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    MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

    UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

    APLICAÇÃO DO PROCESSO DE FRESAMENTO PARA FABRICAÇÃO DA

    RANHURA EM SABRES PARA MOTO-SERRAS

    por

    Gustavo Gastmann Brand

    Monografia apresentada ao Departamentode Engenharia Mecânica da Escola de En-genharia da Universidade Federal do RioGrande do Sul, como parte dos requisitos

    para obtenção do diploma de EngenheiroMecânico.

    Porto Alegre, junho de 2007

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    Universidade Federal do Rio Grande do Sul

    Escola de Engenharia

    Departamento de Engenharia Mecânica

    APLICAÇÃO DO PROCESSO DE FRESAMENTO PARA FABRICAÇÃO DA

    RANHURA EM SABRES PARA MOTO-SERRAS

    por

    Gustavo Gastmann Brand

    ESTA MONOGRAFIA FOI JULGADA ADEQUADA COMO PARTE DOS RE-QUISITOS PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE

    ENGENHEIRO MECÂNICOAPROVADA EM SUA FORMA FINAL PELA BANCA EXAMINADORA DO

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

    Prof. Dr. Gilberto Dias da Cunha

    Coordenador do Curso de Engenharia Mecânica

    Área de Concentração: Projeto e Fabricação

    Orientador: Prof. Dr. Gilberto Dias da Cunha

    Comissão de Avaliação:

    Prof. Dr. Flávio José Lorini

    Prof. Dr. Arnaldo Ruben Gonzales

    Porto Alegre, 18 de junho de 2007.

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     AGRADECIMENTOS

    Em primeiro lugar agradeço à minha família em especial a meus pais, Arnildo Ignácio Brand eIrmela Gastmann Brand, pelo apoio em todas as etapas da minha vida e pelos esforçosdispensados à minha formação.

    ao meu irmão Henrique Gastmann Brand pelas lições de vida.

    a Universidade Federal do Rio Grande do Sul, em especial aos professores do Departamentode Engenharia Mecânica que se dedicam à formação dos seus alunos e que são exemplos aserem seguidos.

    ao meu orientador, Prof. Dr. Gilberto Dias da Cunha pelo esforço em me atender semprequando solicitado.

    a Andreas Stihl Moto-Serras, em especial aos senhores Fernando José Kurdyk e FernandoTrindade Ribeiro pela confiança e apoio na realização desse trabalho.

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    Este trabalho contou com o apoio da Andreas Stihl Moto-Serras Ltda.

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    “A gente não é o que diz que é ou pretende ser.A gente é o que faz, ou deixa de fazer.”

    Luís Fernando Veríssimo

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    Brand, G. G. Aplicação do Processo de Fresamento para Fabricação da Ranhura em Sabrespara Moto-Serras. 2007. 22 folhas. Monografia (Trabalho de Conclusão do Curso deEngenharia Mecânica) – Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do RioGrande do Sul, Porto Alegre, 2007.

    RESUMO

    Neste estudo comprovou-se a viabilidade técnica de se fabricar a ranhura de sabres paramoto-serras através do processo de fresamento. O processo de retificação, atualmente usadona fabricação da ranhura, não garante as características dimensionais determinadas emprojeto. Por isso, torna-se necessário o estudo de um novo processo de fabricação.O fresamento, além de garantir que as dimensões contempladas no projeto sejam atendidas,evita que haja a formação indesejada de martensita no fundo do canal. Exames metalográficoscomprovaram a qualidade da microestrutura do aço após o fresamento e a análise dimensionalmostrou que a ranhura apresenta as dimensões de projeto. Foram determinados parâmetrosde usinagem que apresentam melhores resultados ao fresamento e mais adequados aoferramental e equipamento utilizados.

    PALAVRAS-CHAVE: Usinagem, Fresamento, Sabre para Moto-Serras, Martensita.

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     Brand, G. G. Milling Process Application for Groove Manufacturing in Guide-bars forChainsaws. 2007. 22 folhas. Monografia (Trabalho de Conclusão do Curso de EngenhariaMecânica) – Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande doSul, Porto Alegre, 2007.

     ABSTRACT

    In this study has been proved the technical viability to manufacture the groove of guide-barused in chainsaws through the milling process. The grinding process doesn’t guarantee thecharacteristics determinated in project. Therefore, the study of a new manufacturing processbecomes necessary. The milling, beyond guaranteeing the dimensions contemplated in project,prevents the undesired martensitic formation in the groove depth. Metallographic exams haveproved the steel microstructure quality after the milling, and the project dimensions have beenreached. Machining parameters were tested in several different conditions of milling to reachthe best adjustment concerning quality and tool life.

    KEYWORDS: Machining, Milling, Chainsaw’s Guide-Bar, Martensite.

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    ÍNDICE

    Pág.

    1. Introdução.................................................................................................................. 01

    2. Revisão Bibliográfica................................................................................................. 01

    2.1 Fresamento................................................................................................... 01

    2.2 Parâmetros de Corte..................................................................................... 01

    2.2 Rugosidade da Superfície Fresada............................................................... 02

    2.3 Usinabilidade................................................................................................. 03

    2.4 Temperatura na Usinagem........................................................................... 03

    2.5 Fluidos de Corte............................................................................................ 04

    3. Metodologia............................................................................................................... 04

    3.1 Peça a ser Usinada....................................................................................... 04

    3.2 Equipamento Utilizado.................................................................................. 05

    3.3 Ferramental................................................................................................... 05

    3.4 Fluido de Corte.............................................................................................. 06

    3.5 Equipamentos de Medição e Inspeção......................................................... 06

    3.6 Procedimento Experimental.......................................................................... 06

    3.6.1 Programação CNC.......................................................................... 063.6.2 Experimento Preliminar................................................................... 06

    3.6.3 Escolha de Parâmetros Ótimos para a Usinagem.......................... 06

    3.6.4 Experimentos Complementares...................................................... 07

    3.7 Coleta e Preparação das Amostras.............................................................. 07

    3.8 Medições e Exames Metalográficos............................................................. 08

    4. Resultados................................................................................................................. 08

    4.1 Rugosidade Superficial................................................................................. 084.2 Largura da Canaleta..................................................................................... 08

    4.3 Análise Metalográfica.................................................................................... 09

    4.4 Durabilidade do Ferramental........................................................................ 10

    5. Conclusões................................................................................................................ 11

    6. Bibliografia................................................................................................................. 12

    Apêndice I...................................................................................................................... 13

    Apêndice II..................................................................................................................... 14

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    1. INTRODUÇÃO

    Os processos de fresamento têm larga escala de aplicação em diversos ramos da indústria.Porém, apesar de todo o desenvolvimento do processo, alguns setores relutam em utilizar taisavanços, principalmente devido à falta de conhecimento das técnicas envolvidas. Um exemploé a ranhura em sabres para moto-serras que são confeccionadas a partir do processo deretificação, com o uso de rebolos.

    O presente trabalho tem como objetivo verificar a viabilidade técnica de se confeccionar aranhura dos sabres através do processo de fresamento. A motivação principal para oinvestimento no desenvolvimento de um novo processo é a falta de estabilidade no processode retificação. A retificação da ranhura não garante as características de qualidadenecessárias, tais como dimensões do canal da ranhura fora do especificado e formação demartensita no fundo do canal, que é extremamente prejudicial à qualidade do produto.

    Em um primeiro momento, é de grande importância estudar se é possível fabricar a ranhuraatravés do fresamento e se tal processo irá garantir as características necessárias para ageração de um produto com a qualidade esperada. Portanto, deve-se selecionar o ferramentaladequado e realizarem-se ensaios para comprovar a eficácia. Ensaios metalográficos,macrografia e análise dimensional são fundamentais para a aprovação, ou não, do fresamentocomo processo para a confecção da ranhura em sabres para moto-serras.

    2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

    2.1 Fresamento

    Fresas são ferramentas rotativas de usinagem, providas usualmente de múltiplas arestasde corte, dispostas simetricamente ao redor de um eixo, removendo intermitentemente materialda peça [Stemmer, 1992].

    As fresas são classificadas segundo os processos e sistemas de realização da usinagem.O tipo de ferramenta mais indicado para a realização de rasgos e ranhuras é a fresa circular.Deve-se tomar o cuidado de dimensionar o ferramental levando-se em consideração as

    especificações do fabricante e os esforços aos quais será submetido. 

    2.2 Parâmetros de Corte 

    A velocidade de corte ( ), um parâmetro importante no fresamento, é definida como o queum dente da fresa percorre em m/min [Freire, 1978]. A velocidade de corte deve ser calculadaadequadamente para que não seja muito baixa, o quê pode ocasionar baixo rendimento, oumuito alta, provocando problemas no fresamento. É definida pela expressão:

    vc

     

    min)/(1000

    md n

    vc××

    =

    π   (2.1)

    onde,vc =velocidade de corte em m/min.n =número de rotações da fresa, por minuto.d =diâmetro da fresa em mm.

    Por velocidade de avanço ( v ) se entende o deslocamento da mesa em mm no espaço detempo de um minuto [Freire, 1978]. A velocidade de avanço depende da fresa, do material dapeça, da profundidade de corte requerida e do acabamento superficial desejado. É calculadaem função da quantidade máxima de cavaco em cm³ por kW de potência da máquina.

    a

     

    (2.2)PV V   ×=

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    onde,V =quantidade máxima de cavaco admissível cm³/min.'V  =quantidade admissível de cavaco em cm³/kW min.

    P =potência da máquina em kW.

    A tabela 2.1 [Freire, 1978] representa a quantidade admissível de cavaco para aços dediferentes resistências mecânicas.

    Tabela 2.1 – Quantidade Admissível de Cavaco.V' admissível em cm³ por kW de potência da máquina

    aço 35 a 60kg/mm²

    aço 60 a80kg/mm²

    aço 100kg/mm²

    Fresa Circular 14 12 10

    A velocidade de avanço pode ser definida pela expressão:

    min/1000

    mmb p

    V va

    ×

    ×

    =   (2.3)

    onde,va =velocidade de avanço em mm/min. p =profundidade de corte em mm.

    b =largura da fresa em mm.

    O tempo de corte é calculado por:

    (min)v

    C t 

    a

    c   =   (2.4)

    onde,C =curso de trabalho da fresa em mm.va =velocidade de avanço em mm/min.

    A escolha do sentido de corte adequado é fundamental para a vida útil da ferramenta e aboa qualidade da superfície usinada. O sentido de fresamento pode ser:

    - Concordante: os movimentos da ferramenta e da peça têm o mesmo sentido, onde o corteinicia com a espessura máxima do cavaco e diminui até um valor zero. Neste caso, não existeo problema do grande atrito inicial da aresta cortante [Ferraresi, 1974].

    - Discordante: os movimentos da ferramenta e da peça têm os sentidos contrários, onde ocorte inicia com a espessura mínima do cavaco. A espessura do cavaco aumenta de zero a umvalor máximo. Inicialmente há um grande atrito entre a ferramenta e a peça. Quando a pressãoda aresta cortante atinge um valor capaz de vencer a elasticidade do material, a mesmapenetra na peça, e com a composição dos movimentos de corte e avanço, a aresta cortanteretira uma porção de cavaco em forma de vírgula [Ferraresi, 1974].

    2.3 Rugosidade da Superfície Fresada

    Geralmente, quanto melhor for a qualidade da superfície fresada maiores serão os custosdo processo. Por isso, é muito importante que os parâmetros envolvidos no processo sejamcuidadosamente definidos.

    Além da escolha do ferramental e da definição de parâmetros de corte adequados, o

    equipamento usado no fresamento também deve ser escolhido com cuidado. A atenção com aestabilidade da máquina, limpeza, qualidade do material usinado e correta fixação dosdispositivos pode contribuir muito com a qualidade da superfície usinada.

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    As imperfeições na textura da superfície são definidas pelos seguintes elementos:- Rugosidade: são as pequenas irregularidades, micro geométricas.- Ondulações: são as grandes irregularidades.- Impurezas: são as pequenas inclusões, buracos e outras deformações na superfície.

    2.4 Usinabil idade

    A usinabilidade é um conjunto de características que compõem uma resposta do metal àssolicitações encontradas durante a sua usinagem. Assim sendo, esta é influenciada pelaoperação específica em uso, pelo tipo de teste, velocidade máxima de corte para um dadoacabamento de superfície, quantidade de material arrancado, pelo desgaste da ferramenta e ascondições metalúrgicas do metal.

    Os aspectos metalúrgicos envolvidos na obtenção de propriedades reprodutíveis deusinabilidade variam de acordo com o material a trabalhar.

    2.5 Temperatura na Usinagem

    Um importante fator no processo de corte é a geração de calor e temperatura na zona decorte. O efeito da temperatura no desempenho da ferramenta e na qualidade da superfíciefresada deve ser profundamente detalhado. A força de corte, juntamente com a velocidade decorte, representa uma grande quantidade de energia. Essa energia se transforma emdeformação e corte, formando o cavaco.

    A temperatura na zona de corte depende bastante do contato entre a ferramenta e ocavaco, da magnitude das forças de corte e do material da ferramenta. Velocidades de cortebaixas podem aumentar a quantidade de calor que flui para a peça fresada, aumentando a suatemperatura. Por outro lado, velocidades de corte muito altas podem provocar o desprendimentodo cavaco sem que ocorra a adequada transferência de calor peça/cavaco. Dessa forma, o calorfica completamente retido na peça usinada.

    Um grande problema gerado pelo excessivo aumento da temperatura na área fresada é aalteração na estrutura metalográfica do material usinado com a formação de martensita, sendo

    essa estrutura molecular dura e frágil. A transformação martensítica ocorre quando a velocidadede resfriamento é rápida o suficiente para impedir a difusão do carbono. A transformação damartensita depende muito da quantidade de carbono presente no aço, de acordo com afigura 2.1 [Callister, 2002].

    Figura 2.1 – Formação de martensita em função do percentual de carbono no aço.

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    2.6 Fluidos de Corte

    Em muitos casos, as altas temperaturas decorrentes do processo de usinagem podemgerar resultados inaceitáveis no que diz respeito à qualidade do material usinado, por exemplo,provocando alterações na sua estrutura molecular. Os fluidos de corte têm como funçõeslubrificar, resfriar a ferramenta, a peça usinada e transportar o cavaco para longe da área decorte.

    Para ter boas propriedades de refrigeração o fluido de corte deve ter a capacidade dedifundir as altas temperaturas. A água possui essa propriedade, porém, tem baixo poder delubrificação e alta capacidade de corroer metais ferrosos. Já os óleos de corte puros possuemboas propriedades de lubrificação e formam uma boa proteção contra a corrosão, mas nãoconseguem resfriar tão bem quanto a água.

    O uso de emulsões em óleo é a maneira mais usada para combinar as propriedades de boarefrigeração da água e a proteção contra corrosão do óleo. A escolha do fluido de corte deveser definida levando-se em conta o equipamento usado, o material a ser usinado e o materialda ferramenta.

    A usinagem a baixas velocidades e a demanda por uma superfície de melhor qualidadeexigem um alto poder de lubrificação do fluido de corte. Quando a usinagem é feita em altasvelocidades, pode ocorrer a formação de arestas postiças nos insertos, exigindo um grandepoder de resfriamento por parte do fluido de corte.

    O uso de diferentes sistemas de micro-lubrificação tem se difundido bastante na usinagem.Ar-comprimido é misturado a pequenas quantidades de óleo. A quantidade de óleo é muitopequena, mas bastante eficaz. Com esse sistema elimina-se o problema de desperdício delubrificante e contaminação do ambiente devido à névoa.

    3. METODOLOGIA

    3.1 A Peça a ser Usinada

    O sabre utilizado no experimento é o sabre denominado Carving (fig. 3.1), fabricado em aço

    SAE 4140. Esse sabre é empregado especificamente na confecção de artesanato em madeiradevendo ser bastante leve, a fim de facilitar o trabalho do artesão. As retíficas atualmenteusadas na confecção da ranhura não comportam peças de pequenas dimensões, como é ocaso do sabre Carving.

    Uma característica bastante peculiar desse tipo de sabre é a presença de uma cavidadecentral, a qual é preenchida com polímero. Dessa forma há uma diminuição considerável damassa da peça, sem que seja afetada a eficiência e a durabilidade do sabre.

    A ranhura do sabre Carving deve ter entre 1,63mm e 1,73mm de largura. Fora dessasmedidas a peça não pode ser disponibilizada para comercialização. O fundo do canal daranhura, que sofre maiores esforços devido à pressão da corrente, deve ser isento demartensita conforme a norma SWN 43840 que trata do projeto do sabre. Quanto à rugosidadeexige-se um nível de no máximo m R z 6= .

    Figura 3.1 – Sabre Carving em estado bruto (não-usinado).

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    3.2 Equipamento Utilizado

    Sendo o fresamento da ranhura realizado por apenas um fresa, não há a necessidade dese dimensionar a máquina utilizada como a mais rápida quanto à troca de ferramentas.

    O equipamento disponibilizado para os testes é um Centro de Usinagem Haas VF1. Essecentro tem potência de 14,9kW, rotação máxima de 7500rpm e volume útil de usinagemcompreendido entre: x, y, z: 762mm, 305mm, 406mm (fig. 3.2).

    Figura 3.2 – Esquema de orientação Centro de Usinagem Haas VF1.

    3.3 Ferramental

    A ferramenta escolhida é fabricada pela MakroTools, Fresa Circular de Ranhura comdiâmetro de 100mm e 10 dentes, e os insertos selecionados são fabricados pela Taegutec,modelo TSC 3 TT8020; 1,60mm de espessura (Fig. 3.3). Toda a seleção de ferramental érealizada a partir de catálogos de fabricantes procurando-se, com base nos resultadosesperados, o que melhor se adapte às solicitações.

    (a) (b)Figura 3.3 – Fresa Circular MakroTools (a) e Inserto TSC 3 TT8020 (b).

    Para a fixação da peça optou-se por perfurar o sabre e introduzir parafusos M10x50

    diretamente na mesa da máquina. Para a produção em larga escala tal forma de fixação não éadequada, porém, com a finalidade de realizar estudos de fresamento não há problemas, jáque a fixação direta é bastante adequada evitando vibrações excessivas.

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    3.4 Fluido de Corte

    O sistema de distribuição do fluido de corte utilizado é parte integrante do Centro deUsinagem Haas VF1. O fluido de corte selecionado é o Hocut 795, concentração 6%.

    3.5 Equipamentos de Inspeção e Medição

    Para as medições de largura foi utilizado um paquímetro Mitutoyo 500-144B – 0,01mm.As amostras foram analisadas com o auxílio de uma câmera fotográfica acoplada a ummicroscópio eletrônico. Para verificar a rugosidade da superfície interna da canaleta foiutilizado um rugosímetro digital Mitutoyo.

    3.6 Procedimento Experimental

    3.6.1 Programação CNC

    A definição dos parâmetros de usinagem e o trajeto percorrido pela fresa para realizar ausinagem são programados diretamente no CNC da máquina. A partir de um modeloconstruído em CAD (Computer Aided Design) é possível obter-se a programação do CNC, como auxílio de uma CAM (Computer Aided Manufacturing). Os passos da programação CNC nãosão apresentados em detalhes nesse trabalho por não serem relevantes ao foco do mesmo.

    3.6.2 Experimento Preliminar

    Os parâmetros de corte foram definidos a partir do estudo teórico do processo e pelasindicações dos fabricantes do ferramental. Tais parâmetros são apenas tomados como basepara o início dos experimentos.

    É importante a realização de um teste em vazio, ou seja, sem a presença da peça a serfresada. Esse teste é feito para que seja examinada a trajetória da ferramenta, sem risco dechoque com a peça a ser fresada. Obtendo-se sucesso, pode-se fixar o sabre na mesa da

    máquina. A fixação é feita a partir de parafusos que conectam o sabre diretamente à mesa damáquina.A próxima etapa consiste em realizar o experimento com o sabre já fixado. Esse teste é

    bastante importante, pois comprova a escolha adequada dos parâmetros de corte eferramental.

    Tabela 3.1 – Parâmetros usados no 1º Experimento.

    EXPERIMENTO 1

    DIÂMETRO DA FERRAMENTA (D) 100 mm DIREÇÃO DE CORTE CONCORDANTE

    NÚMERO EFETIVO DE DENTES (Zeff) 10 Nº DE ARESTAS POR INSERTO 1

    VELOCIDADE DE CORTE (Vc) 70,00 m/min  - Rotação (n) 222,82 rpm

     AVANÇO POR DENTE (Fz) 0,35 mm - Avanço mesa (Va) 779,88 mm/minLARGURA DO CORTE (ae) 1,60 mm - Avanço / vol ta (Fn) 3,50 mm

    PROFUNDIDADE DO CORTE (ap) 8,00 mm - Taxa remoção (Q) 9,98 cm³/min

    3.6.3 Escolha de Parâmetros Ótimos de Usinagem

    Para garantir que os experimentos sejam realizados dentro da faixa de parâmetros maisadequada, foram definidas algumas combinações de variáveis. A velocidade de corte usada noExperimento 1 foi definida a partir do valor recomendado pelos fabricantes dos insertos e dafresa. Nos testes subseqüentes foram alteradas as velocidades de corte com o intuito deverificar o comportamento do ferramental em diversas situações. O intervalo entre a menor

    velocidade de corte e a maior deve ser escolhido de forma a abranger os valores queapresentem os melhores resultados possíveis.

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    As tabelas a seguir mostram os parâmetros utilizados na realização dos três testesseguintes:

    Tabela 3.2 – Parâmetros usados no Experimento 2.

    EXPERIMENTO 2

    DIÂMETRO DA FERRAMENTA (D) 100 mm DIREÇÃO DE CORTE CONCORDANTE

    NÚMERO EFETIVO DE DENTES (Zeff) 10 Nº DE ARESTAS POR INSERTO 1VELOCIDADE DE CORTE (Vc) 50 m/min  - Rotação (n) 159,16 rpm

     AVANÇO POR DENTE (Fz) 0,35 mm - Avanço mesa (Va) 557,06 mm/min

    LARGURA DO CORTE (ae) 1,60 mm - Avanço / volta (Fn) 3,50 mm

    PROFUNDIDADE DO CORTE (ap) 8,00 mm - Taxa remoção (Q) 7,13 cm³/min

    Tabela 3.3 – Parâmetros usados no Experimento 3.

    EXPERIMENTO 3

    DIÂMETRO DA FERRAMENTA (D) 100 mm DIREÇÃO DE CORTE CONCORDANTE

    NÚMERO EFETIVO DE DENTES (Zeff) 10 Nº DE ARESTAS POR INSERTO 1

    VELOCIDADE DE CORTE (Vc) 90 m/min  - Rotação (n) 286,49 rpm AVANÇO POR DENTE (Fz) 0,35 mm - Avanço mesa (Va) 1002,71 mm/min

    LARGURA DO CORTE (ae) 1,60 mm - Avanço / volta (Fn) 3,50 mm

    PROFUNDIDADE DO CORTE (ap) 8,00 mm - Taxa remoção (Q) 12,83 cm³/min

    Tabela 3.4 – Parâmetros usados no Experimento 4.

    EXPERIMENTO 4

    DIÂMETRO DA FERRAMENTA (D) 100 mm DIREÇÃO DE CORTE CONCORDANTE

    NÚMERO EFETIVO DE DENTES (Zeff) 10 Nº DE ARESTAS POR INSERTO 1

    VELOCIDADE DE CORTE (Vc) 130 m/min  - Rotação (n) 413,82 rpm

     AVANÇO POR DENTE (Fz)0,35 mm

    - Avanço mesa (Va) 1448,35 mm/min

    LARGURA DO CORTE (ae) 1,60 mm - Avanço / volta (Fn) 3,50 mm

    PROFUNDIDADE DO CORTE (ap) 8,00 mm - Taxa remoção (Q) 18,54 cm³/min

    3.6.4 Experimentos Complementares

    Os experimentos realizados utilizando-se os novos parâmetros de usinagem selecionadosdevem seguir as mesmas etapas realizadas no experimento preliminar. Faz-se necessária ainspeção da ferramenta após cada teste, já que pode haver danos na mesma, provocados poresforços excessivos.

    3.7 Coleta e Preparação das amostras

    Ao concluir a furação a peça deve ser seca, limpa e passar óleo para evitar a oxidação.A peça é encaminhada para o Laboratório de Metrologia, onde se realizam as medidas dalargura e profundidade da canaleta.

    O local selecionado para a retirada das amostras utilizadas na micrografia é a parte frontaldo sabre. É nessa região que ocorre, no sabre retificado, a maior formação de martensita.

    Cada amostra deve ser retirada cuidadosamente com o auxílio de uma serra circular. Apósisso devem ser embutidas a quente em resina, com a finalidade de facilitar o processo delixamento. O lixamento é importante para que se possa verificar, através do microscópio, amicroestrutura do metal.

    A amostra é lixada em água corrente com lixas de graduações que variam de 100 (mais

    grossa) a 1200 (mais fina). Cada vez que se troca a granulometria da lixa deve-se girar aamostra em 90º. Acabado o lixamento as amostras devem ser polidas em alumina 4. Depois desecadas com álcool as amostras estão prontas para serem levadas ao ambiente de testes.

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     Figura 3.4 – Amostras prontas para exame metalográfico.

    3.8 Medições e Exames Metalográficos

    A largura da canaleta do sabre fresado é medida com o auxílio de um paquímetro.As medições da largura da ranhura são feitas em sete pontos diferentes. A posição de cadaponto deve ser definida com a finalidade de se ter uma amostragem que represente fielmente ovalor real. No Apêndice A encontram-se os valores obtidos em cada medida e o esquemarepresentando os respectivos pontos.

    Os exames de micrografia são realizados com um microscópio equipado com câmerafotográfica. Um procedimento importante que deve ser realizado antes da colocação daamostra no microscópio é o ataque da peça com nital 2%. Só assim é possível realizar osexperimentos e obter fotografias com a nitidez necessária, para uma boa avaliação das

    amostras.

    4. RESULTADOS

    4.1 Rugosidade Superficial

    A principal preocupação com a rugosidade superficial diz respeito ao fundo da canaleta.Principalmente na região do raio frontal do sabre há uma grande solicitação por parte dacorrente. As medidas da rugosidade foram tomadas nessa região.

    A rugosidade medida nas quatro amostras testadas apresentou um valor médio aproximadode m R z 7,2= , valor muito abaixo do máximo solicitado em projeto que é de m R z 6= .

    4.2 Largura da Canaleta

    A largura da canaleta é um dos parâmetros de críticos quando se analisa a retificação daranhura. Nos testes realizados fresando-se a ranhura foram obtidos excelentes resultados, jáque a largura da canaleta tomou as medidas aproximadas do inserto. A tabela 4.1 mostra osvalores médios obtidos para a largura da ranhura em cada um dos testes.

    Tabela 4.1 – Valor médio das larguras das ranhuras por teste.

    LARGURA MÉDIA (mm)

    EXPERIMENTO 1 1,63

    EXPERIMENTO 2 1,63

    EXPERIMENTO 3 1,64

    EXPERIMENTO 4 1,63

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    4.3 Análise Metalográfica

    Para efeito de comparação, a figura 4.1 apresenta o aspecto de uma peça submetida aoprocesso de retificação. Nota-se a queima de retífica, denominação dada ao fato de haverformação de martensita no material usinado.

    Figura 4.1 – Aspecto do fundo da canaleta do Sabre Retificado.

    Essa amostra apresenta formação crítica de martensita na parte frontal do sabre e, alémdisso, uma má formação do raio da canaleta. Vale ressaltar que a camada escura mostrada nafotografia é baquelite, a parte dourada é a peça usinada e a camada mais clara é a martensita.

    Os resultados obtidos com o fresamento quanto à formação de martensita são bastantesatisfatórios. Em nenhuma das amostras, mesmo nas condições mais severas de corte, foiencontrado qualquer sinal de formação de martensita. A figura 4.2 mostra o aspecto do fundo

    da canaleta obtido nos Experimentos 1 e 2. Observa-se que não há nenhum sinal de alteraçãoda microestrutura do aço no que se refere à formação de martensita em ambas as amostras.Em ambos os testes foram utilizadas velocidades de corte bastante baixas, se comparadas àsvelocidades usadas nos testes subseqüentes.

    (a) (b)Figura 4.2 – Aspecto do fundo da canaleta após o Experimento 1 (a) e Experimento 2 (b).

    As amostras apresentadas na figura 4.3, a exemplo das amostras anteriormente

    mostradas, não indicam formação de martensita no fundo da canaleta. De uma maneira geral,não foram encontradas diferenças nas microestruturas das quatro amostras avaliadas.

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     (a) (b)

    Figura 4.3 – Aspecto do fundo da canaleta após o Experimento 3 (a) e Experimento 4 (b).

    Outro fator que chamou bastante a atenção foi a qualidade da formação do raio no fundo da

    canaleta. Como apresentado anteriormente, a ranhura retificada não apresenta uma boaformação desse raio. Não era o objetivo do estudo, mas acabou-se comprovando que ofresamento também pode contribuir para a obtenção de um melhor resultado dimensional doraio.

    4.4 Durabilidade do Ferramental

    Foram realizadas inspeções no ferramental utilizado com o intuito de verificar a suadurabilidade e tomar tal variável como possível critério de escolha para futuros ensaios. Cadaconjunto de insertos foi utilizado para fresar uma peça.

    A durabilidade do material pode ser um tanto quanto implícita, pois os insertos e a fresa nãoforam testados até a exaustão. Nos experimentos foram usados três conjuntos de insertos eapenas uma fresa, portanto, a análise da durabilidade da fresa fica bastante comprometida.A figura 4.4 mostra a situação de um dos insertos utilizados no Experimento 2.

    Figura 4.4 – Inserto usado no Experimento 2.

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      Na figura abaixo é mostrado o aspecto de um dos insertos utilizados no Experimento 4:

    Figura 4.5 – Inserto usado no Experimento 4.

    5. CONCLUSÕES

    Uma das maiores deficiências do processo de retificação da ranhura dos sabres é a falta deconfiabilidade das máquinas atualmente utilizadas. As retíficas de ranhura são extremamenteantigas e seus sistemas de acionamento são bastante obsoletos. Os testes de fresamentocomprovaram a eficiência do uso de Centros de Usinagem no que diz respeito à confiabilidade

    do equipamento e estabilidade do processo.A Fresa Circular desenvolvida pela MakroTools apresentou um resultado bastantesatisfatório, principalmente quanto à rigidez da ferramenta e durabilidade. Os insertos utilizadosapresentaram resultados satisfatórios quanto à qualidade do fresado, mas são necessáriosmais testes para comprovar a sua durabilidade.

    A qualidade da ranhura, do ponto de vista dimensional, é indiscutível. Conformeapresentado anteriormente, em todos os testes a largura da canaleta manteve-se dentro dopadrão esperado. Tal resultado é praticamente impossível de se obter com a retificação daranhura. A rugosidade no fundo da canaleta igualmente manteve-se dentro do limite esperado.Portanto, do ponto de vista dimensional, a fabricação da ranhura por fresamento estáaprovada.

    Os resultados obtidos no fresamento no que diz respeito à ausência de martensita são

    bastante significativos. Um sabre de qualidade não pode ter de maneira nenhuma presença demartensita no fundo do canal. Atualmente a presença de martensita acaba por condenargrande parte da produção de sabres. O fato de se ter encontrado martensita em nenhuma dasamostras testadas é bastante animador.

    Não somente os parâmetros de corte otimizados apresentaram resultados excelentesquanto à formação de martensita. Até mesmo os parâmetros iniciais testados foram bemsucedidos. Isso se deve ao fato de haver boa dispersão de calor pela ferramenta, tempo deinteração peça-ferramenta bastante baixo e uma lubrificação e resfriamento altamenteeficientes.

    Os altos custos envolvidos com ferramental e equipamentos pode ser um empecilho para autilização do processo de fresamento para a fabricação da ranhura. Em contrapartida, o gastocom a manutenção das retíficas de ranhura obsoleta, taxas elevadas de peças sucatadas e ocusto elevado dos discos de corte fazem da retificação um processo caro e pouco confiável.

    São necessários alguns aprimoramentos para que o processo possa ser utilizado emescala industrial, substituindo o atual processo de retificação:

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    - Rendimento da operação: é importante que sejam realizados novos experimentosutilizando-se novas ferramentas e insertos.

    - Fixação da peça fresada: é um fator relevante que não foi tratado nesse trabalho.A fixação do sabre a ser fresado para fins de produção em massa deve ser estudada, poispode representar grande parte do tempo de produção. Uma alternativa que não pode serdescartada é a fixação de várias peças em um mesmo palete, o que diminuiria e muito o tempode processamento das peças. Essa fixação pode ser feita com o auxílio de presilhas ou até

    mesmo magneticamente.

    6. BIBLIOGRAFIA

    Callister Junior, W.D.; “Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução” . LivrosTécnicos e Científicos Editora S.A., 5º edição, 2002.

    Ferraresi, D.; “ Fundamentos da Usinagem dos Metais” , Edgard Blücher, 1970.

    Freire, J.M.; “Tecnologia Mecânica - Fresadora” . Livros Técnicos e Científicos EditoraS.A., 1º edição, 1978.

    Sandvik Coromant Technical Dept.; “Modern Metal Cutting: a practical handbook” , FairLawn: Sandvik Coromant, 1996.

    Sandvik Coromant Technical Dept.; “Usinagem em Altíssimas Velocidades” , EditoraÉrica, 1ª edição, 2003.

    Stemmer, G. E.; “ Ferramentas de Corte II: brocas, alargadores, ferramentas de roscas,fresas, brochas, rebolos e abrasivos” . Ed. da UFSC, 1992.

    Taegutec; “Metal Working Cutting Tools” , Fair Lawn: Taegutec, 2007.

    SWN 43840 - Formação de Martensi ta na Ranhura do Sabre Carving , Norma de ProjetoStihl Brasil, 2006.

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     APÊNDICE I

    Figura I.1 – Pontos selecionados para medição da largura da canaleta.

    Tabela I.1 – Medidas obtidas nos pontos selecionados.Ponto EXPERIMENTO 1 EXPERIMENTO 2 EXPERIMENTO 3 EXPERIMENTO 4

    1 1,63 1,64 1,64 1,632 1,63 1,63 1,64 1,643 1,64 1,63 1,64 1,634 1,62 1,61 1,62 1,625 1,63 1,64 1,64 1,63

    6 1,64 1,64 1,63 1,637 1,63 1,64 1,64 1,64Média 1,63 1,63 1,64 1,63

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     APÊNDICE II

    O fluxo do processo de fabricação de um sabre está representado na figura abaixo:

    Tabela II.1 – Fluxo de fabricação do Sabre Carving.

    Processo

    1. Cortar a Laser2. Alívio de Tensões

    3. Lixar Concordância

    4. Retificar Superfície

    5. Fresar Ranhura6. Lavar

    7. Temperar por Indução

    8. Entrada da Corrente

    9. Furo de Lubrificação

    10. Injetar Resina Ematic

    11. Pintar12. Serigrafia

    13. Fresar Excesso Ematic

    14. Gravar Laser

    15. Lubrificar Canaleta

    16. Embalar e Etiquetar