EXPERIMENTO RUGOSIDADE

Prévia do material em texto

USINAGEM DOS MATERIAIS 
Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica 
 
 
1 
 
ANÁLISE DE RUGOSIDADE SUPERFICIAL NO TORNEAMENTO DA LIGA 
ALUMÍNIO-SILÍCIO (Al-Si) COM FERRAMENTAS WIPER E PF (STANDARD) 
 
Bruno da Silva Procaci¹ (brunosprocaci@gmail.com) 
Bruno Oliveira Chagas¹ (brunochagas@yahoo.com.br) 
João Reginaldo de Souza Júnior¹ (joaoreginaldojr@yahoo.com.br), 
Rodrigo S. Pinto¹ (rsan2058@gmail.com), 
 
 
Resumo: Os processos atuais de usinagem visam associar os melhores parâmetros de usinagem 
com a ferramenta mais adequada, mantendo o controle sobre a superfície usinada, com um melhor 
acabamento e consequentemente dimensões mais precisas. Este experimento apresenta um estudo 
comparativo entre as ferramentas de corte convencional e alisadora wiper no torneamento da liga 
alumínio-silício, com intuito de observar e mensurar a rugosidade superficial gerada durante a 
usinagem. Na realização do experimento foram usinadas quatro amostras, duas com corte 
contínuo e duas com corte interrompido em um torno CNC Romi GL 240. Entre os parâmetros 
utilizados a Velocidade de Corte (Vc) permaneceu constante com três valores diferentes de avanço 
(f) e com a mesma profundidade de corte (ap). Para mensuração dos resultados foi utilizado um 
perfilômetro Ametek de Contato Talysurf 50. Os resultados experimentais se mostraram 
satisfatórios e comprovam a eficiência da de ambas as ferramentas, com um destaque maior para 
wiper que mostrou um melhor desempenho durante o processo. 
 
Palavras-chave: usinagem, ferramentas, rugosidade, resultados. 
 
1. REFERENCIAL TEÓRICO 
 
1.1 Rugosidade da superfície usinada 
 
A rugosidade ou textura é formada por marcas deixadas pela ferramenta que atuou sobre a 
superfície da peça. Essas marcas aparecem quando a máquina ferramenta está usinando um material 
com uma ferramenta de corte (NOVASKI, 1994). Segundo Bralia (1986), a habilidade das 
operações de usinagem para que se produza um acabamento específico dependem diretamente da 
ferramenta de corte, das características da peça, dos processos de usinagem, dos parâmetros e do 
fluido de corte. Diniz, Marcondes e Coppini (2010), citam entre os parâmetros de corte, o avanço 
(ƒ) e o raio de ponta da ferramenta (rɛ), como os principais responsáveis pela qualidade do 
acabamento superficial, oferecendo, desta maneira, uma contribuição geométrica à rugosidade 
superficial da peça. 
2 
 
O objetivo da usinagem é obter uma superfície técnica que apresente fatores superficiais e 
subsuperficiais apropriados, a fim de garantir segurança, confiabilidade e vida longa ao componente 
fabricado. 
A rugosidade média Ra é o parâmetro que será utilizado para avaliar a textura da superfície 
usinada, que conforme a Norma ISO 4287 (ABNT, 2002), é o parâmetro utilizado 
internacionalmente para determinação da rugosidade. Segundo a norma, Ra corresponde à média 
aritmética dos valores absolutos das ordenadas P(x) no comprimento da amostragem, conforme a 
Figura 1. 
 
 
Figura 1 – Rugosidade Ra em um perfil de superfície. 
 
A rugosidade de uma peça manufaturada sofre influência de diversos fatores, desde o processo 
de fabricação até a geometria da ferramenta de corte utilizada, incluindo os parâmetros de corte. 
Segundo Machado et al. (2009) os parâmetros Ra e Rt podem ser calculados de forma teórica, 
sendo esses valores apenas indicativos, já que os valores reais são acrescidos de diversos fatores, 
como vibração, desgaste das arestas de corte, entre outros. 
No processo de torneamento, se o avanço (ƒ) é menor que o raio de ponta (rε) da ferramenta, os 
valores de Ra e Rt são calculados, de forma aproximada pelas Equações 1 e 2, respectivamente. 
 
 
ܴܽ ௧௘ó௥௜௖௔ = ௙ଶଵ଼√ଷ௥௘ = ௙ଶଷଵ,ଶ.௥௘ x 1000 (1) 
 
 
ܴݐ ௧௘ó௥௜௖௔ = ௙ଶ଼.௥௘ x 1000 (2) 
 
 
Quando o raio de ponta da ferramenta é aumentado, a ponta da ferramenta torna-se mais 
resistente, porém, consequentemente, há um acréscimo da vibração devido ao aumento do atrito, 
que é causada pela maior área de contato entre a ferramenta e a peça, afetando de forma negativa a 
rugosidade (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2010). 
Para valores baixos da velocidade de corte (vc), existe uma forte relação com a rugosidade 
média, devido à formação da aresta postiça de corte (APC). Para velocidades de corte superiores a 
100 m/min a rugosidade média se torna praticamente estável em relação à velocidade de corte 
(FERRARESI, 1977). 
 
 
 
3 
 
1.2 – Ferramentas de corte 
 
O desempenho da usinagem está diretamente ligado à geometria da ferramenta de corte. As 
ferramentas de usinagem apresentam algumas partes construtivas, sendo elas: parte de corte, cunha 
de corte, superfície de saída (Ag), superfície principal de folga (A) (DINIZ; MARCONDES; 
COPPINI, 2010). Sendo a mais importante delas a cunha de corte, que é a parte da ferramenta onde 
se origina o cavaco, isso por conta do movimento relativo entre a peça e a ferramenta 
(FERRARESI, 1977). 
Segundo Sandvik (2012), as ferramentas alisadoras (wiper) geralmente possuem três ou mais 
raios de ponta (rε), conferindo uma diferente interação com a superfície da peça usinada, e 
consequentemente uma mudança no acabamento da superfície. Com isso, ocorre um aumento do 
comprimento de contato das pastilhas e o efeito das taxas de avanço (ƒ) de modo positivo. O tempo 
de corte pode ser reduzido em torno de 30% com a utilização da ferramenta wiper, gerando bom 
acabamento superficial e boa quebra de cavaco. O raio de ponta da ferramenta wiper proporciona 
uma menor altura do perfil na aresta de corte da superfície gerada, o que tem efeito de alisamento 
na superfície usinada conforme mostrado na Figura 2. 
 
 
Figura 2 – Insertos com geometria standard e geometria wiper. 
 
1.3- Caracterização do material usinado 
 
As ligas do sistema Al-Si são as mais importantes entre as ligas fundidas de alumínio, 
principalmente por sua alta fluidez, baixa contração nos fundidos, elevada resistência à corrosão, 
boa soldabilidade, fácil brasagem e seu baixo coeficiente de expansão térmica. As ligas de alumínio 
com 5-20% de Si (em porcentagem em peso) são as mais comuns e as mais usadas na indústria. A 
microestrutura destas ligas consiste de uma fase primária de alumínio (fase α) ou de silício (fase β) 
e de uma estrutura eutética exibindo a fase β com morfologia acicular na forma de grandes 
plaquetas na matriz de alumínio. A dureza das partículas de silício promove o aumento da 
resistência ao desgaste destas ligas. 
 
 
4 
 
2- MATERIAIS E MÉTODOS 
 
2.2 – Descrição do método 
 
Os ensaios de torneamento foram feitos em um Torno Romi GL 240 com Comando Fanuc 
conforme Figura 3. 
 
 
Figura 3 – Centro de Torneamento Romi GL 240 
 
Os insertos utilizado para este experimento tem aplicação específica para usinagem de 
acabamento ou desbaste leve. Possuem as seguintes nomenclaturas: CNMG 12 04 08-PF 4225 e 
CNMG 120408-WMX 3210 com raio de ponta (rε) de 0,8 mm. Segundo Sandvik (2012), seu 
substrato é desenvolvido para suportar elevadas temperaturas e velocidades de corte. A cobertura 
multicamada fornece boa proteção contra calor e desgaste, reduz o atrito e a formação de arestas 
postiças (APC). 
 
 
Figura 4 – Inserto CNMG 12 04 08-PF 4225 Figura 5 – Inserto CNMG 12 04 08-WMX 4225 
 
O material utilizado nos ensaios foi uma Liga Al-Si em formato de barra cilíndrica desbastada 
com diâmetro inicial de 53 mm. O procedimento experimental constitui-se no torneamento de 
acabamento de quatro corpos de prova dividindo cada um deles em 3 seções com 30 mm de 
comprimento, devidamente identificados conformeTabela 1. Sendo que em 02 corpos de prova foi 
feito um canal de 6 mm de largura no sentido longitudinal para simulação de usinagem com corte 
interrompido. A velocidade de corte (Vc) e a profundidade de corte (ap) foram mantidas constante 
em 600 m/min e 1 mm respectivamente, quanto ao avanço por volta (ƒ), o mesmo foi variado 
5 
 
começando em 0,1 mm/volta nos primeiros 30 mm, 0,2 mm/volta dos 30 ao 60 mm e 0,4 mm/volta 
dos 60 aos 90 mm de comprimento conforme mostrado na Figura 6. 
 
 
Figura 6 – Material usinado durante experimento 
 
Tabela 1 – Identificação dos corpos de prova 
Amostra 15C Amostra 14C Amostra 12B Amostra 13D 
Corte 
Contínuo 
Corte 
Contínuo 
Corte 
Interrompido 
Corte 
Interrompido 
Fonte : Autoria própria 
 
Para a medição dos parâmetros de rugosidade média (Ra) e total (Rt) foi utilizado um 
Perfilômetro Ametek de Contato Talysurf 50 conforme mostrado na Figura 7. 
As medições foram realizadas em três pontos a cada 30 mm, distantes em 120º, utilizando um 
comprimento de amostragem (cut-off) de 0,8 mm e um comprimento de medição L = 0,8 x 5 = 4 
mm. 
 
 
Figura 7 - Perfilômetro Ametek de Contato Talysurf 50 
6 
 
3- RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Considerando as Equações 1 e 2, fazendo os cálculos para as rugosidades teóricas, utilizando a 
combinação dos diferentes valores de avanço (ƒ), com um de raio de ponta rε = 0.8 e Ap = 1 mm 
para os insertos utilizados, chegamos aos valores teóricos conforme Tabela 2. 
 
Tabela 2 – Valores da rugosidade teórica para três parâmetros de avanço (f) e raio de ponta (re) das 
ferramentas 
ƒ 
(mm/rot) 
rε (mm) Ra Teórica (µm) Rt Teórica (µm) 
0,1 0,8 mm 0,39 1,56 
0,2 0,8 mm 1,56 6,25 
0,4 0,8 mm 6,25 25,00 
Fonte : Autoria própria 
 
Após usinagem dos corpos de prova e ensaios para medição da rugosidade superficial, com as 
configurações de avanço (ƒ). e profundidade de corte (Ap) pré estabelecidas, foram obtidos os 
valores da Tabela 3, referentes as rugosidades médias (Ra) e totais (Rt) medidas em três pontos. A 
partir dessas medidas, tirou-se as médias para cada amostra conforme Tabela 4. 
 
Tabela 3 – Valores medidos para rugosidade superficial (Ra) e (Rt) para os corpos de prova. 
ƒ 
(mm/rot) Medidas 
PF (Standard) 
(Corte Contínuo) 
W (Wiper) 
(Corte Contínuo) 
PF (Standard) 
(Corte Interrompido) 
W (Wiper) 
(Corte Interrompido) 
Ra (µm) Rt (µm) Ra (µm) Rt (µm) Ra (µm) Rt (µm) Ra (µm) Rt (µm) 
0,1 
1 0,64 4,1 0,51 3,5 0,41 3,2 0,44 3,4 
2 0,69 3,8 0,48 3,2 0,46 3,7 0,42 3,9 
3 0,65 3,7 0,55 3,9 0,46 3,1 0,59 5,1 
0,2 
1 1,64 7,0 1,48 6,5 1,39 6,2 1,48 6,5 
2 1,64 7,3 1,44 6,3 1,52 6,7 1,58 6,7 
3 1,72 7,5 1,49 6,3 1,50 6,8 1,77 8,7 
0,4 
1 4,20 17,3 3,88 15,2 4,27 17,2 4,12 15,4 
2 4,23 17,3 3,91 15,2 4,41 17,7 4,19 16,8 
3 4,19 17,0 3,89 15,0 4,41 17,6 4,45 17,9 
Fonte : Autoria própria 
 
Tabela 4 – Valores médios obtidos para rugosidade superficial (Ra) e (Rt). 
ƒ 
(mm/rot) 
PF (Standard) 
(Corte Contínuo) 
W (Wiper) 
(Corte Contínuo) 
PF (Standard) 
(Corte Interrompido) 
W (Wiper) 
(Corte Interrompido) 
Ra 
(µm) Rt (µm) Ra (µm) Rt (µm) Ra (µm) Rt (µm) Ra (µm) Rt (µm) 
0,1 0,66 3,86 0,51 3,53 0,44 3,3 0,48 4,13 
0,2 1,66 7,26 1,47 6,36 1,47 6,56 1,61 7,3 
0,4 4,2 17,2 3,89 15,1 4,36 17,5 4,25 16,7 
Fonte : Autoria própria 
7 
 
Analisando empiricamente os valores obtidos após os ensaios, e comparando rugosidade teórica 
conforme Tabela 2 pudemos observar algumas diferenças. Notou-se que para o avanço ƒ = 0,4 
mm/volta a rugosidade medida ficou abaixo da rugosidade teórica, tanto para a ferramenta wiper quanto para 
ferramenta standard (PF), com destaque para a wiper com usinagem em corte contínuo, com Ra = 3,89 µm e 
para Rugosidade Total (Rt) com Rt = 15,1 µm. 
Para o avanço ƒ = 0,1 mm/volta, as duas ferramentas tiveram valores acima da Rugosidade Média (Ra), 
seus valores não foram satisfatórios, ficando com resultados mais próximos as ferramentas wiper e standard 
com usinagem de corte interrompido, com Ra = 0,48 µm e Ra = 0,44 µm. Para rugosidade Total (Rt), os 
valores tiveram uma diferença maior, chegando a Rt = 4,13 µm de média, com a wiper para uma usinagem 
com corte interrompido. 
Para usinagem com o avanço ƒ = 0,2 mm/volta, as usinagens com ferramenta wiper tiveram valores 
abaixo ou no limite da Rugosidade Média (Ra) teórica variando entre Ra = 1,47 µm a Ra = 1,66 µm e para a 
Rugosidade Total (Rt) os valores praticamente ficaram acima dos valores teóricos. 
Conforme Machado et al. (2009), o avanço (ƒ) é o parâmetro influente sobre a rugosidade, 
seguido pelo raio de ponta da ferramenta. Nesse experimento, aumentando o avanço (ƒ) e mantendo 
uma profundidade de corte (ap) constante houve uma diminuição da rugosidade em comparação com os 
valores teóricos calculados e demonstrados na Tabela 2. 
Após análise, vale a pena destacar que a ferramenta com pastilhas Wiper teve no contexto geral 
um desempenho melhor em relação a pastilha PF (Standard), isso, devido a sua geometria de corte 
que proporciona uma melhor interação com a superfície usinada, causando um efeito de alisamento 
e uma melhor quebra do cavaco. Também devemos considerar que as amostras com usinagem de 
corte interrompido tiveram resultados inferiores se comparados com as amostras de usinagem 
contínua, explicado pela entrada e saída da ferramenta na peça quando se inicia e termina a 
interrupção do corte, causando assim diferentes ciclos térmicos e mecânicos durante a usinagem. 
 
4- CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
Durante a usinagem de peças e materiais, surge um grande número de variáveis que influenciam 
diretamente sobre o projeto, processo e a fabricação do produto final. É de suma importância que 
haja uma qualidade dimensional e superficial que atenda as tolerâncias geométricas e de forma, 
dando a todo conjunto uma precisão e um acabamento superficial adequado a sua utilização. 
Nesse experimento, foi feita a usinagem da Liga Alumínio-Silício para demonstração prática da 
influência dos parâmetros de usinagem na rugosidade superficial do material usando dois tipos de 
ferramentas com usinagem contínua e interrompida. Variando-se o avanço (ƒ), com uma profundidade 
de corte (ap) constante durante todo o processo. Vale ressaltar também que não consideramos influências 
externas, como vibração, estado da máquina-ferramenta, fluído de corte, etc. 
Analisando os resultados, os mesmos, não apresentaram valores discrepantes, logicamente alguns 
ficaram acima dos valores teóricos, dada as condições e características do material e das ferramentas. Com 
isso notou-se que com o aumento do avanço (ƒ) a rugosidade superficial média (Ra) e rugosidade superficial 
total (Rt), ficaram abaixo dos valores teóricos calculados. Destacando a usinagem em corte contínuo que 
também influencia diretamente durante a usinagem. 
Considerando os objetivos propostos pelo trabalho, nota-se que o objetivo foi alcançado. A 
escolha e o estudo do referencial teórico, permitiu a compreensão de uma pequena parte, mas, de 
extrema importância dentro do contexto teórico e prático da usinagem dos materiais. 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
5- REFERÊNCIAS 
 
ABNT. Especificações geométricas do produto (GPS) - Rugosidade_: Método do perfil - 
Termos, definições e parâmetros da rugosidade.NBR ISO 4287, 2002. 
 
BRALIA, J. G. Handbook of product design for manufacturing: a practical guide to lowcost 
productionMcGraw-Hill Book Company, , 1986. 
 
CATÁLOGO SANDIVIK. Disponível em: http://www.sandvik.coromant.com/em 
gb/products. Acesso em: 20 de ago. 2018. 
 
DINIZ, A. E.; MARCONDES, F. C.; COPPINI, N. L. Tecnologia de usinagem dos 
materiais, 2010. 
 
FERRARRESI, D. Fundamentos da Usinagem dos Metais. São Paulo: Edgar Blucher Ltda, 1970. 
16ªreimpressão, 2013. 
 
MACHADO, Á. R. et al. Teoria da usinagem dos materiais. São Paulo: Blucher, 2009. 
 
NOVASKI, O. Introdução à engenharia de fabricação mecânica. [s.l.] E. Blucher, 1994. 
 
SANDVIK. Ferramentas para torneamento: Catálogo Sandvick-Coromant Torneamento 
Geral. p. 32, 2012a.