UNIVERSIDADE DO VALE DO TAQUARI
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
.
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO AVANÇO E DA DILUIÇÃO DE FLUIDO
BIOLUBRIFICANTE ISENTO DE ÓLEOS NA RUGOSIDADE NO
TORNEAMENTO DO AÇO INOX AISI 304
Regis Heitor Antes
Lajeado, Junho de 2019
1
Regis Heitor Antes
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO AVANÇO E DA DILUIÇÃO DO FLUIDO
LUBRIRREFRIGERANTE NA RUGOSIDADE NO TORNEAMENTO DO
AÇO INOX AISI 304
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentada na disciplina de TCC II, do
curso de Engenharia Mecânica da
Universidade do Vale de Taquari, como
avaliação da nota do semestre.
Orientador: Prof. Dr. Guilherme Cortelini da
Rosa
Lajeado, junho de 2019
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Regis Heitor Antes
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO AVANÇO E DA DILUIÇÃO DO FLUIDO
LUBRIRREFRIGERANTE NA RUGOSIDADE NO TORNEAMENTO DO
AÇO INOX AISI 304
A banca examinadora abaixo aprova o Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
na disciplina TCC II, na linha de formação específica de Engenharia Mecânica, da
Universidade do Vale do Taquari – Univates, como parte da exigência para obtenção
do grau de Bacharel em Engenharia Mecânica.
Prof. Dr. Guilherme Cortelini da Rosa
Universidade do Vale do Taquari
Prof. Dr. Rafael Crespo Izquierdo
Universidade do Vale do Taquari
Prof. Me. Carlos Henrique Lagemann
Universidade do Vale do Taquari
Lajeado, Junho de 2019
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RESUMO
No processo de torneamento há diversas variáveis de saída, sendo a
rugosidade uma delas. A rugosidade pode ser definida com ressaltos e reentrâncias
microgeometricos na peça. Padrões de rugosidade tem sido profundamente
estudados, pois possuem interferência direta no acabamento visual e no acoplamento
de peças. No torneamento a velocidade de corte, velocidade de avanço, profundidade
de corte e o fluido refrigerante são variáveis de entrada do processo de torneamento
e possuem uma grande influência sobre esta variável de saída, devido a isto, devem
ser analisadas de forma independente para que se consiga definir a influência de cada
um deles sobre a rugosidade. Para verificar esta influência, realizou-se um
experimento fatorial bk, onde foram analisados todas as possibilidades de combinação
entre as duas variáveis de entrada estudadas,sendo coletados 64 dados em 16 corpos
de prova. Foram usados 4 níveis de velocidade de avanço, 0,12 mm/rot, 0,15 mm/rot,
0,18 mm/rot e 0,21 mm/rot e 4 níveis da diluição do fluido de corte, usando 1 L de
fluido em 8 L de água, 1 L de fluido em 10 L de água, 1 L de fluido em 12 L de água e
1 L de fluido em 14 L de água. Após a análise dos dados concluiu-se então que uma
maior quantidade de fluido de corte diluído na água não garante um menor grau de
rugosidade pois foi com a diluição de 1 L de fluido em 14 L de água e com avanço
0,12 mm/rot que se obteve os menores graus de rugosidade. Concluiu-se também que
a velocidade de avanço tem maior influência na rugosidade do que o fluido
lubrirrefrigerante.
Palavras Chave – Rugosidade; Usinagem; Torneamento; Parâmetros de corte
4
ABSTRACT
In turning process it has several output variables, one of them are the roughness.
Surface roughness is the output variable studied in this process, and can be defined
how microgeometric peaks and valleys on piece. Roughness pattern have been
studied a lot, because the interference on the surface finish and the parts coupling. On
turning process, the cut velocity, the advance velocity, the cut depth and the coolant
are entrance variables of the turning process and have a big influence on the part
superficial roughness, so is necessary to evaluate the influence of the entrance
variables one by one. To verify the influence of the entrance variables, a fatorial bk
were maded, all the possibilities of combination were analized and collected 64 data
in 16 specimens. Were used 4 levels of advance velocity, 0,12 mm/rot, 0,15 mm/rot,
0,18 mm/rot and 0,21 mm/rot and the cooling were prepared in 4 diferent dilutions,1
liter from coolant in 8 liters from water, 1 liter from coolant in 10 liters from water, 1 liter
from coolant in 12 liters from water and 1 liter from coolant in 14 liters from water.
Analysing the date, were possible to concluse that greater amount of coolant, dont
assure low roughness, because the less roughness degrees was obtained with the
dilution 1 liter from coolant to 14 liter and the advance velocity 0,12 mm/rot. One more
conclusion was that the advance velocity have more influence at the roughness than
coolant.
Keywords – Roughness; Machining; Turning; Cut parameters
5
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Processo de usinagem ............................................................................. 13
Figura 2 - Processo de Torneamento ........................................................................ 14
Figura 3 - Parâmetros de usinagem .......................................................................... 15
Figura 4 - Filme de óleo em meio a rugosidade superficial ....................................... 17
Figura 5 - Rugosidade Média .................................................................................... 18
Figura 6 - Rugosidade Média .................................................................................... 19
Figura 7 - Rugosidade máxima ................................................................................. 19
Figura 8 - Geometria da ferramenta de Corte ........................................................... 22
Figura 9 - Gráfico de Pareto representando os problemas de uma empresa. ........... 24
Figura 10 - Variação da rugosidade em função do avanço ....................................... 26
Figura 11 - Suporte da peça fixado ao desempeno por meio de base eletromagnético.
.................................................................................................................................. 29
Figura 12 - Montagem do sistema de medição de rugosidade ................................. 29
Figura 13 - Torno Travis TR-1 XP ............................................................................. 30
Figura 14 - Especificações da pastilha ...................................................................... 32
Figura 15 - Classificação ISSO de pastilhas de corte ............................................... 33
Figura 16 - Fluido lubrirefrigerante B90 ..................................................................... 33
Figura 17 - Fluido de corte contaminado ................................................................... 34
Figura 18 - Rugosimetro ............................................................................................ 35
Figura 19 - Calibração do rugosimetro ...................................................................... 35
Figura 20 - Gráfico da variação da rugosidade média Ra (μm) para avanço 0,12 mm/rot
com a alteração na diluição do fluido lubrirefrigerante. ............................................. 37
Figura 21 - Gráfico da variação da rugosidade média Ra (μm) para avanço 0,15 mm/rot
com a alteração na diluição do fluido lubrirefrigerante. ............................................. 37
Figura 22 - Gráfico da variação da rugosidade média Ra (μm) para avanço 0,18 mm/rot
com a alteração na diluição do fluido lubrirefrigerante. ............................................. 37
Figura 23 - Gráfico da variação da rugosidade média Ra (μm) para avanço 0,21 mm/rot
com a alteração na diluição do fluido lubrirefrigerante. ............................................. 38
Figura 24 - Gráfico da variação da rugosidade media Ra (μm) para diluição 1/8 com a
variação da velocidade de corte ................................................................................ 38
Figura 25 - Gráfico da variação da rugosidade media Ra (μm) para diluição 1/10 com
a variação da velocidade de corte ............................................................................. 39
6
Figura 26 - Gráfico da variação da rugosidade media Ra (μm) para diluição 1/12 com
a variação da velocidade de corte ............................................................................. 39
Figura 27 - Gráfico da variação da rugosidade media Ra (μm) para diluição 1/14 com
a variação da velocidade de corte ............................................................................. 39
Figura 28 - Média da rugosidade Ra (μm) com variação na diluição do fluido
lubrirefrigerante ......................................................................................................... 40
Figura 29 - Gráfico de Pareto da rugosidade média Ra (μm) em relação as variáveis
de entrada ................................................................................................................. 41
Figura 30 - Gráfico de Pareto da rugosidade media Ra (μm), do avanço 0,12 mm/rot
com variação da diluição ........................................................................................... 42
Figura 31 - Gráfico de Pareto da rugosidade media Ra (μm), do avanço 0,15 mm/rot
com variação da diluição ........................................................................................... 42
Figura 32 - Gráfico de Pareto da rugosidade media Ra (μm), do avanço 018 mm/rot
com variação da diluição ........................................................................................... 42
Figura 33 - Gráfico de Pareto da rugosidade media Ra (μm), do avanço 0,21 mm/rot
com variação da diluição ........................................................................................... 43
Figura 34 - Ra média (μm) com variação do avanço (mm/min) ................................ 43
7
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Ensaios realizados ................................................................................... 28
Tabela 2 - Especificações técnicas da máquina ........................................................ 30
Tabela 3 - Especificações da ferramenta de Corte .................................................. 32
Tabela 4 - Rugosidade média Ra (μm) com a variação da diluição do fluido
lubrirefrigerante e avanço, desvio padrão, média e coeficiente de variação ............. 44
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
CNC – Comando Numérico Computadorizado
Fn – Velocidade de Avanço
NBR – Norma Brasileira
L – Litros
Ra – Rugosidade Média
Rmax – Rugosidade Máxima
RPM – Rotações por minuto
Vc – Velocidade de Corte
Cv – Coeficiente de Variação
S – Desvio Padrão
Xmed – Média
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................ 10
1.1 Objetivo Geral ................................................................................................ 11
1.2 Objetivos Específicos ................................................................................... 11
1.3 Justificativa .................................................................................................... 11
1.4 Delimitação .................................................................................................... 12
1.5 Estrutura ........................................................................................................ 12
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................................... 13
2.1 Torneamento .................................................................................................. 14
2.2 Parâmetros de Usinagem ............................................................................. 14
2.3 Rugosidade Superficial ................................................................................. 16
2.3.1. Parâmetros da rugosidade.................................................................. 18
2.4 Fluidos de corte ............................................................................................. 19
2.5 Aços inoxidáveis e o aço AISI 304 ............................................................... 20
2.6 Ferramentas de corte .................................................................................... 21
2.7 Projeto de experimentos ............................................................................... 22
2.8 Análise estatística ......................................................................................... 23
2.9 Estado da arte ................................................................................................ 25
3. MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................. 27
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................... 36
5. CONCLUSÃO ................................................................................................. 46
6. REFERÊNCIAS ............................................................................................... 48
10
1. INTRODUÇÃO
Com o avanço das tecnologias, as empresas estão continuamente em busca de
melhorias em seus processos, visando maior qualidade em seus produtos, otimização
de tempo e principalmente aumento de eficiência aliado a baixos custos.
De acordo com Ferraresi (1969), há dois processos básicos associados a
trabalhos com metais, a conformação e a usinagem, sendo a usinagem classificada
por Rebeyka (2016) como um processo onde há remoção de material, e por Fracaro
(2017) como um processo que implica na redução de massa.
O foco deste estudo é o processo de torneamento, que é definido por Ferraresi
(1969) como a obtenção de superfícies de revolução com o auxílio de ferramentas
monocortantes e complementado por Diniz (2013) como sendo movimento relativo
entre ferramenta e peça dando forma a peça. No processo de torneamento, existem
diversos parâmetros de entrada, como avanço, velocidade de corte, rotações por
minuto, tipo de refrigerante, e diversos parâmetros de saída, como espessura do
cavaco, forma do cavaco e rugosidade superficial.
Este trabalho tem por objetivo estudar como a rugosidade é influenciada pela
diluição do fluido lubrirefrigerante e a variação da velocidade de avanço. A rugosidade
é definida por Machado et al. (2009) como sendo irregularidades superficiais
associadas ao processo de corte, materiais ou problemas na fermenta de corte.
Para análise da variação da rugosidade superficial, a Velocidade de Avanço (fn)
e a diluição do fluido lubrirefrigerante serão variados para subsequente análise de
correlação entre as variáveis de entrada com a variável de saída.
11
1.1 Objetivo Geral
Analisar a influência da velocidade de avanço e da diluição de fluido de corte na
rugosidade do aço inox AISI 304 usinado em Torno CNC.
1.2 Objetivos Específicos
Os objetivos específicos deste trabalho são os seguintes:
1. Analisar a rugosidade superficial da peça obtida com a variação da velocidade
de avanço e diluição do fluído refrigerante.
2. Definir qual a diluição mais adequada para obtenção de um menor grau de
rugosidade.
3. Definir a velocidade de avanço indicada para a obtenção de determinados
graus de rugosidade.
1.3 Justificativa
As características do fluido lubrirrefrigerante e a velocidade de avanço tem
influência direta na rugosidade superficial de peças usinadas, além do mais, a grande
maioria dos fluidos utilizados tem grande potencial de poluição, o que não acontece
com o fluido utilizado neste experimento, pois ele é isento de óleos.
A rugosidade tem fundamental importância no acoplamento de peças, pois
quanto maior o grau de rugosidade, maior será o atrito entre as partes do
acoplamento, podendo dificultar a ação desejada. Um adequado grau de rugosidade
melhora a lubrificação, quando ela é feita por meio de óleos, e possibilita um menor
desgaste das peças, contudo em algumas situações se faz necessário um grau de
rugosidade extremamente baixo para que o atrito seja minimizado ao máximo, como
por exemplo em esferas de rolamentos, que necessitam ter um atrito de rolamento
muito baixo e peças que realizam a vedação de líquidos, onde um grau de rugosidade
mais alto pode ocasionar vazamentos.
12
1.4 Delimitação
Todos os corpos de prova foram analisados, em 4 pontos entorno do seu eixo,
com o intuito de verificar a variação da rugosidade com a alteração dos parâmetros
estipulados, como a velocidade de avanço e variação da diluição do fluido de corte,
definidos por proximidade com as indicações dos fabricantes. A rotação foi mantida
constante em 2000 RPM e a profundidade de corte em 0,5 mm.
1.5 Estrutura
Este trabalho está composto em 5 capítulos. O primeiro capítulo é composto
pela introdução ao conteúdo estudado, enfatizando a importância dos parâmetros de
corte e do uso de um fluido de corte apropriado para a obtenção de uma rugosidade
superficial adequada, os principais objetivos do estudo, a justificativa pela escolha do
conteúdo, o cronograma da realização dos experimentos e a estrutura.
O referencial teórico é a composição do segundo capítulo, onde são
apresentados os principais processos de usinagem, enfatizando o processo de
torneamento torneamento e as variáveis do processo são apresentadas.
O terceiro capítulo trata sobre os materiais e métodos utilizados para o
desenvolvimento do trabalho. Neste capitulo também são apresentados os meios com
que os dados vão ser coletados e analisados.
No quarto capítulo, os resultados obtidos são apresentados, ocorrendo uma
análise de possíveis causas e soluções para a resolução de problemas encontrados.
O capitulo 5 é composto pela conclusão, onde é feito o fechamento do trabalho
e apresentada um síntese sobre o que foi desenvolvido ao longo dos estudos.
13
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Na indústria existem os mais diversos processos de fabricação, alguns deles
mais empregados que outros. Um dos processos de fabricação mais utilizados na
indústria metalmecânica é a usinagem, que pode ser dividido em vários tipos,
como furação, fresamento e torneamento.
Na figura 1 é apresentado um processo de usinagem, que Ferraresi (1969)
define como sendo aquela que ao conferir forma a peça, dimensões ou
acabamento, ou qualquer combinação desses três itens, produz cavaco. Já para
Fracaro (2017), o processo de usinagem consiste em redução de massa em
relação a peça original, e o material resultante da remoção chamado de cavaco,
sendo cavaco, segundo Rebeyka (2016), uma porção de material retirada com
auxílio de uma ferramenta.
Figura 1 - Processo de usinagem
Fonte: Adaptado pelo autor com base em
http://www.metalflow.pt/?page_id=885
14
O movimento de corte é um movimento relativo entre a peça e a ferramenta no
qual sem o movimento de avanço, origina somente uma remoção de cavaco.
(FERRARESI, 1969)
A usinabilidade é outro fator importante no processo de usinagem, pois indica
o desempenho da usinagem de um material, podendo ser definida pela capacidade
da ferramenta, máquina ou material a ser usinado.(GEREZ MIGUEL, 2014)
2.1 Torneamento
O processo de torneamento é indicado para trabalhos com peças cilíndricas,
onde a perfil pode ser produzido pelo processo de rotação da peça entorno do seu
eixo. O deslocamento da ferramenta associada com a rotação da peça caracteriza o
processo de torneamento. (REBEYKA, 2016). O processo de torneamento pode ser
verificado na figura 2.
Figura 2 - Processo de Torneamento
Fonte: Adaptado pelo autor com base em https://www.mazak.com.br/
machines/product/turning/
2.2 Parâmetros de Usinagem
Os parâmetros de usinagem (Fig. 3), estão diretamente ligados aos movimentos
de usinagem, que são movimentos relativos entre a peça a ser usinada e a ferramenta
15
de corte, considerando a peça parada. Pode se descrever o movimento de corte
também como sendo um movimento entre a peça e a ferramenta que resulta na
remoção de um único cavaco. (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2013)
Figura 3 - Parâmetros de usinagem
Fonte: Adaptado pelo autor com base em https://sistemas.eel.usp.br/docentes
/arquivos/5840793/L OM3079/Power.pdf
• Velocidade de Avanço (fn)
Para Ferraresi (1969) , o avanço é o movimento entre a ferramenta e a peça
que resulta na retirada continua de cavaco, já Diniz et al. (2013) descreve o avanço
como sendo o percurso que a ferramenta percorre em cada volta da peça, ou em caso
de ferramentas como brocas ou fresas, quanto a ferramenta percorre a cada volta
entorno do próprio eixo.
Pode-se usar também o avanço por dente, ou seja, o quanto a ferramenta
avança sobre a peça dividido pelo número de dentes, no caso do fresamento. O
avanço por dentes é importante pois cada dente remove um cavaco. (DINIZ;
MARCONDES; COPPINI, 2013)
• Velocidade de Corte (Vc)
Segundo Ferraresi (1969) , a velocidade de corte é a velocidade instantânea
do ponto de referência da aresta de corte da ferramenta. Já Rebeika (2016) define
16
velocidade de corte como sendo a razão entre o espaço que a ferramenta percorre
pelo tempo da operação.
Em máquina onde há rotação da peça, a velocidade de corte é relacionada está
relacionada com o RPM. (REBEYKA, 2016)
𝑅𝑃𝑀 =
1000 𝑥 𝑉𝑐
𝜙 𝑥 𝜋
(1)
onde:
RPM = Rotações por minuto
Vc = Velocidade de corte
Φ = Diâmetro
• Profundidade de Corte (ap)
É a profundidade de penetração da ferramenta na peça, medida
perpendicularmente ao plano de trabalho, como mostrado na figura 4.(DINIZ;
MARCONDES; COPPINI, 2013)
2.3 Rugosidade Superficial
A rugosidade é composta por irregularidades finas de ação inerente ao processo
de corte, associados aos parâmetros de usinagem, materiais usinados ou problemas
nas ferramentas ou máquinas. Análises estatísticas aplicados nos processos podem
identificar contribuições relativas de cada um desses parâmetros na rugosidade.
(MACHADO et al., 2009)
A importância do acabamento superficial aumenta de acordo com a precisão de
ajustes entre peças que necessitam ser acopladas, onde apenas as tolerâncias
dimensionais não são o suficiente. A rugosidade superficial também tem grande
influência na resistência a fadiga da peça, ou seja, quanto menor a rugosidade, maior
será a resistência a fadiga, sendo essencial o controle em peças onde se tem atrito e
desgastes.(AGOSTINHO; RODRIGUES; LIRANI, 1977)
17
Um dos principais exemplos da importância da rugosidade superficial é o motor
a combustão, onde há uma interação direta entre o óleo de lubrificação com a
rugosidade entre a parede do pistão e a camisa do bloco do motor, onde há movimento
relativo entre ambos e uma camada de óleo para diminuição de atrito entre as duas
superfícies. Se a espessura da camada de óleo for menor do que as saliências na
peça haverá contato metal/metal, aumentando o desgaste e diminuindo a eficiência
como pode ser visto na figura 4. (AGOSTINHO; RODRIGUES; LIRANI, 1977)
Figura 4 - Filme de óleo em meio a rugosidade superficial
Fonte: Adaptado pelo autor com base em Agostinho (1977, pg
194)
O grau de rugosidade é especificado de acordo com a aplicação da superfície
usinada, existem situações em que é desejado um grau de rugosidade extremamente
baixo, como por exemplo em tubulações de escoamento de gases ou líquidos, para
evitar a perda de carga durante o trajeto e também em superfícies que exigem um
visual melhor, como brilho ou refletividade. Graus de rugosidade específicos também
são desejados em algumas aplicações, principalmente em superfícies que necessitam
ser lubrificadas, pois a adesão de óleo na superfície se faz necessária, sendo o grau
de rugosidade muito baixo, o óleo ira escorrer e não realizará de forma adequada o
seu trabalho, por outro lado, se a rugosidade for muito elevada, o óleo será depositado
nos vales da rugosidade e os picos ficarão expostos, como pode ser visto na figura 4,
acarretando no aumento do atrito e consequente aumento de desgaste da
peça.(MACHADO et al., 2009)
18
2.3.1. Parâmetros da rugosidade
A rugosidade é afetada por um grande número de variáveis, podendo ser
examinada por diversos parâmetros. (MACHADO et al., 2009)
• Parâmetros de amplitude: Determinados pela altura e profundidade dos
picos e vales.
• Parâmetros de espaço: Determinado pelo espaço do desvio.
• Parâmetros híbridos: Determinado pela combinação dos parâmetros de
amplitude e espaço.
Dois sistemas básicos de medição são adotados, o da linha media (Fig. 6) e o
da envolvente, sendo o primeiro o mais utilizado. O sistema da linha média consiste
em medir os picos e vales e traçar uma linha media entre eles, de forma que a área
da rugosidade acima da linha media seja igual a área abaixo dela.
• Rugosidade Media (Ra): Para calcular a rugosidade media , faz-se a média
aritmética dos valores absolutos dos picos e vales, utilizando a equação 2. Como
a rugosidade media é calculada usando valores absolutos, a linha Ra ficará situada
acima da linha média, como pode ser visto na figura 5.
𝑅𝑎 =
1
𝑛
∑ |𝑦𝑖|𝑛
𝑖=1 (2)
Figura 5 - Rugosidade Média
Fonte: Adaptado pelo autor com base em http://ctborracha.com/wp-
content/uploads/2014/ 10/Fig24-.png
• Rugosidade Máxima (Ry) : Medida máxima dos picos e vales, onde a maior
diferença entre picos e vales situados dentro de um comprimento amostral é a
rugosidade máxima, indicada na figura 7.
19
• Rugosidade Total (Rt): É a diferença entre o pico mais alto e o vale mais profundo,
podendo ser visto na figura 7. (AGOSTINHO; RODRIGUES; LIRANI, 1977;
HAMMES; ROSA; WALKER, 2016)
Figura 6 - Rugosidade Média
Fonte: Adaptado pelo autor com base em http://moldesinjecaoplasticos.
com.br/desvio-de-conformacao-e-sistemas-de-medicao-da-hrugosidade-acaba
mento-superficial/
Figura 7 - Rugosidade máxima
Fonte: Adaptado pelo autor com base em Hammes (2016, pg 143)
2.4 Fluidos de corte
Na usinagem, quando os fluidos de corte são aplicados apropriadamente, trazem
diversos benefícios. A escolha deve ser feita de acordo com as adversidades
encontradas no processo, analisando a composição química e as propriedades do
fluido. Para um melhor aproveitamento dos benefícios do fluido de corte, ele deve ser
aplicado o mais próximo possível da aresta de corte com o intuito de otimizar suas
funções. Os primeiros testes foram realizados em 1894, quando agua foi aplicada na
20
região da aresta de corte, possibilitando um aumento de 33% na velocidade de corte,
a partir deste momento.(MACHADO et al., 2009)
Para altas velocidades é recomendado um fluido de corte com alta capacidade
de refrigeração, pois são geradas altas quantidades de calor, que pode ser prejudicial
para a superfície da peça e também diminuir a vida útil da ferramenta. Com a falta de
refrigeração podem ocorrer pequenos acidentes, pois cavacos quentes podem ser
lançados e podem ocorrer queimaduras ao manusear peças quentes. (REBEYKA,
2016)
De acordo com Machado et al. (2009), as principais funções do fluido de corte
são:
• Lubrificação
• Refrigeração
• Remoção de cavacos da zona de corte
• Proteção contra oxidação
Em baixas velocidades, quando a variação de temperatura é baixa, a
refrigeração é quase sem importância, enquanto a lubrificação tem extrema
importância, pois tem a função de diminuir o atrito e evitar a formação de aresta
postiça. A remoção de cavacos tem maior importância em processos de furação, onde
o fluido deve possuir uma viscosidade mais alta para cumprir melhor as suas funções.
(MACHADO et al., 2009)
2.5 Aços inoxidáveis e o aço AISI 304
Para Modenesi (2001) os aços inoxidáveis são ligas ferrosas que contem cromo
e níquel e alguns elementos de liga, sendo o cromo o principal elemento responsável
pela resistência a corrosão. O cromo forma uma camada de oxido sobre a liga, inibindo
a corrosão, essa camada protetora, também chamada de filme passivo, é formada
espontaneamente quando o metal é exposto ao ar. Quando o filme passivo é
destruído, e as condições impedem sua rápida regeneração, o aço inoxidável se torna
21
pouco resistente a corrosão. Modenesi (2001) caracteriza o aço AISI 304 com uma
composição de Cromo que varia de 18% a 20%, e uma composição de Niquel que
varia de 8% a 11%, sendo este o formador de austenita, e alguns elementos residuais
como Manganes e silício. Já Baxter et al. (2008) caracteriza o aço inoxidável 304,
como sendo um aço com 18% de cromo, 8% de níquel e até 0,08% de carbono.
O aço AISI 304 se enquadra na categoria de aços austeniticos, essa classe
inclui as ligas de Fe-Cr-Ni, não podendo ser endurecidos por tratamento térmico. Os
aços austeniticos são os mais utilizados. Os aços inoxidáveis austeniticos possuem
um baixo limite de escoamento, uma grande ductilidade e um alto limite de resistência
e a melhor soldabilidade entre os aços inoxidáveis.
2.6 Ferramentas de corte
As dimensões e a forma da ferramenta tem influência no desempenho da
usinagem, contudo, a escolha adequada da ferramenta é de suma importância para o
processo.
O desempenho da usinagem depende muito da geometria da ferramenta de
usinagem, caso seja usada uma geometria inadequada, os resultados esperados
podem ser inadequados. Para que não ocorram problemas ocasionados por
problemas com a geometria da ferramenta, os ângulos e arestas foram normalizados
e definido um nomenclatura específica, nos estes apresentados na figura 8. A norma
vigente no Brasil com relação aos ângulos das ferramentas de corte é a NBR-ISSO
3002-1. (FRACARO, 2017)
22
Figura 8 - Geometria da ferramenta de Corte
Fonte: Do autor
A ferramenta é formada por uma ponta de corte, que tem por finalidade realizar
a remoção do material e um suporte que serve como base para fixar a ponta em caso
do uso de pontas intercambiáveis e também serve para fixar a ferramenta à máquina,
o formato da ferramenta de corte sem ponta intercambiável usada em um torno pode
ser visto na figura 6. (FRACARO, 2017)
A ferramenta tem por finalidade penetrar no material por meio da aresta de corte
na direção do corte e na direção do avanço, justificando a importância da geometria
da ferramenta. (REBEYKA, 2016)
2.7 Projeto de experimentos
• Fatorial bk
Todo estudo de experimentos envolve inúmeras variáveis para estudo. Uma
forma de estudar uma variável isoladamente é alternando uma variável por vez, e
manter as outras constantes. Um experimento fatorial tem elevada relevância no
estudo da influência de determinados fatores sobre uma variável de saída, sendo que
neste método, todas as combinações possíveis são avaliadas. (NEVES;
SCHVARTZMAN, 2002)
23
De acordo com Hair et al. (2010), alguns passos são necessários para realizar
uma análise fatorial: Formular um problema, determinar a metodologia de análise e o
número de fatores e interpretar os fatores. (HAIR et al., 2010)
No experimento fatorial bk, o “b” consiste no número de níveis que as variáveis
podem assumir e “k” é o número de variáveis de entrada no processo. Se o
experimento tiver duas variáveis que podem assumir 4 níveis cada uma delas, faz-se
o cálculo de 42=16, sendo assim, serão necessárias 16 amostras para testar todas as
possíveis combinações. (NEVES; SCHVARTZMAN, 2002)
2.8 Análise estatística
• Média aritmética
A média aritmética é a soma de todos os dados, dividido pelo número de dados
da amostra como indicado da equação 3.
𝑋𝑚𝑒𝑑 =
∑ 𝑥𝑖
𝑛
𝑛=1
𝑛
(3)
• Variância e Desvio Padrão
Desvio padrão (S) e Variância (Var), são cálculos de dispersão em relação a
média dos dados e são boas mediadas caso haja uma distribuição normal.
A variância pode ser calculada fazendo-se o somatório do quadrado do valor
obtido menos a média (Xmed), dividido pelo número de dados da amostra, como
mostrado na equação 4. Já o desvio , equação 5, é o quadrado da variância, sendo o
desvio padrão uma variável de melhor interpretação em relação a variância pois a
variância é uma função de segundo grau e o desvio padrão uma equação de primeiro
grau. (BUSSAB; MORETTIN, 2010)
𝑉𝑎𝑟 =
∑(𝑋𝑖−𝑋𝑚𝑒𝑑)2
𝑛−1
(4)
𝑠 = √𝑉𝑎𝑟 (5)
24
• Coeficiente de Variação
Para realizar a comparação da variabilidade de um conjunto de dados, o
Coeficiente de Variação (CV) pode ser utilizado. Para realizar o cálculo de CV, divide-
se o desvio padrão (S) pela média (Xmed) e multiplica-se o resultado obtido por 100
para que o resultado final seja dado em porcentagem. (BUSSAB; MORETTIN, 2010)
𝐶𝑉 =
𝑠
𝑋𝑚𝑒𝑑
∗ 100 (6)
• Gráfico de Pareto
Joseph Juran desenvolveu o gráfico de Pareto a partir de alguns resultados
obtidos por Vilfredo Pareto e por Max O. Lornz. Pareto e Max realizaram alguns
estudos em bancos, onde verificaram que 80% do dinheiro pertencia a apenas 20%
das pessoas. Juran transcendeu os resultados dos estudos de Pareto para problemas
de qualidade, e identificou que a maioria dos problemas vinham de poucas causas.
Plotando um gráfico foi possível visualizar os problemas de maior importância (Fig 9),
possibilitando focar nos problemas com maior grau de influência no processo
produtivo. (SELEME; STADLER, 2010)
Figura 9 - Gráfico de Pareto representando os problemas de uma empresa.
Fonte: Adaptado pelo autor em http://themonsterbug.blogspot.com/2011/08/tdc-
2011-trilha-de-testes.html
http://themonsterbug.blogspot.com/2011/08/tdc-2011-trilha-de-testes.html
http://themonsterbug.blogspot.com/2011/08/tdc-2011-trilha-de-testes.html
25
2.9 Estado da arte
Diversos trabalhos de estudo da rugosidade de vários materiais já foram
realizados, com diferentes métodos de análise aplicados, pois há múltiplas variáveis
envolvidas no processo. Há trabalhos que usam ferramentas de corte dos mais
diversos formatos, outros utilizam apenas um formato de ferramenta com variação na
velocidade de corte. Diferentes variáveis de saída são analisados como vibração,
rugosidade, ruído, vibração, etc.
Gerez Miguel (2014), com o objetivo de melhorar um processo de usinagem
específico, utilizou uma barra de aço c-45 trefilado com diâmetro 22,35, cortados com
200 mm de comprimento e fixados na placa do torno CNC de forma que 66 mm do
corpo de prova ficassem para fora da placa. O bedâme VBMT 331 foi fixado no porta
ferramentas de forma que ficasse 12,45 mm projetado para fora do suporte, e o
suporte foi preso no porta ferramentas ficando 35 mm projetado para fora.
Para usinar a peça Gerez Miguel (2014) realizou 3 faceamentos com 1 mm cada,
e desbastou com profundidade de 0,1mm, 60 mm do corpo de prova. Também foram
realizadas entradas radiais na peça até o diâmetro de 10 ou 14mm.
Hammes (2016) utilizou 9 corpos de prova de aço SAE 1045 com diâmetro de
25,4mm, todos os corpos de prova foram faceados e feitos furos de centro pra ajudar
na fixação da peça. Foi realizado um ensaio de dureza Brinell, obtendo um resultado
de 246 HB. Ao contrário de Gerez Miguel (2014), Hammes (2016) utilizou um torno
convencional em seu estudo.
Para a realização do estudo, Hammes (2016) fez uso de ferramenta CCMT
120408, usinando 100mm no comprimento dos corpos de prova, variando a
profundidade de corte entre 1mm e 2 mm, e usando 3 parâmetros de avanço, 0,15;
0,30 e 0,45 mm/rot, totalizando os 9 experimentos. Finalizados os experimentos, foi
feito um estudo de rugosidade nos corpos de prova e os dados submetidos a uma
análise estatística.
Gerez Miguel (2014), usou como variável de entrada o avanço em 4 níveis
diferentes, como pode ser visto na figura 10, a rugosidade média (Ra) e a rugosidade
26
máxima (Rmax) foram estudadas para determinar a influência do avanço sobre a
rugosidade. Com o estudo, o autor concluiu que a rugosidade media diminui de 4,843
μm para 3,946 μm, quando se aumenta a velocidade de avanço de 0,03 mm/rot até
0,05 mm/rot, porém a rugosidade média aumenta para 4,942 μm quando o avanço é
0,06 mm/rot. Para Hammes (2016), o avanço de 0,03 mm/rot apresentou os melhores
resultados.
Figura 10 - Variação da rugosidade em função do avanço
Fonte: Gerez Miguel (2014, pg 62)
27
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização do experimento, foi utilizada uma barra de diâmetro 25,4 mm
usinada em um torno CNC, Travis TR-1 XP. Foram cortados 16 corpos de prova com
180 mm de comprimento e utilizadas 4 velocidades de corte diferentes para cada
diluição de fluido refrigerante conforme a tabela 1.
Cada corpo de prova foi fixado 90mm para fora da placa, feito um furo de centro
e apoiada pelo contra ponto do torno. A sequência do procedimento de usinagem foi
a seguinte:
1) Fixar a peça 90 mm para fora da placa;
2) Fazer furo de centro;
3) Fixar o contra ponto;
4) Desbastar 80 mm da peça com avanço 0,2 mm/rot e profundidade de
corte de 0,5mm;
5) Virar a pastilha para usar um lado novo;
6) Dar um passe de acabamento no avanço estipulado;
7) Retirar a peça e identifica-la;
Uma análise estatística foi realizada por meio de projeto de experimentos
Fatorial bk, como foram utilizados 2 fatores e 4 níveis, foram necessárias 16 amostras,
que estão exemplificadas na tabela 1. Com os resultados, foram traçados gráficos de
28
tendência, calculadas as médias, desvio padrão, coeficiente de variação e traçados
gráficos de Pareto para identificar as melhores opções.
Tabela 1 - Ensaios realizados
Avanço
0,12
mm/rot
0,15
mm/rot
0,18
mm/rot
0,21
mm/rot
-2 -1 1 2
Diluição (Fluido/Água)
1/8 1/10 1/12 1/14
-2 -1 1 2
Ensaio Fluido Avanço
1 -2 -2
2 -2 -1
3 -2 1
4 -2 2
5 -1 -2
6 -1 -1
7 -1 1
8 -1 2
9 1 -2
10 1 -1
11 1 1
12 1 2
13 2 -2
14 2 -1
15 2 1
16 2 2
Fonte: Do autor
Após a realização da usinagem, a rugosidade superficial de cada corpo de
prova foi analisada, o rugosimetro foi fixado a um traçador de altura que foi alocado
sobre um desempeno, para que a altura do rugosimetro pudesse ser ajustada de
forma adequada. A peça a ser medida foi colocada sobre um suporte em “V”, que foi
fixado ao desempeno por meio de uma base eletromagnética como pode ser visto na
figuras 11 e 12. A medição da rugosidade foi feita a 75 mm de distância da face da
peça, sendo feitas 4 medições, uma a cada 90º de giro da peça.
29
Figura 11 - Suporte da peça fixado ao desempeno por meio de base
eletromagnético.
Fonte: Do autor
Figura 12 - Montagem do sistema de medição de rugosidade
Fonte: Do autor
• Torno Travis TR-1 XP
Na figura 13 está ilustrado o equipamento Torno Romi Centur 30S que será
utilizado nos testes e na tabela 2 está demonstrado as especificações técnicas da
máquina.
30
Figura 13 - Torno Travis TR-1 XP
Fonte: Do autor
Tabela 2 - Especificações técnicas da máquina
Cursos
Curso longitudinal 810 mm
Curso transversal 280 mm
Potência
Motor 10 HP
Servo motores 6 Nm
Refrigeração 1/6 HP
Unidade Hidráulica 0,75 HP
Capacidades
Distância entre centros 800 mm
Diâmetro sobre barramento 460 mm
Altura de centros 230 mm
Largura do barramento 300 mm
Diâmetro da placa 200 mm
Número de ferramentas 8
Pesos e dimensões
Área ocupada 3700 x 2500 mm
Peso 2200 Kg
Fonte: Do autor, adaptado do manual do usuário
• Programa do torno CNC
O programa utilizado para realizar a usinagem no torno CNC está descrito
abaixo. A cada corpo de prova usinado foi alterado a velocidade de avanço na linha
24 de acordo com o definido na tabela 1.
31
1 - G90 G95; (SISTEMA DE COORDENADAS ABSOLUTO; mm/rot)
2 - G00 X150 Z150; (AFASTA A TORRE PARA TROCAR FERRAMENTA)
3 - T6D6; (SELECIONA BROCA DE CENTRO)
4 - G00 X0 Z2; (APROXIMA A BROCA DE CENTRO)
5 - G97 S1000 M3 M42; ( DEFINE 1000 RPM, LIGA GIRO ANTI-HORARIO, GAMA
DE VELOCIDADES 1)
6 - G01 F0.1; ( AJUSTA VELOCIDADE DE CORTE)
7 - Z-2; ( AVANÇA BROCA DE CENTRO)
8 - Z2; (RETORNA BROCA DE CENTRO)
9 - G00 X150 Z150; ( AFASTAMENTO RÁPIDO PARA TROCA DE FERRAMENTA)
10 - M0; (PARADA DE MÁQUINA PARA APROXIMAR CONTRA PONTO)
11 - T5D5; (SELECIONA FERRAMENTA DE DESBASTE)
12 - G97 S2000 M3 M42; (DEFINE 2000 RPM, LIGA GIRO ANTI-HORARIO, GAMA
DE VELOCIDADES 1)
13 - M8; (LIGA FLUIDO DE CORTE)
14 - G00 X24 Z2; (APROXIMAÇÃO RÁPIDA)
15 - G01 F0.2; (DEFINE AVANÇO DE DESBASTE)
16 - Z-80; (DESBASTAR 80mm NO COMPRIMENTO)
17 - X26; (AFASTAMENTO LENTO)
18 - M9; (DESLIGA FLUIDO)
19 - G00 X150 Z150; (AFASTAMENTO RÁPIDO PARA TROCA DE FERRAMENTA)
20 - M0; (PARADA DE MÁQUINA PARA SUBSTITUIR PASTILHA)
21 - G97 S2000 M3 M42; (DEFINE 2000 RPM, LIGA GIRO ANTI-HORARIO, GAMA
DE VELOCIDADES 1)
22 - G00 X23 Z4; (APROXIMAÇÃO RÁPIDA)
23 - M8; (LIGA FLUIDO REFRIGERANTE)
24 - G01 F0.18; (DEFINE AVANÇO DE ACABAMENTO)
25 - Z-80; (DESBASTAR 80mm NO COMPRIMENTO)
26 - X26; (AFASTAMENTO LENTO)
27 - G00 X150 Z150; (AFASTAMENTO RÁPIDO)
28 - M30; (FIM DE PROGRAMA)
32
• Ferramenta de corte
A pastilha de corte a ser utilizada é a TNMG 160408-GN IC 830, da marca iscar,
como pode ser visto na figura 14 e 15, o inserto é adequado para a usinagem de aço
inox ( legenda com a letra “M” em fundo amarelo), bem como para aços (legenda com
a letra “P” em fundo Azul) e ligas resistentes a altas temperaturas (legenda com letra
“S” em fundo alaranjado).
Figura 14 - Especificações da pastilha
Fonte: Do autor
Tabela 3 - Especificações da ferramenta de Corte
Ângulo 60°
Largura 16,5mm
Espessura 4,76mm
Raio da Ponta 0,8mm
Fonte: Do autor, adaptado de
http://www.iscar.com/eCatalog/Item.aspx?c
at=5591057&fnum=445&mapp=IS&GFSTY
P=&srch=1
33
Figura 15 - Classificação ISSO de pastilhas de corte
Fonte: Adaptado de https://www.shimatools.com.br/informa
%C3%A7%C3%B5es/classe-isso/
• Fluido lubrirrefrigerante
O fluido de corte utilizado foi o B90, que está apresentado na figura 16,
fabricado pela Bondmann Quimica. O fabricante forneceu o produto com o intuito de
receber em troca os resultados da pesquisa. O fluido é isento de óleos e foi
desenvolvido para processos de usinagem. O B90 possui alto poder de refrigeração,
produzido com matérias primas renováveis, sendo assim um produto sustentável e
biodegradável.
Figura 16 - Fluido lubrirefrigerante B90
Fonte: Do autor
Nesta etapa foi necessário realizar uma limpeza no tanque do fluido de corte
da máquina, pois estava muito sujo e contaminado como pode ser visto na figura 17.
34
A retirada do fluido da máquina foi feita primeiro por meio da bomba hidráulica
existente para movimentar o fluido, porém foi colocado um recipiente para coletar o
fluido já usado. Ao alcançar o nível mínimo de fluido para funcionamento da bomba, o
restante do foi retirado manualmente e quando o tanque estava praticamente sem
fluido foi usado um pano para seca-lo.
Figura 17 - Fluido de corte contaminado
Fonte: Do autor
• Medição da rugosidade
Para análise da rugosidade superficial, foi utilizado um rugosimetro da marca
Mitutoyo, modelo SURFTES SJ-210 como o da figura 18. O Rugosimetro foi calibrado
com um padrão de rugosidade (figura 19) e foi fixado em um traçador de altura para
poder ajustar a altura correta para realizar as medições de rugosidade.
O rugosimetro SJ-210 apalpa a superfície da peças, calcula a rugosidade com
base nas normas e indica o resultado. Possui uma faixa de 360 μm (de -200 μm a
160 μm) permitindo visualizar vários parâmetros da rugosidade superficial.
35
Figura 18 - Rugosimetro
Fonte: Adaptado de https://www.tecnoferramentas.com.br/
rugosimetro-portatil-digital-sj_210-mitutoyo-178_561_02ª/p?ua
m=true&mobile=4
Figura 19 - Calibração do rugosimetro
Fonte: Do autor
36
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após realizadas as medições de rugosidade, os dados foram organizados e
gerados gráficos para análise dos resultados, as figuras 20, 21, 22 e 23 mostram os
gráficos, que relacionam os valores da rugosidade média (Ra) medida, e a variação
na diluição do fluido a cada 4 medições, ou seja, para cada diluição e velocidade de
avanço, foram feitas 4 medidas de rugosidade.
Em uma análise preliminar, é possível verificar que há um pico de rugosidade
na diluição 1/12 nos avanços 0,12 mm/rot (Fig 20), 0,15 mm/rot (Fig 21) e 0,21 mm/rot
(Fig 23), no avanço 0,18 mm/rot também foi observado um pico de rugosidade, porém
foi na diluição 1/10 (Fig 22).
Pelas linhas de tendência nos avanços 0,15 mm/rot (Fig 21), 0,18 mm/rot (Fig
22) e 0,21mm/rot (Fig 23) é possível perceber que os valores de rugosidade tendem
a diminuir com a diminuição de quantidade de fluido diluído na água, apenas no
avanço 0,12 mm/rot (Fig 20) tem-se uma pequena tendência de aumento.
37
Figura 20 - Gráfico da variação da rugosidade média Ra (μm) para avanço
0,12 mm/rot com a alteração na diluição do fluido lubrirefrigerante.
Fonte: Do autor
Figura 21 - Gráfico da variação da rugosidade média Ra (μm) para avanço
0,15 mm/rot com a alteração na diluição do fluido lubrirefrigerante.
Fonte: Do autor
Figura 22 - Gráfico da variação da rugosidade média Ra (μm) para avanço 0,18
mm/rot com a alteração na diluição do fluido lubrirefrigerante.
Fonte: Do autor
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1/8 1/10 1/12 1/14
0,3
0,5
0,7
0,9
1,1
1,3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
R
u
g
o
s
id
a
d
e
(
μ
m
)
Diluição
1/8 1/10 1/12 1/14
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
R
u
g
o
s
id
a
d
e
(
µ
m
)
DILUIÇÃO
1/8 1/10 1/12 1/14
38
Figura 23 - Gráfico da variação da rugosidade média Ra (μm) para avanço 0,21
mm/rot com a alteração na diluição do fluido lubrirefrigerante.
Fonte: Do autor
Foram gerados gráficos também da variação da rugosidade em relação a
velocidade de corte (Figuras 24 a 27), comparando as linhas de tendência, é possível
perceber uma menor tendência na variação de rugosidade com o aumento do avanço
na diluição 1/14 (Figura 27). Em todas as outras diluições, o ângulo da curva de
tendência pode ser considerado o mesmo, porem na diluição 1/10 e 1/14 observa-se
que há um aumento mais acentuado quando é variado o avanço de 0,15 para 0,18 e
na diluição 1/12 ocorre uma aumento mais acentuado da rugosidade do avanço 0,18
em relação ao avanço 0,21.
Figura 24 - Gráfico da variação da rugosidade media Ra (μm) para diluição 1/8 com
a variação da velocidade de corte
Fonte: Do autor
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
2,1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
TÍ
TU
LO
D
O
E
IX
O
TÍTULO DO EIXO
1/8 1/10 1/12 1/14
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
R
u
g
o
s
id
a
d
e
(
μ
m
)
Velocidade de avanço
0,12
mm/rot
0,15
mm/rot
0,18
mm/rot
0,21
mm/rot
39
Figura 25 - Gráfico da variação da rugosidade media Ra (μm) para diluição
1/10 com a variação da velocidade de corte
Fonte: Do autor
Figura 26 - Gráfico da variação da rugosidade media Ra (μm) para diluição
1/12 com a variação da velocidade de corte
Fonte: Do autor
Figura 27 - Gráfico da variação da rugosidade media Ra (μm) para diluição 1/14 com
a variação da velocidade de corte
Fonte: Do autor
Na figura 28, foi feita a média das rugosidades Ra (μm), é possível notar que a
velocidade de avanço tem maior influência sobre a rugosidade, do que a diluição do
fluido, porém a influência do fluido não pode ser ignorada. Na diluição 1/8, é possível
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
R
u
g
o
s
id
a
d
e
(
µ
m
)
Velocidade de avanço
0,12
mm/rot
0,15
mm/rot
0,18
mm/rot
0,21
mm/rot
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
R
u
g
o
s
id
a
d
e
(
μ
m
)
Velocidade de avanço
0,12
mm/rot
0,15
mm/rot
0,18
mm/rot
0,21
mm/rot
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
R
u
g
o
s
id
a
d
e
(
µ
m
)
Velocidade de avanço
0,12
mm/rot
0,15
mm/rot
0,18
mm/rot
0,21
mm/rot
40
perceber que o aumento da rugosidade tende a ser mais linear do que as outras 3
diluições, ou seja, o resultado é mais previsível. Já na diluição 1/10, foi verificado um
grande aumento da rugosidade no avanço 0,18 mm/rot em relação ao avanço 0,15
mm/rot, diferente dos avanços 0,15 mm/rot em relação ao avanço 0,12 mm/rot e o
avanço 0,21 mm/rot em relação ao avanço 0,18 mm/rot, que tiveram um acréscimo de
rugosidade não tão acentuado. Na diluição 1/12, é verificado que o grau de rugosidade
já inicia mais alto do que as outras diluições, tendo o pior resultado em 3 dos 4 avanços
estudos, porém, apresentou o melhor resultado junto com a diluição 1/14 no avanço
0,18 mm/rot. A diluição 1/14 apresentou os melhores resultados em 3 dos 4 avanços,
contudo no avanço 0,12 mm/rot, onde não apresentou resultado melhor do que a
diluição 1/8, a diferença pode ser considerada nula, sendo assim pode ser
considerado a diluição 1/14 apresenta os melhores resultados.
Figura 28 - Média da rugosidade Ra (μm) com variação na diluição do fluido
lubrirefrigerante
Fonte: Do autor
Gráficos de Pareto foram plotados para realizar a análise da influência do
avanço e da influência da velocidade de avanço sobre a rugosidade como a variável
de saída. Analisando a figura 29, pode-se observar que o menor parâmetro de
rugosidade foi obtido com uma diluição 1/10 e avanço 0,12 mm/rot, resultado
semelhante foi obtido com a diluição 1/12 e avanço 0,12 mm/rot e o pior resultado foi
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
1 / 8 1 / 1 0 1 / 1 2 1 / 1 4
R
u
go
si
d
ad
e
(μ
m
)
Diluição
0,12 mm/rot 0,15 mm/rot 0,18 mm/rot
0,21 mm/rot Linear (0,12 mm/rot) Linear (0,15 mm/rot)
Linear (0,18 mm/rot) Linear (0,21 mm/rot)
41
obtido com a diluição 1/12 com avanço 0,21 mm/rot. Outros dois parâmetros que
retornaram baixos graus de rugosidade foram com a diluição 1/14, utilizando as
velocidades de avanço 0,12 e 0,15 mm/rot subsequentes.
Figura 29 - Gráfico de Pareto da rugosidade média Ra (μm) em relação as variáveis
de entrada
Fonte: Do Autor
Para uma melhor análise a influência da diluição do fluido de corte sobre a
rugosidade, foram gerados gráficos de Pareto para cada velocidade de avanço em
separado, os gráficos estão apresentados nas figuras 30 a 33.
Na figura 31, onde foi usado o avanço de 0,15 mm/rot, foi possível verificar que
os menores graus de rugosidade foram obtidos com a diluição 1/14, o mesmo ocorreu
com o avanço 0,18 mm/rot (Fig. 32) e com o avanço 0,21 mm/rot (Fig. 33). No avanço
0,12 mm/rot (Fig. 30), foi o único em que o menor grau de rugosidade foi obtido com
uma diluição 1/10.
O maior grau de rugosidade com avanço 0,12 mm/rot foi verificado utilizando
uma diluição 1/12 (Fig. 30), ocorrendo o mesmo no avanço 0,15 mm/rot (Fig. 31) e no
avanço 0,21 mm/rot (Fig. 33). O avanço 0,18 mm/rot foi o único em que a diluição 1/10
apresentou o maior grau de rugosidade, como pode ser visto na figura 32.
42
Figura 30 - Gráfico de Pareto da rugosidade media Ra (μm), do avanço 0,12 mm/rot
com variação da diluição
Fonte: Do Autor
Figura 31 - Gráfico de Pareto da rugosidade media Ra (μm), do avanço 0,15 mm/rot
com variação da diluição
Fonte: Do autor
Figura 32 - Gráfico de Pareto da rugosidade media Ra (μm), do avanço 018 mm/rot
com variação da diluição
Fonte: Do autor
43
Figura 33 - Gráfico de Pareto da rugosidade media Ra (μm), do avanço 0,21 mm/rot
com variação da diluição
Fonte: Do autor
Verificando a figura 34, que mostra a rugosidade media em função do avanço
para cada diluição estudada, foi possível concluir que as respostas da diluição 1/8 são
mais previsíveis, pois o aumento da rugosidade com a variação do avanço tende a ser
mais linear do que as outras 3 diluições, sendo assim, essa diluição é mais apropriada
quando são desejados vários graus de rugosidade controlados com a variação do
avanço, portanto a diluição 1/8 apresentou o melhor resultado apenas no avanço 0,12
mm/rot. A diluição 1/12 apresentou os piores resultados em 3 dos 4 avanços
estudados, porem também mostrou uma evolução praticamente linear nas três
primeiras velocidades de avanço, contudo apresentou um aumento da rugosidade
maior quando foi variado o avanço de 0,18 mm/rot para 0,21 mm/rot. Por fim, mais
uma vez foi possível verificar que a diluição 1/14 apresentou os melhores resultados,
sendo a mais indicada entre as 4 diluições testadas quando se quer obter um baixo
grau de rugosidade.
Figura 34 - Ra média (μm) com variação do avanço (mm/min)
Fonte: Do autor
0,600
1,100
1,600
2,100
0 , 1 2 ( M M / R O T ) 0 , 1 5 ( M M / R O T ) 0 , 1 8 ( M M / R O T ) 0 , 2 1 ( M M / R O T )
1/8 1/10 1/12 1/14
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Utilizando a equação 3, foi calculado a média (Xmed) das rugosidades, com a
equação 5 o desvio padrão (s), o coeficiente de variação (CV) foi calculado com a
equação 6 e os resultados foram apresentados na tabela 4.
Tabela 4 - Rugosidade média Ra (μm) com a variação da diluição do fluido
lubrirefrigerante e avanço, desvio padrão, média e coeficiente de variação
Diluição
Desvio padrão
(s)
Média
(Xmed)
Coeficiente de Variação
(CV)
1/8 1/10 1/12 1/14
0,12
(mm/rot)
0,721 0,715 0,816 0,739 0,046 0,748 6,2%
0,15
(mm/rot)
0,957 0,892 1,073 0,762 0,130 0,921 14,1%
0,18
(mm/rot)
1,359 1,614 1,252 1,250 0,171 1,369 12,5%
0,21
(mm/rot)
1,679 1,752 2,047 1,456 0,244 1,734 14,1%
Desvio
Padrão (s)
0,425 0,516 0,531 0,358 - - -
Media (Xmed) 1,158 1,253 1,162 1,006 - - -
CV 37% 41% 46% 36% - - -
Fonte: Do autor
Com os resultados obtidos no coeficiente de variação, é possível concluir que
rugosidade é menos afetada com a variação da diluição do fluido lubrirefrigerante
quando o avanço é 0,12 mm/rot, tendo uma variação média de 6% para cada diluição.
Nos avanços 0,15 mm/rot e 0,21 mm/rot a variação da rugosidade é mais sentida com
a mudança na diluição do fluido, variando 14,1% em ambos os avanços. Já no avanço
0,18 mm/rot, ocorreu uma variação média de 12% para cada diluição. Calculando a
média dos coeficientes de variação da diluição do fluido, chegou-se ao resultado de
13%, ou seja, a rugosidade varia em média 13% para cada dois litros a mais de água
para cada litro de fluido lubrirrefrigerante. Ao calcular a média dos coeficientes de
variação para a variação de avanço, obteve-se o resultado de 39%, em caso de
aumento do avanço em 0,03 mm/rot. Conclui-se então que a variação do avanço tem
maior influência sobre o perfil de rugosidade da peça.
Ao que tudo indica, uma maior quantidade de fluido refrigerante diluído em
agua, não garante os melhores resultados, podendo-se observar inclusive o contratrio.
É possível que esses resultados tenham sido obtidos devido a diminuição da
lubrificação da peça quando utilizado menos fluido B90, fazendo com que ocorresse
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um amento de atrito entre ferramenta e peça o que resultou em uma maior retirada de
material dos picos do perfil de rugosidade. Com o aumento da quantidade de água no
fluido lubrirrefrigerante utilizando, ocorreu uma maior refrigeração da ferramenta e da
peça, o que pode ter diminuído o desgaste da ferramenta e influenciado para um
melhor acabamento superficial.
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5. CONCLUSÃO
O objetivo do estudo foi estudar a influência da velocidade de avanço e do fluido
lubrirrefrigerante na usinagem de uma aço AISI 304. Usando um projeto de
experimentos fatorial bk, chegou-se ao número de 16 corpos de prova, para que todas
as possíveis combinações fossem testadas. Com a plotagem de gráficos de
tendência, gráficos de Paretto e cálculos de Coeficiente de variação obteve-se alguns
resultados importantes.
De acordo com os testes realizados, foi possível concluir que tanto a velocidade
de avanço quanto a diluição do fluido lubrirrefrigerante B90 tem influência sobre o
perfil de rugosidade, sendo o avanço mais relevante. Um aumento da quantidade de
fluido B90 na solução, não garante uma diminuição da rugosidade, podendo-se
observar inclusive o contrário, ou seja, uma diminuição da quantidade de B90 em
alguns casos se mostrou mais eficaz. Observou-se uma grande piora no perfil de
rugosidade quando a diluição foi de 1 L de B90 em 12 L de água e bons resultados
para a diluição de 1L de B90 em 8 L de água, contudo os melhores resultados na
maioria das vezes foi para a diluição 1 de B90 em 14 L de água. Observou-se também
que na diluição 1 de B90 em 14 L de água, o aumento de rugosidade com a variação
da velocidade de avanço foi menor do que para as outras 3 diluições que foram
praticamente iguais.
O estudo apresentou resultados significativos, pois concluiu-se que pode ser
usado uma menor quantidade de fluido refrigerante do que o recomendado pelo
fabricando quando a rugosidade é a variável de saída de maior importância, é possível
que a melhora da rugosidade com a diminuição da quantidade de fluido B90 diluído
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na água seja devido a diminuição da lubrificação e aumento do arrefecimento, com a
diminuição da lubrificação, pode haver um maior atrito entre ferramenta de corte e
peça, removendo o material de forma mais contínua, provendo um melhor
acabamento superficial. Com a diminuição da quantidade de fluido B90 diluída na
água, os custos com fluído lubrirrefrigerantes também serão atenuados.
Independente da diluição utilizada, houve a tendência de obtenção de menores
graus de rugosidade para velocidades de corte menores. Isso se dá pois a ferramenta
de corte fica mais tempo sobre o mesmo ponto, removendo o material de forma mais
homogênea.
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6. REFERÊNCIAS
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desvios e analise de dimensões. 1a ed. São Paulo/SP: Edgard Blucher LTDA, 1977.
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Materiais. 1a ed. São Paulo/SP: MM Editora, 2013.
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REBEYKA, C. J. Principio dos processos de fabricação por usinagem. 1a ed.
Curitiba/PR: Saberes, 2016.
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SELEME, R.; STADLER, H. Controle de qualidada: as ferramentas essenciais. 2a
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