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SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA - UNISOCIESC CENTRO UNIVERSITÁRIO SOCIESC EDUARDO FELIPI MACHADO EWERTON SCHROEDER TAVARES VIEIRA RETIFICAÇÃO CREEP-FEED Joinville 2015 SUMÁRIO 1 RETIFICAÇÃO CREEP-FEED ........................................................................ 3 1.1 CARACTERIZAÇÃO DO PROCESSO ......................................................... 3 2 TIPOS DE RETIFICAÇÃO CREEP-FEED ...................................................... 6 2.1 PSEUDO CREEP-FEED .............................................................................. 6 2.2 TRUE CREEP-FEED .................................................................................... 6 2.3 CONTINOUS-DRESS CREEP-FEED .......................................................... 7 3 MÁQUINA – CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS .................................. 10 4 TECNOLOGIA E PARÂMETROS ................................................................. 13 4.1 INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE PERIFÉRICA DO REBOLO Vc ............... 13 4.2 INFLUÊNCIA DA PROFUNDIDADE ae E AVANÇO DA MESA Vft ............. 13 4.3 INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE DRESSAMENTO............................. 14 4.4 INFLUÊNCIA DE RETIFICAÇÃO UP- AND DOWN-CUT........................... 14 4.5 COMPARAÇÃO ENTRE OS PROCESSOS ............................................... 15 4.5.1 Aspectos Tecnológicos Superficiais da Retificação Creep-Feed ............ 16 5 FERRAMENTAS ........................................................................................... 18 6 APLICAÇÕES ............................................................................................... 20 3 1 RETIFICAÇÃO CREEP-FEED A retificação creep-feed compreendida como notáveis taxas de remoção de material com alta qualidade superficial, foram obtidas pela primeira vez no início da década 50. Caracterizada por formar um perfil negativo na peça por meio do rebolo na posição longitudinal periférica. Neste método o eixo da ferramenta é paralelo à superfície da peça a ser usinada. Sendo um processo de grandes profundidades de corte e retirada de material relativamente alta, e consequente baixo avanço da mesa, retirando material em um passe ou em apenas alguns passes (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). 1.1 CARACTERIZAÇÃO DO PROCESSO O avanço do rebolo é ortogonal à superfície da peça, sendo o parâmetro ae, a profundidade na direção da superfície da peça, como ilustra a Figura (1). A retificação creep-feed é usualmente caracterizada por profundidades ae maiores do que 0,5 mm e avanços da mesa Vft menores que 40 mm/s. No corte do material, podem-se ter variações na profundidade na direção da superfície da peça ae de 0,1 até 30 mm e variações de velocidade periférica do rebolo Vc normalmente de 25 até 45 m/s (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). Figura 1 – Parâmetros da Retificação creep-feed. Fonte: Adaptado de Marinescu, Hitchiner, Uhlmann, Rowe e Inasaki (2007). 4 Onde o parâmetro q é positivo no caso do rebolo usinar na mesma direção em que está rotacionando, e em sentido contrário, no entanto o valor do q é negativo. Todos os processos de retificação, no qual a velocidade periférica do rebolo é acima dos valores usuais de 35 até 45 m/s, podem ser classificados como retificação de alta velocidade. Retificações de alta velocidade podem ser usadas para a usinagem de materiais como aço, carbonetos de tungstênio, plásticos e cerâmicas com rebolos especificamente adaptados. As vantagens da retificação de alta velocidade são alta qualidade superficial, menores tempos de usinagem, baixo desgaste da ferramenta e baixa força de retificação (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). Tabela 1 – Parâmetros dos Processos de Retificação Reciprocating, Creep-feed e High- Performance. Fonte: Adaptado de Marinescu, Hitchiner, Uhlmann, Rowe e Inasaki (2007). Na Tabela 1, Q’w = ae.Vft, mostra diferença entre a retificação creep-feed de outros processos existentes de retificação, mas que não serão abordados porque este não é o objetivo deste texto, apenas para caracterização do processo de retificação creep-feed (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). O que pode ser observado pela Figura (2), é que o processo convencional de retificação reciprocating necessita de vários pequenos passes com avanços de mesa mais elevados, enquanto que o processo creep-feed a profundidade de corte é maior e em sequência altas taxas de retirada de material em baixo avanço da mesa. Reduzindo o tempo despendido não retificando e eliminando impactos adversos do rebolo nos finais da peça, a produtividade é aumentada enquanto a geometria do rebolo é mantida por mais tempo (MACHINING, 1999). 5 Figura 2 – Comparação entre retificação reciprocating e retificação creep-feed. Fonte: Adaptado de Machining volume 16, de ASM Handbook. Na Figura (2) observa-se a diferença entre o processo convencional em (a), com a usinagem creep-feed retirando grande quantidade de material em (b) e a vantagem do processo creep-feed em (c) reduzindo o tempo de corte em vazio por conta da profundidade de corte retirando em apenas um ou poucos passes sobre a peça (MACHINING, 1999). 6 2 TIPOS DE RETIFICAÇÃO CREEP-FEED Existem três diferentes tipos de retificação creep-feed, como segue: 2.1 PSEUDO CREEP-FEED No qual a profundidade de corte é pequena, ou seja, é retirado da peça uma fina camada de material na direção transversal, portanto, o comprimento do arco de contato é pequeno (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). Em outras palavras, é usado para geometrias com seções transversais estreitas. A estreita seção transversal da geometria permite o uso de retíficas convencionais com controle hidráulico. Velocidades de mesa, embora sejam baixas em relação a padrões convencionais como retificação reciprocating, não requerem controle mecânico preciso como retíficas true creep-feed. Retificação pseudo creep-feed podem fornecer maior produtividade do que a retificação reciprocating, mas não pode competir com a retificação true creep-feed. Rebolos usados para pseudo creep-feed não necessitam ser altamente porosos como rebolos de true creep-feed, por causa da aplicação do refrigerante e os requerimentos de remoção de cavaco não são tão exigentes. Em alguns casos, rebolos convencionais serão aceitáveis, embora rebolos muito porosos proverão a melhor performance (THREE FACES OF CREEP-FEED GRINDING). 2.2 TRUE CREEP-FEED Caracterizado pelo arco de contato bastante longo, no qual oferece altas taxas de remoção de material com corte total da profundidade em somente um passe. Isso oferece grande potencial para aumento de produtividade e precisão. O processo também proporciona uma estabilidade dimensional maior (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). Por causa da maior área de contato, os rebolos para a retificação true cree-feed devem ser mais macios do que rebolos convencionais. Assim, pode- se dizer também que altas taxas de remoção de material exigem maior 7 refrigeração dentro da interface do rebolo, requerendo uma estrutura tão aberta quanto possível, para o líquido penetrar mais facilmente nos poros entre os abrasivos. A retificação true creep-feed requer máquinasespecialmente projetadas, mas podem propiciar altas taxas de remoção de metal enquanto produz uma peça de melhor qualidade. O processo é especialmente benéfico em aplicações onde tolerâncias apertadas e repetibilidade são importantes (THREE FACES OF CREEP-FEED GRINDING). Figura 3 – Caracterização da retificação true creep-feed. Fonte: Adaptado de Machining volume 16, de ASM Handbook. A Figura (3) exemplifica a diferença da retificação true creep-feed para com as demais, por seu longo arco de contato. 2.3 CONTINOUS-DRESS CREEP-FEED O rebolo é afiado e perfilado enquanto a peça é retificada, ao invés de ser entre ciclos de retificação. Este tipo de retificação proporciona maiores taxas de remoção de metal do que o tipo true creep-feed. Sendo verdade também, que a retificação continous-dress aumenta a estabilidade dimensional. A retificação continous-dress requer máquinas especialmente projetadas. Elas devem conter todos os atributos necessários às máquinas para retificação true creep-feed e além disso conter compensadores de velocidade do eixo do rebolo. Estes são necessários, devem aumentar a velocidade do eixo do rebolo à medida que seu diâmetro diminui durante a operação, o compensador deve assegurar que o rebolo opere em uma velocidade superficial constante. 8 A medida na qual o dispositivo de dressamento avança em direção ao rebolo e à medida que o rebolo avança devem ser perfeitamente sincronizados para compensar o desgaste do rebolo, caso contrário seria impossível retificar a peça. Continuous-dress oferece a mais alta taxa de remoção de material e a melhor continuidade de forma e estabilidade dimensional. Sistema de retificação que cuidadosamente deve ser controlado, para garantir uma operação de sucesso. Compensação do desgaste do rebolo é ilustrado na Figura (4), a diminuição do diâmetro é compensada por ambos, avanços do rebolo e cilindro de dressamento em direção à peça (THREE FACES OF CREEP-FEED GRINDING). Figura 4 – Sistema de compensação, continuous-dress creep-feed. Fonte: Adaptado de Machining volume 16, de ASM Handbook. A Figura (4) mostra o sistema de compensação do diâmetro durante o processo continuous-dress, em (a) posição inicial e (b) mantendo o corte paralelo na peça, como exemplifica a linha tracejada. A Figura (5), mostra as peculiaridades de cada subdivisão do processo de retificação creep-feed, conforme explicado anteriormente. 9 Figura 5 – Subdivisões da retificação creep-feed. Fonte: Adaptado de Machining volume 16, de ASM Handbook. A Figura (5) – (a) exemplifica a retificação pseudo creep-feed, (b) retificação true creep-feed e (c) retificação continuous creep-feed. 10 3 MÁQUINA – CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS Uma das máquinas que trabalha com o processo creep-feed é a máquina conforme a Figura 6. Fabricada e vendida pela Zemo, é uma retífica CNC, que pode trabalhar com diversos tipos de superfície, conforme figuras mostradas a seguir. As alterações que as máquinas que trabalham com o processo creep-feed devem ter em relação as máquinas que trabalham pelo processo normal, são eixos e componentes com uma resistência maior, pois no momento da usinagem sofrem pressões de cortes muito elevada e tudo isso não pode prejudicar o dimensional da peça. Ainda mais quando se trata de retificação que é um processo utilizado para usinagens precisas. Figura 6 – Retificadora GL-600-P. Fonte: Zema. 11 Figura 7 – Posicionador axial e radial. Fonte: Zema. Figura 8 – Componentes adaptados para retificação de laterais de canais. Fonte: Zema. 12 Figura 9 – Retificadora GL-600-P realizando usinagem cilíndrica. Fonte: Zema. Figura 10 – Retificadora Plana CNC Creep-Feed da Magerle. Fonte: Hitekmfg. Como pode se observar nas figuras anteriores, as máquinas que trabalham com o processo creep-feed são máquinas modernas. Conforme pesquisas feitas todas trabalhavam por comando CNC. 13 4 TECNOLOGIA E PARÂMETROS Os parâmetros mais importantes na retificação creep-feed são velocidade periférica do rebolo Vc, avanço da mesa Vft, e profundidade na direção da superfície da peça ae (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). 4.1 INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE PERIFÉRICA DO REBOLO Vc Devido ao longo arco de contato e a profundidade de corte, as forças tendem a serem altas, no qual, geram altas temperaturas na zona de trabalho. Altas forças ocasionam deslocamentos na máquina, assim, à imprecisões dimensionais na peça. Estas forças podem ser reduzidas com passes únicos. E isto é possível com o aumento da velocidade do rebolo, no qual produz cavacos de menor espessura e um menor número de arestas de corte ativa. Além disso, aumentando a velocidade do rebolo geralmente resultam em uma redução no desgaste da ferramenta e uma menor rugosidade superficial da peça (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). 4.2 INFLUÊNCIA DA PROFUNDIDADE ae E AVANÇO DA MESA Vft O tempo de máquina no processo de retificação é crucialmente influenciado pela profundidade ae e o avanço Vft. Um aumento da taxa específica de remoção de material deve-se ao aumento da profundidade, ou ao avanço da mesa, este envolve altas forças na retificação e uma elevada temperatura devido à grande espessura do cavaco. (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). 14 4.3 INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE DRESSAMENTO No caso da retificação creep-feed, condições contínuas são necessárias ao processo. O dressamento contínuo acontece por um afiador separado e um dispositivo na retífica. Este procedimento garante que o rebolo tenha a afiação necessária todo o tempo de contato e tenha o perfil desejado. Um dressamento contínuo do rebolo permite baixas ou constantes, forças de retificação e temperaturas de processo e favorável comportamento de desgaste no processo creep-feed (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). 4.4 INFLUÊNCIA DE RETIFICAÇÃO UP- AND DOWN-CUT As variantes dos processos de retificação up and down podem ser definidas, no caso se o vetor de corte e de movimentação da mesa tiverem a mesma direção no ponto de contato entre o grão abrasivo e o material, o processo é definido como down-grinding. No caso de up-grinding, os vetores de corte e movimentação da mesa são em diferentes direções. Por causa do processo de contato na aresta de corte e consequente formação do cavaco, down-grinding usualmente proporciona menores rugosidades superficiais e além alta qualidade superficial no caso de materiais dúcteis. Devido às melhores qualidades superficiais, baixo desgaste e menores forças de retificação, down-grinding é recomendado e pode ser requerido para mais eficiência na formação do cavaco. No caso de usinagem com pequenas taxas de remoção de material, esta variante do processo tem apenas um pequeno efeito positivo na temperatura na zona de máximo contato. No caso de up-grinding, a temperatura na zona de contato cai rapidamente por conta de melhores condições do lubrificante refrigerante. Tem definitivamente baixas temperaturas na zona de contato durante a usinagem com rotações contrárias com alta profundidade de corte na direção da superfície da peça (ae), altos avanços de mesa e ao mesmo tempo, altas performances de corte, uma vez que a eficiência do lubrificante refrigerantetem efeito significativo (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). 15 4.5 COMPARAÇÃO ENTRE OS PROCESSOS A usinagem de materiais metálicos com retificação creep-feed oferece um número de vantagens em contraste à retificação reciprocating: a) Redução do tempo de retificação em 50% a 80% por meio de uma performance de corte superior; b) Baixo desgaste de aresta levando a uma boa estabilidade do perfil; c) Qualidade superficial superior; d) Menores forças em um único grão; e) Menores temperaturas na zona de contato (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). Figura 11 – Comparação de parâmetros dos processos de retificação. Fonte: Adaptado de Marinescu, Hitchiner, Uhlmann, Rowe e Inasaki (2007). A Figura (11) exemplifica as principais diferenças dos processos por meio dos parâmetros de cada tipo de retificação. Assim como também, a tabela 2, mostrando com mais detalhes as diferenças entre eles. 16 Tabela 2 - Comparação de parâmetros dos processos de retificação. Fonte: Adaptado de Marinescu, Hitchiner, Uhlmann, Rowe e Inasaki (2007). A tabela 2, ajuda na caracterização do processo de retificação creep-feed, bem como a diferença existente com a retificação reciprocating, de forma prática e simples, com detalhes importantes de cada tipo de processo de abrasão. 4.5.1 Aspectos Tecnológicos Superficiais da Retificação Creep-Feed Dentre as vantagens tecnológicas do processo, pode-se citar: a) Maior tempo efetivo de retificação (reciprocating): perda de tempo com o rebolo fora de contato com a peça, enquanto faz a reversão da mesa, podendo exceder o tempo efetivo necessário para retificar a peça, enquanto que o processo creep-feed utiliza-se de uma profundidade de corte maior e apenas um passe, faz com que se ganhe tempo de processo. 17 b) Menor tendência à vibração: o aumento da profundidade de corte associado com a retificação creep-feed produz uma grande interface entre o rebolo e a peça. Este aumento de interface, combinado com menores avanços de mesa, tem uma tendência a estabilizar alguma vibração que possa ocorrer durante o processo de retificação. c) Aumento das características de conservação de forma: o rebolo penetra na peça vagarosamente e apenas uma vez, gerando uma forma completa que compensa a carga sobre toda a face do rebolo. Entrada devagar e única elimina o cisalhamento de partículas abrasivas que ocorre com a repetidos choques do rebolo nos cantos peça na retificação reciprocating. d) Menores danos térmicos: em retificação convencional de superfície, com altas profundidades de corte e aumento da velocidade de rotação do eixo e avanço da mesa, calor é gerado e transferido à peça. Mas na retificação creep-feed, o calor é um moderado constante influxo distribuído sobre uma área muito maior. O resultado é que um grande volume do material da peça é aquecido a temperaturas máxima e média menores. Embora a temperatura máxima possa alcançar um ponto alto suficiente para causar danos térmicos à frente do rebolo, o material afetado será removido durante o processo de retificação (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). 18 5 FERRAMENTAS A seleção do abrasivo é baseada principalmente nas propriedades do material da peça e nas condições secundárias durante o processo de retificação, por exemplo, o uso de lubrificante refrigerante. As maiores forças na retificação creep-feed e temperaturas na zona de trabalho, requerem um tipo correto de ligante correto do rebolo, já que a dureza do rebolo está ligada a capacidade do rebolo em manter os grãos abrasivo juntos ao rebolo. No caso de retificação reciprocating, o rebolo deve absorver a tensão do impacto devido a mudança de rotação síncrona e rotação contrária e às altas forças de retificação em um único grão. No caso da retificação creep-feed, forças de impacto e em um único grão são menores. Assim, altos gradientes térmicos devem ser absorvidos na zona de trabalho. Mais aspectos que influenciam na seleção da ferramenta são o formato do cavaco, no qual é crucialmente afetado pelo material da peça. No caso de retificação reciprocating, são usualmente mais curtos e grossos. Em contraste, os cavacos são relativamente finos e longos no caso da retificação creep-feed. A combinação de abrasivo grão/abrasivo deve ser selecionada de modo que os cavacos possam ser facilmente retirados da zona de trabalho sem atrito adicional na peça e/ou acúmulo excessivo de cavaco. Por isso, tem que ter espaço suficiente disponível para o cavaco. Uma estrutura aberta do rebolo permite significante aumento do transporte de fluido na zona de trabalho por meio do refrigerante nos poros. Isto resulta em um aprimorado transporte de calor, no qual possui uma significância especial no caso da retificação creep-feed (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). A tabela 3, mostra exemplos de rebolos disponíveis para operação creep- feed. Sendo a granulometria em relação ao tamanho de grão, diretamente ligado ao acabamento da usinagem, e quanto maior o número da granulação menor é o grão abrasivo, pois mais fina é peneira utilizada na separação do grão (CESCONETTO, MATCZAK E DICKMANN, 2009). 19 Tabela 3 – Rebolos para retificação creep-feed. Fonte: Norton-abrasivos. A dureza relacionada ao ligante, outrossim, um rebolo de maior dureza significa que o ligante possui alta capacidade de manter os grãos abrasivos juntos ao rebolo, dificultando o desprendimento da estrutura da ferramenta, e as letras do alfabeto iniciando em “A” significa que são “extra macio” e assim sucessivamente até a letra “Z” que são considerados “extra duro” (CESCONETTO, MATCZAK E DICKMANN, 2009). E conforme visto na tabela 3 estes rebolos são considerados “extra macio”, “macio” e “médio” dureza de grão abrasivo. A estrutura é definida como o espaçamento entre os grãos abrasivos e o ligante. Sendo que quanto maior o espaçamento, mais poroso é o rebolo, podem ser classificados como estruturas de espaçamento aberto, médio e fechado, neste caso quanto maior o número mais espaçado é a estrutura do rebolo. E quanto maior o espaçamento mais facilmente o cavaco é eliminado e melhor a condição de refrigeração da ferramenta (ABRASIVOS). Em relação à liga de rebolo, é o material que mantém os grãos abrasivos na forma de rebolo, ou seja, é o ligante utilizado no rebolo, serve para manter os grãos abrasivos unidos em forma de estrutura do rebolo, e quando necessário solta o grão desgastado para formar novas arestas de corte, sendo o ligante o que define a dureza do rebolo (ABRASIVOS). 20 6 APLICAÇÕES As vantagens da retificação creep-feed são curtos tempo de usinagem, menor rugosidade superficial, perfil aprimorado e precisão dimensional. Na produção industrial em grande quantidade, existem dois campos de aplicação de aplicação da retificação creep-feed no qual alta performance de corte e alta qualidade dos componentes são necessários. Retificação creep-feed é usado para usinar sulcos profundos com paredes laterais paralelas e perfis com contornos estreitos e profundos e/ para materiais difíceis de retificar. É aplicado no processo de fabricação de rotores, com aberturas de até 30 mm de profundidade na superfície do componente, como exemplifica a Figura (12), principalmente materiais endurecidos. Um segundo campo de aplicação para a retificação creep-feed é fabricação de pás de turbinas de superligas a base de níquel. Nesse caso,peças com diferentes perfis, quando alto requerimento de precisão geométrico é necessária e também qualidade superficial (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). Figura 12 – Retificação do rotor. Fonte: Norton-abrasivos. Nas Figuras (12) – (a) aplicação de retificação creep-feed em rotores (b) caracterização da movimentação do rebolo-peça na usinagem do perfil do produto. 21 Figura 13 - Exemplo de peça retificada por meio de retificação cree-feed. Fonte: Norton-abrasivos. Nas Figuras (13) – (a) retificação de canais de rotores e (b) Grau de remoção alcançado pela operação. Além disso, as maiores exigências são feitas na ausência de influência de calor nas subcamadas superficiais da peça. Retificação creep-feed satisfaz estas condições de trabalho concedendo altas taxas de remoção e qualidade superficial, dentro das limitações, pode-se citar que o processo corrobora em um rápido crescimento da temperatura na zona de contato (MARINESCU, HILTCHINER, UHLMANN, ROWE e INASAKI, 2007). 22 REFERÊNCIAS ABRASIVOS Disponível em <http://www.madeira.ufpr.br/disciplinasivan/processoscorte_arquivos/Abrasivos. pdf>. Acesso em: 10 set. 2015. ÁRVORE DE ENTRADA Disponível em <http://www.zema.com.br/arvore-de-entrada.html>. Acesso em: 09 set. 2015. CESCONETTO, Alice Casagrande; MATCZAK, Fernando Paupitz e DICKMANN, Thiago. Rebolos. Florianópolis: UFSC, 2009. Machining Volume 16, de ASM Handbook. 9ª ed. ASM International, 1999. MARINESCU, Ioan D.; HILTCHINER, Mike; UHLMANN, Eckart; ROWE, W. Brian e INASAKI, Ichiro. Handbook of Machining with Grinding Wheels. Florida: CRC Press, 2007. NORTON-ABRASIVOS Disponível em <http://www.norton- abrasivos.com.br/uploadedFiles/SGnortonabrasivosbr/Documents/ITN048%20- %20Creep-Feed.pdf>. Acesso em: 10 set. 2015. PRECISION CNC GRINDING SERVICES Disponível em <http://www.hitekmfg.com/precision-cnc-grinding-services-land- based-industrial-gas-turbines.html>. Acesso em: 09 set. 2015. THREE FACES OF CREEP-FEED GRINDING Disponível em <http://www.abrasive- form.com/documents/Three%20Faces%20of%20Creep- Feed%20Grinding.pdf>. Acesso em: 06 set. 2015.
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