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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
Ernani Luiz Barbosa
Aplicação de métodos alternativos à refrigeração
convencional no processo de retificação sem
centros
São João del-Rei, 2015
i
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
Ernani Barbosa
Aplicação de métodos alternativos à refrigeração
convencional no processo de retificação sem
centros
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado
da Universidade Federal de São Joao del-Rei,
como requisito para a obtenção do título de
Mestre em Engenharia Mecânica
Área de Concentração: Materiais e Processos de
Fabricação
Orientador: Prof. Dr. Lincoln Cardoso Brandão
São João del-Rei, 2015
ii
110f.; il.
f.105-110
iii
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Aplicação de métodos alternativos à refrigeração
convencional no processo de retificação sem
centros
Autor: Ernani Luiz Barbosa
Orientador: Prof. Dr. Lincoln Cardoso Brandão
A Banca Examinadora composta pelos membros abaixo aprovou esta Dissertação:
São João del-Rei, 20 de fevereiro de 2015
iv
Dedico este trabalho à minha amada e
querida esposa Vânia, aos meus pais José
Felipe e Maria Liberata e à minha irmã
Fernanda.
v
AGRADECIMENTOS
Dedico este trabalho especialmente a Deus, que me concedeu saúde e capacidade para concluir esta jornada. Sem Ele, este projeto não se tornaria uma realidade.
Presto minha homenagem especial às pessoas sem as quais este trabalho
não poderia ser terminado: Aos meus pais José Felipe Barbosa e Maria Liberata Vieira Barbosa, pelo
incentivo em todos os momentos da minha vida. Eles não mediram esforços para a minha educação.
À minha querida e amada esposa Vânia, principalmente pela compreensão
nas minhas ausências frente a este grande objetivo. Obrigado por ter sonhado comigo, pois em nenhum momento faltaram carinho e incentivo, especialmente nos momentos difíceis.
À minha irmã Fernanda, meu cunhado Gilvane e meus amados sobrinhos
Zaira, Matheus e Samuel, pelo carinho e apoio. À minha cunhada Raquel, que sempre se colocou à disposição auxiliando-me
com os seus vastos conhecimentos na área acadêmica. À minha família lavrense: Sr. Vander, D. Diva, Eliane, Alexandre, Gabriel e
Pedro, que me apoiaram dando-me todo o apoio necessário. Ao meu amigo Flávio Meira Borém, que sempre me auxiliou dando-me
conselhos e preparando-me para este grande momento. Ao meu orientador prof. Dr. Lincoln Cardoso Brandão, pela compreensão
frente às várias dificuldades que nos foram apresentadas, mas comigo sempre acreditou e me mostrou os caminhos a serem seguidos. Obrigado por todo o aprendizado obtido neste trajeto.
Aos professores e colegas do Mestrado, pelo aprendizado e pela feliz
convivência. À Mônica Maria Jaques, secretária do PPMEC, pela organização do
Programa de Mestrado. Ao Davi Carlos Tavares, pela ajuda e apoio constantes na execução dos
experimentos. Aos meus colegas Tiago, Rafael, Maxmiller, Giovane, Leandro e Alfredo, pelo
apoio e ajuda na execução dos experimentos. Ao meu colega Felipe, pelo detalhamento dos projetos.
vi
À empresa em que trabalho, principalmente ao gerente geral Noé Magalhães e ao gerente de RH Sílvio Gonçalves, pelo incentivo e total apoio nesta pesquisa.
A todos os amigos e profissionais, que ajudaram de forma direta e indireta para a conclusão deste trabalho.
vii
Nós somos aquilo que fazemos repetidamente. Excelência, então, não é um modo de agir, mas um hábito.
Aristóteles
viii
RESUMO
Barbosa, E. L. (2015). Aplicação de métodos alternativos à refrigeração
convencional no processo de retificação sem centros. Dissertação (Mestrado) –
Universidade Federal de São João del-Rei, São João del-Rei, 2015.
Processos de usinagem podem ser considerados como um conjunto de movimentos,
destinados à remoção de sobremetal em um determinado material mediante o
emprego de uma determinada ferramenta. Entre esses processos, devido à
considerável taxa de produtividade, destaca-se o processo de retificação sem
centros de passagem. Devido às altas taxas de produtividade, precisão geométrica e
qualidade no acabamento, faz-se necessária a aplicação de um fluido lubri-
refrigerante de forma eficaz em processos de retificação. Questões ambientais,
saúde e segurança do operador e principalmente o alto custo dos fluidos
refrigerantes vêm gerando dúvidas sobre a sua aplicação em processos de
usinagem. Este trabalho apresenta os resultados da aplicação da técnica de Mínima
Quantidade de Líquido Lubrificante (MQL) na retificação sem centro de um aço
ABNT 1025. Foi desenvolvido um Dispositivo Direcionador do Sistema MQL (DDS-
MQL) específico. Esse dispositivo utilizou bicos direcionadores do fluido de
refrigeração na zona de retificação, onde foram alternados o número de bicos e a
altura do dispositivo no vão de retificação. O desempenho desse dispositivo foi
verificado mediante a análise das informações de rugosidade de profundidade média
(Rz). Por meio dos resultados obtidos nos experimentos, foi possível identificar, de
forma satisfatória, a melhor configuração para a otimização da aplicação de fluido
utilizando a técnica de MQL. A aplicação de MQL, a variação do número de bicos e
da distância dos bicos em relação à peça no vão de retificação e suas interações
influenciaram significativamente no resultado da rugosidade. Esse resultado tornou
possíveis ganhos tecnológicos e ambientais. Dessa forma, este trabalho contribuiu
significativamente para a redução do consumo de fluido e, consequentemente, o
custo de transformação das empresas que utilizam o processo de retificação com a
aplicação de fluido refrigerante emulsionável em abundância.
Palavras-chave: retificação sem centro, MQL, refrigeração, rugosidade.
ix
ABSTRACT
Barbosa, E. L. (2015). Application of alternative method to conventional cooling
system in a through-feed centerless grinding. M.Sc. Thesis (Thesis) – Federal
University of São João del-Rei, São João del-Rei, 2015.
Machining can be considered as a process in which a tool removes material from the
surface of a less resistant body, through an application of a tool. Between this
process the through-feed centerless grinding has been highlighted because his high
performance. A great level of productivity and geometric precision can be achieved
with this process. However, the advantages caused by the use of cutting fluids in
machining processes have been questioned lately, due to several negative effects
they cause. For the companies, the costs related to cutting fluids represent a large
amount of the total transformation costs. This work presents results about the
implementation of Minimum Quantity of Lubrication (MQL) in a through-feed
centerless grinding using a steel ABNT 1025. A specific device, called DDS-MQL
(Drive Device System-MQL) was developed using nozzles that drive the coolant
emulsion exactly on the grinding zone. The performance of this device was
measured through the surface roughness Rz analysis. Afterwards the results showed
that is possible to provide the better configuration for optimization the cooling
application method. The MQL application, the number of nozzles and distance
between nozzles variation were significant. The significance was checked for each
level and their interaction improved the surface roughness and the reduction of
consumption of cooling. This reduction can generate a significant decrease in the
costs with emulsion and specifically in the handling, storage and regeneration
process. It results being possible technological and environmental development.
Thus, this work contributed significantly to reduce the industrial manufacturing costs
with a use of DDS-MQL system.
Key words: centerless grinding, MQL system, coolant, surface roughness.
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Relação entre dados de entrada e resultados no processo de
retificação ....................................................................................................... 6
Figura 2. Formação de cavaco na retificação ................................................... 7
Figura 3. Distribuição de energia térmica na retificação .................................... 9
Figura 4. Esquema de uma retificadora sem centro ........................................ 10
Figura 5. Grandezas do processo de retificação sem centro de passagem ...... 11
Figura 6. Posicionamento da peça sobre a régua de apoio ............................. 12
Figura 7. Representação esquemática de uma retifica sem centro de passagem
..................................................................................................................... 12
Figura 8. Vão de retificação ........................................................................... 13
Figura 9. Elementos de uma retificadora sem centro de passagem ................. 15
Figura 10. Formas das réguas de apoio ......................................................... 16
Figura 11. Formato hiperbólico do rebolo de arraste após dressagem ............. 18
Figura 12. Identificação de rebolos convencionais .......................................... 21
Figura 13. Desgaste do grão abrasivo ............................................................ 22
Figura 14. Grão abrasivo após dressagem ..................................................... 23
Figura 15. Tribologia do processo de usinagem .............................................. 26
Figura 16. Desenvolvimento atual e futuro da aplicação de fluidos nos processos
..................................................................................................................... 31
Figura 17. Bicos ejetores de fluido refrigerante ............................................... 33
Figura 18. Exemplos dos formatos da aplicação de um fluido em função da
geometria do bico .......................................................................................... 34
Figura 19. Ângulo de cobertura ...................................................................... 35
Figura 20. Retificadora Centerless de passagem CINCINNATI RK 350-20 ...... 37
Figura 21. Dispositivo aplicador de MQL ........................................................ 38
Figura 22. Régua de apoio ............................................................................ 40
Figura 23. Cobertura teórica do jato tipo leque ............................................... 43
Figura 24. Geometria dos bicos jato em leque direcionador do fluido sistema
MQL ............................................................................................................. 44
Figura 25. Base do dispositivo simulador do vão de retificação (DSVR) .......... 46
Figura 26. Trave superior do DSVR ............................................................... 47
Figura 27. Cabeceira do DSVR ...................................................................... 48
xi
Figura 28. Dispositivo simulador de vão de retificação (DSVR) ....................... 49
Figura 29. Conjunto direcionador do fluido no sistema MQL (DDS-MQL) ......... 49
Figura 30. Tipos de DDS-MQL ....................................................................... 52
Figura 31. Haste do amortecedor ................................................................... 53
Figura 32. Refratômetro ATAGO .................................................................... 54
Figura 33. Rugosímetro MAHR ...................................................................... 55
Figura 34. Montagem do aplicador MQL na bancada experimental .................. 57
Figura 35. Calibração do aplicador MQL ........................................................ 58
Figura 36. Montagem do aplicador MQL (calibração da vazão) ....................... 59
Figura 37. 1ª Montagem DDS-MQL (piloto) .................................................... 63
Figura 38. 1ª Montagem DDS-MQL (jato laminar) .......................................... 63
Figura 39. 2ª Montagem DDS-MQL (jato laminar) .......................................... 64
Figura 40. Montagem DDS-MQL (jato em leque) ............................................ 64
Figura 41. 1ª Montagem DDS-MQL (jato laminar)+ aplicador MQL .................. 65
Figura 42. 1ª Montagem DDS-MQL (jato em leque )+ aplicador MQL) ............. 65
Figura 43. 2ª Montagem DDS-MQL (jato laminar) + aplicador de MQL) ........... 66
Figura 44. Esquema de distribuição do fluido MQL x geometria do bico .......... 67
Figura 45. Regulador e gerador de pulsos do aplicador de MQL ..................... 68
Figura 46. Esquema de distribuição do fluido MQL (bico jato leque) ................ 69
Figura 47. Região de medição da rugosidade nos corpos de prova ................. 75
Figura 48. Presença de borra de retificação na régua de apoio ....................... 82
Figura 49. Condição do rebolo de corte após experimento piloto ..................... 84
Figura 50. Volume de fluido utilizando calha (processo convencional) ............. 86
Figura 51. Volume de fluido utilizando dispositivo direcionador (19 bicos) ....... 86
Figura 52. Condições do fluido ao lavar o equipamento .................................. 87
Figura 53. Atmosfera envolvente ao processo de retificação ........................... 89
Figura 54. Gráfico de normalidade ................................................................. 90
Figura 55. Gráfico de dispersão ..................................................................... 91
Figura 56. Pareto dos efeitos para rugosidade ............................................... 93
Figura 57. Gráfico de probabilidade normal .................................................... 94
Figura 58. Relevância individualizada dos níveis da variável de entrada ......... 96
Figura 59. Gráfico da interação entre as variáveis de entrada ......................... 99
Figura 60. Gráfico de superfície (sem aplicação de MQL) ............................... 99
Figura 61. Gráfico de contorno (sem aplicação de MQL) ................................ 100
xii
Figura 62. Gráfico de cubo ........................................................................... 101
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Características técnicas do rebolo de corte e arraste ...................... 39
Tabela 2. Especificações técnicas óleo LB-1000 ............................................ 41
Tabela 3. Especificações técnicas óleo ECOCOOL P-1978 ............................ 42
Tabela 4. DDS-MQL utilizado nos experimentos ............................................. 51
Tabela 5. Teste “F” – análise de variância ...................................................... 92
Tabela 6. Teste “T” – análise de variância ...................................................... 92
xiv
LISTA DE QUADROS
Quadro 1. Características técnicas dos bicos de refrigeração ......................... 45
Quadro 2. Caracteristicas dos ensaios experimentais realizados na retificadora
..................................................................................................................... 72
Quadro 3. Terceiro Planejamento de Experimento .......................................... 74
Quadro 4. Planejamento de Experimento completo com as variaveis e seus
niveis ............................................................................................................ 74
Quadro 5. Resultados da vazão individualizada de cada bico aplicador .......... 77
Quadro 6. Comportamento dos experimentos ................................................. 79
xv
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Letras Latinas
Al2O3 – Óxido de alumínio
AN – Rebolo tipo anel
bd – largura de corte efetiva [mm]
CBN – Nitreto de boro cúbico
CR – Rebolo de copo reto
Dr – Diâmetro do rebolo de arraste [mm]
Ds – Diâmetro do rebolo de corte [mm]
Dw – Diâmetro da peça [mm]
EA – Emissão acústica
ELID – Electrolytic in process dressing
F – força de usinagem [N]
Fc – força de corte [N]
Fd – avanço [N]
Ff – força de avanço [N]
Fp – força passiva [N]
G – relação entre o volume de material retificado e o desgaste volumétrico do rebolo
hw– altura do centro da peça [mm]
Mn – manganês
P – fósforo
Rd – Raio de ponta do diamante dressador [mm]
Rz – Rugosidade [µm]
R1, R2, R3, R4 – resistência dos strain gages
S – enxofre
Sd – avanço do dressador por revolução do rebolo
Si – silício
SiC – Carboneto de silício
SG – Seeded gel
TiO2 – Óxido de titânio
V – Tensão de alimentação [V]
Vfd – velocidade de avanço de dressagem axial [mm/min]
Vs – velocidade do rebolo [m/s]
Vw – velocidade da peça [m/s]
Ud – grau de recobrimento
∆v – leitura de Tensão [V]
xvi
Letras Gregas
R – ângulo de tangência do rebolo de arraste
S – ângulo de tangência do rebolo de corte
– ângulo de tangência da peça entre o rebolo de corte e arraste
β – ângulo de topo da régua de apoio
α – nível de significância
xvii
SUMÁRIO
RESUMO ............................................................................................. vErro! Indicador não definido.
ABSTRACT .......................................................................................... iErro! Indicador não definido.
LISTA DE FIGURAS ............................................................................ Erro! Indicador não definido.
LISTA DE TABELAS ............................................................................ Erro! Indicador não definido.
LISTA DE QUADROS .......................................................................... Erro! Indicador não definido.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ............................................ Erro! Indicador não definido.
1 INTRODUÇÃO ................................................................................... Erro! Indicador não definido.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................................ 5
2.1 O processo de retificação ......................................................................................................... 5
2.1.1 Mecanismo de formação do cavaco ................................................................................ 7
2.1.2 Distribuição da energia no processo de retificação ...................................................... 8
2.2 O processo de retificação sem centro de passagem ......................................................... 10
2.2.1 Vantagens do processo de retificação sem centro ..................................................... 14
2.2.2 Elementos de uma retificadora sem centro de passagem ......................................... 14
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................................. 36
3.1 Equipamentos utilizados ......................................................................................................... 36
3.1.1 Retificadora ....................................................................................................................... 36
3.1.2 Aplicador de MQL ............................................................................................................. 37
3.2 Ferramentas utilizadas ............................................................................................................ 38
3.2.1 Rebolos de corte e de arraste ........................................................................................ 39
3.2.2 Dressadores ...................................................................................................................... 39
3.2.3 Régua de apoio ................................................................................................................. 39
3. Lubri-refrigerante ....................................................................................................................... 40
3.3.1 Óleo LB-1000 .................................................................................................................... 40
3.3.2 Fluido solúvel ECOCOOL P 1978 .................................................................................. 41
3.4 Bicos de refrigeração .............................................................................................................. 42
3.5 Dispositivo simulador do vão de retificação......................................................................... 46
3.6 Dispositivo direcionador do sistema MQL ............................................................................ 49
3.7 Material dos corpos de prova ................................................................................................. 53
3.8 Instrumentos de medição ....................................................................................................... 53
3.8.1 Provetas ............................................................................................................................. 53
3.8.2 Refratômetro...................................................................................................................... 54
3.8.3 Rugosímetro ...................................................................................................................... 54
xviii
3.8.4 Termômetro digital............................................................................................................ 56
3.9 Montagem experimental ......................................................................................................... 56
3.9.1 Montagem do aplicador de MQL na bancada .............................................................. 56
3.9.2 Montagens dos dispositivos na retificadora ................................................................. 59
3.10 Procedimento experimental ................................................................................................. 67
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................................... 76
4.1 Fase de ajustes e regulagens dos dispositivos e equipamentos ..................................... 76
4.2 Monitoramento dos elementos da retificadora .................................................................... 78
4.2.1 Comportamento da régua de apoio ............................................................................... 82
4.2.2 Comportamento dos rebolos durante os testes ........................................................... 83
4.2.3 Comportamento das peças na saída do processo de retificação ............................. 84
4.2.4 Comportamento do fluido durante os testes ................................................................ 86
4.2.5 Comportamento da atmosfera envolvente ao processo de retificação .................... 88
4.3 Análise dos resultados da rugosidade para variáveis de entrada ................................... 89
5 CONCLUSÕES ............................................................................................................................. 102
6 SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS ..................................................................... 104
7 REFERÊNCIAS ............................................................................................................................. 105
1
CAPÍTULO 1
1 INTRODUÇÃO
Processos mecânicos de usinagem podem ser considerados como um
conjunto de movimentos, que se destinam à remoção de sobremetal em uma
determinada peça, empregando uma determinada ferramenta. Esses processos
conferem simultaneamente dimensões geométricas e acabamento superficial às
peças que estão sendo processadas.
O processo de usinagem consiste na remoção de material da superfície de
um corpo menos resistente por meio de um movimento relativo e aplicação de força.
Atualmente, existem vários tipos de processos de usinagem, que são denominados
de acordo com as suas características. Dentre estes, podem se destacar os
principais processos de usinagem, que são: torneamento, serramento, fresamento,
furação, aplainamento, brunimento e retificação.
Entre os vários processos de usinagem, o de retificação tem tido grande
notoriedade. Completamente diferente de processos como o de torneamento e
fresamento, ele consiste de um processo de remoção de material por abrasão.
Acabamento superficial e circularidade com baixa rugosidade aliados a uma alta
capacidade produtiva são características do processo de retificação, sendo
condições dificilmente obtidas por outros tipos de processo como torneamento,
fresamento ou furação (HITCHINER; McSPADDEN, 2005).
O processo de retificação tem seis elementos básicos que influenciam na
qualidade do produto retificado: a máquina retificadora, o rebolo ou ferramenta de
corte, a peça a ser retificada, o fluido de corte, a atmosfera do processo de
retificação e o centelhamento provocado durante o processo de retificação
(MARINESCU et al., 2007).
Esse processo tem grande utilização na execução de peças com dimensões e
formas rigorosas, peças com dureza elevada (acima de 40 HRC) ou ainda
rugosidade superficial muito baixa. Caracteriza-se também por não ter uniformidade
das arestas de corte que atuam de forma diferenciada sobre a peça retificada
(KWAK; SIM; JEONG, 2006).
A concorrência entre as indústrias de transformação metal-mecânica em um
mercado globalizado, obriga as organizações a terem o foco sempre na eficiência de
2
seus processos. A melhor relação custo/benefício é imprescindível para garantir a
participação das indústrias neste mercado competitivo. Neste contexto, destaca-se o
processo de retificação do tipo sem centro (HAFENBRAEDL; MALKIN, 2001).
Desenvolvida em 1915, a retificação sem centro ganhou destaque entre os
processos de retificação (FRIEDRICH, 2005), pois confere à peça características
dimensionais com alta precisão, além de manter tolerâncias diametrais mínimas sob
circunstâncias de uma produção seriada elevada.
Empregada para retificação de peças cilíndricas, a retificação sem centro de
passagem apresenta versatilidade, possibilitando usinar uma variedade de materiais.
Nessa lista de materiais, incluem-se diversas ligas de aço, os tipos mais comuns de
metais ferrosos, além de diversos materiais não metálicos, como cerâmica, cortiça,
vidros, plásticos, porcelana, borracha e madeira (SCHMIDT, 1989).
A complexidade desse processo exige dos profissionais responsáveis,
durante a sua utilização, alto grau de conhecimento para garantir o desempenho
esperado. Esse processo é, de fato, reconhecido como complexo em função da
dificuldade de entendimento dos fenômenos que ocorrem durante a usinagem por
abrasão, que vão desde a formação do cavaco até seus efeitos na qualidade final do
produto. Tudo isso sob influência de uma multiplicidade de fatores e parâmetros que
envolvem o processo (KLOCKE et al., 2004).
O processo de retificação requer uma quantidade considerável de energia por
unidade de volume para remover o material. Durante o processo, essa energia é
transformada em calor, o qual se concentra na região do corte. As altas
temperaturas podem causar vários tipos de danos térmicos à peça. A queima
superficial e modificações microestruturais e da superfície são alguns exemplos
desses danos. Esse aquecimento pode acarretar a têmpera superficial e a
retêmpera de alguns materiais (em usinagem de aço temperado). Pode-se também
formar a martensita não amolecida, que, neste caso, geraria indesejáveis tensões
residuais de tração e redução da resistência à fadiga. Dessa forma, tem-se que,
quanto maior for a temperatura, maiores serão o impacto sobre a peça e o rebolo
utilizado na retirada do material.
Os óleos de corte/refrigeração empregados nos processos de usinagem têm
influência importante no processo de retificação. Eles exercem a função de redução
da temperatura na zona de retificação e lubrificação dos componentes envolvidos
durante o processo de retificação. Além disso, possuem outras funções secundárias
3
exigidas deles, como: transporte de cavaco e da borra de retificação, limpeza da
ferramenta e do equipamento, bem como proteção das partes metálicas contra
corrosão.
Um dos principais objetivos do fluido refrigerante no processo de retificação é
a redução da temperatura na zona de retificação. Não controlar a expansão e
contração térmica da peça durante a retificação é assumir a possibilidade de
ocorrerem erros na dimensão e forma do componente final, levando principalmente a
erros de circularidade. Somada a esse objetivo, pode-se ressaltar a função de
lubrificação de todos os componentes envolvidos no processo de retificação. Essa
lubrificação reduz o desgaste por atrito do rebolo na peça, bem como o desgaste da
régua de apoio.
Há mais de 100 anos, Mallock escreveu que a finalidade do fluido refrigerante
era simplesmente diminuir o atrito entre as peças e a superfície de corte frente à
grande dificuldade da aplicação da refrigeração em um processo de retificação
(TASDELEN; THORDENBERG; OLOFSSON, 2007).
Com o intuito de evitar danos térmicos às peças, podendo comprometer a
qualidade destas e gerando perdas substanciais no processo, muitas empresas
utilizam o fluido refrigerante em emulsão (em abundância). No entanto, toda essa
vantagem alcançada vem sendo questionada. Alguns aspectos negativos, como os
aspectos ambientais, os relativos à saúde dos operadores envolvidos no processo e,
principalmente, os econômicos têm sido evidenciados. Comprova-se, em muitos
casos, que o custo com o fluido de refrigeração é superior ao custo de ferramentas
utilizadas no processo, além dos desafios ambientais mencionados anteriormente.
Atualmente, encontram-se novos estudos avaliando a aplicação de óleos no
processo de retificação ou no processo de corte com o objetivo de aperfeiçoar a sua
aplicação. Encontram-se, por exemplo, estudos voltados para a aplicação da
usinagem a seco, ou semisseco, também conhecida como Mínima Quantidade de
Lubrificação (MQL).
A lubrificação por quantidade mínima é um método que permite reduzir a
quantidade de fluidos de corte com a aplicação deste na forma de gotículas ou
spray. Sabe-se que a sua aplicação proporciona redução significativa no volume
consumido do fluido refrigerante e mantém a eficiência do processo, atendendo às
legislações ambientais e garantindo, principalmente, a qualidade final da peça.
4
O uso da MQL torna-se uma alternativa promissora às aplicações de
refrigeração seca e com fluidos convencionais. Nas últimas décadas, algumas
investigações quanto à influência dos parâmetros MQL sobre os resultados do
processo, tais como a taxa de fluxo de óleo, pressão do ar, posição do bico de MQL
e distância da zona de contato peça-rebolo, têm sido estudadas.
Alguns estudos mostraram que o local de posicionamento dos bicos de
refrigeração é um fator importante para a aplicação eficaz do fluido. Resultados bons
em processos de retificação plana têm sido obtidos quando os bicos foram
posicionados na região de contato peça-rebolo.
Embora o MQL apresente resultado satisfatório em outros processos de
usinagem, percebe-se que não são encontrados muitos estudos no processo de
retificação, principalmente em processos de retificação de passagem do tipo sem
centro.
Portanto, este trabalho tem como objetivo principal apresentar um estudo de
monitoramento e otimização aplicando um método alternativo à refrigeração
convencional no processo de retificação sem centro. Utilizando o sistema MQL com
bicos direcionadores, foi feita uma comparação com o método de lubrificação em
emulsão (abundância), mensurando possível ganho na redução do consumo de
fluido lubri-refrigerante.
Pôde-se comprovar o efeito individual e combinado de cada variável (causa)
em função dos resultados da rugosidade medida nas peças (efeito). Os resultados
mostraram que é possível conseguir redução significativa no consumo do fluido lubri-
refrigerante através da otimização da sua aplicação. O sistema de aplicação do
lubrificante, associado à quantidade de bicos e à localização deste, é um fator
fundamental na aplicação eficaz do fluido lubri-refrigerante, gerando resultados
significativos.
O estudo mostrou que existe grande potencial de aplicação de MQL no
processo de retificação sem centro. Dessa forma, esse aprofundamento, nessa
aplicação, contribuiu diretamente.
5
CAPÍTULO 2
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 O processo de retificação
O processo de retificação é considerado, dentre os principais processos de
manufatura, o processo de acabamento mais utilizado na fabricação de
componentes mecânicos de precisão embora ainda seja um processo com pouco
domínio tecnológico.
Agostinho (2004a) cita que o acabamento superficial da peça retificada é o
melhor que se pode conseguir dentre os principais processos de usinagem. Bianchi
(2004a) acrescenta que a retificação é um dos processos de usinagem mais
complexos devido ao fato de ele envolver uma gama de parâmetros e variáveis que
podem facilmente influenciar no controle do processo.
Trata-se, portanto, de um processo que normalmente é empregado em etapas
nas quais o valor agregado ao material tornou-se muito elevado devido aos outros
processos que o antecedem (SOARES; OLIVEIRA, 2002).
A retificação caracteriza-se por ser um processo de usinagem por abrasão,
constituído por alto número de arestas de corte provenientes do grão abrasivo e
presente na ferramenta denominada rebolo de corte (RC). Esses grãos, que se
desgastam, quebram ou são arrancados de forma não uniforme, definem esse
importante processo de transformação metal-mecânica como não estacionário, ou
seja, as características desse processo se alteram ao longo do tempo.
Dessa forma, pode-se dizer que o bom desempenho de um processo de
retificação não será alcançado mediante o ajuste ou alteração de apenas uma
variável, mas por uma combinação adequada de todos os parâmetros envolvidos
simultaneamente. Se os parâmetros aplicados forem adequados, os resultados
serão satisfatórios, comprovando a eficácia do processo (BIANCHI, 1996).
Conforme Boettler (1978), o processo de retificação se caracteriza por meio
das suas grandezas, como força de corte, desgaste do rebolo, tempo e temperatura.
De acordo com o resultado na retificação, deve-se considerar o processo tanto sobre
o aspecto tecnológico como econômico. O aspecto tecnológico diz respeito à
qualidade da peça retificada e a questões como desgaste do rebolo e fluido
6
refrigerante. O aspecto econômico considera o tempo de processo (tempo ideal de
processamento) ou o custo de fabricação (custo ideal de fabricação).
A Figura 1 complementa, por meio de uma estrutura sistemática, a relação
entre os dados de entrada e os resultados, o que possibilita classificar as diferentes
grandezas que envolvem o processo de retificação (BOETTLER, 1978).
Figura 1. Relação entre dados de entrada e resultados no processo de
retificação
Fonte: Boettler, 1978.
O processo de retificação pode ser classificado em quatro tipos específicos:
periférico plano, periférico cilíndrico, entre pontas e sem centros, e ainda podem ser
de mergulho, longitudinal ou de passagem, face plano e face cilíndrico.
Conforme Oliveira (1988), a forma geométrica das superfícies obtidas é
subdividida em cilíndrica externa, cilíndrica interna, plana e plana rotativa. De acordo
com o tipo de fixação da peça, a retificação cilíndrica externa pode ser classificada
em retificação entre pontas ou sem centros (sem centro).
7
Neste estudo, foi utilizada a retificação cilíndrica externa tangencial de
passagem sem centros, também conhecida como retificação sem centro de
passagem.
2.1.1 Mecanismo de formação do cavaco
A retificação consiste na remoção do material superficial da peça mediante a
utilização de ferramentas abrasivas (rebolos). Portanto, a abrasão é um fator
fundamental na retirada do cavaco (AGOSTINHO, 2004b). O rebolo de corte é uma
ferramenta de múltiplas arestas de corte, formadas pelas partes salientes dos grãos,
distribuídas de forma aleatória. Cada aresta de corte, ao entrar em contato com a
peça, gera a formação de um pequeno cavaco. Dessa forma, é praticamente
impossível definir uma forma geométrica segura e definitiva para a ferramenta
(DINIZ, 2004b).
Quando uma aresta interage com o material da peça seguindo a trajetória do
movimento do rebolo, três regiões podem ser definidas, conforme mostra a Figura 2.
Figura 2. Formação de cavaco na retificação
Fonte: König e Klocke, 1997.
hcu eff hcu
8
Na Região I, devido ao escorregamento do grão abrasivo sobre a peça,
ocorre o que se chama de deformação elástica, ou seja, aquela em que, removidos
os esforços atuando sobre o material, este volta à sua forma original. A energia é
gasta em deformação e atrito da face de folga da aresta com o material da peça.
Na Região II, a aresta do grão aumenta a interação com a peça. Nessa etapa,
ocorrem tanto a deformação elástica como plástica. Entende-se por deformação
plástica aquela que ocorre quando, removidos os esforços, não há recuperação da
forma original. Ainda não há formação do cavaco e uma parcela a mais de energia é
aplicada.
Na Região III, aumenta a deformação do material, atingindo uma pressão
crítica de corte. A pressão está mínima para ocorrer o arrancamento do material. A
partir desse ponto, tem-se a formação do cavaco, ocorrendo simultaneamente os
fenômenos de escoamento e cisalhamento do material. Em função da parcela de
deformação elastoplástica, apenas parte da profundidade prevista de penetração
“hcu” é realmente cortada, sendo esta denominada espessura efetiva de corte
“hcuef”.
Todo este processo de atrito, deformação elástica e plástica, que ocorre na
peça durante a retificação, é acompanhado por fenômenos relacionados ao rebolo,
tais como: fratura do ligante e desgaste ou quebra do grão abrasivo.
De acordo com König e Klocke (1997), a alta força normal “Fn”, seguida pelo
seu escoamento lateral do material, é responsável pela deformação elástica.
Posteriormente, tem-se a formação do cavaco pelo aumento da força tangencial “Ft”,
que cisalha o material, conforme Figura 2. As propriedades de escoamento do
material, a velocidade de corte e as condições de atrito da interface têm influência
significativa na formação do cavaco (KOPAC; KRAJNIR, 2006).
2.1.2 Distribuição da energia no processo de retificação
Na retificação, a energia mecânica, que é introduzida no processo, é
parcialmente usada para gerar a deformação na superfície da peça, o cisalhamento
do cavaco e o atrito, conforme Figura 3. Em função dos gumes afiados, grande parte
da energia se transforma em energia térmica, pelo atrito no flanco dos gumes, e em
deformação plástica na região superficial da peça. Durante a remoção do cavaco,
tem-se a transformação de energia em calor nas faces do grão. Além disso, vale
9
ressaltar que uma parte da energia, principalmente quando se trata de rebolos
ligados, é transformada em calor em decorrência do atrito do ligante sobre a
superfície da peça (KÖNIG; KLOCKE, 1997).
Figura 3. Distribuição de energia térmica na retificação
Fonte: adaptado de König e Klocke, 1997.
As principais fontes de calor se encontram abaixo do grão, e essa energia flui
principalmente para dentro da peça. Em função do tempo de exposição e da ordem
de grandeza, esse fluxo de calor pode aumentar significativamente a temperatura na
superfície da peça, gerando queima superficial, modificações microestruturais e
fenômenos de oxidação. Desse modo, quanto maior for a temperatura, maior será o
impacto sobre a peça e o rebolo utilizado na retirada do material. É possível reduzir
o tempo de atuação do calor e a magnitude do aumento de temperatura por meio da
utilização de fluidos de corte (será referenciado posteriormente em um tópico
específico).
10
2.2 O processo de retificação sem centro de passagem
Dentro do processo de retificação, pode-se destacar o processo de retificação
sem centro longitudinal ou de passagem.
Este processo é empregado para retificação de peças cilíndricas, longas e
finas, que, se fossem manufaturadas e centradas por dois “contrapontos” em uma
retificadora normal cilíndrica, com certeza, iriam fletir devido à pressão exercida
pelos rebolos durante o processo.
Este processo caracteriza-se por ser o único método em que a peça é
retificada sem o emprego de qualquer meio de fixação. As peças são usinadas,
sendo suportadas apenas pelo rebolo de corte, régua de apoio e rebolo de arraste,
conforme mostrado na Figura 4.
Figura 4. Esquema de uma retificadora sem centro
Fonte: Garitoanandia, Fernandes e Albizuri, 2008.
Com essa configuração, permitem-se, de forma simples e fácil, a alimentação
e a retirada de peças, gerando alta flexibilidade, alta produtividade e excelente
tolerância dimensional das peças retificadas (GARITOANANDIA et al., 2008),
condições que tornam esse processo largamente utilizado em indústrias de
autopeças.
Mesa inferior
Mesa superior
Base
Fusos de esferas
Régua de apoio
Barramento
Peça
Mancal do rebolo de corte Mancal do rebolo de arraste
Rebolo de corte Rebolo de arraste
11
Como no processo de retificação sem centro de passagem as peças
permanecem rigidamente apoiadas durante todo o tempo de retificação, é possível
utilizar elevadas velocidades de corte e altas taxas de remoção, retificando peças de
forma continuada e em grande escala. Como também não existem forças de corte
no sentido axial da peça, peças com pequenos diâmetros podem ser retificadas sem
provocar a flambagem destas.
Pelo desenvolvimento do processo de retificação sem centro, foi possível
ampliar a aplicação de retificação para peças com características complexas,
obtendo-se tolerâncias mais precisas e baixa rugosidade.
Aparentemente, o processo de retificação sem centro possui forma
construtiva simples. No entanto, ao se analisar detalhadamente, pode-se concluir
que, em função do alto número de parâmetros utilizados neste processo, torna-se
difícil predizer o seu comportamento, tornando-o complexo. Pode-se perceber essa
alta complexidade e as variáveis envolvidas ao se observar a Figura 5.
Figura 5. Grandezas do processo de retificação sem centro de passagem
Fonte: Gonçalves e Miranda, 2007.
12
Neste processo, durante todo o período em que a peça está sendo retificada,
ela permanece sustentada sobre uma régua de apoio, localizada entre os rebolos de
corte e de arraste, conforme Figura 6.
Figura 6. Posicionamento da peça sobre a régua de apoio
Fonte: Gonçalves e Miranda, 2007.
De acordo com (KLOCK et al., 2004), Klocke e König (2005) e Slonimsky
(1956), na retificação sem centro de passagem, a peça é conduzida passando por
meio dos rebolos de corte (RC) e de arraste (RA). O processo de usinagem ocorre
quando a peça percorre o vão de retificação, de um lado para o outro, sendo
conduzida pelo rebolo de arraste e retificada pelo rebolo de corte. Na Figura 7, pode-
se perceber a trajetória da peça no vão de retificação.
Figura 7. Representação esquemática de uma retifica sem centro de passagem
Fonte: Gonçalves e Miranda, 2007.
13
Denomina-se vão de retificação a configuração formada pela peça, rebolo de
corte, rebolo de arraste e régua de apoio, conforme mostrado na Figura 8.
A posição da peça no vão de retificação é determinada por três pontos
definidos no contato do rebolo de arraste, rebolo de corte e régua de apoio. A
ligação entre as linhas de centro dos rebolos define a linha de referência, a qual
define a altura entre centros “hw”, ou seja, o centro da peça em relação à linha de
referência, conforme Figura 8. Os pontos de tangência entre peça e rebolos formam
o ângulo de tangência “γ”, que governa a altura da peça “hw” em relação ao centro
do rebolo de corte (KLOCKE; KÖNIG, 2005; LINDENAU, 2006).
Figura 8. Vão de retificação
Fonte: Lindenau, 2006.
Em função do ângulo de tangência “γ”, do diâmetro da peça e dos diâmetros
dos rebolos de corte e arraste, pode-se calcular a altura da peça “hw” a partir da
seguinte equação:
sendo:
γR ângulo de tangência do rebolo de arraste
γS ângulo de tangência do rebolo de corte
β ângulo de topo da régua de apoio
Um dos parâmetros mais importantes na ajustagem de uma retificadora sem
centro é o ângulo de tangência “γ”, pois este influencia diretamente no erro de
circularidade da peça.
14
2.2.1 Vantagens do processo de retificação sem centro
O processo de retificação sem centro apresenta várias vantagens, que
permitem, com eficiência e economia, a retificação de altos volumes de produção
com alto grau de precisão, tornando-o um processo viável.
Conforme Slonimski (1956) e Schmidt (1989), algumas das principais
vantagens são:
2.2.1.1 não existem forças de corte no sentido axial da peça, possibilitando retificar
peças com pequenos diâmetros e sem provocar flexão;
2.2.1.2 as peças permanecem rigidamente apoiadas durante todo o tempo de
retificação, o que possibilita elevadas velocidades de corte e altas taxas de remoção
de material durante a retificação;
2.2.1.3 por meio do baixo tempo para alimentação do equipamento, pode-se retificar
continuamente e em grandes quantidades;
2.2.1.4 a possibilidade de erros durante a dressagem e compensação devido ao
desgaste do rebolo de corte é reduzida pela metade, pois o sobrematerial é medido
em relação ao diâmetro, e não ao raio;
2.2.1.5 por meio de modernos sistemas para medição automática do diâmetro da
peça e correção da variação de medida, é possível operar uma quantidade maior de
máquinas.
2.2.2 Elementos de uma retificadora sem centro de passagem
Para uma perfeita operacionalização do processo de retificação sem centro,
capaz de atender às exigências de qualidade e produtividade, são importantes
alguns elementos da máquina retificadora. Será descrito a seguir cada um desses
elementos, bem como a influência de cada um deles no processo. De forma
ilustrativa, são indicados na Figura 9.
15
Figura 9. Elementos de uma retificadora sem centro de passagem
Fonte: Mikrosa, 2005.
2.2.2.1 Régua de apoio
Sendo uma das partes da retificadora responsável pelo posicionamento da
peça no vão de retificação, a régua de apoio desempenha papel importantíssimo no
processo de retificação.
Dentre as funções da régua, conforme Slonimski (1956) pode-se citar:
a) corrigir o posicionamento da peça entre os rebolos de corte e arraste para
obterem-se o diâmetro e a circularidade especificados;
b) corrigir o posicionamento do ponto de contato entre a peça e o rebolo de
corte para guiar a peça de forma precisa durante a retificação;
c) manter a peça constantemente em contato com o rebolo de arraste.
Geralmente, o ângulo da régua com superfície de apoio inclinada varia de 0 a
45º, dependendo principalmente do diâmetro da peça, do peso da peça e do ângulo
de tangência dos rebolos. O aumento do ângulo da régua de apoio representa
aumento significativo na pressão da peça no rebolo de arraste. Ao alterar ou
aumentar o ângulo da régua, projeta-se a peça contra o rebolo de arraste.
16
A definição dos materiais a serem utilizados na construção da régua de apoio
depende diretamente do material a ser retificado. O metal duro e materiais
semelhantes são utilizados na confecção do apoio da régua na retificação de peças
em aços temperados. Já réguas em aço rápido são utilizadas para não metais e
régua em bronze duro ou ferro fundido para usinagem de peças de aço doce
(MARINESCU; UHLMANN; DOY,2006).
A forma da régua pode ser com a superfície de topo plana (I), inclinada (II),
inclinada com cavidade de apoio (III) ou na forma prismática (IV), conforme Figura
10.
Figura 10. Formas das réguas de apoio
Fonte: Slonimski, 1956.
A largura da régua normalmente é menor que o diâmetro da peça, evitando-
se, assim, o contato da régua com os rebolos no vão de retificação. A superfície de
topo plana formada pelo ângulo “β” permite o apoio da peça no vão de retificação.
Esse ângulo contribui para a definição da altura do centro da peça em relação aos
rebolos de corte e de arraste, e é definido considerando-se o diâmetro da peça a ser
retificada.
A correta definição do ângulo “β” possibilita a utilização de vários diâmetros
de peças sem necessidade de trocar a régua. Dessa forma, tem-se que a regulagem
do vão de retificação, devido à alteração do diâmetro da peça, poderá ser feita
simplesmente mediante o afastamento ou o recuo da mesa do rebolo de arraste em
relação à mesa da régua de apoio.
17
2.2.2.2 Rebolo de arraste
No processo de retificação sem centro de passagem, o rebolo de arraste
possui três funções básicas: controlar o diâmetro e a rotação da peça, gerar a
velocidade de passagem no vão de retificação e manter a peça estável no vão de
retificação.
No processo de retificação sem centro de passagem, o rebolo de arraste é o
responsável por transferir a rotação e o movimento de translação às peças no vão
de retificação. Esse movimento é obtido mediante a inclinação do rebolo de arraste e
do seu formato hiperbólico. Meis (1980) considera o movimento de passagem da
peça entre os rebolos fator importante neste processo, pois a passagem axial da
peça em relação ao rebolo de corte possui influência direta sobre a forma e o
acabamento superficial desta.
Com o objetivo de corrigir a forma e as condições superficiais do rebolo de
arraste, é realizada periodicamente a dressagem deste.
A dressagem do rebolo de arraste consiste em deslocar a ferramenta de
dressagem (diamante) pela mesma linha de contato que será seguida pela peça. O
procedimento da dressagem do rebolo de arraste difere-se do empregado para o
rebolo de corte, pois o rebolo de arraste trabalha sob um ângulo de inclinação para
retificação da peça, garantindo uma trajetória retilínea para a peça que será
retificada.
Durante a dressagem do rebolo de arraste, o diamante primeiro toca o centro
da sua superfície; e como os passes subsequentes são contínuos, a superfície do
rebolo acaba ficando ligeiramente hiperbólica (LINDENAU, 2006; MEIS, 1980).
Para obter uma trajetória da peça paralela ao eixo do rebolo de corte, pode-se
girar a mesa do rebolo de arraste. Isso é possível por meio da ajustagem do ângulo
de giro do rebolo de arraste “δr”, conforme Figura 11.
18
Figura 11. Formato hiperbólico do rebolo de arraste após dressagem
Fonte: Klocke e König, 2005.
Dressando o rebolo com essa inclinação, obtém-se um rebolo com formato
hiperbólico. A cada diferença no valor da largura “br” do rebolo de arraste, têm-se
outro diâmetro e, consequentemente, outro perímetro e velocidade de passagem.
Isso conduz a diferentes escorregamentos da peça e força de corte. No
processamento de peças longas, pode-se produzir diferentes oscilações de torção
(LINDENAU, 2006).
2.2.2.3 Rebolo de corte
A remoção do material durante o processo de retificação é realizada mediante
a utilização de ferramentas abrasivas, chamada rebolo de corte.
Define-se por material abrasivo aquele que possui características de corte,
raspagem ou desgaste de outros materiais ou substâncias. Ao longo de um bom
tempo, os materiais abrasivos eram apenas os que normalmente encontravam-se na
natureza. O recente desenvolvimento destes permitiu que os processos abrasivos
conferissem melhor exatidão aos processos de manufatura (DE GARMO; BLACK;
KOHSER, 1984).
Constituídos de grãos cortantes, os rebolos de corte removem cavacos
pequenos de material, motivo pelo qual se tem acabamento melhor do que os
demais processos de usinagem. Conforme Lindsay (1999), a remoção depende da
habilidade dos grãos abrasivos de penetrar o material, os quais devem sempre ser
mais duros do que a peça. A remoção de cavacos durante o processo gera forças de
19
corte e produz calor, que pode influenciar no refrigerante, na qualidade da peça ou
nos grãos abrasivos.
Os rebolos são especificados segundo a norma DIN 69100 (1988) e
caracterizados na sua composição, considerando-se algumas especificações. A
seguir, têm-se as principais características técnicas de um rebolo de corte:
a) Tipo do grão abrasivo: podem ser classificados em convencionais, em que
se destacam o óxido de alumínio Al2O3 e o carboneto de silício SiC, e os
superabrasivos (diamante e o cBN). Essa classificação baseia-se na dureza dos
materiais. Enquanto os grãos convencionais situam-se em uma faixa de dureza
próxima de 2000 kgf/mm², os grãos superabrasivos apresentam durezas superiores
a 4500 kgf/mm² (SHAW, 1996). Efetua-se a escolha do grão abrasivo sob aspecto
da dureza e da tenacidade, e na capacidade de reagir quimicamente.
b) Granulometria: deve ser determinada em função da rugosidade desejada,
do sobremetal da peça e da operação executada (BOETTLER, 1978). Os grãos
abrasivos maiores são normalmente utilizados em operações de desbaste com alta
remoção de cavaco e sem preocupação com o acabamento. Já os grãos mais finos,
indicados por um código com números maiores, são utilizados onde tolerâncias e
acabamentos são importantes (KING; HANH, 1986). Conforme Shaw (1996), os
grãos abrasivos variam de 8 (muito grosso) até 600 (muito fino).
c) Liga: de acordo com Boettler (1978), não existem recomendações exatas
na literatura apesar de que são dadas algumas recomendações como: liga cerâmica
para retificação de precisão e liga resinoide para retificação de desbaste. Conforme
a norma DIN 69100 (1988), as ligas dos rebolos são representadas por letras.
Existem seis tipos de aglomerantes para rebolos convencionais: shellac,
oxicloridos, silicatos, borracha, vitrificados e resinoides. A escolha do aglomerante
deve considerar as condições de manufatura, a vida, o tipo e o tamanho do rebolo,
bem como os custos associados aos aglomerantes mais elaborados (JACKSON;
MILLS, 2000).
O aglomerante resinoide, por exemplo, é aplicado em operações de
retificação pesada que necessite de alta resistência ao impacto. Outra aplicação
importante do aglomerante resinoide está relacionada com grãos superabrasivos,
sendo estes de diamante ou cBN para retificação de aços.
d) Grau de dureza: a dureza do rebolo e sua estrutura são fixadas pela liga
granulometria dos grãos abrasivos e da porosidade do rebolo, indicando o grau de
20
coesão entre aglomerante e grão. A dureza dos rebolos, conforme norma DIN 69100
(1988), é representada qualitativamente por letras que vão de “A” a “Z”.
Normalmente, utilizam-se rebolos com durezas intermediárias. Pode-se também
acrescentar, como regra geral, que se utilizam rebolos duros na retificação de peças
com durezas menores e rebolos moles na retificação de peças tratadas
termicamente.
e) Estrutura: está relacionada ainda à porosidade, pois, quanto menores
forem os poros, mais fechada é a estrutura, com maior concentração de grãos e,
consequentemente, maior dureza. Todavia, é essencial a existência de porosidades
no rebolo, as quais servem de alojamento para os cavacos removidos durante o
processo de usinagem, evitando, dessa forma, empastamentos.
O processo de fabricação dos rebolos consiste, basicamente, em: mistura,
prensagem, secagem, queima, acabamento, balanceamento, testes, controles e
expedição.
A identificação dos rebolos é feita a partir de um código alfanumérico
normalizado (ANSI B74.13-1977 e ISO 525-1975E). A Figura 12 demonstra a
identificação de um rebolo convencional.
21
Figura 12. Identificação de rebolos convencionais
PREFIXOTIPO DO
ABRASIVOGRANULOMETRIA DUREZA ESTRUTURA LIGANTE FABRICANTE
51 A 36 L 5 B 23
IDENTIFICAÇÃO DE UM REBOLO CONVENCIONAL
SIMBOLO DO FABRICANTE INDICANDO O TIPO EXATO DE ABRASIVO(OPCIONAL)
A - ÓXIDO DE ALUMÍNIOC - CARBONETO DE SILÍCIO
GROSSO: 8 - 24MÉDIO: 30 - 60FINO: 70 - 180MUITOFINO: 220 - 600
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z EXTRA MUITO MACIO MÉDIO DURO MUITO EXTRAMACIO MACIO DURO DURO
1 FECHADA234567891011 1213141516 ABERTA
B - RESINÓIDEBF - RESINOIDE REFORÇADO POR FIBRASE - SHELLACO - OXICLORIDOR - BORRACHARF - BORRACHA REFORÇADA POR FIBRASS - SILICATOV - VITRIFICADO
MARCA DO FABRICANTEIDENTIFICANDO O REBOLO(OPCIONAL)
Fonte: adaptado de Malkin, 2008.
Como o processo de retificação sem centro é uma operação de precisão para
produção de peças em série, esse tipo de retificação baseia-se na aplicação de
grandes pressões de trabalho. Dessa forma, como consequência, os rebolos são
submetidos a grandes esforços tanto tangenciais como radiais. Esse é o motivo
pelos quais muitas vezes se indicam rebolos duros, com estrutura fechada e grãos
abrasivos tenazes que possam resistir a altas pressões de trabalho. Quanto menor
for o diâmetro das peças, mais duro deverá ser o rebolo (NORTON, 1994).
Como os rebolos se desgastam de forma desigual devido à orientação
aleatória dos grãos abrasivos, esforços de corte heterogêneos, necessidades
diferentes de remoção de material e correção da forma por vezes se fazem
necessários. Naturalmente, após determinado tempo de operação, pode-se perceber
um desgaste das várias arestas de corte do grão abrasivo. Esse desgaste
impossibilita que o processo de remoção do material por abrasão seja feito,
comprometendo o rendimento ótimo do rebolo. Além disso, o preenchimento dos
espaços vazios entre os grãos por cavacos aumenta o atrito entre a peça e o rebolo
de corte, comprometendo a rugosidade das peças que estão sendo produzidas e
gerando a necessidade de dressagem, conforme Figura 13.
22
Figura 13. Desgaste do grão abrasivo
Fonte: Winterthur Technology Group, 2005.
Somadas a todos esses efeitos relatados anteriormente, surgem, durante o
processo de retificação, a necessidade de remoção dos cavacos empastados e a
exposição de novas arestas. Os grãos abrasivos desgastados aumentam os
esforços, a temperatura de corte e o atrito, podendo danificar termicamente a peça.
Comumente conhecida por dressagem, a operação de afiação dos rebolos
tem como objetivo restabelecer a capacidade de remoção de material da ferramenta.
Além de também restabelecer a circularidade, a cilindricidade e a coaxialidade do
rebolo, em algumas operações, é importante também restabelecer a forma da
superfície do rebolo. Após a dressagem, o grão abrasivo recupera o poder de corte,
conforme Figura 14, e o processo é reiniciado.
23
Figura 14. Grão abrasivo após dressagem
Fonte: Winterthur Technology Group, 2005.
A dressagem pode ser efetuada de várias maneiras, dependendo do tipo do
dressador (DINIZ, 2004b).
A definição do processo de dressagem, ferramentas, características estáticas
e dinâmicas do sistema (rebolo/dressador) depende da topografia do rebolo. Isso
significa que o processo de retificação e os resultados são função do processo de
dressagem (BOETTLER, 1978).
2.2.2.4 Sistema de refrigeração
O processo de retificação requer quantidade considerável de energia por
unidade de volume para remover o material. Essa energia é transformada em calor
concentrado na região de corte. O aumento desse calor fora de parâmetros
aceitáveis ou no mínimo controláveis pode gerar danos superficiais irreversíveis às
peças, comprometendo a qualidade requerida no processo.
Como o processo de retificação sem centro de passagem tem o objetivo
principal de produzir acabamento superficial muito bom e garantir a integridade
superficial dos componentes usinados, danos superficiais do tratamento térmico,
devido à modificação da estrutura superficial da peça, são indesejáveis.
A queima superficial e as modificações microestruturais e da superfície são
alguns exemplos desses danos. Esse aquecimento pode acarretar a têmpera
24
superficial e a retêmpera de alguns materiais (em usinagem de aço temperado).
Pode-se formar a martensita não amolecida, que, neste caso, geraria indesejáveis
tensões residuais de tração e redução da resistência à fadiga final. Pode-se, então,
dizer que, quanto maior for esse aquecimento, maiores são as chances de se gerar
impacto sobre a peça.
Além dos danos térmicos, essas altas temperaturas na região de corte
aceleram o processo de desgaste do rebolo. Quando a queima superficial da peça
se inicia, existe tendência do crescimento da adesão de partículas metálicas nos
grãos abrasivos do rebolo. Como consequência, têm-se: o aumento das forças de
retificação e a deterioração da qualidade superficial da peça, podendo levar ao
aumento da perda diametral do rebolo e fazendo com que seu desgaste volumétrico
aumente. Essas questões somam-se às demais que justificam a aplicação do fluido
de refrigeração.
Existem vários tipos de fluidos de usinagem que podem ser usados para
realizar a tarefa de refrigerar a região de corte (ABDALLA; PATEL, 2006). Os fluidos
de corte são normalmente classificados em três grupos principais: (i) os óleos de
corte puros, (ii) os gases e (iii) os óleos solúveis em água. Os óleos solúveis em
água podem ser classificados como óleos emulsionáveis (óleos solúveis), fluidos
químicos (sintéticos) ou semiquímicos (semissintéticos).
Dentro dessas classes, os fluidos estão disponíveis para o desempenho de
serviços leves, médios e pesados (EL BARADIE, 1996).
Historicamente, tem-se que, há mais de 100 anos, a água era utilizada como
o fluido, principalmente como um refrigerante, devido à sua alta capacidade térmica
de remoção de calor e disponibilidade Porém, a presença de corrosão nas peças e
nos equipamentos, e as lubrificações ineficientes eram alguns dos inconvenientes de
tal aplicação. Com o passar do tempo, os óleos minerais começaram a ser
utilizados. Apesar de possuírem maior capacidade de lubrificação, estes
apresentavam baixa capacidade de arrefecimento e elevados custos,
comprometendo as aplicações no corte e restringindo a sua aplicação.
Há mais de 100 anos, Mallock escreveu: “Lubrificantes parecem agir
diminuindo a fricção entre a superfície da ferramenta e o cavaco, e a dificuldade é
ver como o lubrificante se comporta nesta região” (TASDELEN et al., 2007, p. 222).
25
Alguns estudos, como o de Krahenbuhl (2005) sugerem as aplicações de
óleos vegetais como alternativa focada em questões como desempenho, custo,
saúde, segurança, além das questões ambientais.
Mais tarde, foi descoberto que o óleo adicionado à água (com um
emulsificante apropriado) daria boas propriedades de lubrificação com bons efeitos
de arrefecimento. Eles ficaram conhecidos como óleos solúveis. Os óleos solúveis,
além da função de serem bons lubrificantes e ainda terem a função de
arrefecimento, atuam também diretamente na região da zona de retificação.
Pela utilização do fluido de corte, é possível reduzir o tempo de atuação do
calor e a magnitude do aumento de temperatura.
Como relatado, o fluido refrigerante desempenha funções importantes no
processo de retificação. Essas funções podem ser classificadas em primárias e
secundárias. Como funções primárias, têm-se:
a) reduzir o atrito entre o grão abrasivo e a peça através da formação de uma
película permanente de lubrificante. Essa lubrificação reduz o desgaste por atrito do
rebolo na peça, bem como o desgaste da régua de apoio;
b) manter o rebolo e a peça a uma temperatura adequada por meio da
absorção e transporte de calor. Não controlar a expansão e a contração térmica da
peça durante a retificação é assumir a possibilidade que erros na dimensão e forma
do componente final irão acontecer, levando, principalmente, a erros de
circularidade.
Calor excessivo durante a operação de retificação faz com que os cavacos
aquecidos adiram com mais facilidade à face do rebolo do que quando estão a uma
temperatura mais baixa, causando entupimento dos poros, comumente conhecido
como “empastamento” do rebolo.
Como funções secundárias, têm-se:
a) transportar os cavacos, provenientes do arrancamento de material na peça
sendo usinada, para os locais destinados à separação (central de regeneração do
fluido) e promover a limpeza do rebolo e peça por meio de bicos distribuídos na
periferia do rebolo;
b) possuir características anticorrosivas para impedir a oxidação da máquina
e da peça que está sendo retificada;
c) influenciar na forma do cavaco obtido, pois diminui o efeito da ductilidade
do metal que está sendo retificado.
26
A Figura 15 apresenta a tribologia do processo de usinagem.
Figura 15. Tribologia do processo de usinagem
Fonte: Brinksmeier, Heinzel e Wittmann, 1999.
Por meio da Figura 15, é possível deduzir as exigências das propriedades do
fluido refrigerante, como, por exemplo, combinação favorável da condutibilidade
térmica e calor específico, assim como boas propriedades lubrificantes. Fora isso,
evitar a formação de espuma e vapores, possuir boa estabilidade e evitar o efeito
toxicológico.
Segundo König e Klocke (1997), o fluido de corte contribui diretamente para a
redução do atrito, reduzindo, assim, a geração de calor. Além disso, a troca de calor
entre o fluido e a peça realiza uma remoção rápida dessa energia, evitando o
Desgaste
Ferramenta
Tribologia do
sistema
“Usinagem”
Força e
Energia
Demandada
Qualidade da
peça
Lubrificação
efeito do
refrigerante
Redução
do Atrito
Redução da
força e
energia
demandada
Redução do
calor gerado
Redução da
Temperatura
critica da
peça e da
ferramenta
Redução do
calor gerado
Resfriamento
efeito do
refrigerante
27
aquecimento excessivo da superfície da peça. A lubrificação traz ainda a vantagem
da redução do desgaste do grão abrasivo.
Klocke e König, em 2005, escreveram que os diferentes tipos de fluidos
refrigerantes diferenciam-se levando em consideração suas propriedades. Para
emulsões e soluções, o calor específico é cerca de duas vezes maior e a
condutibilidade térmica até cinco vezes a mais que os óleos. Porém, os óleos
possuem como vantagens melhor oleosidade e pouca geração de calor,
compensando a baixa condutibilidade térmica (KLOCKE; KÖNIG, 2005).
Os fluidos apresentam importância muito grande no processo. Porém, devido
às suas vantagens, o consumo vem aumentando exponencialmente nas indústrias.
Conforme relatos, a União Europeia sozinha consome aproximadamente 320.000
toneladas por ano, a partir das quais, pelo menos, dois terços necessitam ser
eliminados (ABDALLA et al., 2007). Apesar do uso generalizado, percebe-se risco
significativo para a saúde e riscos ambientais ao longo do seu ciclo de vida.
Aproximadamente 80% de todas as doenças ocupacionais dos operadores foram
devido ao contato da pele com esses fluidos (HSE, 2000).
Uma estimativa mostra que só nos EUA cerca de 700.000 a um milhão de
trabalhadores estão expostos aos mesmos riscos. Como esses fluidos são
complexos na sua composição, podem causar irritação ou alergia (SOKOVIĆ;
MIJANOVIĆ, 2001). Toxinas microbianas também são geradas por bactérias e
fungos presentes, particularmente nos fluidos solúveis em água, sendo eles muito
prejudiciais aos operadores.
De encontro com esses questionamentos, tem-se, conforme Silva et al.
(2006), que, na última década, o objetivo de muitas pesquisas tem sido limitar
fortemente o uso do resfriamento por fluidos lubrificantes no processo de
transformação metal-mecânico. A redução ou eliminação do fluido de corte de
maneira coerente implicaria incentivo econômico expressivo, considerando os altos
custos associados à sua utilização. Nesse contexto, o processo de usinagem a seco,
ou com mínima quantidade de lubrificante (MQL), chama a atenção de
pesquisadores e técnicos.
Por essas razões, a aplicação de processos semissecos ou secos vem
ganhando notoriedade. Na verdade, eles já desempenham papel significativo em um
número prático de aplicações (SUDA, 2001).
28
Embora seja desejável essa redução drástica, até mesmo a completa
eliminação desse líquido pode elevar a temperatura na região de corte em nível
acima do ideal. Em condição na qual é necessária essa redução drástica, conforme
(KLOCKE; EISENBLÄTTER, 1997; MALKIN; GUO, 2008; MARINESCU et al., 2007;
EBBRELL et al., 2000), acarretaria danos térmicos e modificações microestruturais,
afetando a integridade da superfície da peça e a precisão geométrica, e gerando
desgaste excessivo do rebolo de corte e entupimentos.
Faz-se necessário ressaltar que a qualidade do componente retificado não
está relacionada apenas ao seu acabamento superficial ou à sua precisão
dimensional, mas também à integridade da sua superfície. Deve-se considerar que,
se o calor produzido durante o processo não pode ser eficazmente removido do
componente, a integridade da superfície pode ser afetada negativamente. Isso
acarretaria: transformações metalúrgicas, oxidação, aparecimento de tensões
residuais e redução na vida útil do componente.
Medidas eficazes para a redução do calor gerado durante a retificação são
amplamente aplicadas, tendo em vista que medir a temperatura durante o processo
de retificação é uma tarefa muito difícil.
Nos trabalhos de pesquisa de Davies et al. (2007) e Batako, Rowen e Morgan
(2005), pode-se encontrar uma revisão completa de diferentes técnicas disponíveis
para medição de temperatura.
Peklenik (1958) foi o primeiro a realizar um experimento usando termopar
para medição da temperatura. Porém, devido à alta impedância da retificação, são
produzidas distorções nas medições que acabam desqualificando-as.
Brandão e Coelho (2007) realizaram a medição da temperatura em um
processo de roscamento com a utilização de termopares. Estes possibilitaram avaliar
o desempenho da aplicação do fluido em abundância, utilizando MQL e
comparando-a com o processo a seco.
Medições utilizando a termografia infravermelho também são aplicadas,
porém apresentam limitações, pois os valores de emissividade do material
dependem de aspectos, tais como rugosidade da superfície e temperatura da peça.
Embora apresente essa restrição, Brandão, Lauro e Ribeiro Filho (2013)
mediram a temperatura no processo de furação aplicando a técnica da termografia.
Segundo os autores, nesse processo, ela trouxe flexibilidade e facilitou a aquisição
29
dos dados. Estes proporcionaram rápidas tomadas de decisão durante a supervisão
devido à possibilidade do acompanhamento dos dados.
No entanto, a aplicação de retificação a seco, em função dessas restrições
apresentadas, referentes à medição de temperatura, está fora das condições atuais
nas indústrias.
Nesse cenário, aparece a aplicação da Mínima Quantidade de Lubrificante
(MQL), por vezes referida como lubrificação seca por proximidade (KLOCKE,
EISENNBLATTER, 1997) ou micro-lubrificação (MCCLURE; ADAMS; GUGGER,
2007).
Pode-se considerar que, recentemente, um progresso significativo no
processo de lubrificação semisseca em retificação tem ocorrido. Todavia, para que
seja sugerido qualquer tipo de melhoria, por exemplo, uma melhoria econômica, faz-
se necessário primeiro compreender os mecanismos envolvidos na operação, mas
alguns bons resultados vêm sendo alcançados. Tonshoff e Spinting (1994) e Dhar
et al. (2004) usaram a técnica de MQL para otimizar processos e concluíram que,
em alguns casos, essa técnica tem apresentado resultados muito melhores do que a
aplicação convencional de lubri-refrigeração.
Atualmente, encontram-se novos estudos avaliando a aplicação de óleos no
processo de retificação ou no processo de corte. Com o objetivo de aperfeiçoar a
sua aplicação, existem estudos voltados para a aplicação da usinagem a seco, ou
semisseco, também conhecida como MQL.
A MQL é um método que permite reduzir a quantidade de fluidos de corte.
Consiste em uma mistura de microgotículas de óleo sob pressão, aplicada
diretamente na interface entre a ferramenta e o cavaco. No entanto, a questão como
os lubrificantes podem diminuir o atrito sob altas temperaturas e cargas elevadas
ainda não foi respondida. A adição de extrema pressão no fluido de refrigeração
também não assegura uma ação eficaz do líquido na interface entre a ferramenta de
corte e o cavaco, assegurando, assim, perfeita lubrificação e resfriamento (CASSIN;
BOOTHROYED, 1965). Entretanto, a aplicação do fluido em alta pressão, aplicado
de maneira eficaz na interface entre a peça e a ferramenta de corte/rebolo, pode
reduzir a temperatura de corte e melhorar muito a vida da ferramenta, além de
melhorar a qualidade da superfície usinada/retificada (ALEXANDER;
VARADARAJAN; PHILIP, 1998).
30
Sendo assim, a aplicação de MQL corresponde a uma mistura de óleo e ar
pressurizado, que são direcionados diretamente para a zona de retificação
(KLOCKE et al., 2000). Essa mistura atinge diretamente a zona de contato entre o
rebolo (grãos abrasivos) e a peça, melhorando a lubrificação na zona de contato.
Como resultado da aplicação de MQL, têm-se prolongamento da vida do
rebolo e melhor qualidade na superfície retificada.
Em função desse direcionamento eficaz, é possível alcançar redução
significativa do consumo do fluido. Como esse direcionamento é otimizado na sua
aplicação, isso acarreta menor circulação; consequentemente, redução no
desperdício dele em função de vazamentos ou até mesmo perdas por evaporação.
Além disso, redução significativa no volume a ser armazenado, e consequentemente
na área de armazenamento, é alcançada. Tawakoli (2000) e Hafenbraedl e Malkin
(2001) relataram melhorias no processo e redução nos custos relacionados ao
processo com a aplicação de MQL, em que reduziram drasticamente os custos e o
espaço necessário para o sistema de filtragem.
Sabe-se que a sua aplicação proporciona redução significativa na utilização
do fluido refrigerante e mantém a eficiência do processo, atendendo às legislações
ambientais e garantindo, principalmente, a qualidade final da peça.
No entanto, para a aplicação de MQL, um ponto que merece atenção são as
características secundárias do fluido de refrigeração. A biodegradabilidade, a
estabilidade à oxidação e a estabilidade no armazenamento, que, no caso da
aplicação do fluido convencional, aparentemente não seriam tão relevantes, no caso
da aplicação de MQL, passam a ser variáveis importantes. Elas precisam ser
compatíveis com o meio de aplicação e quimicamente estáveis durante a longa
utilização, pois, com MQL, o consumo do fluido passa a ser bem reduzido.
Em função de tudo o que foi apresentado e considerando os
desenvolvimentos nos últimos anos e as vantagens apresentadas quanto à
utilização de MQL, pode-se definir que essa tecnologia precisa ser considerada no
desenvolvimento de novos equipamentos e de novos estudos que certifiquem
significativamente a sua aplicação. A aplicação de MQL encontra-se aliada às
tendências de futuro, como mostrado na Figura 16, trazendo avanços significativos
na tecnologia de usinagem, redução de custos, conformidade com os padrões
ambientais exigidos e ganhos de produtividade. Brevemente, as ações em curso
31
resultarão em expansão dessa tecnologia para fabricantes de pequenas e médias
empresas.
Figura 16. Desenvolvimento atual e futuro da aplicação de fluidos nos processos
Fonte: Weinert et al., 2004.
2.2.2.5 Bicos de refrigeração
A eficiência da aplicação do fluido refrigerante no processo de retificação não
é determinada somente por meio das propriedades físicas e químicas, mas também
em função da aplicação correta do fluido na região de corte, interface peça-rebolo.
Segundo Klocke e König (2005), a aplicação correta está relacionada tanto à vazão
e pressão, assim como ao posicionamento e construção dos bicos de refrigeração.
Os bicos de refrigeração têm por finalidade transformar a energia de um
líquido em energia cinética. A energia cinética é utilizada para quebrar o líquido em
pequenas partículas e para dispersá-las uniformemente de acordo com o padrão
desejado. Em alguns casos, a energia cinética é usada para dar maior força de
penetração ao jato. O bico também permite a obtenção de capacidades
preestabelecidas de acordo com a pressão.
Conforme o desempenho esperado, em função da característica de operação
para os bicos de refrigeração, uma gama de variedades poderá ser utilizada. Além
do desempenho, outro fator que deve ser considerado é o local exato onde os bicos
Sistema Equipamento Usinagem
Fluído Refrigeração
circuito fechado
Fluído Refrigeração
circuito fechado e MQL
MQL e usinagem a seco
Estado da arte
Demanda do usuário
Futuro
32
devem ser inseridos no ambiente de operação. Essa localização influi diretamente
no resultado da refrigeração.
Pode-se utilizar, no processo de retificação, diferentes bicos com geometrias
distintas de acordo com cada finalidade. Esses bicos conferirão ao fluido diferenças
significativas no resultado da aplicação e, consequentemente, da refrigeração do
material em processo.
Tem-se a tradicional forma construtiva do bico tipo jato livre ou comumente
conhecida como calha de refrigeração. Atualmente, não é muito adequada devido ao
crescimento na utilização de fluidos à base de água. Eles passam por grande
dispersão e se perdem na região de corte devido à barreira de ar gerada pelo rebolo
por causa da sua rotação. Normalmente, a barreira de ar é vencida quando a
velocidade de saída do jato se iguala à velocidade periférica do rebolo. Para que
aconteça essa equivalência, devido à forma construtiva do bico, é preciso aumentar
a pressão da bomba, o que gera aumento da pressão da dispersão do jato,
diminuindo a eficiência deste, conforme Figura 17a. Esse tipo de bico é
extremamente turbulento e utilizado para baixas pressões de aplicação do fluido na
região de corte, o que dificulta a coerência do jato (CATAI, 2004; KLOCKE; KÖNIG,
2005).
A Figura 17b apresenta bico ejetor com elementos condutores. Esse tipo de
bico usa diferentes elementos condutores, associados com a velocidade de corte e
vazão do fluido, e influenciam as condições desfavoráveis de fluxo. No entanto, para
a obtenção de um processo ideal para esses bicos, faz-se necessária uma
combinação adequada da velocidade de corte com a vazão do fluido. Além disso,
faz-se imprescindível a utilização da forma correta de disposição dos elementos
condutores no interior do bico, para se evitar a separação do fluxo (BRINKSMEIER
et al., 2001).
Outro tipo de bico utilizado é o tipo sapata, conforme Figura 17c. Esse bico
possui a possibilidade de combinar um elemento raspador como barreira à camada
de ar a uma alimentação de fluido com velocidade de saída próxima à velocidade do
rebolo. Dessa forma, a camada de ar se desvia nesse raspador e o rebolo ao entrar
em contato com a câmara repleta de fluido no interior da sapata. Esta funciona como
uma bomba centrifuga que acelera e direciona o fluido para a região de corte
(WEINGAERTNER, 2007).
33
Outro conceito de aplicação do fluido refrigerante é por meio da utilização de
tubos ejetores de refrigeração. O fluido é aplicado na zona de contato peça-rebolo
por meio de vários tubos condutores. Os tubos podem ter formas distintas de acordo
com a geometria do rebolo de corte. Esse novo conceito de sistema de alimentação
de fluido refrigerante apresenta fluxo de refrigeração laminar. Esse tipo de fluxo
propicia a redução da quantidade necessária de fluido, além da redução de danos
térmicos na peça e nas ferramentas. Apresentam resultados otimizados,
principalmente para processos que requerem altas taxas de remoção de material e
com materiais à base de níquel e titânio (FRIEDRICH, 2006; KLOCKE; KÖNIG,
2005).
Figura 17. Bicos ejetores de fluido refrigerante
Fonte: adaptado de Klocke e König, 2005.
De acordo com a geometria do bico, pode-se ter diferentes formatos da
aplicação de um fluido na peça. A Figura 18 apresenta alguns desses formatos.
a b
c d
34
Figura 18. Exemplos dos formatos da aplicação de um fluido em função da geometria
do bico
Fonte: Euspray, 2013.
Esses formatos conferem ao processo de refrigeração diferenças na
cobertura do fluido no vão de retificação (região compreendida por: peça, rebolo de
corte, rebolo de arraste e régua de apoio).
Tipo A - Formato cone oco: as partículas de líquidos são distribuídas de modo
uniforme, formando a fachada exterior de um cone oco. A área coberta cai
perpendicularmente ao jato. Neste caso, forma-se uma circunferência, cujo diâmetro
é relativo à distância e ao ângulo do bico.
Tipo B - Cone completo: a parte interna do cone também é preenchida com
partículas de líquido uniformemente. A área coberta cai perpendicularmente ao jato.
Durante a aplicação, um círculo, cujo diâmetro é relativo à distância e ao ângulo do
bico, é formado sobre o material aplicado.
Tipo C - Jato plano (tipo leque): a área coberta pelo jato cai
perpendicularmente de forma elíptica alongada. A dimensão do eixo lateral é em
relação à distância entre o bico e a área a ser aplicada. A dimensão do eixo
longitudinal é relativa para a distância a partir do bico e do ângulo deste.
Tipo D - Atomização do bocal: nestes bicos, o ar comprimido é misturado com
o líquido para proporcionar fina aplicação.
Além da questão da escolha do bico, outro item importante a ser avaliado é o
ângulo de cobertura. Esse ângulo é geralmente medido perto do orifício do bico por
onde passa o fluido refrigerante.
Outro fator a ser avaliado no processo de refrigeração é o ângulo de
cobertura do jato. Em função do aumento da distância de aplicação, compreendida
entre a distância do bico e o vão de retificação, tem-se alteração na medida da
largura do jato. Essa alteração pode torná-lo menos exato devido ao efeito da
gravidade e das condições ambientais. Deve ser considerado que o aumento da
35
viscosidade do líquido a ser aplicado também reduz o ângulo de cobertura. Na
Figura 19, pode-se perceber um esquema do ângulo de cobertura.
Figura 19. Ângulo de cobertura
Fonte: adaptado de Euspray, 2013.
Ângulo de
cobertura
Ângulo aspersão
36
CAPÍTULO 3
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Nesta seção, serão apresentados todos os experimentos que foram
realizados com o objetivo de substituir a refrigeração convencional durante o
processo de retificação sem centro de passagem. Os efeitos da aplicação da técnica
da Mínima Quantidade de Líquido Lubri-refrigerante (MQL) no processo de
retificação sem centro de passagem foram avaliados em peças cilíndricas de aço
carbono. O comportamento da rugosidade das peças durante a retificação sem
centro foi rigorosamente monitorado ao longo de todas as fases experimentais.
Foram realizados 15 experimentos. A viabilidade da aplicação da técnica de
MQL no processo de retificação sem centro foi avaliada a partir de dados obtidos da
variável de saída: rugosidade de profundidade média (Rz).
3.1 Equipamentos utilizados
3.1.1 Retificadora
Todos os experimentos foram realizados utilizando a retificadora de
passagem modelo TWIN GRIP 350-20 RK, com 50 HP de potência, conforme Figura
20. Fabricada pela empresa CINCINNATI Milacron, esse equipamento é o
responsável pelo acabamento da peça (último passe de retificação). Esse modelo
tem como configuração uma rotação máxima do rebolo de arraste de 70 RPM e de
1500 RPM para o rebolo de corte. A retificadora pertence a uma empresa de
autopeças com alto volume de produção, na qual é utilizada no acabamento da
haste de amortecedores para automóveis.
37
Figura 20. Retificadora Centerless de passagem CINCINNATI RK 350-20
Fonte: autoria própria.
Essa retificadora faz parte de uma linha de produção com um sistema para
tratamento térmico anterior à retificação de passagem de peças cilíndricas. O
processo de produção é composto por quatro etapas:
3.1.1.1 Têmpera: por indução na peça cilíndrica posicionada horizontalmente, sendo
responsável por gerar uma camada superficial endurecida;
3.1.1.2 Desempeno: tem a função de corrigir a retilineidade das peças por meio de
dois rolos de desempeno;
3.1.1.3 Retificação de desbaste (1° passe): primeiro arrancamento superficial de
material e tem como objetivo gerar a dimensão diametral inicial das peças;
3.1.1.4 Retificação de acabamento (último passe de retificação): responsável pelo
diâmetro final e rugosidade da peça (acabamento superficial).
3.1.2 Aplicador de MQL
Para aplicação direcionada do óleo LB-1000, pressurizado na zona de
retificação, utilizou-se o equipamento Accu-Lube modelo 04AD-STD. Apropriado
para tal aplicação, cada dispositivo foi constituído de quatro mangueiras contendo
um bico aplicador.
38
Para cobrir toda a extensão do rebolo, foram utilizados dois dispositivos
aplicadores, ambos com bomba de pressão.
Cada dispositivo dosador era constituído por: 1) reservatório de óleo, 2)
válvula, 3) manômetro e filtro separador de partículas de ar, 4) gerador de pulsos, 5)
bomba pneumática, 6) ajuste de taxa de lubrificante, 7) caixa contendora, 8)
dispositivo para fixação do aplicador, 9) engate rápido e 10) mangueiras, conforme
Figura 21.
Figura 21. Dispositivo aplicador de MQL
Fonte: Accu-Lube, 2013.
3.2 Ferramentas utilizadas
As ferramentas descritas a seguir foram utilizadas durante os experimentos.
Integradas à retificadora, são importantes para o perfeito acabamento das peças
durante a retificação dos corpos de prova. As ferramentas são as mesmas
empregadas no processo de produção diário da empresa.
39
3.2.1 Rebolos de corte e de arraste
Foram utilizados no experimento um rebolo de corte e um rebolo de arraste
do fabricante Saint-Gobain, marca Norton, conforme características contidas na
Tabela 1.
Tabela 1. Características técnicas do rebolo de corte e arraste
Rebolo Tipo Codificação
Dimensões iniciais
Diâmetro
externo (mm)
Comprimento
(mm)
Diâmetro
interno (mm)
Corte Anel Resinoide* ART AA220 609,6 508,0 304,8
Arraste Anel Resinoide UL A80RR 355,0 508,0 152,0
*constituído de abrasivos de óxido de alumínio
Fonte: Norton, 2014.
3.2.2 Dressadores
Utilizou-se um dressador do tipo conglomerado com dimensões 10 x 4 x 10
mm para o rebolo de corte. Para o rebolo de arraste, foi utilizado um dressador
natural de ponta única de diamante 11,0 x 33,0 mm. As operações de dressagem
de ambos os rebolos mantiveram-se dentro do padrão empregado pela empresa
durante todos os ensaios.
3.2.3 Régua de apoio
A régua de apoio, Figura 22, utilizada no processo de retificação sem centro
de passagem, tem a função de apoiar os corpos de prova durante a passagem por
entre os rebolos. Ela é composta por uma pastilha de metal duro com ângulo β=15°
na região de contato com a peça.
40
Figura 22. Régua de apoio
Fonte: adaptado de Gonçalves Neto,2008.
3.3 Fluido Lubri-refrigerante
Foram utilizados dois tipos diferentes de óleos lubri-refrigerantes nos
experimentos. Durante a utilização do aplicador MQL, utilizou-se o óleo LB-1000.
Quando foi aplicado o fluido lubri-refrigerante utilizando o dispositivo direcionador de
fluido (DDS-MQL), foi usado o óleo ECOCOOL P 1978. Ambos os óleos seguiram
recomendação dos fabricantes.
3.3.1 Óleo LB-1000
Em todos os ensaios experimentais com o aplicador de MQL, utilizou-se o
óleo Accu-Lube, LB 1000. De acordo com o fabricante, esse óleo é o mais indicado
para operação de MQL em retificação.
As especificações técnicas do óleo estão descritas na Tabela 2.
41
Tabela 2. Especificações técnicas do óleo LB-1000
Característica Especificação
Aparência óleo viscoso azul escuro
Densidade específica 0.94 g/ml
Viscosidade 32 a 39 cSt
Conteúdo de Enxofre Ativo 0,0%
Total de Cloro 3,0%
Silicones 0,0%
Nível de COV (Carbono Orgânico Volátil) 0,0%
Ponto de Fulgor 279°C (535°F)
Ponto de Fluidez - 15°C (+5°F)
Fonte: ITW, 2014.
Disponível em: <www.itwchem.com.br>. Acesso em: 6 jul. 2014.
3.3.2 Fluido solúvel ECOCOOL P 1978
O óleo solúvel em água ECOCOOL P 1978, que foi utilizado no segundo e
terceiro planejamentos experimentais, apresenta fator de refração de 1,7.
Esse óleo é isento de óleo mineral e possui aditivos especiais que conferem
ação de lubricidade, extrema pressão (EP) e excelente ação anticorrosiva.
O fluido de corte solúvel é uma mistura de água, aditivos e óleo, na qual a
água torna-se responsável pela refrigeração, e os aditivos com o óleo são os
responsáveis pela lubrificação das peças retificadas.
As especificações técnicas do óleo estão descritas na Tabela 3.
42
Tabela 3. Especificações técnicas do óleo ECOCOOL P-1978
Característica Código Especificação
Aspecto da emulsão a 3% em água* MR 079 Límpido, incolor
Densidade a 20°C, g/cm3 ASTM D 1298 1,050
pH da emulsão a 3% em água* MR 125 9,60
Teste Bosch, GG 25, emulsão a 3% em água* DIN 51 360-2 0
Estabilidade da emulsão 2% em água (mín. 15 h)* MR 015 Estável
Estabilidade do produto a 40/4°C (mín. 15 h) MR 017 Estável
Fator de refração MR 044 1,70
* Emulsão feita com água de torneira com pH próximo de 7 e dureza ca. de 3°d ( 54
mg/l CaCO3). Os testes são realizados em concentrações menores que as
recomendadas, pois são adotadas condições mais severas.
Fonte: Fuchs, 2014.
O óleo foi aplicado em toda a extensão do vão de retificação e sua
concentração foi ajustada em uma faixa de 6 a 8%.
A reposição de óleo de refrigeração na solução foi efetuada automaticamente
através de um dosador pneumático.
3.4 Bicos de refrigeração
Como forma de aperfeiçoar a limpeza do rebolo durante a fase experimental,
foi utilizado o bico reto tipo jato laminar. Este produz um fluxo contínuo de
pulverização laminar desde a saída do bico, conforme observado no Quadro 1.
Foram utilizados também bicos com jato em leque. Devido à sua diversidade
de utilização, produzem um jorro plano à saída do bico, formando um ângulo
característico em forma de um leque. Esses bicos apresentam concentração maior
de líquido na parte central do jorro, mas com boa uniformidade de distribuição do
líquido em função da sobreposição apropriada, conforme pode ser observado na
Figura 23 e no Quadro 1.
Esses bicos possibilitaram a distribuição de gotas médias do fluido lubri-
refrigerante em um padrão fino e retangular, foram usados na região de topo e
43
conferiram distribuição homogênea de uma extremidade à outra das peças de
acordo com o ângulo de cobertura, conforme Figura 23.
Figura 23. Cobertura teórica do jato tipo leque
Fonte: Spraying Systems Co., 2014.
Os bicos de refrigeração com jato em leque foram projetados, de acordo com
as dimensões geométricas descritas na Figura 24, como forma de apresentar uma
distribuição satisfatória do líquido lubri-refrigerante na região de contato peça-rebolo.
distância do Jato Ângulo Jato
Cobertura teórica
44
Figura 24. Geometria dos bicos jato em leque direcionador do fluido sistema MQL
Fonte: autoria própria
45
Quadro 1. Características técnicas dos bicos de refrigeração
Bicos de
refrigeração
Formato
do jato Geometria Imagem Fluxo Fluido
Imagem Laser
Formato do jato
Reto Laminar
Spraying Systems Co.,
2014
Spraying Systems Co.,
2014
Leque Leque
Spraying Systems Co.,
2014
Spraying Systems Co.,
2014
Fonte: autoria própria.
Ângulo de alcance do
jato - 0º
Ângulo de alcance do
jato - 25º a 65º
46
3.5 Dispositivo simulador do vão de retificação
A região de trabalho na retificadora foi simulada utilizando-se um Dispositivo
Simulador de Vão de Retificação (DSVR) manufaturado especificamente para essa
função. O DSVR foi concebido como forma de evitar a parada da retificadora, visto
que os experimentos foram realizados em uma empresa de autopeças com alta
escala de produção. Por meio dele, foi possível realizar todos os ajustes sem a
necessidade de parar o equipamento, o que comprometeria a produção ou atrasaria
a execução dos experimentos.
Este dispositivo, inicialmente, tinha finalidade de suportar todas as análises
necessárias referentes à montagem do aplicador MQL. Projetado e confeccionado
nas dependências da empresa de autopeças, o DSVR foi composto por uma base,
uma trave superior e uma cabeceira.
A base, Figura 25, possuía uma escala graduada nas duas torres laterais.
Mediante essa graduação, fez-se o ajuste ideal da altura dos bicos aplicadores de
MQL. Essa precisão no ajuste foi importante, pois, pela reprodução na bancada
utilizando o DSVR, a montagem final no equipamento foi facilitada.
Figura 25. Base do dispositivo simulador do vão de retificação (DSVR)
Fonte: autoria própria.
Torres
47
A trave superior, Figura 26, foi projetada com o comprimento equivalente às
dimensões dos suportes da calha de refrigeração, encaixando-se precisamente
neles. Os fixadores laterais possuem dois furos utilizados para fixação da trave no
equipamento. Essa calha de refrigeração é utilizada somente como direcionador do
fluido no método de refrigeração convencional da retificadora. Dessa forma, o DSVR
manufaturado conferiu versatilidade à montagem dos diferentes experimentos. Foi
possível montar o aplicador MQL e o dispositivo direcionador do sistema MQL (DDS-
MQL) alinhados à régua de apoio.
Figura 26. Trave superior do DSVR
Fonte: autoria própria.
A cabeceira, Figura 27, foi projetada possuindo uma chapa metálica na região
posterior e dimensões equivalentes às da trave. Essa chapa metálica possibilitou a
montagem das mangueiras do aplicador MQL, que são fixadas por intermédio de um
imã.
Fixador
Furos
48
Figura 27. Cabeceira do DSVR
Fonte: autoria própria.
A utilização do DSVR permitiu a definição da distribuição ideal da distância
entre os bicos aplicadores de MQL e a altura destes em relação ao corpo de prova,
conferindo precisão ao sistema. Além disso, o DSVR permitiu estudo prévio do
esquema de distribuição do fluido, para a aplicação do MQL na retificadora. Dessa
forma, foi possível obter e validar a distribuição ideal do bico aplicador do dispositivo
MQL.
A montagem do conjunto, trave e cabeceira do dispositivo simulador, Figura
28, suportou a montagem das mangueiras dos bicos aplicadores de MQL. Além
disso, uma vez acoplado à retificadora, o conjunto permitiu a validação da
regulagem da altura dos bicos aplicadores de MQL e dos bicos do sistema MQL em
relação aos corpos de prova, conforme previamente definido em bancada.
Chapa metálica
49
Figura 28. Dispositivo simulador de vão de retificação (DSVR)
Fonte: autoria própria.
3.6 Dispositivo direcionador do sistema MQL
Existe uma tendência (GONÇALVES NETO, 2008) de melhorar a aplicação
do fluido refrigerante quando os bicos estão posicionados na região de contato peça-
rebolo. Por esse motivo, para a realização dos experimentos, foi desenvolvido um
Dispositivo Direcionador do Sistema MQL (DDS-MQL)
O DDS-MQL foi projetado com o objetivo de otimizar o posicionamento dos
bicos aplicadores do fluido lubri-refrigerante em emulsão, conforme Figura 29.
Figura 29. Conjunto direcionador do fluido no sistema MQL (DDS-MQL)
Fonte: autoria própria.
Trave
Cabeceira
84 mm
Furos roscados
Fixadores
Conexão (entrada do fluído)
84
mm
50
O DDS-MQL tinha furos roscados, na superfície frontal do dispositivo, de
acordo com a quantidade de bicos, sendo 10 ou 19 furos, conforme Tabela 4 e
Figura 29. Nesses furos, foram rosqueados os bicos de refrigeração.
As dimensões do DDS-MQL eram equivalentes ao comprimento dos rebolos.
Esse dispositivo proporcionou distribuição homogênea do fluido por toda a extensão
do vão de retificação.
Os dois dispositivos foram projetados contendo dois fixadores. Estes foram
utilizados na montagem do dispositivo no equipamento durante a fase experimental.
Uma vez montado na trave e na cabeceira do DSVR, proporcionou direcionamento
preciso do fluido no sistema MQL.
No início do terceiro Planejamento de Experimento, fez-se necessária uma
nova montagem do DDS-MQL, pois este foi montado anteriormente com o bico reto
(jato laminar), conforme a Figura 30a. Porém, ele foi substituído pelo bico do tipo jato
em leque, como é apresentada na Figura 30b. O objetivo principal dessa alteração
foi melhorar o direcionamento do fluido refrigerante no vão de retificação e assegurar
a melhor limpeza dos componentes envolvidos no processo.
O direcionamento preciso do fluido na região de contato peça-rebolo permitiu
uma aplicação precisa do lubri-refrigerante e lavagem do rebolo. Além disso, o
dispositivo direcionador possibilitou a aplicação de fluido sobre pressão, resultando
aumento da velocidade na aplicação do fluido.
51
Tabela 4. DDS-MQL utilizado nos experimentos
Número
bicos Tipo de bico
Dimensão
total
Distanciamento
entre bicos Vazão Função Fluido utilizado
10 Reto
(jato laminar) 550 mm 50 mm
Não
mensurada
Lavagem do
rebolo
Direcionamento
fluido
Água
Fluido solúvel em emulsão
(ECOCOOL P1978)
10 Leque
(Jato tipo leque) 550 mm 50 mm 16,86 l/min
Direcionamento
fluido
Fluido solúvel em emulsão
(ECOCOOL P1978)
19 Leque
(Jato tipo leque) 550 mm 23,7 mm 19,11 l/min
Direcionamento
fluido
Fluido solúvel em emulsão
(ECOCOOL P1978)
Fonte: autoria própria.
52
Figura 30. Tipos de DDS-MQL
Nota: a) contendo 10 bicos reto jato laminar; b) contendo 10 bicos jato em leque; c)
contendo 19 bicos jato em leque.
Fonte: autoria própria.
a)
b)
c)
Fixadores
Bicos de refrigeração
lamilar
Entrada do fluido
Fixadores
Entrada do fluido Bicos de refrigeração
leque
Bicos de refrigeração
leque
Entrada do fluido
Fixadores
53
3.7 Material dos corpos de prova
Foram utilizadas corpos de prova no formato de hastes cilíndricas, conforme é
exibido na Figura 31. Essa haste é um dos componentes utilizados na montagem do
amortecedor. O amortecedor é utilizado na suspensão de veículos com a finalidade
de absorver os impactos na tração e na compressão.
A haste é um dos principais componentes do amortecedor. Em função do
movimento axial constante, com o veículo em condições de rodagem, a rugosidade
da haste é uma das características mais importantes para esse componente.
O material dos corpos de prova é aço carbono ABNT 1025 / NBR 11527
(1990) com diâmetro de 15,8 mm e comprimento de 220 mm+/-0,5, proveniente de
barras de aço trefiladas, conforme Figura 31. A composição química básica dos
corpos de prova era: C=0,2320%, Mn=0,5450%, P=0,0177% e S=0,0154%.
De acordo com a linha de fabricação, os corpos de prova foram submetidos a
um processo de tratamento térmico superficial realizado através de têmpera por
indução. Após o tratamento térmico, os corpos de prova apresentavam dureza de 72
HRA e profundidade efetiva da região temperada variando de 0,5 a 1,0 mm.
Figura 31. Haste do amortecedor
Fonte: autoria própria.
3.8 Instrumentos de medição
3.8.1 Provetas
No experimento, foram utilizadas quatro provetas, com uma capacidade de
armazenamento de 250 ml e fundo de escala de 2 ml.
54
Elas foram empregadas para auxiliarem na calibração da vazão de óleo LB-
1000 em cada bico aplicador de MQL mediante a medição do volume aplicado pelo
tempo medido.
3.8.2 Refratômetro
A importância em manter a concentração da solução está relacionada à
função de cada componente da solução no processo de retificação. Para o
monitoramento desse parâmetro, visto que grande quantidade de fluido se perde,
seja por evaporação ou por pequenos vazamentos, periodicamente era efetuada a
leitura da concentração por meio de um refratômetro da marca Atago, modelo N1-E
Brix 0~32%, conforme Figura 32.
Figura 32. Refratômetro ATAGO
Fonte: autoria própria.
3.8.3 Rugosímetro
Para acabamento adequado à superfície, faz-se necessário determinar o nível
de rugosidade das peças. A superfície de peças retificadas apresenta diferentes
perfis compostos de picos e vales (rugosidade). Deve-se, então, adotar um
parâmetro de rugosidade que possibilite avaliação.
Os parâmetros normais de rugosidade são: Ry – rugosidade máxima, Ra –
rugosidade média, Rz – rugosidade de profundidade média e Rt – rugosidade total.
55
Como os corpos de prova avaliados apresentam característica de atrito
constante e fazem parte do sistema de vedação do amortecedor, a rugosidade deve
ser avaliada usando os parâmetros Rz.
De acordo com a ISO/DIN 4287 (1997), o parâmetro de rugosidade Rz,
rugosidade de profundidade é a distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais
profundo dentro de uma amostragem de comprimento. Portanto, foi determinado,
para a avaliação da rugosidade de profundidade média nos corpos de prova, o
parâmetro Rz, pois, com este, tem-se a possibilidade de verificar os picos e vales do
perfil analisado.
Para obtenção dos valores de rugosidade dos corpos de prova, após a
regulagem do equipamento e no início de cada fase experimental, foram medidas
por amostragem cinco peças utilizando-se um rugosímetro digital MAHR
PERTHOMETER, modelo Mahr-GmbH-GottingencTYP-M2 WERK, com resolução
de 0,01 µm e um cut-off 4.8 mm/0.8 mm, conforme a Figura 33.
Figura 33. Rugosímetro MAHR
Fonte: autoria própria.
Apalpador
Corpo de
prova
56
3.8.4 Termômetro digital
Após a regulagem da máquina e início do experimento, foram feitas medições
da temperatura com o auxílio de um Termômetro Digital Infravermelho MT-350, LCH
– 067. Essa medição de temperatura tinha como objetivo avaliar o aumento da
temperatura dos corpos de prova e do fluido ao longo do processo de retificação.
No processo normal de produção, as peças, depois de retificadas, devem
apresentar temperatura inferior a 25º C.
3.9 Montagem experimental
Para a perfeita realização dos experimentos e consequentemente
confiabilidade nos resultados alcançados, foi de grande importância a qualidade nas
montagens realizadas.
Todos os arranjos necessários para a execução dos experimentos são
descritos nos tópicos a seguir.
3.9.1 Montagem do aplicador de MQL na bancada
Preliminarmente, foi feita a montagem do dispositivo aplicador MQL na
bancada experimental.
Para a montagem dos dispositivos aplicadores de MQL, foram utilizadas a
base e a cabeceira do DSVR, conforme Figura 34.
57
Figura 34. Montagem do aplicador MQL na bancada experimental
Fonte: autoria própria.
Previamente ao início dos estudos na retificadora, foi realizado um estudo
preliminar objetivando a posição ideal de instalação dos bicos aplicadores de MQL
na retificadora. Para esse estudo, montou-se o aplicador de MQL no DSVR. Dessa
forma, foi analisado e validado o melhor posicionamento, altura e distanciamento
entre bicos do dispositivo aplicador de MQL, conforme Figura 35. A altura de 30 mm
de cada bico em relação ao corpo de prova e o distanciamento de 62,5 mm foram
padronizados.
Base do DSVR
Cabeceira do
DSVR Dispositivo
aplicador MQL
58
Figura 35. Calibração do aplicador MQL
Fonte: autoria própria.
Em seguida, para a calibração dos bicos aplicadores, montaram-se o conjunto
cabeceira e a base do DSVR, o dispositivo aplicador de MQL e as provetas, na
bancada experimental, conforme Figura 36.
paquímetro
59
Figura 36. Montagem do aplicador MQL (calibração da vazão)
Fonte: autoria própria.
3.9.2 Montagens dos dispositivos na retificadora
Foram realizadas sete montagens na retificadora de acordo com as fases
experimentais. Cada arranjo possibilitou uma configuração diferente. Essas
configurações e alterações nas variáveis de entrada em cada experimento
possibilitaram, pela medição dos resultados da variável de saída rugosidade, avaliar
a relevância de cada variável de entrada.
Na sequência, apresenta-se um descritivo de cada configuração,
proporcionando a percepção das alterações realizadas.
3.9.2.1 Montagem dos bicos aplicadores de MQL na retificadora
Utilizando o conjunto trave e cabeceira do DSVR, foi feita a montagem dos
dois dispositivos aplicadores de MQL sobre o vão de retificação na retificadora. Os
Base do DSVR
Provetas
Dispositivo
aplicador MQL
60
oito bicos foram fixados na chapa metálica da cabeceira do DSVR com o auxílio do
ímã, presente na tubulação dos bicos aplicadores, conforme Figura 37. Foram
mantidas a altura e a distância entre os bicos, conforme preliminarmente havia sido
definido na bancada experimental. Esta montagem foi utilizada no primeiro
experimento (piloto).
3.9.2.2 1ª Montagem do DDS-MQL com bico jato de laminar na retificadora
Por intermédio dos fixadores, foi posicionado o DDS-MQL contendo 10 bicos
retos com jato laminar na parte posterior do rebolo de corte. Ele foi montado
tangenciando o rebolo. Dessa forma, o fluxo de óleo entrava em contato com o
rebolo na tangente posterior. Esta montagem, conforme Figura 38, foi utilizada no 2º
experimento da segunda fase experimental.
3.9.2.3 2ª Montagem do DDS-MQL com bico de jato laminar na retificadora
Foi realizada a segunda montagem DDS-MQL com 10 bicos de jato laminar,
porém posicionando-o sobre o vão de retificação. Dessa forma, ele direcionava o
fluido sobre o corpo de prova posicionado sobre a régua de passagem, conforme
Figura 39. Esta configuração foi utilizada no 4º experimento da segunda fase
experimental.
3.9.2.4 Montagem do DDS-MQL com bico de jato em leque na retificadora
Para a montagem do DDS-MQL, foi utilizado novamente o conjunto cabeceira
e trave do DSVR. Montado acima do vão de retificação, esse dispositivo, contendo
os bicos de jato em leque, possibilitou o direcionamento preciso do fluido no vão de
retificação na região de contato entre a peça e o rebolo, conforme Figura 40. A
montagem do DDS-MQL contendo 10 bicos de jato em leque foi utilizada no 5º e no
6º experimentos da terceira fase experimental. No entanto, a montagem do DDS-
MQL contendo 19 bicos também foi utilizada no 7º e no 8º experimentos da terceira
fase experimental.
Outra configuração, que foi adicionada à montagem do DDS-MQL no vão de
retificação no 5º, no 6º, no 7º e no 8º experimentos da terceira fase experimental, foi
61
a mudança da distância (altura) dos bicos em relação aos corpos de prova. No 5º e
no 7º experimentos, foi utilizada uma distância de 100 mm e, no 6º e no 8º
experimentos, foi empregada uma distância de 150 mm entre os bicos e os corpos
de prova.
3.9.2.5 Montagem do DDS-MQL com bico de jato laminar e aplicador de MQL na
retificadora
Foi necessária, de acordo com as fases do experimento, a montagem do
dispositivo DDS-MQL contendo 10 bicos de jato laminar em conjunto com o
aplicador de MQL. Utilizando o conjunto cabeceira e trave do DSVR, foram fixados
os bicos aplicadores de MQL e, sobre a tampa do rebolo de arraste, fez-se a fixação
do DDS-MQL, conforme Figura 41. Esta montagem foi utilizada no 5º e no 6º
experimentos da segunda fase experimental.
3.9.2.6 Montagem do DDS-MQL com bico de jato em leque e aplicador de MQL
na retificadora
Um novo arranjo composto pelo DDS-MQL com bico de jato em leque e o
aplicador de MQL foi montado utilizando o conjunto cabeceira e trave do DSVR.
Ambos foram montados sobre o vão de retificação, conforme Figura 42. Para o 1º e
o 2º experimentos da terceira fase experimental, utilizou-se o DDS-MQL com 10
bicos de jato em leque. Para o 3º e o 4º experimentos da terceira fase experimental,
a montagem do DDS-MQL foi feita com 19 bicos.
Adicionalmente à montagem do DDS-MQL no vão de retificação nesses
experimentos mencionados, foi modificada a distância (altura) entre os bicos e os
corpos de prova. No 1º e no 3º experimentos, foi utilizada a distância de 100 mm e,
no 2º e no 4º experimentos, a distância de 150 mm.
3.9.2.7 Montagem do DDS-MQL com bico de jato laminar e aplicador de MQL na
retificadora
Uma nova montagem do DDS-MQL com bico de jato laminar foi ajustada com
o aplicador de MQL, porém alterando o posicionamento dos aplicadores. Com o
62
DDS-MQL posicionado tangencialmente ao rebolo de corte, o fluido direcionado por
ele entrava em contato com o rebolo de corte na tangente posterior paralela ao vão
de retificação. O aplicador de MQL foi montado no vão de retificação respeitando as
dimensões de altura e distanciamento dos bicos, conforme definido na bancada
experimental. Os oito bicos aplicadores por toda a extensão do vão de retificação
direcionavam o fluido pressurizado sobre os corpos de prova, conforme Figura 43.
Este arranjo foi utilizado no 1º e no 3º experimentos da segunda fase experimental.
63
Figura 37. 1ª Montagem do aplicador MQL (piloto) Fonte: autoria própria
Figura 39. 1ª Montagem DDS-MQL (jato laminar)
Fonte: autoria própria.
Conjunto trave e
cabeceira Bico aplicador MQL
Régua
de apoio
Rebolo de
arraste
Rebolo de
corte
Rebolo
de corte
DDS-MQL bico
laminar
2) 1)
64
Figura 38. 2ª Montagem DDS-MQL (jato laminar)
Fonte: autoria própria.
Figura 40. 1ª Montagem DDS-MQL (jato em leque)
Fonte: autoria própria.
Rebolo de
corte
Rebolo de
arraste
DDS-MQL
bico laminar DDS-MQL bico
em leque
Conjunto trave e
cabeceira
Rebolo de
arraste Rebolo de
corte
Corpo de
prova
3) 4)
65
Figura 41. 1ª Montagem DDS-MQL (jato laminar)+ aplicador
MQL
Fonte: autoria própria.
Figura 42. 1ª Montagem DDS-MQL (jato em leque )+ aplicador
MQL)
Fonte: autoria própria.
Conjunto trave e
cabeceira
Rebolo de
arraste Rebolo de
corte
DDS-MQL bico
em leque
Corpo de
prova
Aplicador
de MQL
DDS-MQL
bico laminar
Rebolo de
corte
5) 6)
66
Figura 43. 2ª Montagem DDS-MQL (jato laminar) + aplicador de
MQL)
Fonte: autoria própria.
67
3.10 Procedimento experimental
Os testes experimentais foram realizados com o objetivo de avaliar o
desempenho da Mínima Quantidade de Líquido Lubrificante (MQL), comparando-a
com a refrigeração convencional em abundância. Para isso, uma metodologia
adequada foi empregada para analisar a quantidade de fluido de corte aplicado no
processo e suas consequências.
Como forma de aferição do aplicador, este foi montado na bancada
experimental com o auxílio do DSVR, utilizando-se a base e a cabeceira.
Com o dispositivo aplicador de MQL em funcionamento, utilizando-se um
papelão, foi avaliado o esquema de distribuição do fluido, conforme Figura 44. Por
meio da geometria formada pela aplicação do fluido, pôde-se também validar o bico
aplicador de MQL. Utilizando o bico em formato de leque (bico 2), fabricado em um
material plástico resistente, foi possível uma distribuição do fluido ideal à aplicação
na retificadora.
Figura 44. Esquema de distribuição do fluido MQL x geometria do bico
Fonte: autoria própria.
Bico 1 Bico 3 Bico 4
Bico 2
1
2
3 4
Geometria da aplicação óleo
68
Após a definição da geometria do bico, foi realizado o estudo sobre a
repetibilidade da vazão dos bicos de refrigeração. O objetivo foi verificar se estes
apresentavam características técnicas similares de vazão. Foram montados os dois
dispositivos aplicadores de MQL no conjunto base e cabeceira, conforme Figura 36.
Assim, durante 20 segundos, foi acompanhada a quantidade de gotas, que foram
coletadas em provetas, definindo o volume do líquido dosado de cada um dos oito
bicos aplicadores de MQL.
A uniformidade da distribuição volumétrica do líquido foi determinada para
cada bico. Para calibração, foi girado o regulador de ajuste da taxa de lubrificante,
Figura 45, abrindo-o ou fechando-o, de acordo com a necessidade, até que os bicos
apresentassem a vazão uniforme de 2,5 ml/min.
Figura 45. Regulador de ajuste da taxa de lubrificante e gerador de pulsos do
aplicador de MQL
Fonte: autoria própria.
Como forma de simular o formato da aplicação do fluido, foram utilizados um
dos bicos aplicadores e um papelão. Por duas vezes, movimentou-os, com o auxílio
das mãos, no sentido lateral (da direita para esquerda), a uma velocidade de
passagem similar à do corpo de prova no vão de retificação.
Regulador de ajuste
da taxa de lubrificante
Gerador de
Pulsos
69
Como forma de simular a velocidade de avanço do papelão similar à da peça
no vão de retificação, mediu-se na retificadora o tempo de deslocamento da peça
entre dois pontos. Similarmente, utilizando-se o DSVR e um dos bicos do aplicador
de MQL, fez-se o movimento do papelão em conjunto com a aplicação do fluido.
Deslocando-o manualmente, foi possível analisar o comportamento da
aplicação do fluido, conforme Figura 46.
Figura 46. Esquema de distribuição do fluido MQL (bico jato leque)
Fonte: autoria própria.
Após a regulagem da vazão, a definição da altura e o distanciamento ideal
dos bicos, partiu-se para a análise dos parâmetros da retificadora.
Por se tratar de uma retificadora de produção seriada, esta já se encontrava
devidamente inicializada. Foram verificados os parâmetros de rotação do rebolo de
corte que se encontrava em 1300 RPM, a rotação do rebolo de arraste em 45 RPM e
a velocidade de passagem em 4,5 m/minuto. Todos os parâmetros estavam
adequados para a execução dos experimentos.
Posteriormente a essa verificação das regulagens dos parâmetros da
máquina, foi feita a dressagem do rebolo de corte e de arraste.
Bico formato
leque
papelão Distribuição do fluido
70
Após a dressagem, foi realizada a montagem dos dispositivos aplicadores de
MQL na retificadora sem centro de passagem, conforme a montagem na seção
montagem experimental, item 3.9.2.1.
Após todos os ajustes no equipamento, partiu-se para a execução do
experimento piloto.
Iniciaram-se os dispositivos aplicadores de MQL, quando foi mantida
constante a vazão de cada bico aplicador, em 2,5 ml/min, como anteriormente
padronizado. A pressão do ar comprimido foi regulada em 6 kgf/cm2, e o gerador de
pulsos do dispositivo aplicador de MQL foi regulado na demarcação 1/15, conforme
Figura 47.
A avaliação técnica na retificação usando o processo de MQL consistia em
analisar visualmente a integridade da superfície e medir a variável de saída:
Rugosidade Rz. Dessa forma, foram retificadas cinco peças e realizadas as
verificações iniciais da rugosidade e temperatura.
Após as verificações, foram produzidas, initerruptamente, 20 peças.
Imediatamente após a saída das peças da retificadora, mediu-se, no centro da peça
(aproximadamente 110 mm da extremidade da espiga), a temperatura das cinco
primeiras peças. As peças deveriam apresentar temperatura inferior a 27º C.
Posteriormente, cada corpo de prova foi codificado. Todas as peças foram enviadas,
para medição da rugosidade no laboratório de metrologia, sem identificação do teste
que tinha sido realizado.
Em função dos resultados apresentados, decidiu-se, ainda utilizando o
conceito MQL, delinear outro experimento.
A segunda fase experimental foi delineada conforme dados contidos na
Tabela 2.
Estabelecido sobre duas variáveis, foi feita a lubri-refrigeração utilizando o
aplicador de MQL e o sistema MQL, variando a localização da aplicação e o fluido
utilizado. Objetivando a melhoria na limpeza do rebolo de corte, foi feita
adicionalmente a aplicação de água através do DDS-MQL.
Após todas as montagens, foram produzidas initerruptamente 10 peças de
cada experimento.
Da mesma forma, como no experimento anterior, após a saída das peças da
retificadora, mediu-se a temperatura das cinco primeiras peças. Enumerou-se cada
71
corpo de prova, sendo eles separados, para medição da rugosidade no laboratório
de metrologia.
Em função dos resultados alcançados e utilizando o conceito de MQL, porém
objetivando melhor aplicação direcionada do fluido, delineou-se outro experimento.
Nessa fase experimental, conforme pode ser observado no Quadro 2, os
experimentos foram delineados sobre três variáveis de entrada: Sistema de
refrigeração, Número de Bicos e a Distância, variando-as em dois níveis.
72
Quadro 2. Características dos ensaios experimentais realizados na retificadora
Fase
experim
ental
nº
Experim
ento
Sistema de
refrigeração
Tipo Bico
utilizado /
Qtde. de
Bicos
Fluido
utilizado
Local da
Aplicação do
fluido
Altura da
aplicação Vazão
Quantidade
de peças
produzidas
Piloto 1 Aplicador MQL Leque* / 8 LB 1000 Vão retificação N/A 20 ml/min 20
2º 1º Aplicador MQL +
DDS-MQL
Leque / 8 +
Reto
(laminar) / 10
LB 1000 +
Água
Vão retificação
+ Atrás
rebolo**
N/A 20 ml/min
+ N/A 10
2º 2º DDS-MQL Reto
(laminar) / 10 ECOCOOL Atrás rebolo**
N/A N/A 10
2º 3º Aplicador MQL +
DDS-MQL
Leque / 8 +
Reto
(laminar) / 10
LB 1000 +
ECOCOOL
Vão retificação
+ Atrás
rebolo**
N/A 20 ml/min
+ N/A 10
2º 4º DDS-MQL Reto
(laminar) / 10 ECOCOOL Vão retificação
N/A N/A 10
2º 5º Aplicador MQL +
DDS-MQL
Leque / 8 +
Reto
(laminar) / 10
LB 1000 +
ECOCOOL Vão retificação
N/A 20 ml/min
+ N/A 10
2º 6º Aplicador MQL +
DDS-MQL
Leque / 8 +
Reto
(laminar) / 10
LB 1000 +
Água Vão retificação
N/A 20 ml/min
+ N/A 10
73
3º 1º Aplicador MQL +
DDS-MQL
Jato Leque /
10
LB 1000 +
ECOCOOL Vão retificação 100 mm
16,86
l/min 15
3º 2º Aplicador MQL +
DDS-MQL
Jato Leque /
10
LB 1000 +
ECOCOOL Vão retificação 150 mm
16,86
l/min 15
3º 3º Aplicador MQL +
DDS-MQL
Jato Leque /
19
LB 1000 +
ECOCOOL Vão retificação 100 mm
19,11
l/min 15
3º 4º Aplicador MQL +
DDS-MQL
Jato Leque /
19
LB 1000 +
ECOCOOL Vão retificação 150 mm
19,11
l/min 15
3º 5º DDS-MQL Jato Leque /
10 ECOCOOL Vão retificação 100 mm
16,86
l/min 25
3º 6º DDS-MQL Jato Leque /
10 ECOCOOL Vão retificação 150 mm
16,86
l/min 15
3º 7º DDS-MQL Jato Leque /
19 ECOCOOL Vão retificação 100 mm
19,11
l/min 25
3º 8º DDS-MQL Jato Leque /
19 ECOCOOL Vão retificação 150 mm
19,11
l/min 15
*Bico leque plástico validado para utilização no aplicador de MQL
** Atrás do rebolo = Tangenciando a parte posterior do rebolo
Fonte: autoria própria.
74
A escolha dessas variáveis foi uma evolução do estudo por meio dos
resultados obtidos no 5º experimento da segunda fase experimental.
Os dados iniciais das variáveis de entrada e seus respectivos níveis,
conforme Quadro 3, foram inseridos no programa estatístico Minitab versão 15.
Dessa forma, este auxiliou no delineamento prático dos experimentos, ou seja, na
definição dos parâmetros a serem utilizados em cada experimento/amostra.
Quadro 3. Terceiro Planejamento de Experimento
Parâmetros de entrada Níveis
-1 +1
Número de bicos (tipo leque) 10 19
Sistema de refrigeração Sem aplicação MQL
(óleo LB1000)
Com aplicação MQL
(óleo LB1000)
Distância dos bicos (mm) 100 150
Fonte: autoria própria.
Ao caracterizar o planejamento de experimento, utilizando a nomenclatura de
cada variável e os respectivos níveis, conforme Quadro 4, teve-se o direcionamento
de todas as configurações de montagem do sistema de refrigeração na retificadora.
Quadro 4. Planejamento de Experimento completo com as variáveis e seus níveis
Aplicação MQL nº Bicos Distância (mm) Rugosidade (Rz)
# 1 com 10 100
# 2 com 10 150
# 3 com 19 100
# 4 com 19 150
# 5 sem 10 100
# 6 sem 10 150
# 7 sem 19 100
# 8 sem 19 150
Fonte: autoria própria.
75
Cada experimento foi repetido por 10 vezes. Portanto, foram separados para
medição 80 corpos de prova. Os demais corpos de prova produzidos foram
utilizados para as medições preliminares a cada alteração da configuração do
experimento ou para casos de contraprova caso fosse necessário. No caso do 5º e
do 7º experimentos, decidiu-se segregar mais peças em função dos resultados das
medições preliminarmente realizadas, bem como do comportamento do acabamento
superficial percebido durante a execução do experimento.
Após a finalização dos ensaios, foi efetuada a medição dos corpos de prova,
conforme Figura 47. Utilizaram-se a seleção de comprimento de amostragem (cut-
off) de 0,8 mm e o percurso de medição cinco vezes o valor de cut-off (4,0 mm).
Todas as peças foram medidas no centro.
Todas as amostras foram limpas com o uso de um algodão e álcool, antes de
cada medição, para evitar que pequenas partículas abrasivas influenciassem na
medição dessa variável.
Figura 47. Região de medição da rugosidade nos corpos de prova
Fonte: autoria própria.
Corpo de
prova
Apalpador
rugosímetro
76
CAPÍTULO 4
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesta seção, serão apresentados os resultados obtidos nos experimentos
através da aplicação da técnica de Mínima Quantidade de Lubrificação (MQL). As
análises e os resultados relevantes, referentes aos ajustes e regulagens feitos nos
dispositivos e equipamentos durante a preparação para os experimentos, também
serão abordados.
Serão apresentados os resultados referentes às medições de rugosidade
realizadas nos corpos de prova, pois estas possibilitaram a definição dos parâmetros
ideais que propiciaram a otimização do método de aplicação de MQL no processo
de retificação sem centro de passagem.
Foi realizada a medição da rugosidade em 80 corpos de prova, que foram
numerados e separados para posterior medição. Por meio do resultado, utilizando o
programa MINITAB versão 15, pôde-se determinar o efeito e a relevância de cada
uma das variáveis de entrada e suas interações na variável de saída rugosidade
aplicando a técnica de MQL.
A análise de resultados foi dividida em três subseções, em que, na primeira
etapa, serão demonstrados os resultados encontrados na fase dos ajustes e
regulagens feitas nos dispositivos e equipamentos utilizados. A segunda etapa
contém os resultados observados nos elementos constituintes da retificadora. Na
terceira etapa, serão apresentados os relatórios e gráficos obtidos no estudo
estatístico mediante a análise do efeito das variáveis de entrada e suas interações
na rugosidade utilizando a técnica de MQL.
4.1 Fase de ajustes e regulagens dos dispositivos e equipamentos
Antes de serem realizados todos os experimentos, foi avaliada a vazão de
cada bico aplicador de MQL. Em função dos resultados, foi necessária a regulagem
com ajustes finos antes da montagem dos dispositivos no equipamento.
Inicialmente, foi avaliada a vazão e percebeu-se que os bicos apresentavam
comparativamente vazões distintas entre si. O Quadro 5 mostra os resultados
encontrados nos dois dispositivos aplicadores. A medição da vazão foi feita em
intervalos de 20 segundos.
77
Quadro 5. Resultados da vazão individualizada de cada bico aplicador
Aparelho 1 Aparelho 2
Bico
Medições em 20
segundos
Tempo
para
Volume
de 10ml
(min)
Bico
Medições em 20
segundos
Tempo
para
Volume
de
10ml
(min) vazão Total de
gotas vazão
Total de
gotas
1 0,30 ml 10 10:16 1 3,1 ml 72 1:06
2 0,65 ml 13 5:06 2 3,0 ml 66 1:07
3 2,5 ml 52 1:21 3 2,3 ml 50 1:26
4 0,75 ml 12 4:50 4 1,0 ml 20 3:41
Fonte: autoria própria.
Com esses resultados, pode-se perceber que o aparelho encontrava-se
descalibrado. Iniciou-se, então, a regulagem de todos os bicos através do regulador
de ajuste da vazão. Após a regulagem, todos os bicos apresentaram vazões
similares. A vazão foi calibrada em 2,5ml/seg.
Outra questão também observada foi referente à perda da calibração após
cada período de inatividade do aparelho de MQL. Antes do início de cada execução
de um novo experimento usando o dispositivo aplicador, todo o procedimento de
ajuste era necessário para avaliar novamente a vazão de cada bico aplicador.
Percebeu-se que em todas as vezes que foi montado o dispositivo o óleo que
anteriormente estava presente no tubo capilar de cada bico dosador era descartado.
Dessa forma, após o armazenamento do dispositivo por um determinado período de
inatividade, era necessário colocar o dispositivo em operação, medir a vazão
individualizada de cada bico e, quando necessária, a regulagem deles era realizada
novamente.
78
4.2 Monitoramento dos elementos da retificadora
Durante todo o período experimental, foi monitorado também o desempenho
dos elementos constituintes do processo de retificação, que são partes da retificadora
que formam o vão de retificação. Os elementos, como: régua de apoio, rebolos de
corte e de arraste, e a atmosfera envolvente fluido de corte, foram monitorados
constantemente durante todo o período de testes.
Os resultados descritos, no Quadro 6, permitiram, mediante sua análise, a
comprovação preliminar dos efeitos da aplicação da técnica de MQL no processo de
retificação sem centro de passagem.
79
Quadro 6. Comportamento dos experimentos
Fase
exper
iment
al
nº
Exper
iment
o
Sistema de
refrigeraçã
o
Tipo de Bico
utilizado /
Qtde. de
Bicos
Altura
da
aplicaç
ão
Local da
Aplicação
do fluido
Rugosidade
µm
(amostrage
m)
Comportamento
Desem-
penho Régua
/ peça rebolos
Temp.
peças fluido atmosfera
Piloto 1 Aplicador
MQL Leque* / 8 N/A
Vão
retificação
3,95 / 4,35
/ 4,86 /
3,89 / 3,50
Muito
suja Empastado 31º C
Fluxo
reduzido
Aspersã
o
significativ
a
Insati
sfatóri
o
2º 1º
Aplicador
MQL +
DDS-MQL
Leque / 8 +
Reto
(laminar) / 10
N/A
Vão
retificação
+ Atrás
rebolo**
2,42 / 1,98
/ 2,24 /
1,88 / 2,35
Muito
suja
Empastado
(entrada) 25º C
Fluxo
reduzido
Névoas
aspersão
(externo)
Insati
sfatóri
o
2º 2º DDS-MQL Reto
(laminar) / 10 N/A
Atrás
rebolo**
1,87 / 2,03
/ 1,53 /
2,76 / 1,94
suja Ligeiramente
empastado 26º C
Fluxo
reduzido
Névoas
aspersão
(externo)
Insati
sfatóri
o
2º 3º
Aplicador
MQL +
DDS-MQL
Leque / 8 +
Reto
(laminar) / 10
N/A
Vão
retificação
+ Atrás
rebolo**
2,74 / 4,29
/ 3,9 / 1,58
/ 1,8
Limpa Ligeiramente
empastado 26º C
Fluxo
reduzido
Névoas
aspersão
(externo)
Insati
sfatóri
o
2º 4º DDS-MQL Reto
(laminar) / 10 N/A
Vão
retificação
2,22 / 1,58
/ 1,52 / Limpa
Ligeiramente
empastado 24º C
Fluxo
reduzido
Névoas
aspersão
Insati
sfatóri
80
2,14 / 2,74
/ 2,01
(externo) o
2º 5º
Aplicador
MQL +
DDS-MQL
Leque / 8 +
Reto
(laminar) / 10
N/A Vão
retificação
1,48 / 1,85
/ 1,45 /
1,53 / 1,43
Limpa Ligeiramente
empastado 23º C
Fluxo
reduzido
Névoas
aspersão
(externo)
satisf
atório
2º 6º
Aplicador
MQL +
DDS-MQL
Leque / 8 +
Reto
(laminar) / 10
N/A Vão
retificação
3,53 / 3,23
/ 3,63 /
5,31 / 3,53
Limpa Empastado 25º C Fluxo
reduzido
Névoas
aspersão
(externo)
Insati
sfatóri
o
3º 1º
Aplicador
MQL +
DDS-MQL
Jato Leque /
10
100
mm
Vão
retificação
1,33 / 1,28
/ 0,67 /
0,73 / 0,82
Limpa Normal 24º C Fluxo
reduzido
Poucas
névoas
(externo)
insatisf
atório
3º 2º
Aplicador
MQL +
DDS-MQL
Jato Leque /
10
150
mm
Vão
retificação
1,13 / 0,83
/ 0,9 / 1,88
/ 0,95 /
Limpa Normal 25º C Fluxo
reduzido
Poucas
névoas
(externo)
insatisf
atório
3º 3º
Aplicador
MQL +
DDS-MQL
Jato Leque /
19
100
mm
Vão
retificação
0,62 / 0,51
/ 0,66 /
0,62 / 0,52
Limpa Normal 23º C Fluxo
reduzido
Poucas
névoas
(externo)
insatisf
atório
3º 4º
Aplicador
MQL +
DDS-MQL
Jato Leque /
19
150
mm
Vão
retificação
0,84 / 0,84
/ 0,85 /
0,95 / 0,99
Limpa Normal 25º C Fluxo
reduzido
Poucas
névoas
(externo)
insatisf
atório
3º 5º DDS-MQL Jato Leque /
10
100
mm
Vão
retificação
0,66 / 0,75
/ 0,63 /
0,53 / 0,76
Limpa Normal 24º C Fluxo
reduzido
Satisfatório
(isento
nevoas
externas)
satisfat
ório
81
3º 6º DDS-MQL Jato Leque /
10
150
mm
Vão
retificação
0,95 /0,89
/ 1,0 / 0,89
/ 0,88
Limpa Normal 25º C Fluxo
reduzido
Satisfatório
(isento
nevoas
externas)
satisfat
ório
3º 7º DDS-MQL Jato Leque /
19
100
mm
Vão
retificação
0,5 / 0,37 /
0,41 / 0,41
/ 0,53
Limpa Normal 22º C Fluxo
reduzido
Satisfatório
(isento
nevoas
externas)
excelen
te
3º 8º DDS-MQL Jato Leque /
19
150
mm
Vão
retificação
0,82 / 0,88
/ 0,57 /
0,56 / 0,8
Limpa Normal 25º C Fluxo
reduzido
Satisfatório
(isento
nevoas
externas)
satisfat
ório
* Bico leque plástico validado para utilização no aplicador de MQL
**Atrás do rebolo = Tangenciando a parte posterior do rebolo
Fonte: autoria própria.
82
4.2.1 Comportamento da régua de apoio
Durante a execução de todos os experimentos, foi analisado o controle da
régua de apoio considerando o seu nível de limpeza. Qualquer sujidade, depositada
entre a régua e a peça, poderia alterar a altura da peça retificada em relação aos
centros dos rebolos de corte e de arraste. Essa alteração comprometeria o
posicionamento da peça no vão de retificação, podendo acarretar danos no
acabamento superficial.
Durante a execução do experimento piloto, do 1º, do 2º e do 3º experimentos
da segunda fase experimental (segundo planejamento de experimento), percebeu-se
acúmulo de cavaco entre a régua de apoio e as peças, conforme Figura 48. Esse
comportamento se deve ao fato de ter sido reduzida significativamente a quantidade
de fluido lubri-refrigerante aplicado ou até mesmo à sua ausência no vão de
retificação.
Figura 48. Presença de borra de retificação por toda extensão da régua de apoio
Fonte: autoria própria.
Cavaco (Borra de retificação)
83
No processo de retificação sem centro de passagem, a deficiência na
aplicação de fluido refrigerante, que também tem a função de conduzir o cavaco
para fora do vão de retificação, pode acarretar o acúmulo de cavacos alterando toda
dinâmica do processo. Foi observado que esse acúmulo acarretou alteração no
posicionamento da peça no vão de retificação devido à borra depositada. Por causa
dessa alteração do posicionamento, percebeu-se aumento de aproximadamente
50% no valor da rugosidade.
Entretanto, como nos demais experimentos, realizados posteriormente, que
foram desenvolvidos aplicando-se a refrigeração centralizada e com níveis
satisfatórios de fluido refrigerante no vão de retificação, percebeu-se melhora
significativa e satisfatória nos níveis de limpeza da régua.
4.2.2 Comportamento dos rebolos durante os testes
Inicialmente, foi feita a dressagem dos rebolos de corte e de arraste. Durante
o período experimental, ao término de cada experimento, os rebolos foram
monitorados e, quando era necessário, eram dressados antes do início dos próximos
experimentos. Aspectos visuais e a possível perda das arestas de corte, por meio do
sinal de “empastamento” dos rebolos, acarretariam a perda da função de corte do
rebolo. Esse comportamento pode acontecer devido à falha na lavagem dos rebolos
e da peça durante o processo de retificação. Essa falha pode ser gerada em função
de quantidade insuficiente de fluido ou mau direcionamento deste durante o
processo. O acabamento superficial e, principalmente, a rugosidade poderiam ser
comprometidos em função dessa falha.
Na execução do experimento piloto, do 1º, do 2º e do 3º experimentos da
segunda fase experimental (segundo planejamento de experimento), não foi
aplicada quantidade satisfatória de fluido responsável pela limpeza/arraste do
cavaco. Essa quantidade insuficiente acarretou acúmulo de cavaco (borra metálica)
no rebolo de corte. Esse acúmulo ocorreu, devido à aplicação insuficiente de fluido
refrigerante. Esse preenchimento dos espaços vazios entre os grãos por cavacos
gerou o empastamento do rebolo e aumentou o atrito entre a peça e o rebolo de
corte, comprometendo a rugosidade das peças. Os grãos abrasivos perderam as
arestas cortantes, devido ao empastamento do rebolo de corte, conforme observado
na Figura 49. Segundo Tawakoli, Hadad e Sadeghi (2010), esse aumento dos
84
esforços de corte, devido à perda de afiação dos grãos, eleva a temperatura de corte
e o atrito, acarretando a elevação na temperatura da peça na saída da retificadora.
Figura 49. Condição rebolo de corte após experimento piloto
Fonte: autoria própria.
Nos demais experimentos, foi aplicada quantidade de fluido satisfatória
suficientemente capaz de realizar a lubrificação e limpeza do conjunto peça-rebolo
no vão de retificação. Essa aplicação garantiu ao processo uma condição satisfatória
nos níveis de limpeza dos rebolos. Essa condição permitiu também eliminar a
necessidade da dressagem dos rebolos.
4.2.3 Comportamento das peças na saída do processo de retificação
A primeira característica monitorada foi a temperatura dos corpos de prova,
que foram medidos com o uso de um Termômetro Digital Infravermelho na saída do
vão de retificação. Essa temperatura foi medida preliminarmente, durante todo o
experimento, para verificar o comportamento das peças após retificação.
Conforme Malkin e Guo (2008), a total eliminação do fluido poderia se
assemelhar à redução do fluido fora dos limites toleráveis e acarretaria
sobreaquecimento das peças e, consequentemente, danos superficiais.
Rebolo de
corte
85
Assim, como referência para validação da temperatura em um processo de
retificação com a aplicação de fluido no sistema convencional em abundância, usou-
se a temperatura abaixo de 25º C nas peças que eram monitoradas na saída do vão
de retificação.
No primeiro experimento realizado no equipamento, definido como
experimento piloto, percebeu-se elevação significativa na temperatura das peças
retificadas. Nesse experimento, perceberam-se faixas de temperatura superiores a
31º C. Esse resultado foi considerado alto e atribuído à redução e à forma de
aplicação dos níveis de fluido lubri-refrigerante aplicado.
Nos demais experimentos, a faixa da temperatura manteve-se dentro do
padrão esperado, ou seja, com temperaturas na faixa de 25º C, não sendo percebido
nenhum comportamento anormal.
Com o auxílio de um rugosímetro, que é normalmente utilizado pelos
operadores de máquina como forma de liberação do processo, mediu-se também a
rugosidade das cinco primeiras peças.
Outra característica importante foi o nível de limpeza da peça após o
processo de retificação. Além das questões dimensionais, as peças retificadas
precisariam estar isentas de sujeiras superficiais em forma de incrustações de borra
de retificação. Essas incrustações poderiam acarretar falhas na deposição de cromo,
que é um processo posterior ao da retificação de acabamento. A redução do fluido
fora dos limites toleráveis poderia acarretar má lavagem das peças e,
consequentemente, deposição de borra na peça. Assim, foram monitoradas todas as
peças. No experimento piloto e no 1º experimento da segunda fase experimental,
foram detectadas sujeiras superficiais devido à deficiência no processo de lavagem.
As peças analisadas dos demais experimentos apresentaram resultado
satisfatório se comparado com os níveis aceitáveis de acordo com a especificação e
o processo utilizando lubri-refrigeração em abundância. Isso ocorreu porque em
todas as peças percebeu-se a deposição da camada protetiva do fluido sobre a peça
retificada. Essa camada evita a oxidação prematura das peças devido à ação do
oxigênio da atmosfera.
Posteriormente à retificação, é realizado um processo de galvanoplastia
(também denominado cromação dura). A não deposição desse filme protetivo
deixaria a superfície exposta à oxidação constantemente. Foi percebido resultado
satisfatório. Porém, nas peças em que, além do óleo, percebeu-se a presença de
86
borra, essa situação acarretou início de oxidação nas peças após determinado
período de tempo de exposição.
4.2.4 Comportamento do fluido durante os testes
Foi monitorado, visualmente, durante o período experimental, o
comportamento do fluido lubrificante, conforme Figuras 50 e 51. Mediu-se a vazão
antes do uso do sistema de MQL e com o uso tradicional de emulsão no
equipamento com a aplicação do fluido em abundância, sendo encontrado o
resultado de 190 l/min. A vazão do dispositivo com 10 bicos apresentou resultado de
16,9 l/min. Já no dispositivo com 19 bicos, a vazão encontrada foi de 19,1 l/min.
Essa redução significativa na vazão é resultado alcançado em função da própria
concepção/projeto do DDS-MQL.
Figura 50. Volume de fluido utilizando Figura 51. Volume de fluido utilizando
calha (processo convencional) dispositivo direcionador (19 bicos)
Fonte: autoria própria.
Fonte: autoria própria.
A diminuição no volume do fluido foi monitorada durante todo o período
experimental, pois a diminuição drástica, abaixo do limite tolerável, comprometeria a
condução do cavaco (borra).
Fluido de corte em
abundância
Fluido de corte
(dispositivo direcionador)
87
Nos experimentos pilotos, 1º, 2º e 3º da segunda fase experimental,
percebeu-se maior concentração de cavaco (borra). Posteriormente à execução dos
experimentos, fez-se necessária a lavagem do equipamento. Percebeu-se
concentração maior de cavacos no fluido, conforme Figura 52.
Figura 52. Condições do fluido ao lavar o equipamento
Fonte: autoria própria.
Essa condição deve-se à diminuição significativa de fluido e/ou ao mau
direcionamento deste. Se a quantidade de fluido aplicado e o direcionamento do
mesmo não acontecerem de forma satisfatória, poderia ocorrer a presença de
cavaco (borra) acumulada em função dessas variáveis.
Nos demais experimentos, como essa redução foi conduzida juntamente com
o melhor direcionamento do fluido, percebeu-se uma correta condução da borra. O
DDS-MQL aplicou o fluido exatamente na região de arrancamento do material por
abrasão conduzindo-os para os dutos de saída e realizando a lavagem dos
componentes envolvidos no processo.
Com a aplicação direcionada do fluido, mesmo com a diminuição na vazão,
este apresentou fluxo normal de escoamento para os dutos de saída.
Fluido contendo uma maior concentração
cavacos (após lavagem do equipamento)
88
4.2.5 Comportamento da atmosfera envolvente ao processo de retificação
Durante o período experimental, monitorou-se visualmente o comportamento
da atmosfera envolvente ao processo de retificação. A rotação do rebolo de corte
com a aplicação de fluido em abundância gera turbulência interna à carenagem do
equipamento. O projeto da carenagem possibilita a passagem de névoa de óleo em
aspersão, para o ambiente, por não ser fechado de forma hermética. Essa névoa,
quando aspirada pelo operador, poderá acarretar danos futuros à sua saúde.
Essas névoas são responsáveis por muitas queimas de componentes
eletrônicos devido à névoa condensada, que se deposita sobre eles. Além disso, a
deposição de névoa condensada sobre o piso gera condição insegura com
possibilidade de acidentes.
Devido à densidade dessa névoa, tem-se dificuldade muito grande na
aquisição de um sistema de exaustão eficiente que possa realizar essa sucção de
forma satisfatória.
Nos experimentos pilotos, e em todos os experimentos da segunda fase
experimental, percebeu-se a presença de névoas na atmosfera envolvente.
Percebeu-se ainda que, mesmo o rebolo de corte estando desligado, o que evitaria a
turbulência e, consequentemente, a aspersão da névoa, o próprio dispositivo
aplicador de MQL gera essa aspersão. Isso se deve ao ar comprimido, que é
utilizado para aplicação do fluido. Outros fatores relevantes são justamente o início
de funcionamento do rebolo de corte e a energia cinética gerada que produz
turbulência capaz de dispersar o fluido, criando essa névoa extremamente danosa à
saúde e à segurança do operador.
Ao ser direcionado o fluido com o uso do DDS-MQL na terceira fase
experimental, percebeu-se melhora significativa desses efeitos. Embora os quatro
primeiros experimentos tenham apresentado um pouco de névoa, nos demais
experimentos foi percebido resultado extremamente satisfatório. Essa condição
proporcionou a possibilidade de trabalhar com o equipamento aberto, não sendo
necessária a montagem da carenagem superior, protetora contra essa névoa em
aspersão, conforme Figura 53.
Com a aplicação direcionada do fluido e a redução da vazão, obteve-se
redução significativa da turbulência interna gerada. Essa redução acarretou baixa
89
geração de névoa, possibilitando a abertura da carenagem, conforme Figura 53, em
algumas fases do período experimental.
Figura 53. Atmosfera envolvente ao processo de retificação
Fonte: autoria própria.
4.3 Análise dos resultados da rugosidade para variáveis de entrada
Neste estudo, todos os resultados foram checados usando-se uma análise
fatorial completa. Todas as medições de rugosidade realizadas no laboratório de
metrologia foram realizadas nas 80 peças do período experimental e foram lançadas
no software de análises estatísticas Minitab versão 15.
Mediante o uso desse software, foi possível avaliar a melhor condição
otimizada do sistema de lubri-refrigeração, que será apresentado na sequência.
Como forma de interpretação dos dados estatísticos por meio das análises
realizadas, utilizou-se o valor do “P-valor” como referência para várias análises que
serão apresentadas. Esse valor é utilizado como forma de medida de quanto,
provavelmente, os resultados da amostra são verdadeiros, assumindo a hipótese
nula. Os valores de “P” variam entre 0 e 1.
Atmosfera envolvente
90
Nas Figuras 54 e 55, são demonstrados os gráficos da normalidade e da
dispersão. Analisando esses gráficos, pode-se concluir que as amostras
apresentaram distribuição normal. Como o gráfico da normalidade apresentou
distribuição próxima de formato de uma reta, esse resultado permite interpretar que
a amostra utilizada apresentou distribuição normal. Isso pode ser observado para o
gráfico da dispersão. Como este apresentou distribuição aleatória em ambos os
lados da reta, estatisticamente pode-se confirmar que houve distribuição normal
apresentada no gráfico da normalidade.
Figura 54. Gráfico de normalidade
Fonte: autoria própria.
91
Figura 55. Gráfico de dispersão
1,00,90,80,70,60,5
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
-0,25
-0,50
Valores rugosidade
Resid
ual
Gráfico de dispersão(variável saída: Rugosidade-Rz)
Fonte: autoria própria.
Posteriormente, foi feita uma análise do relatório dos dados da variância e
parametrizado o valor de significância de 5%. Dessa forma, serão apresentados os
dados e relatórios com índice de confiabilidade de 95%. Utilizando esse valor, todas
as vezes que se obtiverem valores de “P-valor” inferiores a 0,05, pode-se dizer que a
variável determinada possui relevância no efeito analisado.
Ao realizar-se o teste “F”, tem-se a análise da variância (ANOVA) para a
variável de saída, conforme descrito na Tabela 5. Assim, encontram-se valores do
“P-valor” inferiores a 0,05 para os efeitos principais e para as interações. Esse
resultado demonstra que existe relevância nas variáveis de entrada. Por meio do
resultado do “P-valor” entre 0,000 e 0,05, pode-se afirmar, com 95% de
confiabilidade, que existe influência da variável de entrada sobre a resposta
rugosidade. Além disso, tem-se relevância na interação entre duas e três variáveis
de entrada, respectivamente, “P-valor”=0,019 e 0,022.
92
Tabela 5. Teste “F” – análise de variância
Variáveis Grau de
liberdade
Soma dos
quadrados
Quadrados
médios Fcalc Pvalor
Efeitos principais 3 2,2064 2,2064
0,3007
0,1549
25,86 0,000
Interação entre dois efeitos 3 0,3007 3,52 0,019
Interação entre três efeitos 1 0,1549 5,45 0,022
Erro residual 72 2,0478 2,0478
Fonte: autoria própria.
Por meio da análise do teste “F”, não foi possível ter a informação de qual
variável e qual interação foram relevantes. Assim, realizou-se o Teste “T”, pois o
principal objetivo era identificar quais variáveis de entrada, individualmente, eram
relevantes e também quais as interações relevantes de cada uma dessas variáveis.
A Tabela 6 apresenta o relatório com os dados do “P-valor”, sendo utilizadas as
abreviações para as variáveis de entrada: A=utilização do aplicador MQL,
B=Número de Bicos e C=Distância entre os bicos e a peça.
Tabela 6. Teste “T” – análise de variância
Variável efeito Coeficiente Tcalc “P-valor”
CONSTANTE 0,7770 41,21 0,000
A 0,1500 0,0750 3,98 0,000
B -0,2140 -0,1070 -5,67 0,000
C 0,2050 0,1025 5,44 0,000
AB -0,0600 -0,0300 -1,59 0,116
AC -0,0510 -0,0255 -1,35 0,180
BC 0,0940 -0,0470 2,49 0,015
ABC 0,0880 0,0440 2,33 0,022
R2 56,52%
Fonte: autoria própria.
93
Por meio dos resultados do relatório apresentado na Tabela 6, analisando o
valor do “P-valor”, pode-se dizer, com 95% de confiabilidade, que as variáveis A, B,
C e a interação entre número de bicos e a distância (BC) e a interação entre MQL,
número de bicos e a distância (ABC), apresentaram-se significantes para a condição
de melhor resultado da rugosidade.
Foram analisados também os dados gerados de forma representativa em um
diagrama de Pareto, conforme Figura 56. O posicionamento de cada barra no gráfico
de Pareto de cada variável e/ou interação sobre a linha vermelha demonstra os
fatores que têm mais relevância.
O teste de Pareto demonstrou, mediante resultado estatístico, qual a variável
de maior e menor relevância. O número de bicos (B) apresentou a maior relevância,
seguido pela variável C, A, BC até a interação de ABC, que apresentou menor
relevância. As interações das variáveis MQL mais o número de bicos (AB) e MQL
mais distância (AC) apresentaram relevância baixa para o resultado da rugosidade
por estarem abaixo da linha vermelha.
Figura 56. Pareto dos efeitos para rugosidade
AC
AB
ABC
BC
A
C
B
6543210
Variáve
is e
inte
rações
Relevância
1,993
A A plicacção MQ L
B Nº Bicos
C Distância
Factor Name
Pareto dos efeitos para rugosidade(variável saída: Rugosidade - Rz, = 0,05)
Fonte: autoria própria.
94
No gráfico de probabilidade normal apresentado na Figura 57, avaliou-se a
significância de cada uma das variáveis de entrada. Nesse gráfico, tem-se que os
itens destacados de vermelho são os que se apresentaram mais significantes e os
pontos em preto se apresentaram com a menor significância. Quanto mais longe o
ponto estiver da linha traçada, maior é a sua relevância.
Figura 57. Gráfico de probabilidade normal
Fonte: autoria própria.
Em função do relatório apresentando, para o teste “F” e “T”, o gráfico de
Pareto e de probabilidade normal, sabem-se quais são as variáveis relevantes e
suas interações.
Com o objetivo de analisar individualmente o comportamento de cada variável
de entrada e analisando o impacto dela, foi elaborado o gráfico dos principais efeitos
na rugosidade. Por meio deste, graficamente através da inclinação da reta e dos
valores no eixo das abscissas e do nível de cada variável no eixo das coordenadas,
foi possível avaliar a intensidade da relevância e o nível para o melhor resultado da
rugosidade, conforme demonstrado na Figura 58. Se seccionar-se cada um dos
gráficos apresentados, tem-se:
95
Figura 58a – Existe relevância na variável MQL. Essa variável contribuiu
diretamente para a melhoria no resultado da rugosidade. Pode-se afirmar que o uso
da MQL tem a mesma capacidade da emulsão em produzir rugosidades dentro dos
parâmetros especificados.
O uso do DDS-MQL com bicos direcionadores sem a utilização do aplicador
MQL demonstrou que essa é a melhor combinação da variável para melhoria da
rugosidade. Apesar de o sistema de MQL ter demonstrado boa eficiência na
lubrificação durante o processo de retificação sem centro, o uso do DDS-MQL
empregado sem MQL apresentou limpeza mais eficiente da régua e melhor remoção
da borra de retificação do vão de retificação. O bico em leque do aplicador de MQL
deve ser montado o mais próximo possível da peça, pois permite lubrificação mais
eficiente, considerando o sentido do comprimento das peças retificadas. Porém,
quando se usa em conjunto com o aplicador MQL, este, devido ao fato de usar ar
comprimido para pulverização do óleo MQL, expulsa o fluido direcionado na região
peça-rebolo. Essa condição pode ter comprometido a lubrificação e,
consequentemente, a rugosidade.
Figura 58b – Nota-se a relevância na variável número de bicos. O aumento no
número de bicos direcionadores contribui diretamente para a melhoria da
rugosidade. O número de bicos igual a 19 demonstrou que esse é o melhor nível da
variável para a melhoria da rugosidade. Com a utilização de 19 bicos, teve-se
aumento de 13% na vazão do fluido se comparado com o de 10 bicos. Esse
aumento acarretou melhoria na lubrificação da peça, melhorando o resultado da
rugosidade. O estudo foi realizado com 10 e 19 bicos, porém a utilização de 19 bicos
mostrou-se mais eficiente na redução da rugosidade. Pode-se afirmar que a
otimização desse tipo de sistema de refrigeração pode estar situada abaixo de 19
bicos, ou seja, maiores economias de fluido refrigerante podem ser conseguidas
com um estudo específico focado no número de bicos.
Figura 58c – Percebeu-se grande relevância na distância dos bicos até a
peça. A distância de 100 mm demonstrou que esse é o melhor nível para a melhoria
da rugosidade. Com o uso da distância de 100 mm, houve melhor aplicação do
fluido em todo o comprimento da peça. A distância de posicionamento está
relacionada com a velocidade de saída do fluido. Quanto mais perto, maior será a
eficiência no direcionamento, tendo-se limpeza total da peça e do vão de retificação,
mantendo uma camada de lubrificante sobre a peça. Ao contrário, distâncias
96
maiores podem diminuir a eficiência da lubri-refrigeração devido à abertura do leque
do fluido devido à sua trajetória e ao contato com a atmosfera.
Figura 58. Relevância individualizada dos níveis da variável de entrada
a) Relevância da aplicação de MQL
b) Relevância da variação nos números de bicos
(b)
97
c) Relevância da variação da distância
Fonte: autoria própria.
Como nos resultados apresentados para valores de “F” e “T”, informações do
gráfico de Pareto e probabilidade normal, ocorreu também relevância na interação
entre as variáveis. Buscou-se, por meio do gráfico da interação entre as variáveis e
seus níveis, analisar e entender detalhadamente essas interações.
A Figura 59 representa graficamente a interação entre dois efeitos das três
variáveis de entrada. Ao se analisar individualmente cada seção da Figura 59, tem-
se:
A Figura 59a representa a interação entre MQL e o número de bicos. O valor
da menor rugosidade é conseguido pela não aplicação de MQL e utilização do
dispositivo DDS-MQL contendo 19 bicos. Se não for utilizado o dispositivo aplicador
de MQL, não se terá a presença do ar comprimido na zona de retificação. Esse ar
comprimido, que é utilizado no dispositivo aplicador ao sair dos bicos, expulsa o
fluido lubri-refrigerante da região de contato peça-rebolo, aumentando a rugosidade.
Ao se utilizar o DDS-MQL com 19 bicos de refrigeração, tem-se melhor distribuição
de fluido por toda a extensão da peça. Dessa forma, tem-se melhor lubrificação e
refrigeração da peça durante o processo e, consequentemente, melhoria no
resultado da rugosidade.
A Figura 59b representa a interação entre o sistema de MQL e a distância dos
bicos na peça. A não aplicação de MQL e a menor distância apresentam a menor
rugosidade. A proximidade dos bicos, sem aplicação de MQL, garante a perfeita
lubrificação das peças, gerando decréscimo no valor da rugosidade. Conforme
98
comentado anteriormente, o sistema de MQL apresenta-se como bom sistema para
lubri-refrigeração das peças.
A Figura 59c representa a interação entre o número de bicos e a distância do
dispositivo. O valor da menor rugosidade é conseguido pelo maior número de bicos
e a menor distância. Maior número e a menor proximidade dos bicos na peça
melhoram a lubrificação e, consequentemente, o resultado da rugosidade. Isso pode
ser explicado devido ao fato de que uma distância muito maior não permite a
focalização do jato de fluido, ocorrendo dispersão maior deste. Paralelamente, maior
número de bicos provoca, evidentemente, melhor lubrificação da região de corte nas
peças e, consequentemente, redução do atrito entre os grãos e as peças com
aumento do efeito do corte. Além disso, apesar de ser usado em quantidades
mínimas com vazão de 19,1 l/min, o fluido também evita a elevação da temperatura
na região de corte, constatada com a medição da temperatura na saída do vão de
retificação. Esse fato evita a queima do grão durante o processo de retificação,
aumentando sua eficiência no processo de corte.
Figura 59. Gráfico da interação entre as variáveis de entrada
Fonte: autoria própria.
(a)
(c)
(b)
99
O gráfico de superfície de resposta para as variáveis de entrada, sem uso do
sistema de MQL, conforme Figura 60, demonstra que o melhor resultado para a
variável de saída rugosidade é alcançado com o maior número de bicos e a menor
distância. Esse resultado confirma o que foi exposto anteriormente no gráfico da
interação entre as variáveis e seus níveis. Observa-se que o modelo linear
apresenta aumento proporcional da rugosidade com a diminuição dos bicos e o
aumento da distância destes em relação às peças usinadas.
Figura 60. Gráfico de superfície (sem aplicação de MQL)
Fonte: autoria própria.
100
No gráfico de contorno na Figura 61, observa-se que a melhor condição para
se conseguir o valor da rugosidade abaixo de Rz = 0,5 µm é na condição de maior
número de bicos no DDS-MQL utilizando a menor distância. Quando se analisa essa
configuração, tem-se que, com a aplicação direcionada do fluido no ponto de
arrancamento de material com maior número de bicos e proximidade menor dos
bicos, será proporcionada à peça uma aplicação de fluido lubri-refrigerante em toda
a dimensão do corpo de prova. Essa distribuição gerará lubrificação e refrigeração
satisfatórias no processo. Mediante essa lubrificação, ocorrerá diminuição do atrito
rebolo-peça, proporcionando perfeita remoção do material. Uma boa distribuição do
fluido também proporciona melhor controle da temperatura, além da limpeza e
condução dos cavacos mantendo a ferramenta sempre limpa, auxiliando, assim, a
vida da ferramenta e garantindo acabamento superficial dentro da especificação.
Pode-se perceber, por meio do gráfico, que, de acordo com as alterações que
podem ser feitas no número de bicos e na distância, as faixas de rugosidade
aumentam, em que a pior condição para a rugosidade Rz > 0,9 µm seria a 150 mm
de distância e DDS-MQL contendo 10 bicos.
Figura 61. Gráfico de contorno (sem aplicação de MQL)
Fonte: autoria própria.
101
O gráfico de cubo Figura 62 demonstra, em todos os vértices do cubo, as
interações entre as três variáveis e seus efeitos no valor da rugosidade. À medida
que se alteram as variáveis de entrada e os seus respectivos níveis, observa-se
claramente o impacto no valor da rugosidade. Como melhor resultado na aplicação
do fluido lubri-refrigerante, tem-se o vértice da menor distância (100 mm), com o
maior número de bicos no DDS-MQL (19), sem uso do sistema de MQL. Aplicar o
fluido lubri-refrigerante de forma direcionada no vão de retificação, exatamente no
ponto da abrasão, ou seja, arrancamento do material utilizando o DDS-MQL, a uma
distância de 100 mm e de forma homogênea por toda a extensão da peça, sendo o
perímetro coberto pelos 19 bicos a uma vazão reduzida, proporcionou otimização da
aplicação de fluido de corte se comparado ao método tradicional.
Figura 62. Gráfico de cubo
150
100
19
10
comsem
Distância
Nº Bicos
Aplicacção MQL
0,883
0,9750,904
0,756
0,547
1,0030,654
0,494
Gráfico de cubo (dados dos efeitos) para rugosidade
Fonte: autoria própria.
102
CAPÍTULO 5
5 CONCLUSÕES
Os resultados obtidos durante a fase experimental, as análises estatísticas, as
observações e o estudo das referências bibliográficas possibilitaram a análise
comparativa da refrigeração convencional versus a refrigeração, utilizando o
aplicador MQL, e o método, utilizando o sistema MQL com bicos direcionadores.
Para expor essa base comparativa, este capitulo, utiliza, como critério de
apresentação, a divisão dos resultados em dois tópicos principais: utilização do
aplicador MQL e utilização do sistema MQL com bicos direcionadores, destacando
as vantagens e desvantagens de cada um.
Comportamento do processo através da utilização do aplicador MQL
como única forma de lubri-refrigeração no processo de retificação sem
centro:
- não é eficiente como nos demais processos de retificação ou até mesmo
nos processos de usinagem. Não permite limpeza satisfatória, acumulando
cavaco metálico entre a régua de apoio e a peça, e resultando na alteração
do posicionamento da peça no vão de retificação;
- compromete o acabamento superficial da peça, resultante da ação conjunta
da deficiência na limpeza dos componentes no vão de retificação e da perda
das arestas de corte em função do empastamento do rebolo;
- temperatura da peça retificada 50% acima do especificado em função da
pouca lubri-refrigeração inerente ao processo do aplicador MQL;
- rugosidade da peça, em média, 35% acima do especificado;
- acúmulo de sujeiras na estrutura do equipamento;
- aumento em 60 vezes dos ciclos de dressagem do rebolo de corte.
Comportamento do processo através da utilização do sistema MQL,
utilizando dispositivo direcionador, contendo 19 bicos com jato tipo
leque, a uma distância de 100 mm, como única forma de lubri-
refrigeração no processo de retificação sem centro:
103
- eficiência satisfatória se comparada com o processo convencional de lubri-
refrigeração;
- redução significativa de aproximandamente 90% da vazão do fluido lubri-
refrigerante no processo de retificação sem centro;
- limpeza satisfatória do vão de retificação e do equipamento, resultante do
direcionamento do fluido no ponto de processo – região da remoção de
material;
- condução de todos os cavacos metálicos para os dutos direcionadores do
sistema de regeneração;
- rugosidade e temperatura das peças retificadas, atendendo aos limites
restritos de especificação estabelecidos no processo, em decorrência do
perfeito direcionamento do fluido lubri-refrigerante sob pressão, e
aumentando a velocidade de aplicação;
- nível apropriado de limpeza dos rebolos de corte e arraste. Arestas de corte
em perfeitas condições após fase experimental;
- partes metálicas do equipamento protegidas, prevenindo o início de
oxidação nas partes metálicas;
- fluido lubri-refrigerante visualmente apresentando maior concentração de
particulados metálicos na saída do processo em função da diminuição da
vazão do fluido;
- melhoria significativa na qualidade da atmosfera envolvente no processo de
retificação. Eliminação da névoa em aspersão fora da carenagem do
equipamento.
104
CAPÍTULO 6
6 SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS
Mediante das informações que foram obtidas neste trabalho, têm-se algumas
oportunidades que precisam ser exploradas.
A seguir, são sugeridos alguns possíveis trabalhos que poderão ser
realizados.
Estudar a possibilidade de serem inseridos novos bicos direcionadores de
fluido (água) para serem utilizados na lavagem do equipamento minimizando a
aplicação do fluido lubri-refrigerante.
Em função da aplicação direcionada do fluido, estudar a possibilidade de
redução da concentração do óleo utilizado na emulsão.
Realizar estudo aprofundado na atmosfera envolvente utilizando a
configuração otimizada e a técnica de MQL na aplicação do fluido lubri-refrigerante,
objetivando a eliminação dos exaustores no processo.
Estudar a relação de dressagem dos rebolos com a utilização do DDS-
MQL.
Avaliar o desgaste da régua em função do melhor direcionamento do
fluido lubri-refrigerante utilizando o DDS-MQL.
105
CAPÍTULO 7
7 REFERÊNCIAS
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