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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA USINAGEM DOS MATERIAIS REBOLOS Alice Casagrande Cesconetto Fernando Paupitz Matczak Thiago Dickmann Florianópolis, 2009 2 Alice Casagrande Cesconetto Fernando Paupitz Matczak Thiago Dickmann REBOLOS Relatório do seminário referente à disciplina de Usinagem dos Materiais, do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina, orientado pelo professor Lourival Boehs, com objetivo de ampliar os conhecimentos dos alunos com relação à ferramenta de usinagem rebolo. Florianópolis, 2009 3 RESUMO Este trabalho é a parte textual que engloba a apresentação de um seminário em sala de aula, sobre rebolos, que são ferramentas de corte de geometria não definida, para a disciplina de Usinagem dos Materiais, da Universidade Federal de Santa Catarina. Em princípio objetiva-se o esclarecimento sobre a história e a evolução dos rebolos e seus materiais constituintes, evidenciando que desde o homem pré-histórico já se usa o princípio da abrasão, mas que somente após a revolução industrial houve um desenvolvimento significativo no estudo e produção da ferramenta de corte em questão. Com isso definido, pode-se demonstrar e definir as operações que requerem o uso dos rebolos, dentro da retificação: desbaste grosseiro, acabamento e afiação. Posteriormente enumeram-se e explicam-se os diferentes tipos de rebolos, levando em consideração suas características principais, seus abrasivos e ligantes, suas condições de uso e de trabalho, seus defeitos e maneiras de fabricação. Por fim define-se como agir sabiamente na escolha de um rebolo. Pode-se inferir, com esses estudos, a real necessidade de se conhecer os rebolos e seus usos, sendo que a ausência desses aprendizados pode acarretar uma lacuna nos conhecimentos sobre usinagem. Palavras chave: Rebolos. Revolução industrial. Ferramentas de corte com geometria não definida. Abrasão. Ligantes. Abrasivos. Retificação. Usinagem. 4 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................... 6 2 HISTÓRICO ............................................................................................... 8 2.1 Pré-história ............................................................................................. 8 2.2 Evolução do rebolo e primeiros materiais .......................................... 10 3 RETIFICAÇÃO – OPERAÇÕES QUE USAM REBOLOS ..................... 13 3.1 Desbaste ............................................................................................... 16 3.2 Acabamento .............................................................................................. 16 3.3 Afiação ...................................................................................................... 17 4 CONSTITUIÇÃO DO REBOLO ................................................................. 18 4.1 Abrasivo .................................................................................................... 19 4.2 Ligante ...................................................................................................... 19 4.3 Poros ......................................................................................................... 20 5 CARACTERÍSTICAS DO REBOLO .......................................................... 21 5.1 Tipos de Abrasivos ................................................................................. 21 5.1.1 Naturais .................................................................................................... 21 5.1.2 Sintéticos ................................................................................................. 24 5.2 Granulometria .......................................................................................... 27 5.3 Ligante ...................................................................................................... 28 5.3.1 Inorgânicos .............................................................................................. 29 5.3.2 Orgânicos ................................................................................................. 30 5.4 Dureza do rebolo ..................................................................................... 32 5.5 Estrutura – Espaçamento entre os grãos .............................................. 33 5.5.1 Fechada ..................................................................................................... 34 5.5.2 Aberta ........................................................................................................ 34 6 FORMA DOS REBOLOS E PERFIL DOS BORDOS ................................ 36 6.1 Rebolos perfilados – retificação de roscas ........................................... 39 7 ESPECIFICAÇÃO DOS REBOLOS – NORMALIZAÇÃO ........................ 40 8 REFRIGERAÇÃO NO USO DE REBOLOS............................................... 42 9 DEFEITOS NO USO DE REBOLOS ......................................................... 46 10 CUIDADOS NA UTILIZAÇÃO E MONTAGEM DOS REBOLOS ............. 49 5 11 RETIFICAÇÃO DOS REBOLOS ............................................................... 52 11.1 Perfilamento (Truening) .......................................................................... 55 11.2 Dressamento (Dressing) .......................................................................... 57 12 FABRICAÇÃO DE REBOLOS ............................................................... 59 12.1 Com óxidos de alumínio ou carboneto de silício ................................. 59 12.2 Com diamante ou nitreto cúbico de boro .......................................... 61 13 SELEÇÃO DE REBOLOS ......................................................................... 64 14 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................... 69 6 1 INTRODUÇÃO Este trabalho visa abordar todos os principais aspectos do rebolo: ferramenta de corte de geometria não definida. Sua utilização e importância abrangem diversas áreas de processos de fabricação que são evidenciadas neste trabalho. Os rebolos são ferramentas conhecidas há muitos anos. Já na pré-história o homem esfregava seus utensílios em pedras, a fim de provocar abrasão e afiar ou dar forma aos seus objetos. Inevitavelmente, o primeiro rebolo também foi feito de rocha, e usado por muitos anos até os nossos dias. Em muitas propriedades rurais encontramos a pedra de amolar, utilizada para a afiação das ferramentas do campo. Com os anos, o rebolo manteve seu formato cilíndrico e foi alterando apenas sua constituição, com a utilização de diferentes materiais. Atualmente o rebolo é, de modo geral, utilizado em operações de retificação. Neste trabalho optou-se por subdividir esse processo em outros três: desbaste grosso, acabamento e afiação. Assim pode-se ter uma visão mais ampla de todas as aplicações dessa ferramenta. Os rebolos possuem três constituintes principais: o abrasivo, o ligante e os poros. Ao se misturar uniformemente um ligante com algum tipo de abrasivo, e dar a forma adequada, temos um rebolo, que é classificado de acordo com parâmetros resultantes desse processo. Os parâmetros importantes para se avaliar um rebolo são o tipo de abrasivo (natural ou sintético), o ligante (influencia em diversaspropriedades do rebolo e pode ser orgânico ou inorgânico), a granulometria (diz respeito ao tamanho dos grãos usados), a dureza (referente ao desgaste da ferramenta), e a estrutura (indica a porosidade do rebolo). Cada variação desses parâmetros se adéqua melhor ou pior a uma aplicação. Depois de avaliada a constituição do rebolo, também é importante saber suas formas básicas, e assim entender a amplitude de sua aplicação. Normas técnicas definem a forma, dimensão e bordos que os rebolos têm. Com a informação dos parâmetros, forma e bordos do rebolo, pode-se especificar totalmente o rebolo e padronizar sua comercialização. Todas essas 7 informações de abrasivo, ligante, estrutura, etc., devem vir especificadas sobre a ferramenta. Tal quais outras ferramentas, o rebolo também sofre desgaste e perde sua forma ideal. Algumas precauções podem e devem ser tomados para se garantir o bom uso do rebolo. A refrigeração e uso de fluidos de corte também se aplica para essa ferramenta. Além disso, também temos a retificação dos rebolos, que visa recuperar o rebolo. Dois processos de recuperação são abordados: dressamento, para renovar a superfície, e perfilamento para afiação do rebolo. 8 2 HISTÓRICO 2.1 Pré-história O homem pré-histórico já conhecia a forma de afiar sua ferramenta, sua arma, trabalhando-a primeiro e esfregando-a com uma pedra depois, para obter um melhor acabamento. Podemos considerar os machados pré-históricos do período Paleolítico (pedra lascada) e do Neolítico (pedra polida) como dois exemplos disto. Figura 1: HOMO habilis – Idade da pedra lascada. 1 ilustração. Fonte: disponível em: <http://historia-interactiva.blogspot.com/2008/10/homo- habilis.html>. Acesso em: 1 jun. 2009. Para trabalhar suas ferramentas, os homens pré-históricos usavam sempre o mesmo lugar e acabaram criando, o que hoje chamamos de oficinas líticas. Esses eram lugares onde as populações pré-históricas preparavam e aperfeiçoavam suas ferramentas e instrumentos de caça, de pesca e de coleta. As oficinas líticas são formações de depressões na rocha, sejam sulcos, frisos, pratos ou bacias que serviam para amolar, afiar e polir as ferramentas de pedra. Elas são encontradas com muita frequência no litoral, pois os povos já conheciam o poder abrasivo da combinação de areia e água. 9 Figura 2: OFICINAS Líticas da Praia dos Ingleses. 1 fotografia, color. Fonte: disponível em: <www.flickr.com/photos/patsetubal/2568638905/>. Acesso em: 1 abr. 2009 O fenômeno predominante nesses processos rudimentares de usinagem é a abrasão. “Abrasão é definida como a operação de arrancar partículas de um material por esfregamento contra outro material que será quase sempre mais duro do que o primeiro. Esta ação de esfregar uma peça contra outra para modificar a sua forma geométrica, ou afiá-la, pertence ao instinto do homem primitivo. O conhecimento adquirido permitiu ao homem aprimorar constantemente a forma de usar meios Abrasivos. Há 4.000 anos a.C. já era usado pelos egípcios um processo para corte de grandes blocos de pedra, de forma similar ao usado hoje nas marmorarias para o corte de grandes blocos de granito com fios de aço e pó de diamante. Figura 3: FERRAMENTAS de pedra lascada. 1 figura. vitor zimmer straub 10 Fonte: disponível em: <http://www.brasilescola.com/geografia/desvendando- arqueologia-vi.htm>. Acesso em: 1 br. A areia, a pedra de sílex em tempos pré-históricos, o esmeril usado principalmente na ilha de Naxos no mar Egeu e na Austrália e mais tarde o garnet são os abrasivos historicamente mais representativos. O diamante já era usado na Índia como pó polidor em 800 a.C. Em 2.000 anos a.C. no Egito já era trabalhado o bronze com uma máquina rudimentar similar a um torno. Provavelmente esta foi a primeira retífica. 2.2 Evolução do rebolo e primeiros materiais Os abrasivos sempre estiveram ligados ao desenvolvimento industrial, porém, foi só nos últimos 80 anos que eles apresentaram o máximo crescimento. De acordo com Nussbaum (1988), os fatos mais importantes ocorridos desde o século XIV seriam: 1500 - Máquina de afiar (ou amolar) usando um rebolo de pedra talhada a mão (Leonardo da Vinci); 1825 - Primeiros rebolos de esmeril e pó de diamante, ligados provavelmente com laca (Índia); 1837 - Gaudin (Francês) obteve os primeiros cristais de Alumina; 1850 - Primeiros rebolos com liga mineral, oxicloreto de Mg (Magnesita); 1857 - Primeiros rebolos ligados com borracha; 1860 - Primeira máquina retificadora cilíndrica (Brown-Sharp); 1864 - Primeiros rebolos com liga cerâmica (Inglaterra); 11 Figura 4: ALMEIDA JUNIOR, J. F. Amolação interrompida. 1985. 1 pintura. 1877 - Frémy e Fiel obtiveram grãos de alumina,* úteis para serem usados como abrasivos; 1891 - Moissan (Francês) e o Dr. Acheson (norte-americano) obtiveram, ao mesmo tempo, durante pesquisas para obter diamante artificial, o SiC - Carbeto de Silício; 1893 - Primeiros rebolos com Carbeto de Silício. Figura 5: CARBETO de Silício em pó. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.poligemas.com.br>. Acesso em: 1 abr. 2009. 12 A partir da Revolução Industrial, na Segunda metade do século passado, os progressos foram muito rápidos. Especialmente nos últimos 60 anos, devido aos grandes esforços industriais das Guerras Mundiais, que forçaram as pesquisas, tanto na Europa como nos EUA e Japão. A necessidade de fabricar peças de reposição motivou o aparecimento das tolerâncias dimensionais e criou condições ótimas para o desenvolvimento técnico da indústria dos abrasivos. O crescimento da indústria de automóvel foi um dos grandes propulsores deste desenvolvimento. Em 1927 apareceram os primeiros rebolos fabricados com resinas sintéticas como ligante. Novos abrasivos surgiram nos anos seguintes. O Óxido de Alumínio branco, o rosa, o rubino e o modificado com Óxido de Vanádio, todos eles para trabalhos em aços especiais e em determinadas operações. Em 1934 apareceu o carbureto de boro que apresentou alguns problemas no seu uso para fabricação de rebolos, embora fosse um produto sintético de altíssima dureza. Em 1957 apareceu no mercado o diamante sintético, produzido pela General Electric Co.(EUA) através de um processo que envolve altíssima pressão e temperatura, da mesma forma que a natureza o faz. Em 1983, o diamante já havia conquistado mais de 30% do mercado industrial Norte-Americano em termos de valor financeiro. E isso que na época o custo comparativo do diamante com o Óxido de Alumínio e Carbureto de Silício era em torno de umas 2500 vezes mais caro. Por outro lado, os novos abrasivos apresentam algumas limitações técnicas. Por exemplo, nas lixas, cujo campo de aplicação principal é na área da madeira e aí não há necessidade de grãos abrasivos superiores. E, além disso, a afinidade química do diamante pelas ligas ferrosas de cobalto e níquel, no ponto quente de contato rebolo/peça, é uma limitação para mantê-lo fora do grande mercado onde imperam o Corindon e o Carbureto de Silício. 13 3 RETIFICAÇÃO – OPERAÇÕES QUE USAM REBOLO O princípio de funcionamento do rebolo está no desgaste ocasionado pela penetração superficial de grãos abrasivos, que remove as partículas do material. Figura 6: EFEITO abrasivo do rebolo arrancando cavacos. 1 fotografia, color. Fonte: disponível em: <http://sharpcosweepershoes.com/Grinding%202.JPG >. Acesso em 1 abr. 2009. Os grãos funcionam como micro-ferramentas que induzem o mesmo mecanismo de formação de cavacoque as ferramentas de geometria definida apresentam. Desta forma, os grãos abrasivos também perdem a sua capacidade de corte, exigindo maior pressão na área de contato entre a peça e o rebolo, para quebrar ou arrancar os grãos gastos, criando continuamente, novas arestas de corte. Esta característica faz do rebolo a única ferramenta de corte com auto- afiação. 14 Figura 7: Tipos de retificação. Fonte: AGOSTINHO, O. L. et al. Processos de fabricação e planejamento de processos. 2004. 98 p., il. Trabalho da disciplina de Introdução à Engenharia de Fabricação. Disponível em: <www.ebah.com.br/apostila-pdf-pdf-a873.html>. Acesso em: 1 abr. 2009 15 Figura 7 (continuação): Tipos de retificação. Fonte: AGOSTINHO, O. L. et al. Processos de fabricação e planejamento de processos. 2004. 98 p., il. Trabalho da disciplina de Introdução à Engenharia de Fabricação. Disponível em: <www.ebah.com.br/apostila-pdf-pdf-a873.html>. Acesso em: 1 abr. 2009 De modo geral, as operações que utilizam rebolos são denomiadas retificações. Dentro da retificação podemos ainda classificar em: 16 3.1 Desbaste Nessa operação efetua-se a remoção simples de material, sem a exigência de precisão, como por exemplo, o rebarbamento de peças fundidas, forjadas ou estampadas. A granulação do rebolo utilizado aqui é geralmente grosseira, pois não se está preocupado com o acabamento do processo. Figura 8: REBARBAÇÃO de peça forjada. Fundição Bom Sucesso. 2007. 1 fotografia, color. Fonte: Disponível em: <http://www.metalsul.ind.br> Acesso em 1 abr. 2009. 3.2 Acabamento Operação com finalidade de se obter superfícies lisas e precisas. A preocupação aqui é com o acabamento das peças, por isso uma granulação mais fina pode ser usada. Esse acabamento se aplica não só à rugosidade da superfície, como também a melhoria de dimensões e geometrias. 17 Figura 9: ACABAMENTO feito com rebolo. Fonte: Retificação cilíndrica. 5 p., il. Aula da USP. Disponível em: <www.bibvirt.futuro.usp.br >. Acesso em 26 mai. 2009. 3.3 Afiação Regeneração ou criação do fio de corte de outra ferramenta, através do aprimoramento dos ângulos característicos de saída. Nessa operação se quer criar uma geometria com ângulos e dimensões muito precisos e importantes, que vão caracterizar o gume de uma ferramenta. Além disso, uma vez que as ferramentas já são feitas de materiais que precisam suportar o desgaste, é preciso uma ferramenta superior para efetuar essa usinagem. 18 Figura 10: STOETERAU, R. L. et al. Processos de usinagem de roscas. 52 p., il. Disponível em: <http://www.hlam.com.br/Usinagem%20de%20Roscas.pdf>. Acesso em: 26 mai. 2009 4 CONSTITUIÇÃO DO REBOLO O rebolo se caracteriza por ser um aglomerado. Ou seja, ele é formado por grãos abrasivos dispersos em uma matriz de ligante. Independente de o rebolo ser de origem natural (rochas) ou artificial, essa é sua constituição básica. Isso porque em um rebolo não é todo o material da ferramenta que irá causar a remoção de material, mas apenas os grãos que possuem gumes afiados. “Dessa forma, são ferramentas consideradas policortantes [...]” (ROSSI, 1970), cujas lâminas, numerosas e unidas, são constituidas por uma porção de grãos abrasivos que removem pequenas quantidades de material. Figura 11: Constituição do Rebolo. Fonte: STOETERAU, R. L. et al. Usinagem com ferramentas de geometria de corte não definida - Retificação. 53 p., il. Disponível em: 19 <http://www.lmp.ufsc.br/disciplinas/emc5240/Aula-22-U-2007-1-retificacao.pdf>. Acesso em: 1. abr. 2009 4.1 Abrasivo Essa é a parte ativa da ferramenta, pois é ela quem de fato retira material da peça. É constituído por uma porção de grãos que apresentam certa dureza, e que irão impactar com a peça para que o material seja arrancado. É importante que o abrasivo tenha elevada dureza, estabilidade térmica e estabilidade química. Os grãos abrasivos têm que apresentar “tenacidade” para suportar os choques mecânicos da operação de corte interrompido sem se fraturar prematuramente, mas devem por outro lado,apresentar “friabilidade”, isto é, à medida que o desgaste arredonda as arestas cortantes (o grão fica cego), aumentam os esforços e o grão se fratura apresentando novas arestas.(Catálogo de produtos Winter – set/2006) 4.2 Ligante O ligante é a parte passiva do rebolo, ele detém a função de unir e sustentar o abrasivo na ferramenta. Com isso possibilita que os grãos abrasivos reajam à pressão necessária à retirada de material. Mas, acima de tudo, o mais importante é que o ligante consiga se livrar dos grãos desgastados (lisos), para que os grãos novos das camadas inferiores sejam expostos. É essencialmente essa propriedade que torna o ligante fundamental no rebolo e por isso que influencia diretamente no rendimento da ferramenta. Trataremos mais desse aspecto ao abordarmos a dureza dos rebolos e defeitos no uso de rebolos. Mesmo se tratando de “rebolos” naturais, como as rochas, também encontramos uma matriz que aloja os grãos abrasivos. Assim como nos ligantes, essa matriz possui dureza menor para que possa ser desgastada antes do abrasivo. vitor zimmer straub 20 4.3 Poros Os poros constituem os vazios dentro do rebolo, formados entre os grãos abrasivos e o ligante. A formação de poros é inevitável, porém não é indesejável. Os poros são importantes em muitos fatores, seja para refrigeração, ou para retirada de cavaco. Portanto, é interessante controlar o tamanho dos poros, e assim controlar mais uma variável dentro do processo de usinagem com rebolos. Uma alta porosidade é muito importante para que o líquido refrigerante possa penetrar na zona de retificação da ferramenta, e também para que o cavaco possa ser transportado para fora da zona de maior atrito. Falaremos em mais detalhe sobre a porosidade no item 5.5 que trata de Estrutura. Figura 12: MICROSCOPIA – Ligante, poros e abrasivo. 1 fotografia. Disponível em: <www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/Articulo.asp?A=19447>. Acesso em: 1 abr. 2009. vitor zimmer straub 21 5 CARACTERÍSTICAS DO REBOLO Os rebolos apresentam características importantes que devem ser consideradas. É através da combinação dessas características que se obtém o melhor rendimento da ferramenta em sua aplicação. A seguir temos esses cinco parâmetros, de acordo com Stemmer (2005) e seu detalhamento. 5.1 Tipos de Abrasivos Os abrasivos podem ser divididos em dois grandes grupos, que são os naturais e os sintéticos. Deve-se destacar que os abrasivos naturais são menos usados, devido a sua baixa resistência comparada com os abrasivos sintéticos. També devido ao grande desenvolvimento de novos materiais sintéticos e conseqüente barateamento desses materiais, o que tem proporcionado rebolos mais eficientes. Segundo Stemmer (2005) os abrasivos que temos são: 5.1.1. Naturais Esse grupo compreende todos os materiais que se encontram na natureza e não precisam passar por nenhum tratamento químico ou térmico, ou seja, serem transformados para poderem ser usados. São eles: a) Pedra de arenito ou silex (quartzo – SiO2) – Possui baixa dureza, apresentando desgaste por fraturas frágeis, porém após a quebra os grãos não apresentam 22 arestas vivas boas. É a famosa “pedra de amolar”, encontrada em zonas rurais e usada para afiação dos utensílios do homem do campo. Figura 13: “Pedra de amolar”. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.flickr.com/photos/kafu/215473070/>.Acesso em: 1 abr. 2009. b) Esmeril natural – É um material quase que exclusivo da região do Cabo Esmeril, da ilha grega de Naxos. Esse abrasivo se forma de um raro derramamento vulcânico composto de até 70% de óxido de alumínio cristalino em matriz de magnetita. Também possui pouca eficiência em formar gumes afiados na quebra do grão. c) Coríndon natural – Diferente do esmeril natural, esse material possui um teor maior de óxido de alumínio, variando de 80 a 95%. O alto teor de Al2O3 lhe garante uma dureza elevada se comparado com os outros materiais naturais. Similar aos demais, não forma arestas vivas no desgaste. Porém encontra aplicação no polimento de vidros ópticos. 23 Figura 14: ZIMBRES, E. Coríndon natural. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.dicionario.pro.br />. Acesso em: 1 abr. 2009. d) Pedra pome – Uma rocha extremamente porosa por natureza. É de baixíssima resistência mecânica, porém já é usada há muitos anos no acabamento de materiais também moles tais como madeira ou osso. Figura 15: TEXTURA da pedra pome ampliada. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.garinbrasil.com.br/pedra_pome.html>. Acesso em: 1 abr. 2009. e) Granadas – Um material de boa dureza, e que possui a vantagem de romper em forma de concha (conchoidal). Isso garante a formação de muitos gumes afiados. Porém, ainda assim não suficientemente eficientes para utilização em metais, por isso se aplicam largamente em lixas de madeiras duras e/ou nobres. 24 Figura 16: Pedra de Granada. 1 fotografia, color. Disponível em: <http://www.girafamania.com.br/tudo/pedra-granada.htm>. Acesso em: 1 abr. 2009. f) Diamante – É a exceção dos materiais naturais. Possui notória dureza elevada, o que lhe permite usinar metal-duro, quartzo, mármore, granito, cerâmica, etc. Porém, não são pedras de diamante propriamente que se usa no rebolo. Uma vez que grande parte dos diamantes extraídos em minas possui algum tipo de defeito, esses são moídos e então aplicados em ferramentas de polimento, lapidação ou retificação. É um abrasivo especialmente utilizado para retificação de ferramentas de metal duro. 25 Figura 17: Morfologia do diamante em pó. Revista Matéria. v. 10, n. 3, pp. 419 – 428, 2005. 1 fotografia. Disponível em: <http://www.materia.coppe.ufrj.br/>. Acesso em: 01 abr. 2009. 5.1.2. Sintéticos A necessidade de se atingir tolerâncias muito maiores, levou a criação de abrasivos sintéticos, os quais apresentam propriedades melhoradas. Além disso, novas pesquisas e estudos podem e são feitos a fim de melhorar ainda mais esses materiais. Por isso, uma infinidade de abrasivos sintéticos está à disposição para a fabricação de rebolos. Os mais importantes desses abrasivos são: a) Coríndon – formado por óxido de alumínio cristalino. É classificado em regular, médio e extra, de acordo com seu teor de impurezas (óxidos de titânio, silício e ferro). Além disso, também oferece variações referentes a elementos de ligas e composições de coríndon. Quatro principais processos de fabricação se aplicam a esse material: fundição, cristalização, sinterização e pulverização de massa fundida que forma esferas ocas ao resfriarem em suspensão no ar. b) Carboneto de silício – é um material sintético, formado pela fusão em fornos elétricos de areia de sílica (SiO2) com coque (carbono). Possui elevada dureza, que não depende da orientação dos cristais (como o diamante). Além disso, é muito estável quimicamente. Suas demais propriedades dependem do tipo e teor de impurezas, e a partir disso são classificados em de cor verde ou de cor preta. Os de cor preta se distinguem por apresentar maior tenacidade. 26 Figura 18: REBOLOS em Carboneto de Silício. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.jlemosesteves.pt/>. Acesso em: 1 abr. 2009. c) Nitreto cúbico de boro – É o material sintético que mais se aproxima da dureza do diamante, com a vantagem dessa propriedade não depender da orientação dos cristais. Sua estrutura cristalina cúbica é estável até a temperatura de 2000°C, a temperatura ambiente. Encontra aplicação na usinagem de materiais de boa dureza, tais como aços rápidos e aços liga. Figura 19: NITRETO Cúbico de Boro. 1 fotografia. Disponível em: <www.abrasivesnet.com>. Acesso em: 1 abr. 2009. 27 d) Diamante sintético – Possui dureza superior ao diamante natural, o que o torna o mais duro de todos os abrasivos, porém essa propriedade depende da orientação do cristal. Além disso, possui elevada condutibilidade térmica e, por isso, requer cuidados na hora da escolha do ligante. Ligantes de baixo ponto de fusão, como resinóides, podem fundir e destruir o rebolo. Em ar atmosférico e à temperatura de 900°C, o diamante sofre a grafitização, o que di minui sua resistência. Esse abrasivo é utilizado na retificação de metal duro, quartzo, cristais, gemas, pedras preciosas, mármore, granito e cerâmicos. E ainda, estudos recentes, utilizando configurações alternativas de diamantes, obtiveram grandes resultados na usinagem de materiais dúcteis não ferrosos, tais como o alumínio. Figura 20: DIAMANTE sintético – Grãos. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.dsn2006.org/catalog/materials_handling/1/>. Acesso em 1 abr. 2009. 5.2 Granulometria A granulometria diz respeito ao tamanho de grão, ou seja, especifica parâmetros que podem ser medidos e comparados entre os diferentes tipos de grão. De acordo com Nussbaum (1988), é importante se ter controle da granulometria de um rebolo para que a uniformidade dos grãos seja garantida, e conseqüentemente a usinagem também apresente resultados uniformes. O tamanho de grão está diretamente ligado ao acabamento da usinagem. Um primeiro método para se especificar a granulometria de um rebolo é a utilização de peneiras. Os furos da peneira irão limitar os tamanhos do grão, e dessa 28 forma nenhum grão além do tamanho que se quer estará presente no rebolo. “A classificação mais usual é a da norma norte-americana ANSI Standart B 7.12-1977” (STEMMER, 2005, p. 270). Essa norma especifica o tamanho de grão através do número de fios que uma área padrão de uma polegada quadrada da peneira contém. O produto, ou quadrado, do número de fios é chamado de mesh (malha). Então, por exemplo, uma peneira que possua 10 x 10 fios, possui um malha de 100. Nessa medida, quanto maior o número de mesh, menor é o tamanho de grão. Abaixo temos uma classificação da granulometria em mesh, de acordo com Stemmer (2005). Finíssimo 400 500 600 800 1000 1200 Muito fino 150 180 220 280 320 Fino 70 80 90 100 120 Médio 30 36 46 54 60 Grosso 14 16 20 24 Muito grosso 6 8 10 12 Fonte: STEMMER, C.E. Ferramentas de corte II. Florianópolis: Editora da UFSC. 2008. 314 p., il. Na figura abaixo temos um exemplo das malhas usadas. Observa-se também uma classificação, indicando apenas os números de fios. Portanto, se a malha possui 20x20 fios, os grãos que passam nessa malha são chamados de grãos nº 20. Figura 21: Granulometria. Fonte: STOETERAU, R. L. et al. Usinagem com ferramentas de geometria de corte não definida - Retificação. 53 p., il. Disponível em: 29 <http://www.lmp.ufsc.br/disciplinas/emc5240/Aula-22-U-2007-1-retificacao.pdf>. Acesso em: 1. abr. 2009 Porém, algumas utilizações requerem grãos tão pequenos, que estes já se tornam pós impalpáveis, e não mais podem ser medidos através desse sistema de peneiras. Para esses grãos, cita Stemmer (2005), criou-se uma medição baseada no tempo de decantação em solução aquosa. A solução aquosa de grãos é descansada por um número “n”de minutos, e então uma parcela superior da solução é retirada. Através da evaporação, extrai-se o pó dessa parcela, e esse pó é chamado de pó de “n” minutos. Essa medida encontra uma relação de aproximadamente 0,05 min/mesh, ou seja, 1 minuto corresponde a um grão de mesh 200. 5.3 Ligantes Os ligantes são divididos em dois grandes grupos, de acordo com sua constituição química. Eles podem ser orgânicos e inorgânicos. Ainda, uma caracterização encontrada em bibliografia mais antiga refere-se aos ligantes inorgânicos como ligantes elásticos. Os diferentes ligantes recebem um símbolo que os identifica e que é usado na especificação do rebolo. Em seguida encontramos essa simbologia, com seus respectivos ligantes. 5.3.1. Inorgânicos (V) Cerâmico ou vitrificado: É formado por uma mistura de argila, caolim, quartzo, feldspato e outros fundentes (que diminuem a temperatura de queima do ligante). As proporções utilizadas de cada um dependem das propriedades que se quer obter do ligante. A utilização de fundentes é mais recente, e visa economizar tempo e combustível. O nome vitrificado se deve ao fato de todos os seus vitor zimmer straub 30 componentes se vitrificarem durante o processo de queima, por esse motivo também pode ser chamado de cerâmica sinterizada. Esses ligantes representam 75% da utilização dos rebolos. De modo geral são frágeis, com alto módulo de elasticidade e resistentes à temperatura, porém quebradiços e sensíveis a choques térmicos. Além disso, a queima requer altas temperaturas, entre 1000 a 1350°C. (S) Silicioso: É formado por silicato de sódio, obtido na fusão de soda cáustica com grãos de quartzo, e ainda um pouco de argila. A solidificação dessa solução ocorre a 200°C e sua queima a temperaturas muito me nores que os ligantes cerâmicos. Por essas características, é um ligante fácil de trabalhar e de moldar. Permitem, ainda, a fabricação de ferramentas de grandes dimensões. Os problemas da utilização dessa ligante são: estrutura muito fechada, falta de elasticidade e baixa dureza. Além disso, também são muito suscetíveis à temperatura e à presença de água, devido à soda cáustica da composição. (O) Magnesita: É formado por oxicloreto de magnésio, que se forma da reação de óxidos com cloreto de magnésio. A solidificação do material ocorre em temperatura ambiente, embora de forma demorada. Porém, essa é uma reação química muito instável e difícil de controlar, por isso gera freqüentes trincas e fissuras que fragilizam e até inutilizam a ferramenta. É um ligante sensível à umidade, e por isso dispensa o uso de lubrificantes. Porém, isso pode limitar sua aplicação, e por isso só encontra utilização em retificações suaves como cutelaria e afiação de antigas navalhas e lâminas de barbear. (M) Metálico: é formado por diversos tipos de material, porém possui uma fabricação mais complexo e abrangente. Ao invés de simplesmente se misturar materiais e queimar em fornos, ligantes metálicos podem ser sinterizados, depositados galvanicamente sobre um suporte, ou infiltrados numa matriz porosa de abrasivo. É comumente usado na retificação de cerâmicas, com rebolos contendo abrasivos de dureza elevada como nitreto cúbico de boro (CBN), diamante ou diamante sinterizado. 31 Figura 22: REBOLO eletrolítico - depositação galvânica. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.nikkon.com.br/reboloseltroliticos.htm>. Acesso em 1 abr. 2009. 5.3.2 Orgânicos (E) Goma-laca: é formado de resíduos de couro. São de fabricação muito simples, se comparado aos outros ligantes que precisam ser misturados e queimados. Usados geralmente em lixas, são suscetíveis a temperatura. Além disso, também são usados para preparação de amostras metalográficas, pois não produzem descoloração na usinagem e isso permite boa visualização da estrutura do metal. 32 Figura 23: GOMA-LACA. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.templodaarte.com/loja/>. Acesso em 1 abr. 2009. (R) Borracha: é formado por borracha (ou látex). É amplamente usado em usinagens em alta velocidade, pois sua característica elástica garante ação suave do rebolo sobre a peça. A rebarbação de peças fundidas é um exemplo de sua aplicação. Figura 24: BORRACHA sendo extraída. 1 fotografia, color. Disponível em: <portuguese.alibaba.com/product-tp/latex-rubber-103676617.html>. Acesso em 1 abr. 2009. (B) Resinóide: é formado por vários tipos de resinas sintéticas, que podem ou não apresentar material de enchimento. É o segundo ligante mais usado e com abrangência crescente. As resinas mais comuns são as fenólicas, pois são do tipo 33 termofixas. Isso garante que o material não irá se deformar sobre a ação da temperatura Porém, limite a temperatura na usinagem já que o material não resiste a grandes temperaturas, como os ligantes cerâmicos ou metálicos. É um ligante recomendado para trabalhos de alta pressão com velocidades de até 80 m/s. Figura 25: RESINA pré-processada. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.scientech.com.br/produtos/resinas.html>. Acesso em 1 abr. 2009. 5.4 Dureza do rebolo A dureza do rebolo é o parâmetro que determina a capacidade do ligante em reter as partículas abrasivas do rebolo. Também, pode ser interpretada como a tenacidade do ligante. O que se espera de um rebolo é que ele mantenha os grãos ativos até que estes se desgastem, arredondem e percam a eficácia. Então, o rebolo deve ser capaz de soltar esses grãos e expor novos grãos ativos. Dessa forma o rebolo está continuamente se reafiando. Porém, deve se cuidar para que não ocorra o desgaste excessivo da ferramenta e conseqüente ineficiência do processo, pois um rebolo que se desgasta muito fácil pode não estar retirando material suficientemente. A dureza do rebolo não é quantitativamente mensurada. Ela apenas é comparada entre os diversos rebolos e classificada numa ordem apropriada. Uma dureza grande significa que o rebolo apresenta maior resistência ao desgaste e 34 arranque de seus grãos. Essa classificação utiliza as letras maiúsculas do nosso alfabeto, como vemos na tabela abaixo. Extra macio A, B, C, D, G Macio H, I, J, K Médio L, M, N, O Duro P, Q, R, S Extra duro T, U, W, Z Fonte: STEMMER, C.E. Ferramentas de corte II. Florianópolis: Editora da UFSC. 2008. 314 p., il. 5.5 Estrutura – Espaçamento entre os grãos A estrutura aqui é definida como o espaçamento entre os grãos abrasivos e o ligante. Ela nos indica quanto espaço vazio há dentro do rebolo. É classificada em aberta (mais porosidade) ou fechada (menos porosidade). Figura 29: Efeitos da porosidade do rebolo. Fonte: STOETERAU, R. L. et al. Usinagem com ferramentas de geometria de corte não definida - Retificação. 53 p., il. Disponível em: <http://www.lmp.ufsc.br >. Acesso em: 1. abr. 2009 35 5.5.1. Estrutura fechada Uma estrutura fechada possui os grãos abrasivos mais perto um dos outros, o que significa mais contato com a peça. Porém, uma vez que se têm mais arestas cortantes em contato com a peça, também se produz mais calor durante a usinagem, e conseqüente maior desgaste. De acordo com Stemmer (2005), o uso de rebolos com estrutura fechada é indicado para acabamentos finos, pois é necessário se ter uma boa densidade de arestas cortantes e assim garantir a uniformidade do processo. A estrutura fechada também é usada na retificação de roscas. 5.5.2. Estrutura aberta Uma estrutura aberta representa grande espaçamento entre os grãos abrasivos. Esses espaços são importantes para alojar o cavaco, e com isso uma maior quantidade de material pode ser retirada.Além disso, com menos grãos em contato com a peça e menos calor sendo gerado, a durabilidade de rebolos de estrutura aberta é maior. De modo geral, os materiais de menor dureza e ductilidade maior requerem rebolos de estrutura aberta para sua usinagem. São exemplos materiais não comuns à engenharia tais como cortiça, borracha, couro, etc. 36 Figura 30: CONSTITUIÇÃO dos rebolos de estrutura aberta e fechada. Fonte: Preparação de máquina. 10 p., il. Aula da USP. Disponível em: <www.bibvirt.futuro.usp.br >. Acesso em 26 mai. 2009. 37 6 FORMA DOS REBOLOS E PERFIL DOS BORDOS Sendo o rebolo uma ferramenta utilizada em diversas operações diferentes, é importante que ele também apresente formatos diferentes, que atendam as diferentes necessidades. De forma geral, o que se tem é: Figura 31: FORMAS e aplicações de rebolos. Fonte: Retificação: conceitos e equipamentos. 7 p., il. Aula da USP. Disponível em: <www.bibvirt.futuro.usp.br >. Acesso em 26 mai. 2009. Tanto o formato geral, como também o perfil dos bordos possuem formas e dimensões padronizadas. Essas formas são regulamentadas pelas normas ISO/R 603-1967, ISO 1117-1975 e ISO/R 525, também pelas normas alemãs DIN, que se encontram no manual 108 – Werkzeuge 6, e ainda pela norma dos Estados Unidades ANSI-Standard B 74.2-1974 e pela brasileira ABNT NBR 6166. 38 Abaixo temos alguns dos formatos básicos de rebolos. Figura 32: FORMAS de Rebolo. il, color. Disponível em: <http://www.diamaxdiamantes.com.br/arquivos/Diamax_Catalogo.pdf>.Acesso em 26 mai. 2009. 39 Com relação aos bordos do rebolo, também existem padronizaçãoes, com formatos e dimensões normalizados. Abaixo temos alguns desses bordos. Figura 33: Bordo de rebolos Fonte: STEMMER, C.E. Ferramentas de corte II. Florianópolis: Editora da UFSC. 2008. 314 p., il. 40 6.1 Rebolos perfilados – retificação de roscas Além desses formatos padronizados, também existem rebolos com formas e bordos específicos para uma peça. Esses são chamados perfilados, e encontram aplicação principalmente na retífica de roscas. Em roscas que trabalham com a calibragem de algum aparelho, é importante que essas possuam tolerâncias dimensionais muito pequenas, e para suprir essa necessidade usa-se os rebolos perfilados. Figura 34: RETIFICAÇÃO com rebolo perfilado. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.cimm.com.br>. Acesso em 1 abr. 2009. 41 7 ESPECIFICAÇÃO DOS REBOLOS – NORMALIZAÇÃO Depois de todos esses aspectos que foram abordados aqui, é importante demonstrar como a especificação de rebolos é feita. No caso, todos os elementos supracitados aqui devem estar descritos sobre o rebolo, de forma a facilitar a sua utilização no dia-a-dia. Na imagem a baixo temos um exemplo disso. Todos os parâmetros que vimos estão indicados, tais como granulometria, dureza, ligante, abrasivo, e ainda encontramos outros, tais como rotação máxima de trabalho e dimensões da ferramenta. Figura 35: ESPECIFICAÇÃO de Rebolo. Fonte: Preparação de máquina. 10 p., il. Aula da USP. Disponível em: <www.bibvirt.futuro.usp.br >. Acesso em 26 mai. 2009. 42 Figura 36: CATÁLOGO NORTON. Exemplo de rebolo vendido no mercado. Disponível em: <http://www.frato.com/arquivos_public/catalogo_parceiros/arq_42_12.pdf>. Acesso em 1 abr. 2009. 43 8 REFRIGERAÇÃO NO USO DE REBOLOS Nas operações com rebolos, pode haver grandes quantidades de calor gerado devido ao atrito do rebolo com a peça a ser usinada. De fato, e conforme Stemmer (2008), a maior parte do calor gerado no processo de retificação transfere- se para a peça, o que pode originar uma série de graves problemas, tais como o surgimento de “pontos macios” por sobreaquecimento do material, “pontos duros” por aquecimento e rápido resfriamento, áreas com manchas, e aspecto superficial queimado, além de trincas, empenamentos e deformações. A retirada do cavaco é um fator crucial para evitar este problema, pois o espaço disponível para este se alojar no decorrer do processo é muito pequeno, o que freqüentemente acarreta em forte atrito dos grãos do rebolo com a peça, provocando aquecimento excessivo. Neste quesito, os fluidos refrigerantes desempenham um papel muito importante. Figura 37: FLUXO de calor no grão Fonte: KÖNIG W. Tecnologia da Fabricação. Retífica, brunimento e lapidação. v. 2 (direitos de tradução reservados por Prof. Walter L. Weingaertner), 1981. 44 Lubri-refrigerantes são altamente recomendados para os casos agressivos onde grandes quantidades de calor são geradas, e possuem diversas finalidades e vantagens que, em muito, justificam o seu uso. Além de esfriar a peça, as porções de fluido localizadas imediatamente nos pontos de contato da peça com o abrasivo, conferem uma boa lubrificação na interface da peça com o rebolo. De acordo com Nussbaum (1988), “os fluidos contribuem para manter a uniformidade da distribuição de temperaturas na área usinada, ponto-chave para evitar as deformações originadas de choques térmicos.” A remoção dos cavacos pelo fluido de corte evita também que o arraste na retirada dos mesmos e sua compressão contra o rebolo prejudique no acabamento da peça ou feche os poros do rebolo precocemente. A aplicação de fluidos de corte, portanto, auxilia nos objetivos gerais do rebolo, na medida em que contribui para o arranque do material sob a forma de cavaco e melhora o acabamento superficial da peça usinada. Figura 38: APLICAÇÃO de fluido de corte sobre rebolo. 1 fotografia, color. Disponível em: <www.cimm.com.br/>. Acesso em 1 abr. 2009. Sob o ponto de vista da produtividade de processo, citando Stemmer (2008), a diminuição da temperatura no processo de usinagem causada pelo fluido refrigerante permite a aplicação de velocidades de corte maiores e o emprego de rebolos mais macios e com grãos maiores, o que rende relações mais altas de remoção do material. Desta maneira, usando rebolos que removam maiores quantidades de material e aplicando um maior giro do eixo da máquina, podem ser obtidos simultaneamente o mesmo acabamento superficial e precisão dimensional com uma considerável redução nos custos de processo, aumentando a 45 produtividade. Entretanto, isto também depende da escolha correta do fluido lubri- refrigerante. O aumento da produtividade com o uso de rebolos é um fator depende da escolha do fluido lubri-refrigerante, que deve ser adequado ao tipo de abrasivo usado no rebolo, sua granulometria e à operação de usinagem. Deve-se ter cuidado na escolha do fluido, de modo a evitar que ocorra a sua absorção pelos poros do rebolo. Na prática, esta absorção de líquido pode gerar desequilíbrios no rebolo e tendência de vibrações, como também arrancamento não-uniforme de material. Em casos extremamente desfavoráveis, pode-se atingir uma possível ruptura (ou explosão) do rebolo, quando este é acelerado a altas rotações. Deseja-se, pois, uma reunião de características comuns presentes ao fluido refrigerante escolhido, tais como ser lubrificante, antioxidante, detergente, possuir baixa tensão superficial, boa capacidade de emulsão, não ser inflamável, não ser tóxico e não permitir que se formem pós abrasivos nocivos à saúde. Conforme a norma DIN 51385, como fluidos lubri-refrigerantes são utilizados óleos, soluções e emulsões, que podem apresentar diferentes composições. Os primeiros são os menos empregados na prática com rebolos (STEMMER, 2008), pois apesar de serem excelentes lubrificantes,também custam caro, apresentam riscos de incêndio e podem causar problemas à saúde do operador. Óleos puros são mais utilizados em casos onde a ação lubrificante seja mais importante que a ação refrigerante (NUSSBAUM, 1988), isto é, em operações de acabamento nas quais o arranque de material da peça seja mínimo e a rugosidade desejada seja relativamente baixa como, por exemplo, na retífica de roscas e perfis complexos. Como uma alternativa bastante utilizada, e sugerida por Nussbaum (1988), os óleos solúveis freqüentemente encontram uma maior aplicação que os puros, porque podem ser usados quando se deseja acentuar menos a ação lubrificante e obter melhor refrigeração em comparação àqueles óleos. Soluções e emulsões conhecidos também por fluidos sintéticos têm encontrado grande aplicação na retificação. Estes fluidos, que podem ser orgânicos ou inorgânicos, geralmente possuem um alto poder detergente, o que ajuda a limpar profundamente a superfície do rebolo, porém costumam ter um baixo poder lubrificante. Apesar disso, Nussbaum (1988) prevê que podem ser formulados com 46 características minuciosamente controladas, o que permite obter valores ótimos para as suas propriedades, como detergência, lubrificação e refrigeração. A seguir, estão sintetizadas as vantagens da utilização dos lubri-refrigerantes nos processos de retificação com rebolos: • Redução significativa do atrito entre os grãos abrasivos e a peça; • Resfriamento da superfície da peça durante a usinagem; • Retirada dos cavacos no rebolo, contribuindo para a sua limpeza; • Proteção contra corrosão, das peças e da máquina; • Arraste dos cavacos e dos resíduos do rebolo; • Taxa mais alta de remoção de material; • Possibilidade de empregar rebolos mais macios com redução nos custos; • Aumento de produtividade. Figura 39: Esquema da aplicação de fluido lubri-refrigerante. Fonte: STOETERAU, R. L. et al. Usinagem com ferramentas de geometria de corte não definida - Retificação. 53 p., il. Disponível em: <http://www.lmp.ufsc.br/disciplinas/emc5240/Aula-22-U-2007-1-retificacao.pdf>. Acesso em: 1. abr. 2009 47 9 DEFEITOS NO USO DE REBOLOS São diversos os problemas que podem ocorrer tanto no rebolo quanto na peça por condições de usinagem inadequadas ou imperfeições do rebolo. Por exemplo, podem ocorrer queimaduras, marcas e mau acabamento na peça, e desgaste precoce, espelhamento ou empastamento no rebolo. Trataremos dos principais defeitos no rebolo, citando suas causas nos parágrafos seguintes. Macroscopicamente falando, podem ocorrer desgastes radiais e de quina na face do rebolo, devido às temperaturas localizadas e pressões elevadas, de maneira gradual. Microscopicamente, segundo Wilfried Konig (1980, p.13) este desgaste ocorre devido às influências térmicas nas camadas superficiais do grão abrasivo e do ligante, propiciando a oxidação e a difusão. As camadas em questão perdem sua resistência original, se desprendendo devido à ação mecânica da abrasão. Figura 40: Desgaste macroscópico no rebolo Fonte: STOETERAU, R. L. et al. Usinagem com ferramentas de geometria de corte não definida - Retificação. 53 p., il. Disponível em: <http://www.lmp.ufsc.br/disciplinas/emc5240/Aula-22-U-2007-1-retificacao.pdf>. Acesso em: 1. abr. 2009 48 Figura 41: Desgaste microscópico no grão Fonte: KÖNIG W. Tecnologia da Fabricação. Retífica, brunimento e lapidação. v. 2 (direitos de tradução reservados por Prof. Walter L. Weingaertner), 1981. Com o decorrer da utilização do rebolo pode-se, em alguns casos, perceber um desgaste anormal e excessivo do seu material constituinte. Geralmente, isto é causado pela utilização de um rebolo com grãos muito macios, baixas velocidades de rotação, grande velocidade de avanço, força de contato excessiva, rebolo de dimensão muito estreita ou por descontinuidades na peça, como furos e ranhuras. Outro fenômeno grave que pode ocorrer com o tempo é conhecido como espelhamento do rebolo. É possível que o rebolo pare de remover material da peça após certo tempo de uso. Isso é caracterizado pelo alisamento da sua face, presença de grãos abrasivos arredondados e sem gumes vivos. Normalmente, conforme aponta Stemmer (2008, p. 297), o espelhamento em geral ocorre por causa de um rebolo muito duro, grãos pequenos e finos, velocidade excessivamente alta de rotação e avanço muito pequeno. 49 Figura 42: Desgaste do rebolo – Cegamento dos grãos isolados Fonte: STOETERAU, R. L. et al. Usinagem com ferramentas de geometria de corte não definida - Retificação. 53 p., il. Disponível em: <http://www.lmp.ufsc.br/disciplinas/emc5240/Aula-22-U-2007-1-retificacao.pdf>. Acesso em: 1. abr. 2009 Dizemos que ocorreu o empastamento do rebolo quando a sua face apresentar cavacos de outros materiais mais macios que, exemplificando, podem ser de latão, bronze, alumínio e aço macio, entre outros. Com o agregamento destas partículas pelos espaços e poros do rebolo, a ferramenta perde sua capacidade original de corte, ficando lisa. A respeito do empastamento, Stemmer (2008, p.298) enumera as seguintes causas, podendo o problema ser causado pela alta dureza do rebolo ou estruturas densas de alguns, assim como por causa da aplicação de pequenas velocidades de avanço. 50 10 CUIDADOS NA UTILIZAÇÃO E MONTAGEM DOS REBOLOS A utilização de rebolos nos processos de desbaste, retificação e afiação exige certos cuidados, extremamente necessários para se reduzir o risco de acidentes. Lembrando que o operador deve sempre respeitar as normas de segurança e utilizar os equipamentos de proteção necessários. Em princípio, a preocupação maior é eliminar quaisquer riscos à integridade física do operador, mas isto deve contribuir também ao sucesso do processo de usinagem. Preliminarmente, o rebolo deve passar por um teste visual, sendo conferidas suas dimensões e seu aspecto. A seguir, deve passar por um teste de som, geralmente realizado batendo-se em dois ou mais pontos, para buscar e detectar defeitos na estrutura do material, sempre procurando a existência de fraturas e trincas que possam ter ocorrido durante o transporte e manuseio. Por último deve-se observar se este não apresenta umidade excessiva. O balanceamento do rebolo também deve ser controlado, pois é uma das principais causas de defeitos que aparecem nos processos de usinagem. O desbalanceamento pode produzir vibrações, trepidações, desgaste prematuro do rebolo e dos mancais, mau acabamento superficial e diminuição da velocidade para ruptura do rebolo por causa de tensões adicionais presentes, originando perigo de colapso e explosão. Mesmo um rebolo cuidadosamente balanceado, pode ficar desbalanceado novamente depois de contínuos períodos de trabalho. Isto pode ocorrer, por exemplo, quando a porosidade não é uniforme, e ocorre penetração de fluido refrigerante, como citado anteriormente. Nussbaum (1988, p.439) alerta os principais fatores que causam o desbalanceamento como assimetria geométrica, rebolo heterogêneo, flexões presentes no eixo da máquina-ferramenta e impregnação ou absorção do fluido por parte do rebolo. Deve-se garantir que o rebolo, quando em operação, gire concentricamente e sem batimentos. É importante para este fim retirar material abrasivo presente na periferia do rebolo, deixando-o sem batimentos. Este processo é realizado com o rebolo girando e aplicando um diamante. A esta operação, Stemmer (2008, p.299) 51 dá a denominação de trueing, perfilamento ou formação de perfil, da qual trataremos em detalhes posteriormente. O operador deve atentar para a velocidade máxima de giro do rebolo,especificada no rótulo, correspondendente à velocidade periférica do rebolo com o diâmetro inicial. Isto significa, conforme ocorre o desgaste do rebolo, que maiores velocidades de giro podem ser aplicadas para compensar a diminuição da velocidade periférica. Segundo Stemmer (2008), a montagem inadequada é o principal fator de risco para os rebolos sendo, pois, responsável por cerca de 75% dos casos de quebra, um número bastante significativo. O rebolo deve ser montado entre dois flanges, que devem ter características desejadas para manter boas condições de operação. Citamos e discutimos cada uma delas a seguir. Figura 43: Flanges de montagem de rebolos Fonte: STEMMER, C.E. Ferramentas de corte II. 2008. Ilustração. As faces do rebolo devem fazer 90º com o eixo de montagem, para se manter a uniformidade do giro e o balanceamento. Ajustes entre furo e eixo de montagem devem ter folga, pois a área submetida a esforços mais críticos no rebolo é a periferia de seu furo. Recomenda-se folgas de 0,05 a 0,20mm. 52 Dimensionamento e projeto adequado dos flanges: devem ter diâmetro adequado, sendo o externo igual a 1/3 do diâmetro do rebolo para o rebolo com furo pequeno. Para rebolos de furo grande, recomenda-se para o flange diâmetro externo igual ao do furo acrescentando-se 50mm. Ambos os flanges devem ter diâmetros iguais para não originar forças assimétricas, sua espessura deve ser suficiente para segurar o rebolo, resistindo às forças e o flange do lado motor deve ter chaveta. Ranhuras de alívio evitam forças excessivas nos cantos do furo do rebolo. Recomenda-se também colocar material compressível entre flange e rebolo para distribuir melhor a pressão. E o torque na porca não deve ser excessivo, somente o suficiente para fixar o rebolo com segurança. É recomendado que antes de processos de desbaste, retífica ou afiação, que se deixe o rebolo girar livremente alguns minutos antes da operação de usinagem ou mesmo antes da revisão da máquina. Após o giro em vazio, e com o sistema lubri- refrigerante desligado, pode-se efetuar comprovações de desbalanceamento do rebolo, verificar a fixação dos flanges e avaliar o alinhamento do conjunto. Isto também permite que o rebolo expulse grande parte do fluido que absorveu na operação anterior. 53 11 RETIFICAÇÃO DE REBOLOS Tanto rebolos recém-fabricados como rebolos que já tem mais tempo de uso podem apresentar defeitos comuns como desgaste irregular, forma indesejada, abrasivo com grãos de gumes arredondados e desgastados, e poros entupidos de cavacos o que impede o alojamento de novos cavacos e dificulta a remoção de mais material da peça. Por estes e outros problemas se faz necessária uma reafiação periódica do rebolo. Dentre estas operações de reafição de rebolos destacam-se o perfilamento (trueing) e dressagem (dressing). Figura 44: FERRAMENTAS de dressagem com diamante. 1 fotografia, color. Disponível em: <http://www.ism.kiev.ua/images/kul2.jpg>. Acesso em 01 abr. 2009. A dressagem ou dressamento é uma operação que deixa a superfície do rebolo em condições para atuar melhor nos processos de usinagem. Consiste em remover os grãos arredondados e cegos da superfície do rebolo, resolvendo o problema do espelhamento; ou realizar a limpeza de rebolos carregados de cavacos de outros materiais mais macios que o fluido de corte não conseguiu remover, o que soluciona o problema do empastamento. Como este processo restaura a capacidade de corte do rebolo e permite que novos grãos afiados apareçam na sua superfície, podemos dizer que é uma espécie de “reafiação” do rebolo. 54 O perfilamento consiste em dar a forma correta ao rebolo, permitindo que em condições de operação este gire centrado, sem batimentos; ou ainda para realizar um perfil especial nos bordos do rebolo, com o interesse de que em determinadas operações seja possível dar formas desejáveis à peça. Normalmente, estas operações se realizam simultaneamente. Neste caso, o processo resultante da dressagem e do perfilamento é apenas denominado de retificação do rebolo. Para as operações de dressar e perfilar utilizam-se aparelhos ou ferramentas de aplicação manual, ferramentas rotativas ou uma combinação dos dois sistemas. Mais especificamente, algumas das ferramentas empregadas nos processos compreendem: cortadores metálicos ou rosetas, bastões retificadores, rodas retificadoras, pontas simples de diamante, dressadores de diamante múltiplos e em matrizes, roletes estacionários e giratórios de diamantes e roletes de esmagamento ou crushers. Figura 45: Haste NORTON – Dressador de ponta de diamante Fonte: CATÁLOGO NORTON. Disponível em: <http://www.frato.com/arquivos_public/catalogo_parceiros/arq_42_12.pdf>. Acesso em 1 abr. 2009. Rosetas ou cortadores metálicos são constituídos de arruelas dentadas ou corrugadas de aço, com aplicação na dressagem de rebolos para operações de desbaste. 55 Figura 46: ROSETAS e bastão dressador. 1 fotografia, color. Disponível em: <http://www.montagna.com.br/UserFiles/Image/bastao%20cpia.jpg>. Acesso em: 1 abr. 2009. Bastões retificadores constituem-se basicamente de prismas de abrasivos em liga. São usados principalmente para remover a carga de cavacos em rebolos diamantados, para rebolos de afiação de ferramentas e para quebrar cantos em rebolos. Rodas retificadoras com material abrasivo são usadas para manter o giro centrado de rebolos de diamante, de CBN, além de rebolos usuais para operações de desbaste. Pontas simples de diamante são usadas para perfilar e dressar rebolos para operações de precisão. No entanto, em rebolos muito duros, segundo Stemmer (2008, pg. 302) pontas simples de diamante podem experimentar achatamentos, e podem acabar cegando o rebolo em operações futuras de dressagem. Por este motivo, há uma utilização crescente no uso de dressadores múltiplos em matrizes, evitando este problema. Roletes rotativos de diamantes e diamantados de formas especiais têm a vantagem de assegurarem maior precisão na forma geométrica do rebolo e consequentemente maior qualidade na usinagem da peça. 56 Figura 47: Dressadores diamantados quanto ao movimento Fonte: STEMMER, C.E. Ferramentas de corte II. Florianópolis: Editora da UFSC. 2008. 314 p., il. 11.1 Perfilamento (truening) O perfilamento de um rebolo pode ser feito de diversas maneiras, como por exemplo, por esmagamento mecânico com a utilização de um rolo, ou crushing; copiando-se a forma desejada com uma ponta simples de diamante, usando-se um 57 sistema pantográfico e gabarito; utilizando-se máquinas CNC; ou inclusive a retificação da própria forma do rebolo utilizando um rolete dressador rotativo ou um dressador de forma rotativo diamantado. Figura 48: Perfilamento por ponta simples de diamante Fonte: STEMMER, C.E. Ferramentas de corte II. Florianópolis: Editora da UFSC. 2008. 314 p., il. Roletes dressadores rotativos de diamantes são produzidos a partir de um cilindro metálico com a forma desejada e impregnam-se diamantes, em uma composição que pode ser um conjunto simples de diamantes ou matrizes. O rolete diamantado rotativo inicia o seu giro na velocidade usual de retificação antes de entrar em contato e conformar o rebolo. Dressadores diamantados estacionários são utilizados de forma similar. O esmagamento mecânico ou crushing é realizado com rolos de forma adequada que exercem pressão contra o rebolo, quebrando as pontes de ligante e expondo os grãos abrasivos com gumes vivos. Desta maneira, o processo é mais preciso e gera menos calor do que dressagem de rebolos pordiamantados. O contato é realizado com ambos parados e inicia-se acelerando o rebolo lentamente. O rolo é então avançado contra o rebolo até que se tenha reproduzido completamente o perfil na sua face. Conforme Nussbaum, girando-se em sentido contrário dá-se maior acabamento à peça. 58 Figura 49: Perfilamento por esmagamento mecânico (crushing) Fonte: STEMMER, C.E. Ferramentas de corte II. Florianópolis: Editora da UFSC. 2008. 314 p., il. 11.2 Dressagem (dressing) A dressagem influencia diretamente a eficiência do rebolo, e isso se traduz no acabamento, no arranque de material da peça, na tolerância dimensional e na vida do rebolo. Dressadores muito gastos, por exemplo, levam à formação de rebolos lisos, não agressivos o suficiente e que dão pouca qualidade ao acabamento da peça. A dressagem pode ser realizada a seco ou com o emprego de fluido refrigerante. Conforme Nussbaum (1988, p.417), caso o rebolo opere com fluido lubri-refrigerante, recomenda-se refrigeração abundante antes e durante da operação; caso o rebolo trabalhe a seco, deve-se dressar sem refrigerante, mas depois de cada passe. 59 Figura 50: Ângulos de ataque de dressamento – Dressador inclinado e posições de trabalho Fonte: NUSSBAUM, Guillaume Ch. Rebolos e abrasivos; tecnologia básica. São Paulo, ícone, 1988, 503 p., il. Com a utilização de pontas simples de diamante, deve-se adequar a escolha do tamanho de diamante a cada processo. Tarefas pesadas requerem diamantes maiores. O diamante também deve girar em torno do seu eixo longitudinal para evitar superfícies achatadas. O avanço deve ser uniforme com o mínimo de pressão necessária. O uso de dressadores diamantados exige constante e abundante refrigeração, e grande cuidado na execução. Deve-se evitar o impacto do diamante contra o rebolo e atentar para rebolos excêntricos. O correto posicionamento da ponta também é muito importante. 60 12 FABRICAÇÃO DE REBOLOS 12.1 Com Óxidos de Alumínio ou Carboneto de Silício Podem ser fabricados com ligantes cerâmicos e resinóides, que apresentam a mesma sequência de operações, apesar dos processos serem diferentes devido à composição química e comportamento de cada ligante. Na primeira etapa do processo, realiza-se a pesagem e a mistura dos componentes do rebolo (abrasivos, ligantes e aditivos). A seguir deve-se obter a forma do rebolo pelos processos de vazamento (para o ligante resinóide) ou prensagem (para ambos os ligantes). No vazamento, uma máquina agita e mistura o ligante e os grãos abrasivos com água por algumas horas. Então, retira-se o material, que é vazado em fôrmas com fundo poroso para secar lentamente. Depois da secagem, o rebolo é transportado e pré-conformado para a queima no forno. A aplicabilidade do processo de vazamento se restringe as ligantes com alto teor de argila e grãos mais finos, pois grãos mais grossos não têm a capacidade de emulsionar e permanecer em suspensão. É um processo que despende grandes quantidades de tempo e alocação de espaço, porém oferece vantagens, como boa homogeneidade, dureza uniforme e cantos resistentes do rebolo. Figura 51: Rebolo em óxido de alumínio branco - “38A” formato reto Fonte: CATÁLOGO NORTON. Disponível em: <http://www.frato.com/arquivos_public/catalogo_parceiros/arq_42_12.pdf>. Acesso em 1 abr. 2009. 61 Na prensagem, o processo começa semelhantemente. É feita a mistura e seguir os grãos abrasivos são recobertos com ligante e esta camada é plastificada com aditivos para que o rebolo tenha resistência suficiente para ser transportado. Em contraste com o processo de vazamento, a mistura dura somente de 5 a 10 minutos, o que gera uma grande economia de tempo e preferência por este processo. A seguir uma determinada massa é pesada e distribuída uniformemente sobre um molde, na fôrma de prensagem. Verifica-se a geometria, estrutura e presença de defeitos e por fim, leva-se o rebolo para a queima no forno, e etapas de aquecimento e resfriamento controlados. Figura 52: Fluxograma de fabricação de rebolos com óxidos de Al ou SiC Fonte: STEMMER, C.E. Ferramentas de corte II. Florianópolis: Editora da UFSC, 2008. 314p., il. 62 Figura 53: Rebolo em carboneto de silício verde - “39C” formato reto Fonte: CATÁLOGO NORTON. Disponível em: <http://www.frato.com/arquivos_public/catalogo_parceiros/arq_42_12.pdf>. Acesso em 1 abr. 2009. 12.2 Com Diamante ou Nitreto Cúbico de Boro O diamante e o CBN (nitreto cúbico de boro) são materiais caros, e por esta razão, os rebolos com abrasivos destes dois materiais são formados por um corpo base, sobre o qual é aplicado uma camada ou revestimento de abrasivo e ligante. Podem ser obtidos revestimentos com ligantes resinóides ou ligantes metálicos sinterizados, infiltrados ou aplicados por eletrodeposição. A fabricação de rebolos resinóides é semelhante à discutida na seção anterior. Uma mistura homogênea com abrasivos e a carga (agentes sinterizantes) são distribuídas em uma fôrma de aço e levadas à prensagem à quente em um forno. Ciclos de tempo, pressões e temperaturas precisamente controlados determinam a qualidade final do rebolo, que após o processo, ainda pode passar por pós-tratamentos térmicos. Na obtenção de revestimentos com ligantes metálicos infiltrados para rebolos, usa-se um metal de baixo ponto de fusão liquefeito e força-se o mesmo por capilaridade no corpo poroso que constituirá o rebolo. Na fabricação de diamante e CBN, primeiramente realiza-se a mistura com pó metálico, carga e abrasivo. Então, é feita a prensagem a frio e adicionado o material de infiltração e, por último, leva-se o pré-rebolo ao tratamento térmico. 63 No processo de sinterização, a mistura de abrasivos na forma de metal em pó e os agentes sinterizantes é prensada na forma desejada e sinterizada em forno. Então, solda-se o revestimento obtido no suporte ou corpo base do rebolo. O suporte deve ser usinado com precisão, ou prensado diretamente junto com a parte abrasiva e retificado posteriormente. Pode-se também variar este método moldando a mistura diretamente sobre o suporte, e comprimindo a mistura e a base em um molde, que é posteriormente aquecido. Na eletrodeposição, utiliza-se um corpo de aço sobre o qual uma camada de grãos de diamante ou nitreto de boro cúbico é mantida sobre a superfície da base e mergulhada em um banho galvânico, sendo esta camada gradualmente recoberta durante o processo por material eletro depositado. As partículas de abrasivo são expostas em parte na superfície do rebolo, propiciando um bom corte pela rugosidade da superfície. Figura 54: Fluxograma da fabricação de rebolos de diamante ou CBN Fonte: NUSSBAUM, Guillaume Ch. Rebolos e abrasivos; tecnologia básica. São Paulo, ícone, 1988, 503 p., il. 64 Figura 55: Rebolo de Nitreto de Boro Cúbico para retificação. 1 fotografia, color. Disponível em: <http://img.directindustry.es/images_di/photo-p/muela-cbn-para- maquina-de-rectificacion-311812.jpg>. Acesso em: 1 abr. 2009. 65 13 SELEÇÃO DE REBOLOS Para a seleção correta de um rebolo, tudo o que foi visto nesse trabalho é importante, principalmente as cinco características principais do rebolo: abrasivo, granulometria, ligante, dureza e estrutura. Essas cinco características estão diretamente ligadas com o bom resultado da usinagem com ferramenta de corte de geometria não definida, e é pela escolha delas que se seleciona um rebolo. Muitos fabricantes já especificam quais são as aplicações ideias de seus produtos,porém sabemos que para bons resultados, cada processo de usinagem deve ser analisado separadamente. Portanto, sabemos que existem fatores constantes, que já são determinados pelo projeto, e também fatores variáveis, que dependem do maquinário e equipe de produção. Pelas indicações de Stemmer (2005) e Nussbaum (1988), temos o seguinte: Fatores constantes: a) Material a retificar: - Tipo de abrasivo: Óxido de alumínio: retificação de aços carbonos, aço liga, aço rápido, ferro fundido maleável e nodular, bronze duro; SiC: ferro fundido cinzento, coquilhado, não ferrosos e não metálicos; Diamante: metal duro, quartzo, mármore, granito e cerâmica; CBN: materiais duros, aço rápido e aços liga temperados. - Granulometria: Grãos finos: materiais duros e frágeis, para evitar o impacto; Grãos grossos: materiais macios e dúcteis. - Dureza do rebolo: Duro: materiais macios e frágeis; Macio: materiais duros. 66 - Estrutura: Fechada: materiais duros e quebradiços; Aberta: materiais macios e dúcteis; Ligante: influencia pouco, pois depende mais das condições de trabalho. b) Precisão e grau de acabamento superficial: - Granulometria: Grossa: desbaste e remoção de muito material; Fina: acabamento bom. - Ligante: Vitrificado: rebarbação e semi-acabamento; Orgânicos (resinóide, borracha ou goma-laca): acabamento finíssimo, com efeito suave. - Estrutura: quanto mais fechada, melhor o acabamento. c) Área de contato: - Granulometria: Fina: pequenas áreas; Grossa: grandes áreas. - Dureza: Duro: pequenas áreas de contato, por causa das grandes tensões concentradas que arrancam mais facilmente os grãos. - Estrutura: Fechada: pequenas áreas; Aberta: grandes áreas, para poder se retirar a grande quantidade de cavacos. 67 Figura 56: Escolha de rebolos de Óxido de Alumínio e Carboneto de Silício Fonte: NUSSBAUM, Guillaume Ch. Rebolos e abrasivos; tecnologia básica. São Paulo, ícone, 1988, 503 p., il. d) Tipo de operação: - Ligante: Vitrificado: retíficas cilíndricas externas ou planas; Orgânico: acabamento excepcional, com tolerâncias muito apertadas, ou desbaste em alta velocidade de ferros fundidos; Elástico: rebolos finos de corte. 68 - Estrutura: Aberta: retificação plana e frontal, com grandes áreas de contato; Média: retificação cilíndrica externa; Fechada: retificação cilíndrica externa com pequena área de contato, e na retificação de roscas. Fatores Variáveis: a) Velocidade de corte: - Dureza: Macio: velocidades altas; Duro: velocidades baixas, para evitar o desgaste. - Ligante: Cerâmico: velocidades de até 30 m/s; Orgânico: velocidades de 48 m/s ou mais. - Além disso, é importante não exceder velocidades muito altas, pois o rebolo corre o risco de se despedaçar pela ação da força centrífuga. Isso depende muito do ligante usado, e pode ainda ser controlado pelo uso de telas de fibra de vidro no rebolo. O ideal é 42m/s para vitrificados e 48m/s para orgânicos, sendo que algumas exceções existem. b) Pressão da velocidade avanço: - Valores maiores destas grandezas exigem rebolos mais duro; - Maior profundidade de corte exige estrutura mais aberta (maior área de contato); - Maior velocidade de corte exige aumento proporcional da velocidade de avanço para prevenir danos térmicos. 69 c) Estado da retífica: - Quanto pior a estabilidade da máquina, maior deve ser a dureza do rebolo. d) Características do operador - Operadores dinâmicos tendem a exigir rebolos mais duros, pelo uso de maiores avanços e pressões de trabalho; - Operadores menos dinâmicos em geral usam rebolos mais macios, pois os duros sofrem espelhamento. 70 14 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT. NBR 10520: Citações. Rio de janeiro, agosto, 2002. 7 p. ABNT. NBR 14724: Trabalhos Acadêmicos. Rio de janeiro, dezembro, 2005. 13 p. ABNT. NBR 6023: Referências. Rio de janeiro, agosto, 2002. 24 p. ABNT. NBR 6024: Numeração progressiva das seções de um documento escrito. Rio de janeiro, maio, 2003. 3 p. ABNT. NBR 6027: Sumário. Rio de janeiro, maio, 2003. 2 p. ABNT. NBR 6028: Resumo. Rio de janeiro, maio 1990. 3p. ABNT. NBR 6032: Abreviação de títulos de periódicos e publicações seriadas. Rio de janeiro, agosto, 1989. 14 p. AbrasivesNet. Disponível em: <http://www.abrasivesnet.com/> Acesso em: 9 maio 2009 Aceav. Disponível em <http://www.aceav.pt/blogs/floresta/Lists/Fotografias/>. Acesso em: 20 maio 2009 Acrecaxias. Disponível em: <http://www.acrecaxias.com.br/pdf/Rebolos.pdf> Acesso em: 17 maio 2009 Alibaba.com. Disponível em: <http://portuguese.alibaba.com/product- free/Aluminum_Oxide_Abrasive_Fine_Grit_120-10784694.html/> Acesso em: 5 maio 2009 Angüera – Grupo Amador de Arte. <http://www.angueras.com.br/fotosmuseu.htm>. Acesso em: 15 maio 2009 AULAS DA USP. Disponível em: <http://www.bibvirt.futuro.usp.br>. Acesso em: 1 abr. 2009. 71 Axminster Tool Centre. Disponível em: <http://www.axminster.co.uk/images/products/GS6W206_l.jpg/> Acesso em: 14 maio 2009 Biblioteca Virtual do Estudante de Língua Portuguesa. Disponível em: <http://www.bibvirt.futuro.usp.br>. Acesso em: 15 maio 2009 Carborundum. Disponível em: <http://www.carbo-abrasivos.com.br/> Acesso em: 16 maio 2009 CATÁLOGO NORTON. Disponível em:< http://www.norton-abrasivos.com.br/>. CIMM. Disponível em <http://www.cimm.com.br/>. Acesso em: 21 maio 2009 Coleção Pirelli/Masp de fotografia. Disponível em: <http://site.pirelli.14bits.com.br/autores/44/obra/140> Acesso em: 12 maio 2009 Dezenove Vinte. Disponível em: <http://www.dezenovevinte.net/>. Acesso em: 11 maio 2009 Dicionário Livre de Geociências. Disponível em: <http://www.dicionario.pro.br/>. Acesso em: 17 maio 2009 Dinser Ferraenas diamantadas. 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