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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO DO
FLUIDO DIELÉTRICO VEGETAL COM
MINERAL SINTÉTICO E QUEROSENE NA
ELETROEROSÃO DO AÇO AISI H13
Ernane Rodrigues da Silva
Belo Horizonte
2007
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1
Ernane Rodrigues da Silva
COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO DO
FLUIDO DIELÉTRICO VEGETAL COM
MINERAL SINTÉTICO E QUEROSENE NA
ELETROEROSÃO DO AÇO AISI H13
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia
Universidade Católica de Minas Gerais como parte
dos requisitos para obtenção do título de Mestre em
Ciência em Engenharia Mecânica.
Orientador: Prof. Wisley Falco Sales, Dr.
Co-Orientador: Prof. Ernani Sales Palma, Dr. – Ing.
Belo Horizonte
2007
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2
Ernane Rodrigues da Silva
Comparação do desempenho do fluido dielétrico vegetal com mineral
sintético e querosene na eletroerosão do aço AISI H13
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais como parte dos
requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciência em Engenharia Mecânica
Belo Horizonte, 2007.
_________________________________________________
Wisley Falco Sales, Dr. (Orientador) – PUC Minas
_________________________________________________
Ernani Sales Palma, Dr. – Ing. (Co-Orientador) – PUC Minas
_________________________________________________
Marcelo Becker, Dr. (Membro interno) – PUC Minas
_________________________________________________
Sandro Cardoso Santos, Dr. (Membro externo) – CEFET-MG
3
Para minha esposa, Vânia A. Morais,
minha mãe, Nilza Rodrigues da Silva,
meus irmãos, Edson, Eliane, Geraldo, Luciano
e sobrinhos, João Pedro, Philippe, Francielle, Isabela, Bárbara e Juliana.
4
AGRADECIMENTOS
Ao professor Wisley Falco Sales, meu orientador, pelo apoio integral e por
acreditar no meu trabalho. Um grande amigo que sempre será referenciado com
apreço.
Ao professor Ernani Sales Palma, meu co-orientador, pela presteza e ajuda
na realização deste trabalho.
Aos professores Marcelo Becker e José Rubens Gonçalves Carneiro, pelas
informações relevantes.
Ao meu amigo, Rogério Felício dos Santos, pela ajuda nos trabalhos
desenvolvidos antes e durante os experimentos.
Aos técnicos do laboratório de Engenharia Mecânica e Mecatrônica da PUC
Minas, Carlos Eduardo do Santos, Vinícius Maia de Sá, Pedro Kapler, Leandro
César da Silva e Marceliny Nardi Torrecília pela ajuda incondicional. Aos técnicos
do laboratório de construção civil, Misael Fernandes Barbosa e Roberto Moura
Lara.
Ao meu amigo, José Eustáquio Moura de Oliveira, pelos trabalhos de
soldagem.
Ao Marcelo Neves Martins, da Cooper Power Systems, por doar o fluido
vegetal sintético usado nos experimentos.
Ao meu amigo Joel Lima, pela valiosa colaboração e disposição durante a
obtenção dos crédito.
A Valéria Aparecida Gomes, secretária da Pós-Graduação em Engenharia
Mecânica, pela atenção nos esclarecimentos de dúvidas sobre o curso. À
estagiária da secretária Letícia da Anunciação Silva.
À Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais e ao Departamento de
Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, pela oportunidade de realizar este
trabalho.
À FAPEMIG, pela liberação de recursos para aquisição da máquina de
eletroerosão e de material de consumo, por meio do projeto TEC 798/2005.
Ao Cefet-MG, pela redução parcial da carga horária de trabalho e concessão
de bolsa parcial.
5
Aos coordenadores, professores e funcionários do curso técnico de
mecânica do Cefet-MG, que me ajudaram de forma direta ou indireta.
Ao professor Ivan José Santana, pela confiança em mim depositada.
Ao Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN), pelo trabalho
de Microscopia Eletrônica de Varredura e ao operador do aparelho, Eduardo
Antônio de Carvalho.
À professora Helena de Pinho, pela paciência e incentivo.
À professora Alcione Gonçalves, pela atenção e colaboração.
Ao professor Claudinei José de Oliveira, pela valorosa colaboração durante a
obtenção dos créditos.
6
RESUMO
Estudar o comportamento do fluido dielétrico, usado no processo de usinagem, não
convencional de eletroerosão (EDM), especificamente um de origem vegetal para
transformadores, foi o alvo deste trabalho de pesquisa. O mesmo foi comparado ao
querosene e a um fluido mineral sintético, próprio para eletroerosão. Os três fluidos
trabalharam nos regimes de acabamento, menos severo para superfície da peça
usinada, que retira uma quantidade menor de material e, conseqüentemente,
danifica menos sua superfície, ao contrário do regime de desbaste, que promove
maiores danos com a maior retirada de material. Para atingir os regimes, os
parâmetros da máquina foram ajustados de acordo com as especificações do
manual do fabricante. Foram avaliados os aspectos que levam em conta a retirada
de material dos eletrodos peça e ferramenta, como taxas de remoção de material
da peça e desgaste da ferramenta. Por meio de medições de rugosidade, micro-
dureza, micrografias e microscopias ótica e eletrônica de varredura, foi avaliada a
integridade da superfície. Os resultados foram expressos em tabelas e gráficos,
permitindo uma comparação visual do comportamento dos três fluidos dielétricos.
No regime de desbaste, o fluido vegetal sintético promoveu uma maior retirada de
material da peça, em comparação aos outros. No regime de acabamento, a
quantidade de material retirada pelo fluido vegetal foi menor do que a do mineral
sintético e maior do que a do querosene. O desgaste da ferramenta ocorreu de
forma acentuada com o fluido vegetal, em relação aos outros, nos dois regimes de
trabalho. Os três fluidos produziram superfícies semelhantes, formação da zona
branca fina no regime de acabamento e espessa no regime de desbaste. Micro-
trincas e poros surgiram sobre as superfícies usinadas pelos três fluidos, bem
como partículas erodidas aderiram sobre as mesmas.
Palavras-chave: Eletroerosão; fluidos dielétricos; fluido vegetal; fluido sintético;
querosene; integridade superficial.
7
ABSTRACT
Studying the behavior of the dielectric fluid used in the process of non-
conventional machining of electrical discharge machining (EDM) was the objective
of this study, specifically one plant origin for transformer. The same was compared
to a kerosene and synthetic mineral fluid, fit for electron erosion. The three worked
in systems of finish, less severe for surface of the machining piece since,
withdrawing a quantity of material and consequently less damage least its surface,
unlike the regime of thinning, which promotes greater damage, with the largest
withdrawal of material. To achieve the scheme, the parameters of the machine were
adjusted in accordance with the specifications of the manufacturer’s manual. They
were evaluated aspects that take into account the removal of material of electrodes
piece and tool, as removal rates of material and wear. Through microscopy optical
and electron-scan, was assessed the integrity of the area. The results were
expressed in tables and charts, allowing for visual comparison of the behavior of the
three dielectric fluids. In the regime of thinning, the fluid plant synthetic promoted
greater withdrawal of the piece of material, compared to others. In the scheme of
finishing the amount was between the other, less than the synthetic mineral, but
higher than the kerosene. The wear of the tool was so marked with the plant fluid,
compared with other, the two scheme word. The three fluids produced similar areas,
the training area in the scheme of thin white finish and very thick in thinning. There
were micro-cracks, pore and particle uprooted joined on all surface machining.
Key-words: EDM; dielectric fluids; vegetal fluid; synthetic fluid; kerosene; superficial
integrity.
8
LISTA DE SÍMBOLOS
Alfabeto latino:
V
w
taxa de remoção de material
[mm
3
/min]
V
e
taxa de desgaste
[mm
3
/min]
u
tensão média de trabalho
[V]
û
i
tensão em aberto
[V]
u
e
tensão média da descarga
[V]
t
d
tempo de retardo de ignição
[µs]
t
e
duração da descarga
[µs]
t
i
duração do pulso de tensão
[µs]
t
o
tempo de intervalo entre dois sucessivos pulsos de tensão t
i
[µs]
t
p
tempo de período do ciclo de uma descarga
[µs]
î
e
corrente máxima durante a descarga
[A]
i
e
corrente média durante a descarga
[A]
R
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
[µm]
R
z
média aritmética dos cinco valores da rugosidade parcial Z
i
[µm]
TS
Transistor standard – define a quantidade de corrente
DT relaciona o tempo de pausa entre duas descargas
consecutivas
%
T
on
igual ao tempo t
i
[µs]
T
off
Igual ao tempo t
o
[µs]
Alfabeto grego:
ϑ
desgaste relativo
%
τ
relação de contato
9
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1...................................................................................................... 11
11
12
13
13
13
1 INTRODUÇÃO................................................................................................
1.1 Justificativa...................................................................................................
1.2 Objetivos......................................................................................................
1.2.1 Objetivo geral............................................................................................
1.2.2 Objetivos específicos................................................................................
1.3 Organização do trabalho..............................................................................
14
CAPÍTULO 2......................................................................................................
15
15
15
21
23
27
28
30
35
37
43
44
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..............................................................................
2.1 Estado da arte – Histórico do processo de eletroerosão.............................
2.2 A máquina de eletroerosão e equipamentos...............................................
2.3 Mecanismo de remoção do material............................................................
2.4 Parâmetros do processo..............................................................................
2.5 Principais aspectos avaliados após o processo...........................................
2.6 A influência dos parâmetros do processo....................................................
2.7 Fluido dielétrico............................................................................................
2.8 Limpeza da fenda de trabalho......................................................................
2.9 Material do eletrodo ferramenta...................................................................
2.10 Integridade da superfície............................................................................
2.11 Óleo vegetal como fluido dielétrico............................................................ 48
CAPÍTULO 3......................................................................................................
49
49
49
55
61
65
66
67
68
68
69
71
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS.............................................................
3.1 Ajuste dos parâmetros da máquina.............................................................
3.2 Modificação no sistema de alimentação do fluido dielétrico........................
3.3 Material e formato das amostras..................................................................
3.4 Material e formato do eletrodo ferramenta...................................................
3.5 Determinação da variação de massa de peça (amostra) e ferramenta.......
3.6 Análise da taxa de remoção de material da peça (amostra)........................
3.7 Determinação da taxa de desgaste do eletrodo ferramenta........................
3.8 Rugosidade..................................................................................................
3.9 Preparação das amostras e análise de microscopia ótica...........................
3.10 Análise via microscópio eletrônico de varredura........................................
3.11 Análise de micro-dureza.............................................................................
72
CAPÍTULO 4......................................................................................................
73
73
73
78
80
82
84
RESULTADOS E ANÁLISES............................................................................
4.1 Variação de massa dos eletrodos peça e ferramenta..................................
4.2 Taxa de variação volumétrica das peças (amostras)...................................
4.3 Variação volumétrica dos eletrodos ferramentas.........................................
4.4 Desgaste volumétrico relativo......................................................................
4.5 Arredondamento de cantos e over-cut.........................................................
4.6 Rugosidade..................................................................................................
4.7 Morfologia da superfície da cavidade..........................................................
4.8 Micro-dureza na região termicamente afetada pelo calor............................
85
90
97
10
CAPÍTULO 5...................................................................................................... 100
100
100
CONCLUSÕES E COMENTÁRIOS GERAIS....................................................
5.1 Conclusões...................................................................................................
5.2 Comentários gerais......................................................................................
5.3 Sugestões para futuros trabalhos................................................................
102
102
REFERÊNCIAS..................................................................................................
104
108
ANEXOS
Anexo A – Propriedades químicas e físicas do querosene................................
Anexo B – Boletim técnico do fluido mineral sintético........................................
Anexo C – Manual de informações do produto Envirotemp FR3.......................
109
110
11
CAPÍTULO 1
1 INTRODUÇÃO
O que caracteriza o processo de usinagem é a transformação da matéria
prima em produto por meio de remoção de material em forma de cavacos. Na
usinagem convencional, o material é retirado por cisalhamento devido à ação de
uma ferramenta de corte, como no torneamento, fresamento, furação, etc. Na
usinagem não-convencional, são empregadas outras modalidades de energia para
remover o material, como ultra-som, laser, plasma, fluxo abrasivo, reações
químicas e eletroquímicas, feixes de elétrons, entre outras.
O processo de fabricação por descargas elétricas (Electrical Discharge
Machining – EDM), popularmente conhecido como eletroerosão, destaca-se entre
os processos não-convencionais, devido à sua aplicação na confecção de peças
em material com elevada dureza sem contato direto entre ferramenta e peça, que
ficam submersas em um fluido dielétrico, durante a execução do corte, bem como a
confecção de peças de formas complexas e dimensões reduzidas.
Muitos aspectos foram avaliados e discutidos ao longo dos anos, desde que
o processo foi desenvolvido pelo casal russo, os Lazarenko, porém, muitas
informações sobre o processo ainda não são bem compreendidas.
Por muito tempo, o principal fluido dielétrico, utilizado no processo de
eletroerosão, foi o querosene, graças ao seu baixo preço, sendo esta sua principal
vantagem. Porém, o mesmo é extremamente nocivo e prejudicial à saúde do
operador, além de agredir e contaminar o meio ambiente. Devido a esses
inconvenientes, o mesmo foi substituído por óleos de origem mineral sintéticos nos
países do primeiro mundo. No Brasil, o querosene ainda é um fluido dielétrico,
utilizado no processo.
É provável que nas próximas décadas o fluido mineral sintético também
tenha que ser substituído por um produto 100% biodegradável, não tóxico, com
menor risco de acidentes no manuseio e no armazenamento, protegendo, assim, a
saúde do operador da máquina, bem como o meio ambiente. Uma solução possível
12
seria o uso de óleo vegetal. Sua fonte renovável caracteriza-se como outra
vantagem desse óleo em comparação ao mineral sintético e à querosene.
Existem poucas informações sobre a verdadeira eficiência de diferentes
fluidos dielétricos no processo de Eletroerosão. O que conduz o pensamento
humano a buscar informações mais coerentes com a nossa realidade.
1.1 Justificativa
A busca por produtos alternativos para suprir os de origem petrolífera é uma
necessidade iminente. Além do que, exigências legais, com relação à preservação
do meio ambiente e à saúde pública, tornaram-se fatores preponderantes, logo,
produtos não tóxicos, biodegradáveis, recicláveis destacam-se em todas as áreas.
A utilização do querosene como fluido dielétrico contrapõe-se a essas
características por se tratar de um produto nocivo à saúde do operador e agredir o
meio ambiente. O ideal talvez fosse substituí-lo por produtos menos agressivos.
Os fluidos dielétricos de origem mineral sintéticos vêm aos poucos sendo
utilizados nesse processo de mudança, porém ainda não são biodegradáveis.
Outros fluidos podem, talvez, desempenhar este papel, por exemplo, os óleos de
origem vegetal, que certamente seriam uma das prováveis soluções para quase
todos os inconvenientes citados. Porém, os mesmos ainda não foram devidamente
desenvolvidos e investigados com relação aos quesitos: desempenho e eficiência
quando utilizados como fluido dielétrico no processo de fabricação por eletroerosão
por penetração. Portanto, a necessidade de pesquisas desse fluido dielétrico neste
campo de aplicação é de suma importância. Bem como compará-lo com os fluidos
usados atualmente.
13
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
Avaliar o desempenho do fluido dielétrico vegetal sintético para
transformadores na usinagem de eletroerosão por penetração nos regimes de
trabalho, acabamento e desbaste, do aço AISI H13, comparando-o ao
comportamento de um fluido mineral sintético próprio para eletrorerosão e do
querosene.
1.2.2 Objetivos específicos
► Quantificar a taxa de remoção do material, promovida pela usinagem por
eletroerosão, utilizando eletrodo ferramenta de cobre em amostras de aço
AISI H13, submersas em fluido dielétrico vegetal sintético, mineral sintético e
querosene;
► Quantificar o desgaste do eletrodo ferramenta de cobre no processo de
eletroerosão com fluidos dielétricos diferentes;
► Avaliar o desgaste relativo entre eletrodo ferramenta de cobre e amostra
de aço após a eletroerosão com fluidos dielétricos diferentes;
► Medir a rugosidade das amostras de aço AISI H13 usinadas pelo
processo de eletroerosão com fluidos dielétricos diferentes nos regimes de
acabamento e desbaste;
14
► Analisar a integridade da superfície (alterações superficiais e sub-
superficiais) de amostras de aço AISI H13 usinadas pelo processo de
eletroerosão com fluidos dielétricos diferentes.
1.3 Organização do trabalho
O texto deste trabalho foi estruturado em capítulos. Neste primeiro, faz-se
uma “Introdução” ao trabalho, enfocando o estudo e os objetivos.
O Capítulo 2 tem como finalidade proporcionar uma compreensão básica do
processo de eletroerosão por penetração por meio da “Revisão Bibliográfica”, na
qual foram abordados os temas relevantes ao trabalho. Essa compreensão deverá
promover um entendimento do comportamento dos fluidos dielétricos, observado
nos ensaios experimentais.
O Capítulo 3 reporta aos “Procedimentos Experimentais”, onde são
apresentados metodologias, materiais, equipamentos e parâmetros para a
realização dos experimentos.
No Capítulo 4, “Discussões dos Resultados”, são apresentados e discutidos
os resultados dos ensaios experimentais realizados, confrontando as possíveis
diferenças encontradas no processo de eletroerosão, utilizando os três fluidos
diferentes.
No Capítulo 5, são apresentados “Conclusões e comentários gerais” que têm
o intuito de complementar o presente trabalho, bem como, propiciar informações
relevantes que possam ajudar na realização de trabalhos futuros.
As “Referências Bibliográficas” são apresentadas após o Capítulo 5.
As páginas finais deste trabalho são reservadas para os anexos que o
compõem, como as especificações técnicas referentes aos três fluidos dielétricos,
usados nos experimentos (querosene, mineral sintético e vegetal sintético, nesta
ordem).
15
CAPÍTULO 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo são apresentados os temas referentes à eletroerosão por
penetração que expõem a invenção do processo, a máquina e os equipamentos, o
fenômeno de erosão por descargas elétricas, os parâmetros ajustados na máquina,
bem como a influência dos mesmos, principais aspectos a serem avaliados após o
processo, funções do fluido dielétrico, material da ferramenta e a integridade da
superfície usinada por eletroerosão.
2.1 Estado da arte – Histórico do processo de eletroerosão
Segundo Descoeudres (2006), as raízes históricas do processo datam da
descoberta de descargas produzidas por fenômenos naturais, como relâmpago, e da
produção de descargas artificiais, relacionadas próximo ao desenvolvimento de
fontes de energia elétricas. As primeiras investigações de fenômenos eletrostáticos
foram executadas por meio de máquinas de fricção durante a primeira metade do
século XVIII.
Joseph Priestley, químico inglês, foi o primeiro a descobrir, em 1766, o efeito
erosivo das descargas elétricas. Após ter descarregado uma bateria, observou uma
cratera formada pelo derretimento do material na superfície do cátodo
(Descoeudres, 2006). Porém, somente cem anos depois, este fenômeno teve uso
prático, de acordo com McGeough (1988). No início, o efeito das descargas elétricas
era aplicado na remoção de machos, brocas ou punções quebrados no interior de
peças.
Em 1943, durante a segunda guerra mundial, quando o casal de cientistas
russos, Boris R. Lazarenko e Natalya I. Lazarenko, incumbido de investigar o
16
desgaste provocado por faíscas entre contatos de interruptores, deduziu a
possibilidade de usar o fenômeno das descargas elétricas na usinagem de novos
metais como carboneto de tungstênio, que eram difíceis de serem usinados pelos
processos tradicionais (McGeough, 1988). Os Lazarenko perceberam que a energia
da centelha deveria ser baixa e controlada para promover uma aplicação eficaz na
usinagem.
Até aquele momento, as técnicas usadas para desintegrar metais eram
desajeitadas, com acabamento superficial ruim, sem nenhuma reprodução de
detalhes e muita energia da descarga era perdida. Eles desenvolveram um sistema
de resistor-capacitor (RC), que ficou conhecido como circuito de Lazarenko,
mostrado na figura 1, em que a ferramenta e a peça ficam submersas em um fluido
dielétrico, dentro de um tanque de trabalho, conectadas a resistores e a capacitores
carregados por uma fonte de corrente contínua (Jameson, 2001). Quando ocorre o
aumento da voltagem do capacitor, uma centelha é criada na região de menor
resistência elétrica, localizada, normalmente, entre a ferramenta e a peça. Após
cada descarga, o capacitor é recarregado pela fonte de corrente contínua, por meio
do resistor e uma nova centelha é produzida. O dielétrico serve para concentrar a
energia de descarga em uma pequena fenda entre a peça e a ferramenta.
Figura 1: Circuito Resistor-Capacitor (RC) de Lazarenko para eletroerosão (JAMESON, 2001).
17
De acordo com Silva (2006), o circuito de Lazarenko apresentava como
vantagens: simplicidade construtiva, confiabilidade, baixo custo e facilidade de
usinagem de superfícies com alto grau de acabamento. Pela primeira vez, foi
possível um controle do tempo dos pulsos de tensão, fato que propiciou a
constatação de que determinadas distâncias entre os eletrodos resultavam em
melhores taxas de remoção de material.
Pode-se introduzir um circuito simples de controle no servo mecanismo de
avanço do eletrodo ferramenta, proporcionando o ajuste automático da distância
entre os eletrodos conforme a situação da fenda de trabalho, diminuindo ou
eliminando a formação de arcos elétricos e curtos circuitos durante a usinagem.
A figura 2 ilustra os componentes básicos do processo de eletroerosão. O
processo ocorre entre dois materiais condutores eletricamente, um eletrodo-
ferramenta e o outro eletrodo-peça, por meio das faíscas produzidas por descargas
elétricas na presença de um líquido dielétrico. Durante o processo, a ferramenta não
entra em contato com a peça, logo nenhuma força de corte atua contra a mesma. A
ferramenta trabalha sempre afastada da peça, mantendo uma fenda de trabalho
denominada gap. As primeiras descargas elétricas ocorrem nos pontos mais
próximos das superfícies dos eletrodos ferramenta e peça provocando um aumento
na distância entre ambas, a fenda de trabalho, então, é compensada pelo
deslocamento de aproximação do eletrodo ferramenta.
Figura 2: Componentes básicos do processo de eletroerosão (JAMESON, 2001).
18
A eletroerosão é um processo térmico, o material é removido pelo calor
promovido pelo fluxo de eletricidade entre eletrodos ferramenta e peça. O material,
nos pontos mais próximos dos eletrodos ferramenta e peça, onde a faísca inicia e
termina, aquece a ponto de vaporizar-se, com isso uma quantidade de material é
arrancada das superfícies e arrastada para fora da fenda de trabalho pelo líquido
dielétrico. A área aquecida por cada faísca é rapidamente refrigerada pelo fluido
dielétrico, bem como pequena quantidade de material arrancada. Algumas
mudanças metalúrgicas ocorrem na superfície do eletrodo peça, devido ao
resfriamento brusco. Outra função do fluido dielétrico no processo é se manter
isolante elétrico por um tempo, conhecido como tempo de ionização, até atingir uma
tensão elétrica, tornando-se condutor. Quando a faísca termina, o fluido torna-se
isolante elétrico novamente.
Eletrodos ferramenta e peça não podem entrar em contato, o que provocaria
curto circuito, não permitindo o funcionamento do sistema, eles ficam afastados
mantendo a fenda de trabalho durante o processo. Essa fenda é a região de menor
resistência elétrica, onde ocorrem as descargas elétricas, formando as centelhas
que promovem a remoção de material através da erosão, produzida pelo choque
de íons e de elétrons que circulam no fluído dielétrico.
Os eletrodos peça e ferramenta sofrem o efeito da erosão, porém menos
metal é retirado do eletrodo positivo, o anodo, que geralmente é a ferramenta. A
figura 3 ilustra esse efeito.
Figura 3: As faíscas ocorrem nos pontos mais próximos das superfícies entre os eletrodos ferramenta
e peça (JAMESON, 2001).
19
Um canal de plasma forma-se entre eletrodos ferramenta e peça, localizado
na região da fenda de trabalho. O canal mantém, no seu interior, uma pressão
muito alta e um fluxo de elétrons e íons que circulam livremente enquanto a
corrente é ativada. No momento em que a corrente é desligada, a pressão caí
bruscamente, promovendo o choque dos elétrons e dos íons contra as superfícies
dos eletrodos (McGeough, 1988).
O dielétrico concentra a energia de descarga em um canal muito pequeno na
área da seção transversal do eletrodo ferramenta. Ele também tem a função de
limpar os produtos de usinagem para fora da região da fenda de trabalho. A
resistência elétrica do dielétrico influencia a energia de descarga e o tempo de
iniciação da centelha. Se a resistência é baixa, uma descarga acontecerá
rapidamente, se alta, o capacitor atingirá um valor mais alto de carga antes da
centelha da descarga acontecer. Isso significa que a energia e a taxa de repetição
das centelhas dependem das condições da fenda de trabalho entre os eletrodos.
Como sua duração e área na qual é aplicada são pequenas, a centelha funde e
vaporiza uma porção minúscula do material da peça nas regiões próximas à mesma.
O efeito de sucessivas centelhas (faíscas) sobre a superfície do eletrodo peça
promove a sua erosão, ou usinagem, dando forma a uma cavidade que tem as
características dimensionais do eletrodo ferramenta.
Para que o circuito de tensão seja aberto e o de corrente fechado,
possibilitando, dessa forma, o controle da fonte trabalhar com corrente e tempo de
descarga, indicados pelo operador da máquina, é necessário um sistema gerador.
Uma fonte de corrente contínua carrega o capacitor, gerando um gradiente de
campo elétrico entre os eletrodos até o nível de rompimento da tensão do dielétrico
(Silva, 2006).
Para um perfeito funcionamento do sistema, o eletrodo ferramenta deve
aproximar-se do eletrodo peça, para isso, um servo sistema é necessário para
assegurar que o eletrodo ferramenta se mova com taxa própria, mantendo a fenda
de trabalho apropriada para a centelha, bem como, afastando-se para retirada por
meio do fluido dielétrico das partículas erodidas. Geralmente, o servo sistema
compara a voltagem da fenda de trabalho com um valor de referência, assegurando-
se ao mesmo a capacidade de avançar ou de afastar o eletrodo ferramenta,
conforme a necessidade.
20
O processo de usinagem por eletroerosão, não sofre influência da dureza do
material da peça, que precisa ser apenas condutor de eletricidade. Para usinar
peças de forma variadas, a ferramenta tem o formato do negativo da cavidade que
desejasse obter na peça (figura 4). O processo é extensamente utilizado na
fabricação de matrizes para estampagem e moldes para injeção, conjuntos que têm
como característica imprescindível, para seu funcionamento, a dureza, em geral,
extremamente alta. O processo de eletroerosão usina todo tipo de material que
possua condutividade elétrica, no mínimo 10
–2
S/cm, por mais duro que seja.
Figura 4: O formato da ferramenta produz a forma da cavidade na peça (ENGEMAQ, 2002).
Além de usinar materiais extremamente duros, outras vantagens do
processo, segundo Fuller (1989), são: peças com cavidades de paredes finas, de
geometrias complexas e livres de rebarbas.
A temperatura na região da centelha pode atingir a ordem de 12.000
o
C. O
tamanho da fenda de trabalho tem influência direta na realização do processo de
erosão. Folgas maiores aumentam o poder de destruição da centelha na superfície
dos eletrodos peça e ferramenta. O fluido dielétrico reduz a distância entre
eletrodos, o que promove um controle na remoção de material. Para dar forma à
peça, o efeito das faíscas deve ocorrer por várias vezes consecutivas, com isto, o
eletrodo ferramenta deve se aproximar cada vez mais do eletrodo peça, o servo
sistema mantém este funcionamento. Um sistema de filtragem é importante, pois
21
as partículas erodidas arrancadas do material se misturam ao fluido dielétrico e,
quando não retidas, elas circulam livremente no interior do fluido, podendo
provocar curto circuito na região entre eletrodos peça e ferramenta, não deixando
com que o processo funcione adequadamente.
2.2 A máquina de eletroerosão e equipamentos
A figura 5 ilustra o esquema de uma máquina de eletroerosão por
penetração que, segundo Benedict (1987), possui quatro subconjuntos principais,
fonte de alimentação (constituída pela fonte de corrente contínua, controle de
freqüência, voltímetro e amperímetro), sistema dielétrico (fluido dielétrico, cuba de
trabalho, reservatórios, bombas, filtro, rotâmetro e manômetro), eletrodos
(ferramenta e peça) e servo sistema de avanço da ferramenta.
Figura 5: Esquema dos elementos constitutivos de um equipamento EDM (BENEDICT, 1987).
22
De acordo com Silva (2006), a máquina de eletroerosão por penetração
possui três sistemas: mecânico, elétrico e dielétrico (figura 6).
Figura 6: Desenho esquemático de uma máquina de eletroerosão por penetração (ENGEMAQ, 2002).
► O mecânico é responsável pelo movimento relativo entre os eletrodos
ferramenta e peça, composto por três elementos. O primeiro, a mesa de
trabalho, que posiciona a peça em relação aos eixos X e Y. O segundo, o
servo mecanismo de avanço e posicionamento do eletrodo ferramenta,
responsável por manter a distância adequada da fenda de trabalho entre os
eletrodos ferramenta e peça, o eixo Z. O último, a própria estrutura da
máquina.
As máquinas modernas possibilitam a instalação de um cabeçote que possui
até quatro eixos programáveis X-Y-Z-C, esse último eixo (C) é responsável
pela rotação do eletrodo ferramenta em torno do eixo Z, como mostra a
figura 7:
23
Figura 7: Desenho esquemático ilustrando o quarto eixo ”C”, da máquina EDM (JAMESON, 2001).
► O elétrico é composto pelo gerador de pulsos estáticos, sistemas de
controle do avanço proporcional do eletrodo ferramenta e pelos cabos de
alimentação de energia;
► O dielétrico é constituído pelo reservatório, cuba de trabalho e moto
bomba, encarregada da alimentação do fluido dielétrico durante o processo
de usinagem e filtros, responsáveis pela limpeza do fluido.
2.3 Mecanismo de remoção do material
Dois eletrodos, anodo e catodo, um deles a ferramenta de forma
predeterminada, outro a peça, submersos em um fluido dielétrico, sofrem uma série
de pulsações de voltagem, normalmente de forma retangular, com magnitude de
aproximadamente 80 a 120 V (às vezes mais alta) e freqüência da ordem de 5 kHz,
aplicada entre os dois eletrodos, separados por uma pequena fenda de trabalho de
0,01 a 0,50 mm. A aplicação dessa voltagem pulsada dá lugar a um desarranjo
elétrico na região da fenda, produzindo aceleração de elétrons contra o anodo e de
íons positivos contra o catodo. A figura 8 ilustra o fluxo natural de elétrons atraídos
pelo anodo, de polaridade positiva e íons positivos atraídos pelo catodo, de
24
polaridade negativa através da coluna ionizada (canal de plasma) dentro do fluido
dielétrico.
Figura 8: Fluxo natural de elétrons e íons positivos através da coluna ionizada (JAMESON, 2001).
Os elétrons colidem ainda com átomos neutros do dielétrico e criam,
respectivamente, íons positivos e elétrons adicionais que, acelerados, colidem
contra as superfícies dos eletrodos peça e ferramenta, transformando a energia
cinética em térmica, na forma de calor. Temperaturas atingem a ordem de 8.000 a
12.000
o
C, de tal forma que a faísca com tempo de duração pequeno (0,1 a 2.000
micro-segundos) eleva a temperatura na superfície dos eletrodos acima do ponto de
ebulição. A evaporação do dielétrico promove uma redução da pressão na região do
canal de plasma, que tem sua pressão reduzida bruscamente, e o metal
superaquecido transforma-se em vapor por sublimação. Portanto, a colisão de
elétrons e íons é o agente que causa a elevada geração de calor concentrada,
preferencialmente, nos picos da topografia da superfície.
O canal de plasma tem largura e densidade aumentadas em função do
tamanho da folga entre os eletrodos ferramenta e peça.
Considerando que a remoção de material é efetuada pela ação das descargas
elétricas, a taxa de usinagem não é influenciada pela dureza da peça. A taxa de
remoção pode subir com o aumento da corrente e da freqüência da centelha, o que
afeta diretamente o valor de rugosidade da peça.
25
Muitas teorias sobre o fenômeno de eletroerosão foram formuladas, porém, a
teoria termoelétrica apresenta-se atualmente com as melhores explicações sobre o
fenômeno de remoção de material por descargas elétricas segundo Kahng (1977),
citado por Silva (2006).
Segundo Descoeudres (2006), o fenômeno é subdividido em cinco fases
como mostra a figura 9: ocorre a pré-ignição, a voltagem é aplicada entre os
eletrodos ferramenta e peças, em 9(a). Com a desagregação dielétrica, ocorre
formação do canal de plasma, em 9(b). Descarga, aquecimento fusão e
vaporização dos materiais das superfícies dos eletrodos, em 9(c). Fim do canal de
plasma, implosão do canal e remoção do material aquecido nas superfícies, em
9(d). Limpeza, solidificação das partículas erodidas que são removidas pelo
dielétrico, em 9(e). Essas fases estão diretamente relacionadas aos tempos de
aplicação de tensão e de corrente.
Figura 9: Fases da descarga elétrica (DESCOEUDRES, 2006).
26
Para Benedict (1987), quando o pulso de eletricidade da corrente contínua é
entregue aos eletrodos ferramenta e peça, um campo elétrico intenso é criado nos
pontos onde existem as maiores irregularidades nas superfícies, figura 9(a). Logo
em seguida, partículas negativamente carregadas são emitidas e começam a migrar,
resultando na formação de uma ponte de elevada condutividade, figura 9(b). A
temperatura do material aumenta na região da ponte, bem como, numa parcela
pequena das partículas fluídas carregadas no interior do dielétrico, ocorre, então, a
formação da faísca entre as duas superfícies, figura 9(c). Nesse momento, a tensão
diminui e a corrente aumenta, aumentando-se a temperatura e a pressão no canal
de plasma. Uma bolha se expande rapidamente para fora do canal. Quando o pulso
elétrico termina, a ação da faísca aquece imediatamente e a bolha do vapor entra
em colapso, figura 9(d). O fluído dielétrico retira o metal derretido das superfícies.
Como resultado, forma-se uma pequena cratera em ambas as superfícies. Em
seguida, as pequenas partículas solidificam-se e o líquido dielétrico age para
remover essas partículas localizadas na fenda de trabalho, figura 9(e). Essa
seqüência ocorre em um período de micro-segundos.
Dois períodos de tempos são de fundamental importância para o perfeito
funcionamento do processo, o tempo de descarga, chamado de T
on
e o tempo de
intervalo T
off
. A duração desses períodos é da ordem de µs (micro-segundos). No
tempo T
on
, a voltagem entre peça e ferramenta forma um canal de plasma, onde
elétrons e íons circulam livremente, entre os eletrodos peça e ferramenta. No
instante em que a voltagem é desligada, automaticamente, pelo sistema de
funcionamento da máquina, o canal de plasma desfaz-se e neste instante a corrente
passa através do fluido entre peça e ferramenta e os elétrons e íons se chocam
contra as superfícies dos eletrodos peça e ferramenta. Logo em seguida, começa o
tempo T
off
, durante o qual as partículas dos materiais que foram arrancadas pela
descarga são arrastadas pelo fluido dielétrico. A figura 10 ilustra a formação do
canal de plasma durante o tempo T
on
e o final do canal no tempo T
off
. Shumacher
(2003) considera a ocorrência de três fases importantes durante o procedimento da
descarga elétrica, fase da preparação para a ignição 10(a), fase da descarga 10(b) e
fase do intervalo entre descargas 10(c).
27
Figura 10: Tempos
T
on
e
T
off
durante o procedimento da descarga elétrica (FERREIRA, 2006).
2.4 Parâmetros do processo
De acordo com Amorim (2002), a norma VDI 3402, de 1990, estabelece e
define os principais parâmetros elétricos de controle do processo de EDM
(eletroerosão), conforme evolução da tensão e corrente elétricas durante a
descarga de uma faísca, apresentando-se em destaque os principais parâmetros
de controle do processo como mostra a figura 10.
28
û
i
– tensão em aberto [V] – tensão na fenda de trabalho quando não há fluxo de
corrente;
u
e
– tensão média da descarga [V] – representa a tensão na fenda no decorrer de
uma faísca elétrica;
u
– tensão média de trabalho [V] – significa a média aritmética da tensão na fenda
de trabalho durante uma operação de usinagem;
t
d
– tempo de retardo de ignição [µs] – intervalo de tempo desde a aplicação da
tensão em aberto û
i
até o início da descarga;
t
e
– duração da descarga [µs] – período de tempo decorrido após o rompimento da
rigidez do dielétrico quando ocorre o fluxo efetivo de corrente;
t
i
– duração do pulso de tensão [µs] – representa o tempo de aplicação de tensão
na fenda de trabalho, correspondendo à soma do tempo de ignição t
d
mais a
duração da descarga t
e
;
t
o
– tempo de intervalo entre dois sucessivos pulsos de tensão t
i
[µs];
t
p
– tempo de período do ciclo de uma descarga [µs] – representa a soma da
duração do pulso de tensão
t
i
mais o tempo de intervalo t
o
;
î
e
– corrente máxima durante a descarga [A];
i
e
– corrente média durante a descarga [A];
τ
– relação de contato representa a razão entre o tempo de pulso t
i
e o tempo de
período do ciclo da descarga
t
p
.
Esses parâmetros podem ser regulados dentro de uma ampla faixa de
variação em função do tipo da máquina de EDM.
A energia da descarga, que significa a energia fornecida por uma faísca à
fenda de trabalho, é representada por:
W
e
≈ u
e
.
i
e
.
t
e
[J] e determina o volume de
material removido por descarga e também a qualidade do acabamento superficial.
2.5 Principais aspectos avaliados após o processo
Segundo Amorim (2002), para avaliação do rendimento tecnológico do
processo, usualmente, são quantificados os seguintes aspectos:
29
V
w
– taxa de remoção de material – caracteriza o volume de material que é
removido do eletrodo peça pelo tempo de usinagem [mm
3
/min];
V
e
– taxa de desgaste – representa o volume de material que é removido do
eletrodo ferramenta pelo tempo de usinagem [mm
3
/min];
ϑ – desgaste relativo representa o desgaste volumétrico relativo entre os eletrodos
ferramenta e peça, dado pela razão entre V
e
e V
w
, equação (1), normalmente
expressa em valores percentuais.
ϑ = V
e
. (100) [%]
(1)
V
w
onde:
V
e
= taxa de desgaste [mm
3
/min];
V
w
= taxa de remoção de material [mm
3
/min].
A qualificação da textura superficial das peças usinadas por eletroerosão é
analisada usualmente pelos parâmetros de rugosidade R
a
e R
z
[µm].
Esses aspectos são influenciados pelos ajustes operacionais da máquina,
bem como tempo de duração dos períodos de trabalho e intervalo, intensidade da
corrente, magnitude da voltagem, freqüência de voltagem, condição de polaridade
dos eletrodos (positivo para a ferramenta e negativo para a peça ou vice versa),
tamanho da fenda de trabalho, material do eletrodo ferramenta e tipo de fluido
dielétrico.
A taxa de remoção de material do eletrodo peça trata-se da quantidade de
material retirada da peça durante o processo, geralmente medida em volume por
tempo, taxas maiores são obtidas em etapas de desbaste severo onde não se tem
uma devida preocupação com a integridade da superfície da peça e menores taxas
quando se trata de acabamento final.
A taxa de desgaste do eletrodo ferramenta fornece a quantidade do
desgaste da ferramenta. Muito importante para o processo, pois o ideal seria um
desgaste zero. Porém, isso não é possível já que a superfície do mesmo também é
bombardeada no momento de formação ou degeneração do canal de plasma.
30
Considerando-se o desgaste relativo, quanto menor seu valor, melhor para o
processo, já que ele relaciona a taxa de desgaste do eletrodo ferramenta com a
taxa de remoção de material do eletrodo peça. Valor pequeno resulta em um alto
valor da quantidade de material retirada da peça com pouco desgaste da
ferramenta.
A integridade superficial da peça fica comprometida após o processo, já que
a mesma sofre ataque de íons e/ou elétrons que promovem a retirada do material
através de explosões não controladas (aleatórias). Não existe um padrão definido
da quantidade de material removido. Sabe-se, apenas, que maior intensidade de
corrente em períodos longos e fendas de trabalho de maiores distância produzem
explosões mais intensas, conseqüentemente, uma maior remoção de material,
promovendo uma textura mais grosseira. Além disso, ocorre formação de uma
camada chamada de zona branca, localiza na superfície da peça e outra chamada
de zona termicamente afetada pelo calor, que se localiza pouco abaixo da zona
branca entre a mesma e o substrato da peça. Ocorre também o surgimento de
micro-trincas e poros na superfície da peça erodida, além da adesão de partículas
erodidas sobre a superfície da mesma.
2.6 A influência dos parâmetros do processo
Segundo Amorim (2002), a fim de se obter uma aplicação eficiente do
processo de usinagem por eletroerosão, é fundamental conhecer, além do princípio
físico de remoção de material, os seguintes aspectos:
► a tecnologia do processo em termos dos parâmetros elétricos de controle
do gerador e suas relações;
► as diferentes formas de lavagem da fenda de trabalho;
► os principais materiais para eletrodos ferramenta;
► a escolha adequada da polaridade dos eletrodos.
No estabelecimento adequado dessas variáveis, pode-se conseguir uma
assimetria adequada da remoção de material do anodo e do catodo e, também, um
comportamento equilibrado da fenda de trabalho, resultando em condições estáveis
31
de eletroerosão, possibilitando a ausência ou a diminuição da ocorrência de arcos
e curtos-circuitos e, conseqüentemente, melhor rendimento do trabalho da
usinagem.
A tensão média de trabalho e a tensão em aberto influem diretamente na
dimensão da fenda de trabalho. Tensão em aberto significa que não flui corrente
entre eletrodos peça e ferramenta. Nas máquinas modernas de eletroerosão, é
possível ajustar-se indiretamente a tensão média de trabalho, estabelecendo, no
sistema de controle da máquina, uma grandeza chamada de tensão de referência,
que significa a tensão desejada para a tensão média de trabalho. Durante a
usinagem, o sistema de controle adaptativo atua sobre o avanço do eletrodo
ferramenta no sentido de manter a tensão de referência programada e, portanto
garantir o equilíbrio adequado da dimensão da fenda de trabalho (Amorim, 2002).
Com a elevação da tensão média de trabalho, ocorre o aumento da abertura da
fenda de trabalho, proporcionando boas condições de remoção das partículas
erodidas.
A máquina de eletroerosão por penetração pode trabalhar tanto com
polaridade positiva quanto com negativa, dependendo da aplicação, porém a
maioria das operações são realizadas com polaridade positiva no eletrodo
ferramenta com a finalidade de proteger o mesmo contra desgaste excessivo
(Guitrau, 1997).
Segundo Amorim (2002), a compreensão do comportamento do fenômeno
da fusão de material em ambos, anodo e catodo, com a progressão da duração da
descarga elétrica, é importante para entender-se a influência da polaridade dos
eletrodos sobre a taxa de remoção e sobre o desgaste relativo, sendo possível com
isso escolher-se adequadamente a polaridade do eletrodo ferramenta.
No instante inicial da descarga, ocorre primeiramente a fusão contínua de
material do anodo, promovida pela alta mobilidade dos elétrons que transforma sua
energia cinética em calor ao serem absorvidos pelo material. Após alguns micro-
segundos, ocorre um aumento do diâmetro do canal de plasma na região próxima ao
anodo, causando um decréscimo do fluxo de energia sobre a superfície. O material
fundido da cavidade anódica começa a solidificar-se. Já do lado do catodo, a fusão
de material inicia-se aproximadamente após o dobro do período de tempo observado
para a fusão de material no anodo, isto por causa da menor mobilidade dos íons
positivos em relação aos elétrons, a figura 11 ilustra esta condição.
32
Figura 11: Desenho esquemático da configuração do canal de plasma e o derretimento das cavidades
anódica e catódica (DIBITONTO, 1989).
Segundo DiBitonto (1989), a densidade e a viscosidade do fluido restringem o
crescimento do canal de plasma. Densidade é a relação entre massa e volume, seu
valor depende da concentração de nucleons, isto é, prótons e nêutrons, num
determinado volume.
Para Schulze (2003), o tamanho e mobilidade da bolha de gás, ao redor do
canal de plasma, diminuem com maiores viscosidades.
De acordo com Yih-fong (2005), a densidade do fluido dielétrico influencia o
tamanho da fenda de trabalho. A figura 12 ilustra esquematicamente essa variação,
em 12(a) um fluido com densidade normal e em 12(b) um fluido com maior
densidade, devido à concentração de micro partículas.
33
Figura 12: Desenho esquemático representando o tamanho da fenda de trabalho em função da
densidade do fluido dielétrico, (a) menor densidade e (b) maior densidade (Yih-fong, 2005).
A figura 13 ilustra uma foto obtida por meio de câmera de alta velocidade,
confirmando o formato do canal de plasma. Em 13(a), a pré-ignição, em 13(b), o
início da formação da faísca e, em 13(c), a faísca. Do lado esquerdo, o catodo, e, no
direito, o anodo, separados por uma fenda de trabalho de 18 µm.
Figura 13: Foto do canal de plasma durante a pré-ignição (a) e descarga (c) (SCHULZE, 2001).
A fusão da cavidade catódica é retardada em relação à anódica devido à
menor mobilidade dos íons positivos. Logo, a taxa de erosão do anodo difere do
catodo, conforme o tempo de duração do pulso t
i
(T
on
). Para tempos curtos como 0,5
µs, as taxas e a erosão podem ser as mesmas, porém, para tempos mais longos
como 30 µs, a taxa de remoção de material tende a ser maior que o desgaste do
eletrodo ferramenta, para a condição de usinagem, com eletrodo ferramenta de
Catodo
Anodo
(a) (b) (c)
34
cobre, com polaridade positiva, e eletrodo peça de aço, com polaridade negativa,
conforme foi observado por DiBitonto (1989), ilustrado na figura 14.
Figura 14: Diferença entre as taxas de erosão do anodo e catodo em relação ao tempo de duração do
pulso – sem escala (DIBITONTO, 1989).
Em situações de desbaste, a corrente alta é aconselhável para propiciar uma
maior retirada de material, porém com maiores danos para a superfície da peça. Já
na condição de acabamento, deve-se fazer o oposto, baixa corrente, menor
retirada de material com melhor acabamento superficial.
A freqüência é usada para medir o número de vezes que os tempos T
on
e T
off
estão ligados e/ou desligados. Nas operações de desbaste, deve-se utilizar uma
freqüência baixa, para que o tempo T
off
seja suficiente longo, possibilitando que o
fluido dielétrico remova todas as partículas erodidas. Já nas operações de
acabamento, o contrário é o adequado.
Segundo Silva (2006), a relação de contato é dada pela razão entre a
duração do pulso (t
i
= T
on
) e pela duração do período da descarga (t
p
= T
on
+ T
off
),
resultando na equação (2):
τ = t
i
= T
on
(2)
t
p
(T
on
+ T
off
)
35
onde:
t
i
= T
on
= duração do pulso [µs];
t
p
= T
on
+ T
off
= duração do período da descarga [µs].
Para se obter uma maior relação de contato, basta reduzir o tempo de
intervalo entre as descargas (t
o
= T
off
), mantendo constante a duração das
descargas (t
e
). Como resultado, tem-se o aumento da freqüência de descargas,
promovendo uma maior taxa de remoção de material (V
w
) e, em contrapartida, um
menor desgaste volumétrico relativo (ϑ). Deve-se ter cautela quanto aos intervalos
muito curtos entre as descargas, que podem ocasionar uma alta contaminação da
abertura de trabalho, gerando arcos e curtos circuitos, que deixam o processo
instável.
2.7 Fluido dielétrico
Segundo Fuller (1989), o fluido dielétrico tem um papel fundamental no
processo ao controlar a potência de abertura da descarga. O fluido pode ser
querosene, hidrocarbono aditivado (ambos derivados do petróleo), água deionizada
ou certas soluções aquosas. Os hidrocarbonos recebem esse nome devido à sua
cadeia de componentes, que são basicamente carbono e hidrogênio.
O fluido dielétrico deve possuir uma alta força dielétrica para permanecer não
condutor eletricamente até que a voltagem de desequilíbrio seja alcançada e deve
ionizar-se rapidamente depois que a descarga acontece, além de estar habilitado a
suportar a repetição das centelhas estabelecidas. Deve possuir também uma boa
capacidade de refrigeração com baixa viscosidade, o que permite a retirada dos
resíduos de usinagem para fora da região da fenda de trabalho entre os eletrodos
ferramenta e peça (McGeough, 1988). A figura 15 ilustra essas três funções do
dielétrico de acordo com Sommer (2007).
36
Figura 15: Principais funções do fluido dielétrico (SOMMER, 2007).
No início do processo, o dielétrico está livre de partículas erodidas, neste
momento, seu poder de permanecer não condutor é alto, e a ignição demora a
acontecer, porém, à medida que o processo ocorre, as partículas que são
arrancadas do material passam a ser prejudiciais, causando descargas não
desejadas que se tornam arcos com danos conseqüentes para eletrodos peça e
ferramenta.
Para Jameson (2001), além das três funções, já citadas, o fluido dielétrico
também tem influência sobre o resfriamento do material vaporizado dos eletrodos
peça e ferramenta, bem como a solidificação do mesmo em forma de partículas.
Segundo Arantes (2003), para que o fluido dielétrico possa cumprir bem suas
funções, ele deve ser avaliado em relação às seguintes propriedades ou fatores:
► Rigidez dielétrica – ou resistividade, é a medida da capacidade de
insulação de um fluido para EDM. Maior rigidez implica menor distância entre
ferramenta e peça, com conseqüente aumento da precisão de usinagem.
► Tempo de deionização – é o tempo para íons e elétrons se recombinarem
depois de uma descarga. Quanto menor, menor é o tempo T
off
necessário
entre os pulsos subseqüentes. Essa característica evita a formação de curtos-
circuitos.
37
► Viscosidade – é a medida da resistência ao escoamento do fluido. Menor
viscosidade, melhor escoamento, principalmente em cavidades profundas.
Segundo Jameson (2001), baixa viscosidade é uma qualidade desejável em
um fluido dielétrico, ela ajuda o fluxo mais fácil do fluido entre as descargas.
► Calor específico – quanto maior, mais energia térmica pode acumular sem
grande aumento na temperatura, melhorando o rendimento do processo e a
vida do fluido dielétrico. O elevado crescimento da temperatura aumenta a
difusão de átomos da peça para o fluido, o que pode causar alterações
significativas na estrutura do material usinado, além do aparecimento de uma
maior quantidade de micro trincas.
► Condutividade Térmica – quanto maior, menor é o tempo necessário para
solidificar e refrigerar as gotas de metal expelidas da zona de erosão. Isso
reduz a possibilidade de partículas se aderirem ao eletrodo ou re-depositarem
na superfície da peça.
► Ponto de Ebulição – quanto maior, mais estável se mantém o fluido em
temperaturas elevadas sem perder suas propriedades originais, perdendo
frações menores de componentes pela evaporação seletiva das frações mais
voláteis.
2.8 Limpeza da fenda de trabalho
No processo de eletroerosão, a limpeza, ou seja, a passagem do dielétrico
entre os eletrodos ferramenta e peça, é fundamental para o bom desempenho do
trabalho (ENGEMAQ, 2002).
No início da usinagem, o dielétrico encontra-se limpo, isento de partículas
removidas das superfícies e resíduos de carbonatos resultante da queima do
dielétrico. Se ocorrer um acúmulo de partículas, em certos pontos da fenda de
trabalho, ocorre uma diminuição na resistência que facilita a formação de descargas
anormais que podem formar arcos e danificar os eletrodos peça e ferramenta.
O sistema de limpeza é importante, porque remove as partículas erodidas da
fenda de trabalho. Se elas não forem afastadas, podem provocar o aparecimento de
arcos devido à corrente elétrica que passa através dessas partículas. Podem
38
prejudicar ainda mais o acabamento superficial da peça (Sommer, 2007). Alguns
sistemas de limpeza são mostrados a seguir.
► Limpeza sobre pressão com alimentação pelo eletrodo ferramenta.
A figura 16 ilustra o sistema de limpeza sobre pressão com alimentação pelo
eletrodo ferramenta. O fluido dielétrico entra sobre pressão pelo interior do eletrodo,
com uma pressão que varia entre 3 a 5 psi e sai pela fenda lateral entre os eletrodos
ferramenta e peça.
Figura 16: Sistema de limpeza das partículas erodidas sobre pressão (SOMMER, 2007).
Nesse sistema, de acordo com Silva (2006), pode ocorrer o problema de
conicidade na cavidade usinada como mostra a figura 17. As partículas erodidas, em
A, são forçadas a saírem da fenda de trabalho, seguindo um caminho passando pelo
ponto B. A concentração dessas partículas, em B, pode produzir descargas
indesejáveis, provocando conicidade na cavidade usinada. À medida que as
partículas saem da cavidade, elas atingem um ponto (C) em que a folga é tanta que
não ocorrem mais as descargas laterais e a cavidade deixa de ser cônica. Essas
descargas laterais provocam também a chamada erosão secundária que deforma a
cavidade, figura 18. Uma maneira de contornar esses problemas é usar a regulagem
da pressão de entrada do fluido dielétrico pelo operador, o que pode reduzir as
descargas laterais.
39
Figura 17: Problema de conicidade na cavidade erodida (SILVA, 2006).
Figura 18: Erosão secundária na cavidade erodida (SOMMER, 2007).
Outro problema, provocado pela lavagem por pressão através do eletrodo,
segundo Amorim (2002), é a deformação do fundo da cavidade, como ilustrado na
figura 19. Esse problema ocorre devido à concentração de impurezas na região de
saída do fluido dielétrico, contaminado pelas partículas erodidas. Ele entra limpo e
sai contaminado. Essas partículas produzem uma maior quantidade de faíscas nesta
região. A figura 19 combina um gráfico que indica o nível de contaminação da fenda
de trabalho pelas partículas erodidas.
40
Figura 19: Problema de conicidade na cavidade erodida (AMORIM, 2002).
► Limpeza por sucção com o fluido dielétrico, passando por dentro do
eletrodo ferramenta (figura 20).
Figura 20: Limpeza por sucção do fluido dielétrico (SOMMER, 2007).
41
O sistema de limpeza por sucção com o fluido dielétrico, passando por dentro
do eletrodo ferramenta, reduz o efeito da usinagem secundária e a conicidade na
cavidade, porém pode provocar uma deformação no fundo da cavidade, que ocorre
devido ao efeito contrário, promovido pela circulação do fluido dielétrico em relação
à limpeza sobre pressão. As partículas erodidas, agora, saem por dentro do
eletrodo, fazendo um caminho inverso ao da limpeza sobre pressão.
► Limpeza sobre pressão por dentro da peça (figura 21).
O método de limpeza sobre pressão por dentro da peça elimina o furo no
eletrodo ferramenta, com a entrada do fluido por um dispositivo ou suporte, que é
posicionado na parte inferior da peça.
Figura 21: Limpeza sobre pressão por dentro da peça (SOMMER, 2007).
42
► Limpeza por meio de jato lateral.
No sistema de limpeza, por meio de jato lateral, um bico ou mangueira pode
injetar o fluido dielétrico na fenda de trabalho na região lateral entre os eletrodos
ferramenta e peça como mostra a figura 22.
Figura 22: Limpeza por meio de jato lateral (SOMMER, 2007).
► Combinação entre sistemas de limpeza.
Em alguns casos, pode surgir a necessidade da combinação entre os
sistemas de limpeza sobre pressão e por sucção quando a peça usinada tem forma
muito complexa (Sommer, 2007).
Além dos problemas que ocorrem com limpeza, em virtude do sistema
utilizado, a peça pode sofre o over-cut, que é a folga provocada pela usinagem
secundária na fenda lateral aberta entre os eletrodos ferramenta e peça. O eletrodo
ferramenta tem suas quinas quebradas devido ao desgaste, na região da fenda de
trabalho, o que produz cantos arredondados na peça.
43
2.9 Material do eletrodo ferramenta
Metais com alto ponto de fusão e condutividade elétrica boa são normalmente
escolhidos como materiais do eletrodo ferramenta para eletroerosão (McGeough,
1988). Eles devem ser baratos e de fácil fabricação pelos processos de usinagem
convencionais.
Teoricamente, as propriedades mecânicas do eletrodo ferramenta têm pouca
influência no desempenho da eletroerosão, porém algumas propriedades termo
físicas como condutividade térmica e elétrica, expansão térmica e temperaturas de
fusão e ebulição, influenciam consideravelmente o desempenho do processo nos
aspectos como a taxa de remoção de material, o desgaste do eletrodo e a
integridade da superfície da peça.
Como o material do eletrodo ferramenta é responsável pelo transporte da
corrente elétrica, ele deve ser condutor de eletricidade. Entre os materiais usados na
fabricação de eletrodos ferramenta, pode-se citar: bronze, ligas de cobre-tungstênio,
carbetos de tungstênio, ligas de prata-tungstênio, ligas de telúrio-cobre e ligas de
cobre-grafita, mas os preferidos são o cobre eletrolítico ou puro e classes especiais
de grafita (Amorrim, 2006).
O cobre funciona muito bem como material para eletrodos ferramenta, sendo
amplamente utilizado quando são necessários acabamentos muito precisos na
superfície da peça. Pode ser usinado por todos os métodos convencionais, como
furação, torneamento, fresamento, retificação etc. Mas a usinagem, às vezes, pode
ser difícil, porque o cobre tende a aderir à ferramenta de corte e ao rebolo nas
operações de retificação. Nesse caso, uma liga de 2% de telúrio-cobre apresenta
melhor usinabilidade. Formas complexas podem ser obtidas por eletroerosão a fio
em eletrodos de cobre. Outra vantagem do cobre é sua capacidade de ser cunhado,
o que o torna um material bom para eletrodos de gravação. Tendo também boa
aplicação no campo da engenharia média, devido à sua facilidade de ser altamente
polido.
A grafita pode ser encontrada em diferentes classes, desde dimensões
grandes de grãos (200 µm), utilizados em operações de eletroerosão de alto
44
desbaste, a grãos muito finos, para operações de eletroerosão de acabamento,
especificamente em aço.
Os custos da grafita variam de econômicos (grãos maiores) a elevados (grãos
extrafinos). A grafita apresenta elevada taxa de remoção de material e baixo
desgaste do eletrodo ferramenta, dependendo das definições dos parâmetros de
eletroerosão, em comparação com eletrodos ferramentas metálicas. A grafita tem
menor densidade em relação ao cobre, o que a torna o melhor material para
eletrodos grandes. Embora seja muito abrasiva, é relativamente fácil de ser usinada
por todos os processos convencionais. A principal desvantagem da grafita é o pó
fino que ela produz durante sua usinagem, que é capaz de influenciar o
desempenho mecânico e eletroeletrônico da máquina-ferramenta e, quando
misturasse com o fluido de corte, age como um composto de lapidação que acaba
desgastando componente da máquina-ferramenta. Portanto, é necessário tomar
precauções durante a usinagem da grafita.
Na prática, qualquer operação de eletroerosão que puder ser realizada com
cobre também pode ser executada com grafita. O resultado final pode ser o mesmo,
mas o custo para obtê-lo pode ser muito diferente. A escolha do material do eletrodo
dependerá principalmente das dimensões da ferramenta, dos requisitos da peça, do
tipo de máquina de eletroerosão e dos métodos de fabricação dos eletrodos.
2.10 Integridade da superfície
Cada faísca, promovida pelo processo de eletroerosão, remove material
derretido e evaporado, formando pequenas crateras nos eletrodos peça e
ferramenta. A topografia da superfície, produzida pelo processo, assemelha-se a
uma superfície completamente cheia de crateras de tamanhos diferentes, como
mostra a figura 23, que depende da energia da faísca (Fuller, 1989). Essas crateras
geram um acabamento superficial de baixa qualidade, para casos em que a taxa de
remoção de material é muito alta, a rugosidade pode variar de 0,2 a 12 µm.
45
Figura 23: Exemplo de superfícies usinadas pelo processo de eletroerosão (FERREIRA, 2006).
A formação das crateras ocorre principalmente devido à ação da descarga,
embora o fluido dielétrico usado possa ter influência nesse fato (McGeough, 1988).
Como a superfície da peça é aquecida pela descarga elétrica e resfriada
rapidamente, com a ajuda do fluido dielétrico, uma camada refundida, chamada de
zona branca, forma-se nesta região, provocando o aparecimento de poros, tensões
térmicas e de micro trincas que nucleiam no contorno de grãos (figura 24),
reduzindo, assim, a resistência do material à fadiga. Com isso, a remoção dessa
camada e imprescindível para a integridade da peça. Segundo Sales (2007), a zona
branca recebe essa denominação por não reagir com as substâncias utilizadas em
ataques para revelação de microestruturas.
Figura 24: Formação de poros e micro-trincas na camada da zona branca (ASPINHALL, 2000).
Crateras
Poro
Micro trinca
Zona branca
46
Segundo Yoshida (2002), a zona branca, na realidade, é constituída de três
camadas justapostas (figura 25), designadas, como segue, da superfície para o
núcleo:
1. Zona fundida e re-solidificada – está região é a que sofreu as mais altas
temperaturas. O aço funde e re-solidifica pela ação da extração de calor
do dielétrico. Micro estruturalmente, essa camada é bruta de fundição;
2. Zona retemperada – região que atingiu temperaturas superiores às de
autenitização, temperando no subseqüente resfriamento dado pelo fluido
dielétrico. Micro estruturalmente essa região é constituída de Martensita
grosseira, devido às temperaturas mais elevadas que as utilizadas em
Tratamento Térmico normal;
3. Zona revenida – correspondendo às regiões mais internas da superfície,
onde a temperatura superou a utilizada no revenimento normal. Micro
estruturalmente, essa região é constituída de Martensita revenida
grosseira.
Figura 25: Zonas afetadas pelas descargas elétricas após a eletroerosão (CUSANELLI, 2004).
De acordo com Jameson (2001), a formação das partículas erodidas ocorre
devido ao calor gerado pela colisão de elétrons na superfície do pólo positivo e íons
na do pólo negativo, que são os eletrodos ferramenta e peça. Vapores combinados
dos materiais de ambos, com o arrefecimento externo, promovido pelo fluido
dielétrico, produzem uma partícula de forma esférica. Por esse motivo, a partícula
erodida contém material de ambos, ferramenta e peça. A figura 26 ilustra a formação
dessas partículas.
Substrato
Zona fundida e
re
-
solidificada
Martensita revenida
47
Figura 26: Formação da partícula erodida (JAMESON, 2003).
Segundo Amorim (2002), as partículas erodidas que são expelidas da fenda
de trabalho, apresentam-se na maioria das vezes na forma de pequenas esferas
sólidas ou ocas, a figura 27 mostra uma delas. Entretanto, partículas de geometria
distintas dessas também podem ser observadas, sendo sua formação possivelmente
acarretada pelo fenômeno de coalescência entre partículas. A geometria esférica
sólida é devido à expulsão de material no estado líquido e as esferas ocas
correspondem ao material expulso na forma de bolhas que rapidamente se
solidificam ao entrar em contato com o fluido dielétrico.
Figura 27: Micro trincas produzidas pelo processo de eletroerosão (GHANEM, 2003).
Microtrinca
Poro
Partícula erodida
48
2.11 Óleo vegetal como fluido dielétrico
Segundo Araújo (2006), os óleos minerais são os mais utilizados como fluido
isolante em equipamentos elétricos, porém investigações sobre o uso de óleos
vegetais como fluido dielétrico mostraram-se favoráveis e os resultados das
propriedades são próximos quando comparados com aos óleos minerais sintéticos.
Devido ao seu desenvolvimento sustentável, segurança à saúde e ao meio
ambiente, eles podem ser uma solução alternativa contra a futura escassez dos
derivados de petróleo.
O material a ser aplicado como fluido dielétrico deve atender às exigências
legais em relação ao meio ambiente e à saúde pública, dentre as quais:
► ser essencialmente não-tóxico;
► ser biodegradável;
► produzir subprodutos de baixo risco devido à degradação térmica;
► ser reciclável, re-condicionável e facilmente descartável;
► não ser classificado como material perigoso pelas agências ambientais e
de saúde.
Na busca por mais eficiência, o estudo de materiais alternativos não-
petrolíferos, de baixa periculosidade e com melhores características ambientais
tornou-se uma evolução natural, tendo-se concluído que as características
encontradas nesses novos isolantes superam até mesmo as dos óleos minerais
altamente refinados. Uma classe de materiais com potencial para funcionar como
refrigerante dielétrico, que parece atender a esses critérios ambientais e de saúde,
é a do éster orgânico.
Os óleos vegetais são compostos por ésteres. Esses compõem uma classe
ampla de compostos orgânicos, disponíveis como produtos agrícolas naturais ou
sinterizados quimicamente por precursores orgânicos. O óleo vegetal pode ser
baseado em ésteres sintéticos ou naturais.
49
CAPÍTULO 3
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Este capítulo apresenta as adaptações feitas na máquina de eletroerosão
por penetração, bem como a modificação no sistema de alimentação do fluido
dielétrico, que possibilitaram os experimentos. São apresentados os ajustes dos
parâmetros da máquina que propiciaram os regimes de trabalho desejados. São
fornecidas as informações técnicas sobre os materiais dos eletrodos ferramenta e
peça (amostras), bem como o formato de ambos.
O capítulo descreve também os procedimentos usados na determinação da
taxa de remoção de material, na taxa de desgaste do eletrodo ferramenta e no
desgaste volumétrico relativo, bem como a preparação e a análise das amostras
metalográficas via microscopia ótica e eletrônica de varredura, e ainda a medida de
rugosidade e microdureza.
3.1 Ajuste dos parâmetros da máquina
O trabalho de pesquisa foi realizado na máquina de eletroerosão por
penetração modelo EDM 440 NC, com três eixos de trabalho, fabricada pela
empresa AGIE CHARMILLES LTDA, ilustrada na figura 28.
Foram utilizados três tipos de fluidos dielétricos no experimento, um de
origem mineral (querosene), outro mineral sintético e o terceiro de origem vegetal,
também sintético, em amostras de aço AISI H13, com eletrodo ferramenta de cobre
eletrolítico, nos regimes de trabalho de acabamento e desbaste, condições
extremas do processo. O regime de acabamento retira pouco material da peça,
promovendo um menor valor de rugosidade. Já o regime de desbaste retira uma
quantidade maior de material da peça, produzindo valor de rugosidade alto. Foram
50
avaliadas taxa de remoção de material, taxa de desgaste do eletrodo ferramenta,
desgaste relativo, integridade da superfície e rugosidade nas regiões usinadas.
Figura 28:
Máquina EDM 440NC, instalada na PUC Minas.
Os regimes de trabalhos escolhidos foram obtidos de acordo com regulagem
dos parâmetros estabelecidos pelo manual do fabricante da máquina EDM 440NC,
para a condição de eletroerosão de peça de aço com eletrodo ferramenta de cobre
eletrolítico. A tabela 1 apresenta um quadro comparativo dos parâmetros para tal
condição. Considerando-se dois regimes para trabalhar com os três fluidos
dielétricos (sintético, querosene e vegetal), durante quatro tempos de trabalhos
diferentes (5, 10, 15 e 20 minutos), repetidos sete vezes. No total, foram usinadas
168 amostras.
De acordo com Lee (2005), para desenvolvimento de testes de
investigações, dentro da faixa de confiabilidade de 75 a 88%, o número replicações
de amostras é 6 a 12. Por isso, foi arbitrado o número de sete ensaios, que
corresponde a uma confiabilidade de 85%.
51
TABELA 1
Parâmetros da máquina utilizados nos regimes de trabalho.
Regime de trabalho
Parâmetro
Unidade
Acabamento Desbaste
Polaridade do eletrodo ferramenta
(cobre eletrolítico/aço)
+ +
Tensão V 100 100
Corrente A 6 30
T
on
µs 100 500
TS 2 10
DT % 87 97
Fonte: Catálogo da máquina EDM 440 NC (ENGEMAQ, 2002).
O regime de trabalho de acabamento foi o primeiro aplicado para todos os
fluidos dielétricos. Os regimes de trabalho, como mencionado, visavam a atingir os
limites extremos: no regime de acabamento, pouca retirada de material do eletrodo
peça e, teoricamente, pouco desgaste do eletrodo ferramenta, conseqüentemente,
bom acabamento superficial com baixo valor de rugosidade. Condição contrária ao
regime de desbaste, muita retirada de material da peça, com alto desgaste da
ferramenta, e alto valor de rugosidade.
A polaridade indica a posição dos eletrodos, se anodo ou catodo em relação
às descargas elétricas, propiciando uma maior retirada de material de uma das
superfícies, geralmente, do eletrodo peça, já que o eletrodo ferramenta deve sofrer
o menor desgaste possível. A polaridade pode ser invertida na máquina.
A tensão para ionização e para formação do canal de plasma foi mantida
constante de acordo com os parâmetros estabelecidos pelo manual do fabricante
da máquina. A figura 29 ilustra o painel da máquina que mostra os valores desses
parâmetros e o display para alteração dos mesmos. A corrente de descarga,
52
consumida no processo, tem influência direta na qualidade e no rendimento da
operação, com isso, uma qualidade melhor implica corrente baixa e pouca
quantidade de material removido com um tempo maior de usinagem. No caso da
máquina utilizada no experimento, esse valor da corrente depende do parâmetro
TS, regulado na máquina, ela vale 3 vezes TS. Logo, para o regime de
acabamento, trabalhando com TS = 2, gerou-se uma corrente de 6 A. Já no regime
de desbaste TS = 10, a corrente foi de 30 A. T
on
, o tempo total de duração do
pulso, no regime de acabamento, foi usado T
on
= 100 e no regime de desbaste T
on
= 500 micro segundos. DT está relacionado com o tempo de pausa. No caso da
máquina usada no experimento, o mesmo é dado em porcentagem relacionada
com o tempo T
on
. A equação (3) determina seu valor.
DT = t
on
. 100 [%] (3)
(t
on
+ t
off
)
onde:
T
on
= tempo de pulso [µs]
T
off
= tempo de intervalo [µs].
Figura 29:
Painel indicativo dos parâmetros da máquina e display.
T
on
DT
TS
53
O diagrama ilustrado, na figura 30, mostra a seqüência dos trabalhos
experimentais e a avaliação dos mesmos.
Figura 30:
Diagrama de trabalho.
O querosene foi adquirido no mercado em baldes de 18 litros do fabricante
ESSO. Em comparação com os fluidos apropriados para os trabalhos em
eletroerosão por penetração, o querosene ainda é muito usado nas fábricas dos
países do terceiro mundo. Ele tem, como principal vantagem, o preço baixo, com
as desvantagens de ser tóxico e nocivo para o meio ambiente, além do risco de
fogo.
54
O fluido mineral sintético, fabricado pela empresa ARCHEM, especificação
Arclean Elétron, é recomendado pelo fabricante da máquina de EDM e foi adquirido
em tambores de 200 litros cada. Tem características bem parecidas com o
querosene sem as desvantagens do mesmo, que são controladas pelos aditivos.
O fluido dielétrico vegetal sintético, fornecido pela empresa Cooper Power,
no total de 38 litros, especificado como Envirotemp FR3, é apropriado para
trabalhar como dielétrico em transformadores, biodegradável, não nocivo ao meio
ambiente, sem risco de fogo e renovável, porém, se comparado a outros, tem
valores de viscosidade e densidade altos, além de preço elevado, conforme mostra
a tabela 2. Além das medidas de viscosidade fornecidas pelos fabricantes, a
mesma foi calculada com auxílio do Viscosímetro de Hüppler, ilustrado na figura
31, e por meio de fórmulas e tabelas fornecidas pelo catálogo do fabricante. O
ensaio foi realizado no laboratório de metrologia da PUC Minas, a uma temperatura
de aproximadamente 20
o
C. Os resultados obtidos foram: 3,1 cSt, para o
querosene, 2,9 cSt, para o mineral sintético e 41 cSt, para o vegetal sintético,
valores esses que condizem com os especificados pelos fabricantes, mostrados na
tabela 2.
TABELA 2
Quadro comparativo entre os fluidos dielétricos, utilizados nos experimentos.
Unidade Querosene Mineral sintético Vegetal sintético
Preço de aquisição U$ / litro 1,50 2,50 4,00
Viscosidade cSt 3,1 2,9 41
Densidade* g/ml 0,76 a 0,822 0,78 a 0,81 0,92
*Anexos A, B e C.
55
Figura 31:
Viscosímetro de Hüppler.
3.2 Modificação no sistema de alimentação do fluido dielétrico
Foi necessária uma adaptação no sistema de alimentação do fluido dielétrico
da máquina que propiciasse uma troca ágil e eficiente do fluido dielétrico, sem
retirar todo o líquido armazenado no tanque da máquina, que tem capacidade para
420 litros. Foram utilizados apenas 30 litros de cada, aproximadamente, dos fluidos
durante a realização do experimento. A quantidade reduzida também se fez
necessária devido à limitação na quantidade de fluido dielétrico vegetal disponível,
já que foram conseguidos somente 38 litros do mesmo, doados pelo distribuidor.
O fluido dielétrico não foi captado diretamente do tanque da máquina e, sim,
de um tanque auxiliar (com capacidade para aproximadamente 33 litros),
posicionado na frente da máquina, por intermédio de uma bomba de 1/8 CV e 3800
RPM, como mostra a figura 32.
Esfera em
queda durante
ensaio
56
Figura 32: Adaptação do tanque auxiliar ao sistema de alimentação da máquina.
A utilização de uma quantidade reduzida do fluido dielétrico inviabilizou a
utilização da cuba de trabalho da máquina, usada no processo, já que a mesma
tem capacidade para 70 litros. Logo, para atingir o nível de trabalho do sistema, era
necessária uma quantidade de fluido da qual o novo sistema de alimentação,
adaptado para a realização do experimento, não tinha. Com isso, uma cuba
auxiliar, de tamanho reduzido, com capacidade para 10 litros, foi adaptada e fixada
à mesa no interior da cuba existente, como mostra a figura 33. Um registro de
gaveta foi instalado na saída da cuba auxiliar, como mostra a figura 33, o que
permitiu controlar o fluxo de retorno do fluido dielétrico, mantendo o nível do
mesmo dentro da cuba auxiliar.
Tanque auxiliar,
capacidade 33 litros
Bomba 1/8 CV
a 3800 RPM
Cuba auxiliar
capacidade 10 litros
Mangueira de
alimentação
Mangueiras
de retorno
Fixação da cuba
auxiliar na mesa
57
Figura 33: Cuba auxiliar, de tamanho reduzido, adaptada ao sistema.
Para trabalhar com a cuba da máquina aberta, simulando as condições de
trabalho, que ocorrem com a cuba fechada, a moto bomba da máquina, que
alimenta a cuba da máquina com o fluido dielétrico, foi desligada e sua fiação
elétrica foi conectada à bomba do sistema de alimentação auxiliar adaptado,
conforme ilustrado na figura 34. O sistema de nível de trabalho do fluido dielétrico
foi travado como mostra a figura 35, para simular as condições de trabalho com a
cuba fechada.
Figura 34: Ligação da bomba auxiliar na máquina EDM.
Registro para
controlar o fluxo do
Fluido dielétrico
Fiação da bomba
adaptada ligada
na máquina
58
Figura 35: Sistema de indicação do nível de fluido dielétrico da máquina de EDM, travado.
Um dispositivo, para fixação das amostras, projetado para o posicionamento
das mesmas durante a execução da eletroerosão, foi instalado dentro da cuba
auxiliar, conforme mostra a figura 36, de maneira que, durante o regime de trabalho
de desbaste, o furo para redução do tempo de usinagem permanecesse centrado
com o eletrodo ferramenta em todas as operações.
Figura 36: Dispositivo para fixação das amostras durante a usinagem, instalado na cuba auxiliar.
Sistema de
indicação
do nível
59
Foi utilizado no experimento o sistema de limpeza por jato lateral. A própria
agitação do fluido dielétrico, dentro da cuba auxiliar, ajudou nesse sistema. A figura
37 ilustra esta agitação.
Figura 37: Agitação do fluido dielétrico no interior da cuba auxiliar.
Como pouca quantidade de material foi retirada no regime de acabamento, o
sistema funcionou muito bem.
No regime de desbaste, a limpeza foi propiciada pela combinação de jato
lateral, com limpeza sobre pressão, conforme ilustra a figura 38, já que o pré-furo
da amostra facilitou a remoção das partículas erodidas da fenda de trabalho. As
partículas saíam por furos abertos na lateral no corpo do dispositivo. A cada troca
de fluido, o dispositivo era retirado e limpo, bem como a cuba e o reservatório. Foi
observado um acúmulo das partículas erodidas no interior do furo central do
dispositivo.
O primeiro fluido utilizado foi o querosene, depois o mineral sintético e por
último o vegetal sintético. Sempre começando pelo regime de trabalho de
acabamento e com o tempo inicial de 5 minutos, passando, em seguida, para os
outros tempos: 10, 15 e, por último, 20 minutos, sete vezes cada tempo. Em
seguida, as amostras foram usinadas no regime de desbaste obedecendo à
mesma metodologia do regime de acabamento, com relação aos tempos.
60
Figura 38: Limpeza no regime de desbaste, auxiliada pelo pré-furo (Arquivo pessoal)
Nenhum sistema de filtragem foi utilizado durante os experimentos. Foram
feitas três tentativas durante os pré-testes, todas em vão. A primeira, por meio do
próprio sistema da máquina, a quantidade do fluido inviabilizou o funcionamento, já
que o reservatório dos filtros demanda uma quantidade de fluido acima da utilizada
nos experimentos. Na segunda, usando-se o sistema de filtragem de partículas
magnéticas, uma quantidade pequena de partículas ficava retida pela ação do imã.
E por último, na terceira, utilizando-se um filtro, adaptado à saída da bomba. A
restrição promovida pela passagem do fluido, através do filtro, aquecia o fluido
dielétrico.
Funcionar sem filtro não foi um inconveniente, algumas máquinas de
eletroerosão antigas trabalhavam com sistemas de filtragem simples, utilizando
filtros de papel micro-poroso, como pode ser visto na figura 39 que ilustra uma
destas máquinas.
61
Figura 39: Máquina de eletroerosão da década de 60, que trabalha sobre uma mesa, no detalhe, o
sistema de filtragem, que fica posicionado sob a mesa.
O funcionamento sem filtro com fluido mineral sintético e querosene foi
satisfatório, porém, com o vegetal sintético, a viscosidade elevada dificultou o
retorno do mesmo para o tanque auxiliar. Esse problema foi sanado com a abertura
total do registro de gaveta.
3.3 Material e formato das amostras
As amostras foram confeccionadas, em aço AISI H13, no formato retangular
de 10x20x25 milímetros, para o regime de acabamento, e 15x20x25mm,
aproximadamente, com um furo passante de 6 mm, ao longo da espessura de 15
mm, para o regime de desbaste severo, como mostra a figura 40, ambas fresadas.
62
Figura 40: Amostra para regime de desbaste.
A execução do furo, nas amostras para desbaste, tinha como finalidade
reduzir o tempo de eletroerosão, já que nos pré-testes foram necessários 45
minutos para produzir um furo com 10 mm de profundidade, quando utilizado o
fluido dielétrico mineral sintético. Essa profundidade era necessária para que a
rugosidade na periferia interna deste furo pudesse ser medida com o rugosímetro
de agulha, como ilustra a figura 41. Esse tempo elevado provocou um
inconveniente durante os pré-testes. A quantidade reduzida do fluido dielétrico
mineral, que circulou no sistema adaptado, atingiu uma temperatura de
aproximadamente 40
o
C. O fabricante do fluido não aconselha a realização do
processo de eletroerosão com o mesmo acima dessa temperatura.
O aço AISI H13 é destinado à fabricação de matrizes para forjamento a
quente, em prensas, moldes para a injeção de plásticos, matrizes para fundição de
ligas de alumínio, estanho ou zinco, ferramentas para extrusão, entre outros. Além
de um aço altamente ligado (a tabela 3 ilustra a composição química do mesmo),
ao cromo-molibdênico-vanádio, é temperável em óleo e ar, de excelente
tenacidade, alta resistência mecânica e boa resistência às temperaturas elevadas,
o aço apresenta, ainda, boa resistência à fadiga térmica, ótima resistência ao
choque térmico e ao amolecimento pelo calor.
63
Figura 41: Rugosímetro Taylor Hobson, modelo Surtronic 3+, medindo a rugosidade na periferia do
furo usinado no regime de desbaste.
TABELA 3
Composição química em percentual do aço H13 de acordo com norma AISI.
Carbono
Manganês
Fósforo
máx.
Enxofre
máx.
Silício
Cromo
Molibdênio
Vanádio
0,32–0,45
0,20–0,50
0,030
0,030
0,80–1,20
4,75–5,50
1,10–1,75
0,80 a 1,20
Fonte: FAVORIT AÇOS ESPECIAIS, 2007.
Antes dos experimentos, as peças foram tratadas termicamente, aquecidas
em forno elétrico de resistência, como mostra a figura 42. Primeiramente, as peças
foram submetidas ao tratamento de alívio de tensões, a uma temperatura de
aproximadamente 650
o
C, durante um tempo de encharque de 20 minutos. Em
seguida, foram temperadas em óleo a 1.040
o
C, com tempo de encharque de 20
minutos, com dois tempos de pré-aquecimento de 600
o
C, o primeiro, e de 860
o
C, o
segundo, ambos com tempo de encharque de 5 minutos. Por último, as peças
foram submetidas a dois ciclos de revenimento, ambos a 500
o
C com tempo de
encharque de 20 minutos. A figura 43 ilustra o diagrama temperatura x tempo para
o ciclo de tratamento térmico do aço AISI H13.
Furo usinado
por eletroerosão
64
Figura 42: Amostras em tratamento térmico no interior do forno elétrico.
Figura 43: Diagrama do ciclo para tratamento térmico do aço AISI H13. (FAVORIT AÇOS
ESPECIAIS, 2007).
65
3.4 Material e formato do eletrodo ferramenta
Os eletrodos ferramenta foram confeccionados no formato cilíndrico com
diâmetro de 10,9 mm e comprimento de 50 mm, conforme ilustrado na figura 44,
em cobre eletrolítico, material que possui boa condutividade térmica e elétrica,
características importantes para o bom desempenho do eletrodo ferramenta, usado
no processo de eletroerosão por penetração.
Figura 44: Eletrodo ferramenta de cobre eletrolítico.
De acordo com Arantes (2001), cobre é o material convencionalmente
empregado em usinagem de eletroerosão, devido à alta condutividade térmica e ao
fato de proporcionar um baixo valor de desgaste relativo. A tabela 4 apresenta um
quadro com as principais propriedades desse material.
TABELA 4
Propriedades físicas e elétricas do cobre eletrolítico.
Propriedade Unidade Valor
Peso específico g/cm
3
8,9
Ponto de fusão
o
C 1083
Resistividade elétrica
Ωmm
0,0167
Condutividade térmica relativa % 94,3
Condutividade elétrica relativa % 96,3
Fonte: Arantes, 2001.
66
Uma pinça porta ferramenta, de cobre, foi adaptada ao porta eletrodo para
facilitar a troca dos eletrodos ferramenta, figura 45. A cada troca, a crosta de
material carbonetado, que aderia à ponta dos mesmos, bem como as crateras,
promovidas pelas descargas elétricas, eram retiradas por meio de operação de
usinagem, realizada em um torno mecânico, para que todas as operações de
eletroerosão fossem iniciadas com ferramentas de superfície limpa e regular.
Figura 45: Montagem do eletrodo ferramenta de cobre eletrolítico na pinça porta ferramenta.
3.5 Determinação da variação de massa de peça (amostra) e ferramenta
Durante a execução dos experimentos, as amostra foram pesadas (cinco
vezes), antes e após cada série de eletroerosão, em todos os regimes e tempos.
Utilizou-se uma balança eletrônica FA 2104N, de marca Bioprecisa, com
capacidade máxima para 210,4 gramas e resolução de 10
–4
g, ilustrada na figura
46.
A média dos cinco valores foi usada no cálculo da variação de massa,
determinada pela diferença entre as massas inicial (m
i
) e final (m
f
), obtida da
equação (4).
∆
m
= m
i
– m
f
[
gramas] (4)
onde:
m
i
= massa inicial [g];
m
f
= massa final [g].
Pinça porta
eletrodo
ferramenta
67
Figura 46: Balança eletrônica usada nos experimentos.
3.6 Análise da taxa de remoção de material da peça (amostra)
Para quantificar a taxa de remoção de material (V
w
), foi utilizada a equação
(5).
V
w
= ∆
m
[
mm
3
/ min
]
(5)
(0,00785) . t
onde:
∆
m
= variação de massa [g];
t = tempo de usinagem [min];
e a constante 0,00785 g/mm
3
correspondente ao peso específico do aço
(VDI 3402, 2007).
68
3.7 Determinação da taxa de desgaste do eletrodo ferramenta
A equação (6) foi usada para determinar a taxa de desgaste do eletrodo
ferramenta
V
e
= ∆
m
[
mm
3
/ min
]
(6)
(0,00889) . t
onde:
∆
m
= variação de massa [g];
t = tempo de usinagem [min];
e a constante 0,00889 g/mm
3
correspondente ao peso específico do cobre
eletrolítico (VDI 3402, 2007).
. Para determinação do desgaste volumétrico relativo, foi aplicada a equação
(1).
3.8 Rugosidade
Foram medidas as rugosidades médias R
a
, que segundo Novaski (1994) 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 e
R
z
, a média aritmética dos 5 valores da rugosidade parcial Z
i
. A rugosidade parcial
Z
i
é definida como a soma dos valores absolutos das ordens dos pontos de maior
afastamento, acima e abaixo da linha média, existentes dentro de um comprimento
de amostragem (Novaski, 1994).
A rugosidade da cavidade usinada das amostras foi medida com o
rugosímetro Surtronic 3+ da marca Taylor Hobson. A figura 47 mostra a medição
para o regime de acabamento. A área avaliada foi o fundo da cavidade. No regime
de desbaste, a região avaliada foi a periferia do furo, produzido pela eletroerosão,
como ilustra a figura 48.
69
Figura 47: Medição de rugosidade no fundo da cavidade da amostra usinada no regime de
acabamento.
Figura 48: Medição de rugosidade na periferia do furo da amostra usinada no regime de desbaste.
3.9 Preparação das amostras e análise de microscopia ótica
Amostras usinadas pelos três fluidos nos dois regimes de trabalho foram
cortadas, bipartidas de modo que cada parte continha metade da cavidade
usinada. Cada metade foi preparada para ataque com Nital a 2%, o que possibilitou
a observação da zona branca. Elas foram embutidas e, posteriormente, lixadas e
polidas na máquina politriz, ilustrada na figura 49.
70
Figura 49: Máquina politriz DP-U2.
A análise de microscopia ótica foi realizada no banco metalográfico Neophot
21, mostrado na figura 50.
Figura 50: Banco metalográfico Neophot 21.
71
3.10 Análise via microscópio eletrônico de varredura
Para avaliar a integridade e a morfologia das superfícies usinadas das
amostras, no regime de desbaste com os três fluidos dielétricos, as mesmas foram
cortadas e limpas para possibilitar a observação das superfícies usinadas no
microscópio eletrônico de varredura JSM-5310 da empresa JEOL, pertencente ao
Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN), ilustrado na figura 51.
Para o regime de acabamento, limpou-se apenas a superfície usinada que já
estava à mostra, não necessitando de corte.
Figura 51: Microscópio Eletrônico de Varredura.
72
3.11 Análise de micro-dureza
Foram realizados ensaios de micro-dureza Vickers na região da zona
termicamente afetada pelo calor, próxima da zona branca, e no substrato em
amostras usinadas pelos três fluidos no regime de desbaste. A pouca espessura da
zona branca, promovida pelo regime de acabamento, inviabilizou a medição da
micro-dureza nas amostras usinadas nesse regime.
Utilizou-se uma carga de 50 gramas durante o tempo de 15 segundos. A
figura 52 ilustra o durômetro usado. As medições foram realizadas na Fundação
Centro Tecnológico de Minas Gerais (CETEC), no Setor de Tecnologia Metalúrgica
(SDT).
Figura 52: Durômetro usado no ensaio de micro-dureza.
73
CAPÍTULO 4
RESULTADOS E ANÁLISES
Este capítulo tem como objetivo apresentar uma análise dos resultados dos
experimentos realizados, comparando o desempenho dos três fluidos dielétricos na
usinagem das amostras durante os dois regimes de trabalho.
4.1 Variação de massa dos eletrodos peça e ferramenta
Aplicando-se as medidas de peso inicial, antes da eletroerosão, e final, após
a usinagem na equação (4), obtiveram-se valores que foram usados nas
construções dos gráficos das figuras 53 a 56. Esses gráficos representam a perda
de massa das amostras (eletrodos peças) nos regime de desbaste (figura 53) e
acabamento (figura 55), e a perda de massa das ferramentas nos regimes de
desbaste (figura 54) e acabamento (figura 56), durante o tempo de usinagem de 20
minutos. Considerando-se a série de regime de desbaste, a figura 53 ilustra um
gráfico comparativo entre as sete repetições. Nota-se que o fluido dielétrico vegetal
foi o que promoveu maior taxa de remoção de material, 97% em relação ao
querosene, seguido do mineral sintético que obteve taxa de 16% a mais,
comparada ao querosene. Nota-se, na Tabela 5, que, durante os experimentos
para a série de sete vezes, os fluidos mineral sintético e querosene comportaram-
se bem semelhantes em relação à dispersão dos resultados, já que as variâncias
dos mesmos têm valores próximos. Já o fluido vegetal teve maior variabilidade nos
resultados em comparação aos outros dois fluidos, o que pode ser observado por
meio do desvio padrão, com valor 50% maior em relação ao querosene e ao
mineral sintético.
74
Regime de Desbaste (20 minutos)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª
Séries dos experimentos
Material removido da amostra (gramas)
Vegetal sintético
Mineral sintético
Querosene
Figura 53: Gráfico dos valores da perda de massas das sete amostras no regime de desbaste.
TABELA 5
Variabilidade dos valores da perda de massa das sete amostras no regime de desbaste durante 20
minutos.
Fluido Maior valor Menor valor
Amplitude Média Variância* Desvio Padrão
Vegetal sintético 8,6455 7,9627 0,6828 8,2603 0,0701 0,2648
Mineral sintético 5,0802 4,6868 0,3934 4,8807 0,0254 0,1593
Querosene 4,4372 3,9706 0,4666 4,1977 0,0227 0,1507
*Medidas em gramas, exceto variância em g
2
.
Provavelmente, a alta taxa de remoção de material, atribuída ao fluido
vegetal sintético, deve-se ao tamanho do gap (fenda de trabalho) que a máquina
estabeleceu para o funcionamento de acordo com os parâmetros escolhidos pelo
operador. Essa seleção da fenda de trabalho é automática, não interferindo no
funcionamento da máquina, de acordo com o manual de operação (ENGEMAQ,
2002). Fendas de trabalho, com maior distância entre os eletrodos, provocam maior
remoção de material. A determinação dessa fenda de tamanho maior, em
comparação à estabelecida durante a usinagem com os outros dois fluidos, pode
ser influenciada pelo maior valor da viscosidade do vegetal sintético. Lembrando-se
de que a máquina de eletroerosão, EDM 440 NC, foi projetada para trabalhar com
fluido mineral sintético Arclean Eletron, que possui características físicas bem
75
parecidas com o querosene. A variabilidade dos resultados pode ser influenciada
pela dificuldade de limpeza da fenda de trabalho, função do fluido dielétrico, que
comportasse melhor quando possui baixa viscosidade.
Em relação ao desgaste do eletrodo ferramenta, o fluido vegetal foi o que
provocou maior desgaste, 5 vezes maior que do querosene, como mostra a figura
54, seguido de um desempenho semelhante entre os fluidos mineral sintético e
querosene. O querosene foi o que teve menor variabilidade dos resultados como
pode ser visto na tabela 6.
Regime de Desbaste (20 minutos)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª
Séries dos experimentos
Desgaste da ferramenta (gramas)
Vegetal sintético
Mineral sintético
Querosene
Figura 54: Gráfico dos valores da perda de massas dos sete eletrodos ferramentas no regime de
desbaste.
TABELA 6
Variabilidade dos valores da perda de massa dos sete eletrodos ferramenta no regime de desbaste
durante 20 minutos.
Fluido Maior valor Menor valor
Amplitude Média Variância* Desvio Padrão
Vegetal sintético 0,2576 0,2087 0,0489 0,2360 0,0003893 0,0197
Mineral sintético 0,0482 0,0361 0,0121 0,0405 0,0000194 0,0044
Querosene 0,0363 0,0350 0,0013 0,0357 0,0000002 0,0004
*Medidas em gramas, exceto variância em g
2
.
76
A densidade do fluido interfere no tamanho do canal de plasma, que tem
relação com a mobilidade dos elétrons e dos íons positivos. Lembrando-se, ainda,
de que o valor de densidade alta do fluido vegetal aumenta a quantidade de
elétrons livres, gerados pelo choque de elétrons contra os átomos, causando assim
um poder de destruição acentuado no anodo.
Levando-se em conta as repetições do regime de acabamento, durante o
tempo de 20 minutos, o fluido mineral sintético foi o que promoveu a maior
remoção de material das amostras em gramas, 50% maior que o vegetal sintético,
como pode ser observado na figura 55, seguido do querosene, 10% a mais do que
o vegetal sintético. Observa-se, também, que, apesar da condição de inferioridade
do desempenho do vegetal sintético, o seu comportamento em relação à
variabilidade ficou próximo do mineral sintético, levando-se em conta os valores da
tabela 7. Os valores de amplitude e de variância estão bem próximos para ambos
os fluidos. O querosene, aqui, comportou-se melhor do que os outros, com menor
variabilidade nos resultados.
Regime de Acabamento (20 minutos)
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª
Séries dos experimentos
Material removido da amostra (gramas)
Vegetal sintético
Mineral sintético
Querosene
Figura 55: Gráfico dos valores da perda de massas das sete amostras no regime de acabamento.
77
TABELA 7
Variabilidade dos valores da perda de massa das sete amostras no regime de acabamento durante
20 minutos.
Fluido Maior valor Menor valor
Amplitude Média Variância* Desvio Padrão
Vegetal sintético 0,1163 0,0833 0,0330 0,0970 0,00016084 0,01268
Mineral sintético 0,1647 0,1320 0,0327 0,1447 0,00016377 0,01280
Querosene 0,1152 0,0971 0,0181 0,1077 0,00003839 0,00620
*Medidas em gramas, exceto variância em g
2
.
Para essa condição de trabalho, o comportamento do fluido vegetal sintético
foi semelhante ao do mineral sintético, em termos de variabilidade. Nota-se que os
valores de amplitude e de variância são bem próximos. Já em relação à quantidade
de material removido do eletrodo peça (amostra), o valor obtido pelo vegetal
sintético é pouco menor do que o do querosene. Os três fluidos comportaram-se de
modo bem parecido em relação à taxa de remoção de material da peça,
principalmente o mineral sintético e o vegetal sintético.
Considerando-se o desgaste da ferramenta, no regime de acabamento,
durante o tempo de 20 minutos, o fluido vegetal provocou maior perda de massas,
60%, quando comparado aos outros dois fluidos, de acordo com a figura 56. O
fluido mineral sintético teve desempenho melhor do que o querosene, desgastando
menos o eletrodo ferramenta. Levando-se em consideração a variabilidade dos
resultados, o mineral sintético comportou-se semelhante com o querosene, já que
os dois fluidos produziram valores de variância próximos, como mostra a tabela 8.
Regime de Acabamento (20 minutos)
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª
Séries dos experimentos
Desgaste da ferramenta (gramas)
Vegetal sintético
Mineral sintético
Querosene
Figura 56: Gráfico dos valores da perda de massas dos sete eletrodos ferramenta no regime de
acabamento.
78
TABELA 8
Variabilidade dos valores da perda de massa dos sete eletrodos ferramenta no regime de
acabamento durante 20 minutos.
Fluido Maior valor
Menor valor
Amplitude Média Variância* Desvio Padrão
Vegetal sintético 0,0021 0,0017 0,0004 0,0019 0,000000019 0,00013
Mineral sintético 0,0013 0,0011 0,0002 0,0012 0,000000006 0,00008
Querosene 0,0014 0,0012 0,0002 0,0013 0,000000008 0,00009
*Medidas em gramas, exceto variância em g
2
.
Observa-se que, diferentemente dos resultados no regime de desgaste,
quando o vegetal retirou maior quantidade de material em relação aos outros dois
e, conseqüentemente, provocou maior desgaste do eletrodo ferramenta, nesse
caso em questão, apesar de retirar menos material que os outros dois fluidos, o
vegetal continuou provocando um alto desgaste do eletrodo ferramenta. Esse fato
comprova as observações de DiBitonto (1989) em relação à diferença da taxa de
erosão entre anodo e catodo nos regimes de desbaste, onde o valor de T
on
é alto e
de acabamento, valor de T
on
baixo.
4.2 Taxa de variação volumétrica das peças (amostras)
A figura 57 ilustra o volume de material removido no regime de trabalho de
desbaste durante os tempos de trabalho 5, 10, 15 e 20 minutos para os três tipos
de fluidos dielétricos utilizados no experimento. Pode-se observar que o fluido
vegetal sintético teve melhor desempenho comparado aos outros dois fluidos
dielétricos. O fluido mineral sintético e o querosene quase tiveram o mesmo
comportamento. Observa-se, também, as curvas em ascensão, ou seja, quanto
mais tempo de usinagem, maior a quantidade de material removida, porém não de
maneira proporcional.
79
Taxa de Remoção de Material (V
w
) - Regime de Desbaste
0
200
400
600
800
1000
1200
5 10 15 20
Tempo de usinagem (minutos)
Volume de material removido da
amostra (mm
3
)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 57: Gráfico do volume de material removido das amostras durante o regime de desbaste.
Provavelmente, esse aumento mais acentuado da taxa de remoção de
material do vegetal sintético deve-se à maior contaminação da fenda de trabalho,
devido à dificuldade de retirada das partículas erodidas, devido ao alto valor da
viscosidade.
Em relação ao regime de acabamento, o comportamento do fluido mineral
sintético foi melhor em relação aos demais. O querosene proporcionou maior taxa
de remoção de material, aparentemente, proporcional com o aumento do tempo de
usinagem, como mostra a figura 58. Já o vegetal sintético comportou-se muito bem
com seus valores de taxa de remoção de material próximos dos demais para os
mesmos tempos de usinagem, porém inferior à taxa do mineral sintético e
ligeiramente superior à do querosene.
80
Taxa de Remoção de Material (V
w
) - Regime de Acabamento
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
5 10 15 20
Tempo de usinagem (minutos)
Volume do material removido
da amostra (mm
3
)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 58: Gráfico do volume de material removido das amostras no regime de acabamento.
Observa-se que, nesse regime de trabalho, o vegetal sintético teve um
comportamento bem parecido com os outros dois fluidos. Provavelmente, o poder
de erosão dos íons positivos, para essa situação, se equivale para todos os três
fluidos. Deve-se observar que, para essa condição, a fenda de trabalho é menor,
quando comparada ao regime de desbaste, logo o poder de erosão diminui. No
caso em questão, esse poder pode equivaler-se para os trabalhos realizados com
os três fluidos dielétricos.
4.3 Variação volumétrica dos eletrodos ferramentas
Os eletrodos ferramenta foram pesados no início de cada operação de
eletroerosão, após terem suas pontas torneadas, com o intuído de limpar e eliminar
as crateras, provocadas pela eletroerosão anterior e depois da operação de
usinagem, tendo em vista que os mesmos foram utilizados várias vezes durante os
experimentos. A diferença das massas final e inicial forneceu a variação da massa
(∆
m
) que, aplicada na equação (6), informou os valores do volume de desgaste da
ferramenta, usados na construção dos gráficos das figuras 59 e 60.
81
Considerando-se a taxa de desgaste do eletrodo ferramenta no regime de
desbaste, o comportamento dos fluidos mineral sintético e querosene mantiveram-
se equilibrados. Já o vegetal sintético promoveu um desgaste acentuado em
relação aos outros dois, mantendo o valor desse desgaste em forte ascensão,
como ilustra a figura 59.
Taxa de Desgaste (V
e
) - Regime de Desbaste
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25
Tempo de usinagem (minutos)
Volume de desgaste da ferramenta
(mm
3
)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 59: Gráfico do volume de desgaste do eletrodo ferramenta no regime de desbaste.
Esse gráfico reafirma o poder de destruição dos elétrons contra a superfície
do eletrodo ferramenta durante o regime de trabalho de desbaste, como comentado
anteriormente.
Em relação ao desgaste do eletrodo ferramenta durante o regime de
acabamento, na figura 60, mostra-se o comportamento equilibrado do fluido vegetal
sintético em relação ao querosene e ao mineral sintético, apesar de promover
maior desgaste no eletrodo ferramenta. Observa-se, também, que o querosene
provocou menor desgaste do eletrodo ferramenta, quando comparado aos demais.
82
Taxa de Desgaste (V
e
) - Regime de Acabamento
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
5 10 15 20
Tempo de usinagem (minutos)
Volume de desgaste da ferramenta
(mm
3
)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 60: Gráfico do volume de desgaste do eletrodo ferramenta no regime de acabamento.
Já nessa condição, o desgaste do eletrodo ferramenta é menor,
provavelmente devido à menor relação de contato se comparado ao regime de
desbaste.
4.4 Desgaste volumétrico relativo
A equação (1) foi aplicada, visando-se à determinação dos valores do
desgaste volumétrico relativo, valores esses utilizados na construção dos gráficos
das figuras 61 e 62. No regime de desbaste (figura 61), o fluido mineral sintético
teve o mesmo comportamento, quando comparado ao querosene, o que pode ser
observado devido aos valores dos desgastes volumétricos relativos próximos. O
vegetal sintético, por sua vez, sofreu um desgaste maior, mas acompanhando o
desempenho dos outros em termos de redução desse valor. Observa-se que, à
medida que o tempo de usinagem aumentava, o desgaste relativo diminuía.
83
No regime de acabamento (figura 62), o fluido mineral sintético teve o
mesmo desempenho do querosene, repetindo o comportamento durante o regime
de trabalho de desbaste. Já o vegetal sintético manteve-se com maiores valores de
desgaste relativo, repetindo o comportamento do regime de desbaste.
Desgaste relativo (
ϑ
) - Regime de Desbaste
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5 10 15 20
Tempo de Usinagem (minutos)
Desgaste volumetrico
relativo - V
e
/ V
W
(%)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 61: Gráfico do desgaste volumétrico relativo no regime de desbaste.
Desgaste Relativo (
ϑ
ϑϑ
ϑ
) - Regime de Acabamento
0
0,5
1
1,5
2
2,5
5 10 15 20
Tempo de usinagem (minutos)
Desgate volumétrico
relativo - V
e
/ V
W
(%)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 62: Gráfico do desgaste volumétrico relativo no regime de acabamento.
84
Esses gráficos confirmam os fatos já mencionados e analisados nos gráficos
anteriores: o efeito da diferença de mobilidade dos elétrons em relação aos íons
positivos e em função do tempo de duração do pulso, reportada por DiBitonto
(1989). Observou-se que ocorreu uma variação bem acentuada nas taxas de
erosão entre anodo e catodo nos regimes de trabalho de acabamento e desbaste.
Nota-se que, no regime de trabalho de desbaste, essa relação é maior em
comparação ao regime de acabamento.
4.5 Arredondamento de cantos e over-cut
Após os experimentos, pode-se observar a ocorrência do problema de
arredondamento de cantos, nas amostras usinadas, no regime de desbaste durante
20 minutos, com os três fluidos dielétricos, como ilustra a figura 63. A primeira
amostra, (a), foi usinada com querosene, a (b), com mineral sintético e a (c), com
vegetal sintético. Observou-se, também, a diferença da fenda de trabalho
secundária, o over-cut, nas amostras usinadas com os três fluidos nas mesmas
condições do trabalho, o regime de desbaste durante 20 minutos. É interessante
salientar que a folga secundária maior ocorreu no fluido dielétrico vegetal sintético,
como mostra a figura 64(c).
Figura 63: Arredondamento dos cantos em amostras no regime de desbaste (indicados pelas setas).
(a) (b)
(c)
85
Figura 64: Over-cut em amostras no regime de desbaste.
A ocorrência de over-cut, com maior valor na peça usinada com fluido
vegetal sintético, confirma a maior condição de erosão desse fluido.
Provavelmente, as partículas erodidas retiradas da fenda de trabalho, que saíram
pela região da folga lateral entre eletrodos, tenham produzido uma erosão
secundaria mais intensa neste tipo de fluido se comparada aos demais. Observa-se
o tamanho da folga de trabalho lateral maior no fluido vegetal sintético,
estabelecida pela máquina de eletroerosão de acordo com as condições de
trabalho selecionadas pelo operador da máquina (ENGEMAQ, 2002).
4.6 Rugosidade
Todas as amostras usinadas, durante o regime de trabalho de acabamento,
tiveram o valor de rugosidade medidas no fundo das superfícies. O fluido mineral
sintético promoveu o menor valor de rugosidade, durante esse regime de trabalho
em todos os tempos, quando comparado aos outros fluidos, com um R
a
próximo de
3 µm, como mostra a figura 65. O querosene produziu o pior acabamento com R
a
de, aproximadamente, 5 µm. Já o vegetal sintético ficou numa posição intermediária
com R
a
= 3,8 µm.
86
Rugosidade R
a
no Regime de Acabamento
0
1
2
3
4
5
6
5 10 15 20
Tempo de usinagem (minutos)
Valor de R
a
(µm)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 65: Gráfico comparativo do valor da rugosidade R
a
no regime de trabalho de acabamento.
O efeito das descargas elétricas não é intenso nessa condição de trabalho,
logo o comportamento dos três fluidos durante a eletroerosão é semelhante.
A figura 66 mostra o valor de rugosidade em R
z
, mantendo o comportamento,
em termos de acabamento superficial indicado pelo parâmetro R
a
, ou seja, o fluido
mineral sintético melhor, acompanhado do vegetal sintético e, por último, com pior
comportamento, o que significa um maior valor de rugosidade, entre os três, o
querosene, isso para o regime de trabalho de acabamento.
Rugosidade R
z
no Regime de Acabamento
0
5
10
15
20
25
30
5 10 15 20
Tempo de usinagem (minutos)
Valor de R
z
(µm)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 66: Gráfico comparativo do valor da rugosidade R
z
no regime de trabalho de acabamento.
87
No regime de trabalho de desbaste, somente as amostras produzidas pelo
tempo de eletroerosão de 20 minutos tiveram a rugosidade medida. Isso se deve ao
fato de a medição ter sido realizada na parede do furo. A obtenção de uma
profundidade mínima para essa medição, que é de aproximadamente 10 mm, ocorre
apenas após 20 minutos, para os fluidos, mineral sintético e querosene. Os demais
tempos produziram profundidades menores. Por esse motivo, só foram realizadas
sete medições para cada fluido no regime de desbaste. O gráfico da figura 67 ilustra
a variabilidade dos valores de rugosidade R
a
durante as séries de experimentos para
esse regime com 20 minutos de eletroerosão. Aparentemente, os três fluidos
comportaram-se de maneira semelhante, com relação à variabilidade, porém, aqui, o
vegetal sintético promoveu um pior acabamento em comparação com os outros dois.
O querosene foi o que teve o melhor desempenho. A tabela 9 ilustra a variabilidade
dos resultados de rugosidade R
a
. As amostras usinadas com querosene
apresentaram menor variação em relação às amostras obtidas com mineral sintético
e vegetal, sendo que os dois últimos forneceram valores variância bem próximos. A
figura 68 mostra o diagrama, evidenciando os resultados da tabela 9: maior
amplitude nos resultados das amostras usinadas com vegetal sintético, seguido do
mineral sintético. O querosene foi o que apresentou amostras com menor amplitude
nos valores de rugosidade R
a
.
Rugosidade R
a
no Regime de Desbaste Durante 20 minutos
0
2
4
6
8
10
12
14
1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª
Séries dos experimentos
Rugosidade Ra (µm)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 67: Gráfico do valor da rugosidade R
a
no regime de trabalho de desbaste durante 20 minutos
de eletroerosão.
88
TABELA 9
Variabilidade dos valores rugosidade R
a
das sete amostras no regime de desbaste.
Fluido Maior valor
Menor valor
Amplitude Média Variância* Desvio padrão
Querosene 8,84 6,93 1,91 7,94 0,45 0,67
Mineral sintético 11,60 8,99 2,61 10,35 1,20 1,09
Vegetal sintético 12,90 9,80 3,10 11,60 1,43 1,19
*Medidas em µm, exceto variância em (µm)
2
.
Figura 68: Gráfico box plot dos valores de rugosidade R
a
para amostras no regime de desbaste.
A figura 69 ilustra a variabilidade do valor de R
z
, entre as séries dos
experimentos para o tempo de 20 minutos de trabalho, confirmando os valores de
rugosidade do parâmetro R
a
. A tabela 10 mostra o comportamento mais estável do
querosene, no regime trabalho de desbaste, evidenciado pelos valores de amplitude
e variância, que foram bem menores do que os encontrados nas amostras usinadas
com os outros dois fluidos, sendo que o mineral sintético, apesar de fornecer um
valor de rugosidade R
z
menor que o fluido vegetal sintético, foi o que apresentou
maior variabilidade nos resultados. O gráfico da figura 70 ilustra os resultados da
tabela 10.
89
Rugosidade R
z
no Regime de Desbaste Durante 20 minutos
0
10
20
30
40
50
60
70
1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª
Séries dos experimentos
Rugosidade R
z
(µm)
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
Figura 69: Gráfico do valor da rugosidade R
z
no regime de trabalho de desbaste durante 20 minutos
de eletroerosão.
TABELA 10
Variabilidade dos valores rugosidade R
z
das sete amostras no regime de desbaste.
Maior valor
Menor valor Amplitude
Média Variância*
Desvio padrão
Querosene 42,80 38,96 3,84 40,76 1,46 1,21
Mineral sintético 55,86 44,03 11,83 50,14 20,15 4,49
Vegetal sintético 60,96 48,96 12,00 55,73 15,86 3,98
*Medidas em µm, exceto variância em (µm)
2
.
Figura 70 – Gráfico box plot dos valores de rugosidade R
z
para amostras no regime de desbaste.
90
4.7 Morfologia da superfície da cavidade
As figuras 71, 72 e 73 ilustram a seção transversal da superfície usinada de
amostras trabalhadas no regime de acabamento com os três fluidos, a primeira
corresponde ao querosene, a segunda, ao mineral sintético e a terceira, ao vegetal
sintético. Pode-se notar a formação da zona branca que destaca-se em todas as
três situações, com um tamanho de, aproximadamente, 8 µm para as três
condições, bem como o comportamento uniforme dessa zona branca ao longo da
superfície. Ocorreu o surgimento de micro-trincas em amostras usinadas com os
três tipos de fluidos.
Figura 71: Zona branca produzida pela eletroerosão com querosene no regime de trabalho de
acabamento.
Figura 72: Zona branca produzida pela eletroerosão com fluido mineral sintético no regime de
trabalho de acabamento.
10 µm
Micro
-
trinca
Micro
-
trinca
10 µm
91
Figura 73: Zona branca produzida pela eletroerosão com fluido vegetal sintético no regime de
trabalho de acabamento.
As figuras 74, 75 e 76 ilustram a seção transversal da superfície de amostras
usinadas no regime de trabalho de desbaste. A zona branca aparece em destaque
em todas as situações, novamente, contendo ainda micro-trincas e poros também
evidentes. A figura 74 foi usinada com querosene, a 75, com mineral sintético e a
76, com vegetal sintético. Agora, a espessura média é de aproximadamente 30
micrometros com comportamento não uniforme, diferente do regime de
acabamento, ou seja, em algumas regiões a zona branca aparece quebrada.
Figura 74: Zona branca produzida pela eletroerosão com querosene no regime de trabalho de
desbaste.
Micro
-
trinca
Micro
-
trinca
10 µm
10 µm
92
Figura 75: Zona branca produzida pela eletroerosão com fluido mineral sintético no regime de
trabalho de desbaste.
Figura 76: Zona branca produzida pela eletroerosão com fluido vegetal sintético no regime de
trabalho de desbaste.
Micro
-
trinca
Micro
-
trinca
10 µm
10 µm
93
Pode-se afirmar que os três fluidos produziram zonas brancas de mesma
dimensão e condição nos dois regimes de trabalho, pouco espessa e constante no
regime de acabamento e muito espessa e não uniforme no regime de desbaste.
As figuras 77, 78 e 79 mostram as superfícies das amostras usinadas no
regime de acabamento vistas de cima com auxílio de microscopia eletrônica de
varredura. Em todas as situações, sugiram trincas superficiais e poros, além do
acúmulo de partículas erodidas, aderidas sobre as superfícies. As superfícies do
vegetal sintético e do mineral sintético são bem parecidas em termos de formação
das crateras. Aparentemente, nos fluidos vegetal e querosene, ocorreram mais
micro-trincas do que no mineral sintético.
A superfície da amostra usinada com fluido vegetal sintético não difere das
usinadas com os outros fluidos, a mesma assemelha-se à produzida pelo fluido
mineral sintético, surgiram micro-trincas e poros semelhantes, bem como
ocorreram inclusões de partículas erodidas sobre a superfície.
Figura 77: Superfície produzida pela eletroerosão com querosene no regime de trabalho de
acabamento.
Micro
-
trinca
Poro
Partícula erodida
94
Figura 78: Superfície produzida pela eletroerosão com mineral sintético no regime de trabalho de
acabamento.
Figura 79: Superfície produzida pela eletroerosão com vegetal sintético no regime de trabalho de
acabamento.
Partícula erodida
Partícula erodida
Micro
-
trinca
Micro
-
trinca
Poro
Poro
95
No regime de desbaste, aparentemente, muitas partículas ficaram aderidas na
superfície usinada. Surgiram, também, micro-trincas e poros, como ocorreu no
regime de acabamento, porém, nesse caso, aparentemente, surgiu uma quantidade
maior de partículas aderidas sobre a superfície da peças usinadas com fluido
dielétrico vegetal sintético. As figuras 80, 81 e 82 mostram fotos das superfícies
erodidas no regime de trabalho de desbaste, feitas com o Microscópio Eletrônico de
Varredura. A figura 80 é referente a uma superfície usinada com querosene, a 81,
usinada com mineral sintético e a 82, erodida com fluido dielétrico vegetal sintético.
Figura 80: Superfície produzida pela eletroerosão com querosene no regime de trabalho de
desbaste.
Partículas erodidas
Micro
-
trinca
Poro
96
Figura 81: Superfície produzida pela eletroerosão com mineral sintético no regime de trabalho de
desbaste.
Figura 82: Superfície produzida pela eletroerosão com vegetal sintético no regime de trabalho de
desbaste.
Partículas erodidas
Partículas erodidas
Micro
-
trinca
Micro
-
trinca
Poro
Poros
97
Provavelmente o fato de maior quantidade de partículas erodidas aderirem
sobre a superfície usinada com vegetal sintético, pode ter ocorrido em função da
dificuldade de retirada das mesmas da fenda de trabalho, devido à alta viscosidade
do mesmo, além da menor condição de arrefecimento do mesmo em relação aos
outros fluidos.
4.8 Micro-dureza na região termicamente afetada pelo calor
Variações no valor de micro-dureza na zona branca próxima da região
termicamente afetada pelo calor em relação ao substrato foram observadas em
amostras usinadas pelos três fluidos dielétricos, no regime de desbaste. As figuras
83, 84 e 85 ilustram as impressões deixadas pelo penetrador na região próxima da
zona termicamente afetada pelo calor em (a) e no substrato em (b). A figura 83 é
referente a uma amostra usinada com querosene, 84, fluido mineral sintético e 85,
vegetal sintético. A tabela 11 reporta aos valores de dureza encontrados. Os
valores evidenciam as alterações nos valores de dureza nas regiões observadas
em relação ao substrato, observado, anteriormente, por alguns pesquisadores
(Amorim, 2002 e Ferreira, 2006).
(a)
(b)
Figura 83: Micro-dureza de amostra usinada com querosene no regime de desbaste.
98
(a)
(b)
Figura 84: Micro-dureza de amostra usinada com mineral sintético no regime de desbaste.
(a)
(b)
Figura 85: Micro-dureza de amostra usinada com vegetal sintético no regime de desbaste.
99
TABELA 11
Valores de micro-dureza Vickers nas amostras usinadas pelos três fluidos no regime de desbaste.
Amostra Zona branca Substrato
Querosene
Mineral sintético
Vegetal sintético
683
663
689
637
631
634
Medidas em kgf/mm
2
.
Considerando-se as alterações nos valores de dureza nas amostras
usinadas com mineral sintético, querosene e vegetal sintético, ocorreram poucas
variações nesses valores de 5%, 7% e 9%, respectivamente, a mais na zona
termicamente afetada pelo calor em relação ao substrato, como mostra a tabela 11.
100
CAPÍTULO 5
CONCLUSÕES E COMENTÁRIOS GERAIS
Este capítulo apresenta as conclusões baseadas nos resultados dos
experimentos realizados, comentários gerais e sugestões para futuros trabalhos.
5.1 Conclusões
Depois de desenvolvido o trabalho, as seguintes conclusões podem ser
obtidas:
► O fluido vegetal sintético apresentou taxa de remoção de material no
regime de desbaste mais alta do que os fluidos mineral sintético e querosene,
mantendo variabilidade dos resultados durante as séries de experimentos
pouco maior em relação aos outros fluidos. Já no regime de acabamento,
essa taxa ficou com valor baixo em relação aos outros dois fluidos;
► As taxas de desgaste do eletrodo ferramenta nos dois regimes de trabalho
foram maiores nas ferramentas usadas na eletroerosão com fluido vegetal
sintético. Comparando-se querosene e mineral sintético, seus valores
mantiveram-se bem próximos;
► Como conseqüência da alta taxa de desgaste, tanto no regime de desbaste
como no acabamento, o desgaste volumétrico relativo das peças usinadas
com o fluido vegetal sintético foi maior quando comparado aos outros dois
fluidos;
101
► A rugosidade, na periferia do furo usinado durante o regime de desbaste,
foi maior nas amostras que trabalharam com o fluido vegetal sintético em
relação ao mineral sintético e o querosene. Sendo que o querosene produziu
menor valor de rugosidade;
► No regime de acabamento, a rugosidade, medida no fundo da cavidade
usinada com querosene, promoveu melhor acabamento, já que valor de
rugosidade ficou menor em relação ao mineral sintético seguido do vegetal
sintético;
► Ocorreu maior valor de over-cut, durante o regime de desbaste na
usinagem com fluido vegetal sintético, em relação ao mineral sintético e ao
querosene que promoveu menor valor.
► Em relação à formação de zona branca, poros e micro-trincas, os três
fluidos comportaram-se de maneira bem parecida, tanto durante o regime de
trabalho de acabamento, com formação da zona branca com espessura de
aproximadamente 8 µm, como na condição de desbaste com espessura de
30 µm, aproximadamente. Ocorreram formações de micro-trincas e poros nas
amostra usinadas com os três fluidos;
► Partículas erodidas aderiram-se sobre a superfície usinada com os três
fluidos nos regimes de acabamento e desgaste aproximadamente na mesma
proporção, exceto na superfície usinada com fluido vegetal sintético durante o
regime de desbaste. Aparentemente, ocorreu maior aderência de partículas
erodidas, como mostrado na microscopia eletrônica de varredura;
► Pequena variação no valor da microdureza do substrato em relação à zona
branca foi observada nas amostras usinadas com os três fluidos, não
ocorrendo nenhuma variação que devesse ser destacada.
102
5.2 Comentários gerais
No início dos experimentos, com o querosene, seguido do mineral sintético,
os sistemas de alimentação e retorno funcionaram satisfatoriamente, porém durante
os trabalhos realizados com vegetal sintético, o retorno ficou comprometido, ou seja
a quantidade de fluido necessária para manter a cuba cheia sem transbordar não
retornava para o reservatório. O problema foi sanado com a abertura total do registro
de gaveta, que controla a saída de fluido da cuba auxiliar. Esse inconveniente deve-
se à viscosidade do fluido vegetal, mais alta que nos outros dois. Eliminando-se
esse problema, durante os trabalhos, tanto no regime de desbaste, quanto no de
acabamento, o fluido vegetal sintético comportou-se muito bem.
Levando-se em conta a remoção de material da peça, o vegetal sintético teve
o melhor desempenho comparado aos outros fluidos, no regime de desbaste, porém
essa performance provocou o inconveniente de promover maior desgaste da
ferramenta. Comparando-se o desgaste volumétrico relativo para os três fluidos, o
ganho com relação à taxa de remoção de material do fluido vegetal sintético não foi
compatível aos outros fluidos. Já que, a maior taxa de remoção de material
promovida pelo fluido vegetal sintético acarretou um alto desgaste do eletrodo
ferramenta. Provavelmente, o maior valor da densidade seja a responsável por esse
poder de “destruição” das superfícies, já que a mesma influencia a formação do
canal de plasma. A viscosidade alta também pode interferir no processo, dificultando
a retirada de partículas erodidas da fenda de trabalho, bem como o arrefecimento do
conjunto de eletrodos peça e ferramenta.
5.3 Sugestões para futuros trabalhos
► Investigar provável combinação adequada entre os tempos T
on
e T
off
, para
a eletroerosão por penetração do fluido vegetal sintético que promovam boa
taxa de remoção de material com o mínimo valor de taxa de desgaste;
► Avaliar os efeitos da variação de corrente na eletroerosão por penetração
do fluido vegetal sintético que promova baixo desgaste volumétrico relativo;
103
► Testar sistemas de filtragem para o fluido vegetal sintético para
transformadores, que possa trabalhar na máquina de eletroerosão por
penetração;
► Comparar a performance de outros fluidos vegetais para transformadores
na usinagem de eletroerosão por penetração.
► Comparar a eletroerosão de eletrodos ferramenta confeccionados com
materiais diferentes (por exemplo, grafita e cobre) usando o fluido vegetal
sintético.
► Avaliar a influência da variação da relação de contato na eletroerosão com
fluido vegetal sintético nos regimes de acabamento e desbaste.
► Investigar o tamanho do canal de plasma, formado pelo fluido vegetal
sintético em comparação aos outros fluidos mineral sintético e querosene.
104
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AMP 8000 e da liga de cobre CuBe para ferramentas de moldagem de
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Catarina – UFSC, Florianópolis.
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42, n.485, p. 124-142, jun. 2006.
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usinagem por descargas elétricas. 2001. 74f. Dissertação (Mestrado).
Universidade Federal de Uberlância, Uberlândia.
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385-391, jun. 2005.
108
ANEXO A – Propriedades químicas e físicas do querosene.
109
ANEXO B – Boletim técnico do fluido mineral sintético Arclean Eletron.
110
ANEXO C – Manual de informações do produto ENVIROTEMP FR3.
Propriedades iniciais típicas do fluido.
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