O Processo de fresamento, dentre todos os processos de usinagem empregados atualmente, apresenta-se como um dos mais importantes da indústria, tanto pela sua alta versatilidade de aplicação como também por sua grande capacidade de remoção de cavaco ^[6]. Muitas das pastilhas de fresas de facear têm fase plana como aresta secundária, que deve ter comprimento (b_s) de 3 a 10 vezes o avanço por dente (f_z).

Uma das maneiras de se conseguir menores rugosidades de peça é utilizando pastilha alisadora em conjunto com pastilhas de geometrias normais, montadas simultaneamente na fresa. Pelo fato de apresentarem maior fase plana b_s em relação as pastilhas normais, elas retiram a porção de material deixado pelas demais pastilhas e alisam os picos de rugosidade ^[3]. Segundo a Sandvik^[4], elas trabalham melhor para altos valores de avanço por rotação em fresas de maior diâmetro e passo fino a extrafino, sem prejuízos ao acabamento, desde que a profundidade de corte não seja elevada. Como a fase plana é responsável pela rugosidade, ela faz com que a pastilha esteja sujeita a maiores cargas, havendo maior tendência à vibração. Por isso, seu uso é indicado para fresamento leve, com a_p recomendado entre 0,8 e 1,0 mm ^[4].

A vibração durante os processos de usinagem é um dos principais problemas responsáveis pela limitação na produtividade da indústria ^[1]. Por isso, os sinais de vibração têm sido amplamente utilizados para monitorar as condições de usinagem, principalmente em relação ao nível de desgaste das ferramentas de corte, à rugosidade da peça e às forças de usinagem, apresentando resultados industrialmente satisfatórios aliados

a uma instrumentação de custo relativamente baixo ^[5]. Vibrações com amplitudes excessivas podem causar vários distúrbios no processo de usinagem, como a redução da vida da ferramenta ou, em alguns casos, a quebra da ferramenta de corte, a redução da qualidade superficial e ainda, em situações extremas, danificar o eixo-árvore da máquina-ferramenta ^[1].

Na usinagem de aços e materiais de cavacos longos, a utilização de fresas com pastilhas alisadoras nem sempre surte os efeitos desejados, devido à vibração e à alteração no fluxo do cavaco ^[4]. Sendo que a relação b_s/f_z é de extrema importância, devido ao aparecimento de vibrações que poderão influenciar negativamente a qualidade da peça produzida. O objetivo do presente trabalho é analisar a influência da relação b_s/f_z no acabamento superficial do fresamento de faceamento usando pastilhas normais, e com uma/duas pastilhas alisadoras e, simultaneamente, monitorar a amplitude do sinal de vibração.

Metodologia

Para a realização dos ensaios foi utilizado um centro de usinagem RomiD600 com três eixos de programação, sendo o eixo-árvore vertical com potência máxima de 15 kW, rotação máxima de 10.000 rpm, sistema de fixação da ferramenta por cone ISO 40 e comando numérico computadorizado GE Fanuc Oi- MD.

Utilizou-se como corpo de prova um bloco de aço ABNT 1045 de dureza de 180 HB, com dimensões 90 x 100 x 160 mm, que foi fixado em uma morsa hidráulica.

A ferramenta de corte utilizada foi a fresa de facear R245-063Q22-12H (Sandvik-Coromant) duplo-positiva, ângulo de posição 45^o, passo extrafino, diâmetro de corte 63 mm e seis dentes. Foram utilizadas pastilhas com geometria normal código R245-12T3E-PL GC1030 com fase plana b_s = 2,1 mm e pastilhas alisadoras código R245-12T3E-W GC1030, com fase plana b s = 8,2 mm. As pastilhas utilizadas foram de metal duro revestidas com TiN/AlTiN^[4].

Todos os ensaios para cada montagem (1^a, 2^a e 3^a fase) foram realizados com avanço por dente f_z acima dos valores da fase plana

Figura 1 – Rugosidade Ra para as três configurações de montagem

(normal e alisadora) com o objetivo de determinar o ponto de saturação da relação b_s/f_z com as rugosidades R_a e R_t. Os parâmetros utilizados para a realização dos ensaios encontram-se na tabela 1 (pág. 48).

Figura 2 – Rugosidade R_t para as três configurações de montagem

Para o monitoramento da amplitude do sinal no tempo foi utilizado um vibrômetro a laser modelo VQ-500-D da marca Ometron, que atuou como sensor. Já para a aquisição e análise dos sinais de vibração foram utilizados equipamentos da National Instruments: rack modelo CADQ 9174 juntamente com módulo NI 9234 e software LabVIEW com NI Sound and Vibration Assistant.

Antes de iniciar os ensaios, foram realizadas a avaliação do batimento axial e radial para cada montagem, utilizando um relógio apalpador. Todos os ensaios foram realizados com velocidade de corte v_c de 300 m/min, rotação no eixo-árvore de 1.492 rpm, profundidade axial de corte a_p de 0,5 mm, profundidade radial de corte a e de 45 mm, corte concordante e a seco. Eles foram feitos em três fases: (i) fresa montada com seis pastilhas normais; (ii) fresa montada com cinco pastilhas normais e uma alisadora; e (iii) fresa montada com quatro pastilhas normais e duas alisadoras.

Após a realização de cada ensaio, utilizando-se o rugosímetro Mitutoyo SJ-210, foram medidos os valores das rugosidades média R_a e total R_t, ajustando-se o parâmetro de cut-off em 0,8 mm para todas as medidas. Foram realizadas 12 medições no centro de cada trecho usinado, para que a rugosidade medida não sofresse interferência da vibração das regiões de entrada e de saída do dente da fresa no corpo de prova.

Resultados e discussões

Os valores de rugosidade são maiores para as configurações com uma e duas pastilhas alisadoras em

Figura 3 – Amplitude do sinal para os ensaios 1 e 14, na montagem com seis pastilhas normais

Figura 4 – Amplitude do sinal para os ensaios 1 e 31, na montagem com uma pastilha alisadora

Figura 5 – Amplitude do sinal para os ensaios 1 e 31, para montagem com duas pastilhas alisadoras

relação ao uso de apenas pastilhas normais devido o aumento da área de contato da fase plana, no entanto, as pastilhas alisadoras apresentam melhor desempenho para altos valores de avanço por dente. Observa-se que ocorreu a redução dos valores de rugosidade com a diminuição da relação b_s/f_z, ou seja, com o aumento do avanço por dente para todas as configurações de montagem. O efeito de alisamento da fase plana das pastilhas torna-se efetivo a partir de determinados valores da relação b_s/f_z.

Na montagem com apenas pastilhas normais, para a relação b_s/f_z igual a 7 (f_z = 0,3 mm/dente) conseguiu-se o melhor valor de rugosidade (R_a = 0,345 μm), utilizando 85% da fase plana (b_s). Observou-se também que para valores de avanço por dente acima de 0,36 mm/dente houve um crescimento da rugosidade Ra em função da saturação do efeito de alisamento da fase plana da pastilha (b_s).

No caso das configurações com uma e duas pastilhas alisadoras na fresa, obteve-se as rugosidades R_a = 0,473 μm e R_a = 0,539 μ m, respectivamente, para uma relação b_s/f_z de 10, utilizando 60% da fase plana da pastilha alisadora. A partir desta relação houve também um crescimento da rugosidade R_a em função de uma possível sobrecarga na pastilha alisadora, pois nesta condição o avanço por dente era de 0,83 mm/dente e a velocidade de avanço, 7.430 mm/min.

Com relação ao parâmetro de rugosidade R_t, observa-se que o seu comportamento com a variação do avanço por dente foi análogo ao da rugosidade R_a. A rugosidade R_t decresceu com o aumento de f_z até o ponto de saturação e depois apresentou uma tendência de elevação principalmente na configuração com uma pastilha alisadora. A rugosidade R_t com a aplicação de duas pastilhas alisadoras apresentou um comportamento instável para avanços por dente acima de 0,4 mm/dente. Este fato pode ser explicado em função da maior área de contato de alisamento das duas pastilhas com a superfície da peça. Levando-se em consideração o comportamento das rugosidades R_a e R_t em função do avanço por dente com o uso de pastilhas alisadoras, pode-se constatar que, para a fresa de seis dentes, a utilização de apenas

uma pastilha alisadora é mais adequada para um bom desempenho do processo em termos de rugosidade.

Pelo monitoramento da amplitude do sinal de vibração em cada montagem, verificou-se que esta grandeza aumenta com o avanço por dente. Por meio da utilização do software Minitab, foram analisadas as correlações da amplitude do sinal de vibração com o avanço por dente e com a rugosidade R_a, sendo estas mostradas na tabela 2. Observou-se que todos os parâmetros são linearmente correlacionados (valor P < 0,05) e também todos eles apresentam forte grau de correlação, ou seja, o coeficiente de correlação de Pearson foi superior a 78%.

Conforme Callegari ^[2], as correlações entre amplitude de sinal e avanço por dente f_z foram linearmente positivas para todas as montagens, pois à medida que se aumenta o f_z, aumenta também a amplitude do sinal de vibração, em função de uma possível elevação das forças radiais na fresa. A correlação entre a amplitude de sinal e a rugosidade R_a foi linearmente negativa, pois, com o aumento da amplitude, a rugosidade Ra diminui. Este fato pode ser explicado em função da redução da rugosidade com o aumento do avanço por dente.

As figuras 3, 4 e 5 (pág. 52) apresentam as amplitudes do sinal referentes aos ensaios no 1 e no 14 (montagem com seis pastilhas normais), e ensaios n^o 1 e n^o 31 (montagem com uma pastilha alisadora e com duas pastilhas alisadoras). Observa-se que, para a mesma condição de corte f_z = 0,05 mm/dente (ensaio n^o1) para todas as montagens, as amplitudes do sinal se mantiveram em 0,2 g, ou seja, a amplitude do sinal independe da aplicação de uma ou duas pastilhas alisadoras. Observou-se também que, nas montagens com uma e duas alisadoras (ensaios n^o 31), a amplitude de vibração manteve-se em 1g, ou seja, não houve alteração deste sinal entre as duas montagens.

Conclusão

Em função dos resultados obtidos neste trabalho pode-se concluir que:

● A existência do ponto de saturação b_s/f_z igual a 7 ocorreu para uma rugosidade R_a mínima de 0,345 μm na configuração de montagem de apenas pastilhas normais;

● Na montagem com uma pastilha alisadora, obteve-se valores de rugosidade R a mínima em torno de 0,473 μm e o ponto de saturação b_s/f_z foi igual a 10;

● Comparando os valores bastante próximos de rugosidade R_a para a montagem com uma e duas pastilhas alisadoras, constata-se, pela viabilidade técnica, o uso de apenas uma alisadora;

● A medida da amplitude do sinal de vibração independe da configuração de montagem das pastilhas normais e alisadoras;

● Existe forte correlação positiva da amplitude do sinal de vibração com o avanço por dente f_z e correlação negativa com a rugosidade R_a.

Referências

1] Altintas, Y.: Manufacturing automation: metal cutting mechanics, machine-tool vibrations, and CNC design. Cambridge University Press, Nova Iorque, 2000.

2] Callegari, J.; Sidia, M.: Bioestatística: princípios e aplicações. Artemed, 255 p., Porto Alegre, 2003.

3] Diniz, A. E.; Marcondes, F. C.; Coppini, N. L.: Tecnologia da Usinagem dos Materiais. 4a ed., Artliber, São Paulo, 2014.

4] Sandvik Coromant. Manual técnico de usinagem, torneamento, fresamento, furação, mandrilamento e sistemas de fixação. 2a ed., Elanders, São Paulo, 2010.

5] Silva, L. C.: Estimativa da altura da rebarba formada no fresamento pelo monitoramento de sinais de vibração. 6o Congresso Nacional de Engenharia Mecânica (Conem), 9 p., 2010.

6] Souto, U. B.: Monitoramento do Desgaste de Ferramenta no Processo de Fresamento via Emissão Acústica. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – UFU, 198 p., Uberlândia, 2007.