plano de dissertacao -karina

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA Avenida Joo Naves de vila, 2121 - 38400-902

Campus Santa Mnica - Uberlndia MG

Plano de Dissertao de Mestrado

Avaliao da Qualidade Dimensional e Geomtrica de Cilindros em Blocos de Compressores Hermticos Usinados pelo Processo de Brunimento

Flexvel

Aluno: Karina Alves Fernandes Orientador: Dra Rosenda Valds Arencibia Co-orientador: Dr. Luciano Jos Arantes rea de Concentrao: Materiais e Processos de Fabricao Perodo: Agosto de 2013 a Julho de 2014

Uberlndia, agosto de 2013




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SUMRIO

1 INTRODUO ...................................................................................................................... 3 2 OBJETIVOS ........................................................................................................................... 3

2.1 OBJETIVO PRINCIPAL .................................................................................................... 3

2.2 OBJETIVOS SECUNDRIOS .......................................................................................... 4 3 REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................................... 4

3.1 COMPRESSOR RECPROCO ALTERNATIVO HERMTICO ..................................... 4 3.2 BRUNIMENTO .................................................................................................................. 5

3.3 TOLERNCIAS DIMENSIONAIS E GEOMTRICAS .................................................. 9 3.3.1 TOLERNCIAS DIMENSIONAIS ................................................................................ 9 3.3.2 TOLERNCIAS GEOMTRICAS ................................................................................ 9 3.4. INCERTEZAS DE MEDIO ....................................................................................... 16 3.4.1 ESTIMATIVA DA INCERTEZA DE MEDIO PELO MTODO DE MONTE

CARLO ............................................................................................................................................... 17

4 METODOLOGIA ................................................................................................................. 19

4.1 REVISO BIBLIOGRFICA ......................................................................................... 19 4.2 PLANEJAMENTO E EXECUO DA USINAGEM .................................................... 20 4.2.1 DOS EXPERIMENTOS ................................................................................................ 20

4.3 CLCULO DA INCERTEZA .......................................................................................... 21 4.4 ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS ........................................................... 21




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4.5 REDAO DA DISSERTAO E DIVULGAO DOS RESULTADOS ................. 22 4.6 DEFESA............................................................................................................................ 22

5 CRONOGRAMA DE EXECUO .................................................................................... 22 6 RECURSOS MATERIAIS E FINANCEIROS .................................................................... 22

7 JUSTIFICATIVA PARA COORIENTADOR ..................................................................... 23

8 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 23




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1 INTRODUO

A maioria dos sistemas de refrigerao se baseia no princpio de compresso e expanso de fluido com mudana de fase. Dentro desses sistemas o compressor tem papel destacado, por ser o elemento ativo que fora a circulao do fluido (STOECKER; SAIZ JABARDO, 2002). No entanto, para se obter melhor desempenho do compressor importante que, mecanicamente, as peas com movimento relativo apresentem um perfeito ajuste de geometrias, evitando vazamentos, desgastes e minimizando atritos, que conduzem a uma perda de eficincia (ROSA, 2012).

Neste sentido, o par formado pelo cilindro e o pisto presente nos compressores recprocos alternativos merece destaque, uma vez que responsvel por comprimir o fluido refrigerante, e falhas neste sistema podem comprometer o funcionamento do compressor, podendo at ocasionar o trancamento do mesmo. O adequado funcionamento deste conjunto requer elevada exatido dimensional e geomtrica dos seus componentes, e quando no so alcanadas muitas vezes dificultam a montagem, alm de provocar o aparecimento de esforos desgastantes (ROSA, 2012).

Um dos requisitos para o adequado funcionamento do par cilindro-pisto a ausncia de contato metal-metal. Entre tanto, a presena de picos isolados no perfil de rugosidade, mesmo quando estes aparecem ao acaso, podem comprometer o atendimento a esta exigncia. Assim sendo, a Embraco S/A (Whirlpool Unidade Compressores) percebeu a necessidade de melhorar, principalmente, a rugosidade superficial do cilindro de seus compressores hermticos visando otimizar o desempenho deste ltimo.

Os estudos realizados pela empresa reportaram a necessidade de efetuar uma operao de acabamento nos cilindros de forma a eliminar os picos isolados presentes na superfcie e arredondar o cume da maior quantidade de picos de forma a deslocar a linha mdia, do perfil de rugosidade, na direo destes. Para tanto, a empresa props a utilizao do processo de brunimento utilizando-se a ferramenta Flex-Hone, solucionando-se assim o problema.

Neste contexto, surgiu a proposta do presente trabalho, que tem como objetivo principal avaliar a qualidade dimensional e geomtrica do cilindro de blocos de compressores hermticos submetidos ao processo de brunimento utilizando-se uma fresadora CNC e a ferramenta Flex-Hone. Pretende-se, ainda: desenvolver um procedimento para execuo do processo de brunimento do cilindro utilizando-se a fresadora CNC, para tanto sero especificados o sobre-dimetro da ferramenta e os parmetros de corte, tais como, rotao e o nmero de passadas (golpes) da ferramenta; investigar o efeito da operao de brunimento no acabamento superficial, atravs da anlise de imagens obtidas no interfermetro a laser fabricado pela Taylor Hobson e avaliar a incerteza de medio atravs da aplicao da metodologia proposta no ISO TAG 4WG 3 (2008) e do mtodo de Monte Carlo, em funo da complexidade do mensurando avaliado.

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO PRINCIPAL

Avaliar a qualidade dimensional e geomtrica do cilindro de blocos de compressores hermticos submetidos ao processo de brunimento utilizando-se a ferramenta Flex-Hone.




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2.2 OBJETIVOS SECUNDRIOS

Propor um procedimento para execuo do processo de brunimento do cilindro utilizando-se uma fresadora CNC e a ferramenta Flex-Hone;

Propor procedimentos para efetuar o controle dimensional e geomtrico do cilindro; Investigar o efeito da operao de brunimento no acabamento superficial; Avaliar a incerteza de medio.

3 REVISO BIBLIOGRFICA

A reviso bibliogrfica versa sobre: compressor recproco alternativo hermtico; brunimento dando nfases ao brunimento utilizando-se um brunidor flexvel (flex-hone); tolerncias dimensionais e geomtricas e incerteza de medio.

3.1 Compressor recproco alternativo hermtico

O compressor um componente muito importante no circuito de refrigerao. Sua funo fazer circular o fluido refrigerante dentro do circuito. Podem ser apresentados em diferentes configuraes: recprocos alternativos, rotativos de parafuso e de palhetas, e centrfugos. Desses, os tipos mais comuns em instalaes de capacidade at 1.000 kW so os recprocos alternativos e os rotativos de parafuso. Os compressores podem ainda serem construdos em distintas concepes, destacando-se entre elas os tipos aberto, semi-hermtico e hermtico (STOECKER; SAIZ JABARDO, 2002).

Os compressores recprocos alternativos comprimem o fluido refrigerante atravs dos movimentos alternados de pistes e bielas que trabalham reciprocamente. No tipo aberto, o eixo de acionamento atravessa a carcaa, sendo, portanto, acionado por um motor exterior; no semi-hermtico, a carcaa exterior aloja tanto o compressor propriamente dito quanto o motor de acionamento, sendo possvel a remoo do cabeote para acesso s vlvulas e pistes. J nos compressores recprocos alternativos hermticos (Fig. 1a), a carcaa s apresenta os acessos de entrada e sada do refrigerante e para as conexes eltricas do motor; o motor e a unidade compressora so montados em um mesmo eixo, os quais so instalados dentro de um corpo de ao, cuja tampa soldada hermeticamente (selada) aps a montagem do conjunto (STOECKER; SAIZ JABARDO, 2002; EMBRACO, 1987).

O princpio de funcionamento do compressor recproco alternativo hermtico descrito a seguir. A energia eltrica fornecida ao motor do compressor faz com que este entre em funcionamento, gerando movimento circular sobre seu eixo. O movimento rotativo do eixo excntrico transformado, atravs do conjunto biela-manivela, em movimento linear do pisto. Com o auxlio das vlvulas de suco e descarga, o pisto, nos seus movimentos descendentes e ascendentes, provoca a transferncia de fluido do lado de baixa presso para o de alta presso (EMBRACO, 1990).

O movimento do pisto possui dois limites fsicos, o ponto morto superior e o ponto morto inferior. O perodo em que o pisto est no sentido ponto morto superior para ponto morto inferior chamado de etapa de expanso, uma vez que o fluido no interior do cilindro sofre um processo de expanso em funo do aumento de volume. Quando a presso no interior do cilindro torna-se menor que na regio de suco, a vlvula de suco se abre permitindo a entrada de refrigerante. Durante toda a etapa a presso interna menor do que a presso de descarga. Assim, a vlvula de descarga permanece fechada, impedindo a sada do refrigerante do cilindro. Essas vlvulas so comandadas




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unicamente pela diferena de presso. Quando o ponto morto inferior atingido, o pisto movimenta-se no outro sentido (ponto morto inferior para ponto morto superior), sendo que o fluido vai sendo comprimido e a presso interna do cilindro aumentando, constituindo a etapa de compresso. Nesta etapa, pelo fato da presso interna ser maior que a de suco, a vlvula de suco permanece fechada e, quando a presso interna atinge um ponto em que maior que a presso de descarga, a vlvula de descarga se abre, permitindo que o fluido seja direcionado, sob alta presso, para o resto do sistema. Quando o pisto atingir o ponto morto superior, um novo ciclo iniciado (KOERICH, 2004 apud HENKLEIN, 2006).

Figura 1 Compressor recproco alternativo hermtico (a) e uma vista explodida, mostrando o pisto e o cilindro (b) (EMBRACO, 2012).

A Figura 1b apresenta uma vista explodida das diversas peas que compem um modelo especfico deste tipo de compressor. Nela so indicados o pisto e o cilindro, sendo o ltimo objeto de estudo neste trabalho.

3.2 BRUNIMENTO

O processo de brunimento caracateriza-se pela remoo do material, no qual os gros abrasivos encontram-se em constante contato com a superfcie da pea. Tem-se assim, uma grande rea de contato entre o abrasivo e a pea, alm de presses e velocidades de corte baixas (BYRNES; FISCHER, 1992; NOAKER, 1991), quando comparado aos outros processos que utilizam abrasivos, como a retificao.

Pisto

Cilindro




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O brunimento de longo curso (Fig.2a) pode corrigir desvios macrogeomtricos advindos de processos anteriores. Aplicaes tpicas desse processo so encontradas em camisas de pistes utilizadas em motores, elementos hidrulicos, componentes de mquinas-ferramenta entre outros, principalmente para usinagens internas, enquanto o brunimento de pequeno curso ou superacabamento tem aplicao maior em peas usinadas externamente (VISQUE, 1998).

Figura 2 a: Brunimento de longo curso; b: Superfcie cruzada, gerada pelo processo de brunimento (AARON, 1995 apud FERREIRA; MAGALHES, 2009).

No brunimento o movimento de avano executado simultaneamente ao movimento de corte, produzindo na pea, uma superfcie cruzada (Fig.2b). O ngulo da direo efetiva caracteriza esta superfcie. A expanso radial responsvel pela profundidade de corte ap.

O processo permite a obteno de boa exatido dimensional e geomtrica. BALASUBRAMANIAN et al., 1987 apud ANDRETTA (2001) afirmam que o processo permite:

Remoo rpida e econmica de partculas, com aquecimento mnimo e distoro mnima; Gerao de superfcies circunfernciais e de corte retilneo, corrigindo desvios geomtricos

anteriores operao; Obteno do acabamento desejado da superfcie, com boa qualidade dimensional. Durante a usinagem, as cristas dos gros abrasivos penetram na superfcie da pea em uma

trajetria que ocasiona estados transientes de corte e deformaes plsticas na superfcie usinada, como mostrado na Fig. 3. No inicio da penetrao do gro abrasivo apenas uma pequena poro deste penetra na superfcie da pea, no havendo formao de cavaco. O material escoa sob e para os lados dos gros abrasivos, formando rebarbas. A penetrao do gro abrasivo na pea continua at que a mesma seja




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suficiente para ocorrer o cisalhamento do material e a formao do cavaco (KNIG, 1989; BRL, 1992).

A profundidade de corte de 5 a 10% do dimetro do abrasivo (BARTON; HAASIS, 1993). Esta profundidade de corte obtida como funo da fora de expanso radial e das caractersticas da ferramenta. A fora de usinagem que atua sobre a aresta de corte do gro abrasivo durante a usinagem, pode ser subdivida em duas componentes, Ft, no sentido de corte e Fn, normal ao sentido do corte, Fig. 3 (KING, 1989; BRLE, 1992). As cristas dos gros abrasivos adjacentes quebram as partculas do material deformado, que so retiradas pelo fluido de corte (BARTON; HAASIS, 1993).

Figura 3 Processo de formao de cavaco no brunimento (STOETERAU, 2006 apud FERREIRA; MAGALHES, 2009)

O processo de brunimento influenciado por dois grupos de entrada (KING, 1989 apud ANDRETTA, 2001), quais sejam, o sistema de usinagem, que compreende: as grandezas fixas, ou seja, a mquina, a pea, a ferramenta, o fluido de corte e os parmetros de usinagem, que compreendem as grandezas variveis, ou seja, a cinemtica do processo, com os movimentos de corte e avano, o curso e o tempo de espera. Incluem-se, tambm, como parmetros de usinagem a presso de contato do abrasivo na superfcie da pea, a presso e a vazo do fluido de corte.

Neste trabalho, o processo de brunimento ser efetuado utilizando-se a ferramenta denominada de Flex-Hone, a qual ideal para brunir, rebarbar, limpar, polir, desespelhar, remover ferrugem e dar acabamento em cilindros e tubos de qualquer material. Produz uma condio de superfcie controlada, impossvel de ser obtida por qualquer outro mtodo. Especificamente um processo de abraso a baixa temperatura e presso (VERTEC, 2008).

O uso desta ferramenta indicado para aplicaes industriais hidrulicas e pneumticas ou automotivas em materiais de qualquer dureza. Pode ser utilizada em cilindros com furos de comunicao, janelas e rebaixos, frestas e ainda rebarba e arredonda cantos vivos (Fig. 4). De forma




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geral, o processo de brunimento pode ser automatizado ou mesmo utilizando-se uma simples furadeira manual, onde o operador no precisa ter nenhuma qualificao especial.

Figura 4. Exemplos de aplicao de brunidores flexveis (VERTEC, 2008).

Os fabricantes disponibilizam uma grande variedade de dimetros da ferramenta flex-hone (Fig. 5), tipos de materiais abrasivos e granulaes (VERTEC, 2008).

Figura 5. Ferramentas (brunidores flexveis), fabricante flex-hone, com diferentes dimetros (VERTEC, 2008).

A ferramenta remove picos e imperfeies das paredes de cilindros, criando o acabamento desejvel (Fig. 6). O resultado a reduo do atrito, do aquecimento localizado e a melhoria geral no desempenho.




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Figura 6 Superfcie antes do processo de brunimento convencional (a) e aps o brunimento com a ferramenta Flex-Hone (b) (VERTEC, 2008).

3.3 TOLERNCIAS DIMENSIONAIS E GEOMTRICAS

Toda operao realizada atravs dos processos de fabricao mecnica tem como objetivo principal produzir componentes intercambiveis com o mximo de funcionalidade a custo conveniente. Isto significa que cada pea ou conjunto de um produto final seja feito de acordo com as especificaes definidas quanto a dimenses, forma e acabamento superficial. Entretanto, mesmo com os avanos tecnolgicos introduzidos nas ltimas dcadas esse objetivo impossvel ser alcanado.

A impossibilidade de se obter superfcies perfeitas dimensional e geometricamente criou a necessidade de quantificar e indicar, nas peas, as tolerncias geomtricas e, consequentemente, desenvolver meios para verific-las.

3.3.1 TOLERNCIAS DIMENSIONAIS As tolerncias dimensionais so abordadas pela ABNT NBR 6158 (1995) Sistema de tolerncias

e ajustes e so de suma importncia para garantir a montagem, o bom funcionamento das peas e a intercambialidade Entretanto, a indicao e verificao destas tolerncias dimensionais nem sempre so suficientes para atender essas demandas, surgindo a necessidade de indicar, tambm, tolerncias geomtricas.

3.3.2 TOLERNCIAS GEOMTRICAS As tolerncias geomtricas se dividem em dois grupos, a saber, tolerncias macrogeomtricas e

microgeomtricas. As tolerncias macrogeomtricas so abordadas pela ABNT NBR 6409 (1997) Tolerncias

Geomtricas Tolerncias de Forma, Orientao, Posio e Batimento Generalidades, Smbolos, Definies e Indicaes em Desenho. Dentre elas esto as tolerncias de forma (Tab. 1), cuja aplicao assume grande importncia em projetos mecnicos nos quais requerida elevada exatido. Elas so indispensveis nas seguintes condies: em peas para as quais a exatido de forma requerida no seja garantida com os meios normais de fabricao; em peas onde deve haver coincidncia bastante aproximada entre as superfcies e em peas onde seja necessrio, alm do controle dimensional, o controle de forma para possibilitar montagens sem interferncia (NBR 6409, 1997).

(a) (b)




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Tabela 1. Smbolos correspondentes aos desvios de forma (ABNT NBR 6409, 1997).

Neste trabalho, em particular ser verificado o desvio de cilindricidade do cilindro do compressor. Este desvio definido como a diferena radial entre dois cilindros coaxiais entre os quais deve estar localizada a superfcie real da pea (Fig. 7). Essa diferena deve ser no mximo igual tolerncia de cilindricidade especificada.

Figura 7. Representao grfica do desvio de cilindricidade (COSTA, et al., 2009).

A medio do desvio de cilindricidade pode ser conduzida em mquinas de medir por coordenadas, mquinas especificamente desenvolvidas para medir desvios de forma, bem como, por meio de instrumentos convencionais, como o relgio comparador. Seja qual for o sistema de medio utilizado, devem ser realizadas medies sucessivas de circularidade em vrias sees transversais do cilindro. importante que o operador conhea a quantidade mnima de sees transversais a serem analisadas para que a operao seja efetuada corretamente (COSTA et al., 2009).

As tolerncias microgeomtricas so aplicadas para limitar os valores dos desvios de forma microgeomtricos presentes na superfcie da pea. Estes desvios so denominados de rugosidade superficial e so definidos por Piratelli-Filho (2011) como o conjunto de microirregularidades formado pelas pequenas salincias e reentrncias presentes em uma superfcie. Para avaliao da rugosidade so utilizados equipamentos e padres especialmente desenvolvidos para esta finalidade, tais como: padres de rugosidade, rugosmetros eletromecnicos, a laser e pticos.

PROGRAMA DE PS

A medio da rugosidade no uma tarefa trivial, isto porquemacrogeomtricos, as ondulaes e a rugosidade apresentam(Fig. 8), sendo que os sinais de de onda) e menores amplitudesrugosidade, devem-se aplicar filtros que permitam separar ou atenuar sinais com frequncias mais baixas, isto , Filtros Passa-alta.

Figura 8 Desvios presentes em uma superfcie real (Disponvel em http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAhxkAA/mdb

Durante a avaliao da rugosidade com rucomprimentos de amostragem, sendo que a coleta dos valores efetuada em cinco comprimentos de amostragem denominado comprimento de avaliao (Fig.

Figura 9 Comprimentos para avaliao de rugosid

Na Figura 5, tem-se que: lv (Percurso inicial): a extenso da primeira parte do primeiro trecho. Ele no utilizado na

avaliao da rugosidade. Este trecho inicial tem a finalidade de permitir o amortecimento das oscilaes mecnicas e eltricas iniciais do sistema de medio


PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICAAvenida Joo Naves de vila, 2121 - 38400-902


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A medio da rugosidade no uma tarefa trivial, isto porquemacrogeomtricos, as ondulaes e a rugosidade apresentam-se superpostos na superfcie real da pea

sinais de rugosidade apresentam maiores frequncias (pequenos comprimentos que os desvios macrogeomtricos. Portanto, durante a medio da

se aplicar filtros que permitam separar ou atenuar sinais com frequncias mais

Desvios presentes em uma superfcie real (Disponvel em http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAhxkAA/mdb-rugosidade, acessado em 13/08/2013).

Durante a avaliao da rugosidade com rugosmetros eletromecnicos, devem ser apalpados sete comprimentos de amostragem, sendo que a coleta dos valores efetuada em cinco comprimentos de

comprimento de avaliao (Fig.9).

Comprimentos para avaliao de rugosidade (NOVASKI, 1994).

(Percurso inicial): a extenso da primeira parte do primeiro trecho. Ele no utilizado na avaliao da rugosidade. Este trecho inicial tem a finalidade de permitir o amortecimento das oscilaes mecnicas e eltricas iniciais do sistema de medio

GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

A medio da rugosidade no uma tarefa trivial, isto porque os desvios de forma se superpostos na superfcie real da pea

frequncias (pequenos comprimentos . Portanto, durante a medio da

se aplicar filtros que permitam separar ou atenuar sinais com frequncias mais

Desvios presentes em uma superfcie real (Disponvel em , acessado em 13/08/2013).

gosmetros eletromecnicos, devem ser apalpados sete comprimentos de amostragem, sendo que a coleta dos valores efetuada em cinco comprimentos de

(Percurso inicial): a extenso da primeira parte do primeiro trecho. Ele no utilizado na avaliao da rugosidade. Este trecho inicial tem a finalidade de permitir o amortecimento das




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lm (Percurso de medio): a extenso do trecho til do perfil de rugosidade usado diretamente na avaliao

ln (Percurso final): a extenso da ltima parte do trecho apalpado, no utilizado na avaliao. O trecho final tem a finalidade de permitir o amortecimento das oscilaes mecnicas e eltricas finais do sistema de medio.

lt (Percurso apalpamento): o percurso total apalpado pelo sistema de medio, ou seja, a soma dos percursos inicial, de medio e final.

A distncia percorrida pelo apalpador dever ser igual a cinco (le) mais a distncia para atingir a velocidade de medio (lv) e para a parada do apalpador (lm).

No Brasil, o sistema padronizado para medio da rugosidade superficial o sistema da linha mdia, de acordo com a ABNT NBR ISO 4287 (2002) e a ABNT NBR ISO 4288 (2008). No sistema da linha mdia (Fig. 9) todos os parmetros de rugosidade so definidos a partir do seguinte conceito:

Linha paralela direo geral do perfil, no comprimento de amostragem, de tal modo que a soma das reas superiores, compreendidas entre ela e o perfil efetivo, seja igual soma das reas inferiores, no comprimento de amostragem

Figura 9 Linha mdia (AGOSTINHO; RODRIGUES; LIRANI, 1977).

De acordo com a Fig. 9 tem-se:

(1)

Tomando como base o conceito de linha mdia, a ABNT NBR ISO 4287 (2002) divide os parmetros geomtricos que permitem quantificar os diversos formatos assumidos pelo perfil de rugosidade em trs grupos: parmetros de amplitude; parmetros de espaamento e parmetros hbridos.

Parmetros de Amplitude: so determinados por alturas dos picos, profundidades dos vales ou os dois, sem considerar o espaamento entre as irregularidades ao longo da superfcie.

Parmetros de Espaamento: so determinados pelo espaamento do desvio do perfil ao longo da superfcie.

Parmetros Hbridos: so determinados pela combinao dos parmetros de amplitude e espaamento.

A seguir so apresentados e definidos os parmetros de rugosidade que sero medidos neste trabalho. So eles:




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a) Desvio aritmtico mdio (Ra) Mdia aritmtica dos valores absolutos das ordenadas Z(x), em relao linha mdia num

comprimento de amostragem l, dada pela Eq. (2).

Ra || (2)

b) Desvio mdio quadrtico do perfil avaliado (Rq) Este parmetro definido como sendo a raiz quadrada da mdia dos valores das ordenadas, Z(x),

no comprimento de amostragem, Eq. (3).

. (3)

O valor de Rq , aproximadamente, 11% maior que Ra. Esta diferena importante naqueles casos em que a deteco de picos e vales se torna importante mesmo quando estes aparecem ao acaso. Assim, o parmetro Rq evidencia os picos e vales, pois eleva ao quadrado o valor das ordenadas, acentuando-o.

c) Altura total do perfil (Rt) A altura total do perfil (Rt) a soma das maiores alturas de pico e das maiores profundidades dos

vales, definidos no comprimento de avaliao, e no apenas no comprimento de amostragem. Este parmetro informa sobre a mxima deteriorao da superfcie vertical da pea.

De acordo com Smith et al., (2002) quando a forma das irregularidades importante na aplicao da superfcie usinada, os parmetros de amplitude no devem ser tomados de forma isolada e, normalmente, devem ser interpretados conjuntamente com outros parmetros do perfil avaliado, pois assim os resultados apresentam uma boa correlao nas propriedades tribolgicas de superfcies.

d) Fator de assimetria - Skewness (Rsk) Este parmetro indica a assimetria da funo densidade de probabilidade dos valores das ordenadas dos pontos do perfil em relao linha mdia, e pode ser calculado atravs da Eq. (4).

(4)

Onde lr o comprimento de amostragem. O fator de assimetria indica se as irregularidades da superfcie so, na maioria, picos ou vales (Fig.10).




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Figura 10 - Inclinao da curva de distribuio de amplitude em funo do perfil avaliado (SMITH, 2002).

e) Fator de achatamento (Rku) Kurtosis definido como o quociente entre o valor mdio dos valores das ordenadas Z(x) e Rq quarta

potncia, respectivamente, no comprimento de amostragem (lr), sendo expresso pela Eq. (5).

! " (5)

O parmetro Rku indicador do achatamento da funo densidade de probabilidade dos valores das ordenadas. Este parmetro mede a forma da curva de distribuio de amplitude, ou seja, seu afinamento ou achatamento, como mostrado na Fig. 11.

Figura 11 Achatamento da curva de distribuio de amplitude em funo do perfil avaliado (SMITH, 2002).

Curva de distribuio de amplitude

Skewnessnegativo

Skewnesspositivo

Rsk>0

Rsk 0

Rku< 0




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A avaliao do parmetro Rku complementar ao de assimetria (Rsk), principalmente para anlise de atrito e de reteno de lubrificao nas superfcies usinadas (LEACH, 2001). Quando a forma das irregularidades importante na aplicao da superfcie usinada, os parmetros de amplitude no devem ser tomados de forma isolada e, normalmente, devem ser interpretados conjuntamente com outros parmetros do perfil avaliado (SMITH, 2002).

Alm dos parmetros de rugosidade apresentados, neste trabalho ser obtida a curva de Abbott-Firestone. Esta curva obtida a partir da razo de material da superfcie do perfil em funo da profundidade. Ela possui os limites entre 0% e 100% (Fig. 12).

Figura 12 - Curva de Abbott-Firestone (TAYLOR HOBSON, 2000).

A curva de Abbott-Firestone definida a partir de trs parmetros (Rk, Rvk e Rpk) e duas fronteiras (Mr1 e Mr2) (JUNIOR, 2009):

f) Rugosidade do ncleo do perfil- Serie (Rk) o parmetro associado parte intermediria da rugosidade e que influencia no desempenho de

certas superfcies. Ele quantifica a taxa de desgaste das superfcies em contato.

g) Regio de pico(Rpk) o valor da rugosidade mdia dos picos que esto acima da rea de contato mnima do perfil

(excludos eventuais picos exagerados). Este parmetro est associado regio que se desgasta nos primeiros contatos relativos entre as superfcies.

h) Regio de vale (Rvk) o valor da rugosidade mdia dos vales que esto abaixo da rea de contato do perfil (excludos

eventuais vales excessivamente profundos). Este parmetro est relacionado com a capacidade da superfcie em reter algum tipo de fluido, sendo amplamente empregado na indstria automotiva e aeroespacial, pois os motores de compresso interna requerem preciso de pontos especficos de lubrificao e reteno de fluido simultaneamente (TAYLOR HOBSON, 2000).

Mr1 a frao de contato mnimo: taxa, em porcentagem, que determina a frao de contato mnima no ncleo do perfil de rugosidade.

Mr2 a frao de contato mximo: taxa, em porcentagem, que determina a maior frao de contato no ncleo do perfil de rugosidade.




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Para se obter os ndices Rpk e Rvk so necessrios, determinar primeiramente o ndice Rk. Para determinao deste parmetro traada uma secante de menor inclinao possvel sobre a curva de Abbott-Firestone, cuja componente horizontal corresponde a 40%, conforme representado na Fig. 12 (JUNIOR, 2009). O parmetro Rk representa a diferena de altura entre a interseco desta reta com o eixo de 100% e o eixo de 0%, enquanto os pontos Mr1 e Mr2 (%) correspondem interseco entre o perfil de referncia e as retas paralelas ao eixo de porcentagem definindo o parmetro Rk.

Os parmetros Rpk e Rvk so definidos pela altura do tringulo reto da superfcie equivalente as zonas de picos (base 0% a Mr1) e aos vales (base Mr2 a 100%).

3.4. INCERTEZAS DE MEDIO

De acordo com o ISO TAG 4/WG 3 (2008), a incerteza do resultado de uma medio reflete a falta de conhecimento exato do valor do mensurando. O resultado de uma medio, aps correo dos efeitos sistemticos reconhecidos, ainda e to somente uma estimativa do valor do mensurando oriunda da incerteza proveniente dos efeitos aleatrios e da correo imperfeita do resultado para efeitos sistemticos.

INMETRO (2012) define incerteza de medio como um parmetro no negativo que caracteriza a disperso dos valores atribudos a um mensurando, com base nas informaes utilizadas.

Para aplicao da metodologia proposta no ISO TAG 4/WG 3 (2008) necessrio obter uma formulao matemtica que englobe todas as variveis que influenciam no processo de obteno da grandeza em questo, assim possvel construir a seguinte relao funcional:

Y fX, X, , X) (6)

A partir da Eq.(6), pode-se obter uma estimativa do mensurando *, designada como y, tendo como base um conjunto de estimativas de entrada , , , + para os valores das , grandezas -, -, , -+. Assim a expresso resultante dada a seguir:

y fx, x, , x) (7)

Para determinao da incerteza padro combinada o ISO TAG 4/WG 3 (2008) divide as grandezas de entrada em dois grupos, descritos a seguir.

Grandezas de entrada no correlacionadas: Para o caso em que as grandezas de entrada so independentes tem-se que a incerteza padro combinada de uma estimativa y representada por 01, a raiz quadrada positiva da varincia combinada 01, que dada por:

u3y 56578 ux9)9: (8)

Onde f a funo que modela matematicamente o processo de medio, Eq. (6). Como pode ser observado a Eq. (8) baseada em uma aproximao de primeira ordem da srie

de Taylor e expressa a lei de propagao da incerteza. Quando as grandezas de entrada so correlacionadas, a expresso apropriada para a varincia

combinada, associada com o resultado de uma medio :




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u3y 56578 ux9 2 56578

5657< u=x9, x>?)>:9@)A9:)9: (9)

Onde x9 e x> so as estimativas de -B e -C e =B , C? =C , B? a covarincia estimada. O grau de correlao entre x9 e x> caracterizado pelo coeficiente de correlao estimado por:

r=x9, x>? E=78,7




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Figura 13 Resumo das etapas para aplicao do MMC (BIPM, et al.,2008)

O modelo matemtico proposto avaliado para cada um dos valores de M retirados das FDP das Xi variveis de entrada. Especificamente, deve-se denotar os M valores por , , I, onde a posio de nmero r, dada por contm , , , +,, com B, retirado da FDP de -B. Ento, os valores do modelo so dados por:

1 JK, L 1, ,N. (12)

A representao discreta da distribuio da funo da varivel de sada Y pode ser obtida de acordo com o procedimento a seguir:

a) Classificar os valores do modelo 1 , L 1, ,N, fornecidos pelo Mtodo de Monte Carlo em ordem crescente. Denotam-se os valores classificados do modelo por 1L, L 1, ,N;

b) Se necessrio, fazer pequenas perturbaes numricas para qualquer valor replicado do modelo 1L de modo que o resultado do conjunto de 1L, L 1, ,N, forme uma sequncia estritamente crescente;

c) Tomar a FDP da varivel de sada como o conjunto 1L, L 1, ,N. A funo 1L, quando na forma de um histograma e com largura de classes adequada, forma

uma distribuio de frequncias que, quando normalizada para ter rea unitria, fornece uma




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aproximao da FDP de Y. Este histograma pode ser til auxiliando na compreenso da natureza da FDP, como na extenso da sua assimetria.

A mdia da varivel de sada dada pela Eq.(13), enquanto que o desvio padro, 1P determinado pela Eq.(14):

1P I 1I: (13)

1P IA 1 Q 1PI: (14)

A mdia considerada como uma estimativa y de Y e o desvio padro representa a incerteza padro u(y) associada a y.

O intervalo de abrangncia para Y pode ser determinado a partir da representao discreta da FDP. A seguir deve-se determinar o valor de q pela Eq.(15), onde p representa a probabilidade e M o nmero de iteraes.

RN (15)

A Equao (15) vlida apenas quando q for um nmero inteiro. Caso contrrio, q determinado pela Eq. (16):

RN (16)

Assim, o intervalo definido por S1BTB0BU , 1VBTUW possui uma abrangncia de 100%.

4 METODOLOGIA

Este trabalho tem como objetivo principal efetuar o controle dimensional e geomtrico do cilindro do bloco de um compressor hermtico, antes e aps o processo de brunimento utilizando a ferramenta Flex-Hone (brunidor flexvel)., bem como: propor procedimentos para efetuar o brunimento do cilindro utilizando uma fresadora CNC e a ferramenta Flex-Hone; propor procedimentos para efetuar o controle dimensional e geomtrico e avaliar a incerteza de medio dos diversos mensurando. O controle dimensional ser efetuado atravs da medio do dimetro do cilindro, a avaliao dos desvios macrogeomtricos envolve a medio da cilindricidade, enquanto que o acabamento superficial ser avaliado atravs da obteno do perfil de rugosidade, dos valores numricos dos parmetros de rugosidade (Ra, Rq, Rt, Rpk, Rvk, Rsk e Rku) e da curva de Abbott-Firestone. Para atingir este objetivo so propostas as seguintes etapas:

4.1 REVISO BIBLIOGRFICA

Nesta etapa, ser executada uma ampla reviso bibliogrfica, que envolva os trabalhos publicados a nvel nacional e internacional, para o reconhecimento do estado da arte quanto a: rugosidade




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superficial, brunimento atravs da ferramenta Flex-Hone e incerteza de medio, enfatizando o Mtodo de Monte Carlo. Sero estudadas as seguintes normas tcnicas relacionadas com estes assuntos, ABNT NBR ISO 4288 (2008) e ABNT NBR ISO 4287 (2000) bem como, o Guide to the expression of uncertainty measurement (ISO TAG 4WG3, 2008) e o documento A estimativa da incerteza de medio pelos mtodos do ISO GUM 95 e de simulao de Monte Carlo (INMETRO, 2008).

4.2 PLANEJAMENTO E EXECUO DA USINAGEM

4.2.1 DOS EXPERIMENTOS A partir dos aspectos mais importantes levantados durante a reviso bibliogrfica sero

planejados os experimentos a serem conduzidos para levantamento dos dados. So eles:

a) Controle dimensional e geomtrico O controle dimensional e geomtrico do cilindro de um conjunto de compressores hermticos

ser efetuado em dois momentos distintos, isto , antes e aps a operao de brunimento flexvel. Para medio do dimetro do cilindro ser utilizada uma mquina de medir a trs coordenadas do

tipo Ponte Mvel, com resoluo de 0,001 mm e capacidade de medio de 400 mm, 400 mm e 300 mm para os eixos X, Y e Z, respectivamente. Considerando as dimenses do cilindro a medio ser efetuada cinco vezes, sendo que um total de 15 pontos sero apalpados em cada medio. Para armazenamento e processamento dos dados ser utilizado o programa dedicado GEOPAK-Win.

Para medio do desvio de cilindricidade ser utilizada uma mquina de medir desvios de forma fabricada pela Taylor Hobson, com resoluo de 0,01 m. Durante a medio sero apalpadas cinco sees e cinco ciclos sero executados para cada pea.

Para a medio da rugosidade ser utilizado um rugosmetro porttil, eletro-mecnico, digital, modelo TIME TR200 da Homis, Fig. 14.

Figura 14 - Rugosmetro porttil, modelo TR200 da Homis.

Para a coleta dos dados ser utilizado o programa computacional TimeSurf For TR200 V1.4, fornecido pelo fabricante do respectivo rugosmetro. Aproveitando a excelente capacidade de diagnstico do programa, a rugosidade de cada pea ser analisada a partir dos valores dos seguintes parmetros de amplitude:

Ra (Desvio Aritmtico Mdio do Perfil); Rq (Desvio Aritmtico Quadrtico do Perfil); Rz (Altura Mxima do Perfil); Rsk (Fator de Assimetria do Perfil - Skewness); Rku (Fator de Achatamento Kurtosis); Rvk (Regio de pico);




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Rpk (Regio de vale); Rk (Rugosidade do ncleo do perfil).

Ainda, atravs do programa computacional sero obtidos a curva de Abbott-Firestone e o perfil de rugosidade. O comprimento de amostragem (cut-off) ser escolhido de acordo com a ABNT NBR ISO 4288 (2008). A rugosidade da cada pea ser medida cinco vezes.

Todas as medies sero conduzidas temperatura ambiente controlada de (201)C. Um termo-higrmetro digital com resoluo de 0,1 C e faixa nominal de (-20 a 60) C ser utilizado para a medio da temperatura. Este equipamento possui certificado de calibrao N. R4996/13, emitido pelo Laboratrio de Temperatura e Umidade da Elus Instrumentao. Para a temperatura, a incerteza expandida de 0,3 C para k igual a 2,00 e infinitos graus de liberdade. O rugosmetro e a pea objeto de medio sero posicionados em um desempeno de granito a fim de minimizar o efeito das vibraes transmitidas pelo solo.

b) Brunimento Flexvel Em seguida ser efetuada a operao de brunimento flexvel dos cilindros utilizando-se uma

mquina fresadora CNC e a ferramenta Flex-Hone. Nesta etapa sero especificados o sobre-dimetro da ferramenta e os parmetros de corte, tais como, rotao e o nmero de passadas (golpes) da ferramenta.

c) Controle dimensional e geomtrico aps o brunimento flexvel Aps o processo de brunimento flexvel, o controle dimensional e geomtrico do cilindro dos

compressores hermticos ser novamente efetuado.

4.3 CLCULO DA INCERTEZA

A incerteza de medio ser avaliada aplicando o Mtodo de Monte Carlo. Inicialmente sero identificadas as variveis que contribuem para a incerteza de medio de cada mensurando. Em seguida sero identificadas as distribuies de probabilidades a serem adotadas em cada caso, bem como, os parmetros estatsticos que caracterizam cada distribuio. Posteriormente ser determinado o nmero de iteraes necessrias para a simulao, a qual ser conduzida utilizando o Excel e por fim ser determinada a incerteza expandida.

Cabe ressaltar que o modelo matemtico a ser utilizado em cada caso corresponde com a frmula utilizada para determinao dos valores numricos de cada parmetro.

4.4 ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS

Nesta etapa sero analisados os dados decorrentes do controle dimensional e geomtrico antes e aps o processo de brunimento do cilindro dos blocos dos compressores hermticos com a ferramenta Flex-Hone. Para tanto ser efetuada uma comparao entre os resultados obtidos em ambos os momentos.




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4.5 REDAO DA DISSERTAO E DIVULGAO DOS RESULTADOS

A dissertao de mestrado ser escrita ao longo do desenvolvimento das atividades. Os resultados sero divulgados atravs da apresentao de trabalhos em congressos e publicaes em revistas.

4.6 DEFESA

Ao trmino ser efetuada a defesa pblica da dissertao.

5 CRONOGRAMA DE EXECUO

Para desenvolvimento desta pesquisa proposto o seguinte cronograma.

Cronograma de Desenvolvimento do Projeto

Etapas Meses

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1. Reviso Bibliogrfica

2. Estudo e Proposta 3.1. Controle dimensional e geomtrico antes do brunimento 3.2. Brunimento 3.3. Controle dimensional e geomtrico aps do brunimento 4. Clculo da incerteza

5. Anlise e discusso dos resultados 6. Redao da dissertao e divulgao dos resultados 7. Defesa

6 RECURSOS MATERIAIS E FINANCEIROS

O Laboratrio de Metrologia Dimensional (LMD) e o Laboratrio de Ensino e Pesquisa em Usinagem (LEPU), onde a pesquisa ser desenvolvida, dispem de boa parte dos equipamentos e dispositivos necessrios para o desenvolvimento da mesma, dentre eles:

rugosmetro porttil, eletromecnico, modelo TIME TR200 da Homis; Mquina de medir a trs coordenadas do fabricante Mitutoyo; Mquina de medir desvios de forma do fabricante Taylor Hobson; padro de rugosidade; desempeno de granito; termo higrmetro digital Instrutherm para monitoramento da temperatura durante as medies; fresadora CNC, modelo Discovery 760 da Romi.




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Ser necessrio realizar a compra de dez ferramentas Flex-Hone, com custo unitrio aproximado de R$ 200,00 (duzentos reais) cada. Estipulado, portanto o valor de R$ 2.000,00 (dois mil reais), necessrio para execuo da pesquisa.

Cabe ressaltar que todos os sistemas de medio a serem utilizados esto calibrados, garantindo-se, assim, a rastreabilidade dos mesmos.

7 JUSTIFICATIVA PARA COORIENTADOR

Tendo em vista a multidisciplinaridade dos objetivos a serem alcanados pelo desenvolvimento do presente trabalho, prope-se, alm do orientador, um co-orientador. O trabalho poder ser enriquecido atravs do trabalho conjunto de um orientador com conhecimentos na rea de metrologia e, um o co-orientador com conhecimentos na rea de usinagem.

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Mestranda:

__________________________________________

Karina Alves Fernandes

Orientadora:

__________________________________________

Prof. Dra. Rosenda Valds Arencibia

Co-orientador:

__________________________________________

Co-orientador: Dr. Luciano Jos Arantes

Uberlndia, 28 de agosto de 2013

plano de dissertacao -karina

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