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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

PAULO RENAN DE SOUZA TORRES

ANÁLISE DE PROPRIEDADES MECÂNICAS EM PEÇAS

USINADAS VARIANDO-SE A VAZÃO DE LUBRI-

REFRIGERAÇÃO NO FRESAMENTO DE TOPO

Juazeiro – BA

2012







Trabalho apresentado a Universidade Federal do Vale do São Francisco – UNIVASF, Campus Juazeiro, como requisito da obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica.

Orientador: Prof. MSc. Erlon Rabelo Cordeiro.

Juazeiro – BA 2012

Trabalho de Conclusão de Curso

I

Torres, Paulo Renan de Souza.

T693a Análise de propriedade mecânicas em peças usinadas variando-se a vazão de lubri-refrigeração no fresamento de topo / Paulo Renan de Souza Torres. – – Juazeiro, 2012.

xiv, 48 f. : il. ; 28 cm Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia

Mecânica) - Universidade Federal do Vale do São Francisco, Juazeiro-BA, 2012.

Orientador: Prof. MSc. Erlon Rabelo Cordeiro.

Inclui referências

1. Peças de máquinas. 2. Usinagem. 3. Propriedades Mecânicas 4. Ferramentas de usinagem. I. Título. II. Universidade Federal do Vale do São Francisco. III. Erlon Rabelo Cordeiro.

CDD 621.82

Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Integrado de Biblioteca SIBI/UNIVASF Bibliotecário: Renato Marques Alves


II



FOLHA DE APROVAÇÃO






III

DEDICATÓRIA

Aos meus pais, José

Paulo Ribeiro Torres e

Sueli Ferreira de Souza

por acreditar e apoiar

todos os meus

sonhos.


IV

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus por me ajudar a alcançar meus objetivos de

vida e com isso me tornar um homem realizado e feliz.

Agradeço aos meus pais pelo apoio incondicional, em especial a minha mãe,

Sueli Ferreira de Souza.

Agradeço a minha namorada Thaís por esta sempre ao meu lado, sendo uma

companheira em todos os momentos.

Agradeço a todos os meus irmãos.

Agradeço a toda a minha família, tias, avós, primos e primas, em especial a

minha tia Nilza.

Agradeço a todos os amigos de uma vida inteira que sonharam junto comigo,

me auxiliaram quando preciso e hoje festejam essa grande alegria da realização de

um sonho de infância, em especial a Delmer, Luam, Evilázio Jr e Marx.

Agradeço a todos os colegas de faculdade que compartilharam ao meu lado

de grandes desafios e obstáculos, comemoramos a alegria de uma conquista de um

diploma em Engenharia Mecânica, em especial a Diego Vinicius, Davi Soares, Diogo

Ishibashi, Tales Dourado, Thales Queiroga, Saulo Dourado, Adriano Molcan, Luiz

Gustavo, Carlos Roberto, Deygma, Fagner, Edmundo Luiz, Felipe Julio, Fabrício

Oliveira e Leandro de Almeida.

Agradeço a todos do corpo docente que durante esses seis anos, me fizeram

evoluir como profissional e como ser humano.

Neste momento de grande realização pessoal venho agradecer a todas as

pessoas que passaram por minha vida, não foram citadas acima, mas que podem se

sentir como parte desta alegria.


V

“Vim, Vi, Venci”.

Júlio César


VI

Torres, P. R. S. Análise de propriedade mecânicas em peças usinadas

variando-se a vazão de lubri-refrigeração no fresam ento de topo. 2012. ( ).

Monografia (Trabalho de conclusão de curso em Engenharia Mecânica) – Colegiado

de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Vale do São Francisco, Juazeiro,

2012.

RESUMO

São objetivos dos processos de usinagem de peças metálicas o melhor

acabamento superficial possível, a produção de peças com elevado grau de

tolerância geométrica, dimensional e com baixo custo por meios automatizados e

a minimização de danos ao meio ambiente provocados por essa tecnologia. A

crescente busca nos últimos anos por tecnologias e métodos inovadores capazes

de minimizar impactos ao meio ambiente tem se intensificado. O fluido

refrigerante utilizado na maioria da usinagem de metais aumenta a vida da

ferramenta e a eficiência de remoção de material, melhora o acabamento

superficial e reduz a força e a potência de corte. Porém, seu uso pode trazer

malefícios ao operador da máquina-ferramenta e também ao meio ambiente,

exigindo que a quantidade desse fluido no serviço não seja exagerada. Este

trabalho tem como objetivo verificar se a variação da vazão de alimentação do

fluido refrigerante no fresamento de topo altera propriedades superficiais do aço

ABNT 1020 e do aço ABNT 1045, de modo que se possa dimensionar a

quantidade de fluido refrigerante ideal para a usinagem em questão. Para isso

foram analisadas as superfícies usinadas através dos parâmetros de rugosidade

média (Ra e Rz), dureza Rockwell superficial e microdureza Vickers. Os

experimentos foram realizados com aplicação de fluido em vazão máxima, média

e zero fornecidos pela fresadora universal utilizada. Nos ensaios com vazão

máxima foram obtidos os melhores resultados em todos os parâmetros. No

entanto, os resultados podem divergir sobre a influência da quantidade de lubri-

refrigeração para os diferentes aços submetidos ao experimento.

Palavras-chaves: Fresamento, vazão, rugosidade, dureza superficial,

microdureza, qualidade superficial, meio ambiente, superfície.


VII

Torres, P. R. S. Análise de propriedade mecânicas em peças usinadas

variando-se a vazão de lubri-refrigeração no fresam ento de topo. 2012. ( ).

Monografia (Trabalho de conclusão de curso em Engenharia Mecânica) – Colegiado

de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Vale do São Francisco, Juazeiro,

2012.

ABSTRACT

The main goals of the machining of metal parts are the best

surface finish, the production of parts with high geometric

tolerance, dimensional and at low costs and

minimized environmental damage.

The growing demand has been intensified in recent years by innovative methods and

technologies that minimize impacts on the environment.

The use of refrigerants increases the tool

life and improves surface finish

with reduced cutting power. However, its use can bring

harm to the machine operator and also to the environment due to the amount of fluid.

This work aims to verify the influence of refrigerant flow on the surface properties of

ABNT 1020 and ABNT 1045 steels. To determine the ideal amount of

refrigerant for were characterized average roughness (Ra and

Rz), superficial Rockwell hardness and Vickers microhardness. The experiments

were with application carried out of different fluid flows in a universal milling machine.

The best results were reached by a refrigerant flow of .

However, the influence of the cutting fluid flow may differ for both analysed

steels.

Keywords: Milling, flow, roughness, surface hardness, microhardness, surface

quality, the environment and surface.


VIII

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Esquema de classificação dos fluidos de corte ..................................... 12

Figura 2. Operações de fresamento: A) Horizontal; B) Vertical ............................ 16

Figura 3. Fresamento Cilíndrico ou Tangecial Dicordante e Concordante ............ 17

Figura 4. Fresamento Frontal ou de topo .............................................................. 18

Figura 5. Influência da rugosidade superficial na resistência à fadiga .................. 20

Figura 6. Desvio médio aritmético Ra ................................................................... 21

Figura 7. Altura das irregularidades dos 10 pontos Rz ......................................... 22

Figura 8. Penetrador de diamante no ensaio Rockwell na aplicação de carga ..... 24

Figura 9. O penetrador padronizado utilizado no ensaio de dureza ...................... 25

Figura 10. Máquina de serra de fita, modelo St – 3720, do fabricante Starrett

Indústria e Comércio Ltda ...................................................................................... 26

Figura 11. Modelo do corpo de prova com as dimensões escolhidas ................... 27

Figura 12. Máquina fresadora universal de modelo: FU 301 da fabricante

Arsenal....................................................................................................................27

Figura 13. Óleo emulsionável LUBRAX INDUSTRIAL, OP – 38 – EM utilizado para

a fabricação da emulsão ........................................................................................ 30

Figura 14. Fresamento variando-se vazões: (a) Vazão zero, (b) Vazão média e (c)

Vazão máxima ....................................................................................................... 32

Figura 15. Cabeçote fresador (490R – 08T3, fabricante Sandvick) ......................33

Figura 16. As pastilhas (490 – 040Q16 – 08M, CoroKey da fabricante Sandvick

Coromant) .............................................................................................................. 34

Figura 17. Rugosímetro digital portátil, modelo TR200 H138 – 004 do fabricante

HOMIS ................................................................................................................... 35


IX

Figura 18. Durômetro de bancada, modelo DT – 20 D (digital) do fabricante

Mitotoyo ................................................................................................................. 36

Figura 19. Microdurômetro, modelo HXD-1000TM da fabricante Pantec ............. 37

Figura 20. Visualização de perfuração (Vickers) na face da amostra ................... 37

Figura 21. Gráfico com o comportamento das rugosidades médias (Ra e Rz) nas

superfícies de aço ABNT 1020, usinadas com variação de fluido ......................... 39


superfícies de aço ABNT 1045, usinadas com variação de fluido ......................... 40

Figura 23. Gráfico com o comportamento da dureza Rockwell superficial (HR) das

superfícies usinadas com variação de fluido ........................................................ 41

Figura 24. Gráfico com o comportamento da microdureza Vickers (HV) das

superfícies usinadas comparadas com a superfície

primitiva..................................................................................................................42


X

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Parâmetros de corte para fresamento de topo com pastilhas de metal

duro (SENAI, 2005) .............................................................................................. 28

Tabela 2. Parâmetros de corte para o experimento ............................................. 29

Tabela 3. Valores de vazões média e máximo ..................................................... 31

Tabela 4. Configurações do rugosímetro digital portátil durante a realização do

experimento .......................................................................................................... 34


XI

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.

MQL – Mínima Quantidade de Lubrificação.

EP - Extrema Pressão.

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial.

UNIVASF – Universidade Federal do Vale do São Francisco.


XII

LISTA DE SIMBOLOS

;

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XIII

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ...................................................................................... 01

2. JUSTIFICATIVA .................................................................................... 03

3. OBJETIVO .......................................................................................... 05

3.1. Objetivo Geral .................................................................................05

3.2. Objetivos Específicos ......................................................................05

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................... 06

4.1. Fluido de Corte ...............................................................................06

4.1.1. Funções do Fluido de Corte ................................................................ 08

4.1.2. Classificação dos Fluidos de Corte ...................................................... 12

4.1.3. Influência do Fluido de Corte na Qualidade do Material ......................... 14

4.2. Fresamento ....................................................................................15

4.2.1. Tipos Fundamentais de Fresamento .................................................... 15

4.2.2. Fresamento de Topo .......................................................................... 18

4.3. Rugosidade Superficial ....................................................................19

4.3.1. Parâmetros de Rugosidade ................................................................. 20

4.4. Dureza Rockwell Superficial .............................................................23

4.5. Microdureza ...................................................................................24

5. MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................... 26

5.1. Fabricação de Corpo-de-prova .........................................................26

5.2. Determinação dos Parâmetros de Corte ............................................28

5.3. Preparação de Fluido de Corte .........................................................29

5.4. Medições de Vazões ........................................................................30


XIV

5.5. Fresamento de Superfícies ...............................................................31

5.6. Medições de Rugosidade Médias ......................................................34

5.7. Medições de Dureza Superficial ........................................................35

5.8. Medições da Microdureza ................................................................36

6. RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................. 38

6.1. Resultados de Rugosidade Superficial ..............................................38

6.2. Resultados de Dureza Superficial .....................................................40

6.3. Resultados de Microdureza ..............................................................41

7. CONCLUSÃO ...................................................................................... 43

8. REFERÊNCIAS .................................................................................... 44


1

1. INTRODUÇÃO.

F. W. Taylor foi um dos primeiros a provar o grande auxílio que os líquidos

poderiam trazer no corte de metais. Em 1890, ele demonstrou que um jato de água

aspergido na ferramenta, no cavaco e na superfície da peça tornava possível o

aumento da velocidade de corte em 30% a 40%. Foi essa constatação, feita por

Taylor e por outros pesquisadores, que impulsionou o estudo e o desenvolvimento

de vários tipos de fluidos de corte ao longo dos anos e, principalmente, nas últimas

décadas (Silliman, 1992; Machado & Diniz, 2000).

Contemporaneamente, os fluidos de corte são parte integrante dos processos

de fabricação de peças no contexto que reúne máquinas ferramentas, ferramentas

de corte, produção de peças e fluidos de corte (Runge & Duarte, 1990).

Segundo Novaski & Dörr (1999), a utilização de uma quantidade cada vez

menor de fluido na região de corte, mas de modo a não comprometer a usinagem,

tem grande importância no cotidiano das indústrias. Os gastos com refrigeração

representam, em média, 17% dos custos de manufatura, um valor expressivo, se

comparado aos destinados à ferramenta, que apresenta, em média, de 2 a 4%, além

das despesas de manutenção do sistema e separação do cavaco do fluido de corte

para uma posterior refundição.

Durante o processo de usinagem, a superfície gerada sofre efeitos mecânicos

e térmicos que podem alterar de forma significativa as características da superfície e

abaixo da mesma (Hioki, 2006). A qualidade superficial da peça usinada depende

principalmente da geometria da ferramenta, das condições de corte e do

comportamento dinâmico da máquina-ferramenta. O desgaste da face da ferramenta

aumenta o atrito entre esta e o cavaco, aumentando a força de corte (Ferraresi,

1977).

A lubrificação tem como objetivo reduzir o coeficiente de atrito, fruto do

contato entre cavaco e ferramenta, e ferramenta e peça, o que facilita o fluxo do

cavaco aumentando sua velocidade e o ângulo de cisalhamento, reduzindo a força e

a potência de corte e, conseqüentemente, minimizando a geração de calor (Diniz et

al., 2001).

Três fontes distintas são responsáveis pela quantidade excessiva de calor

gerada na zona de corte na operação de usinagem. São elas: a deformação plástica

juntamente com o cisalhamento do material da peça, o deslizamento e o atrito do


2

cavaco sobre a superfície de saída da ferramenta e, por fim, o atrito no contato

ferramenta/peça (Seah et al., 1995).

Conseqüentemente há uma influência no acabamento superficial de acordo

com o processo de deformação plástica da peça. Isto acarreta uma modificação da

micro-estrutura da superfície da peça, podendo alterar também suas dimensões,

rugosidade da superfície, bem como suas propriedades mecânicas. A deformação

plástica altera a estrutura interna do metal, tornando mais difícil o escorregamento

posterior e aumentando a dureza do metal. Esse aumento na dureza por

deformação plástica é denominado endurecimento por deformação a frio ou

encruamento e é acompanhado de elevação do valor da resistência e redução da

ductilidade do metal (Zeilmann et al, 2006).

Um dos processos de fabricação mais utilizados na indústria é o fresamento,

por utilizar a fresa como ferramenta de corte. Isto graças a sua geometria multi-

cortante (duas ou mais arestas de corte) que permite tirar grandes volumes de

material num tempo reduzido. Além disso, o fresamento é um processo de alta

flexibilidade, permitindo movimentar a peça e/ou a ferramenta em um, dois, três ou

mais eixos (lineares ou giratórios) (Marcelino. et al., 2004).

A fim de observar os efeitos da usinagem na superfície de aços comumente

utilizados na indústria será mostrada neste trabalho a análise da influência da

variação de alimentação da vazão do fluido refrigerante no processo de fresamento

de topo.

Os efeitos na superfície da peça serão avaliados com base nos resultados

dos ensaios de dureza superficial, da microdureza e dos parâmetros de rugosidade,

buscando caracterizar essas propriedades mecânicas para cada corpo de prova

usinado com diferentes vazões de fluido de corte, e assim, estipular o grau de

importância de cada vazão sobre a superfície usinada, durante o processo de

usinagem.


3

2. JUSTIFICATIVA.

Desde o início do século passado, os processos industriais vêm sendo

sistemática e cientificamente desenvolvidos e analisados. Além do mais, sempre se

tentou alcançar a máxima eficiência associando as questões econômicas às

condições e aos recursos utilizados para a manufatura. A tarefa de fabricar a

matéria-prima e, por meio do uso de energia, manufaturá-la, inevitavelmente gera

questionamentos a respeito de seus resíduos e desperdícios. Para tal, necessita-se

buscar novos caminhos e soluções de forma a melhorar os processos atuais,

substituindo os processos obsoletos e os convencionais por novos métodos que

permitam o alcance de contaminação ambiental mínima, aliados às tecnologias

satisfatórias que provêm alta confiabilidade e condições economicamente aceitáveis.

Frente aos aspectos éticos e econômicos, atualmente deve-se considerar a ecologia

no mesmo nível de atenção de todos os outros fatores, planejando e avaliando seus

produtos e métodos de produção (Sokovic e Mijanovic, 2001).

Os processos de usinagem utilizam fluidos de corte como meio de lubrificação

e refrigeração do contato ferramenta com a peça produzida. A tendência mundial é

produzir peças cada vez mais sofisticadas, com elevado grau de tolerância

geométrica, dimensional e acabamento superficial, com baixo custo e sem poluir o

meio ambiente. A crescente conscientização em torno da defesa do meio ambiente

traz uma forte cobrança às indústrias, que se vêem obrigadas a utilizar

adequadamente os recursos naturais consumidos em seus processos de

manufatura. As empresas podem tirar vantagens competitivas dessa questão com

uma constante investigação sobre o controle e redução dos resíduos gerados em

seus processos produtivos. Devem também buscar sempre garantir a qualidade dos

seus produtos, dos processos e do meio ambiente, além de investir em sistemas

ambientalmente corretos e no tratamento, reciclagem e reutilização dos seus

resíduos. A utilização de fluidos de corte resulta em problemas que vão desde

efeitos nocivos no ambiente de trabalho até a agressão do meio ambiente. Fatores

importantes para resolver alguns problemas passam pela refrigeração das

máquinas, climatização do ambiente, melhores gerenciamento e uso de fluidos de

corte não agressivos (Pereira; Correa; Pivato, 2005).

Internamente, no ambiente industrial, os aspectos ambientais afetam a saúde

do homem devido ao contato do fluido refrigerante com sua pele e pela respiração


4

e/ou ingestão de substâncias irritantes ao organismo, que por ventura estejam em

forma de névoa de óleo e de vapores poluentes. (Diniz et al., 1999; Machado e

Wallbank, 1997; Fuchs, 1999).

Portanto, as organizações são forçadas a desenvolverem tecnologias novas e

alternativas, o que gera desafio tecnológico para os cientistas e engenheiros e

aumenta a importância de se fabricar produtos de maneira ecologicamente aceitável.

Cria-se assim para a organização um diferencial competitivo. O comportamento

ecológico de uma organização também é influenciado a uma extensão considerável

através de fatores externos como legislação estatal e opinião pública, os quais

podem ter impacto econômico significativo afetando as partes interessadas (Sokovic

e Mijanovic, 2001).

Então, pode-se destacar a importância do estudo sobre os impactos gerados

nas propriedades mecânicas de uma superfície usinada variando-se vazão de fluido

de corte, pois, este experimento estará fornecendo novas informações sobre a

quantidade do fluido refrigerante a ser utilizada durante o fresamento de topo.


5

3. OBJETIVO.

3.1. Objetivo Geral.

Verificar se a variação da vazão de alimentação do fluido refrigerante no

fresamento de topo altera propriedades superficiais do aço ABNT 1020 e do aço

ABNT 1045.

3.2. Objetivos Específicos.

Para atingir o objetivo geral foram determinados os seguintes objetivos

específicos:

• Determinar os valores de rugosidade em cada uma das superfícies

usinadas com vazões diferentes de alimentação do fluido refrigerante;

• Determinar a dureza superficial média de cada superfície usinada;

• Determinar a microdureza média de cada superfície usinada;

• Indicar a melhor vazão para alimentação do fluido refrigerante na

fresagem de topo em aços específicos.


6

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.

4.1. Fluido de Corte.

A utilização de fluidos de corte na usinagem dos materiais foi introduzida por

F.W.Taylor em 1890. Inicialmente Taylor utilizou água para resfriar a ferramenta,

depois uma solução água e soda, ou água e sabão para evitar a oxidação da peça

e/ou ferramenta (Diniz, 2006).

Após a iniciativa de Taylor, tivemos vários outros desenvolvimentos de novos

fluidos de corte, e também várias tentativas com intuito de desenvolver um fluido de

corte que minimizasse o atrito, e também viesse a oferecer um alto poder

refrigerante que não desenvolvesse o processo de oxidação da peça e/ou

ferramenta.

Todavia, tem-se observado nos últimos anos uma crescente conscientização

quanto à toxidade dos fluidos de corte empregados na lubrificação e refrigeração da

peça, criando-se uma rígida legislação de proteção ao operador e ao meio ambiente

(Fernandes et al., 2008).

Tal toxidade destes fluidos de corte pode causar aos operadores alguns

sintomas, como no caso de inalação que pode causar irritação das mucosas e da

parte superior das vias respiratórias, esta inalação acontece devido ao produto formar

névoa ou gerar vapores por aquecimento, no caso de contato com a pele e com os

olhos pode causar irritações, no caso de ingestão produz irritação na boca e

garganta, além de distúrbios no aparelho digestivo. Se ocorrer aspiração para os

pulmões, podem causar irritação local ou, em casos mais graves, pneumonia de

origem química. Além das complicações citadas anteriormente à medida que se

intensifica o contato do ser humano com o fluido de corte, podemos ter doenças

como a dermatites, alergias, perda da capacidade pulmonar, câncer gastrointestinal e

a possibilidade de contrair outros tipos de câncer (Perfil, 2011).

Na visão ecológica teremos os efeitos sobre os organismos aquáticos à

possibilidade de contaminação cuja qualidade deve estar de acordo com a legislação

ambiental pertinente, já os efeitos sobre organismos do solo terão que, o fluido

poderá se infiltrar no solo e atingir o lençol freático, causando poluição. Para que

estes efeitos não venham a acontecer, busca-se o descarte de maneira correta, que

seria dado pelo descarte em instalações autorizadas dos postos de serviço segundo


7

as leis e as regras locais quanto ao descarte de resíduos de produtos petrolíferos.

Não despejar em esgotos, águas superficiais ou no solo e o descarte das

embalagens originais deve ser dado em instalação autorizada. E também não devem

ser descartas em esgotos, águas superficiais ou no solo e de maneira alguma devem

ser reutilizáveis para qualquer outro fim (Perfil, 2011).

Diante de tal conjuntura, as indústrias iniciaram uma busca a métodos

alternativos de lubri-refrigeração que empregassem menores quantidades de fluidos.

Dentre todas as técnicas existentes a de Mínima Quantidade de Lubrificação (MQL)

vem ganhando cada vez mais destaque juntamente com a usinagem a seco

(Fernandes et al., 2008).

(Heisel et al. 1998) afirmam que a técnica de MQL é um elo entre os métodos

de lubri-refrigeração convencionais e a usinagem a seco. Estudos envolvendo a

usinagem a seco mostram que a ausência de lubrificante torna-se inviável quando se

verifica a vida da ferramenta, os esforços da máquina e a qualidade superficial da

peça. A MQL caracteriza-se como uma alternativa interessante que combina a

utilização de ar comprimido, responsável pela refrigeração, misturado a uma pequena

quantidade de óleo que lubrifica a interface de contato peça-ferramenta.

Na MQL o elemento responsável pela refrigeração é o ar, o qual possui menor

capacidade de refrigeração do que as emulsões, justamente pelo fato de apresentar

menor capacidade térmica específica. Por este motivo são utilizados na MQL óleos

com excelente capacidade de lubrificação, visando compensar o desempenho

insuficiente do ar refrigerante (Fernandes et al., 2008).

Heisel et al. (1998), Novaski & Dörr (1999) e Klocke et al. (2000) listam as

vantagens da MQL em comparação a refrigeração convencional, sendo as principais

delas:

• Utilização de baixa quantidade de fluido de corte, dispensando a

instalação de um sistema de circulação;

• Materiais de filtragem e reciclagem dos lubrificantes podem ser

evitados;

• Os fluidos de corte consumidos no processo convencional aumentam a

necessidade de manutenção e problemas de despejo e descarte;

• As peças obtidas no fim do processo se encontram quase secas,

dispensando o processo de lavagem subseqüente;


8

• O reduzido teor de óleo misturado aos cavacos não justifica a sua

recuperação;

• A aplicação de biocidas, fungicidas e preservativos pode ser eliminada,

já que a quantidade de óleo existente no reservatório é estimada para

um turno de trabalho sendo, portanto, renovada constantemente

impedindo que haja tempo para o ataque de bactérias.

No entanto, podem-se observar também algumas desvantagens da MQL

frente à refrigeração convencional, como por exemplo, a necessidade de implantação

de um sistema pneumático capaz de pressurizar o ar e outros equipamentos, tais

como coifas e exaustores, responsáveis pela sucção de poluentes em suspensão no

ar (Novaski & Dörr, 1999, Klocke et al., 2000).

Apesar de a MQL gerar menor poluição ambiental, deve-se ter cuidado, pois a

pulverização levanta partículas de óleo no ambiente atmosférico, exigindo um bom

sistema de exaustão com controle de partículas. A aplicação do fluido por névoa é

considerada sem retorno. Mesmo com baixos níveis de vazão (abaixo de 50 ml/h) o

consumo deve ser considerado e calculado. Alguns produtos sintéticos podem

apresentar consumo inferior, quando utilizado em uma concentração normal de, por

exemplo, 5%. Estes produtos podem apresentar uma vida superior a seis meses de

utilização contínua. Mesmo contando com perdas, o consumo deste produto nesse

período será inferior ao pulverizado. As linhas de ar comprimido geram muito

barulho, normalmente acima do limite para o ouvido humano. Isto causa poluição

sonora e prejudica a comunicação. A tendência é que cada vez mais se diminua a

utilização do fluido de corte, tanto por aspectos ambientais quanto econômicos. Para

que isto se torne possível, estudos são realizados e novas tecnologias são criadas,

visando melhorias no processo de usinagem (Diniz, 2006).

4.1.1. Funções do Fluido de Corte.

De acordo com (Stemmer, 1995) o meio Lubri-refrigerante, chamado assim no

processo de usinagem, tem por finalidade:

• Aumentar a vida da ferramenta.

• Aumentar a eficiência de remoção de material.


9

• Melhorar o acabamento superficial.

• Reduzir a força e a potência de corte.

Durante o corte se desenvolve uma grande quantidade de calor, este

aquecimento ocorre por dois fatores, o primeiro tem uma responsabilidade de

apenas 25% neste calor gerado e é dado pelo atrito gerado do contato da

ferramenta com a peça e também com o cavaco; o segundo diz respeito aos 75%

restantes e gera este calor no trabalho desenvolvido para o dobramento do cavaco

(Stemmer, 1995).

A eliminação ou redução de calor gerado na região de usinagem, ou seja, no

plano de trabalho, pode ser dado por refrigeração como também pela redução do

atrito devido ao lubrificante. Outro parâmetro que se altera com a redução de calor

do fluido é a redução dos esforços e da potência de corte.

Há além da busca de novas tecnologias de usinagem para minimizar os

impactos ambientais e danos a saúde de seus operadores, as inovações que visam

a redução do coeficiente de atrito com os desenvolvimentos de novos materiais para

ferramentas, e o desenvolvimento de materiais de peça com usinabilidade

melhorada ou com capacidade lubrificante.

(Stemmer, 1995) diz que os meios lubri-refrigerantes têm as funções básicas

abaixo:

a. Refrigeração;

b. Lubrificação;

c. Proteção contra corrosão;

d. Arrastamento dos cavacos;

e. Eliminação do gume postiço.

a. Refrigeração.

Os requisitos para um bom fluido refrigerante são, baixa viscosidade para fluir

facilmente sobre a peça, a “molhabilidade”, para ter um bom contato térmico, alto

calor específico e alta condutividade térmica para uma fácil absorção do calor da

superfície da peça e ferramenta. Embora parte das operações de usinagem o fluido


10

de corte com ação refrigerante trabalha realmente no sentido de aumentar a vida da

ferramenta (Diniz, 2006).

A refrigeração é especialmente importante em altas velocidades de corte,

pois, quanto maior a quantidade de fluido maior pode ser a velocidade de corte, ou

seja, aumentando a quantidade de fluido diminui-se a temperatura e com isso

aumenta-se a vida útil da ferramenta como comentado anteriormente. Esta

diminuição de temperatura devido à aplicação do fluido também gera benefícios para

a peça, no caso de acabamento superficial e tolerâncias dimensionais. Há também

os casos em que o material da ferramenta influência no uso dos fluidos refrigerantes,

devido ao material não suportar variação de temperatura, que os leva a trincarem ou

mesmo quebrarem, são exemplos desses materiais: cerâmicas a base de óxido de

alumínio e metal duro. Então, nestes casos buscamos evitar a utilização de fluidos

de corte (Diniz, 2006).

Devemos sempre lembrar que o fluido refrigerante tem função de evitar que o

calor seja gerado simultaneamente com o decorrer do processo de usinagem, e não

submeter o fluido refrigerante após o aquecimento da peça e da ferramenta, pois, a

variação de temperatura poderia causar problemas críticos, trincarem e até

romperem.

b. Lubrificação.

A função do fluido de lubrificação é a redução do coeficiente de atrito na zona

de contato da peça e do cavaco com a face da ferramenta, com isso, diminui a

temperatura e conseqüentemente reduz a força e a potência de corte (Diniz, 2006).

O fluido tem sua atuação dada a partir de sua penetração entre as superfícies

em contato através do fenômeno da capilaridade, ajudado pela vibração entre

ferramenta, peça e cavaco (Diniz, 2006).

Destacamos que a lubrificação é muito difícil em usinagens de alta

velocidade, pois, impossibilitam o fenômeno descrito acima, para isso, devem ser

utilizados aditivos de extrema pressão (EP) para que o lubrificante possa alcançar a

zona de contato desejado.

Algumas características necessárias para que um fluido seja um bom

lubrificante: resistir a pressão e temperaturas elevadas sem vaporizar, boas

propriedades anti-fricção e anti-soldante, viscosidade adequada que venha a permitir


11

a formação de um filme de fluido, ou seja, uma película protetora que se formará

entre as partes em contato é condição necessária para que ocorra a ação de

lubrificação (Stemmer, 1995).

c. Proteção contra a corrosão.

O fluído de corte deve proteger a peça, assim como a máquina contra a

corrosão. Isso obriga, no caso de utilização de água, que tem excelentes qualidades

de refrigeração, ao emprego de óleos com emulsificantes ou de aditivos

anticorrosão.

d. Arrastamento de cavaco.

O fluido de corte quer por ação mecânica de arrastamento, quer pelo

esfriamento brusco e fragilização do cavaco, quer por alteração da forma do cavaco,

tem uma importante função na eliminação dos cavacos da área de trabalho. Esta

ação é especialmente útil na furação profunda, na trepanação e na furação com

brocas canhão, onde se usa fluido injetado sob pressão, através da ferramenta de

corte, para forçar os cavacos para fora do furo.

e. Eliminação do gume postiço.

O gume postiço se forma especialmente em baixas velocidades de corte,

prejudicando seriamente o acabamento superficial. A lubrificação da face da

ferramenta (superfície de saída) por fluidos com aditivos de extrema pressão (EP) ou

por óleos graxos pode evitar a formação do gume postiço.

A importância relativa de cada uma das funções dependerá, ainda, do

material usinado, do tipo de ferramenta usada (geometria definida ou indefinida), das

condições de usinagem, do acabamento superficial e do controle dimensional

exigido (Silva, 2000).

Segundo Motta & Machado (1995), é importante observar que os fluidos de

corte só proporcionarão um máximo desempenho, reduzirão custos e aumentarão a

produção se ocorrer à escolha correta do tipo de fluido, sendo que ele


12

necessariamente precisará atender às condições específicas de usinagem que lhe

serão impostas.

De acordo com Runge & Duarte (1990), além das funções acima, os fluidos

de corte devem ter, ainda, algumas propriedades básicas, como propriedades

anticorrosivas, antiespumantes, antioxidantes, compatibilidade com o meio,

propriedades de lavagem, alta capacidade de absorção de calor, alta capacidade de

umectação, boas propriedades antidesgaste, propriedades EP, estabilidade durante

a estocagem e o uso, ausência de odor forte ou desagradável, ausência de

precipitados sólidos, viscosidade adequada, transparência etc.

É importante observar que não existe um único fluido com todas as

propriedades. Os fluidos comerciais buscam reunir as propriedades mais

importantes para a operação de usinagem a ser desempenhada.

4.1.2. Classificação dos Fluidos de Corte.

A classificação dos fluidos de corte pode ser dada em dois grupos que depois

se divide em alguns subgrupos, a figura 1 abaixo mostra como é dada esta

classificação:

Figura 1. Esquema de classificação dos fluidos de corte (Diniz, 2006).

Emulsões são os fluidos em que certa quantidade de óleo está distribuída na

água ou vice-versa. Óleo seja de qualquer origem, em sua forma primária é

incompatível com água e não é possível que se encontre “mistura” em qualquer

proporção, pois têm natureza polar diferente (óleo é uma substância apolar e a água

é fortemente polar). Sendo assim, agentes emulsionantes possibilitam que pequenas


13

gotas de óleo fiquem uniformemente dispersas em água, formando emulsões

estáveis de óleo em água (Novaski e Rios, 2002). Quanto maior o percentual de

água na emulsão, maior seu poder de refrigeração, o que valida o inverso, deixando-

o com maior capacidade de lubrificação. Então, as emulsões são basicamente

compostas de uma pequena porcentagem de um concentrado de óleo emulsionável,

emulsificadores e outros ingredientes dispersos em pequenas gotículas na água. A

proporção óleo-água nesses compostos varia de 1:10 a 1:100 por serem

essencialmente água possuem alto poder refrigerante (Diniz, 2006).

Em usinagem, os óleos emulsionáveis geralmente usados são do tipo óleo em

água, sendo o óleo a fase interna e a água a fase externa. O percentual de óleo

depende do serviço a ser realizado, mas em geral varia de 3 a 20% (Micaroni, 2001).

Visto serem as emulsões essencialmente água, para evitar seus efeitos nocivos,

geralmente são adicionados aditivos anticorrosivos, como o nitrito de sódio, o que,

juntamente com a presença de óleo mineral e emulsificadores, minimizam o baixo

poder de umedecimento e a ação corrosiva apresentada pela água (Diniz et al.,

2001; Jain e Shukla, 1996). Em casos de usinagem com altos avanços e

profundidades de corte, bem como quando se tem uma forte possibilidade de

geração de aresta postiça de corte, indica-se o uso de emulsões com aditivos

minerais por terem efeitos altamente lubrificantes (Novaski e Rios, 2002).

Para aços de usinabilidade normal (aços de cementação, de beneficiamento e

de construção) recomenda-se o uso de emulsões e soluções (Stemmer, 1995).

A vida das emulsões é dependente do desenvolvimento da vida microbiana e

do valor do PH, que ao cair ocasiona a diminuição da proteção contra corrosão e

produz um cheiro desagradável. A vida das emulsões, nos processos de usinagem,

é dada de semanas a meses (Stemmer, 1995).

Considerando que o experimento contará com uma alta velocidade de corte e

com alterações nas condições de usinagem, isto é, exigindo um poder de

refrigerante e poder lubrificante, fez-se uso dessas emulsões na operação de

usinagem.


14

4.1.3. Influência do Fluido de Corte na Qualidade d o Material.

Segundo (Ferraresi, 1977) a qualidade do acabamento superficial da peça

usinada depende principalmente da geometria da ferramenta, das condições de

corte e do comportamento dinâmico da máquina.

A influência dos fluidos de corte durante a operação de usinagem se faz sentir

no acabamento da peça através dos três fatores:

1. Quanto à geometria da ferramenta, os principais elementos determinantes do

acabamento de peça são: o raio da ponta, o ângulo de saída e o ângulo de

folga. O acabamento superficial irregular da peça usinada é devido em grande

parte aos fragmentos metálicos da aresta postiça. O controle da formação da

aresta postiça resulta do objetivo do fluido de corte com vistas ao acabamento

superficial. A tendência a formar aresta postiça é grandemente diminuída

quando o coeficiente de atrito na interface ferramenta-cavaco é menor (uso

de lubrificante).

2. Quanto às condições de corte, já é conhecida a relação que liga o

acabamento superficial com a velocidade. Com vistas ao melhoramento do

acabamento superficial da peça usinada, o aumento de velocidade provocará

também o aumento da temperatura. A ocorrência de deterioração prematura

da ferramenta poderá ser evitada com o uso de fluidos de corte.

3. Quanto ao comportamento dinâmico da máquina, os seguintes fatos devem

ser levados em consideração:

• As forças de usinagem são de caráter vibratório – donde a solicitação

dinâmica dos componentes da maquina;

• As vibrações dos componentes da máquina conduzem à produção de

rugosidade superficial indesejável na peça usinada;

• A redução do coeficiente de atrito na interface ferramenta-cavaco

produz uma diminuição na intensidade das forças de usinagem – disso

resulta uma diminuição da solicitação dinâmica da máquina.


15

Pode-se, portanto, dentro de certos limites, usando fluidos de corte, levar a

máquina a um funcionamento onde as solicitações dinâmicas, não sendo muito

intensas, permitirão um acabamento superficial próximo do desejado.

4.2. Fresamento.

O fresamento é uma operação de usinagem cuja ferramenta de corte,

chamada fresa, possui arestas cortantes dispostas simetricamente em torno de um

eixo que executa a retirada do material auxiliada pelo movimento de corte (este

movimento é proporcionado pela rotação da mesma em torno de seu eixo). O

movimento de avanço, que permite o prosseguimento da operação, é feito pela

própria peça em usinagem que é fixada na mesa da máquina. A mesa obriga a peça

a passar sob a ferramenta em rotação, dando-lhe assim a forma e dimensões

desejadas. (Ferraresi, 1973).

Ao contrário do torno que executa apenas peças rotacionais (perfis de

revolução), a fresadora é uma máquina elaborada para a usinagem de peças, sendo

utilizados na fabricação de superfícies planas, contornos, ranhuras e cavidades,

entre outras.

4.2.1. Tipos Fundamentais de Fresamento.

O fresamento pode ser classificado segundo a posição do eixo-árvore da

máquina-ferramenta. Segundo (Ferraresi, 1973), esta classificação é melhor

exemplificada na figura 2:

a. Fresamento Horizontal: quando o eixo-árvore está na posição

horizontal;

b. Fresamento Vertical: quando o eixo-árvore está na posição vertical;

c. Fresamento Inclinado: quando o eixo-árvore não está nem na

horizontal, nem na vertical, mas inclinado em relação a estas direções.


16

Figura 2. Operações de fresamento: A) Horizontal; B) Vertical (Ferraresi,

1973).

Outra classificação que também pode ser dada ao fresamento, é segundo a

disposição dos dentes ativos da fresa (Ferraresi, 1973). Tem-se desta maneira:

a. Fresamento Tangencial: nesta operação os dentes ativos estão na

superfície cilíndrica da ferramenta – O eixo da fresa é paralelo à superfície

que está sendo gerada. As fresas são chamadas de fresas cilíndricas ou

tangenciais. Essas fresas operam segundo um fresamento concordante ou

discordante, conforme mostradas na figura 3:

I. Fresamento Concordante: é aquele onde o sentido do movimento de

avanço é o mesmo do movimento rotatório da fresa.

II. Fresamento Discordante: é aquele onde o sentido do movimento de

avanço é contrário ao sentido do movimento rotatório da fresa.


17

Figura 3. Fresamento Cilíndrico ou Tangecial Dicordante e Concordante

(Ferraresi, 1973).

A fresagem concordante tem as seguintes vantagens:

• A força de corte entra na peça forçando-a contra a mesa, enquanto na

fresagem discordante a força de corte tende a levantar a peça, fazendo

com que peças finas percam seu apoio na mesa ou vibrem;

• Vida mais longa da ferramenta;

• Melhor acabamento superficial;

• Caminho mais curto do gume, durante o corte. Esta redução é, em

média, da ordem de 3%, com redução correspondente do desgaste da

ferramenta.

b. Fresamento Frontal: nesta operação as arestas secundárias estão situadas

na parte frontal da fresa, gerando a superfície da peça (neste caso o eixo da

fresa é perpendicular à superfície que está sendo gerada). As fresas são

chamadas de fresas frontais ou de topo, a figura 4 mostra como é feito esse

tipo de fresamento.


18

Figura 4. Fresamento Frontal ou de topo (Ferraresi, 1973).

4.2.2. Fresamento de Topo.

De acordo com (Stemmer, 2005) a superfície usinada resulta da ação

combinada dos gumes localizados na periferia e na face frontal da fresa, esta

geralmente em ângulo reto ao eixo da ferramenta. A superfície fresada é plana, sem

qualquer relação com o contorno dos dentes, salvo na fresagem contra um ressalto.

A fresagem frontal, pela sua alta produtividade, deve ser preferida sempre que

possível. A espessura do cavaco varia de um mínimo na entrada e na saída do

dente cortante até um máximo na linha que passa pelo centro da fresa e com

direção igual à do avanço. A superfície usinada é caracterizada pelas raias de

usinagem deixadas pelos dentes, de acordo com o avanço por volta e por dente.

Estas marcas dependem da precisão com que foram retificados os vários dentes ou

da precisão de ajuste do corpo e das pastilhas, no caso de pastilhas de fixação

mecânica, bem como da rigidez e precisão de giro do cabeçote de fresar.

Raias semelhantes são deixadas também pelos dentes, ao retornarem para a

posição de corte, passando sobre a superfície usinada. Para evitá-las, é considerada

boa prática, inclinar a árvore da fresadora, levemente, na direção de avanço, de

modo que os dentes, no retorno, não mais arranhem a superfície usinada.

O diâmetro da fresa frontal deve ser maior do que a largura a ser fresada.

A face frontal pode ser plana ou semi-esférica, como na fresa de matrizaria. O

número de dentes depende do material a ser usinado, da forma da peça a ser


19

gerada, assim como do diâmetro da ferramenta. Devem ser atendidas as seguintes

condições, em parte até contraditórias:

• Pequena carga sobre cada dente individual;

• Bom grau de recobrimento;

• Passo grande para dar alojamento aos cavacos.

4.3. Rugosidade Superficial.

A rugosidade superficial é definida como as diferenças que se repetem,

regular ou irregularmente, cujas distâncias são um múltiplo reduzido de sua

profundidade, que resultam da ação inerente ao processo de usinagem. A

importância do estudo do acabamento superficial aumenta à medida que cresce a

precisão de ajuste entre peças a serem acopladas, onde somente a precisão

dimensional e de forma e posição não são suficientes para garantir a funcionalidade

do par acoplado. É fundamental para peças onde houver atrito, desgaste, corrosão,

aparência, resistência à fadiga, transmissão de calor, propriedades óticas,

escoamento de fluidos (paredes de dutos e tubos), superfícies de medição (blocos-

padrões, micrômetros) a especificação do acabamento das superfícies através da

rugosidade superficial (Agostinho, 1995).

A figura 5 mostra que, quanto melhor o acabamento superficial, ou seja, as

tolerâncias geométricas, melhor a resistência à quebra por fadiga. Esse tipo de

acabamento tende a variar para diferentes processos.


20

Figura 5. Influência da rugosidade superficial na resistência à fadiga

(Agostinho, 1995).

É certo que, para diferentes acabamentos conseguidos pelos diversos

processos de usinagem, supondo-se constante a resistência mecânica, a resistência

à fadiga será maior quanto melhor for o acabamento superficial (Agostinho, 1995).

4.3.1. Parâmetros de Rugosidade.

A superfície de uma peça tem dois aspectos importantes que devem ser

definidos e controlados. O primeiro aspecto refere-se às irregularidades geométricas

na superfície topográfica, e o segundo as alterações metalúrgicas da camada

subsuperficial (Oliveira, 2006).

A superfície de peças apresenta perfis bastante diferentes entre si. As

saliências e reentrâncias (rugosidade) são irregulares. Para dar acabamento

adequado às superfícies é necessário, portanto, determinar o nível em que elas

devem ser usinadas, ou seja, deve-se adotar um parâmetro que possibilite avaliar a

rugosidade (Fudação Roberto Marinho, 1995).


21

Rugosidade média (Ra) é a média aritmética dos valores absolutos das

ordenadas de afastamento, dos pontos do perfil de rugosidade em relação à linha

média, dentro do percurso de medição.

Segundo Lima e Correia (2008) o método de medição de rugosidade mais

utilizada na mecânica é a Ra, pois é o método de mais fácil integração e os circuitos

eletrônicos dos instrumentos de medição são relativamente simples, além de ser o

parâmetro indicado pela ABNT.

Desvio médio aritmético (Ra): é a média aritmética dos valores absolutos

das ordenadas do perfil efetivo em relação à linha média num comprimento de

amostragem, a figura 6 mostra graficamente como é obtida a rugosidade média (Ra)

(Agostinho, 1995).

Figura 6. Desvio médio aritmético Ra (Agostinho, 1995).

As vantagens do parâmetro Ra de acordo com (Fudação Roberto Marinho,

1995):

• É o parâmetro de medição mais utilizado em todo o mundo;

• É aplicável à maioria dos processos de fabricação;

• Devido a sua grande utilização, quase todos os equipamentos

apresentam esse parâmetro;

• Os riscos superficiais inerentes ao processo não alteram muito seu

valor;


22

• Para a maioria das superfícies o valor da rugosidade nesse parâmetro

está de acordo com a curva de Gauss, que caracteriza a distribuição

de amplitude.

Altura das irregularidades dos 10 pontos (Rz): definida como a diferença

entre o valor médio das ordenadas dos 5 pontos mais salientes e valor médio das

ordenadas dos 5 pontos mais reentrantes medidas a partir de uma linha paralela à

linha média, não interceptando o perfil, e no comprimento de amostragem, a figura 7

e a equação 1 demonstram como é obtida esta rugosidade Rz (Agostinho, 1995).

Figura 7 . Altura das irregularidades dos 10 pontos Rz (Agostinho, 1995).

�� =�1 +�3 +�5 +�7 + �9

5+

�2 +�4 +�6 +�8 + �105

(1)

As vantagens do parâmetro Rz de acordo com (Fundação Roberto Marinho, 1995):

• Informa a distribuição média da superfície vertical;

• É de fácil obtenção em equipamentos que fornecem gráficos;

• Em perfis periódicos, define muito bem a superfície,

• Riscos isolados serão considerados apenas parcialmente, de acordo

com o número de pontos isolados.


23

4.4. Dureza Rockwell Superficial.

A dureza é uma propriedade mecânica que pode ser conceituada como a

resistência que um material apresenta ao risco ou à formação de uma marca

permanente quando pressionado por outro material ou por marcadores padronizados

(Garcia, 2000).

A dureza emprega igualmente várias escalas independentes e é utilizada para

medir dureza de pequenas espessuras, como lâminas, e para metais que sofreram

algum tratamento superficial, como cementação, nitretação, etc. (Souza, 1982).

Esse tipo de ensaio de dureza utiliza-se da profundidade da impressão

causada por um penetrador sob a ação de uma carga como indicador da medida de

dureza, e não há relação com a área da impressão, como no caso da dureza Brinell.

A dureza Rockwell pode ser classificada como comum ou superficial, dependendo

do penetrador e da pré-carga e carga aplicadas (Garcia, 2000).

A dureza Rockwell, simbolizada por HR, elimina o tempo necessário para a

medição de qualquer dimensão da impressão causada, pois o resultado é lido direta

e automaticamente na máquina de ensaio, sendo, portanto, um ensaio mais rápido e

livre de erros humanos. Além disso, utilizando penetradores pequenos, a impressão

pede muitas vezes não prejudicar a peça ensaiada. A rapidez do ensaio torna-o

próprio para usos em linhas de produção, para verificação de tratamentos térmicos

ou superficiais e para laboratório. (Souza, 1982).

O ensaio é baseado na profundidade de penetração de uma ponta, subtraída

da recuperação elástica devida à retirada de uma carga maior e da profundidade

causada pela aplicação de uma carga menor (Souza, 1982). O penetrador tanto

pode ser um diamante esferocônico com ângulo de 120º e ponta ligeiramente

arredondada (r = 0,2 mm), mostrado na figura 8, como uma esfera de aço

endurecido, geralmente com diâmetro de 1,59 mm, existindo também nos diâmetros

de 3,17 mm, 6,35 mm e 12,70 mm (Garcia, 2000).


24

Figura 8. Penetrador de diamante no ensaio Rockwell na aplicação de carga

(Sobral, 2009).

4.5. Microdureza.

Os testes de microdureza surgiram, ainda na década de 50, da necessidade

de se utilizar cargas muito menores, porque os testes convencionais já não

possuíam cargas suficientemente baixas para medir somente a dureza de uma

superfície tratada, ou de um filme com espessura pequena (Blando, 2001).

Atualmente os testes de microdureza mais difundidos e utilizados são os métodos

Vickers e Knoop. Ambos os métodos são bem adequados para a medição de dureza

em regiões pequenas e selecionadas dos corpos de prova, sendo o método Knoop

indicado para testar materiais frágeis (Callister, 2002).

O método identação, ou ensaio de dureza, consiste na aplicação de uma

pressão com uma ponta de penetração, a qual irá imprimir uma marca na superfície

da peça/material analisado. A medida da dureza será dada em função das

características da marca de impressão e da força aplicada (Blando, 2001).

Em algumas situações práticas, ocorre a necessidade de determinação da

dureza de pequenas áreas do corpo de prova. O ensaio de microdureza produz uma

impressão microscópica e se utiliza de penetradores de diamante e cargas menores

que 1 Kgf, como mostrado na figura 9 (Garcia, 2000).

O ensaio é aplicável a todos os materiais metálicos com quaisquer durezas,

especialmente materiais muito duros, ou corpos de prova muito finos, pequenos e

irregulares (Garcia, 2000).


25

Figura 9. O penetrador padronizado utilizado no ensaio de dureza (Sobral, 2009).

Segundo (Garcia, 2000) a forma da impressão é a de um losango regular,

cujas diagonais devem ser medidas por um microscópio acoplado à máquina de

teste; a média dessas duas medidas utilizadas para a determinação da dureza

Vickers é dada pela seguinte expressão:

�� = �,��×�×�×��(

��)

�²(2)

Dados: ! = "#$%#(&);

( = ")*+$,*-./)(#(,#%).#0(#,*+$-11ã)(**)

3 = 136°


26

5. MATERIAIS E MÉTODOS.

5.1. Fabricação de Corpo-de-prova.

Na fabricação foram utilizadas máquina de serra de fita, modelo St – 3720 da

fabricante Starrett Indústria e Comércio Ltda., mostrada na figura 10, o torno

mecânico universal, modelo mascote gold da fabricante NARDINI que minimizaria

irregularidades e rebarbas nas superfícies, e a máquina fresadora universal de

modelo FU 301 da fabricante Arsenal, mostrada na figura 12, para obter a forma

desejada.

Figura 10. Máquina de serra de fita, modelo St – 3720, do fabricante Starrett

Indústria e Comércio Ltda (Próprio autor).

Para a escolha das dimensões do corpo de prova mostrado na figura 11,

levou-se em consideração que a fresa em movimento seria capaz de usinar toda a

superfície em uma única passada, ou seja, as dimensões do corpo de prova teriam

de ser menores que a medida do diâmetro da fresa que é de 40 mm, com isso,

definiu-se como melhores medidas para o corpo de prova as seguintes:


27

Figura 11. Modelo do corpo de prova com as dimensões escolhidas (Próprio

autor).

Para obtermos o formato desejado utilizou-se a máquina fresadora

universal de modelo FU 301 da fabricante Arsenal mostrada na figura 15.

Figura 12. Máquina fresadora universal de modelo: FU 301 da fabricante

Arsenal (Próprio autor).


28

5.2. Determinação dos Parâmetros de Corte.

A partir da tabela 1, observamos que os parâmetros de velocidade de corte e

avanço por dente para aços ABNT 1020 e ABNT 1045 estão dentro de uma mesma

variância para o fresamento que utiliza pastilhas de metal duro acopladas a um

cabeçote fresador.

Tabela 1. Parâmetros de corte para fresamento de topo com pastilhas de metal duro

(SENAI, 2005).

Como se tem grande abrangência de valores preferiu-se estipular valores

iguais de velocidade de corte e avanço por dente para ambos os aços, podendo

observar se há grande variação nas magnitudes das propriedades dos aços com a

utilização de parâmetros iguais.

Com os valores de velocidade de corte e avanço por dente determinados,

pode-se calcular e obter os demais parâmetros necessários para o fresamento

(diâmetro da fresa é D = 40 mm). Através das equações 3 e 4 foram esboçados os

parâmetros de corte descritos na tabela 2.

. =56×��

7×8(3)

# = . × � × 9:(4) Dados:

# = #;#.ç)-***

*,.

= = (,â*-/$)(#9$-1#

. = $)/#çã)(#9$-1#

�" = ;-0)",(#(-(-")$/-

9� = #;#.ç)+)$(-./--***


29

Tabela 2. Parâmetros de corte para o experimento.

Parâmetros de

corte

Velocida

de de

corte

(m/min)

Avanço por

dente

(mm/dente)

Avanço

(mm/min)

Rotação

(RPM)

Profundidad

e do corte

(mm)

Desbaste

125,6

0,1

315

1000

2,0

Acabamento

157,1

0,1

500

1250

1,5

5.3. Preparação de Fluido de Corte.

Para o desenvolvimento do experimento com um mínimo de erro, fez-se

necessário a preparação de um novo fluido de corte através das instruções de

preparo do fabricante.

O óleo emulsionável utilizado para a fabricação da emulsão foi o LUBRAX

INDUSTRIAL OP- 38 - EM, como mostrado na figura 13, que recomenda uma

quantidade de 8% desse óleo emulsionável na composição da emulsão, então,

estipulando que o volume a ser colocado na máquina é de 25 litros rapidamente

tem-se 2 litros correspondente a óleo emusionável e os 23 litros restantes

correspondentes a água.


30

Figura 13. Óleo emulsionável LUBRAX INDUSTRIAL, OP – 38 – EM, utilizado

para a fabricação da emulsão (Próprio autor).

5.4. Medições de Vazões.

Depois do preparo da emulsão fez-se necessário identificar os valores de

vazões médio e máximo. Para esta determinação utilizou-se o principio da vazão

dado pela equação (5) que relaciona o tempo gasto para o enchimento de um

recipiente de volume conhecido. Então, através da utilização de um cronômetro e de

uma proveta de 1000 ml, foram estraidas médias referentes a 5 aferições de tempo

para ambas, em seguida foram calculadas a vazão média para cada uma.

? =5

@(5)

Dados:

? = ;#�ã)-**A

1

� = ;)0B*-").ℎ-",()(*A)

/ = /-*+)(--."ℎ,*-./)(1)

Para o conhecimento das médias aritméticas e desvio padrão de cada vazão

foram devidamente calculadas seguindo as equações estatísticas abaixo:

DE = ∑ D,.,=1.

(6)


31

G2 =∑ (D,−DI)².,=1

.(7)

G = √G�(8)

Dados: DE = Ké(,##$,/*é/,"#

G2 = �#$,â.",#

G = =-1;,)+#($ã)

As médias aritméticas e desvio padrão referentes aos processos de leitura e

identificação das medidas de rugosidade média e de dureza Rockwell superficial de

cada superfície usinada seguiram as equações acima citadas.

A tabela 3 mostra as vazões máximas e médias obtidas após a execução dos

cálculos.

Tabela 3. Valores de vazões médias e máximas.

Vazão Média (m³/s) Desvio padrão Máxima 7,9 x 10−5 1,83 x 10−7 Média 4,9 x 10−5 3,43 x 10−7

5.5. Fresamento de Superfícies.

As usinagens foram realizadas em uma máquina fresadora universal, modelo

FU 301 do fabricante Arsenal (figura 12), localizada no laboratório de usinagem da

Universidade Federal do Vale do São Francisco (UNIVASF).

Em relação aos corpos de prova, foram feitas três amostras para cada tipo de

aço, totalizando 6 amostras. As usinagens foram feitas respectivamente nesta

ordem: sem fluido, com vazão média e com vazão máxima de fluido refrigerante,

mostradas nas figuras 14 a, b e c, todos eles usinados no movimento concordante,

que possibilita melhor acabamento.


32

(a)

(b)

(c)

Figura 14. Fresamento variando-se vazões: (a) Sem fluido, (b) Vazão média e

(c) Vazão máxima (Próprio autor).


33

O fresamento foi dado em duas etapas: primeiramente em condições de

desbaste e posteriormente em condições de acabamento, após a usinagem foram

aferidas os valores das leituras.

No processo de fresamento da condição de desbaste foram retiradas 4,0 mm

de espessura de cada corpo de prova com a utilização dos parâmetros da tabela 2,

ou seja, foram executadas duas passadas com profundidade de 2,0 mm, todas na

mesma direção dadas da esquerda para direita e no sentido longitudinal. No

processo de fresamento da condição de acabamento diferenciou-se apenas na

magnitude da profundidade de corte que foram de 1,5 mm por passada, totalizando

3,0 mm de espessura retirada. O acabamento tem menor profundidade de corte para

que a força executada no arrancamento de cavaco venha a provocar a não

uniformidade da superfície usinada.

O fresamento dos 6 corpos de prova utilizaram os parâmetros da tabela 2 e

foram feitos através do cabeçote fresador (490R – 08T3, fabricante Sandvick,

mostrado na figura 15) em que foram acopladas 8 pastilhas de metal duro novas.

Figura 15. Cabeçote fresador (490R – 08T3, fabricante Sandvick)

(Próprio autor).

As pastilhas (490 – 040Q16 – 08M, CoroKey da fabricante Sandvick

Coromant), mostrada na figura 16, demonstram as seguintes propriedades:

• Material da peça: Tipo P (Aços);

• Tipo de aplicação (fresamento): Tipo M (Usinagem média);

• Condições de usinagem: Condições difíceis;

• Dados de corte:

Avanço por dente máximo: 0,15 mm/dente.


34

Velocidade de corte máxima: 265 m/min.

• Produtos específicos: GC 4240 (HC).

Figura 16. As pastilhas (490 – 040Q16 – 08M, CoroKey da fabricante

Sandvick Coromant) (Próprio autor).

5.6. Medições de Rugosidade Médias.

Através do rugosímetro digital portátil, modelo TR200 H138 – 004 do

fabricante HOMIS, demonstrado na figura 17 abaixo, foram observados os

parâmetros de rugosidade média, Ra e Rz, em um total de 8 aferições em diferentes

partes das superfícies em condições de acabamento.

Durante todo o processo experimental o equipamento permaneceu sem que

houvesse alteração nas configurações para a realização do experimento, na tabela 4

está demonstrada a configuração utilizada:

Tabela 4. Configurações do rugosímetro digital portátil durante a realização do

experimento.

Standard ISORange ± 40 µmCutoff 2,5 mm

N* Cutoff 5Filter Gauss

Display R: RaUnit Metric


35

Figura 17. Rugosímetro digital portátil, modelo TR200 H138 – 004 do

fabricante HOMIS (Próprio autor).

5.7. Medições de Dureza Superficial.

Para a realização do ensaio de dureza Rockwell superficial foi utilizado o

durômetro de bancada, modelo DT – 20 D (digital) do fabricante Mitotoyo, como

mostra a figura 18, sendo este ensaio realizado no laboratório de ensaios mecânicos

da Universidade Federal do Vale do São Francisco (UNIVASF). As durezas

superficiais foram obtidas através de uma média de 6 aferições que foram retiradas

de diferentes pontos da superfície usinada em condição de acabamento. Para a

realização deste experimento foi usada a escala 15 N que tem como penetrador a

ponta de diamante, imprimindo sobre o corpo de prova uma carga de 147,1 N (15

KgF).


36

Figura 18. Durômetro de bancada, modelo DT – 20 D (digital) do fabricante

Mitotoyo (Próprio autor).

5.8. Medições da Microdureza.

Para a realização do ensaio de microdureza Vickers foi utilizado o

microdurômetro, modelo HXD-1000TM da fabricante Pantec, mostrada na figura 19,

ensaios feitos no laboratório de metalografia da Universidade Federal do Vale do

São Francisco (UNIVASF).

Foram feitas 5 aferições e delas retirou-se a média correspondente para cada

superfície usinada, o microdurômetro utilizado facilitou o trabalho, pois, já conta com

um sistema de memória interna que é responsável por armazenar valores sempre

que desejado. No experimento foram aplicadas cargas de 0,1 kg nas 5 extremidades

da face transversal, uma aplicação no centro da face longitudinal e posteriormente

extraindo-se a média e o desvio padrão de cada face. Na figura 20 é mostrada a

impressão obtida após aplicação da carga.


37

Figura 19. Microdurômetro, modelo HXD-1000TM da fabricante Pantec

(Próprio autor).

Figura 20. Visualização de perfuração (Vickers) na face da amostra

(Próprio autor).


38

6. RESULTADOS E DISCUSSÕES.

A integridade superficial é descrita como a condição da qualidade da

superfície usinada, vinculadas às alterações superficiais e subsuperficiais da peça

caracterizada pela rugosidade, tolerância dimensional, alterações mecânicas, entre

outros (Oliveira, 2006). Para identificar a qualidade superficial das peças usinadas

foram examinadas as rugosidades médias, durezas Rockwell superficiais,

microdurezas Vickers e as composições de cada superfície, então, para melhor

visualização os resultados são mostrados em gráficos e fotografias.

6.1. Resultados de Rugosidade Superficial.

Os valores de rugosidade obtidos com o método de vazão máxima de lubri-

refrigeração foram intensamente melhores dos obtidos com a variação de técnica de

lubri-refrigeração. Isto se explica pelo fato de que na operação de fresamento a

remoção de cavacos da região de corte é de fácil ocorrência, já que o mesmo tem

uma direção natural a seguir com a imposição de um fluido. Mas, na utilização do

método convencional, também temos um fluxo abundante de fluido de corte que é

responsável por expulsar tais cavacos da região interna da peça, no entanto, o que

na verdade os diferencia é a pressão exposta à superfície usinada que no caso da

vazão máxima vai ser maior, e com isso, vai preservar mais as propriedades do

material devido ao resfriamento quase que instantâneo. Já na não utilização de um

fluxo não foi capaz de remover os cavacos da zona de corte. Apesar disso, verifica-

se que tais valores do método convencional e vazão zero estão dentro dos limites

aceitáveis para o processo de fresamento que, de acordo com Diniz et al. (2000),

devem estar entre 0,8 e 6,3 µm, mas já o método com vazão máxima esta abaixo do

valor mínimo estipulado no intervalo o que indica que os limites podem ser

melhorados a partir da utilização desse aumento de quantidade de fluido.

A Figura 21 apresenta os valores de rugosidade média (Ra e Rz) para o aço

ABNT 1020 nas diferentes condições de vazão. Os valores medidos de Ra e Rz

apresentaram uma tendência de aumento significativo da rugosidade à medida que

se diminuía a vazão do fluido de corte. Com a refrigeração, devido ao emprego do

fluido de corte em abundância, as temperaturas na região do corte permaneceram

relativamente baixas, pois, além de diminuir o coeficiente de atrito na interface


39

peça/ferramenta, o fluido absorve parte do calor gerado no processo (Konig &

Klocke, 2002). Desta forma identificamos a importância da utilização de fluido de

corte para o melhoramento de qualidade superficial quando referente à rugosidade

de aços ABNT 1020.


superfícies de aço ABNT 1020, usinadas com variação de fluido.

Verifica-se na Figura 22 que os valores de rugosidade média (Ra e Rz) para o

aço ABNT 1045 nas diferentes condições de vazão não interferiram sobre os valores

de rugosidade, já que não é possível observar diferença estatística entre eles,

mantendo a rugosidade aritmética praticamente constante na faixa de ~ 2,00 µm.

Isto se explica pelo fato de o material apresentar boa usinabilidade e boa resistência

mecânica sobre a imposição de variação extremas de técnicas de usinagem. Desta

forma identificamos que o aço ABNT 1045 não oferece a mesma dependência à

utilização de fluido de corte para o melhoramento de qualidade superficial.

(1020,Zero) (1020, Méd.) (1020, Máx.)

Ra [µm] 1,400 1,135 0,676

Rz [µm] 9,230 7,715 4,060

0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

Ru

go

sid

ad

e [

µm

]


40


superfícies de aço ABNT 1045, usinadas com variação de fluido.

6.2. Resultados de Dureza Superficial.

A Figura 23 demonstra valores médios de dureza Rockwell superficial de

ambos os aços, os valores foram obtidos através de um cálculo médio de seis

identações realizadas em cada superfície usinada em condições diferentes de

vazão. Os valores de dureza superficial apresentaram-se constantes para ambos os

aços.

No aço ABNT 1020 a dureza superficial sofre pequena influência da vazão de

fluido de corte à medida que diminuímos a vazão obtemos um pequeno decréscimo

no valor de dureza superficial, isso, devido à relação da dureza deste aço com o

tempo de resfriamento que indica que quanto menor o tempo, maior a possibilidade

de conservar a dureza superficial do material.

No aço ABNT 1045 a dureza superficial também sofre pequena influência da

vazão de fluido de corte e por isso apresenta uma dureza superficial maior por causa

da instantaneidade do resfriamento na vazão máxima causada pela preservação da

dureza do material, já a execução do processo com vazão zero demonstra maior

valor que a vazão média devido ao fenômeno de encruamento, que causa no aço

(1045,Zero) (1045, Méd.) (1045, Máx.)

Ra [µm] 1,929 2,042 1,928

Rz [µm] 11,830 12,390 11,534

0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

Ru

go

sid

ad

e [

µm

]


41

ABNT 1045 um aumento na sua rigidez e diminuição na sua maleabilidade neste tipo

de resfriamento.

Figura 23. Gráfico com o comportamento da dureza Rockwell superficial (HR) das

superfícies usinadas com variação de fluido.

6.3. Resultados de Microdureza.

Para as subsuperfícies fresadas, somente foi possível identificar a presença

de deformações plásticas acompanhadas pelo aumento na microdureza. Analisando

o gráfico da figura 24 que apresenta um comparativo entre os valores das

superfícies usinadas e das superfícies primitivas, é possível observar que, que em

todas as superfícies de aço ABNT 1020 ocorre uma diminuição do valor de

microdureza com relação ao valor primitivo, ou seja, do material que não sofreu

usinagem. O aço ABNT 1020 apresenta uma tendência de aumento da microdureza

à medida que se aumenta à vazão do fluido de corte. Isso pode ser explicado pelo

fato de que os principais fatores atuantes sobre o surgimento de deformações

plásticas são os esforços durante o cisalhamento do material e o calor gerado e

conduzido para a peça. Já os valores de microdureza das superfícies usinadas do

aço ABNT 1045 apresentam-se maiores nos métodos de usinagem a seco e de

usinagem com lubri-refrigeração máxima, pois, no processo de vazão máxima o

endurecimento é dado devido ao resfriamento instantâneo que mantém sua

(1020,Zero) (1020, Méd.) (1020, Máx.) (1045,Zero) (1045, Méd.) (1045, Máx.)

HR 62,34 62,55 62,86 63,18 63,04 63,94

61,00

61,50

62,00

62,50

63,00

63,50

64,00

64,50

Du

reza

Ro

ckw

ell

Su

pe

rfic

ial

[HR

]


42

resistência mecânica, já no processo de vazão zero o endurecimento é dado pela

deformação plástica que altera a estrutura interna do metal, tornado mais difícil o

escorregamento posterior e mantendo assim a microdureza do metal.

.

Figura 24. Gráfico com o comportamento da microdureza Vickers (HV) das

superfícies usinadas comparadas com a superfície primitiva.

(1020,Zero) (1020,Méd.) (1020,Máx.) (1045,Zero) (1045,Méd.) (1045,Máx.)

Usinada 203,64 225,72 226,3 242,98 213,27 280,22

Primitiva 257,56 254,65 259,1 273,98 271,2 274,32

0

50

100

150

200

250

300

350

Mic

rod

ure

za V

ick

er

HV


43

7. CONCLUSÃO.

As propriedades mecânicas abordadas nesse experimento permitem definir

se a peça está ou não com boa qualidade superficial e se há influência da

quantidade do fluido refrigerante aplicada na ocasião da usinagem.

Comprovando-se a tendência de preocupação ambiental quando da utilização

dos fluidos de corte nos processos de usinagem, conforme relatado por vários

pesquisadores e fabricantes de máquinas-ferramenta, constata-se a grande ênfase

dada à tecnologia ambiental, ou seja, a preservação do meio ambiente e a busca da

conformidade com a norma ISO 14000. Por outro lado, apesar das insistentes

tentativas de eliminar completamente os fluidos de corte, em muitos casos a

refrigeração ainda é essencial para que se obtenham vidas econômicas de

ferramentas e as qualidades superficiais requeridas. Isto é particularmente válido

quando há exigência de tolerâncias estreitas e alta exatidão dimensional e de forma,

ou quando se trata de usinagem de materiais críticos, de corte difícil. A minimização

de fluido de corte tem adquirido relevância nos últimos dez anos (Klocke et al., 1998

e Dörr & Sahm, 2000).

Nesse trabalho foram obtidos dois resultados bem distintos para os aços

analisados.

O primeiro indica que há íntima relação da refrigeração e lubrificação do fluido

de corte com os resultados do processo de fresamento de topo do aço ABNT 1020,

pois, todos os parâmetros analisados apresentaram a tendência de melhorar com o

aumento da vazão do fluido de corte.

O segundo resultado demonstrou que o aço ABNT 1045 pode ser usinado

com a mínima utilização de fluido ou até com eliminação deste, já que os parâmetros

medidos não sofreram alterações significativas para as diferentes condições de

vazão, mantendo-se praticamente constantes em todos os parâmetros analisados.

Conclui-se que os estudos nesta área podem sim trazer um consequente uso

ótimo da quantidade de lubri-refrigeração, e que os resultados satisfatórios trarão

tanto melhoria nos custos da produção quanto a eliminação das afetações aos

operadores e o meio ambiente.


44

8. REFERÊNCIAS.

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