperatura.

As curvas de tendência para velocidade de corte, profundidade de usinagem e penetração de

trabalho apresentaram comportamento esperado, isto é, a temperatura é proporcional à

elevação desses parâmetros. No entanto, o gráfico referente ao avanço apresentou um

comportamento inesperado, pois neste caso também se previa um aumento da temperatura

com a elevação do avanço, mas isso não se confirmou, não obstante este mesmo resultado foi

encontrado por RIBEIRO (2007). Uma provável explicação para esse comportamento pode

ser atribuída ao aumento da distância da fonte de calor ao ponto de medição com a elevação

do avanço, o que pode proporcionar uma maior dissipação de calor e a detecção de

temperaturas mais baixas na superfície do cavaco.

No caso do aumento da velocidade de corte pode-se dizer que mais energia é fornecida ao

sistema e uma maior parcela dessa energia é transformada em calor, o qual é dissipado no

cavaco. Já o aumento da profundidade de usinagem e da penetração de trabalho proporcionam

40

o aumento do volume de material usinado e da área de contato da ferramenta com o corpo de

prova, que por sua vez aumenta o atrito, causando o aumento da temperatura do cavaco.

Observa-se na Figura 5.4 que a única interação cuja temperatura diminuiu com o aumento dos

parâmetros foi a interação entre a velocidade de corte e o avanço. Pode-se, portanto dar a este

caso a mesma explicação do aumento apenas do avanço. As interações da velocidade de corte

com a profundidade de usinagem e a penetração de trabalho não foram avaliadas, pois como

mostrado no gráfico de Pareto (Figura 5.2), essas não são significativas para um nível de

confiança de 95%.

Figura 5.4 Gráfico das interações entre parâmetros, dois a dois.

As interações do avanço com a profundidade de usinagem e a penetração de trabalho se

mostraram proporcionais ao aumento dos parâmetros, devido principalmente ao aumento da

área da seção de corte. Por esse mesmo motivo o aumento dos parâmetros profundidade de

usinagem e a penetração de trabalho, simultaneamente, também proporcionam um aumento da

temperatura.

5.2 – Corrente elétrica

5.2.1 – Corrente elétrica consumida pel

A Figura 5.5 mostra a distribuição dos resultados encontrados durante as medições da

corrente consumida no motor

usinagem.

Figura 5.5 Análise dos dados referentes à Corrente consumida no eixo Principal.

de distribuição normal; (b) H

Gráfico de resíduos versus

Pode-se observar que o gráfico de probabilidade

apresenta poucas divergências com a linha de tendência, o histograma

esperado, mostra uma maior concentra

valores ajustados (Figura 5.5c)

a)

b)

Corrente elétrica consumida pelo motor do eixo principal


corrente consumida no motor do eixo principal (movimento de rotação)

lise dos dados referentes à Corrente consumida no eixo Principal.

de distribuição normal; (b) Histograma; (c) Gráfico de resíduos versus valores ajustados; (d)

ráfico de resíduos versus sequência de testes.

se observar que o gráfico de probabilidade de distribuição normal (Figura 5.5a)

apresenta poucas divergências com a linha de tendência, o histograma

esperado, mostra uma maior concentração na faixa central, o gráfico de resíduos versus

valores ajustados (Figura 5.5c) apresentou uma boa distribuição, com poucos pontos longe da

c)

d)

41


(movimento de rotação) do centro de

lise dos dados referentes à Corrente consumida no eixo Principal. (a) Gráfico

versus valores ajustados; (d)

de distribuição normal (Figura 5.5a)

(Figura 5.5b), como o

ção na faixa central, o gráfico de resíduos versus

apresentou uma boa distribuição, com poucos pontos longe da

linha central e sem a presença de linha de tendência e o

de testes (Figura 5.5d) também apresentou boa distribuição com poucos picos.

Analisando a Figura 5.6 pode

interferem individualmente na corrente elétrica consumida no motor do ei

de um nível de confiança de 95%

relevante.


motor do eixo principal.

Os fatores mais influentes, em ordem decrescente, sã

penetração de trabalho (D), velocidade de corte (A) e

A Figura 5.7 mostra como cada um desses parâmetros

eixo principal individualm

corrente consumida pelo eixo principal c

pelo fato do aumento da velocidade de corte elevar a temperatura de

corpo de prova menos resistente ao cisalhamento

operação.

linha central e sem a presença de linha de tendência e o gráfico de resíduos

também apresentou boa distribuição com poucos picos.

Analisando a Figura 5.6 pode-se verificar que os quatro fatores testados (v

interferem individualmente na corrente elétrica consumida no motor do ei

de um nível de confiança de 95%. Mas ao contrário da temperatura, nenhuma das interações é

Gráfico de Pareto dos efeitos padronizados para a corrente elétrica consu

mais influentes, em ordem decrescente, são: profundidade de usinagem (C),

penetração de trabalho (D), velocidade de corte (A) e avanço (B).

A Figura 5.7 mostra como cada um desses parâmetros afeta a corrente consumida no motor do

eixo principal individualmente. Nota-se um comportamento inversamente propo

corrente consumida pelo eixo principal com o aumento da velocidade de corte. I

da velocidade de corte elevar a temperatura de

menos resistente ao cisalhamento, reduzindo assim a energia gasta na

42

gráfico de resíduos versus sequência

também apresentou boa distribuição com poucos picos.

se verificar que os quatro fatores testados (vc, f, ap e ae)

interferem individualmente na corrente elétrica consumida no motor do eixo principal dentro

nenhuma das interações é

corrente elétrica consumida no

o: profundidade de usinagem (C),

a corrente consumida no motor do

se um comportamento inversamente proporcional da

m o aumento da velocidade de corte. Isso se explica

usinagem, tornando o

, reduzindo assim a energia gasta na

43

O aumento do avanço proporciona um maior consumo de corrente elétrica do eixo principal.

Isso se dá pelo aumento de volume de material retirado por cada inserto da ferramenta em

uma volta e também explica o comportamento da corrente elétrica consumida pelo eixo

principal quando relacionada à profundidade de usinagem e penetração de trabalho.

Figura 5.7 Gráfico de efeitos principais para a corrente elétrica pelo motor do eixo principal.

5.2.2 – Corrente elétrica consumida pelo motor de avanço


corrente consumida pelo motor responsável pelo movimento de avanço.

Figura 5.8 Analise dos dados referentes à c

Gráfico de distribuição normal; (b) Histograma; (c) G

ajustados; (d) Gráfico de resíduos versus

Pode-se observar que o gráfico de distribuição normal (Figura 5.8a)

linearidade, no entanto os pontos não se afas

(Figura 5.8b) mostra uma maior concentração no ponto central, contudo a col

atingiu a frequência esperada,

5.8c) ficou bem distribuído e sem a presença de linha de tendência e o

versus sequência de testes (Figura 5.8c)

negativos, o que não é desejável.

O gráfico de Pareto apresentado na Figura 5.9 mostra que os parâmetros avaliados afetam o

valor da corrente consumida

às interações ultrapassou o nível

a)

b)

Analise dos dados referentes à corrente consumida pelo motor

co de distribuição normal; (b) Histograma; (c) Gráfico de resíduos

ráfico de resíduos versus sequência de testes.

gráfico de distribuição normal (Figura 5.8a) não apresenta uma boa

linearidade, no entanto os pontos não se afastam muito da curva de tendência. O

mostra uma maior concentração no ponto central, contudo a col

atingiu a frequência esperada, enquanto o gráfico de resíduos versus valores ajustados (Figura

ficou bem distribuído e sem a presença de linha de tendência e o

de testes (Figura 5.8c) apresentou alternância de resultados positivos e

negativos, o que não é desejável.

apresentado na Figura 5.9 mostra que os parâmetros avaliados afetam o

valor da corrente consumida apenas individualmente, ou seja, nenhum dos valores referentes

o nível de confiança de 95%.

c)

d)

44

pelo motor de avanço. (a)

ráfico de resíduos versus valores

não apresenta uma boa

tam muito da curva de tendência. O histograma

mostra uma maior concentração no ponto central, contudo a coluna central não

gráfico de resíduos versus valores ajustados (Figura

ficou bem distribuído e sem a presença de linha de tendência e o gráfico de resíduos

ternância de resultados positivos e

apresentado na Figura 5.9 mostra que os parâmetros avaliados afetam o

nenhum dos valores referentes

Velocidade de corte (A), penetração de trabalho (D), profundidade de usinagem (C) e

(B) são, nesta ordem, os fatores mais influentes sobre a corrente consumida pelo motor de

avanço.


motor do eixo de avanço.

A Figura 5.10 mostra como cada um desses parâmetros

consumida pelo motor de avanço

mesmo registrado para o consumo de corrente elétrica no eixo principal, não obstante pode

afirmar que os motivos para tanto também são os mesmos.

Velocidade de corte (A), penetração de trabalho (D), profundidade de usinagem (C) e

nesta ordem, os fatores mais influentes sobre a corrente consumida pelo motor de

Gráfico de Pareto dos efeitos padronizados para corrente elétrica consumida no

A Figura 5.10 mostra como cada um desses parâmetros afeta, individualmente,

de avanço. Pode-se observar que o comportamento desses gráficos é o

mesmo registrado para o consumo de corrente elétrica no eixo principal, não obstante pode

afirmar que os motivos para tanto também são os mesmos.

45

Velocidade de corte (A), penetração de trabalho (D), profundidade de usinagem (C) e avanço

nesta ordem, os fatores mais influentes sobre a corrente consumida pelo motor de

para corrente elétrica consumida no

individualmente, a corrente

ento desses gráficos é o

mesmo registrado para o consumo de corrente elétrica no eixo principal, não obstante pode-se

46

Figura 5.10 Gráfico de efeitos principais para a corrente elétrica no motor de deslocamento do

eixo de avanço.

Entretanto, nota-se que os fatores não apresentam a mesma importância sobre a corrente

elétrica consumida pelos motores do eixo principal e de avanço, como mostrado na Tabela

5.1. Apesar do aumento dos dois parâmetros, ap e ae, proporcionarem o aumento da área de

contato e da taxa de remoção de material, fazem isto em direções diferentes, tal fato explica a

geração de componentes de força também em diferentes direções, portanto os parâmetros têm

importâncias distintas sobre a força de usinagem.

Tabela 5.1: Ordem de influência dos fatores no consumo da corrente elétrica pelo motor

principal e de avanço.

Motor principal Motor de avanço

1º ap vc

2 º ae ae

3 º vc ap

4 º F F

5.3 – Cavacos

Na Figura 5.11 está representado como a alteração da velocidade de corte

características do cavaco.

Figura 5.11 Efeitos da velocidade de corte nas ca

mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap

mm e ae = 4 mm; (c) vc = 60 mm/min, f = 0,1 mm/


Observa-se nas Figuras 5.11a, 5.11b, 5.11c e 5.11d

altera as dimensões do cavac

da cor amarelada para azul bem forte, o que evidencia o aumento da temperatura de usinagem.

representado como a alteração da velocidade de corte

Figura 5.11 Efeitos da velocidade de corte nas características físicas do cavaco

p = 1 mm e ae = 4 mm; (b) vc = 120 mm/min, f = 0,1 mm/

= 60 mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap = 1 mm e ae

p = 1 mm e ae = 8 mm.

nas Figuras 5.11a, 5.11b, 5.11c e 5.11d que o aumento da velocidade de

altera as dimensões do cavaco, no entanto, nota-se uma variação na sua

para azul bem forte, o que evidencia o aumento da temperatura de usinagem.

47

representado como a alteração da velocidade de corte afeta as

racterísticas físicas do cavaco: (a) vc = 60

= 120 mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap = 1

= 8 mm; (d) vc = 120

que o aumento da velocidade de corte não

sua coloração, passando

para azul bem forte, o que evidencia o aumento da temperatura de usinagem.

Na Figura 5.12 o valor do avanço é alterado enquanto os demais

fixos. Assim é possível observar o efeito

cavaco.

Figura 5.12 Efeitos do avanço nas caracterí

0,1 mm/rot, ap = 2 mm e ae

mm; (c) vc = 60 mm/min, f = 0,1 mm/

mm/rot, ap = 2 mm e ae = 4 mm

Não foram observadas diferenças

aumento do avanço, exceto pelo pequeno aumento em

de material removido por inserto a cada revolução.

Na Figura 5.13 observam-

características físicas do cavaco, enquanto os demais parâmetros são fixados.

Na Figura 5.12 o valor do avanço é alterado enquanto os demais parâmetros são mantidos

observar o efeito do aumento do avanço sobre as

Figura 5.12 Efeitos do avanço nas características físicas do cavaco: (a) v

e = 8 mm; (b) vc = 60 mm/min, f = 0,2 mm/rot

= 60 mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap = 2 mm e ae = 4 mm; (d) vc

= 4 mm.

diferenças consideráveis nas características dos

aumento do avanço, exceto pelo pequeno aumento em sua espessura devido ao

de material removido por inserto a cada revolução.

-se os efeitos do aumento da profundidade de usinagem sobre as


48

parâmetros são mantidos

sobre as características do

: (a) vc = 60 mm/min, f =

rot, ap = 2 mm e ae = 8

c = 60 mm/min, f = 0,2

nas características dos cavacos devido ao

espessura devido ao maior volume

se os efeitos do aumento da profundidade de usinagem sobre as


Figura 5.13 Efeitos da profundidade de usinagem nas características físic

= 120 mm/min, f = 0,2 mm/

ap = 2 mm e ae = 8 mm; (c) v

120 mm/min, f = 0,2 mm/rot

Pode-se verificar uma mudança significativa na coloração dos cavacos

profundidade de usinagem (Figura

um aumento na temperatura de usinagem.

usinagem altera as dimensões dos cavacos

Na Figura 5.14 o valor da penetração de trabalho é alterado enquanto os demais parâmetros

são mantidos fixos, para

características do cavaco.

Figura 5.13 Efeitos da profundidade de usinagem nas características físic

= 120 mm/min, f = 0,2 mm/rot, ap = 1 mm e ae = 8 mm; (b) vc = 120 mm/min, f = 0,2 mm/

= 8 mm; (c) vc = 120 mm/min, f = 0,2 mm/rot, ap = 1 mm e a

rot, ap = 2 mm e ae = 4 mm.

se verificar uma mudança significativa na coloração dos cavacos

profundidade de usinagem (Figuras 5.13a e 5.13b e Figuras 5.13c e 5.13d)

ento na temperatura de usinagem. Nota-se também que o aumento da profundidade de

usinagem altera as dimensões dos cavacos, tornando-os mais largos.


são mantidos fixos, para permitir a observação dos efeitos de seu aumento sobre as

49

Figura 5.13 Efeitos da profundidade de usinagem nas características físicas do cavaco: (a) vc

= 120 mm/min, f = 0,2 mm/rot,

= 1 mm e ae = 4 mm; (d) vc =

se verificar uma mudança significativa na coloração dos cavacos com o aumento da

5.13c e 5.13d), o que evidencia

se também que o aumento da profundidade de


dos efeitos de seu aumento sobre as

Figura 5.14 Efeitos da penetração de trabalho nas car

120 mm/min, f = 0,1 mm/rot

= 2 mm e ae = 8 mm; (c) vc


Não se nota alteração na coloração dos cavacos com o aumento da penetração de trabalho,

contudo se percebe um considerável aumento no comprimento.

As Figuras 5.11 a 5.14 refletem a importância dos parâmetros sobre a temperatura do cava

mostrada no gráfico da Figura 5.2, isto é, os fatores mais influentes segundo o gráfico de

Pareto (Vc e ap) promoveram alteração na coloração dos cavacos, ao passo que os fatores

menos influentes (ae e f) não causaram esta alteração.

Figura 5.14 Efeitos da penetração de trabalho nas características físicas do cavaco

rot, ap = 2 mm e ae = 4 mm; (b) vc = 120 mm/min, f = 0,1 mm/

c = 60 mm/min, f = 0,2 mm/rot, ap = 1 mm e a

p = 1 mm e ae = 8 mm.


contudo se percebe um considerável aumento no comprimento.

5.14 refletem a importância dos parâmetros sobre a temperatura do cava


) promoveram alteração na coloração dos cavacos, ao passo que os fatores

e f) não causaram esta alteração.

50

acterísticas físicas do cavaco: (a) vc =

= 120 mm/min, f = 0,1 mm/rot, ap

= 1 mm e ae = 4 mm; (d) vc = 60


5.14 refletem a importância dos parâmetros sobre a temperatura do cavaco


) promoveram alteração na coloração dos cavacos, ao passo que os fatores

51

Tabela 5.2: Resumo dos resultados adquiridos, com a análise individual de cada parâmetro.

Velocidade de

corte Avanço

Profundidade de usinagem

Penetração de corte

Temperatura do cavaco

Corrente Eixo Principal

Corrente Eixo de Avanço

Na Tabela 5.2 está representado um resumo gráfico dos resultados obtidos nos testes, onde o

sentido e a cor das setas indicam como o aumento de cada um dos parâmetros de corte afeta

os indicadores estudados, enquanto as dimensões das setas mostram a influência dos

parâmetros sobre a temperatura do cavaco e as corentes elétricas consumidas nos motores

principal e de avanço.

52

6 – CONCLUSÃO

Após a realização dos testes de fresamento do aço ABNT D2 e a análise dos resultados

referentes a temperatura do cavaco, corrente consumida pelos eixos principal e de avanço e

coloração dos cavacos, pode-se chegar às seguintes conclusões:

Todos os parâmetros analisados: velocidade de corte (vc), avanço (f), profundidade de

usinagem (ap) e penetração de trabalho (ae) afetam isoladamente a temperatura do cavaco, a

corrente consumida pelo motor do eixo principal e a corrente consumida pelo motor de

avanço, dentro de um nível de confiança de 95%, como mostrado na Tabela 8.1.

A temperatura do cavaco aumenta com a elevação da velocidade de corte, da profundidade de

usinagem e da penetração de trabalho, mas diminui com a elevação do avanço. Além disso, a

velocidade de corte foi o fator mais influente sobre a temperatura do cavaco.

Os valores de corrente elétrica consumida pelo motor principal e pelo motor de avanço

aumentam com a elevação do avanço, da profundidade de usinagem e da penetração de corte

e diminuem com o aumento da velocidade de corte, essa redução ocorre devido a um aumento

da temperatura de usinagem e consequente redução na resistência ao cisalhamento do material

usinado. O fator mais influente no valor da corrente consumida pelo motor, no caso do eixo

principal, foi a profundidade de usinagem, enquanto no eixo de avanço o fator mais influente

foi a velocidade de corte.

A coloração do cavaco foi alterada pela elevação da velocidade de corte e da profundidade de

corte, passando de amarelada para azul escura, o que não ocorreu com o aumento da

penetração de trabalho e avanço, reforçando assim, os resultados encontrados na medição da

temperatura do cavaco que mostra uma menor influência desses dois parâmetros na

temperatura.

53

7 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

O método utilizado para a medição da temperatura deve ser aperfeiçoado, pois os resultados

encontrados para o aumento do avanço não representaram o que se esperava.

Sugere-se, portanto que o foco da câmera seja posicionado mais próximo da fonte de calor, a

fim de se evitar dissipações.

54

8 – REFERÊNCIAS

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57

9 – ANEXOS

Anexo I – Especificação da fresa de topo utilizada (Sandvik, 2012).

58

Anexo II – Especificação das pastilhas de metal duro utilizadas. (Sandvik, 2012).

59

10 – APÊNDICES

Apêndice I – Tabela de resultados

Teste vc f ap ae Temperatura Corrente

(Eixo principal)

Corrente

(Eixo avanço)

mm/min mm/rot mm mm °C A A

1 60 0,2 2 4 419,54 0,632543 0,221369

2 120 0,2 2 8 459,51 0,6726 0,232828

3 120 0,2 1 4 413,41 0,444777 0,210073

4 60 0,1 1 4 395,81 0,430325 0,21124

5 90 0,15 1,5 6 465,45 0,34949 0,232847

6 60 0,2 2 8 443,65 0,820877 0,274077

7 60 0,1 2 4 449,54 0,449409 0,220665

8 60 0,1 2 8 472,13 0,519516 0,247374

9 120 0,1 2 4 477,18 0,440077 0,189275

10 60 0,1 1 4 397,71 0,416514 0,219006

11 120 0,1 1 8 491,05 0,443801 0,205229

12 120 0,2 2 8 464,47 0,543401 0,2548

13 120 0,2 1 8 459,15 0,470945 0,21388

14 60 0,2 1 4 411,59 0,430135 0,208617

15 60 0,1 2 8 483,17 0,650145 0,265294

16 120 0,2 2 4 473,33 0,469032 0,223967

17 60 0,2 1 8 434,71 0,495603 0,250116

18 120 0,1 2 4 504,72 0,476269 0,179662

19 120 0,2 1 4 421,34 0,367861 0,22315

20 60 0,1 1 8 429,85 0,481206 0,231654

21 60 0,2 2 4 435,24 0,58397 0,278448

22 120 0,1 2 8 499,06 0,500182 0,227443

23 60 0,1 2 4 422,61 0,517928 0,231656

24 120 0,2 2 4 475,05 0,478582 0,230123

25 120 0,1 1 8 480,2 0,429614 0,223467

26 60 0,2 1 8 435,01 0,564695 0,233508

27 60 0,2 2 8 452,72 0,567545 0,274418

28 60 0,1 1 8 437,3 0,477721 0,235073

29 90 0,15 1,5 6 468,82 0,499115 0,28299

30 90 0,15 1,5 6 449,98 0,495972 0,271855

31 120 0,2 1 8 464,06 0,458499 0,215063

32 120 0,1 1 4 447,5 0,364063 0,188731

33 120 0,1 2 8 518,24 0,462586 0,215754

34 90 0,15 1,5 6 460,68 0,529774 0,257606

35 60 0,2 1 4 417,44 0,443327 0,210275

36 120 0,1 1 4 446,9 0,336075 0,214031

influência dos parâmetros de corte sobre a temperatura no fresamento do aço ferramenta abnt d2

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