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Ling. Acadêmica, Batatais, v. 6, n. 1, p. 101-126, jan./jun. 2016

Uso do planejamento ortogonal de Taguchi para a melhoria de parâmetros de fresamento com ferramenta de metal duro

Tiago Henrique BRANDT1 Diego Fernando BRANDT2 Silvio Nunes dos SANTOS3

Resumo: Atualmente existe uma grande variedade de ferramentas para usinagem de aços em geral. As ferramentas em metal duro têm apresentado uma grande melhora no contexto da usinagem, aumentando o seu rendimento e sua vida útil. Para analisar fatores que melhorem o desempenho dessas ferramentas, será ve-rificado o desempenho obtido através da pesquisa de campo. Nessa pesquisa, realizou-se o teste de usinagem em aço 4140 com e sem tratamento térmico, utilizando fresa com e sem melhorias, como revestimento e fluido de corte. Os testes foram realizados com base em Delineamento de Experimentos (DOE) do tipo Taguchi, os quais forneceram resultados que permitirão a análise de qual aplicação é a mais indicada para esse tipo de usinagem.

Palavras-chave: Metal Duro. Usinagem. DOE. Taguchi.

1 Tiago Henrique Brandt. Graduando em Engenharia Mecânica pelo Claretiano – Centro Universitário, polo de Rio Claro (SP). E-mail: <[email protected]>.2 Diego Fernando Brandt. Graduando em Engenharia Mecânica pelo Claretiano – Centro Universitário, polo de Rio Claro (SP)3 Silvio Nunes dos Santos. Mestre em Engenharia Mecânica pela Universidade de Taubaté (UNITAU). Especialista em Engenharia de Produção pela Universidade São Judas Tadeu (USJT). Especialista em Docência no Ensino Superior pelo Claretiano - Centro Universitário. Docente e Coordenador de Curso pelo Claretiano – Centro Universitário, polo de Rio Claro (SP) E-mail: <[email protected]>.

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Use of Taguchi’s orthogonal planning for the improvement of milling parameters with a hard metal tool

Tiago Henrique BRANDT Diego Fernando BRANDT Silvio Nunes dos SANTOS

Abstract: Currently, there is a big variety of tools for machining steels in ge-neral. Hard metal tools have shown a great improvement in the context of ma-chining, increasing its yield and useful life. To analyze factors that improve the performance of these tools, the performance throughout the field research will be verified. In this study, a machining test using the 4140 steel was held with and without thermal treatment, using a milling cutter with and without improve-ments, as coating and cutting fluid. The tests were carried out based on the De-sign of Experiments (DOE), Taguchi type, which provided results that will allow the analysis of which application is the most suitable for this type of machining.

Keywords: Hard Metal. Machining. DOE. Taguchi.

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1. INTRODUÇÃO

Atualmente, os processos de usinagem requerem ferramentas que suportem altos níveis de desgaste e atendam as expectativas da produção. Para isso é necessária a melhoria contínua das ferramen-tas utilizadas no processo de fabricação. Na atualidade, a produção em série utilizando máquinas cada vez mais produtivas e precisas necessita de ferramentas com maior desempenho, como as fresas de topo de metal duro, que possuem uma demanda de mais de 40 milhões por ano (ROSA, 1999).

A fabricação de moldes e matrizes é o caso mais comum no uso de ferramentas de metal duro, já que o material a ser usinado é de dureza elevada. Algumas inconveniências podem ser observa-das, tais como desgaste das ferramentas, uso de porta ferramentas de precisão devido ao alto giro que ela necessita para trabalhar e o investimento em máquinas-ferramenta de boa qualidade (OLIVEI-RA, 2007).

“Durante a usinagem, a superfície gerada sofre solicitações mecânicas e térmicas que podem alterar de forma significativa as características da superfície e abaixo da mesma” (ZEILMANN, 2013, p. 75), e isso não pode acontecer em moldes e matrizes, pois causam irregularidades geométricas, alteração na microestrutura e deformação plástica na sub superfície, podendo assim alterar as propriedades mecânicas e as tensões residuais do material (ZEILMANN, 2013).

Justificativa, objetivos, problema e hipótese

O tema abordado foi escolhido pelo fato de ser um assunto que abrange grandes proporções no mercado metal mecânicas. Fer-ramentas fabricadas em metal duro oferecem grande desempenho por sua alta resistência a temperaturas elevadas, desgastes e por proporcionar um ótimo acabamento à superfície a ser trabalhada.

A usinagem com ferramentas de metal duro é uma opção para se trabalhar com diversos tipos de materiais, sejam eles de fácil usinagem ou não, mas apenas a utilização dessas ferramentas não é

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o suficiente para atender as expectativas, é necessário buscar meios que aumentem a sua vida útil, como, por exemplo, na usinagem em moldes e matrizes, em que os materiais são de alta dureza, gerando altos desgastes e a perda dessas ferramentas. Existem dois fatores que influenciam diretamente no rendimento de uma ferramenta: o 1º é a refrigeração quando em processo de usinagem, pois a utiliza-ção de óleos refrigerantes específicos garantem ainda mais precisão pelo fato de a ferramenta e peça não sofrerem alterações por altas temperaturas no processo de usinagem.

O 2º é a aplicação de um revestimento de aproximadamente 5µm que penetra na ferramenta prolongando sua vida útil e melho-rando o seu rendimento. Se esses dois fatores forem trabalhados juntos, os resultados serão ainda melhores. Os objetivos desse es-tudo, portanto, são:

• Demonstrar que com a utilização do revestimento e do fluido de corte o rendimento da ferramenta é maior. (Hi-pótese 0)

• Comparar o desgaste gerado em ferramentas de metal duro na usinagem do aço 4140 endurecido entre 38 e 42 HRC.

O problema que envolve o estudo é o alto desgaste e a que-bra das ferramentas, com consequentes danos ao produto, gerando custo de má qualidade e de reposição da ferramenta. Se a causa desse problema for o desgaste, será aplicado revestimento e fluido refrigerante à usinagem e verificaremos os resultados.

2. DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS

Nas mais diversas áreas de pesquisa se aplicam experimentos cujos resultados finais representam o objetivo principal. Para obter-mos esses resultados, muitas vezes, faz-se necessário ajustar vari-áveis inerentes aos processos e procedimentos experimentais. Para levar a efeito os resultados expectados, numa visão estritamente industrial, denominados resultados robustos, utilizam-se técnicas especiais reunidas em uma metodologia chamada planejamento de experimentos (MONTGOMERY, 2004).

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Calegare apud Santos, Cardoso e Chaves (2006) diz que o planejamento de experimentos é usado para aperfeiçoar o processo, aproximando os valores de saída aos requisitos nominais, e para reduzir a variabilidade e os custos totais. A metodologia do planeja-mento experimental ou delineamento de experimentos é usada para definir as variáveis de influência direta no desempenho de projetos e processos, com consequente:

1) Redução da variação do processo e melhor concordância entre os valores obtidos e os valores pretendidos.

2) Redução dos “lead times” de processo.3) Redução dos custos operacionais.4) Melhoria no rendimento do processo.A Figura 1 mostra um exemplo da relação existente entre as

entradas e saídas (Y):

Figura 1. Relação entre processo e fatores.

Fonte: baseado em Montgomery (2004).

Algumas aplicações típicas do planejamento de experimentos são:

1) Avaliação e comparação de configurações básicas de pro-jeto.

2) Avaliação de diferentes materiais.

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3) Seleção e determinação de parâmetros de projeto que me-lhorem o desempenho de produtos.

4) Obtenção de produtos que sejam mais fáceis de fabricar, que tenham melhor desempenho e confiabilidade que os produzidos pelos competidores.

Existem três princípios básicos em um planejamento de ex-perimentos, que são: replicação, aleatoriedade e blocagem. Repli-cação consiste em “repetição”, isto é, não repetição com a mesma amostra, e sim das mesmas condições de experimentos anteriores. Este procedimento é importante na obtenção do erro experimental. Aleatoriedade se refere à escolha não sequencial das amostras; deve haver a aleatoriedade, pois fatores críticos que não estão no estudo como temperatura ou lote de matéria-prima podem influenciar as variáveis de interesse. Por fim, há a blocagem, que consiste em uma técnica com o objetivo de aumentar a precisão do experimento. A blocagem é usada quando uma determinada aferição é feita por pes-soas diferentes, não havendo homogeneidade nos dados (SANTOS; CARDOSO; CHAVES, 2007).

Todo planejamento experimental começa com uma série ini-cial de experimentos, com o objetivo de definir as variáveis e os níveis importantes. Podemos ter variáveis qualitativas e quantita-tivas. Os resultados devem ser analisados e as modificações perti-nentes devem ser feitas no planejamento experimental. A Figura 2 apresenta um resumo desta estratégia inicial.

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Figura 2. Objetivos do Planejamento de Experimentos.

Fonte: adaptada de Montgomery (2004).

Existem diversos tipos de planejamento de experimentos, mas, para a pesquisa de campo, foram estudadas duas categorias.

• Experimentos Fatoriais: são aqueles que incluem todas as combinações de vários conjuntos de tratamentos ou fa-tores. O planejamento fatorial é indicado quando se deseja estudar os efeitos de duas ou mais variáveis de influência. Normalmente, codificam-se os níveis dos fatores com o sinal (+) atribuído ao nível superior e (-) atribuído ao nível inferior. Podem ser completos ou fracionados. Um experi-mento fatorial completo ocorre quando todas as possíveis combinações de níveis dos fatores são testadas. Um ex-perimento fatorial fracionado ocorre quando apenas uma fração do fatorial completo é testada (OEHLERT, 2010).

• Experimentos de Taguchi: a metodologia de projeto ex-perimental baseada em Taguchi acentua a importância de reduzir a variabilidade do processo em torno de um “valor alvo” especificado, ou seja, reforça a necessidade de tra-zer a média do processo para o valor nominal especificado no projeto. Isto pode ser conseguido tornando os proces-sos insensíveis às várias fontes do ruído (ANTONY et al., 2006).

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O método Taguchi busca a melhoria das características de um produto ou processo, identificando e ajustando os fatores controlá-veis para estabelecer o mínimo de variação do produto final com relação ao objetivo; assim, ao ajustar esses fatores no seu nível óti-mo, pode-se produzir de forma a tornar o produto mais robusto a qualquer alteração que ocorra causada por fatores incontroláveis (condições ambientais, variação dimensional, etc.). O Dr. Taguchi definia a qualidade visando o cliente final de uma maneira negati-va: “má qualidade é a perda imposta ao cliente a partir do momento em que seu produto é expedido”.

A Figura 3 mostra a função perda de Taguchi (TANER; ANTONY, 2006).

Figura 3. Função Perda de Taguchi.

Fonte: Fowlkes e Creveling (2000).

A figura mostra que a perda é chamada “A”. A função-perda designada por L(y) é derivada de uma série de Taylor em torno do valor nominal “m”. Essa série é apresentada pela equação (1) (TANER; ANTONY, 2006):

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1( )

k

kk

AL y σ=

= ∑∆

= L (m) + [L’ (m)/1!](y-m) + [L’’ (m)/2!](y-m) 2 +…] (1)

Visto que L(y) = 0 quando y = m (ou seja, a perda da quali-dade é zero quando y = m, valor nominal, N. Conforme Taguchi, atinge-se o valor mínimo da função nesse ponto (ver figura 3), sua primeira derivada com relação a m, L’(m), é zero. Os dois primeiros termos da equação (1), por conseguinte, são iguais a zero. Quando se desprezam os termos de ordem superior a 2, a equação fica redu-zida a (TANER; ANTONY, 2006):

L(y) = [L’’(m) /2!](y-m) 2 (2)

L(y) = k (y-m) 2 (3)

Onde k é uma constante de proporcionalidade desconhecida que pode ser calculada por meio do conhecimento da L(y) para algum valor de y. É normal obter-se a constante k pelo conhecimento das perdas causadas ao se ultrapassarem as tolerâncias (custos ou perdas representadas por refugo ou retrabalho) (TANER; ANTONY, 2006).

Taguchi dá uma grande ênfase na aproximação entre a engenharia e a qualidade. Ele afirma que, produzindo com determinados objetivos ou requisitos de maneira a minimizar a variação do desempenho de um determinado produto, vai-se aumentar a qualidade e a satisfação dos clientes. A essa variação ele chama ruído (TAGUCHI; CHOWDHURY; WU, 2004).

Taguchi identifica 3 tipos distintos de ruído.1) Ruído externo: variáveis ambientais ou condições de uso

que perturbam as funções do produto (temperatura, umi-dade, poeira, etc.).

2) Ruído interno: mudanças que sucedem como resultado de um desgaste.

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3) Ruído peça a peça: diferenças entre produtos que são fa-bricados de acordo com as mesmas especificações.

O objetivo é de minimizar o ruído através de atividades de qualidade on-line e off-line. Taguchi propõe o uso de técnicas e teo-rias de otimização, juntamente com o projeto de experiências, com o objetivo final de minimizar as perdas para a sociedade.

Menciona-se o termo “confundimento”. Confundimento ocorre quando o efeito de um fator ou tratamento não pode distin-guir-se de outro fator ou tratamento. Os dois fatores ou tratamentos são ditos confundidos. Exceto em circunstâncias muito especiais, o confundimento deve ser evitado. Considere o plantio de uma varie-dade de milho “A” em Limeira e uma variedade de milho “B” em Rio Claro. Nessa experiência, não podemos distinguir efeitos de localização e de variedades; os efeitos dos fatores variedade e local são confundidos (OEHLERT, 2010).

Deparamo-nos com algumas questões: qual tipo de experi-mento deveríamos realizar? Experimentos clássicos ou de Taguchi? Quais as vantagens dos métodos clássicos e do método de Taguchi?

A Tabela 1 mostra uma comparação entre os métodos clássi-cos e o método de Taguchi com base nos processos: planejamento, seleção da matriz ortogonal, condução do experimento, análise e confirmação.

Tabela 1. Comparação entre processos no Método de Taguchi e no Método Clássico.

Etapa Taguchi Clássico

Planejamento

Concentra-se na função de engenharia. A função objetiva eliminar causas. Um número mínimo de experimentos.Escolha adequada de fatores, níveis e respostas para diminuir as interações. Pensa no projeto robusto. Possui 80 a 90% de chances de ser bem-sucedido.

Brainstorm de fatores e respostas. Respostas contínuas são mais facilmente tratadas do ponto de vista da análise estatística.Considera os riscos alfa e beta ao selecionar o tamanho da amostra.

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Seleção da Matriz Ortogonal

L12, L18 e L36 são altamente recomendadas, uma vez que ocultam pequenas interações.

Permite usar uma infinidade de matrizes ortogonais. Depende da necessidade.

Condução do experimento

Atribuir fatores de colunas na redução do custo/hora associado ao experimento.

Usa uma ordem de execução aleatória para diluir o fator ruído não aferido em outros efeitos.

Análise

Trata os dados usando os índices S/N Sinal/Ruído para reduzir as interações. Usa e recomenda S/NS, S/NI e S/NN, mas prefere S/NDinamics.Incluir na equação de predição regras sobre o tratamento dos fatores. Usa análise gráfica de S/N.

Usa a ANOVA e a Regressão para analisar dados. Usa testes matemáticos significativos para selecionar os fatores a serem inclusos na equação de predição. 80% de chances de se obter bons experimentos.

ConfirmaçãoConfirma as definições previstas contra valor previsto e seus referenciais.

Não enfatizado até recentemente.

Fonte: Adaptado de Launsby (1994).

Launsby (1994) afirma que os experimentos realizados pelo método de Taguchi reduzem o número de experimentos. Sabe-se que as variáveis de um problema podem se apresentar na forma de um bloco heterogêneo. O tratamento em blocos propõe uma análise agrupando os elementos em blocos homogêneos. Esse tratamento reduz a quantidade de experimentos a serem realizados. Os trata-mentos fatoriais, por sua vez, requisitam uma quantidade enorme de ensaios, um experimento fatorial 2k com k acima de 5 fatores gera dificuldades no experimento, porque 25 resultam em 32 ex-perimentos. Usando-se 4 corpos de prova em cada ensaio, serão necessários 128 ensaios.

Comparando-se e usando-se o mesmo número de fatores em um exemplo com o método de Taguchi com uma matriz ortogonal L9, teríamos: L9: um experimento L9 usando 4 fatores e 3 níveis, 1+k(n-1) = 1 + 4. (3-1) = 1 + 8 = resulta em 9 alternativas ou en-saios (LAUNSBY, 1994).

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A Tabela 2 resume os principais experimentos de Taguchi, relacionando o número de fatores, níveis e quantidade de colunas considerando as interações.

Tabela 2. Quadro dos Arranjos Ortogonais de Taguchi.Arranjo

OrtogonalNúmero de

ensaiosNº. Máximo de Fatores Nº. Máximo de Colunas e seus Níveis

L4 4 3 2 3 4 5L8 8 7 3 - - -L9 9 4 - 7 - -L12 12 11 - 4 - -L16 16 15 11 - - -L18 18 8 - - 5 -L25 25 6 1 7 - -L27 27 13 - - - 6L32 32 31 1 13 - -L36 36 23 1 - 9 -L50 50 12 3 13 - -L54 54 26 1 - - 11L64 64 63 1 25 - -L81 81 40 - - 21 -

Fonte: adaptado de Montgomery (2004).

Análise de variância em experimentos de Taguchi

Segundo Taguchi, Chowdhury e Wu (2004), a seleção do ar-ranjo ortogonal a ser usado depende do:

1) Número de parâmetros e interações de interesse.2) Número de níveis para os parâmetros de interesse. Esses dois itens determinam também o total de graus de liber-

dade exigidos para todos os experimentos. Segundo Stamatis (2002), a perda representa custo para o fa-

bricante e para o cliente por ter o produto defeituoso. Esta foi defi-nida no tópico anterior como a perda média para a sociedade a par-tir do momento em que o produto é enviado. Isso é indicado por L.

MSDTolerância

defeituoso produto de produção à devido PerdaL ×= (4)

Onde:

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A perda devido à produção de produto defeituoso é a perda da média para o cliente. MSD é o desvio quadrático médio e tolerância é o Δ de especificação m ± Δ. A definição e cálculo da variância, ou, mais corretamente, o MSD, são o foco da ANOVA de Taguchi (STAMATIS, 2002).

É importante entender que em qualquer teste de experimentos os resultados são comparados por meio de uma análise geralmente denominada Análise de Variância (ANOVA). Para facilitar o enten-dimento, podemos dizer que a ANOVA separa a variabilidade do conjunto de dados em variabilidade entre os grupos e variabilidade dentro dos grupos de dados e compara esses dois grupos de variabi-lidades (STAMATIS, 2002).

3. REVISÃO SOBRE FUNDAMENTOS DE USINAGEM

Este trabalho estuda o comportamento de ferramentas de me-tal duro com e sem revestimento, usinando materiais metálicos com e sem fluido de corte, o que requisita uma explicação prévia sobre termos, conceitos e fundamentos de usinagem dos metais.

Segundo Diniz, Marcondes e Coppini (2010), são os mo-vimentos entre ferramenta e peça que permitem a ocorrência do processo de usinagem. Existem movimentos ativos e passivos. Os movimentos ativos sempre ocorrem entre a ferramenta e a peça gerando remoção de material, nesse caso chamado cavaco. Esses movimentos são:

• Movimento de corte: trata-se de um movimento que, ocor-rendo em um curso da ferramenta ou rotação, promove a remoção de cavaco, mesmo se não houver movimento de avanço.

• Movimento de avanço: trata-se de um movimento que, combinado com o movimento de corte, permite a remoção contínua do cavaco. Pode ser contínuo como o que ocorre em tornos ou intermitente como o que ocorre em plaina-doras.

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Diniz, Marcondes e Coppini (2010) afirmam que os movi-mentos passivos são movimentos necessários que ocorrem entre a ferramenta e a peça, mas nunca promovem remoção de cavaco. Es-ses movimentos são:

• Movimento de ajuste: trata-se de um movimento relacio-nado à camada de material a ser removida.

• Movimento de correção: trata-se de um movimento de compensação de posição da ferramenta em relação à traje-tória programada.

• Movimento de aproximação: trata-se do movimento de aproximação para o início da usinagem.

• Movimento de recuo: trata-se do movimento de afasta-mento da ferramenta após o trabalho de usinagem.

Nos processos de usinagem existem grandezas que descre-vem geometricamente a relação de penetração entre a ferramenta e a peça, são elas:

• Profundidade ou largura de usinagem aP: refere-se à pro-fundidade ou largura de penetração perpendicular ao plano de trabalho.

• Penetração de trabalho ae: refere-se à penetração da ferra-menta perpendicular à direção de avanço.

A figura 4 apresenta algumas variáveis dos conceitos descri-tos até o momento.

Figura 4. Grandezas de avanço.

Fonte: Diniz, Marcondes e Coppini (2010, p. 21).

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Conforme Machado et al. (2011), grandezas de corte são aquelas ajustadas direta ou indiretamente na máquina. Grandezas relativas ao cavaco são aquelas derivadas das grandezas de corte e obtidas por meio de cálculos.

Força e potência de corte

A força de corte pode ser entendida como uma pressão aplica-da a uma área. De acordo com Diniz, Marcondes e Coppini (2010), Kienzle propõe uma formulação semelhante. A constante KC1 e o expoente (1-mc) são definidos experimentalmente e tabelados.

mc-1C1C hbKF ××= (5)

Onde:• Fc: força de corte [N]• kc: pressão específica de corte [N/mm2]• b: comprimento do gume ativo [mm]• h: espessura do cavaco [mm]• kC1: Pressão específica de corte [N/mm2] para cavaco de seção

de 1mm2 • (1- mc): Expoente de KienzleO fresamento, parte fundamental de nossos testes de campo,

possui as seguintes complicações: • Espessura do cavaco variável (cálculo de h) • Diferença entre o fresamento frontal e o periférico (cálcu-

lo de φs) • Ferramenta multicortante (vários dentes, cálculo de Zc) • Variedade de geometrias de ferramenta e de gume (cálculo

de b)

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A equação da força de corte no fresamento é então modifica-da a partir da equação do torneamento, considerando as particula-ridades do processo.

mc-1mCC1C hzbKF ×××= (6)

A Figura 5 resume o conjunto de equações que acompanha a equação principal da força de corte para o fresamento.

Figura 5. Resumo de equações da força de corte no fresamento.

Fonte: acervo dos autores com base em Machado et al (2011).

Onde:• hm : espessura média do cavaco [mm]• fz : avanço por dente [mm/dente]• ae : penetração de trabalho [mm]• φs : ângulo de contato ferramenta peça [graus]• D : diâmetro da fresa [mm]• kr : ângulo de direção do gume principal [º]• Zc : número de dentes em contato com a peça • Z : número (total) de dentes da fresa [dentes]• b : comprimento do gume ativo [mm]

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• kr : ângulo de inclinação do gume principal [º]• ap : profundidade de corte [mm]Uma máquina-ferramenta gera potência para girar seu eixo-

-árvore e executar o movimento de corte e de avanço. A potência de Avanço (Pf) é normalmente muitas vezes menor do que a de corte (Pc), chegando a ser até 140 vezes menor.

A equação 7 mostra a potência de corte para kW.

ç1060Kfva

P 6ccp

C ×××××

= (7)

Onde: vc : é a velocidade de corte [m/min.]

f: é o avanço. [mm/rot.]ƞ: é o rendimento da máquina [%]

Metal duro

As máquinas-ferramenta modernas desenvolvem altas velo-cidades e exigem ferramentas de corte construídas com materiais que suportem altas temperaturas. Entre outras propriedades, ideal-mente essas ferramentas deveriam possuir:

• Resistência à compressão.• Dureza.• Resistência à flexão e tenacidade.• Resistência do gume.• Resistência interna de ligação.• Resistência a quente.• Resistência à oxidação.• Pequena tendência à difusão e caldeamento.

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• Resistência à abrasão.• Condutibilidade térmica.• Calor específico adequado.• Expansão térmica adequada.O metal duro é um material de ferramenta de corte criado na

década de 30 usando-se processos da metalurgia do pó e que reúne muitas das características descritas anteriormente.

A figura 6 mostra uma relação entre as propriedades tenaci-dade e flexão contra velocidade de corte, resistência ao desgaste e dureza a quente de diversos materiais de ferramenta de corte.

Figura 6. Propriedade de diversos materiais de ferramentas.

Fonte: acervo dos autores com base em Zelinski (s.d.).

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Fluido de corte

Usinagem é um processo complexo envolvendo muitos fato-res críticos, sendo que um desses fatores é a aplicação correta de fluidos de usinagem.

Fluidos de corte são compostos químicos complexos encar-regados de executar várias funções no processo de usinagem. Com sua aplicação, espera-se um alto nível de rendimento de corte, além de uma excelente estabilidade química e biológica. Frederick W Taylor, já em 1894, observou que o uso de fluido de corte permitia aumentar em 40% a velocidade de corte na usinagem (MACHADO et al., 2011).

4. PESQUISA DE CAMPO

Usinagem de canal C x L x P em Aço 4140 endurecido en-tre 38 e 42 HRC e ao natural em Máquina CNC com ferramentas de metal duro (MD) em condições descritas seguindo as seguintes etapas:

• Fresa de MD sem adição de melhoria. • Fresa de MD sem cobertura, mas com uso de fluido refri-

gerante. • Fresa de MD com revestimento, mas sem uso do fluido

refrigerante. • Fresa de MD com revestimento e com uso do fluido refri-

gerante. As ferramentas de metal duro usadas tinham as seguintes es-

pecificações:• Fresas de Ø10,0mm com quatro facas.• Passo da hélice 54,414mm.• Comprimento de corte 30mm.• Comprimento total 75mm.

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• Quatro peças com revestimento hélico e quatro sem reves-timento.

O fluido de corte usado tinha a seguinte especificação:• Nome do produto: QUAKERCOOL 2880 BF.• Aplicação: fluido para usinagem de aços.• Produto base aquoso, não inflamável.• Produto nocivo para ambiente aquático.• Não biodegradável.A máquina CNC usada tinha as seguintes especificações:• 5 eixos sincronizados.• Magazine para 20 ferramentas.• Eixo da ferramenta: potência de 25HP e RPM máximo

12000.• Eixo de fixação do produto: potência de 30HP e RPM má-

ximo 5000.Em resumo, os fatores são: revestimento na condição pre-

sente e não presente. Fluido refrigerante presente e não presente. Dureza HRC presente e não presente.

Procedimento

Cada uma das 8 ferramentas passará pelo mesmo processo de usinagem, sempre com os mesmos parâmetros de corte, mesma fixação e mesma máquina. Para efeito de análise será observado o esforço de corte através do potenciômetro da máquina, o cavaco produzido e o desgaste da ferramenta após os testes. Para esses tes-tes usamos um plano de experimentos L9 de Taguchi.

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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A tabela 4 mostra os resultados do experimento.

Tabela 4. Plano de Experimentos L9 completo.

Exp. No Nome Ordem Cobertura Fluido Material Esforço Desgaste Cavaco

1 N1 7 -1 -1 -1 7,23 0,173 2

2 N2 12 1 -1 -1 7,07 0,001 2

3 N3 8 -1 1 -1 6,93 0,083 2

4 N4 14 1 1 -1 6,47 0,001 3

5 N5 10 -1 -1 1 7,69 0,232 1

6 N6 6 1 -1 1 7,33 0,001 2

7 N7 3 -1 1 1 7,08 0,145 2

8 N8 13 1 1 1 6,87 0,001 3

9 N9 5 -1 -1 -1 7,42 0,262 1

10 N10 1 1 -1 -1 7,15 0,001 2

11 N11 2 -1 1 -1 7,03 0,171 2

12 N12 16 1 1 -1 6,53 0,001 3

13 N13 15 -1 -1 1 7,86 0,419 1

14 N14 11 1 -1 1 7,41 0,001 2

15 N15 9 -1 1 1 7,14 0,327 2

16 N16 4 1 1 1 6,94 0,001 3

Fonte: acervo dos autores.

Os resultados apresentados na Tabela 4 estão sintetizados na Figura 7.

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Figura 7. Teste de Usinagem.

Fonte: acervo dos autores.

A Figura 7 apresenta as retas de regressão dos parâmetros de resultados de onde pode se destacar os valores de R2 que infor-mam sobre a qualidade da predição. Para o parâmetro “esforço”, por exemplo, R2 = 95%, significando que a reta de regressão ajusta 95% das determinações levantadas. A Tabela 6 representa a tabela ANOVA do teste de usinagem realizado para este trabalho.

A tabela 5 mostra dados da experiência referentes ao desgaste de ferramentas após a usinagem.

Tabela 5. Desgaste das ferramentas após usinagem e tipos de ca-vaco.

Fresa 1: com cobertura; sem refrigeração; aço temperado.

Fresa 2: com cobertura; com refrigeração; aço temperado.

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Fresa 3: com cobertura; sem refrigeração; aço sem têmpera.

Fresa 4: com cobertura; com refrigeração; aço sem têmpera.

Fresa 5: sem cobertura; sem refrigeração; aço temperado.

Fresa 6: sem cobertura; com refrigeração; aço temperado.

Desgaste de 0,419mm. Desgaste de 0,327mm.

Fresa 7: sem cobertura; sem refrigeração; aço sem têmpera.

Fresa 8: sem cobertura; com refrigeração; aço sem têmpera.

Desgaste de 0,262mm. Desgaste de 0,171mm.Fonte: acervo dos autores.

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6. CONCLUSÕES

A partir dos testes realizados, chegou-se à conclusão de que o fato de se utilizar cobertura e fluido de corte não interfere direta-mente no esforço de corte da ferramenta, mas sim em sua vida útil. Assim, podem-se analisar os seguintes dados, após os testes em aços endurecidos e sem tratamento térmico:

• Testes sem cobertura e sem refrigeração: as ferramentas apresentaram um grande desgaste e seu cavaco foi de co-loração azulada, o que indica alta temperatura no momen-to da usinagem.

• Testes sem cobertura, mas com refrigeração: a ferramen-ta apresentou menor desgaste e o cavaco ficou com uma tonalidade marrom, o que indica que o fluido refrigerante conseguiu dissipar parte do calor gerado pela usinagem. Porém, ao ocorrer o desgaste da ferramenta, esta ficou sem corte, o que dificulta a usinagem, elevando a temperatura.

• Testes com cobertura, mas sem refrigeração: neste caso, a ferramenta não apresentou desgaste, mas o cavaco teve uma coloração marrom, pois a cobertura ajuda a dispersar o calor na usinagem.

• Testes com cobertura e com refrigeração: com a combina-ção da cobertura e o fluido, além de manter a ferramenta sem desgaste, a temperatura de usinagem foi baixa, assim, o cavaco ficou com uma tonalidade bem clara, indicando que houve remoção de material sem aquecimento.

Uma possibilidade para verificar a variação de esforço seria comparar ferramentas de geometria e parâmetros de corte diferen-tes. Como resultado final, obteve-se que a ferramenta que possui cobertura e refrigeração não terá menor esforço de trabalho, mas sim uma vida útil muito maior que as demais ferramentas.

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