A Teoria da usinagem dos materiais

1 INTRODUÇÃO

A preocupação pela preservação ambiental vem ganhando cada vez mais alento em nível mundial, que junto a exigência do mercado consumidor tem buscado soluções para os impactos ambientais causados pela indústria sem afetar a produção. Tratando de usinagem, observa se que os fluidos de corte são um dos principais problemas, devido aos danos gerados a saúde dos colaboradores envolvidos em tais processos.

Segundo Diniz, Marcondes e Coppini (2013), na ultima década houve um grande crescimento nos estudos do processo de usinagem com o objetivo de evitar ou minimizar a utilização de fluidos de corte, sem que perca a eficiência principalmente com relação a qualidade da peça e da vida útil da ferramenta.

Miranda (2003) diz que os fluidos de corte são nocivos sob o ponto de vista ambiental e humano, uma vez que podem poluir solo, ar e água e oferecer risco à saúde dos envolvidos com os processos de fabricação mecânica. Segundo o autor, trabalhadores que não estavam expostos aos fluidos de corte em uma indústria norte-americana em meados do século XX tinham uma chance menor que 50% de adquirir câncer com relação aos colaboradores que estavam expostos aos fluidos de corte.

Além desses fatores a utilização do fluido de corte gera custos relacionado a sua aquisição, descarte, preparo e armazenamento, segundo Kopac, a utilização de fluidos de corte representa 16% do custo total de fabricação da peça (MACHADO et. al., 2009).

No entanto, a usinagem ideal do ponto de vista ecológico não utiliza fluidos de corte (COSTA; SILVA; MACHADO, 2008).

Sendo assim o desafio esta na criação de novos conceitos que permitam aumentar a vida útil das ferramentas de corte e reduzir os danos ambientais sem que haja perdas na qualidade do processo.

A refrigeração por ar comprimido apresenta se como uma alternativa.

Fazendo uma abordagem em relação ao ar, Pahlitzsch obteve resultados notáveis a uma velocidade de corte de 30 m.min-1 utilizando ar comprimido a temperaturas de -40 e -60ºC na refrigeração de ferramentas de corte, alcançando valores de até 400% no aumento da vida útil, e 40% a temperaturas de -8ºC (FERRARESI, 1977).

Dessa forma o tubo de vórtices se apresenta como solução viável para o resfriamento do ar comprimido nos processos de usinagem, devido ao seu baixo custo e facilidade de adaptação em maquinas de usinagem, onde o seu funcionamento necessita apenas de ar comprimido, que já é existente na maioria dos equipamentos.

Objetivos

1.1.1 Objetivos gerais

Mensurar a eficiência do resfriamento do ar na refrigeração de ferramentas multicortantes no processo de fresamento com a utilização de tubo de vórtices.

Objetivos específicos

Projetar um tubo de vórtices com eficiência suficiente para refrigerar o processo de fresamento.

Realizar ensaios de usinagem em fresa CNC.

Mensurar a duração do inserto de metal duro, qualidade superficial final da peça, forças de corte e avaliar os riscos a saúde humana e ambiental com ensaios de fresamento nos diferentes tipos de refrigeração (jorro de fluido a baixa pressão, corte a ar comprimido e refrigeração a ar comprimido resfriado por tubo de vórtices).

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

A fundamentação teórica a ser apresentada será dividida em seis seções: usinagem, forças e potências de usinagem, ferramentas de corte, desgaste e avarias da ferramenta de corte, fluidos de corte e tubo de vórtices.

O propósito da abordagem desses seis tópicos é fornecer elementos de estudo fundamentais para iniciar um estudo sobre a utilização do ar comprimido resfriado por tubo de vórtices no processo de usinagem por fresamento.

2.1 Usinagem

Tem-se como usinagem toda operação que dá forma, dimensão ou acabamento por retirada de cavaco (FERRARESI, 1977).

Entretanto existe outra grande classe de trabalho quando se estudam as operações realizadas com metais: os processos de conformação. Processo este que difere da usinagem, uma vez que sua forma é gerada através da deformação plástica (FERRARESI, 1977).

2.1.1 Fresamento Mecânico

O fresamento (fig. 1) é um dos processos de usinagem mais utilizados na indústria de manufatura, devido sua capacidade de remover grandes taxas de material e sua versatilidade na geração de diversas geometrias de peça (MACHADO et. al., 2009).

A operação tem como característica a remoção de cavaco através do movimento circular da ferramenta e o movimento translativo de avanço feito pela peça, salvo operações especiais em que a ferramenta faz o movimento de avanço também (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2013).

Figura 1 - Fresadora vertical

Fonte: Atlasmaq, 2015. Disponível em:

<http://www.atlasmaq.com.br>, acesso: 17 abr 2015.

As operações de fresamento são divididas em dois tipos, sendo eles o fresamento frontal (fig. 2), onde o eixo da fresa fica perpendicular a superfície da peça, e o fresamento tangencial (fig. 3), onde o eixo fica paralelo em relação a superfície da peça, que subdivide ainda em fresamento tangencial concordante e discordante (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2013).

Figura 2 - Fresamento frontal

Fonte: (MACHADO et. al., 2015, p. 9).

Figura 3 - Fresamento tangencial em corte concordante e discordante

Fonte: (MACHADO et. al., 2015, p. 9).

2.1.3 CNC

O CNC é um sistema em que um microcomputador é utilizado para controlar uma maquina, onde o microcomputador é parte integrante do equipamento. O programa é controlado remotamente por softwares integrados de projeto CAD (Desenho Assistido por Computador) e de fabricação CAM (Manufatura Assistida por Computador) (PAREDES, 2013).

Figura