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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
FACULDADE DE ENGENHARIA
CAMPUS DE BAURU
unesp
MONITORAMENTO DA DRESSAGEM NO
PROCESSO DE RETIFICAÇÃO
ANDRÉ GUSTAVO OLIVEIRA SOUZA
BAURU – SP
Julho / 2009
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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
FACULDADE DE ENGENHARIA
CAMPUS DE BAURU
unesp
MONITORAMENTO DA DRESSAGEM NO
PROCESSO DE RETIFICAÇÃO
ANDRÉ GUSTAVO OLIVEIRA SOUZA
Orientador: Prof. Dr. Paulo Roberto de Aguiar
Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia da
UNESP - Campus de Bauru, para obtenção do Título de
Mestre em Engenharia Mecânica.
BAURU – SP
Julho / 2009
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Souza, André Gustavo Oliveira.
Monitoramento da dressagem no processo de
retificação / André Gustavo Oliveira Souza, 2009.
70 f. il.
Orientador: Paulo Roberto de Aguiar
Dissertação (Mestrado)–Universidade Estadual
Paulista. Faculdade de Engenharia, Bauru, 2009
1. Dressagem. 2. Emissão acústica. 3. Retificação.
4. Monitoramento I. Universidade Estadual Paulista.
Faculdade de Engenharia. II. Título.
A Deus. A minha querida esposa Juliana,
eterna companheira. Aos meus filhos,
Felipe e Manuela, sempre compreensivos.
Aos meus pais, Jarbas e Ligia pelo apoio
Agradecimentos
Este trabalho teve a participação e colaboração de diversas
pessoas. Elencar todos os nomes e contribuições é uma tarefa árdua, havendo a
possibilidade de deixar alguém sem o devido reconhecimento expresso nessas
linhas. Desde já me desculpo por alguma omissão. Sendo dever de ofício e
tradição, atrevo-me a tentar.
Agradeço ao Prof. Dr. Paulo Aguiar pelo apoio, ajuda e
compreensão durante todo tempo de execução deste trabalho e principalmente
pela orientação que não foram apenas técnicas, mas sim para toda vida.
Ao meu co-orientador Prof. Dr. Eduardo Carlos Bianchi pelo
apoio, confiança e contribuições para este trabalho.
Ao Sr. Ícaro Henrique Thomazella, pelo auxilio e importantes
contribuições que determinaram o rumo deste trabalho.
Ao Sr. Ricardo Robles Leite, pelo apoio nas pesquisas e
contribuições a este trabalho.
Aos proprietários da empresa Carino Ingredientes Ltda,
Sra. Maria Cristina Spressão Doretto e Sr. Valdinei Coneglian, pois possibilitaram
e ainda incentivaram a realização deste sonho.
A minha família que sempre me apoiou principalmente minha
esposa Juliana, meus filhos Felipe e Manuela.
À Faculdade de Engenharia da Universidade Estadual Paulista -
campus de Bauru, com distinção ao setor de Pós-Graduação em Engenharia
Mecânica, por ter me aceito como pesquisador. Aos laboratórios, LUA –
Laboratório de Usinagem por Abrasão e LADAPS – Laboratório de Aquisição e
Processamento de Sinais, que possibilitaram a realização deste trabalho
Muitos dos fracassos da vida ocorrem com as pessoas que não reconheceram o
quão próximas elas estavam do sucesso quando desistiram.
Thomas A. Edison
Lâmpada para os meus pés é a tua palavra e, luz para os meus caminhos.
Salmo 119:105
SUMÁRIO
1 Introdução .......................................................................................................................... 14
2 Objetivo .............................................................................................................................. 16
3 Justificativas para realização da pesquisa ....................................................................... 17
4 Revisão Bibliográfica ......................................................................................................... 18
4.1 Introdução 18
4.2 O Processo de Retificação 19
4.2.1 Introdução ..................................................................................................... 19
4.2.2 Principais Variáveis do Processo de Retificação .......................................... 20
4.2.3 Característica da Velocidade da Peça (V
w
) ................................................... 22
4.2.4 Característica da Velocidade de Corte (V
s
) .................................................. 23
4.2.5 Característica da Profundidade de Corte (a) ................................................ 23
4.2.6 Espessura Equivalente de Corte (h
eq
) ............................................................ 24
4.2.7 Relação G ...................................................................................................... 25
4.2.8 Ferramenta de Corte ..................................................................................... 26
4.2.9 Distribuição de Energia na Retificação ........................................................ 31
4.2.10 Desgaste do Rebolo ....................................................................................... 33
4.3 A operação de Dressagem 34
4.3.1 Ferramentas de Dressagem ........................................................................... 35
4.3.2 Influência da Dressagem no Processo de Retificação ................................... 36
4.3.3 Grau de Recobrimento (U
d
) ........................................................................... 37
4.4 Sinais de Emissão acústica e Potência de Corte na Retificação 38
4.5 Parâmetros Estatísticos usados na Retificação 40
4.5.1 Valor RMS do Sinal de Emissão Acústica ..................................................... 40
4.5.2 Parâmetro DPO ............................................................................................. 41
4.5.3 Parâmetro DPKS ........................................................................................... 41
4.5.4 Parâmetro FKS .............................................................................................. 42
7
5 Material e Métodos ............................................................................................................ 43
5.1 Escolha do Tipo de Operação de Retificação 43
5.2 Escolha do Rebolo 44
5.3 Fluido de Corte 45
5.4 Sensor de Emissão Acústica 46
5.5 Sensor de Potência Elétrica 47
5.6 Sistema de Aquisição de dados 48
5.7 Ensaios Experimentais 49
5.8 Determinação dos Parâmetros Estatísticos de Dressagem 52
6 Resultados e Discussão ...................................................................................................... 54
7 Conclusões .......................................................................................................................... 65
Referências Bibliográficas ............................................................................................................ 66
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Variáveis de entrada e saída para máquinas e processos de retificação (Adaptado de
King & Hahn, 1986) ....................................................................................................................... 21
Figura 2 – Influência da velocidade da peça no tempo de contato e na força tangencial de corte
(Aguiar, 1997) ................................................................................................................................. 23
Figura 3 – Espessura de corte equivalente para uma operação tangencial plana do tipo pendular
(Adaptada de Aguiar, 1997)............................................................................................................ 25
Figura 4 – Especificação de rebolos com abrasivos convencionais (Adaptada de Stemmer, 1992)
........................................................................................................................................................ 31
Figura 5. Distribuição de energia térmica na retificação (König apud Severiano, 2002) ............. 32
Figura 6 – Esquema do processo de dressagem (Adaptado de Bianchi, 1990) .............................. 37
Figura 7 – Refratômetro utilizado na medição da concentração do fluido de corte ...................... 46
Figura 8 – Posicionamento do sensor de emissão acústica sobre a bancada de ensaios ............... 46
Figura 9 – Sistema de monitoração de EA do fabricante Sensis .................................................... 47
Figura 10 – (a) Janela Principal do software; (b) Janela de Base de Dados (Dotto et al., 2007) . 49
Figura 11 - Esquema do Banco de Ensaios .................................................................................... 50
Figura 12 - Operação de retificação sem fluido de corte para o desgaste do rebolo .................... 51
Figura 13. Cálculo do parâmetro DPO para o ensaio 1 ................................................................ 55
Figura 14. Cálculo do parâmetro FKS para o ensaio 1 ................................................................. 56
Figura 15. Cálculo do parâmetro DPKS para o ensaio 1 .............................................................. 56
Figura 16. Cálculo do parâmetro DPO para o ensaio 2 ................................................................ 57
Figura 17. Cálculo do parâmetro FKS para o ensaio 2 ................................................................. 57
Figura 18. Cálculo do parâmetro DPKS para o ensaio 2 .............................................................. 58
Figura 19. Cálculo do parâmetro DPO para o ensaio 3 ................................................................ 58
Figura 20. Cálculo do parâmetro FKS para o ensaio 3 ................................................................. 59
Figura 21. Cálculo do parâmetro DPKS para o ensaio 3 .............................................................. 59
Figura 22. Cálculo do parâmetro DPO para o ensaio 4 ................................................................ 60
Figura 23. Cálculo do parâmetro FKS para o ensaio 4 ................................................................. 60
Figura 24. Cálculo do parâmetro DPKS para o ensaio 4 .............................................................. 61
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Propriedades de alguns materiais abrasivos (Malkin, 1989) ....................................... 29
Tabela 2 – Rebolo utilizado nos ensaios experimentais .................................................................. 45
Tabela 3 – Parâmetros utilizados na aquisição do sinal de EA...................................................... 47
Tabela 4 – Parâmetros de usinagem ............................................................................................... 52
Tabela 5 - Histórico dos passes de dressagem de acordo com os parâmetros DPO e DPKS ........ 63
10
LISTA DE ABREVEATURAS E SÍMBOLOS
a - Penetração do rebolo [mm]
a
d
- Profundidade de dressagem [μm]
Al
2
O
3
- Óxido de alumínio
A
sd
– Área de dressagem [mm
2
]
b
d
- Largura de atuação do dressador [μm]
b
s
- Largura do rebolo [μm]
CBN - Nitreto boro cúbico
d
s
- Diâmetro do rebolo [mm]
d
w
- Diâmetro da peça [mm]
DPO – Parâmetro definido pela multiplicação entre o desvio padrão do
sinal RMS de emissão acústica e a potência elétrica máxima por passada
do rebolo (ciclo)
DPKS – Parâmetro definido pelo cálculo do desvio padrão da emissão
acústica multiplicado pela somatória da potência subtraída do seu desvio
padrão elevado à quarta potência por passada.
EA – Sinal puro de emissão acústica [V]
EA
rms
- Emissão acústica em RMS [V]
Fc
max
– Força máxima de corte na passada
F
t
- Força tangencial de corte [N]
FKS – Parâmetro definido pela força máxima de corte, dividida pelo
produto da ferramenta estatística skew e pela kurtosis, ambas aplicadas ao
sinal de emissão acústica de cada passada do rebolo.
G - Relação entre o volume de material removido e o volume do rebolo gasto
h
eq
– Espessura equivalente de corte [μm]
i – Índice de potência que varia de 1 até m pontos de cada passada
Kurt(EA) – Estatística kurtosis do sinal RMS de EA por passada
LADAPS – Laboratório de aquisição de dados e processamento de sinais (Unesp Bauru)
m – Números de pontos ou amostras da passada
MAX(POT)
– Potência máxima por passada [W]
P
eletrica
- Potência elétrica ativa do motor de acionamento do rebolo [W]
POT(i) – Valor instantâneo da potência
RMS - Root mean square – valor médio quadrático
S
d
– avanço do dressador por revolução do rebolo ou Passo de dressagem
S(EA) - Desvio-padrão da emissão acústica [V]
Skew(EA) – Estatística skewness do sinal RMS de EA por passada
SiC - Carbeto de silício
S(POT)
– Desvio padrão da potência na passada
U
d
– Grau de recobrimento
V - Tensão de saída do módulo responsável pela medida de potência [V]
V
c
- Velocidade de corte [m/s]
V
fd
– Velocidade de penetração de dressagem [mm/s]
V
s
- Velocidade periférica do rebolo [m/s]
V
w
- Velocidade periférica da peça [m/s]
11
V
sd
- Velocidade de avanço de dressagem [mm/min.]
ΔT – Constante de integração
Z
w
- volume de material retificado
Z
s
- volume de material do rebolo gasto
12
SOUZA, A. G. O. Monitoramento da dressagem no processo de retificação. Bauru, 2009. 70p.
Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia, Campus de Bauru,
Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”.
RESUMO
A retificação tem sido uma das mais importantes operações usadas para obtenção
de peças de alta precisão, sendo responsável por considerável parcela do total de
operações de usinagem nos países industrializados. Porém, para manter as
condições ideais neste processo, torna-se importante a operação de dressagem do
rebolo em intervalos freqüentes para a remoção dos grãos gastos e manter o perfil
de sua superfície. Entretanto, a carência de métodos confiáveis indicativos de uma
dressagem adequada, de modo a prevenir desgaste excessivo do rebolo durante
esta operação, direcionou este trabalho ao estudo de um método de
monitoramento da dressagem no processo de retificação, baseado no
processamento digital dos sinais de emissão acústica e potência elétrica do motor
de acionamento do rebolo. Para isso, utilizou-se um aplicativo computacional,
previamente desenvolvido em Visual Basic, no qual se realiza o processamento
digital destes sinais e quando os parâmetros utilizados indicam dressagem
adequada, gera-se um sinal de controle avisando o operador ou interrompendo o
processo de dressagem. Ensaios de dressagem foram realizados numa retificadora
plana tangencial utilizando-se rebolo de óxido de alumíno e dressador de ponta
única de diamante. A aquisição dos sinais de emissão acústica e potência foi feita
a uma taxa de 4 mil amostras por segundo e em seguida, estes sinais foram
enviados ao software para análise. Os resultados obtidos foram de forma geral
satisfatórios, sendo o parâmetro DPO o que apresentou maior uniformidade e
sensibilidade ao ponto de boa dressagem.
13
ABSTRACT
Grinding has been one of the most important techniques used for obtaining high
precision parts and responsible for considerable amount out of a total of
machining operations in industrialized countries. However, the dressing operation
is very important to occur regularly in order to remove the wear grits on the tool
surface and maintain the ideal cutting conditions in the grinding process. On the
other hand, the lack of reliable methods to indicate a proper dressing in order to
prevent the grinding wheel from getting wear excessively has directed this work
to study a method for monitoring the dressing operation. The method was based
on the digital processing of the acoustic emission signal and electrical power
signal of the electric motor that drives the wheel. To attain such a goal, specific
software developed in Visual Basic was employed, in which digital processing of
these signals was carried out and a control signal was sent to the machine operator
when the studied parameter indicates proper dressing or the dressing operation is
halted. Dressing tests were carried out in a surface grinding machine equipped
with an aluminum oxide grinding wheel and a single point diamond dresser. The
data acquisition of acoustic emission and electrical power signals was performed
at 4 million samples per second and then the signals were sent to the mentioned
software to be analyzed. In general, the results have shown quit good, but the
DPO parameter presented better consistency and sensitivity to indicate suitable
dressing moment.
14
1 Introdução
A retificação tem sido uma das mais importantes técnicas utilizadas para
obter peças de alta precisão, sendo responsável por uma considerável parcela do
total de operações de usinagem nos países industrializados.
Um grande número de componentes manufaturados são usinados por
retificação ou são processados por máquinas-ferramentas, cuja precisão foi obtida
através de operações abrasivas. Sabe-se que melhoramentos no processo levam a
uma maior precisão, produção mais rápida e redução de custos.
O processo de retificação é a última etapa de fabricação e por isso, tem
um grande valor agregado ao produto final. Durante anos, pesquisadores do
mundo inteiro tentam controlar o processo de retificação, buscando ferramentas
para a compreensão e desenvolvimento de parâmetros que representem fielmente
este processo. Devido ao grande número de variáveis envolvidas no processo, o
número de ferramentas hoje existentes abrange uma quantidade limitada de
situações, sendo que muitas delas não se aplicam à prática.
Por outro lado, pesquisadores vêm incorporando as novas tecnologias
existentes em ferramentas capazes de suprir deficiências, que antigamente eram
difíceis de serem resolvidas. Estas novas tecnologias incorporam uma quantidade
enorme de funções avançadas de processamento digital de sinais que processam,
filtram, ou alteram características dos sinais para que parâmetros sejam aplicados.
Desta forma, as possibilidades de associar sinais de sensores com as altas taxas de
processamento tornam-se possíveis.
Com isso, a implementação de sistema de monitoramento do processo de
dressagem, pode possibilitar uma melhoria na confiabilidade das operações, aliada
a um aumento de qualidade e redução de custos. Porém, ainda são encontradas
dificuldades na sua implantação devido à falta de critérios bem definidos para a
sua perfeita aplicação prática.
Associando-se parâmetros utilizados na detecção da queima no processo
de retificação desenvolvidos por Aguiar et al. (2002), Aguiar et al. (2005) e Dotto
et al. (2006) com ferramentas de processamento digital de sinais, tornou-se
15
possível a proposta deste trabalho.
Na primeira parte deste trabalho apresenta-se toda a revisão bibliográfica,
necessária para a compreensão do processo de retificação e da operação de
dressagem no processo de retificação tangencial plana. Parâmetros utilizados na
detecção da queima no processo de retificação e utilizados neste trabalho na
detecção da boa dressagem são apresentados no final deste capítulo.
No capítulo “Material e Métodos” apresenta-se a escolha do tipo de
retificação, escolha do rebolo, a utilização do fluido de corte, os sensores de
emissão acústica e potência, o sistema de aquisição de dados, os ensaios
experimentais, e a determinação dos parâmetros estatísticos de dressagem.
No capítulo “Resultados e Discussões” são mostrados os resultados
obtidos para os parâmetros utilizados na detecção da boa dressagem, comparando-
se seus desempenhos.
Por fim, as conclusões são apresentadas seguidas pelas referências
bibliográficas.
16
2 Objetivo
O objetivo deste trabalho é a detecção do ponto de boa dressagem durante
o processo de retificação tangencial plana, utilizando-se parâmetros que utilizam o
sinal RMS de emissão acústica e potência de corte, de forma a minimizar o tempo
desta operação bem como evitar a remoção excessiva de material do rebolo.
17
3 Justificativas para realização da pesquisa
A retificação é um processo que apresenta grande importância na
fabricação, sendo responsável por 25% dos processos de usinagem. Por ser
normalmente a última operação de uma seqüência de fabricação, todos os
problemas de tempo e qualidade gerados ao longo do processo de fabricação de
um componente devem ser resolvidos na retificação. Além disto, o sucateamento
de uma peça durante a retificação implica na perda de todos os processos
anteriores, tornando o processo muito caro. Isto faz com que a retificação seja
freqüentemente um gargalo numa seqüência de operações. Por isso, ressalta-se
que qualquer benefício obtido na retificação tem grande valor em todo o processo
(Oliveira et al, 2002).
Segundo Badger & Torrance (2000), os danos térmicos no processo de
retificação podem ser extremamente reduzidos, usando os parâmetros de operação
e estratégias de dressagem corretos. A eficiência da operação de retificação é
altamente dependente da superfície do rebolo.
O processo de dressagem pode ser monitorado para produzir uma
qualidade constante na superfície do rebolo. A vida do rebolo pode ser definida
pelo monitoramento de mudanças da amplitude e freqüência característica do sinal
de emissão acústica. Entretanto, ainda há carência no mercado de dispositivos que
são capazes de avaliar a superfície do rebolo durante a operação de retificação em
um ambiente de produção (Oliveira et al, 2000).
Xue et al. (2002) confirmaram através de uma série de experimentos que o
sensor de emissão acústica é um mecanismo eficiente no monitoramento da
dressagem tanto quanto para o processo de retificação, além de ajudar na obtenção
de uma superfície topograficamente uniforme do rebolo.
A determinação do momento correto da dressagem é de fundamental
importância, pois minimiza o tempo desta operação bem como evita a remoção
excessiva de material do rebolo, e, portanto, reflete diretamente nos custos de
produção.
18
4 Revisão Bibliográfica
4.1 Introdução
Atualmente, o mercado consumidor busca cada vez mais produtos com
alta qualidade e preços competitivos. Para que as empresas permaneçam ou ainda
aumentem sua participação neste mercado é preciso que tenham produtos com
baixo custo de fabricação e com boa qualidade. A automatização nos processos
produtivos, como por exemplo, a retificação e a operação de dressagem têm
grande importância e podem contribuir significativamente para ganhos de
produtividade, desempenho e qualidade.
Segundo Inasaki (1999), as três importantes características de um sistema
de monitoramento são: detectar os problemas que ocorrem durante o processo;
fornecer informação para otimizar o processo; e contribuir para se estabelecer um
banco de dados necessário para determinar os parâmetros da usinagem.
Um dos grandes obstáculos para se obter automação de processos de
usinagem em sistemas de manufatura flexível e integrada é o desenvolvimento do
que pode ser chamado de usinagem não-assistida pelo homem. Isto significa ter
um processo sem intervenção humana capaz de estabelecer o momento para a
troca da ferramenta, fazer a própria troca da ferramenta e realizar mudanças nas
condições de corte visando à sua otimização. Assim, o desenvolvimento de um
sistema de monitoração e controle em tempo real é de fundamental importância
(Aguiar et al., 2002; Aguiar et al., 2006).
Dressagem é o processo de condicionamento da superfície do rebolo
visando sua remodelação quando o mesmo perdeu sua forma original pelo
desgaste. O monitoramento online da operação de dressagem deve assegurar a
qualidade final da superfície do rebolo e obter um acabamento superficial
reproduzível (Xue et al., 2002). Ainda, segundo Xue et al. (2002), o número de
passes de dressagem depende do grau de carregamento do rebolo, tamanho dos
grãos e do grau de desgaste a ser removido. Em geral, os efeitos das condições de
retificação e dressagem anteriores podem ser eliminados através de três ou quatro
19
passes sucessivos. Erros de dressagem, no entanto, podem afetar diferentemente a
qualidade da dressagem devido a flutuações da profundidade de dressagem real,
desgaste do dressador e outros distúrbios. Essas condições indesejáveis podem ser
detectadas por meio de um sistema online de monitoramento.
Técnicas de emissão acústica (EA) têm sido usadas para monitorar o
processo de usinagem devido a sua característica não-intrusiva, facilidade na
operação e rápida resposta dinâmica. O sensor de EA é pequeno e fácil para
posicionar e o peso e tamanho da peça ou ferramenta não possui forte influência
no efeito do sensor (Tsai & Hocheng, 2002). Adicionalmente, o sensor de
potência de corte tem sido amplamente utilizado em pesquisas de retificação. O
sinal pode ser monitorado pela corrente elétrica do motor elétrico de acionamento
do rebolo ou pelo produto entre a tensão e corrente elétrica, que fornece a potência
consumida pelo motor elétrico de acionamento do rebolo. Assim, uma estimação
da força de corte pode ser facilmente obtida se um modelo do motor elétrico for
disponível (Aguiar et al., 2002).
Os tópicos a seguir objetivam a formação de uma base teórica para o
entendimento e aplicação na metodologia adotada neste estudo.
4.2 O Processo de Retificação
4.2.1 Introdução
Segundo König apud Severiano (2002) é difícil de ser determinado
quando, pela primeira vez, foram usinados metais com remoção de cavaco. Certo
é que, na Idade Antiga, os rebolos rotativos haviam sido usados para afiação de
ferramentas e armas. No fim da antiguidade, o homem havia aprendido a usar a
água como meio de acionamento para os rebolos. Com isto, já na Idade Média,
iniciou-se a industrialização em pequenas escalas. Nas margens de rios e riachos,
formaram-se verdadeiras comunidades de retificação. Nelas foram desenvolvidas
as bases para uma tecnologia que, durante os séculos seguintes, se desenvolveu
constantemente.
20
A Idade Moderna da usinagem com ferramentas de geometria de corte não
definida inicia-se com a descoberta de ferramentas artificiais. Aproximadamente
na metade do século XIX, na Europa, foram sintetizados os primeiros rebolos com
abrasivos naturais. Em 1861, os americanos Acheson conseguem a sinterização do
carboneto de silício. Com isso, iniciaram-se desenvolvimentos na área de
materiais duros que até hoje não foram encerrados. Entre esses desenvolvimentos
estão descobertas decisivas, como a sintetização do diamante artificial e do nitreto
de boro cúbico (CBN). Ao passo que os desenvolvimentos de ferramentas e de
máquinas-ferramentas já haviam sido submetidos pela pesquisa nas áreas da
física, da química e da construção de máquinas, o desenvolvimento dos processos
de fabricação, durante muito tempo, foi apenas apoiado no conhecimento do
artesão (Severiano, 2002).
Dentre os principais processos de manufatura podemos destacar a
retificação. Trata-se de um processo de acabamento muito utilizado na fabricação
de componentes mecânicos de precisão. Entretanto, pode ser considerado como
um processo de pouco domínio tecnológico se comparado aos processos
convencionais de usinagem, além de ter a função de solucionar os problemas de
qualidade e tempo de toda a seqüência de fabricação (Aguiar et al., 2009; Dotto et
al., 2006; Aguiar et al., 2005).
O processo de retificação visa melhorar o acabamento superficial e
garantir a integridade das peças. Trata-se de um processo de alta precisão e
importância, já que é inaceitável a perda de uma peça nesta etapa, pois o valor
agregado ao material nesta fase já é muito elevado devido aos outros processos
que o antecederam (Soares, 2002).
4.2.2 Principais Variáveis do Processo de Retificação
Segundo King & Hahn (1986), em operações de planejamento da
retificação é necessário definir as entradas e saídas do processo e desenvolver
relações entre elas. Para que isto seja feito é importante distinguir as variáveis de
entrada da retificadora e entradas do processo de retificação que ocorrem na
interação rebolo-peça. Os parâmetros de entrada típicos das máquinas
21
retificadoras são: velocidade de avanço, velocidade do rebolo, velocidade da peça
e tempo de centelhamento. As variáveis do sistema são apresentadas no diagrama
da Figura 1.
Figura 1. Variáveis de entrada e saída para máquinas e processos de
retificação (Adaptado de King & Hahn, 1986)
Segundo Severiano (2002), teoricamente os problemas que se apresentam
na retificação deveriam ter uma solução rápida através do estudo pormenorizado
das variáveis envolvidas no processo de retificação. No entanto, isso não acontece
na prática. O resultado desejado, em função do projeto da peça, de uma forma
geral não pode ser obtido pela avaliação de um único parâmetro, mas sim por uma
avaliação criteriosa da combinação de vários parâmetros simultaneamente.
O processo de retificação pode ser caracterizado por grandezas como as
componentes da força de usinagem, a vida do rebolo (desgaste do grão abrasivo) e
a temperatura. O resultado do processo deve ser avaliado em função da qualidade
da superfície retificada e de aspectos econômicos, como custo de fabricação, que
22
estão diretamente ligados com a variável velocidade de remoção (Severiano,
2002).
4.2.3 Característica da Velocidade da Peça (V
w
)
De acordo com Bianchi (1990), a velocidade da peça V
w
é coincidente
com a velocidade da mesa da máquina retificadora. Esta velocidade está
relacionada aos impactos que os grãos abrasivos provocam na peça. Quando a
velocidade da peça é baixa e a penetração é grande, os impactos dos grãos
abrasivos do rebolo sobre a peça são pequenos e os cavacos são alongados. O
tempo de contato grão/peça e o número de grãos ativos são maiores. Assim, a
força em um grão abrasivo é pequena e atua durante um tempo longo Este
comportamento pode ser observado com o auxílio do gráfico apresentado na
Figura 2. Os grãos abrasivos tendem a permanecer mais tempo em contato com a
peça, o que provoca um desgaste maior. As forças de corte (normal e tangencial)
tendem a aumentar com o tempo de retificação e devido ao desgaste das arestas
cortantes. Com isto, o desgaste do rebolo tende a ser menor, considerando-se que
os grãos abrasivos permanecem mais tempo presos ao ligante, o que minimiza a
perda de grãos.
Quando a velocidade da peça é alta e a penetração do rebolo é pequena, os
impactos dos grãos abrasivos do rebolo sobre a peça são grandes e os cavacos são
curtos. O tempo de contato grão/peça e o número de grãos ativos são menores,
gerando uma força por grão abrasivo grande e por pouco tempo, fato este também
observado no gráfico apresentado pela Figura 2. Os grãos tendem a se fraturar e a
se desprender da superfície de corte do rebolo. Neste caso, as forças totais de corte
tendem a uma estabilização pela troca constante de grãos abrasivos. O desgaste do
rebolo tende a ser maior que no caso anterior.
23
0 10 20 30 40 50 60
0
1
2
3
4
5
6
Tempo
Força Tangencial
Gráfico Qualitativo - Força Tangencial de Corte vesus Tempo de contato
V
W
Pequeno
V
W
Grande
Figura 2 – Influência da velocidade da peça no tempo de contato e na força
tangencial de corte (Aguiar, 1997)
4.2.4 Característica da Velocidade de Corte (V
s
)
Segundo Bianchi (1990), a velocidade de corte V
s
exerce uma substancial
influência sobre o comportamento das forças de corte, desgaste do rebolo,
acabamento e queima superficial da peça, vibrações da máquina, entre outros.
Quando a velocidade de corte é elevada, um mesmo grão abrasivo passa a
remover um menor volume de cavaco devido ao aumento da sua freqüência de
contato com a peça. Portanto, o número de grãos ativos é maior e a espessura do
cavaco removido é menor, diminuindo as forças de corte, rugosidade da peça e
desgaste do rebolo, pela menor solicitação de cada grão. Em contrapartida, pelo
aumento da intensidade de contato dos grãos com a peça, ocorre uma elevação da
temperatura que pode ocasionar um dano térmico na peça (Bianchi, 1990).
4.2.5 Característica da Profundidade de Corte (a)
Segundo Bianchi (1990), a deflexão entre o rebolo e a peça aumenta
quando a área de contato e, conseqüentemente, o número de grãos em contato com
a peça aumentam. Sendo assim, a temperatura durante o processo também
aumenta. Portanto, um aumento na profundidade de corte provoca um aumento no
número de grãos ativos e no tempo de contato, fazendo com que cada grão
24
abrasivo remova uma quantidade menor de metal. Os cavacos resultantes são mais
alongados e finos. Há uma maior parcela de atrito e riscamento, desde o início da
formação do cavaco até a sua expulsão. Desta forma, o atrito e o riscamento entre
os cavacos removidos e a peça elevam a temperatura na região de corte tendo
como conseqüência a elevação de rugosidade, nível de emissão acústica e forças
de corte normal e tangencial. Hassui (2002) apresentou em seu trabalho um
modelo teórico para avaliar o empastamento do rebolo relacionando o mesmo com
variáveis de processo. Este modelo baseia-se na adesão que ocorre na interface do
grão abrasivo com o cavaco. O autor conclui que o empastamento aumenta com o
aumento da profundidade de corte, mas não é influenciado pela velocidade da
peça.
4.2.6 Espessura Equivalente de Corte (h
eq
)
De acordo com Bianchi (1990), a espessura equivalente de corte h
eq
[μm]
representa a espessura da camada de metal que é arrancada pelo rebolo numa volta
completa. Trata-se de um parâmetro teórico que permite quantificar uma condição
de trabalho a partir das variáveis V
s
e V
w
, sendo, portanto, muito importante no
processo de retificação. A espessura equivalente é expressa pela Equação (1).
s
w
eq
V
aV
h =
(1)
Onde: a: profundidade de corte;
V
w
: velocidade periférica da peça;
V
s
: velocidade periférica do rebolo.
O parâmetro h
eq
está diretamente relacionado com o comportamento do
processo de retificação em função de variáveis envolvidas como forças de corte,
rugosidade, vida da ferramenta, entre outros. A Figura 3 ilustra o parâmetro h
eq
.
25
Figura 3 – Espessura de corte equivalente para uma operação tangencial
plana (Adaptada de Aguiar, 1997)
4.2.7 Relação G
Segundo Bianchi (1990), o parâmetro G foi definido como sendo a relação
entre o volume de metal retificado e o desgaste volumétrico do rebolo. Este
parâmetro é representado pela Equação (2).
s
w
Z
Z
G =
(2)
Onde: Z
w
: volume de material retificado;
Z
s
: volume de material do rebolo gasto.
Esta relação caracteriza o desgaste de um rebolo sob determinadas
condições de trabalho. Se o desgaste do rebolo for grande, a relação G é pequena.
Isto significa que está havendo auto-afiação e, portanto, o rebolo permanece
agressivo pela renovação dos grãos abrasivos. Se o desgaste do rebolo for
pequeno a relação G é alta e, desta forma, não há liberação dos grãos gastos e o
rebolo perde a agressividade pelo desgaste do topo dos grãos.
26
4.2.8 Ferramenta de Corte
O rebolo original foi feito de argila e pó abrasivo, torneado e aquecido por
Frank B. Norton no final de 1800. O rebolo, ou disco de retífica, é uma pedra
artificial moldada denominada vulgarmente esmeril. É uma ferramenta de corte
múltipla, formada por aglomeração compacta de cristais duríssimos que cortam o
metal, raspando-os com suas pontas agudas. São constituídos de abrasivos e
aglomerantes.
Abrasivos são as ferramentas de corte ou produtores de cavaco do rebolo.
O elemento abrasivo pode ser um cristal natural ou artificial em forma de pontas-
agudas. Os principais abrasivos são: óxido de alumínio, carbeto de silício, nitreto
de boro cúbico e diamante.
As características dos abrasivos que determinam sua eficiência na remoção
de material são: dureza do cristal, estrutura do cristal, forma do grão, a
friabilidade ou durabilidade do grão, e se foi tratado ou revestido. Segundo King
& Hahn (1986), a dureza de um grão relativa à dureza do material a ser retificado
é um fator determinante na capacidade do rebolo de remover tal material.
São necessárias cinco características para que se defina o tipo de rebolo:
tipo de abrasivo; ligante; dureza dos grãos; granulometria e estrutura.
4.2.8.1 Tipos de Abrasivos
Os abrasivos são as ferramentas de corte da retificação. Podem ser
subdivididos em 3 grupos: abrasivos naturais, abrasivos convencionais e
superabrasivos (Krar, 1995).
4.2.8.1.1 Abrasivos Naturais
Os abrasivos naturais não são normalmente usados nos rebolos, pois não
possuem durabilidade para resistir às altas pressões da retificação. Estes abrasivos
ainda são usados em algumas aplicações onde baixas pressões e abrasivos baratos
e afiados têm utilidade.
27
4.2.8.1.2 Abrasivos Convencionais
Abrasivos convencionais são primariamente colocados em um forno e
fundidos, contudo alguns abrasivos não-fundidos estão disponíveis. Os três
abrasivos principais são: óxido de alumínio, alumina com zircônio e carbeto de
silício.
O óxido de alumínio é usado em rebolos para retificar materiais ferrosos. É
o abrasivo convencional mais mole, mas é relativamente resistente ao impacto. A
alumina com zircônio é usada para desbaste de metais, particularmente metais
ferrosos. Tem a maior resistência ao impacto dos abrasivos convencionais.
Existem dois tipos básicos de alumina com zircônio: uma liga de 15% de zircônio
e outra com maior percentagem de zircônio (comercialmente chamado de
Norzon). O primeiro tem maior durabilidade e maior resistência ao impacto. O
segundo é mais friável, com capacidade de microfratura e geração de novas
superfícies agressivas. Alumina com zircônio não são geralmente usadas nas
operações de acabamento devido a sua ineficiência sob forças pequenas.
O rebolo de carbeto de silício é geralmente usado para retificar materiais
não-ferrosos. É o mais duro dos abrasivos convencionais, mas tem menor
resistência ao impacto que o óxido de alumínio. Existem dois tipos básicos de
carbeto de silício: preto e verde. Carbeto de silício preto é menos puro, levemente
mais durável, e geralmente mais barato que o tipo verde. Carbeto de silício verde
tem pureza maior, é o abrasivo convencional mais agressivo e relativamente caro.
O carbeto de silício não é normalmente utilizado na retificação de aços,
pois não é tão eficiente quanto o óxido de alumínio (não remove muito material
antes do desgaste de suas arestas). Teoricamente isto ocorre devido à composição
química do abrasivo e o conteúdo de carbono dos aços e/ou a necessidade de
resistência ao impacto na retificação dos mesmos.
4.2.8.1.3 Superabrasivos
Os superabrasivos são: diamante e CBN (Cubic Boron Nitride). O
diamante está disponível tanto como abrasivo natural quanto abrasivo artificial. O
28
alto custo e disponibilidade limitada do diamante natural têm estimulado a sua
troca pelo diamante artificial ou sintético. O diamante é usado para retificar
carbetos, cerâmicas, vidros e outros materiais refratários. Há muitas formas e
purezas de diamantes disponíveis. O CBN é um abrasivo artificial, sendo o
segundo material mais duro conhecido. São usados para retificar materiais
ferrosos, particularmente aços duros e ligas. Não é encontrado na natureza e é de
duas a três vezes mais duro que o abrasivo de óxido de alumínio.
O termo “superabrasivo” é usado para diferenciar os abrasivos de diamante
e CBN (nitreto de boro cúbico) dos “convencionais” carbeto de silício (SiC) e
óxido de alumínio (Al
2
O
3
). A principal propriedade de um abrasivo, que
diferencia o superabrasivo de um abrasivo convencional, é sua dureza. Outras
propriedades importantes são: resistência ao impacto, afinidade química e
estabilidade térmica.
Acredita-se que o CBN seja economicamente viável em uma faixa
estimada de 25% do mercado de retificação de precisão, mas seu atual uso está
bem acima disso e crescendo rapidamente (Hellmeister, 2004). Comparado ao
diamante, o CBN tem resistência ao impacto, resistência ao calor e é
quimicamente menos ativo (Khenaifes, 2006). Embora não sejam utilizados neste
trabalho, os rebolos superabrasivos são de grande importância em qualquer estudo
referente à retificação. A Tabela 1 mostra algumas características importantes de
rebolos para diferentes tipos de abrasivos.
29
Tabela 1 – Propriedades de alguns materiais abrasivos (Malkin, 1989)
MATERIAL
Óxido de
Alumínio
(Al
2
O
3
)
Carbeto de
Silício
(SiC)
Nitreto de
Boro Cúbico
(CBN)
Diamante
(C)
Estrutura
Cristalina
Hexagonal Hexagonal Cúbica Cúbica
Densidade
(g/mm
3
)
3.98 3.22 3.48 3.52
Ponto de
Fusão
~ 2040 ºC ~ 2830 ºC
~3700 ºC
à 13 kbar (pon-
to triplo)
~ 3700 ºC
à 130 kbar
(ponto triplo)
Dureza
Knoop
(kg/mm
2
)
2100 2400 4700 8000
4.2.8.2 Ligantes
O ligante ou aglutinante tem a função de manter o grão preso, até que este
esteja cego o suficiente ou perca a capacidade de corte em decorrência do
processo de usinagem. Segundo Stemmer (1992), o ligante deve satisfazer três
exigências: deve ser suficientemente resistente; deve formar pontes entre grãos
com seções transversais suficientemente grandes para suportar os esforços de
corte entre o grão abrasivo e o ligante, e deve existir uma energia de ligação
suficientemente elevada para garantir a fixação do grão.
Os ligantes são classificados em vitrificados, resinóides, galvânicos, entre
outro.
4.2.8.3 Dureza
A dureza de um rebolo é a resistência oposta ao arrancamento dos grãos,
ou seja, uma capacidade de reter os grãos. Essa capacidade depende do tipo de
ligante, do tamanho do grão e dos vazios e da espessura das pontes de ligantes.
Um rebolo macio solta facilmente os grãos e se desgasta mais rapidamente, logo,
um rebolo duro retém fortemente os grãos abrasivos.
A dureza ideal a ser utilizada é aquela que os grãos gastos e arredondados
30
são arrancados por si só, de modo que o rebolo se reafia automaticamente, com
mínima necessidade de utilizar a operação de re-afiação do rebolo (Krar, 1995).
4.2.8.4 Granulometria
As dimensões dos grãos e sua uniformidade são características importantes
nos processos de usinagem com abrasivos. Grãos mais grossos são utilizados em
rebolos para operações de corte e limpeza, enquanto os mais finos são utilizados
para polimento e lapidação (Krar, 1995).
4.2.8.5 Estrutura
A estrutura do rebolo tem relação direta com a densidade e com o
espaçamento médio entre os grãos abrasivos. A estrutura fechada é indicada pelos
números 0, 1, 2, 3; a estrutura média pelos números 4, 5, 6; e de 7 a 12 a estrutura
é aberta.
Uma estrutura fechada determina um aumento no número de arestas
cortantes na periferia do rebolo. Rebolos com estrutura aberta oferecem mais
espaços para alojamentos do cavaco reduzindo a tendência ao entupimento de
porosidades.
A Figura 4 mostra a identificação padronizada de um rebolo convencional,
o qual leva em conta as características do rebolo citadas anteriormente.
31
Figura 4 – Especificação de rebolos com abrasivos convencionais (Adaptada
de Stemmer, 1992)
Na seleção do tipo de estrutura utilizada para cada operação, devem ser
analisados três fatores: material a ser usinado, o acabamento desejado e o tipo de
trabalho.
4.2.9 Distribuição de Energia na Retificação
A energia mecânica introduzida no processo pode ser dividida
em quatro regiões conforme mostra a Figura 5. Em decorrência dos poucos gumes
afiados, a maior parte da energia é transformada em energia térmica pelo atrito no
flanco dos gumes e em deformação plástica na região superficial da peça. Além
disso, tem-se a produção de calor ou a transformação de energia em calor, nas
faces do grão, durante a remoção de cavaco propriamente dito. Por último, deve-
se mencionar que uma parte da energia, principalmente quando se trata de rebolos
ligados, é transformada em calor em decorrência do atrito do ligante sobre a
32
superfície da peça (König apud Severiano, 2002).
Figura 5. Distribuição de energia térmica na retificação (König apud
Severiano, 2002)
Na usinagem com ferramentas de geometria não-definida, as principais
fontes de calor se encontram abaixo do gume, de forma que a maior parte do
calor, inicialmente, flui para dentro da peça e lá provoca um aumento localizado
de temperatura. Esse aumento de temperatura pode, dependendo da sua ordem de
grandeza e do tempo de atuação, provocar mudanças na estrutura cristalina do
material da peça, bem como fenômenos de oxidação superficial da peça (camada
termicamente afetada pelo calor). Pela utilização de fluidos de corte, é possível
reduzir o tempo de atuação do calor e a magnitude do aumento de temperatura de
uma maneira favorável. Assim, a lubrificação do fluido de corte leva a uma
redução do atrito e, com isso, reduz a geração de calor, ao passo que o fluido,
propriamente dito faz com que se dê uma remoção rápida do calor da peça. Além
disso, a lubrificação traz outra vantagem como a redução do desgaste do grão
abrasivo (König apud Severiano, 2002).
33
4.2.10 Desgaste do Rebolo
O desgaste do rebolo pode ser classificado em três tipos: abrasão do grão,
fratura do grão e fratura do ligante. Todos os tipos de desgaste ocorrem
simultaneamente em maior ou menor grau. O desgaste total pode ser expresso em
termos da relação G, que é a taxa volumétrica de material removido em
contraposição ao desgaste do rebolo. Para operações típicas de retificação de
precisão com rebolos convencionais (óxido de alumínio ou carbeto de silício) o
custo do rebolo é geralmente insignificante, e mais rebolo pode ser consumido
pela dressagem do que pelo processo de retificação em si. Em tais casos o menor
desgaste do rebolo, com a maior relação G, pode não ser a melhor situação, pois
pode exigir maiores forças e energias e isso conduz a temperaturas excessivas
(Malkin, 1989).
Segundo Malkin (1989), restrições de desgaste do rebolo são
freqüentemente associadas à rugosidade e tolerâncias necessárias. Com taxas de
remoção maiores a relação G tende a decrescer, levando a uma mais rápida
deterioração na forma e no acabamento da superfície. Se maiores forças e altas
temperaturas podem ser toleradas, estas restrições de produção podem ser
relaxadas usando um rebolo de desgaste lento, que usualmente significa uma
menor friabilidade. Um fluido de corte melhor deve aumentar a relação G,
diminuindo as forças e a temperatura.
O desgaste total do rebolo aumenta com o tempo de corte. Ele pode ser
dividido em uma diminuição de raio e em desgaste de quina do rebolo. Se o
desgaste radial não é compensado durante a retificação por um sistema de
medição adequado, pode-se ter um erro de medida ou eventualmente surgir
vibrações na superfície da peça.
Têm-se assim dois tipos de desgaste:
9 Cegamento do grão isolado por desgaste abrasivo mecânico,
adesão, corrosão, difusão, bem como micro e macrofissuras, em
decorrência de tensões térmicas;
9 Quebra de grãos integrais ou grupos de grãos por uma
34
solicitação mecânica demasiada do ligante ou em decorrência da
deterioração mecânica ou química do ligante.
A interligação desses dois tipos de desgaste caracteriza o comportamento
de desgaste do rebolo. Fala-se em um efeito de auto-afiação quando as arestas
cegas, em virtude de uma maior ação da força, quebram e permitem a ação de
novos gumes.
4.3 A operação de Dressagem
A dressagem é considerada por diversos autores como diretamente
responsável pela topografia dos rebolos, um dos fatores de maior importância na
formação de cavaco durante as operações de retificação. A vida do rebolo, o
tempo de ciclo de retificação e a qualidade final da peça são os itens mais afetados
pela operação de dressagem (Marinelli et al., 1998).
A operação conjunta de perfilamento e afiação dos rebolos convencionais
na retificação é denominada dressagem (Sena, 2007; Marinescu et al., 2007).
Após a fabricação e uso, ferramentas para retificação não se encontram em
condições normais para nova utilização. Podem apresentar gumes cegos, não estar
numa forma desejada e os poros podem estar impregnados de cavaco, de modo
que a absorção de novos cavacos com sucessiva remoção de material fica
dificultada. Isto resulta em um atrito excessivo e, conseqüentemente, uma geração
de calor muito grande para a peça.
Na operação de dressagem são utilizados diversos tipos de ferramentas
denominadas dressadores, ou retificadores, que incluem: cortadores metálicos
(rosetas), bastões retificadores, rodas retificadoras, pontas simples de diamante,
dressadores de diamantes múltiplos e em matriz, roletes estacionários e giratórios
de diamante e roletes de esmagamento. Cada tipo apresenta vantagens específicas.
As principais finalidades da operação de dressagem são: obtenção de
concentricidade da face de trabalho do rebolo com o eixo de rotação; perfilamento
da face de trabalho do rebolo para uma operação de forma; arrancamento dos
35
grãos abrasivos gastos para melhorar a agressividade da face de trabalho do
rebolo.
Segundo Hassui (2002), a definição do momento correto de dressagem do
rebolo é fundamental no processo de retificação. Isso pode ser feito de maneira
conservadora, ou seja, antes do fim da vida do rebolo. Desta forma, ocorrerá um
desperdício de abrasivo e principalmente, um aumento do tempo de processo, pelo
maior número de dressagens realizadas. Vale lembrar que o tempo de corte na
retificação normalmente é bastante curto em função dos baixos volumes de
material removido. Por outro lado, uma utilização do rebolo além da sua vida
poderá acarretar uma rejeição da peça retificada. Caso isso ocorra, o custo
aumentará significativamente, já que as peças quando chegam neste estágio
possuem alto valor agregado.
4.3.1 Ferramentas de Dressagem
Segundo Paula (2007), as ferramentas de dressagem se distinguem de
acordo com o princípio cinemático de ação: ferramentas estáticas e ferramentas
rotativas. Para as ferramentas estáticas, ao contrário das rotativas, não existe um
movimento de rotação da ferramenta, apenas translação.
As ferramentas de dressagem fixas trabalham da mesma forma que uma
ferramenta de torneamento onde o rebolo seria a peça a ser torneada. Esta
ferramenta é geralmente fixa à mesa de trabalho ou sobre um dispositivo especial
de dressagem e é deslocada com uma velocidade de avanço constante (V
sd
). Entre
dois passos de dressagem a ferramenta é avançada de um valor de profundidade
(a
d
). As ferramentas com contato pontual ou na forma de uma linha também são
adequadas para o perfilamento. O perfil é produzido pelo movimento da
ferramenta de dressagem que é guiada por um sistema copiador. Podem-se
encontrar atualmente ferramentas de dressagem comandadas numericamente.
A ferramenta rotativa trabalha da mesma forma que a ferramenta estática,
sendo avançada longitudinalmente ao longo do rebolo. As demais ferramentas não
necessitam de um movimento de avanço, uma vez que têm uma largura de
trabalho (b
d
) que é maior ou igual à largura do rebolo (b
s
). A velocidade de
36
penetração pode ser realizada por meio de um movimento intermitente nas
ferramentas em bloco ou na forma de um movimento contínuo de dressagem por
rolo. Em ambos os casos a ferramenta executa movimento de penetração radial em
relação ao rebolo. O perfil da ferramenta de dressagem é reproduzido de forma
recíproca na superfície do rebolo.
Para que durante a dressagem seja possível a remoção de material do
rebolo, as ferramentas de dressagem devem ser mais duras que o material do
rebolo. Em decorrência disso, para a dressagem de rebolos convencionais são
empregadas ferramentas de diamante. Além da dressagem do rebolo por corte,
também é usual empregar-se uma sobrecarga de retificação sobre o rebolo,
produzindo um efeito de remoção de material de sua superfície. Este
procedimento permite que, retificação de materiais extremamente duros e sob
condições extremas de usinagem, sejam produzidas grandes forças de cortes nos
contornos dos grãos abrasivos. Estas forças fazem com que os grãos abrasivos
cegos lasquem, ou seja, expulsos do ligante.
4.3.2 Influência da Dressagem no Processo de Retificação
Ainda é pouco conhecida em sua totalidade a influência das condições de
dressagem na retificação, pois a geometria do dressador é um fator de grande
influência que freqüentemente não é levado em conta. Grande número de
trabalhos encontrados na bibliografia utiliza como variáveis do processo a
profundidade de dressagem (a
d
) e o passo de dressagem (S
d
).
Segundo Thomazella et al. (2009), são dois os efeitos resultantes da
operação de dressagem: o macroefeito e o microefeito.
O macroefeito é formado em função do formato do dressador,
profundidade e passo de dressagem, formando uma “rosca” sobre a superfície do
rebolo. Este efeito determina o posicionamento das arestas dos grãos abrasivos no
rebolo. Por outro lado, o microefeito consiste no arrancamento dos grãos com
baixa ancoragem na liga (desgastados), e fratura daqueles que não se desgastaram
por completo, gerando novas arestas de corte. A agressividade das arestas depende
das condições de dressagem e friabilidade do grão abrasivo. A Figura 6 representa
37
o esquema do processo de dressagem.
Reduzir o número de ciclos de dressagem maximiza a produção, mas
também resulta em um rebolo gasto, que não corta livremente. Quando o rebolo
está gasto, ele produz um acabamento mais liso e aumenta a probabilidade de
danos térmicos, formação de lóbulos e de trepidação (Schwarz, 1999).
Figura 6 – Esquema do processo de dressagem (Adaptado de Bianchi, 1990)
4.3.3 Grau de Recobrimento (U
d
)
Segundo Paula (2007), a forma de afiação que usualmente é utilizada, ou
seja, ajustando-se o avanço do dressador em função do seu tipo, é inadequada,
pois não leva em conta a largura de atuação deste no instante da operação. Tal
largura varia ainda devido ao desgaste da ponta do dressador durante várias
operações de dressagem.
De acordo com Hassui & Diniz (2003) o grau de recobrimento (U
d
) é
definido pela Equação (3).
d
d
d
b
U
S
=
(3)
38
Onde: b
d
: largura de atuação do dressador;
S
d
: avanço do dressador por revolução do rebolo
Este parâmetro está diretamente relacionado com a afiação que o processo
de dressagem produz no rebolo. O valor mínimo deste parâmetro deve ser 1, pois
se fosse menor que 1 o dressador se moveria na direção do avanço em uma
revolução mais do que a largura de atuação do rebolo. Desta forma, partes do
rebolo não seriam dressadas.
As condições de dressagem influenciam diretamente na taxa de remoção
de material que por sua vez interfere na rugosidade da peça produzida. Em
dressagens grossas, onde o grau de recobrimento é pequeno e o número de arestas
atuantes é reduzido, é provocado um aumento na profundidade dos sulcos que,
conseqüentemente, provocam valores mais elevados na rugosidade. Na dressagem
fina, com valores maiores de grau de recobrimento, um número significativamente
maior de arestas atuantes divide os esforços, e cada grão abrasivo penetra menos
na peça, reduzindo assim os valores de rugosidade (Paula et al., 2007).
4.4 Sinais de Emissão acústica e Potência de Corte na Retificação
Um dos métodos de monitoramento mais estudados em retificação nos
últimos anos tem sido aquele que utiliza a análise do sinal de emissão acústica. O
sinal de emissão acústica é o resultado de uma rápida liberação de energia que se
propaga na forma de uma onda elástica longitudinal transiente em corpos sólidos e
pode ser detectada por sensores de emissão acústica. Ela ocorre de modo
semelhante em fluidos nos estados gasoso e/ou líquido. A fonte da emissão
acústica em corpos sólidos pode ser um agente externo – impacto de um corpo
externo sobre o corpo na qual está sendo verificada a emissão acústica – ou uma
fonte interna – deformação plástica, fratura, formação de uma trinca,
transformação de fase e outros (Sena, 2007; Liu et al., 2006).
As ondas de emissão acústicas possuem freqüências na faixa de 50 kHz a
1000 kHz, o que supera a faixa de freqüência de muitos ruídos advindos de fontes
39
exteriores ao processo em análise. Por isto, é um método sensível e adequado para
o monitoramento do processo de retificação (Sena, 2007).
Segundo Xue et al. (2002), os sensores de emissão acústica tem provado
ser superiores a outros sensores no processo de retificação, tais como os sensores
de força e de corrente. Além disso, o custo do sensor de emissão acústica é muito
menor e mais fácil de posicioná-lo no processo.
Sensores de emissão acústica têm sido utilizados na detecção de contato
entre o rebolo e dressador (Oliveira et al, 1994; Karpuschewski & Inasaki, 2000),
no monitoramento da profundidade de dressagem (Inasaki, 1985), monitoramento
da ponta do dressador (Inasaki, 1985; Webster et al., 1994) e no diagnóstico de
falhas na dressagem (Karpuschewski & Inasaki, 2000; Konig & Meyen, 1990;
Kwak & Ha, 2004; Lee et al, 2006).
Por outro lado, o consumo da potência de usinagem e as forças de
retificação são parâmetros característicos da transferência de energia na área de
contato (Brinksmeier et al., 1998). De acordo com Kwak & Ha (2004), a potência
de usinagem tem sido usada como uma forma de monitoramento do processo de
retificação. Chen et al. (1996) reportaram que o efeito das condições de
retificação na força de corte e potência está relacionado com a espessura do
cavaco, e observou-se que a força de corte e potência podem estar relacionados
com a operação de dressagem considerando a densidade efetiva das arestas de
corte na superfície do rebolo.
Kwak & Ha (2004) reportaram que o sinal de potência de corte observado
consiste da potência estática e dinâmica, sendo que a primeira é a potência do
ponto de início ao ponto de acomodação de acordo com o eixo vertical e apresenta
um nível absoluto de potência gerado na zona de usinagem. Já a potência
dinâmica é uma componente de potência de alta freqüência e flutua em torno do
nível da potência estática. Normalmente, a potência estática permanece constante
com uma pequena variação do processo, mas quando uma falha ocorre o nível
desta potência é alterado. Na ocorrência de vibração e queima, a potência estática
e dinâmica uma amplitude bem diferente daquela do estado normal de operação.
Assim, estados de usinagem podem ser detectados pelo monitoramento da
40
potência estática e dinâmica.
4.5 Parâmetros Estatísticos usados na Retificação
Muitas informações úteis acerca do processo de retificação são fornecidas
pelos sinais de emissão acústica e potência de corte. No entanto, análises mais
refinadas podem ser realizadas pelo tratamento desses sinais com técnicas
estatísticas e formas de tratamento de sinais, a fim de possibilitar a interpretação
correta do sinal de EA, de potência, ou de ambos atuando conjuntamente. Os
parâmetros estatísticos de interesse deste trabalho envolvendo EA e potência de
corte são apresentados a seguir.
4.5.1 Valor RMS do Sinal de Emissão Acústica
Entre certo intervalo Δt, o valor RMS do sinal puro de emissão acústica
pode ser expresso pela Equação (4) (Kim et al., 2001).
2
0
1
()
T
RMS
AE AE t dt
T
Δ
=
Δ
∫
(4)
Onde: ∆T: constante de integração;
AE: sinal puro de emissão acústica;
Tipos diferentes de tratamento de sinais podem ser aplicados ao sinal de
emissão acústica, os quais podem estar disponíveis na saída do sistema de
monitoramento. Os parâmetros mais importantes são o valor médio quadrático
(RMS), o sinal puro, e análise de freqüência. O valor RMS possui informação
essencial acerca das condições do processo e pode ser considerado como uma
quantidade física de intensidade do sinal acústico. Ele está diretamente
relacionado com as forças (cargas) aplicadas no material, e, portanto, faz dele um
sinal atrativo para muitos tipos de monitoramento. Entretanto, o sinal RMS é
considerado um valor estatístico médio porque geralmente se utiliza um filtro
41
passa-baixa no sinal puro de EA para a sua obtenção. Se efeitos transitórios
rápidos são de interesse de estudo, como os contatos dos grãos abrasivos, o sinal
de EA puro sem qualquer filtro é mais atrativo. Avaliações no domínio da
freqüência são usadas para identificar padrões dominantes, que podem estar
relacionados com condições específicas do processo como as vibrações auto-
excitadas (Marinescu et al., 2007).
4.5.2 Parâmetro DPO
Aguiar et al. (2002) tem demonstrado que o sinal RMS de emissão
acústica e o sinal da potência de corte, combinados, podem fornecer parâmetros
expressivos para a indicação da queima da peça na retificação plana. Sua
configuração utilizou um sensor fixo de EA acoplado próximo da peça e um
sensor de potência elétrica do motor de acionamento do rebolo para as medidas da
força de corte. Da combinação entre os sinais, Aguiar et al. (2002) obtiveram um
parâmetro indicativo para a queima da peça, denominado DPO, que consiste da
relação entre o desvio padrão do sinal RMS de emissão acústica e a potência
média de corte por passada do rebolo. O parâmetro DPO pode ser calculado
conforme a Equação (5).
(). ( )
D
PO S EA MAX POT=
(5)
Onde: S(EA): desvio padrão do sinal de emissão acústica por passada [V];
MAX(POT): potência máxima por passada [W].
4.5.3 Parâmetro DPKS
O parâmetro DPKS, desenvolvido por Dotto et al. (2006), surgiu da
necessidade de se aumentar a sensibilidade do parâmetro DPO, entretanto, sem
necessariamente se preocupar com a sua amplitude e sim com a variação entre as
passadas. Por meio deste parâmetro, foi encontrado o momento exato onde a
queima teve início num ensaio com várias passadas, aprofundando o rebolo
42
constantemente.
O DPKS é calculado pelo desvio padrão da emissão acústica multiplicado
pela somatória da potência subtraída do seu desvio padrão elevado à quarta
potência, e pode ser representado conforme a Equação (6).
4
1
(()())*()
im
i
D
PKS POT i S POT S EA
=
=
⎛⎞
=−
⎜⎟
⎝⎠
∑
(6)
Onde: i: índice da potência que varia de 1 até m pontos de cada passada;
m: número de pontos da passada;
POT(i): valor instantâneo da potência;
S(POT): desvio padrão da potência na passada;
S(EA): desvio padrão da Emissão Acústica RMS da passada.
4.5.4 Parâmetro FKS
O parâmetro FKS é calculado pela máxima força de corte por passada
dividida pelo produto da estatística kurtosis e skewness, ambas aplicadas ao sinal
RMS de emissão acústica obtido por passada do rebolo (Aguiar et al., 2005; Dotto
et al., 2006). A equação 7 representa o parâmetro FKS.
max
() ()
Fc
FKS
s
kew EA kurt EA
=
(7)
Onde: Fc
max
é a força máxima de corte na passada;
skew(EA): é a estatística skewness do sinal RMS de EA / passada;
kurt(EA): é a estatística kurtosis do sinal RMS de EA / passada;
43
5 Material e Métodos
Para a realização deste trabalho foi necessária a elaboração de uma
pesquisa experimental, selecionando-se um dentre os vários processos de
usinagem existente, selecionando o material para o desgaste do rebolo, o tipo de
rebolo e as condições de usinagem dos ensaios.
Após seleção dos parâmetros, procedeu-se à aquisição dos dados
proveniente dos ensaios utilizando um software específico, efetuando-se
posteriormente o tratamento das informações obtidas no referido software para a
obtenção dos parâmetros de detecção da boa dressagem.
As etapas descritas a seguir foram seguidas ao longo do desenvolvimento
da parte experimental do presente trabalho para que o objetivo principal deste
trabalho fosse alcançado.
5.1 Escolha do Tipo de Operação de Retificação
As operações de retificação são classificadas por seis possíveis variações
conforme norma alemã DIN 8589, parte 11: Retificação plana, retificação
cilíndrica, retificação de rosca, retificação de geração de perfil guia, retificação de
geração de perfil, e cópia de perfil por retificação (Sena, 2007).
O processo de retificação plana é um dos mais utilizados nas indústrias
dependentes de processos de usinagem por abrasão. Sendo assim, optou-se pela
retificação plana para realização dos ensaios em função de sua importância no
processo produtivo e facilidade de fixação do sensor de emissão acústica. No
entanto, uma máquina retificadora cilíndrica poderia ter sido utilizada nos ensaios
sem comprometer a metodologia empregada neste trabalho.
Os estudos foram conduzidos em uma máquina retificadora tangencial
plana da fabricante SULMECÂNICA. Esta máquina retificadora contém uma base
magnética para fixação da peça e controle de velocidade tangencial (V
w
). Na
retificadora estão acoplados dois motores:
44
9 Motor de Rotação do Rebolo: motor de 2 pólos, controlado pelo
inversor de freqüência WEG, modelo CFW-02, de 380V e 7,5cv.
Este motor é responsável pela velocidade tangencial do rebolo
(Vs).
9 Motor do Fuso: controlado pelo inversor de freqüência WEG,
modelo CFW-02, de 5,0cv. Este motor é responsável pela
velocidade do fuso (deslocamento transversal), acionado para fazer
a dressagem.
5.2 Escolha do Rebolo
Os rebolos são freqüentemente escolhidos para uma determinada operação
de retificação a partir de experiências vividas anteriormente pelo usuário e ou
fornecedor. Entretanto, pode-se ter uma melhor oportunidade de acerto se forem
observadas algumas orientações básicas como a correta determinação do tipo de
grão abrasivo, granulometria, ligante, dureza e a porosidade do rebolo.
Neste trabalho, escolheu-se um rebolo convencional de óxido de alumínio
de granulometria média e dureza macia visando obter, de maneira mais fácil, o
desgaste do rebolo para os ensaios de dressagem. Foi selecionado um rebolo do
fabricante Norton, conforme especificações constantes na Tabela 2.
45
Tabela 2 – Rebolo utilizado nos ensaios experimentais
REBOLO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO (ART-FE-38A80KVS)
Fabricante Norton
Dimensões iniciais 355,2x25,4x31,75mm
ART Tipo Reto
FE Ferramentaria
38A
Rebolo de óxido de alumínio, indicado para
aços sensíveis à queima
80 Granulometria média
K Dureza (Macio)
VS Liga vitrificada silicosa
5.3 Fluido de Corte
Todos os ensaios de dressagem foram realizados com a presença de fluido
de corte para fins de lubrificação e refrigeração do conjunto.
O composto usado foi de uma emulsão com 4% em volume de óleo
lubrificante e o restante de água, valor este largamente difundido nas operações de
retificação nas empresas.
A importância da conservação desta proporção está relacionada à função
de cada um de seus componentes, sendo a água responsável pela refrigeração e o
óleo pela lubrificação. Para a manutenção deste valor sempre constante, visto que
com os ensaios um grande volume de fluido se perdia, seja por evaporação ou por
pequenos vazamentos, a cada reposição de solução no reservatório de fluido era
feita a medição da concentração da solução. Para isto utilizou-se um refratômetro
da marca Atago, modelo N1-E, mostrado na Figura 7.
A medição pôde ser feita pela observação contra a luz, em uma escala
graduada, de uma pequena amostra da solução colhida com o auxílio de uma
pipeta e espalhada sobre a lente do aparelho.
O óleo da marca Shell, tipo DMS 3200 F-1, foi usado na preparação da
solução.
46
Figura 7 – Refratômetro utilizado na medição da concentração do fluido de
corte
5.4 Sensor de Emissão Acústica
O sensor de emissão acústica usado foi um sensor de alta sensibilidade da
marca Sensis. Seu posicionamento, para correta aquisição dos ensaios, foi no
suporte do dressador. Devido à elevada sensibilidade do sensor foi preciso ajustes
no módulo responsável pela amplificação e filtragem do sinal de maneira que se
permitisse leitura satisfatório do sinal de emissão acústica nas condições mais
brandas de ensaio (profundidades de corte de 5μm) bem como nas condições mais
severas sem ocorrer à saturação do sinal. A Figura 8 apresenta uma fotografia
retirada em laboratório demonstrando a posição de fixação do sensor.
Figura 8 – Posicionamento do sensor de emissão acústica sobre a bancada de
ensaios
47
O sinal colhido no sensor era transmitido até o módulo de aquisição,
também da marca Sensis, modelo DM42, conforme apresentado na Figura 9.
Figura 9 – Módulo de monitoramento de EA do fabricante Sensis
As configurações que melhores atenderam as condições de usinagem, e,
portanto, utilizadas no módulo de EA são apresentadas conforme a Tabela 3.
Tabela 3 – Parâmetros utilizados na aquisição do sinal de EA
PARÂMETROS DO MÓDULO DE EA
Fabricante Sensis
Modelo DM42
Ganho de Sinal 1
Ganho de Entrada 1
Redução de Ruído 0
Filtro Passa Alta 500 Hz
Filtro Passa Baixa Sem filtro passa baixa
Constante de Tempo 1ms
5.5 Sensor de Potência Elétrica
Para a medição de potência elétrica do motor de indução trifásico de 7,5cv,
responsável pelo acionamento do eixo árvore da retificadora, utilizou-se um
48
sensor de corrente de efeito Hall do fabricante Nana Eletronics Co. Ltd, bem
como um transdutor de tensão de feito Hall LV 25-P do fabricante LEM
Components.
A corrente e a tensão do inversor de freqüência foram monitoradas por um
módulo desenvolvido pelo Laboratório de Aquisição de Dados e Processamento
de Sinais (LADAPS), da UNESP de Bauru. O módulo converte os valores na
potência conforme a Equação (8).
1341,1* 7,5
elétrica
PV=−
(8)
Onde: V: tensão de saída do módulo, em Volts;
P
elétrica
: potência elétrica ativa do motor, em Watts.
Neste trabalho a potência elétrica do motor de acionamento do rebolo foi
utilizada no lugar da potência ou força de corte, pois ela representa bem o
comportamento dessas grandezas com as devidas proporções. Além disso, os
parâmetros que utilizam esta variável na sua determinação serão analisados em
relação a sua tendência e não em relação aos seus valores absolutos.
5.6 Sistema de Aquisição de dados
Para a aquisição dos sinais provenientes dos sensores de emissão acústica
e potência foi utilizada uma placa de aquisição de dados, DAQ, com 16 bits de
resolução, do fabricante National Instruments, modelo PCI 6035E, com máxima
freqüência de amostragem de 200 mil amostras por segundo, instalada no interior
de um computador dedicado a realização dos ensaios. A taxa de amostragem
utilizada para os sinais foi de 4000 amostras por segundo. Os sinais dos sensores
de emissão acústica e de potência entravam no bloco terminal NI BNC-2110 da
National Instruments, o qual efetuava a interface dos módulos com a placa de
aquisição.
Os arquivos gerados pela aquisição dos dados de emissão acústica e
49
potência foram obtidos com o auxílio do software “Dressing Analysis”,
desenvolvido pelo Grupo de Usinagem por Abrasão da Faculdade de Engenharia
da UNESP, Campus de Bauru. Este software possui muitas funcionalidades,
sendo que as seguintes foram utilizadas neste trabalho: coleta dos dados de
potência elétrica e emissão acústica durante os ensaios; armazenamento em
arquivos de dados; filtragem dos sinais através da escolha de filtros; extração das
passadas (Dotto et al., 2007); cálculo dos parâmetros estatísticos estudados para a
detecção da boa dressagem; visualização gráfica dos parâmetros estatísticos para
comparação.
A Figura 10 ilustra duas janelas do software utilizado.
(a)
(b)
Figura 10 – (a) Janela principal do software; (b) Janela de base de dados
(Dotto et al., 2007)
5.7 Ensaios Experimentais
Os ensaios experimentais realizados neste trabalho visaram,
principalmente, à aquisição dos sinais de emissão acústica e potência elétrica do
motor de acionamento do rebolo durante a operação de dressagem, para posterior
análise do comportamento dos parâmetros estatísticos de dressagem. O esquema
do banco de ensaios utilizado é ilustrado na Figura 11.
50
Dressador
Mesa
Sensor EA
Amplificador
Conversor
A/D
PC
Transdutor de Potência Elétrica
Rebolo
Figura 11 - Esquema do banco de ensaios
Para que um ensaio seja completo e obtenha sucesso, as seguintes etapas
foram seguidas: ajustes iniciais, correto posicionamento dos equipamentos,
operação de retificação para desgaste do rebolo, e por fim a operação de
dressagem propriamente dita.
Inicialmente, o rebolo é utilizado para uma operação de retificação com
ausência de fluído refrigerante a fim de que seja atingido um alto grau de desgaste
do mesmo. O corpo de prova de aço ABNT 1020 é retificado até que seja
observada a queima da superfície da peça de trabalho, conforme mostra a Figura
12.
51
Figura 12 - Operação de retificação sem fluido de corte para o desgaste do
rebolo
Após a operação de desgaste do rebolo, o ensaio de dressagem
propriamente dito é iniciado com a medição e ajustes dos seguintes parâmetros:
velocidade do dressador, velocidade periférica do rebolo, diâmetro do rebolo e
determinação da largura de atuação do dressador (b
d
). A largura de atuação do
dressador foi realizada utilizando-se um projetor de perfis da marca Nikon,
modelo 6C, localizado no laboratório de Metrologia da UNESP – Campus de
Bauru, e equipado com uma lente que permite o aumento de 1000 vezes a
superfície.
Com a exceção do diâmetro do rebolo, para os quatro ensaios realizados,
os demais parâmetros permaneceram constantes. A Tabela 4 mostra as condições
de usinagem utilizadas nos ensaios de dressagem.
52
Tabela 4 – Parâmetros de usinagem
PARÂMETROS DE USINAGEM DO BANCO DE ENSAIOS
Velocidade Periférica do Rebolo (V
S
) 30 m/s
Velocidade do dressador 36,81 mm/s
Quantidade de Passadas 21
Tipo de Fluído Refrigerante Emulsão Água-óleo 4 %
Rebolo ART-FE-38A80KVS – Norton
Diâmetro inicial do Rebolo 355,2mm
Largura Original do Rebolo 31,75mm
Grau de Recobrimento (U
d
) 1
O ensaio propriamente dito é iniciado com uma profundidade de
dressagem de 0 μm. A cada passe a profundidade de dressagem é aumentada de 5
μm, precisão mínima da máquina, até que seja atingida a profundidade total de
105 μm (21 passes de dressagem), profundidade na qual o rebolo dever estar em
boa situação de dressagem, pois de acordo com Xue et al. (2002) os efeitos das
condições de retificação e dressagem anteriores podem ser eliminados através de
três ou quatro passes sucessivos. O avanço do dressador foi feito manualmente na
retificadora.
Todo o procedimento descrito anteriormente foi repetido para cada novo
ensaio, onde a largura do dressador foi medida e a velocidade transversal da mesa
(do dressador) ajustada para se manter o grau de recobrimento (U
d
) constante.
5.8 Determinação dos Parâmetros Estatísticos de Dressagem
Utilizando o software “Dressing Analysis” na função de processamento de
dados on-line, realizou-se a determinação dos parâmetros estatísticos DPO, DPKS
e FKS descritos na revisão bibliográfica. Esses parâmetros foram escolhidos em
função da sua eficácia na detecção da queima no processo de retificação (Aguiar
et al., 2002; Dotto et al., 2006; Aguiar et al., 2005). Além disso, espera-se que
esses parâmetros respondam bem na detecção de boa dressagem, pois eles
53
aproveitam conjuntamente a característica de variação do sinal RMS de emissão
acústica e a previsibilidade do sinal de potência durante o processo.
Vale ressaltar que as principais fontes de emissão acústica no processo de
retificação são: impacto elástico, riscamento sem remoção de cavaco, remoção de
cavaco, quebra de cavaco, fratura de grão, fratura do ligante, rachaduras, e
indução térmica de mudanças estruturais (Schuhli, 2007). Assim, o sinal de EA
deve possuir, portanto, informações importantes sobre o processo de dressagem, e
contribuir significativamente na detecção da boa dressagem.
54
6 Resultados e Discussão
Nesta seção são apresentados os diversos resultados dos parâmetros
estatísticos de dressagem obtidos do processamento de sinais, através do software
“Dressing Analysis”, e as devidas discussões sobre os resultados obtidos.
Como já mencionado, quatro ensaios de dressagem foram realizados, e
cada ensaio foi finalizado apenas quando se atingia a profundidade de corte de
105 μm, que em termos práticos é uma profundidade considerada plenamente
satisfatória para a restauração da agressividade da superfície do rebolo. Para a
análise dos resultados, foram descartados os sinais de sparkout (passada ocorrida
no retorno do dressador sem qualquer avanço).
Depois de certo número de passadas, o dressador remove todo o cavaco
impregnado no rebolo. A partir daí, cada passe remove apenas material do próprio
rebolo, o que mantém o nível dos sinais de potência e emissão acústica constantes
e elevados. Considerando que no último passe o rebolo já está dressado, uma
análise do nível do sinal de emissão acústica das passadas anteriores possibilita a
determinação de quando a boa dressagem de fato ocorreu, ou seja, quando a
dressagem poderia ter sido finalizada.
Para o controle on-line do processo, a dressagem é finalizada quando o
parâmetro escolhido supera um nível pré-estabelecido, caracterizando que o
dressador a partir deste ponto estaria removendo material em excesso do rebolo.
As figuras de 13 a 24 apresentam o sinal RMS de emissão acústica,
potência elétrica do motor de acionamento do rebolo, e do parâmetro calculado
para cada um dos ensaios realizados.
Deve-se notar que a partir do software “Dressing Analysis” três gráficos
foram gerados para cada teste, sendo que: o gráfico superior representa o sinal
RMS de emissão acústica, incluindo as passadas correspondentes ao “spark-out”;
o gráfico intermediário representa o sinal de potência do motor, incluindo também
as passadas de “spark-out”; o gráfico inferior representa o resultado por passada
do parâmetro escolhido.
55
O eixo vertical desses gráficos corresponde à magnitude dos sinais dos
parâmetros calculados em Volts multiplicados por uma constante, enquanto que o
eixo horizontal corresponde ao numero de pontos (amostras) coletados ou numero
de passadas. A linha tracejada corresponde ao ponto onde a boa dressagem foi
considerada, partindo da estabilização de um determinado nível do sinal RMS de
emissão acústica nas passadas subseqüentes.
Figura 13. Cálculo do parâmetro DPO para o ensaio 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
56
Figura 14. Cálculo do parâmetro FKS para o ensaio 1
Figura 15. Cálculo do parâmetro DPKS para o ensaio 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
57
Figura 16. Cálculo do parâmetro DPO para o ensaio 2
Figura 17. Cálculo do parâmetro FKS para o ensaio 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
58
Figura 18. Cálculo do parâmetro DPKS para o ensaio 2
Figura 19. Cálculo do parâmetro DPO para o ensaio 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
59
Figura 20. Cálculo do parâmetro FKS para o ensaio 3
Figura 21. Cálculo do parâmetro DPKS para o ensaio 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
60
Figura 22. Cálculo do parâmetro DPO para o ensaio 4
Figura 23. Cálculo do parâmetro FKS para o ensaio 4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
61
Figura 24. Cálculo do parâmetro DPKS para o ensaio 4
Baseado nos resultados apresentados nas Figuras 13 a 24 é possível
encontrar a passada na qual aconteceu à boa dressagem analisando-se o nível do
sinal RMS de emissão acústica. Isso pode ser visto nas Figuras 13, 14 e 15 para o
ensaio 1, onde o nível do sinal RMS de emissão acústica foi estabilizado na
passada de numero 11. Da mesma forma, para o ensaio 2 (Figuras 16, 17 e 18),
ensaio 3 (Figuras 19, 20 e 21) e ensaio 4 (Figuras 22, 23 e 24), as passadas em que
a operação de dressagem deve ser finalizada são 5, 16 e 15 respectivamente.
Pode-se observar, entretanto, que existem determinadas variações no nível
dos sinais de emissão acústica mesmo depois do momento de boa dressagem, mas
isso não impediu a escolha certa da passada dos ensaios, mesmo que o sinal às
vezes parecesse confuso. Também é importante salientar que o comportamento
irregular dos sinais de emissão acústica ao longo das passadas é devido à maior
concentração do fluido de corte estar no centro do rebolo durante os testes. Este
fenômeno pode ser verificado no trabalho de Thomazella et al. (2009), em que os
autores mostram a influência do fluido de corte no sinal de emissão acústica,
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
62
sendo esta influência eliminada ou atenuada pela utilização de filtros digitais sem
o comprometimento da análise.
De acordo com os resultados obtidos para as condições de dressagem
adotadas, os parâmetros DPO e DPKS foram bastante coerentes e seus resultados
foram aproximadamente os mesmos. Esses parâmetros conseguiram determinar o
mesmo ponto de boa dressagem em todos os ensaios realizados.
No caso do parâmetro DPO, os resultados mostram um elevado nível no
sinal quando se atinge o momento de boa dressagem e certa estabilização nas
passadas seguintes. Esta característica apresenta-se como um bom comportamento
porque reforça o fato de quando a dressagem deva ser encerrada. Por outro lado, o
parâmetro DPKS também apresentou um nível maior de sinal quando o momento
de boa dressagem é atingido, alternando os níveis de sinais de maneira aleatória
nas passadas seguintes. Este comportamento, entretanto, ainda faz do parâmetro
DPKS um indicador da boa dressagem. Portanto, um limiar pode ser estabelecido
para detectar o momento certo de boa dressagem para ambos os parâmetros.
O parâmetro FKS não apresentou coerência nos resultados, com pode ser
observado claramente nas Figuras 14, 17 e 20, com exceção do ensaio 4, Figura
23, quando aparentemente indicou por um pico o ponto de boa dressagem na
passada 14. Porém, de acordo com os parâmetros DPO e DPKS, este ponto
ocorreu no 15º passe.
O sinal de potência mostrado nos gráficos das Figuras 14 a 24 mostrou
variações mínimas que aparentemente poderiam ser úteis na avaliação da
dressagem. Contudo, quando este sinal é combinado com o sinal RMS de emissão
acústica de forma conveniente, essas pequenas variações podem ser levadas em
conta de alguma forma. Assim, o parâmetro resultante pode ser efetivamente
usado na operação de dressagem, como visto para os parâmetros DPO e DPKS.
A Tabela 5 mostra o histórico das passadas para cada ensaio em que o
parâmetro DPO e o parâmetro DPKS indicaram o momento da boa dressagem. A
palavra “continua” nesta tabela significa que a operação de dressagem ainda não
foi terminada e que, portanto, ela deve continuar. Por outro lado, a palavra
“dressado” significa que a dressagem pode ser finalizada neste ponto.
63
Tabela 5 - Histórico dos passes de dressagem de acordo com os parâmetros
DPO e DPKS
Passada Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3 Ensaio 4
1 Continua
Continua
Continua Continua
2 Continua
Continua
Continua Continua
3 Continua
Continua
Continua Continua
4 Continua
Continua
Continua Continua
5 Continua
Dressado
Continua Continua
6 Continua
Continua Continua
7 Continua
Continua Continua
8 Continua
Continua Continua
9 Continua
Continua Continua
10 Continua
Continua Continua
11 Dressado
Continua Continua
12
Continua Continua
13
Continua Continua
14
Continua Continua
15
Continua Dressado
16
Dressado
17
18
19
20
21
Como pode ser observado na Tabela 5, para cada ensaio a superfície do
rebolo se encontrava numa situação inicial diferente. No ensaio 1 foram
necessários 11 passes para que a dressagem pudesse ser finalizada. No segundo
ensaio o número de passadas caiu para 5, no terceiro foram 16, e no último ensaio
64
foram necessárias 15 passadas para a finalização da dressagem. Essa variação se
deve ao fato de que em alguns casos o desgaste do rebolo na usinagem que
antecedeu o ensaio de dressagem foi maior que em outros. Essa variação
aconteceu aleatoriamente, uma vez que seria praticamente impossível estabelecer
padrões iniciais de desgaste do rebolo.
A caracterização da situação inicial do rebolo foi realizada através da
análise dos parâmetros de dressagem. De acordo com o número de passadas
necessárias para se atingir o ponto de boa dressagem o rebolo foi classificado
como “pouco desgastado”, “parcialmente desgastado” e “muito desgastado”.
Assim, podem ser feitas algumas comparações:
• No ensaio 1 o rebolo estava em um nível intermediário de desgaste
comparado aos demais, sendo necessário metade do número total de
passes pra dressá-lo. Portanto, pode-se considerá-lo como
“parcialmente desgastado” inicialmente;
• No ensaio 2, o rebolo atingiu o ponto de boa dressagem rapidamente,
ou seja, após 5 passes apenas a dressagem poderia ser finalizada. Isso
significa que o rebolo não perdeu muito da sua agressividade durante a
usinagem, e pode ser considerado como “pouco desgastado” no início
da dressagem;
• Os ensaios 3 e 4 tiveram um nível de desgaste muito próximo, uma vez
que o número de passes necessários foram 15 e 16 respectivamente, o
que pode caracterizá-los como “muito desgastados” em relação aos
demais e também ao número total de passes adotado (105 μm).
Para cada nova situação de dressagem todos os parâmetros devem ser
analisados a fim de se conhecer seu comportamento. Isto é importante para se
poder determinar o limiar de dressagem e aplicá-lo no monitoramento da
operação. Porém, vale ressaltar que outros parâmetros podem ser adicionados ao
software para que qualquer condição de dressagem possa ser monitorada.
65
7 Conclusões
Com base nos resultados obtidos pode-se dizer que os parâmetros
apresentaram bons resultados, exceto o FKS que falhou em todas as análises.
Tanto o parâmetro DPO quanto o parâmetro DPKS apresentaram uma eficácia
muito boa, podendo assim ser aplicados no monitoramento da boa dressagem no
processo de retificação.
O parâmetro DPO foi o que apresentou mais uniformidade nos seus
resultados sem grandes variações, ao contrario do parâmetro DPKS, o qual
apresentou grandes picos em resposta às pequenas variações dos sinais.
Entretanto, com base nas análises dos gráficos apresentados, o parâmetro DPKS
mostrou um comportamento na sua variação ao longo das passadas que um
operador, por exemplo, tomaria uma decisão mais acertada e rápida acerca do
momento da boa dressagem.
Embora o sinal de emissão acústica tenha sido considerado a referencia da
boa dressagem neste trabalho, ficou evidenciado que os parâmetros DPO e DPKS
foram mais eficientes na detecção da boa dressagem, e, portanto, são parâmetros
importantes que podem ser utilizados no monitoramento e controle das operações
de dressagem.
Por fim, os parâmetros DPO e DPKS podem ser usados em conjunto para
oferecer resultados mais precisos, evitando que alguma decisão precipitada seja
tomada.
66
Referências Bibliográficas
1) Aguiar, P. R., Souza, A. G. O., Bianchi, E. C., Leite, R. R. & Dotto, F. R.
L. “Monitoring the dressing operation in the grinding
process”. International Journal of Machining and Machinability of
Materials, Vol. 5, No. 1, pp. 3-22, 2009.
2) Aguiar, P. R., Serni, P. J. A., Dotto, F. R. L. & Bianchi, E. C., “In-process
grinding monitoring through acoustic emission”, Journal of the Brazilian
Society of Mechanical Science and Engineering, Vol. 28, No. 1, pp. 118–
124, 2006.
3) Aguiar, P. R., Dotto, F. R. L. & Bianchi, E. C., “Study of threshold to
burning in surface grinding process”, Journal of the Brazilian Society of
Mechanical Science and Engineering, Vol. 27, no. 2, pp. 150-156, 2005.
4) Aguiar, P. R., Bianchi, E. C. & Oliveira, J. F. G., “A method for burning
detection in grinding process using acoustic emission and effective
electrical power signals”, CIRP Journal of Manufacturing Systems, Paris,
Vol. 31, No. 3, pp. 253–257, 2002.
5) Aguiar, P. R., “Monitoramento da queima superficial em processo de
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