UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL – UFRGS

ESCOLA DE ENGENHARIA – EE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEMEC

RUGOSIDADE OBTIDA EM HSM

HIGH SPEED CUTTINGV.P. 2.3

Trabalho apresentado na disciplina ENG 03343 – PROCESSOS DE USINAGEM

Prof. Dr. André João de Souza

Rafael Kamura de Lucca

Porto Alegre, Novembro de 2010.

1.RUGOSIDADE OBTIDA EM HSM

Atualmente considerada o estado-da-arte em termos de usinagem, a tecnologia de usinagem em altíssimas velocidades HSM/HSC foi desenvolvida há mais de 70 anos. O método criado por C. Salomon foi patenteado em 27 de abril de 1931, na Alemanha sob número 523594, e a patente foi concedida a Friedrich Krupp AG.

As pesquisas na área de alta velocidade foram retomadas após a Segunda Guerra. Primeiro por Kustnetsov, na Suíça, e depois por Vaughn e Kronenberg, já no final da década de 50 e início dos 60.

Depois de décadas relegada ao esquecimento, a tecnologia ressurgiu nos anos 80 a partir de estudos realizados em vários países, especialmente na Alemanha, pelo professor Herbert Schulz, da Darmstadt University of Technology, dando início a novas pesquisas visando o desenvolvimento da tecnologia com fins industriais.

Nos anos 90, chegou ao ambiente industrial. Hoje, pode-se dizer que a HSM/HSC já garantiu seu espaço na manufatura, especialmente nos segmentos de peças aeronáuticas, automobilísticas e de moldes e matrizes, com grande potencial ainda para ocupar outros nichos.

A respeito da fabricação atual, o acabamento ou polimento das superfícies moldantes é responsável por 35% à 50% do tempo total de produção de moldes e matrizes. Por confeccionar peças em muito menos tempo, a HSM representa um considerável ganho de produtividade, além de proporcionar precisão dimensional e rugosidade baixíssima, menor que 1 μm, o que significa uma superfície adequada para moldes de injeção de plástico e com rugosidade extremamente baixa. Vale lembrar que antes que o processo HSM fosse implantado na fábricas de matrizes, a rugosidade superficial obtida pelo processo de corte atingia entre 2 – 3 μm em Ra.

Com relação à rugosidade superficial obtida em HSM, a tabela 1 mostra os resultados obtidos em diferentes condições de corte e tipos de materiais. A amplitude das condições de corte foram definidas entre 11000 rpm – 20000 rpm no fuso com velocidade de corte entre 500 m/min – 1000 m/min. Os resultados mostram que o melhor rugosidade superficial obtida é 0,152 μm. O tipo do material é Al 6163, utilizando velocidade do fuso 11000 rpm e velocidade de corte de 500m/min. O segundo melhor resultado é 0,180 μm que pertence ao material Al 7075 utilizando os parâmetros de corte de 11000rpm e velocidade de corte de 500m/min.

Figura 1. – resultados do teste de rugosidade superficial

O experimento mostra que a rugosidade superficial obtida no processo para a confecção de matrizes no setor de calçados é aceitável e elimina posteriores etapas de polimento, além de economia no tempo de usinagem.

Em um outro experimento mais detalhado, é avaliado a rugosidade superficial por região na matriz. O material usinado é aço-ferramenta endurecido. A velocidade do fuso é mantida em 10000 rpm. Percebe-se que a rugosidade varia em função da área da matriz. De modo geral, perto da parede da matriz tem-se valores maiores e no centro valores menores de Ra. Tal explicação, é devido ao fato do maior efeito de instabilidade dinâmica nas laterais da matriz. Uma média global de 0,3 μm foi calculada para a matriz inteira.

Figura 2. – Superfície acabada produzida na usinagem de aço-ferramenta por HSM

Quando comparado aos outros processos de fabricação, pode-se notar a discrepância entre as faixas de rugosidade obtidas pela HSM e pelos diferentes métodos e assim ter uma idéia concreta da rugosidade superficial concebida no processo. Abaixo uma breve faixa de valores de rugosidade média (Ra) por diferentes processos:

Fundição: em molde de areia( 12,5 – 50 μm ) Conformação: estampagem profunda de chapas (0,8 – 3,2 μm) Separação : torneamento longitudinal (0,8 – 12,5 μm) HSM: fresamento (0,1 – 1,5 μm)

Fica evidente a superioridade no acabamento superficial do processo HSM no que diz respeito à rugosidade média da superfície. Em vista disso, empresas que produzem moldes e matrizes por exemplo, buscam adequar-se aos novos métodos de fabricação na busca por qualidade e menor tempo de confecção da matriz, causando aumento direto na produtividade.