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i GILBERTO DE LIMA ARAÚJO Uma contribuição ao brunimento de precisão 96/2014 CAMPINAS 2014

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GILBERTO DE LIMA ARAÚJO

Uma contribuição ao brunimento de precisão 96/2014

CAMPINAS 2014

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Dedicatória

Dedico este trabalho aos meus pais Pedro, e Inês (in memorium), que sempre buscaram na

educação dos filhos como um dos pilares dos valores da vida. À minha mãe em especial, que

partiu este ano e sempre vibrou por minhas conquistas e certamente estaria comemorando por

este momento.

Aos meus irmãos Humberto, Mônica, Lindalva e Verônica, pelo carinho fraterno e por

sempre me apoiarem nas minhas escolhas profissionais ou acadêmicas.

Aos amigos e outras pessoas próximas que me apoiaram de perto ou de longe neste

trabalho, que de certa forma me incentivaram a superar os momentos difíceis que passei

recentemente.

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Agradecimentos

Este trabalho não poderia ser concluído sem a ajuda de diversas pessoas às quais presto a

minha homenagem:

Primeiramente agradeço a Deus.

Novamente agradeço à minha família, pelo incentivo prestado em todos os momentos

difíceis, principalmente neste ano.

Ao meu orientador, professor doutor Amauri Hassui, que mostrou durante todo este período

de pesquisa, confiança no meu trabalho, apoio e orientação exemplar na condução deste projeto.

A todos os amigos da Delphi Automotive Systems, em especial aos que me ajudaram

diretamente nesta pesquisa, e os que confiaram neste trabalho e disponibilizaram os recursos

necessários para a realização do mesmo, como uma contribuição profissional e acadêmica.

A todos os professores do mestrado, aos quais tive contato neste período e os colegas do

departamento em que trabalho, aos quais me ajudaram de forma direta e indireta na conclusão

desta dissertação.

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Resumo

Os processos de brunimento visam buscar precisão de usinagem mais acentuada em

superfícies cilíndricas, principalmente em diâmetros internos, em que tais tolerâncias não podem

ser obtidas por um processo de retificação cilíndrica. As operações anteriores deste processo

também contribuem na qualidade final em termos de obtenção de características geométricas

mais precisas. A determinação dos parâmetros de corte de usinagem, o tipo de ferramenta, neste

caso a pedra de brunimento ou brunidor, as condições de fixação da peça a ser usinada e o fluido

de corte também afetam tais requisitos de especificação geométrica no produto final. Quando as

especificações do produto em erros de forma de circularidade e retilineidade demandam valores

abaixo de 0,001mm e rugosidade média máxima de 0,10 µm Ra, para sua produção seriada é

necessário a realização de uma operação complementar de lapidação, que em muitas aplicações

são manuais e utilizam pastas de difícil remoção na superfície da peça. O presente trabalho busca

estudar as operações de brunimento e lapidação, tendo como objetivo: realizar experimentos em

busca de alternativas de processo para substituir a operação de lapidação diretamente pelo

brunimento de precisão, aplicado em aços-liga de alta dureza. Como resultado final, obter erros

de forma estatisticamente aceitáveis em produção seriada, inferiores à 0,001mm e rugosidade

média abaixo de 0,10 µm Ra, através de experimentos planejados de todo sistema máquina e

ferramenta. Os primeiros ensaios comprovaram a forte influência da baixa granulometria dos

brunidores na rugosidade da peça, alcançando valores similares ao da lapidação. Os demais

ensaios mostraram que a rotação do fuso da brunidora e o avanço dos brunidores em valores

baixos, nos limites inferiores dos que foram definidos nos ensaios, proporcionaram melhores

características geométricas de circularidade e retilineidade. A estabilidade dimensional do

diâmetro da peça também foi melhorada nestas condições. A conclusão desta pesquisa foi de que

é possível substituir uma operação de lapidação pelo brunimento de precisão.

Palavras Chave: Brunimento, brunidor, brunidora, lapidação, circularidade, retilineidade,

rugosidade.

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Abstract

Honing process is used when a high precision machining is required to correct bore errors

on a cylindrical surface, mainly in internal diameters, which is more accurate than grinding

process. The operations carried out before honing affect directly the final quality in order to

achieve tighter tolerances. The specification of the cutting parameters, such as the tool type, in

this case the honing stone, the fixturing condition and the honing coolant affect the geometric

results on the final product. In some products applications when roundness and straightness

specification is very tight, around or less than 0,001mm and surface finishing of 0,10 μm Ra

maximum, it is necessary a complementary operation of lapping, which is manual and uses the

lapping paste, difficult to remove from the piece surface. The objective of this research is to

analyze the behavior of the above parameters on precision honing process for hardened steels and

suggest process alternatives to achieve the above tolerances directly from honing without lapping.

The results must be statistically accepted in production environment by planned experiments in

the machine and tooling system. The experiments confirmed the influence of lower honing stones

grit size in the roughness quality and it was achieved equivalent surface from the lapping

operation. In addition, it was demonstrated that lower spindle speed and stones feedrate figures,

in the bottom limit from the range adopted in the trials resulted in a better geometry quality in the

roundness and straightness. Also the diameter capability improved with this cutting condition.

The conclusion of this research was that it is possible to replace a lapping operation to a precision

honing.

Keywords: Honing, honing stones, honing machine, lapping, cylindricity, roundness,

straightness, surface finishing.

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Lista de Figuras Figura 2. 1 - Exemplo de trinca superficial gerada pelo processo de retificação. (YOUSSEF e EL-

HOFY, 2008). .......................................................................................................................... 4 Figura 2. 2 - Direções de corte no brunimento e aspecto superficial de acabamento.

(CHANDLER, 1989). .............................................................................................................. 5 Figura 2. 3 - Mandril e pedra de brunimento (BRUNITEC, 2014). ................................................ 6

Figura 2. 4- Aspecto superficial da ferramenta de brunimento de passe único (SCHIDT e BOEHS, 1999). ........................................................................................................................ 6

Figura 2. 5 - Ferramenta de brunimento de passe único (SCHNITZLER, 2000)............................ 7

Figura 2. 6 - Comparação da ferramenta de brunimento convencional com de passe único (adaptado ENGIS, 2000). ........................................................................................................ 7

Figura 2. 7 - Brunimento de passe único em múltiplas ferramentas (adaptado ENGIS, 2000). ..... 8

Figura 2. 8 - Brunimento a laser (adaptado ABELN, 2007). .......................................................... 9 Figura 2. 9 – Sequência do processo de brunimento a laser (adaptado GEHRING, 2007). .......... 10 Figura 2. 10 - Comparação do princípio de corte na retificação interna (alta Vc) contra o

brunimento de baixa Vc (KRAR e RATTERMAN, 1990). ................................................... 14 Figura 2. 11- Forma média e descrição analítica da aresta de corte de um grão abrasivo (adaptado

KLOCKE, 2009). ................................................................................................................... 14 Figura 2. 12 – Mecanismo de formação do cavaco por abrasão - Zonas de deformação elástica e

plástica (adaptado KLOCKE, 2009). ..................................................................................... 15 Figura 2. 13- Aspecto ampliado por um microscópio eletrônico da direção de corte e do cavaco

gerado na peça por um grão abrasivo (KLOCKE, 2009). ..................................................... 16 Figura 2. 14 – Modelo de onda na formação de cavaco por esfregamento do grão abrasivo

(MARINESCU et al, 2004). .................................................................................................. 17

Figura 2. 15 - Componentes da velocidade de corte no brunimento (KLOCKE, 2009). .............. 17 Figura 2. 16 - Componentes da velocidade de corte no brunimento (FLORES, 1992)................. 18

Figura 2. 17- Representação esquemática do mandril brunidor e o ângulo de cruzamento (SABRI e MANSORI, 2009). .............................................................................................................. 19

Figura 2. 18 - Dressagem de um mandril de brunimento e a representação dos grãos perfilados na pedra de brunimento (adaptado KRAR e RATTERMAN, 1990). ........................................ 20

Figura 2. 19 - Representação dos grãos expostos na pedra de brunimento (GEHRING, 2014). .. 20 Figura 2. 20 - Flutuação da ferramenta (A) ou do sistema de fixação (B) para alinhamento

(adaptado de CHANDLER, 1989)......................................................................................... 21

Figura 2. 21 - Adaptadores de acoplamento entre o fuso da brunidora e o mandril brunidor (adaptado de JONES & SHIPMAN – HONING HANDBOOK, 1988)................................ 22

Figura 2. 22 - Sistemas de flutuação na fixação da peça e da ferramenta no brunimento (adaptado de JONES & SHIPMAN – HONING HANDBOOK, 1988). ............................................... 23

Figura 2. 23 - Influência do comprimento do brunidor na cilindricidade do furo (adaptado de KLOCKE, 2009). ................................................................................................................... 24

Figura 2. 24 - Influência do ajuste do curso do brunidor na cilindricidade do furo (adaptado de KLOCKE, 2009). ................................................................................................................... 25

Figura 2. 25 - Mecanismo de remoção de cavaco na Lapidação (KLOCKE, 2009). .................... 26 Figura 2. 26 - Especificação espacial da retilineidade (ENDRIAS et al, 2012). ........................... 29

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Figura 2. 27 - Especificação da retilineidade nos elementos da superfície (ANSI Y14.5M, 1994). ............................................................................................................................................... 30

Figura 2. 28 - Especificação da retilineidade na condição de máximo material (ANSI Y14.5M, 1994). ..................................................................................................................................... 31

Figura 2. 29 - Especificação da retilineidade na condição independente da dimensão da peça (ANSI Y14.5M, 1994). .......................................................................................................... 32

Figura 2. 30 - Representação dos métodos de medição de circularidade LSC, MIC, MCC e MZC (adaptado de NOUIRA e BOURDET, 2014). ....................................................................... 33

Figura 2. 31 - Componentes do desvio da cilindricidade (STEPIEN, 2014)................................. 34 Figura 2. 32- Representação de uma superfície fresada e a classificação da superfície topográfica

(SHERRINGTON e SMITH, 1986). ..................................................................................... 35

Figura 2. 33 – Aspecto da textura superficial do brunimento da camisa de motor (SUGA, 2007). ............................................................................................................................................... 36

Figura 2. 34 - Influência dos filtros na medição da rugosidade (SUGA, 2007). ........................... 37 Figura 2. 35 - Parâmetros da Curva de Abbott e sua relação com o perfil curvas de distribuição

(KING E HOUGHTON, 1995). ............................................................................................ 38 Figura 2. 36 - Representação do parâmetro Ra (NOVASKI, 1994). ............................................. 38

Figura 2. 37 - Representação do parâmetro Ry (NOVASKI, 1994).............................................. 39 Figura 2. 38 - Parâmetros da distribuição Gaussiana – Curva de Abbott - DIN 4776 e ISO 13565

(PAWLUS, CIESLAK E MATHIA, 2009). .......................................................................... 39 Figura 2. 39 - Rugosidade total teórica Rt, baseada no formato de grão triangular (MARINESCU

et al, 2004). ............................................................................................................................ 40

Figura 2. 40 - Textura superficial obtida por grãos D181 e D151 (VRAC, SIDJANIN, KOVAC e BALOS, 2012). ...................................................................................................................... 41

Figura 2. 41 – Carta de controle típica (MONTGOMERY, 2009). ............................................... 43 Figura 2. 42 – Aplicação de técnicas de engenharia da qualidade e redução sistemática da

variabilidade do processo (MONTGOMERY, 2009)............................................................ 44 Figura 2. 43 – Relação de defeitos em PPM na distribuição normal centralizada

(MONTEGOMERY, 2009). .................................................................................................. 46

Figura 3. 1 - Fluxo do processo atual e ensaios propostos. .......................................................... 51

Figura 3. 2 - Dimensões básicas do produto para os ensaios de brunimento. ............................... 52 Figura 3. 3 - Brunidora mecânica Jones & Shipman 772 tipo convencional (1° e 2° ensaios). .... 53

Figura 3. 4 - Brunidora CNC Jones & Shipman V75e tipo convencional (3° ensaio). ................. 54 Figura 3. 5 - Lapidadora manual de diâmetros internos por expansão mecânica. ......................... 55 Figura 3. 6 - Mandril de bruniemento em corte utilizado nos ensaios (JONES & SHIPMAN).... 56 Figura 3. 7 - Adaptação da representação do acabamento brunido (a) e o efeito após lapidação (b)

(CHANDLER, 1989). ............................................................................................................ 57

Figura 3. 8 - Bucha expansiva em ferro fundido e pasta de lapidação com grãos em diamante. .. 58 Figura 3. 9 - Equipamento de medição de erros de forma Talyround 285 e 585. ......................... 58 Figura 3. 10 - Rugosímetro Taylor Hobson®, Talysurf modelo Series 2 e Olympus®, modelo

Lext OLS4000. ...................................................................................................................... 59 Figura 3. 11 - Amplificador de coluna Ferriplax, os anéis de calibração e a ogiva de medição. .. 60 Figura 3. 12 - Operação de dressagem dos brunidores e o rebolo para abrir os grãos do brunidor.

............................................................................................................................................... 64 Figura 3. 13 - Estratégia estatística do DOE no Minitab®. ........................................................... 66

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Figura 4. 1 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade do diâmetro interno no primeiro ensaio. .................................................................................................................................... 71

Figura 4. 2 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade da rugosidade no primeiro ensaio. ............................................................................................................................................... 73

Figura 4. 3 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade da circularidade no primeiro ensaio. .................................................................................................................................... 75

Figura 4. 4 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade do diâmetro interno no segundo ensaio. .................................................................................................................................... 77

Figura 4. 5 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade da rugosidade no segundo ensaio. ............................................................................................................................................... 79

Figura 4. 6 - Fotos e imagens tridimensionais da evolução da rugosidade nos ensaios. ............... 81 Figura 4. 7 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade da circularidade no segundo

ensaio. .................................................................................................................................... 82

Figura 4. 8 - Gráfico das interações da circularidade no terceiro ensaio no desvio padrão e média. ............................................................................................................................................... 83

Figura 4. 9- Gráfico de pareto dos efeitos padronizados da circularidade no terceiro ensaio no desvio padrão e média. .......................................................................................................... 85

Figura 4. 10 - Gráfico dos efeitos individuais da circularidade no terceiro ensaio no desvio padrão e média. .................................................................................................................................. 86

Figura 4. 11 - Gráfico das interações da circularidade no terceiro ensaio no desvio padrão e média. .................................................................................................................................... 87

Figura 4. 12 - Gráficos tridimensional e bidimensional das interações da circularidade no desvio padrão e média. ...................................................................................................................... 88

Figura 4. 13 - Gráfico de pareto dos efeitos padronizados da retilineidade no desvio padrão e média. .................................................................................................................................... 89

Figura 4. 14 - Gráfico dos efeitos individuais principais da retilineidade no desvio padrão e média. .................................................................................................................................... 89

Figura 4. 15 - Gráfico das interações da retilineidade no desvio padrão e média. ........................ 90

Figura 4. 16 - Gráfico tridimensional das interações da retilineidade no desvio padrão e média. 91 Figura 4. 17 - Gráfico de cubo dos melhores valores para ajuste da retilineidade e circularidade,

no desvio padrão e média. ..................................................................................................... 92 Figura 4. 18 - Gráfico de otimização do processo, pela circularidade e retilineidade................... 93

Figura 4. 19 - Principais gráficos do DOE para cilindricidade. .................................................... 95 Figura 4. 20 - Gráfico de pareto dos efeitos padronizados para as rugosidades Ra e Rt. ............... 96 Figura 4. 21 - Gráficos de controle dos parâmetros Ra, Rt e Rk, calculados com as 80 amostras do

DOE. ...................................................................................................................................... 97 Figura 4. 22 - Relatório dimensional utilizado nos ensaios da capabilidade dos parâmetros Ra, Rt

e Rk, calculados com as 80 amostras do DOE. ...................................................................... 98 Figura 4. 23 - Gráfico de controle da variação do diâmetro interno – melhor ajuste DOE........... 99 Figura 4. 24 - Gráfico de controle da variação da circularidade – melhor ajuste DOE. ............. 100 Figura 4. 25 - Gráfico de controle da variação da retilineidade – melhor ajuste DOE. .............. 100 Figura 4. 26 - Gráfico de controle da variação da cilindricidade – melhor ajuste DOE. ............ 101 Figura 4. 27 - Relatório dos gráficos de forma das amostras da capabilidade com valores mínimos

e máximos da circularidade, cilindricidade e retilineidade. ................................................ 102

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Figura 4. 28 - Imagens do cavaco de brunimento e seus aspectos superficiais, ampliação de 1.000X e 10.000X respectivamente. .................................................................................... 104

Figura 4. 29 - Imagem dos brunidores B91 e B16 na região de análise da liga do brunidor por EDS. ..................................................................................................................................... 105

Figura 4. 30 - Análise por EDS dos brunidores B91 e B16. ....................................................... 105

Figura 4. 31 - Imagem do aspecto do brunidor B16 após a usinagem de 80 peças no terceiro ensaio. .................................................................................................................................. 106

Figura 4. 32 - Imagem do aspecto da pedra B91 após a usinagem de 80 peças no terceiro ensaio. ............................................................................................................................................. 107

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Lista de Tabelas Tabela 2. 1.– Conversão do tamanho do grão abrasivo na escala MESH (CHANDLER, 1989). . 12 Tabela 2. 2 – Tipo de grão abrasivo, aplicações e parâmetros referenciais de corte no brunimento

CHANDLER, 1989). ............................................................................................................. 13 Tabela 2. 3 – Tipos de abrasivos de lapidação e aplicação (adaptado de KLOCKE, 2009). ........ 27 Tabela 2. 4 - Relação do e tamanho de grão do brunidor de diamante e rugosidade alcançável em

diferentes materiais usinados e dureza (adaptado de KLOCKE, 2009). ............................... 42 Tabela 2. 5 – Valores do Índice de Capabilidade do Processo Cp associado ao número de defeitos

em PPM para um processo de distribuição normal (adaptado de MONTGOMERY, 2009). 47

Tabela 2. 6 – Valores mínimos recomendados de Cp (adaptado de MONTGOMERY, 2009). .... 48

Tabela 3. 1 - Brunidores e características de aplicação nos ensaios.............................................. 56 Tabela 3. 2 – Especificações de processo aplicados no primeiro ensaio. ...................................... 61 Tabela 3. 3 - Parâmetros de usinagem das brunidoras Jones & Shipman usados no primeiro

ensaio. .................................................................................................................................... 62 Tabela 3. 4 - Especificações de processo aplicados no segundo ensaio. ....................................... 63 Tabela 3. 5 - Definição dos parâmetros de corte para os estudos do DOE. .................................. 66

Tabela 3. 6 - Sequência dos ensaios e ajustes dos parâmetros de corte do DOE. ......................... 67

Tabela 4. 1 - Índices de Cp entre o primeiro e segundo ensaios na variação diametral................. 78

Tabela 4. 2- Índices de Desvio Padrão e Cpk da rugosidade entre o primeiro e segundo ensaios. 79

Tabela 4. 3 - Índices de Desvio Padrão e Cpk da circularidade entre o primeiro e segundo ensaios. ............................................................................................................................................... 83

Tabela 4. 4 - Quadro resumo dos índices principais de capabilidade dos 3 ensaios. .................. 104

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Anexos Anexo 1 - Resultados completos das medições do primeiro ensaio. .......................................... 115 Anexo 2 - Resultados completos das medições do segundo ensaio. .......................................... 116

Anexo 3 - Resultados completos das medições do terceiro ensaio - DOE. ................................ 117 Anexo 4 - Resultados completos das medições do terceiro ensaio – capabilidade do melhor ajuste

de processo calculado pelo Minitab®. ................................................................................ 118

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Lista de Abreviaturas e Siglas

Letras Latinas

Av avanço dos brunidores [µm/seg]

B distância de espaçamento médio entre grãos [mm]

Cp capabilidade de processo

Cpk capabilidade de processo ou índice de performance

d diâmetro da peça [mm]

hcu espessura do cavaco [µm]

hcueff. espessura efetiva do cavaco [µm]

k número de fatores

L espaçamento entre as arestas de corte [mm]

lc comprimento de contato da ferramenta e peça. [mm]

Mr1 valor percentual após desgaste da rugosidade Rpk [%]

Mr2 valor percentual após desgaste da rugosidade Rk [%]

n número de rotações do fuso da máquina [1/min]

n número de observações

Ra rugosidade média [µm]

Rk rugosidade de núcleo ou principal (curva de Abbott) [µm]

Rpk rugosidade de pico (curva de Abbott) [µm]

Rt rugosidade total [µm]

Rvk rugosidade de vale (curva de Abbott) [µm]

StDev standard deviation – desvio padrão

Tµ profundidade do corte do grão [µm]

Va velocidade axial - oscilação [1/min]

Vc velocidade de corte [m/min]

Vfa velocidade de oscilação do fuso [1/min]

Vfn velocidade de avanço do brunidor [µ/seg]

Vft Velocidade de rotação da ferramenta [1/min]

Vr velocidade tangencial ou velocidade de rotação [1/min]

Vt rotação do fuso [1/min]

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Letras Gregas

α ângulo de cruzamento de brunimento [°]

raio da aresta de corte [mm]

desvio padrão de uma amostra [mm]

média aritimética [mm]

Abreviações

Observação

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ANSI American National Standards Institute ASME American Society of Mechanical Engineers cBN cubic boron nitride CEP control estatístico de processo CNC controle numerico computadorizado DIN Deutsches Institut für Normung DOE design of experiments EDS energy dispersive x-ray spectrometer GPM golpes por minuto HB hardness Brinell HRC hardness Rockwell C HV hardness Vickers LC linha central LIC limite inferior de controle LIE limite inferior da especificação

LSC limite superior de controle LSC least squares circles LSE limite superior da especificação LSL lower specification limit MCC minimum circunscribed circle MEV microscópio eletrônico por varredura MIC maximum inscribed circle MZC minimum zone circle NBR norma brasileira PPM partes por milhão psi pounds per square inch RPM rotações por minuto

SAE society of automotive engineers USL upper specification limit

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Sumário

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 1

2. REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................................... 3 2.1. Introdução ao processo de brunimento ............................................................................ 3 2.1.1. Tipos de brunimento ........................................................................................................ 4 2.1.2. Brunimento convencional ................................................................................................ 5

2.1.3. Brunimento passe único (single pass) ............................................................................. 6 2.1.4. Brunimento a laser ........................................................................................................... 8 2.1.5. Tipos de grãos e ligas das pedras de brunimento .......................................................... 10

2.1.6. O cavaco no brunimento ................................................................................................ 13

2.1.7. Mecanismo de formação do cavaco no brunimento ...................................................... 14 2.1.8. Velocidade de corte ....................................................................................................... 17 2.1.9. A dressagem no brunimento .......................................................................................... 19

2.1.10. Fixação da peça e da ferramenta.................................................................................... 20 2.1.11. Ajustes da geometria da peça no processo .................................................................... 24

2.2. A lapidação .................................................................................................................... 25 2.2.1. Introdução ...................................................................................................................... 25

2.2.2. Composição das ferramentas de lapidação .................................................................... 27 2.3. Desvios de forma ........................................................................................................... 28

2.3.1. Retilineidade .................................................................................................................. 28 2.3.2. Circularidade ................................................................................................................. 32 2.3.2.1. LSC ................................................................................................................................ 32

2.3.2.2. MIC ................................................................................................................................ 33 2.3.2.3. MCC .............................................................................................................................. 33

2.3.2.4. MZC .............................................................................................................................. 33 2.3.3. Cilindricidade ................................................................................................................ 34

2.4. Rugosidade das superfícies ............................................................................................ 35 2.4.1. Definições ...................................................................................................................... 35 2.4.2. Parâmetros da rugosidade no brunimento ..................................................................... 37

2.4.3. Fatores que afetam a rugosidade das superfícies ........................................................... 40 2.5. Controle Estatístico do Processo ................................................................................... 42 2.5.1. Gráfico de Controle ........................................................................................................ 43 2.5.2. Estatística descritiva ...................................................................................................... 44

2.5.3. Seis sigma ...................................................................................................................... 45 2.5.4. Índice de Capabilidade de Processo .............................................................................. 46 3. MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ..................... 49 3.1. Introdução ............................................................................................................................. 49 3.1.1. Princípios dos ensaios .................................................................................................... 49

3.1.2. Planejamento dos ensaios .............................................................................................. 50 3.2. Materiais e equipamentos .............................................................................................. 51

3.2.1. Características do produto: ............................................................................................ 51 3.2.2. Máquinas ....................................................................................................................... 52

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3.2.2.1. Brunidoras ..................................................................................................................... 52 3.2.2.2. Lapidadora ..................................................................................................................... 54 3.2.3. Ferramentas ................................................................................................................... 55 3.2.3.1. Mandril de brunimento .................................................................................................. 55 3.2.3.2. Brunidores ..................................................................................................................... 56

3.2.3.3. Lapidador ....................................................................................................................... 57 3.2.4. Equipamentos de medição e metrologia ........................................................................ 58 3.2.4.1. Erros de forma ............................................................................................................... 58 3.2.4.2. Rugosidade .................................................................................................................... 59 3.2.4.3. Diâmetros ...................................................................................................................... 59

3.2.4.4. Imagens .......................................................................................................................... 60

3.3. Procedimento experimental ........................................................................................... 60 3.3.1. Primeiro ensaio .............................................................................................................. 61

3.3.2. Segundo ensaio .............................................................................................................. 62 3.3.3. Terceiro ensaio .............................................................................................................. 64 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ......................................................................................... 68 4.1. Introdução ...................................................................................................................... 68

4.1.1. Resultados do primeiro ensaio ....................................................................................... 68 4.1.1.1. Análise da capabilidade – variação do diâmetro interno ............................................... 69

4.1.1.2. Análise da capabilidade – variação da rugosidade ........................................................ 71 4.1.1.3. Análise da capabilidade – variação da circularidade ..................................................... 73 4.1.2. Resultados do segundo ensaio ....................................................................................... 75

4.1.2.1. Análise da capabilidade – variação do diâmetro interno ............................................... 76

4.1.2.2. Análise da capabilidade – variação da rugosidade ........................................................ 78 4.1.2.2.1. Imagens da rugosidade .............................................................................................. 80 4.1.2.3. Análise da capabilidade – variação da circularidade ..................................................... 81 4.1.3. Resultados do terceiro ensaio ........................................................................................ 83 4.1.3.1. Análise do DOE - Circularidade .................................................................................... 84 4.1.3.2. Análise do DOE - Retilineidade .................................................................................... 88

4.1.3.3. Análise do DOE - O melhor ajuste – Circularidade e Retilineidade ............................. 91 4.1.3.4. Análise do DOE – Dados complementares – Cilindricidade ........................................ 95

4.1.3.5. Análise do DOE – Dados complementares – Rugosidades ........................................... 96 4.1.4.1. Capabilidade final – melhor ajuste do DOE .................................................................. 99

4.1.4.2. Análise da capabilidade final – variação do diâmetro interno ...................................... 99 4.1.4.3. Análise da capabilidade final – variação da circularidade .......................................... 100 4.1.4.4. Análise da capabilidade final – variação da retilineidade ........................................... 100 4.1.5.1. Cavaco do brunimento e aspecto das pedras ............................................................... 104 5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS ................................. 108

Referências Bibliográficas ........................................................................................................... 110

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1. INTRODUÇÃO

Com o aumento populacional e a crescente demanda mundial de veículos, uma grande

preocupação vem tomando espaço pela emissão de poluentes e consequentemente o impacto

ambiental que tal fenômeno acarreta globalmente. Com isso, os órgãos reguladores ambientais

vêm a cada ano aumentando o grau de exigência na emissão de poluentes, principalmente em

veículos movidos a Diesel (YANDLE e MORRISS, 2004). Os sistemas que geram energia nos

motores destes veículos nos últimos anos tiveram que alterar as suas tecnologias e estratégias de

combustão, adotando sistemas eletrônicos, combinados com injeção de combustível com pressões

até quatro vezes superiores que as usadas com tecnologias anteriores. Para atender tais

especificações, os processos de produção dos sistemas de injeção de combustível tiveram que

diminuir as tolerâncias geométricas dos componentes principais destes sistemas e aplicar ligas de

aços mais nobres e de maior dureza para suportar estas pressões mais elevadas de bombeamento

do combustível em questão, que em certas aplicações são superiores a 2000 bar (KECK et al,

2011). Dentre os processos de manufatura e transformação mecânica, pode se afirmar que o

brunimento é um dos mais significativos em atingir tolerâncias mais apertadas, entre estes

processos aplicados em aços de elevada dureza superficial (SCHMITT e BÄHRE, 2013). O

brunimento em geral alcança valores de erros de forma em furos cilíndricos na ordem de

0,001mm e rugosidade média (Ra) em até 0,10 µm. Abaixo destes valores, é necessário o

processo complementar de lapidação, para atingir com capabilidade a produção de peças com

esses requisitos de especificação.

Os principais trabalhos de pesquisa até o momento neste segmento de transformação

mecânica se concentram principalmente na fabricação de blocos de motores em ferros fundidos,

que apresentam outras estratégias de corte no brunimento. O presente trabalho busca estudar as

operações de brunimento e lapidação, tendo como objetivo: realizar experimentos em busca de

alternativas de processo para substituir a operação de lapidação diretamente pelo brunimento de

precisão, aplicado em aços-liga de alta dureza. Como resultado final, obter erros de forma

estatisticamente aceitáveis em produção seriada, inferiores à 0,001mm e rugosidade média abaixo

de 0,10 µm Ra, através de experimentos planejados de todo sistema máquina e ferramenta.

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A substituição do processo de lapidação irá trazer benefícios operacionais para a produção,

como questões atuais de ergonomia, devido à operação de lapidação ser manual e requerer alto

torque aplicado nas mãos e braços do operador para alcançar a tolerância necessária da peça.

Procurou-se no passado a automação desta operação, mas sem sucessos devido às características

de precisão do produto. Atualmente é feito o rodízio sistêmico dos operadores como ação

permanente para evitar lesões e demais problemas ergonômicos associados à condição

operacional da lapidação. Outro benefício é a eliminação do uso da pasta abrasiva, que é de

difícil remoção nos processos posteriores de lavagem, causando problemas funcionais no produto

final, se os resíduos não forem adequadamente removidos da peça. Os ganhos econômicos não

fazem parte do escopo do projeto, apesar de serem quantificáveis e plenamente possíveis, pois as

questões de saúde e segurança do operador, mais a qualidade do produto são as saídas mais

desejadas neste projeto.

No segundo capítulo apresenta-se a revisão da literatura, em que é descrito os detalhes

conceituais dos processos de brunimento, os diferentes tipos deste processo, o processo de

lapidação, suas variáveis operacionais do brunimento e os princípios de corte, sistemas de fixação

e o uso das ferramentas de corte utilizadas nestes processos, bem como suas características na

aplicação. São apresentados também os conceitos fundamentais em metrologia aplicados na

usinagem de precisão e rugosidade superficial.

No terceiro capítulo são apresentados todos os materiais e equipamentos utilizados nos

ensaios de brunimento de precisão, bem como a metodologia e os procedimentos aplicados nestes

ensaios em busca dos objetivos listados no primeiro capítulo.

O quarto capítulo apresenta os resultados obtidos nos diversos ensaios realizados, bem

como sua discussão conforme o planejamento e metodologia aplicada, no qual se compara a

capabilidade do processo de brunimento de precisão em todas as avaliações de desempenho. No

quinto capítulo, estão as conclusões dos ensaios realizados e apresentados, e na sequência,

sugestões para continuidade sobre o tema de processos de brunimento e lapidação.

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2. REVISÃO DA LITERATURA 2.1. Introdução ao processo de brunimento

O brunimento é um processo de usinagem que pode, de forma econômica, produzir furos de

alta precisão, no que diz respeito a sua forma, geometria e qualidade superficial. Esta operação é

principalmente utilizada para acabamento final em peças que utilizam funcionalmente a

superfície cilíndrica gerada. O acabamento superficial gerado pelo brunimento propicia uma boa

capacidade de retenção de lubrificantes. Assim, esse processo é recomendado para aplicações de

guias cilíndricas para peças móveis, como bloco de motores, cilindros hidráulicos e componentes

de sistemas de injeção Diesel (BÄHRE, SCHMITT e MOOS, 2012).

Segundo Marinescu (2004), o brunimento é classificado como um processo de usinagem

por abrasão. Tais processos de usinagem podem ser divididos em quatro grupos: a retificação, o

brunimento propriamente dito, a lapidação e o polimento. A retificação e o brunimento

empregam abrasivos fixos na ferramenta de corte, enquanto a lapidação e o polimento utilizam

grãos soltos, geralmente suspensos por uma mídia líquida ou pastosa. Segundo a norma DIN

8589, os processos que utilizam ferramentas abrasivas são denominados como de corte com

arestas geometricamente indefinidas.

Krar e Ratterman (1990), definem o brunimento como um processo de usinagem de

acabamento em baixa velocidade de corte, normalmente aplicado em furos ou diâmetros internos,

no qual o material é removido gradativamente pela ação dos grãos abrasivos. Este processo é

aplicado para melhorar a forma geométrica, precisão dimensional e qualidade superficial da peça

através do contato constante da ferramenta em sua superfície. Em geral, o brunimento pode ser

aplicado após uma usinagem de precisão, como por exemplo, a retificação (KLOCKE, 2009).

Uma vantagem do brunimento diz respeito à integridade superficial da peça. A velocidade

de corte utilizada no brunimento é baixa, tipicamente na ordem de 0,2 m/s à 2,0 m/s, quando

comparada com o processo de retificação que trabalha com velocidades de corte acima de 20 m/s

(MARINESCU et al, 2004), e chegam a desenvolver temperaturas de corte elevadas entre 1000 a

1600°C (DINIZ, MARCONDES e COPPINI, 2006). O processo de retificação é mais sensível

aos ajustes das condições usinagem, como máquina, ferramenta e fluido de corte. Segundo

Bianchi et al (2000), os processos de retificação podem causar danos térmicos, devido às altas

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temperaturas que ocorrem durante o corte e ao gradiente dessas da superfície ao interior da peça.

Isso pode provocar alterações microestruturais, pela introdução de uma zona termicamente

afetada pelo calor, levando ao surgimento de tensões residuais de tração que podem acarretar no

surgimento trincas, como mostra a Figura 2.1, e a ocorrência de queima superficial, decorrentes

das elevadas temperaturas na região de corte. Nos processos de brunimento por trabalhar com

velocidades de corte menores, estes problemas são consideravelmente minimizados.

Figura 2. 1 - Exemplo de trinca superficial gerada pelo processo de retificação. (YOUSSEF e EL-HOFY, 2008).

2.1.1. Tipos de brunimento

Segundo Klocke (2009), para obter-se superfícies uniformes com baixa rugosidade ou

textura controlada, principalmente em geometrias cilíndricas, a ferramenta de corte do

brunimento possui grãos abrasivos ancorados por meio de uma liga aglutinante metálica ou

cerâmica. Em alguns processos de brunimento também são aplicadas ferramentas em que os

grãos abrasivos são ancorados por processo galvânico (SCHIDT e BOEHS, 1999), e por

necessidades de específicas aplicações na indústria, após recentes pesquisas de usinagem, foi

desenvolvido a tecnologia laser de brunimento (ABELN, 2007). Existe uma gama de diferentes

processos de brunimento, mas em geral, em função das características cinemáticas e pela escala

de aplicação na indústria automotiva, pode-se atribuir três tipos principais de processos de

brunimento: o convencional ou de expansão, o de passe único e o a laser.

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2.1.2. Brunimento convencional

O processo de brunimento convencional ou de expansão é aplicado em maior escala na

indústria, principalmente na usinagem em blocos de motores (conhecido como “plateau”), em

que o material é removido pela penetração gradativa dos grãos abrasivos na peça combinado com

os movimentos simultâneos de rotação e de oscilação axial do fuso da máquina. Este movimento

alternativo de rotação e deslocamento axial da ferramenta descreve na peça usinada trajetórias

helicoidais gerando marcas típicas em formato de hachurado com traços entrelaçados, conforme

Figura 2.2. Em materiais endurecidos, como os utilizados em componentes de sistema de injeção

Diesel, também adota-se o brunimento por expansão em maior escala. Os grãos abrasivos são

produzidos na grande maioria das aplicações por um superabrasivo, feito por cBN ou diamante,

devido à sua significativa taxa de remoção. Os abrasivos de óxido de alumínio ou carbeto de

silício apresentam um bom desempenho, porém podem remover apenas um baixo volume de

sobremetal e não são satisfatórios economicamente para materiais muito duros.

Figura 2. 2 - Direções de corte no brunimento e aspecto superficial de acabamento. (CHANDLER, 1989).

O processo de brunimento de maior utilização na indústria automobilística é o com o uso de

pedras de brunimento ou brunidores, guiados durante o corte por um mandril de brunimento, o

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qual promove por meio de uma cunha, o avanço radial das pedras abrasivas, conforme exemplo

da Figura 2.3.

Figura 2. 3 - Mandril e pedra de brunimento (BRUNITEC, 2014).

2.1.3. Brunimento passe único (single pass)

A tecnologia de brunimento, que busca mais a precisão geométrica dos furos do que os

requisitos da textura superficial é o processo de passe único (single pass). Este processo consiste

no uso de uma ferramenta composta de uma luva expansiva, coberta externamente com grãos

abrasivos por processo galvânico, ilustrada na Figura 2.4. Estes grãos são ancorados

permanentemente por uma camada de liga metálica e ficam salientes cerca de 50% da sua altura,

promovendo uma boa área de contenção de cavaco.

Figura 2. 4- Aspecto superficial da ferramenta de brunimento de passe único (SCHIDT e BOEHS, 1999).

Schnitzler (2000) compara a ferramenta de brunimento de passe único com um alargador,

pois o diâmetro externo desta é ajustado de acordo com a dimensão desejada do furo (Figura 2.5).

Em contraste com o brunimento convencional, em que as pedras abrasivas se expandem até a

dimensão desejada (penetração radial), combinado com a rotação do fuso da máquina e o

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movimento de oscilação, o brunimento de passe único trabalha com um avanço axial determinado

no fuso da máquina, já que o brunidor possui a dimensão fixa, conforme mostrado na Figura 2.6.

Estas características das direções de corte favorecem o uso deste processo em peças com paredes

finas, em que o processo convencional devido à expansão radial, causa deformações substanciais

e erros de forma devido à pouca resistência mecânica às forças ortogonais destas paredes

(RICHTER, 2006).

Figura 2. 5 - Ferramenta de brunimento de passe único (SCHNITZLER, 2000).

Figura 2. 6 - Comparação da ferramenta de brunimento convencional com de passe único (adaptado ENGIS, 2000).

A máquina para efetuar a operação de brunimento de passe único não necessita da

complexidade mecânica das brunidoras convencionais, pois apenas o movimento de rotação e

avanço axial é requerido. Não há também como descrito anteriormente a necessidade de

expansão da ferramenta durante o corte, uma vez que esta já é pré-ajustada.

Em situações em que a precisão e o sobremetal a ser removido é substancial, as máquinas

de brunimento de passe único podem ser especificadas com vários fusos, em que a peça é fixada

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em uma mesa rotativa e o furo é alargado progressivamente em cada ferramenta montada nos

fusos, e estas ferramentas possuem os diâmetros em dimensões crescentes, conforme exemplo na

Figura 2.7.

Figura 2. 7 - Brunimento de passe único em múltiplas ferramentas (adaptado ENGIS, 2000).

Richter (2006) define as limitações do processo de brunimento de passe único. O autor

menciona que apesar do nível de qualidade alcançado em furos de precisão e baixo custo do

ferramental, há uma dificuldade específica na usinagem de furos cegos devido à concepção da

ferramenta. Também nas aplicações de brunimento com controle de profundidade e textura

superficial, como em bloco de motores, este processo não é recomendado.

2.1.4. Brunimento a laser

Devido às mudanças climáticas globais e seus efeitos sobre a biodiversidade, as exigências

da indústria automobilística em produzir motores de combustão mais econômicos e com um

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menor nível de emissão de poluentes aumentaram significativamente. Com isto, uma nova

tecnologia de brunimento para fabricação de acabamento de blocos de motores foi desenvolvida

pela empresa fabricante de brunidoras Gehring, da Alemanha. Trata-se do brunimento a laser,

inicialmente implementado na empresa Opel em 2002 para produção de motores. Segundo Abeln

(2007), este processo combina duas operações, o brunimento convencional em si e a estruturação

a laser, em que pequenos bolsões microscópicos são gerados no cilindro, mostrados na Figura

2.8, para retenção do óleo lubrificante e armazenamento para condições extremas.

Figura 2. 8 - Brunimento a laser (adaptado ABELN, 2007).

O processo de brunimento a laser é combinado com o processo convencional de plateau.

Conforme Figura 2.9, a primeira etapa do processo consiste em duas operações no bloco de

motor, que são o brunimento convencional de desbaste e intermediário, para corrigir os erros de

forma e gerar o perfil base da rugosidade. Na sequência é realizada a operação de brunimento a

laser, cujo objetivo é formar bolsões microscópicos simetricamente distribuídos na superfície do

cilindro do bloco em um comprimento determinado. A quantidade e profundidade dos bolsões

são definidas pelo fabricante do motor, que são parâmetros programados na máquina de

brunimento a laser. O feixe de laser remove o material da superfície, que é disparado em

sincronia com o número de bolsões programados. Por último é realizado o brunimeto

convencional de plateau de acabamento, para remover as micro-rebarbas geradas pelo processo a

laser e controlar a profundidade final dos bolsões formados. Com esta combinação de processos,

permite-se obter superfícies mais lisas nos cilindros, diminuindo assim o atrito dos pistões e,

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consequentemente proporcionando menor consumo de combustível. Os bolsões gerados a laser

reduzem a entrada de lubrificante na câmara de combustão, e consequentemente a emissão de

poluentes (ABELN, 2007).

Figura 2. 9 – Sequência do processo de brunimento a laser (adaptado GEHRING, 2007).

2.1.5. Tipos de grãos e ligas das pedras de brunimento

Nas operações de brunimento, os grãos abrasivos ou partículas abrasivas que promovem a

ação do corte na peça, precisam suportar a pressão necessária para esta remoção de material.

Estes grãos abrasivos são oriundos de duas categorias: convencionais e superabrasivos. As pedras

ou brunidores convencionais, utilizam grãos de materiais como o óxido de alumínio para

usinagem em aços de baixa dureza, e o carbeto de silício é aplicado em ferro fundido e materiais

não ferrosos. Os brunidores em superabrasivos, utilizam grãos de diamante ou cBN. Os grãos de

diamante são aplicados no brunimento de materiais como o metal duro, cerâmicas e vidro. Não se

aplica em usinagem em aços devido a afinidade química do diamante com o carbono do aço. Os

grãos em cBN são aplicados em aços endurecidos, de média dureza e super ligas. (KRAR e

RATTERMAN, 1990).

Segundo Chandler (1989), a dureza do grão e o tipo da liga da pedra de brunimento devem

ser suficientemente robustos para ancorar os grãos abrasivos, mas ao mesmo tempo não podem

ser tão duras a ponto de dificultar o início do corte. Os tipos de materiais das ligas do brunidor

podem ser: metálica, resinóide e vitrificada. Segundo Krar e Ratterman (1990), as ligas metálicas

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apresentam alta resistência ao desgaste e são utilizadas principalmente com grãos em cBN,

devido à forte retenção dos mesmos e alta taxa de remoção de material a ser usinado. As ligas

resinóides são compostas de materiais orgânicos, como resina ou plástico. Elas são aplicadas com

grãos em cBN tipo II (monocristalino), utilizadas na usinagem de baixa remoção de material e

corte não interrompido. Produzem um excelente acabamento por cortar mais livremente que as

ligas metálicas, mas a vida é bem menor. As ligas vitrificadas são similares que as usadas em

rebolos de corte. Elas são mais frágeis que as ligas metálicas e são aplicadas principalmente em

operações de acabamento em aços endurecidos e ligas resistentes ao desgaste.

As características da dureza e tipo de liga da pedra de brunimento são indicadas por

códigos de letras gravados nos brunidores. A porosidade da pedra de brunimento facilita a

acomodação do cavaco formado durante o corte do material, minimizando a geração de calor

durante a usinagem (CHANDLER, 1989).

Segundo Chandler (1989), a seleção do tamanho do grão no brunimento depende

principalmente da taxa de remoção de material e acabamento desejados. Grãos maiores removem

o material mais rapidamente, porém acarretam em um acabamento mais grosseiro. Por esta razão,

o brunimento de desbaste seguido de um de acabamento é geralmente mais econômico. Na

Tabela 2.1 é mostrada a equivalência dimensional do tamanho do grão abrasivo com a escala

MESH de granulometria.

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Tabela 2. 1.– Conversão do tamanho do grão abrasivo na escala MESH (CHANDLER, 1989).

A seleção do abrasivo depende principalmente da dureza e composição do material da peça

a ser usinada, o acabamento requerido e fatores de custos. Os abrasivos típicos para o brunimento

e os parâmetros recomendados de acordo com o acabamento superficial desejado estão listados

na Tabela 2.2.

Tamanho do Grão (MESH)

Dimensão média - μm

Dimensão média – poleg.

36 710 0,02846 508 0,0254 430 0,01760 406 0,01670 328 0,01380 266 0,0190 216 0,008

100 173 0,007120 142 0,006150 122 0,005180 86 0,004220 66 0,003240 63 0,002280 44 0,0017320 32 0,0012400 23 0,0009500 16 0,0006600 8 0,0003

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Tabela 2. 2 – Tipo de grão abrasivo, aplicações e parâmetros referenciais de corte no brunimento CHANDLER, 1989).

2.1.6. O cavaco no brunimento

No brunimento, a formação do cavaco segue o princípio similar ao do processo de

retificação, que é o de múltiplas arestas de cortes geometricamente variáveis e indefinidas.

Apesar disto, existem algumas diferenças básicas entre a retificação e o brunimento, e a principal

delas é a velocidade de corte, já que na retificação em aços com rebolos em óxido de alumínio, os

valores podem variar na ordem de 25 a 40 m/s, enquanto no brunimento esse parâmetro varia de

5 a 90 m/min (KRAR e RATTERMAN, 1990). No processo de retificação, devido esta diferença

nas velocidades de corte e o contato intermitente dos grãos abrasivos, o cavaco se forma em

partículas incandescentes na superfície da peça. No brunimento o contato é constante e não há

formação de fagulhas devido à baixa velocidade de corte, conforme exemplo da Figura 2.10.

Pressão dos brunidores

(psi)Óxido de alumínio

Recomendado tanto para materiais endurecidos ou não,porém para desbaste. Baixo custo, dureza inferior.

5 - 30 15 - 60

Carbeto de Silício

Recomendado tanto para materiais endurecidos ou não,porém quebradiços. Resulta em acabamentos superfícies maisuniformes. Frequentemente usado no acabamento em ferrosfundidos. Custo baixo.

5 - 30 15 - 60

CBN

Cortes mais rápidos e vida dos brunidores maior. Aplicadosem aços endurecidos, aços rápidos e de alta liga. Mínimavelocidade de corte de 75m/min em aços de baixo carbono.Custo elevado.

35 - 90 60 - 300

DiamanteAplicado no brunimento de metal duro, cerâmica, vidro eferro fundido. Vida elevada.

130 - 260 85 - 170

Aplicações Vc

(m/min)Tipo do abrasivo

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Figura 2. 10 - Comparação do princípio de corte na retificação interna (alta Vc) contra o brunimento de baixa Vc (KRAR e RATTERMAN, 1990).

2.1.7. Mecanismo de formação do cavaco no brunimento

A formação do cavaco em processos com ferramentas abrasivas é baseada na penetração

gradativa do grão com arestas cortes geometricamente indefinidas na peça, de acordo com a

Figura 2.11. Klocke (2009), estudou o perfil de um grão abrasivo de uma ferramenta de corte

desta natureza. Se o perfil médio das arestas de corte é aproximado por um círculo de raio ρs,

pode-se definir um parâmetro de afilamento de grão através da relação entre a espessura do

cavaco hcu e o raio da aresta de corte ρs.

Figura 2. 11- Forma média e descrição analítica da aresta de corte de um grão abrasivo (adaptado KLOCKE, 2009).

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Segundo Klocke (2009), a formação de cavaco no processo de usinagem com ferramentas

que utilizam grãos abrasivos ancorados por uma liga, é dada inicialmente pela penetração da

aresta de corte do grão abrasivo na peça, segundo Figura 2.12, fase I. Após esta fase de

deformação elástica, o grão segue uma trajetória plana e inicia-se um fluxo de deformação

plástica do material na peça usinada. Devido à forma da aresta de corte do grão, o ângulo

formado entre o contorno da aresta de corte do grão com a superfície da peça é no início desta

fase muito pequeno, e não há formação de cavaco neste instante. O material da peça é deformado

lateralmente, formando elevações ou fluxos deste material abaixo da aresta de corte em seu

flanco (fase II). Apenas quando a aresta de corte do grão penetra profundamente o necessário na

peça, que a espessura de cavaco hcu irá corresponder a profundidade de corte do grão Tµ. É a

partir deste momento que a formação de cavaco se inicia. Enquanto esta sequência continua, o

processo de deformação e a formação do cavaco ocorrem simultaneamente e é decisivo para a

eficácia da remoção de material apenas o quanto da espessura de cavaco hcu é transformada

realmente em cavaco, e assim o quão grande é a espessura efetiva do cavaco hcu eff.

Figura 2. 12 – Mecanismo de formação do cavaco por abrasão - Zonas de deformação elástica e plástica (adaptado KLOCKE, 2009).

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A determinação das arestas de corte é dificultada pela complexa microestrutura das

ferramentas. Devido à grande quantidade de grãos atuando na peça, o material removido é

formado pela soma de muitas diferentes arestas de corte, que removem individualmente o cavaco

da superfície do material. Na Figura 2.13, é mostrado este princípio da formação do cavaco e

aspecto do corte feito pela penetração individual de um grão abrasivo.

Figura 2. 13- Aspecto ampliado por um microscópio eletrônico da direção de corte e do cavaco gerado na peça por um grão abrasivo (KLOCKE, 2009).

Marinescu et al (2004), estudaram os fenômenos de formação de cavaco e as forças de

corte em processos de geometria de corte não definida. Na Figura 2.14, é ilustrada a variação do

ângulo de contato e componentes das forças de corte do grão abrasivo na peça em três condições,

em que ondas plásticas podem ocorrer sem remoção de material, como um processo de extrusão,

afetando os esforços de corte. Na figura “a”, o ângulo de corte é mais negativo, o que gera maior

esforço e esfregamento do grão durante a sua ação. Na última condição “c” em que o ângulo de

contato α é maior, há a remoção do cavaco. A figura “b”, o ângulo α é intermediário entre “a” e

“c”, e ocorre o esfregamento do grão com início de remoção de material.

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Figura 2. 14 – Modelo de onda na formação de cavaco por esfregamento do grão abrasivo (MARINESCU et al, 2004).

2.1.8. Velocidade de corte

Klocke (2009), define que o movimento entre a peça e a ferramenta no brunimento pode ser

dividido em três componentes ortogonais de velocidade, segundo Figura 2.15:

Dois tangentes à superfície da peça, a velocidade axial (Vfa), que é a velocidade de

oscilação do fuso e a velocidade tangencial (Vft), que é a velocidade de rotação da

ferramenta;

Um componente perpendicular à superfície da peça, a velocidade de avanço (Vfn), que é o

avanço de corte do brunidor.

A velocidade de avanço (Vfn) é muito pequena comparada com a velocidade tangencial

(Vft) e com a velocidade axial (Vfa) devido à baixa remoção de material. Assim, quando

do cálculo da velocidade de corte (Vc) ela pode ser desconsiderada.

Figura 2. 15 - Componentes da velocidade de corte no brunimento (KLOCKE, 2009).

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Sendo assim, é mostrado nas Figura 2.16 e 2.17, a representação destes componentes e as

seguintes fórmulas para cálculo das velocidades no brunimento (FLORES, 1992):

Vc -> Velocidade de Corte (m/min);

Vfa = Va -> Velocidade Axial - Oscilação (m/min);

Vft = Vr -> Velocidade Tangencial ou Velocidade de Rotação (m/min);

n -> Número de rotações do fuso da máquina (1/min);

d -> Diâmetro da peça (mm).

α -> Ângulo de cruzamento de brunimento (graus)

Fórmulas:

Vr = (π . d . n) / 1000 (m/min)

α = 2 arc tan . Va / (π . d . n) (graus)

Figura 2. 16 - Componentes da velocidade de corte no brunimento (FLORES, 1992).

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Figura 2. 17- Representação esquemática do mandril brunidor e o ângulo de cruzamento (SABRI e MANSORI, 2009).

2.1.9. A dressagem no brunimento

Assim como em uma operação típica de retificação, a dressagem no brunimento é

fundamental para se alcançar os resultados de qualidade que se espera obter na peça após a

usinagem. Analogamente, os mesmos conceitos e finalidades que se aplicam na dressagem de

rebolos na retificação podem ser utilizados para os brunidores ou pedras de brunimento, a saber:

a obtenção de desvios mínimos entre a face de trabalho e o eixo de rotação da ferramenta, o

perfilamento da face de trabalho e a remoção da camada superficial com os grãos abrasivos e

poros entupidos (OLIVEIRA, 1988 apud HASSUI, 1997). Esta operação por sua vez é feita em

geral apenas antes do primeiro uso do brunidor novo, pois posteriormente durante a usinagem os

grãos abrasivos se renovam, se desprendem da liga ao de desgastarem e promove-se a auto

dressagem continuamente durante o corte, pois o cavaco ao se alojar entre os grãos e a liga,

desgasta a mesma, e assim o brunidor mantem o perfil cilíndrico até fim do seu curso útil de

expansão.

A preparação das pedras de brunimento no mandril conforme exposto, deve garantir a

concentricidade do eixo da ferramenta com a superfície cilíndrica dos brunidores afim de que os

movimentos de rotação e oscilação promovam uma trajetória na superfície da peça com o mínimo

de erros. Segundo Krar e Ratterman (1990), em geral, as superfícies externas das pedras são

fornecidas com seus perfis planos, necessitando da dressagem conforme o raio da peça a ser

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usinada Um dos métodos de dressagem consiste em montar estas pedras nas cavidades do

mandril com a menor folga possível e “usiná-las” externamente em uma retificadora cilíndrica,

ilustrada na Figura 2.18.

Figura 2. 18 - Dressagem de um mandril de brunimento e a representação dos grãos perfilados na pedra de brunimento (adaptado KRAR e RATTERMAN, 1990).

Após o processo de retificação dos brunidores em cBN, a liga que ancora os grãos encobre

os mesmos, sendo necessário expô-los (Figura 2.19), de forma que esta liga fique abaixo dos

grãos abrasivos, para que os mesmos possam cortar o material e criar o espaço para o alojamento

do cavaco para o uso no brunimento. Esta operação pode ser feita manualmente com uma pedra

abrasiva com grãos bem finos de óxido de alumínio ou carboneto de silício, passando na

superfície dos brunidores retificados (KRAR e RATTERMAN, 1990).

Figura 2. 19 - Representação dos grãos expostos na pedra de brunimento (GEHRING, 2014).

2.1.10. Fixação da peça e da ferramenta

O fenômeno do brunimento que propicia um furo circular e retilíneo é o contato integral

das faces de corte dos brunidores com a superfície a ser brunida, combinado com o movimento de

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rotação e oscilação do fuso da máquina. A condição de trabalho flutuante, tanto da ferramenta

(mandril de brunimento), quanto da peça a ser brunida, permite que os brunidores exerçam

pressões equilibradas por toda a superfície do furo, independente da vibração da máquina ou do

meio externo e minimiza possíveis erros de geometria, como desalinhamento entre o fuso da

máquina com o dispositivo de fixação da peça, ilustrada na Figura 2.20 (CHANDLER, 1989).

Figura 2. 20 - Flutuação da ferramenta (A) ou do sistema de fixação (B) para alinhamento (adaptado de CHANDLER, 1989).

De modo geral, a operação de brunimento não altera a posição axial do furo. A linha de

centro da ferramenta segue o eixo do furo gerado na operação anterior. Com isso, a ferramenta ou

a peça devem flutuar para que promovam o auto alinhamento com o furo em questão. Assim

pode-se afirmar que a fixação da peça e da ferramenta na operação de brunimento afeta

diretamente a qualidade do produto a ser usinado. No processo de brunimento, existem dois

elementos que promovem a auto correção entre o fuso da máquina com a peça, um é o adaptador

do mandril de brunimento e outro é o dispositivo de fixação. Os adaptadores são elementos de

fixação que ficam entre o fuso da máquina (rígido) e o mandril de brunimento e classificados em:

Sem Flutuação (rígido), Flutuação Lateral (horizontal) e Flutuação Universal (Figura 2.21). Os

dispositivos de fixação também seguem a mesma classificação e conceito.

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Figura 2. 21 - Adaptadores de acoplamento entre o fuso da brunidora e o mandril brunidor (adaptado de JONES & SHIPMAN – HONING HANDBOOK, 1988).

A seleção dos dispositivos de fixação é influenciada pela dimensão do furo a ser brunido,

da ferramenta (mandril brunidor com as pedras abrasivas), método de localização e a relação do

furo a ser brunido com a face de localização da peça, as condições geométricas do furo nas

operações anteriores e o acabamento superficial da peça (JONES & SHIPMAN – HONING

HANDBOOK, 1988).

Dispositivos de flutuação lateral: Este tipo de fixação é indicado para o brunimento

em furos pequenos em que qualquer desalinhamento entre o fuso da máquina e a

peça pode resultar na deflexão da ferramenta, resultando na peça erros de forma,

como ovalização ou falha de material. O dispositivo nesta condição de fixação

movimenta-se no plano horizontal, cujo curso é limitado por parafusos de ajuste,

permitindo o campo necessário para cobrir qualquer desalinhamento entre o furo da

peça e a ferramenta de brunir (TIPO 1 e TIPO 2, Figura 2.22). Nesta aplicação os

adaptadores de flutuação universal ou rígidos podem ser utilizados, de acordo com a

precisão da peça.

Dispositivos rígidos: Aplicados na fixação de produtos com furos de dimensões

maiores e peças pesadas, como por exemplo, em cilindros de blocos de motores, em

que não há deflexão da ferramenta devido às suas dimensões e rigidez, garantindo a

geometria cilíndrica do furo brunido durante a usinagem. Neste caso, a peça pode

estar fixada diretamente na mesa da máquina, garantindo nenhum movimento do

furo a ser brunido tanto lateralmente quanto em seu próprio eixo (TIPO 3, Figura

2.22). Nesse caso, utiliza-se adaptadores com dupla flutuação universal.

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Dispositivos de flutuação universal: Fixação recomendada quando não é possível

garantir o perpendicularismo entre o furo da peça e sua face de localização. O

dispositivo neste conceito é suspenso entre dois pontos, pivotando em qualquer

direção sobre o seu eixo, garantindo o contato constante dos brunidores com a

superfície cilíndrica do furo.

É possível, em certas situações, combinar os dois conceitos de dispositivo de flutuação

lateral com o universal, quando há dúvidas quanto ao perpendicularismo e a posição

na fixação do furo a ser brunido (TIPO 4, Figura 2.22). Neste caso, aplicam-se

adaptadores do mandril brunidor com flutuação lateral.

Figura 2. 22 - Sistemas de flutuação na fixação da peça e da ferramenta no brunimento (adaptado de JONES & SHIPMAN – HONING HANDBOOK, 1988).

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2.1.11. Ajustes da geometria da peça no processo

A precisão da forma obtida no processo de brunimento está relacionada com conceitos da

geometria do brunidor, além da dressagem do mesmo e dos fundamentos da fixação da peça e do

mandril. Segundo Klocke (2009), o comprimento do brunidor tem uma significativa influência

nos erros de forma de um furo brunido. Para alcançar uma cilindricidade de precisão, brunidores

mais longos oferecem uma melhor possibilidade em transferir sua forma cilíndrica na peça,

conforme Figura 2.23, detalhe “b”. Já o contrário, se o brunidor for muito curto, ele busca seguir

o contorno dos erros da operação anterior, e portanto não corrige estes erros.

Figura 2. 23 - Influência do comprimento do brunidor na cilindricidade do furo (adaptado de KLOCKE, 2009).

O curso de brunimento também tem uma significativa e direta influência nos erros de forma

de um furo. Segundo Klocke (2009), cursos longos de brunimento podem causar um aumento do

diâmetro nas extremidades da peça, conforme Figura 2.24. Cursos menores por sua vez, invertem

este fenômeno, aumentando o diâmetro do furo na metade do seu comprimento. O melhor ajuste

deve ser conseguido por experimentos, pois a geometria interna do furo, interrupções e outras

características, afetam as pressões internas dos brunidores e consequentemente, na forma final do

cilindro brunido.

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Figura 2. 24 - Influência do ajuste do curso do brunidor na cilindricidade do furo (adaptado de KLOCKE, 2009).

2.2. A lapidação

A seguir serão apresentados os conceitos sobre o processo de lapidação, sua aplicação,

vantagens e restrições ao uso nos processos de usinagem.

2.2.1. Introdução

Assim como os processos de retificação em geral, por cinta abrasiva, brunimento,

jateamento ou processos similares por abrasivos, a lapidação pertence ao grupo de remoção de

material por geometria de corte indefinida, através de grãos soltos entre a ferramenta de lapidação

e a peça (MARINESCU, UHLMANN e DOI, 2006). É um processo de superacabamento,

complementar ao brunimento em vista da qualidade da superfície usinada obtida. A remoção

ocorre a partir do deslizamento dos grãos abrasivos entre as superfícies da peça e da ferramenta

(lapidador). Os grãos são ancorados por uma pasta e uma contra-peça, o lapidador. A

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profundidade de impressão depende da carga aplicada. Na Figura 2.25, Klocke (2009), ilustra o

possível mecanismo de formação de cavaco da lapidação.

Figura 2. 25 - Mecanismo de remoção de cavaco na Lapidação (KLOCKE, 2009).

Algumas características do processo de Lapidação:

A maioria das peças podem ser processadas nesta operação sem algum tipo de

fixação ou dispositivo específico;

Usinagem de precisão e ultra precisão podem ser executadas em uma única

operação;

Tempo de preparação de processo muito rápido;

Peças menores que 0,1mm de espessura podem ser usinadas neste processo;

Baixa propagação de calor resulta em menores riscos à integridade superficial;

Dependendo da aplicação, o custo dos equipamentos da lapidação também é uma

vantagem, já que este processo pode ser feito manualmente. Furos e faces podem ser lapidadas

com dispositivos simples acoplados em motores de baixa velocidade.

Na lapidação, obtém-se valores de rugosidades muito baixos, caracterizando uma operação

final, pois a taxa de remoção de material também é muito pequena. Existe uma série de métodos

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de lapidação, como em disco, planar, ultrassônico, cilíndrico externo, cilíndrico interno e o de

perfil.

Os parâmetros controláveis na lapidação dependerão da tecnologia adotada. Os mais

comuns são: rotação do disco ou do lapidador, tipo de pasta de lapidação, tamanho do grão de

lapidação, oscilação de lapidação e material do lapidador.

Os processos de lapidação geralmente são aplicados em produtos que especificam baixa

rugosidade. Para estas operações geralmente utiliza-se pastas de lapidação de alta viscosidade, o

que torna difícil a sua remoção posterior em processos convencionais de lavagem de peças.

2.2.2. Composição das ferramentas de lapidação

Segundo Klocke (2009), as propriedades dos lapidadores, que ancoram os grãos abrasivos

na lapidação, são determinadas pela característica geométrica da peça (plana ou cilíndrica, por

exemplo) e do material a ser usinado. Deve-se certificar que os grãos abrasivos estejam

distribuídos em toda a superfície do lapidador, principalmente em peças de grandes áreas de

contato.

Os principais materiais abrasivos utilizados na lapidação são: Óxido de Alumínio (Al2O3),

Carbeto de Silício (SiC), Carbeto de Boro (B4C) e Diamante. Na tabela 2.3 é relacionada a

aplicação destes abrasivos no processo de lapidação.

Tabela 2. 3 – Tipos de abrasivos de lapidação e aplicação (adaptado de KLOCKE, 2009). Abrasivo Aplicação

Óxido de Alumínio Aços não endurecidos, metais não ferrosos, semicondutores

Carbeto de Silício Aços endurecidos, aços-liga, ferro fundido, vidro, porcelana

Carbeto de Boro Metal duro, cerâmicas

Diamante Materiais duros

Os lapidadores promovem o movimento rotativo e arrastam os grãos abrasivos com a pasta

de aglutinação. Os lapidadores são geralmente feitos de materiais em ferro fundido perlítico de

fina granulação ou aço-liga endurecidos (KLOCKE 2009). A pasta de lapidação é um aglutinante

químico que adere ao lapidador e auxilia no arraste os grãos abrasivos durante a usinagem. Esta

pasta é em geral composta de estearina, ácido oleico, parafina, gordura animal, cera vegetal e

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graxa. A composição específica destes elementos é definida pelo fabricante, de acordo com o tipo

de aplicação de lapidação (MARINESCU et al, 2004).

2.3. Desvios de forma

Em operações de alto nível de precisão, como por exemplo, o brunimento e a lapidação, os

desvios de forma são as principais variáveis controláveis que se busca obter nestes processos de

usinagem. Estes desvios são definidos como a variação das superfícies reais em relação aos

sólidos geométricos que os definem. Podem ser também interpretados como desvios de forma de

uma peça, a diferença entre a superfície real desta peça e a sua forma geométrica teórica definida

no projeto (GUIMARÃES, 1999). Os desvios de forma podem ser classificados em

macrogeométricos ou microgeométricos. Os parâmetros macrogeométricos referem-se ao desvio

da dimensão, forma e posição. Já os microgeométricos são caracterizados pela qualidade

superficial, através de parâmetros de rugosidade (KLOCKE, 2011). Para o brunimento de

precisão, os principais parâmetros macrogeométricos de desvio de forma são a retilineidade,

circularidade e a composição destes dois erros, a cilindricidade.

2.3.1. Retilineidade

Segundo Guimarães (1999), o desvio de retilineidade (ou retitude), é a diferença admissível

da reta delimitada por um cilindro imaginário que tem como eixo de simetria a linha teórica e,

como superfície, os limites dentro dos quais deve-se estar a linha real. A Figura 2.26 representa a

especificação espacial da retilineidade (ENDRIAS et al, 2012).

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Figura 2. 26 - Especificação espacial da retilineidade (ENDRIAS et al, 2012).

A retilineidade é uma condição em que um elemento de uma superfície ou em um eixo é

uma linha reta. A tolerância de retilineidade especifica uma zona de permissão entre a qual o

elemento considerado ou a linha mediana derivada deve se sobrepor. A tolerância de retilineidade

é aplicada na vista em que os elementos a serem controlados são representados por uma linha

reta, conforme ANSI Y14.5M, 1994.

Na Figura 2.27 (a) é mostrado um exemplo de uma característica cilíndrica em que todos os

elementos circulares da superfície estão dentro da tolerância. Cada elemento longitudinal na

superfície é alinhado entre duas linhas paralelas separadas pelo montante de retilineidade definida

na tolerância e um plano comum com o eixo do envelope gerado pela característica. A tolerância

da retilineidade deve ser menor que o tamanho da tolerância e qualquer outra tolerância

geométrica que afeta a retilineidade da linha dos elementos. Os exemplos (b) e (c) na Figura 2.27

são erros de forma na superfície, os quais embora estejam dentro da tolerância de retilineidade,

não podem exceder os limites dimensionais do diâmetro.

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Figura 2. 27 - Especificação da retilineidade nos elementos da superfície (ANSI Y14.5M, 1994).

Na Figura 2.28 a tolerância máxima de retilineidade é a tolerância especificada mais o

montante atual de material na dimensão da peça, pois considera-se a condição de máximo

material. A linha média derivada de uma característica atual na condição de máximo material

deve estar dentro da zona de tolerância cilíndrica, conforme especificação. Como a dimensão

atual parte da condição de máximo material, há um aumento no diâmetro da zona de tolerância,

que é igual ao montante deste aumento. Cada elemento circular da superfície deve estar dentro

dos limites da especificação da dimensão. Na figura (a) por exemplo, é mostrado o máximo

diâmetro do pino em perfeita forma em um limite simulado com o furo de diâmetro 16.04. Na

figura (b), o pino tem o seu diâmetro máximo de 16.00, o limite simulado aceitará o pino até 0.04

de variação na retilineidade. Na figura (c), o pino está no diâmetro mínimo de 15.89 e o limite

simulado aceitará um pino até 0.15 de variação na retilineidade.

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Figura 2. 28 - Especificação da retilineidade na condição de máximo material (ANSI Y14.5M, 1994).

Na Figura 2.29, é ilustrado a condição da retilineidade independente da dimensão da peça, é

uma condição em a tolerância não está associada à quantidade de material ou dimensão da peça.

No exemplo em destaque, a linha mediana da atual dimensão da peça deve-se ajustar com a zona

de tolerância cilíndrica de diâmetro 0.04, independente da sua dimensão. Cada elemento circular

da superfície deve estar dentro dos limites especificados do diâmetro da peça.

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Figura 2. 29 - Especificação da retilineidade na condição independente da dimensão da peça (ANSI Y14.5M, 1994).

2.3.2. Circularidade

O desvio de circularidade pode afetar diretamente o desempenho e vida de componentes

mecânicos e esta característica é muito significativa, uma vez que os processos de manufatura

podem causar variações durante a fabricação (SUI e ZHANG, 2012). Eles definem os 4 métodos

de avaliação do desvio de circularidade usados internacionalmente: LSC, MIC, MCC e o MZC,

ilustrados na Figura 2.30.

2.3.2.1. LSC

O método dos mínimos quadrados (LSC – Least Squares Circles) consiste em ajustar o

perfil da peça de tal modo que as somas dos quadrados das ordenadas radiais entre a

circunferência e o perfil sejam minimizadas. O centro dos mínimos quadrados é usado então para

gerar a circunferência inscrita e circunscrita no perfil polar da peça e o desvio de circularidade é a

distância radial destes dois círculos.

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2.3.2.2. MIC

O método do máximo círculo inscrito (MIC – Maximum Inscribed Circle) consiste em

ajustar a maior circunferência possível no interior do perfil da peça. O desvio de circularidade é a

maior distância entre o perfil da peça é a circunferência inscrita.

2.3.2.3. MCC

O método do mínimo círculo circunscrito (MCC – Minimum Circunscribed Circle)

consiste em ajustar a menor circunferência possível no exterior do perfil da peça. O desvio de

circularidade é a maior distância entre o perfil da peça é a circunferência circunscrita.

2.3.2.4. MZC

O método da mínima zona de tolerância (MZC – Minimum Zone Circle) consiste em

formar duas circunferências concêntricas englobando o perfil da peça nas extremidades externas

e internas. O desvio de circularidade é a diferença entre dos raios das duas circunferências.

Figura 2. 30 - Representação dos métodos de medição de circularidade LSC, MIC, MCC e MZC (adaptado de NOUIRA e BOURDET, 2014).

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2.3.3. Cilindricidade

O desvio de cilindricidade é a variação entre a superfície cilíndrica medida e a superfície

cilíndrica ideal (XIANQING et al, 2011). Os parâmetros e recomendações da cilindricidade estão

descritas ISO/DIS 12180-1, Especificações Geométricas de Produto – Cilindricidade. De acordo

com a norma, pode-se considerar três principais desvios: o desvio de retilineidade no eixo do

cilindro, o desvio de cilindricidade na seção longitudinal e o desvio de cilindricidade na seção

transversal (STEPIEN, 2014). Estes desvios são detalhados abaixo e mostrados na Figura 2.31:

a) O desvio da retilineidade no eixo do cilindro, que ocorre quando o eixo de um elemento

nominalmente cilíndrico é na verdade uma curva bi ou tridimensional;

b) O desvio da seção longitudinal ocorre quando o diâmetro de um elemento cilíndrico é

diferente em suas seções transversais;

c) O desvio da seção transversal, que de fato são erros de circularidade, que ocorre quando

existem irregularidades de forma individuais ao longo das seções transversais da peça.

Figura 2. 31 - Componentes do desvio da cilindricidade (STEPIEN, 2014).

Agostinho et al (1977), considerou limites de tolerância de cicularidade para usinagem em

condições de produção de alguns processos de produção como referência: torneamento em até

0,010mm, mandrilamento entre 0,010 à 0,015mm e retificação entre 0,005mm à 0,015mm.

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2.4. Rugosidade das superfícies

2.4.1. Definições

Uma das características principais no processo de brunimento é a melhoria da rugosidade e

adequação da textura para diversas aplicações de produtos. Diferentes tipos de brunimento são

desenvolvidos, como o “plateau” (aplicado em bloco de motores), o brunimento normal,

brunimento a laser, o espiral (passe único) e o normal fino (VRAC, SIDJANIN, KOVAC e

BALOS, 2012).

Guimarães (1999) estabelece a rugosidade como um desvio microgeométrico, formada por

marcas do processo de fabricação. Segundo Sherrington e Smith (1986), todos os processos de

usinagem deixam nas peças características topográficas nas superfícies das mesmas. A descrição

de superfície de um objeto em termos de variação na amplitude, espaçamento e forma das suas

características é chamada de topografia, o que na engenharia refere-se à textura de uma

superfície. Novaski (1994) define a textura como primária (rugosidade) e secundária (ondulação),

sendo a primeira formada por sulcos ou marcas da ferramenta oriundas da usinagem na peça e a

segunda pelo conjunto das irregularidades repetidas em ondas de comprimento, maiores que sua

amplitude, surgidas por imprecisões de movimentos dos equipamentos. A forma geral de uma

superfície, sem considerar as variações de rugosidade e ondulações é determinada como erros de

forma, ilustrada na Figura 2.32 (SHERRINGTON E SMITH, 1986).

Figura 2. 32- Representação de uma superfície fresada e a classificação da superfície topográfica (SHERRINGTON e SMITH, 1986).

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Para a aplicação do brunimento em blocos ou camisas de motores de combustão, conhecido

como “plateau”, que é um brunimento do tipo convencional, é fundamental o controle da textura

usinada para retenção de óleo lubrificante no produto final (Figura 2.33). Neste processo é

monitorado além do ângulo de cruzamento do reticulado do processo de usinagem, a

profundidade dos sulcos gerados pelos grãos abrasivos no brunimento (SUGA, 2007). No

brunimento de precisão por sua vez, este controle não é requerido em muitas especificações de

produto, e sim a melhor condição fina da textura, uma rugosidade com valores baixos.

Figura 2. 33 – Aspecto da textura superficial do brunimento da camisa de motor (SUGA, 2007).

Para se efetuar a medição de rugosidades superficiais, existem normas que regulamentam a

metodologia para esta medição e a ABNT NBR 6405 estabelece os termos e parâmetros

necessários através de sistema de apalpamento (NOVASKI, 1994). Cortês (2009) define que

durante a realização de qualquer análise topográfica, deve-se fazer um pré-processamento dos

dados recolhidos, removendo ruídos, ondulações e imperfeições indesejadas, através de filtros

que suprimem da topografia coletada os pontos correspondentes àquela frequência espacial

desejada. Deve-se definir também o comprimento de amostragem (cut-off), que caracteriza a

amostra quanto a sua rugosidade, ou seja, quanto menor a rugosidade, menor o comprimento de

amostragem. Na Figura 2.34, estes filtros são demonstrados de (a) para (d), em que (a) é um

perfil não filtrado, que inclui o erro de forma e a ondulação. De (b) para (d) diminui-se o

comprimento da amostragem (cut off), deixando a linha mais plana de onde se calcula a

rugosidade (SUGA, 2007).

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Figura 2. 34 - Influência dos filtros na medição da rugosidade (SUGA, 2007).

2.4.2. Parâmetros da rugosidade no brunimento

Em uma aplicação no processo de brunimento, Buj-Corral e Vivancos-Calvet (2011),

elaboraram diversos ensaios para avaliar a variabilidade da rugosidade em cilindros de aço com

ferramentas abrasivas de Nitreto cúbico de Boro (cBN). Nestes ensaios, uma das fortes

características relativas à superfície topográfica é a influência das propriedades tribológicas,

atreladas ao atrito, desgaste e lubrificação entre superfícies sólidas em movimento relativo.

Consequentemente foram definidos os seguintes parâmetros de rugosidade para os respectivos

experimentos, como Ra (rugosidade média) e Rt (rugosidade total), aplicados em diversos

processos de usinagem. Além destes parâmetros, foram aplicados os típicos de usinagem por

ferramentas abrasivas, como brunimento de cilindros ou blocos de motores (curva de Abbott),

que são utilizados para quantificar o fenômeno de desgaste como a influência do lubrificante,

materiais de apoio ou a textura da superfície. Os parâmetros são Rk (rugosidade principal), Rpk

(rugosidade do pico), Rvk (rugosidade do vale), Mr1 (Valor percentual após desgaste da

rugosidade Rpk) e Mr2 (Valor percentual após desgaste da rugosidade Rk). Estes parâmetros estão

detalhados na Figura 2.35 que é a representação da curva de Abbott e sua correlação com o perfil

brunido da peça.

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Figura 2. 35 - Parâmetros da Curva de Abbott e sua relação com o perfil curvas de distribuição (KING E HOUGHTON, 1995).

No trabalho em questão para os ensaios do brunimento de precisão, serão utilizados os

parâmetros Ra e Rt. Os parâmetros da curva de Abbott (Rk, Rpk, Rvk, Mr1 e Mr2) não se aplicam

nestes ensaios, uma vez que o erro de forma é mais relevante que o controle da profundidade dos

sulcos de retenção de óleo. Todos estes parâmetros são detalhados abaixo:

Ra – Parâmetro de altura mais aplicado para o controle de qualidade geral, é

definido como o desvio médio absoluto das irregularidades da rugosidade a partir da

linha média sobre o comprimento de amostragem (DIN 4762), ilustrado na Figura

2.36.

Figura 2. 36 - Representação do parâmetro Ra (NOVASKI, 1994).

Rt – Parâmetro que representa a rugosidade total, que segundo Novaski (1994), era

empregado com diversos significados diferentes, conforme DIN 4762 de 1960.

Contudo este parâmetro foi substituído e não recomendado o seu uso em 1984 pela

mesma norma pelo Ry, que é a máxima distância de pico e vale (Rp + Rm), dentro do

comprimento de avaliação Іе (Figura 2.37). Porém, muitos aparelhos de medição de

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rugosidade no mercado ainda demonstram o Rt em seus resultados como rugosidade

total.

Figura 2. 37 - Representação do parâmetro Ry (NOVASKI, 1994).

Parâmetros da de Abbott (Figura 2.38) - DIN4776 e ISO 13565:

Rk – Parâmetro que representa a rugosidade principal (real) da superfície.

Rpk – Parâmetro que representa a altura reduzida dos picos da superfície (A1),

salientes da área principal.

Rvk – Parâmetro que representa a profundidade reduzida dos vales da superfície

(A2), estendidos da área principal.

Mr1 - Valor percentual após desgaste da rugosidade Rpk.

Mr2 - Valor percentual após desgaste da rugosidade Rk.

Figura 2. 38 - Parâmetros da distribuição Gaussiana – Curva de Abbott - DIN 4776 e ISO 13565 (PAWLUS, CIESLAK E MATHIA, 2009).

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2.4.3. Fatores que afetam a rugosidade das superfícies

Segundo Marinescu et al (2004), o fator que mais influencia a rugosidade superficial em

um processo de usinagem por abrasão é o tamanho dos grãos abrasivos. Na Figura 2.39 é

ilustrado o modelo teórico da formação da rugosidade total, baseado no formato de um grão

triangular, em que:

B = distância de espaçamento médio entre grãos;

hcu = Espessura média do cavaco não cortado;

heq = Espessura equivalente do cavaco;

Rt = Rugosidade total;

L= Espaçamento entre as arestas de corte na direção de corte;

lc = Comprimento de contato da ferramenta e peça.

Figura 2. 39 - Rugosidade total teórica Rt, baseada no formato de grão triangular (MARINESCU et al, 2004).

O modelo teórico simplificado apresentado estabelece a relação entre o tamanho do grão e

o acabamento total. A implicação prática desta análise é de que a maior parte dos grãos da

ferramenta sofrem esforços muito elevados, já que cada um promove a remoção do material por

micro ranhuras, criando assim uma textura típica resultado desta ação dinâmica. A rugosidade

total teórica de pico a vale em Rt, ao longo da superfície em questão é dada pela altura dos sulcos

das micro-ranhuras deixadas pela ação dinâmica dos grãos durante o corte da peça.

Buj-Corral e Vivancos-Calvet (2011) estudaram o comportamento dos parâmetros de

usinagem e sua resposta na rugosidade superficial do produto usinado. Em suas conclusões, o

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tamanho de grão do brunidor tem uma influência significativa na rugosidade superficial, seguido

pela pressão de brunimento e a velocidade tangencial de corte.

Vrac, Sidjanin, Kovac e Balos (2012), estudaram também a influência dos parâmetros de

brunimento convencional na qualidade da rugosidade e produtividade. Os experimentos foram

focados em cilindros de ferro fundido, variando tipo e tamanho de grão abrasivo, velocidades e

pressões específicas de corte. Os resultados finais nestes experimentos demonstraram que 2

diferentes tamanhos de grão, um D181 e outro D151 tiveram específicos comportamentos durante

a usinagem na rugosidade (Figura 2.40). A conclusão foi que para ângulos de corte entre 34°-55°

(valores encontrados em motores diesel por brunimento convencional), para obter-se uma maior

profundidade na rugosidade máxima, a influência da velocidade de corte foi mais significativa

para o tamanho de grão D181 e a pressão específica de corte para o grão D151. Já na

produtividade, a velocidade de corte influencia diretamente em ambos os grãos.

Figura 2. 40 - Textura superficial obtida por grãos D181 e D151 (VRAC, SIDJANIN, KOVAC e BALOS, 2012).

Buj-Corral et al (2014), concluíram em experimentos de laboratório que as variáveis mais

significativas estatisticamente no resultado de modelagem da rugosidade foram o tamanho do

grão abrasivo, a pressão de corte de brunimento, densidade dos brunidores (pedras abrasivas) e a

velocidade tangencial (rotação).

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Klocke (2009), relacionou que qualidade superficial da peça pode ser alcançada por

diferentes tamanhos de grãos em diamante, demonstrando a relação direta dessa característica

com a rugosidade, conforme Tabela 2.4.

Tabela 2. 4 - Relação do e tamanho de grão do brunidor de diamante e rugosidade alcançável em diferentes materiais usinados e dureza (adaptado de KLOCKE, 2009).

2.5. Controle Estatístico do Processo

Segundo Slack et al (2002), uso da palavra conformidade indica a necessidade de atender a

uma especificação clara. Em um processo de produção, tais especificações definidas em um

produto são controladas e monitoradas através de controles estatísticos. Os estudos de

capabilidade buscam estimar a capacidade de um processo manter as especificações de

engenharia dentro de parâmetros definidos e de maneira uniforme ao longo do tempo. Nos

processos de usinagem, as características dimensionais mensuráveis são chamadas de variáveis,

nas quais são necessárias monitorá-las quanto à sua variabilidade com relação aos valores

nominais (Montgomery, 2009).

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2.5.1. Gráfico de Controle

Segundo Montgomery (2009), o gráfico de controle é uma das ferramentas básicas para o

monitoramento e controle estatístico do processo de produção, conforme Figura 2.41. No gráfico

de controle se registra as médias das medições de uma amostra de produção em função do tempo

ou do número desta amostragem. O gráfico possui uma linha central (LC), que representa o valor

em que o processo deveria obter se não existissem fontes de variação. As linhas LSC e LIC

representam respectivamente os limites superior e inferior de controle do produto, que são

definidos como variações máximas aceitáveis a partir da média de um processo sob controle

(REID e SANDERS, 2012).

Figura 2. 41 – Carta de controle típica (MONTGOMERY, 2009).

É possível com ele avaliar se o processo estudado é estatisticamente estável, quando não há

causas especiais de variação, que são aquelas que ocorrem de maneira imprevisível, de forma

aleatória. Um processo é dito sob controle, quando somente causas comuns estiverem presentes e

controladas (TORMINATO, 2004).

Os modernos sistemas de qualidade assegurada geralmente dão pouca importância na

inspeção por amostragem e procuram concentrar os esforços no controle estatístico do processo

(CEP) e no delineamento de experimentos (DOE – Design of Experiments). O controle estatístico

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estabilizará o processo e reduzirá a sua variabilidade, entretanto não é suficiente apenas atender

requisitos de especificação, e sim promover reduções ainda maiores desta variação, aplicando

estudos estatísticos por delineamento de experimentos (Figura 2.42), que procura o melhor ajuste

das variáveis de um processo conhecido (MONTGOMERY, 2009).

Figura 2. 42 – Aplicação de técnicas de engenharia da qualidade e redução sistemática da variabilidade do processo (MONTGOMERY, 2009).

2.5.2. Estatística descritiva

Para avaliação estatística da variação de um processo é necessária a coleta de dados para a

sua análise e compilação destes números. A estatística descritiva é a etapa inicial utilizada para

descrever e resumir estes dados e auxilia descrever certas características de produto e processo.

Os principais elementos da estatística descritiva neste contexto são as medidas de tendência

central, como a média, medidas de variabilidade, como o desvio padrão e medidas da distribuição

de dados (REID e SANDERS, 2012).

A Média – é um elemento da estatística que mede a tendêcia central de um conjunto

de dados coletados ou observações de uma amostra a ser avaliada, onde soma-se os

valores de todas as amostras e divide-se pelo o número de amostras.

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A equação da média:

= a média

= observação i, i = 1,..., n

n = número de observações

O Desvio Padrão - é um elemento da estatística que mede a dispersão dos dados

com relação à média.

A equação do desvio padrão:

= desvio padrão de uma amostra

= a média

= observação i, i = 1,..., n

n = número de elementos na amostra

2.5.3. Seis sigma

A metodologia Seis Sigma tem a finalidade de melhorar processos, reduzindo variabilidade.

A variabilidade é tratada como se fosse uma falha intrínseca ao processo, e desta forma, através

de projetos de melhoria contínua e sustentável, se objetiva reduzi-la a níveis baixíssimos, visto

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que não existe processo sem variação (SCATOLIN, 2005 apud RATH e STRONG, 2001).

Segundo Montgomery (2009), o foco do Seis Sigma é reduzir a variabilidade nas características

de qualidade dos produtos principais ao nível em que qualquer falha ou defeito são extremamente

indesejáveis. A Figura 2.43 mostra a probabilidade de defeitos em uma distribuição normal como

um modelo de uma característica de qualidade, cujos limites inferior e superior da especificação

(LIE e LSE), correspondem a três desvios padrão em cada lado da média, centralizados como

meta.

Figura 2. 43 – Relação de defeitos em PPM na distribuição normal centralizada (MONTEGOMERY, 2009).

2.5.4. Índice de Capabilidade de Processo

A análise do índice de capabilidade de um processo na manufatura busca medir a

capacidade do mesmo em produzir produtos que atendam especificações. Segundo Reid e

Sanders (2012), o índice de Capabilidade de Processo Cp, é medido como a relação entre o

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tamanho da especificação contra o tamanho da variabilidade do processo:

Onde:

LSE – Limite Superior da Especificação

LIE – Limite Inferior da Especificação

- Desvio Padrão de uma amostra

Considerando um processo de produção de distribuição normal, cujo índice de capabilidade

tenha Cp = 1.00, implica em uma taxa de defeitos de 2700 PPM (partes por milhão) em

especificações bilaterais, como um diâmetro por exemplo, enquanto que um Cp = 1.50 implica em

uma taxa de defeitos de 4 PPM em uma especificação unilateral, como a rugosidade de uma peça.

A Tabela 2.5 apresenta os valores dos índices de Cp e o cálculo em PPM da quantidade de

defeitos esperados.

Tabela 2. 5 – Valores do Índice de Capabilidade do Processo Cp associado ao número de defeitos em PPM para um processo de distribuição normal (adaptado de MONTGOMERY, 2009).

CpEspecificações

unilateraisEspecificações

bilaterais0,25 226.628 453.255

0,5 66.807 133.614

0,6 35.931 71.861

0,7 17.865 35.729

0,8 8.198 16.395

0,9 3.467 6.934

1 1.350 2.700

1,1 484 967

1,2 159 318

1,3 48 96

1,4 14 27

1,5 4 7

1,6 1 2

1,7 0,17 0,34

1,8 0,03 0,06

2 0,0009 0,0018

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Montgomery (2009), apresenta valores mínimos de Cp recomendados como referência

(Tabela 2.6). Recentemente, muitas empresas adotaram o critério em avaliar seus processos com

objetivos de capabilidade de processos mais rigorosos que a tabela 2.5, como os projetos Seis

Sigma, que requerem o valor mínimo aceitável do índice de cababilidade Cp em 2.0.

Tabela 2. 6 – Valores mínimos recomendados de Cp (adaptado de MONTGOMERY, 2009).

O índice de capabilidade de processo Cp não considera qual a posição em que a média do

processo está em relação a especificação. Este índice apenas mede a dispersão da especificação

relativa a dispersão seis sigma de um processo. Para avaliar o quanto uma amostragem está

descentralizada, cujo índice é o Cpk, é aplicada a seguinte equação:

Onde:

Cpk – Capabilidade de Processo ou Índice de Performance

Especificações

bilaterais

Especificações

unilaterais

Processos existentes 1.33 1.25

Novos processos 1.50 1.45

Segurança, esforço ou

parâmetro crítico em

processos existentes

1.50 1.45

Segurança, esforço ou

parâmetro crítico em

novos processos

1.67 1.60

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3. MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.1. Introdução

Neste capítulo são demonstrados todos os materiais e equipamentos utilizados nos ensaios

de brunimento de precisão, bem como o método adotado para o cumprimento do objetivo

estabelecido.

Todos os ensaios foram realizados na empresa Delphi Automotive Systems, que cedeu

todos os recursos de materiais, máquinas e equipamentos para realização dos experimentos

planejados.

3.1.1. Princípios dos ensaios

No presente trabalho, a maior dificuldade em substituir o processo de lapidação pelo

brunimento diz respeito a rugosidade média (Ra) abaixo de 0,10 µm, já que a especificação do

produto determina valores.

Com base nas conclusões dos estudos anteriores, que mostram que o tamanho do grão tem

uma influência significativa no comportamento da textura superficial da peça, foram feitos

ensaios e experimentos no processo atual de uma aplicação automobilística de um sistema de

injeção Diesel, cujo componente principal será apresentado quanto às suas características

dimensionais. Os ensaios preliminares visaram a confirmação da possibilidade de se obter no

brunimento, a rugosidade equivalente do processo de lapidação. Ao mesmo tempo, foram

avaliados os resultados de precisão geométrica e dimensional e, posteriormente, ensaios

específicos, refinando os dados de entrada.

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3.1.2. Planejamento dos ensaios

Em todos os ensaios de brunimento foram utilizadas peças normais de produção como

corpos de prova. A estratégia dos ensaios foi, inicialmente, mapear o processo atual, e em seguida

realizar os ensaios com as novas variáveis embasadas conceitualmente pelos artigos estudados e

adaptadas no novo processo em estudo. A sequência estratégica adotada foi a seguinte:

1º ensaio: Mapear o processo atual e medir as principais entradas e saídas para criar a

referência dos estudos propostos, avaliando as suas capabilidades;

2º ensaio: Realizar ensaios de brunimento com um novo jogo de ferramentas, baseadas nos

princípios definidos nas conclusões da literatura consultada. As literaturas evidenciaram o

tamanho de grão como elemento significativo na rugosidade superficial da peça (maior

desafio inicial do brunimento). Após os ensaios, comparar os dados de saída com os valores

dos primeiros ensaios;

3º ensaio: Conforme resultados obtidos nos experimentos anteriores, refinar os parâmetros

de processo e confrontar com as saídas no produto final, variando outros elementos que

possam influenciar em tais características e propor melhorias.

As peças foram usinadas nos ensaios 2 e 3 com dimensões menores da especificação final

do produto, para serem reutilizadas posteriormente, sem afetar a qualidade final do produto

acabado, devido ao alto custo de cada amostra.

O produto em análise é um componente utilizado na bomba injetora Diesel, que possui

especificações de tolerâncias geométricas e aspecto superficial muito precisas, comparadas com

demais componentes automotivos.

O processo de manufatura atual do produto analisado, segue a seguinte sequência

operacional: torneamento completo em CNC em seu estágio inicial, tratamento térmico,

operações gerais de retificação, retificação interna, brunimento de desbaste, brunimento de

acabamento e lapidação manual.

A proposta do projeto é eliminar a operação de lapidação, que atualmente melhora a forma

geométrica e principalmente o aspecto superficial da peça, substituindo-a pelo brunimento de

super acabamento, através de ensaios com grãos abrasivos com tamanho bem inferiores aos

atuais aplicados, conforme sequência estabelecida na Figura 3.1.

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Figura 3. 1 - Fluxo do processo atual e ensaios propostos.

3.2. Materiais e equipamentos

O produto utilizado para a análise dos ensaios de brunimento utiliza um aço-liga,

endurecido termicamente através de processos específicos. Após passar por estas etapas, alcança

valores altíssimos de dureza em consequência do processo de nitretação superficial. Devido à

necessidade de se injetar o combustível Diesel em elevadíssimas pressões, demanda-se para a

fabricação deste componente, especificações de alta precisão, abordadas anteriormente e

detalhadas na sequência.

3.2.1. Características do produto:

Nome: Cabeçote Hidráulico

Material: Aço SAE 7140 (aço para nitretação)

Tratamento Térmico: Nitretação superficial gasosa

Camada superficial: 0,3mm à 0,4mm

Dureza: 950 HV mínimo

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Diâmetro interno final e tolerância: Ø19,000mm + 0,005mm (dimensão dividida em

categorias menores);

Circularidade: 0,0005 mm máximo

Rugosidade média (Ra): 0,10μm máximo

Retilineidade: 0,0010 mm máximo

Desenho do produto (Figura 3.2):

Figura 3. 2 - Dimensões básicas do produto para os ensaios de brunimento.

3.2.2. Máquinas

3.2.2.1. Brunidoras

Foram utilizados dois tipos de brunidoras para os ensaios. O primeiro e segundo ensaios,

cujo objetivo era avaliar as características de capabilidade do processo atual, foram utilizadas as

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duas máquinas da produção marca Jones & Shipman (Inglaterra) modelo 772 tipo convencional

mecânica (Figura 3.3), uma preparada para o desbaste das peças e outra para o acabamento. Este

tipo de máquina não possui ajustes individuais da velocidade de rotação do fuso (Vr), ou mesmo

da velocidade de oscilação do fuso (Va), contando com um variador de frequência interligado ao

motor AC da máquina. Com isso, a relação entre a rotação de fuso e oscilação é constante. O

avanço da máquina (Av) é controlado por um sistema hidráulico, que é modulado através de uma

válvula. O terceiro ensaio, cujo objetivo principal foi o refino do processo, utilizou-se uma

brunidora CNC marca Jones & Shipman modelo V75e (Figura 3.4), que possui dois cabeçotes na

mesma máquina (desbaste e acabamento). Nesta máquina, os parâmetros de corte Av, Vr e Vt são

programáveis e acionados por servos motores. Em todos os equipamentos utilizados nos ensaios,

as brunidoras convencionais e a CNC, foram usados os mesmos modelos de dispositivos de

fixação, aplicados os conceitos de fixação da peça através da flutuação lateral do dispositivo e

universal nos adaptadores entre o fuso e o mandril de brunimento, devido às tolerâncias do

produto e dimensões da peça. Este princípio corrige desvios micrométricos de posicionamento

entre a peça e máquina-ferramenta.

Figura 3. 3 - Brunidora mecânica Jones & Shipman 772 tipo convencional (1° e 2° ensaios).

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Figura 3. 4 - Brunidora CNC Jones & Shipman V75e tipo convencional (3° ensaio).

3.2.2.2. Lapidadora

Conforme fluxo de processo, atualmente apenas consegue-se atingir os requisitos de

especificação de geometria e rugosidade com uma operação complementar de lapidação, que é

feita manualmente por uma Lapidadora (Figura 3.5), utilizada apenas no primeiro ensaio. Nesta

operação, a peça é inserida pelo operador em seu diâmetro interno no lapidador, encoberto com a

pasta de lapidação. O operador expande manualmente o lapidador com o auxílio de um martelo,

até que o mesmo fique justo com o diâmetro interno da peça, e assim, aciona o motor redutor e o

lapidador gira em baixa rotação. Com as mãos, o operador promove movimentos longitudinais

em todo o lapidador encoberto com a pasta de lapidação, promovendo o corte e melhorando o

acabamento da operação anterior de brunimento.

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Figura 3. 5 - Lapidadora manual de diâmetros internos por expansão mecânica.

3.2.3. Ferramentas

3.2.3.1. Mandril de brunimento

O mandril de brunimento utilizado nos ensaios possui as mesmas dimensões e

características para todas as três etapas dos ensaios, porém preparados com pedras de brunimento

ou brunidores diferenciados quanto a etapa do experimento. O mandril possuí capacidade de

alojamento de quatro brunidores de expansão simultânea e simétrica, ou seja, avançam

transversalmente na mesma proporção contra a superfície da peça. A expansão destes brunidores

durante a usinagem é dada com o avanço longitudinal da vareta de expansão, que é interligada à

uma cunha, que possui quatro planos inclinados e retificados, distribuídos simetricamente. O

avanço da cunha promove o movimento ortogonal dos brunidores, e assim estes avançam contra a

superfície da peça, e promovem o corte através dos grãos abrasivos (Figura 3.6). Nas brunidoras

convencionais a vareta é interligada por um sistema mecânico e acionada por um sistema

hidráulico. Na brunidora CNC o mecanismo de interligação é similar, porém o acionamento deste

sistema é feito por servo motor.

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Figura 3. 6 - Mandril de bruniemento em corte utilizado nos ensaios (JONES & SHIPMAN).

3.2.3.2. Brunidores

Nos artigos estudados para este trabalho, o tamanho do grão do brunidor foi uma variável

de importante influência na rugosidade. Vale lembrar que a rugosidade é a característica que fez

com a lapidação fosse necessária. Partindo desta premissa, foram avaliadas as pedras de

brunimento em uso e pesquisou-se uma alternativa com grão abrasivo menor (Tabela 3.2), com o

objetivo de se obter a rugosidade média abaixo de 0,10 μm.

Tabela 3. 1 - Brunidores e características de aplicação nos ensaios.

Processo atual Processo atual Processo proposto Processo proposto

Desbaste Acabamento Desbaste Acabamento

Fabricante BRUNITEC - BRASIL BRUNITEC - BRASIL WINTERTUR - UK WINTERTUR - UK

Grão B91 B76 B91 B16

Especificação da liga Base em latão Base em latão M35T187/T6.22 Type D M30H181/T6.22 Type D

Dimensões 50,8mm X 6,35mm 50,8mm X 6,35mm 50,8mm X 6,35mm 50,8mm X 6,35mm

1º ENSAIO 2º e 3º ENSAIOS

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3.2.3.3.Lapidador

A operação de lapidação tem por objetivo principal quebrar os picos de rugosidade no

diâmetro interno da peça, gerados pela operação de brunimento de acabamento (Figura 3.7).

Figura 3. 7 - Adaptação da representação do acabamento brunido (a) e o efeito após lapidação (b) (CHANDLER, 1989).

Conforme especificação do atual processo, utiliza-se um brunidor de granulometria B76

para a operação de acabamento, desenvolvido antes da lapidação. Os erros de forma oriundos da

operação anterior também são corrigidos nesta operação de lapidação, apesar da remoção ser

muito pequena e campo de correção limitado. A operação é manual, pois necessita da flutuação

sensitiva e do ajuste fino do diâmetro, que é conseguido individualmente, peça a peça, através da

expansão mecânica de uma bucha de ferro fundido (Figura 3.8). Esta bucha possui grãos

abrasivos de diamante que são ancorados temporariamente com o auxílio de uma pasta que deixa

estes grãos aglutinados, entre a bucha de lapidação ou lapidador. A expansão do lapidador é

manual, e a peça é movimentada manualmente em direções alternadas ao longo do lapidador. O

operador expande gradativamente a bucha de lapidação através de golpes e aplica a pasta com

grãos abrasivos em diamante. Assim estes grãos que ficam soltos entre a peça e a ferramenta,

promovem o corte. A pasta de lapidação deixada na superfície da peça é de difícil remoção,

demandando posteriormente um processo rigoroso de limpeza do produto lapidado. Essa

intensidade operacional promovida pelo homem acarreta questões de ordem ergonômica.

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Figura 3. 8 - Bucha expansiva em ferro fundido e pasta de lapidação com grãos em diamante.

3.2.4. Equipamentos de medição e metrologia

3.2.4.1. Erros de forma

As medições dos erros de forma foram feitas em dois equipamentos da Taylor Hobson®, o

Talyrond modelo 285 (mais antigo e limitado) e o modelo 585 (Figura 3.9). O primeiro modelo

mediu apenas a circularidade devido a sua limitação técnica. O segundo modelo é capaz de medir

além da circularidade em tempo rápido e automaticamente, a retilineidade e a cilindricidade. Este

equipamento foi adquirido após os dois primeiros ensaios serem concluídos. O método adotado

na medição da circularidade em ambos equipamentos foi o dos mínimos quadrados (LSC – Least

Squares Circles).

Figura 3. 9 - Equipamento de medição de erros de forma Talyround 285 e 585.

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3.2.4.2. Rugosidade

A rugosidade das amostras medidas em todos os ensaios foi feita no equipamento Taylor

Hobson®, Talysurf modelo Series 2, capaz de medir diversos parâmetros. Além da medição da

rugosidade convencional, foi avaliado o aspecto tridimensional da superfície das amostras em

todos os seus estágios de transformação no processo, desde a operação do torno até a lapidação

no rugosímetro laser, marca Olympus®, modelo Lext OLS4000 (Figura 3.10).

Figura 3. 10 - Rugosímetro Taylor Hobson®, Talysurf modelo Series 2 e Olympus®, modelo Lext OLS4000.

3.2.4.3. Diâmetros

As medições dos diâmetros internos das amostras foram realizadas por um amplificador de

coluna da marca Ferriplax para medição pneumática acoplado por uma ogiva de medição (Figura

3.11). A coluna possui resolução de 0,0001 mm e foi feita a calibração constante por um anel

padrão na ogiva de medição. Foram utilizados para a calibração do sistema de medição dois jogos

de anéis, com diâmetros de 18,9500 mm e 18,9702 mm e o outro jogo com diâmetros de 18,9943

mm e 19,0087 mm. Para cada jogo de anéis, utilizou-se uma ogiva específica dentro da faixa de

trabalho.

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Figura 3. 11 - Amplificador de coluna Ferriplax, os anéis de calibração e a ogiva de medição.

3.2.4.4.Imagens

As imagens complementares obtidas para o estudo sobre o aspecto das pedras de

brunimento, desgastes dos grãos, tamanho e análise do cavaco de brunimento, foram feitas no

Microscópio Eletrônico por Varredura (MEV), marca Phillips® modelo XL30, da Universidade

de São Paulo (USP), da Escola Politécnica. Este equipamento possui o recurso de Espectrometria

de Energia Dispersiva (EDS), que permite a identificação dos elementos químicos presentes nas

amostras, em particular a liga utilizada nos brunidores para a ancoragem dos grãos abrasivos.

3.3. Procedimento experimental

Conforme abordado anteriormente, os ensaios foram elaborados em três etapas. Na

primeira delas, o objetivo foi levantar dados estatísticos do atual processo de brunimento e

lapidação, para criar assim uma linha de referência para os demais ensaios. Na segunda etapa,

baseada em estudos científicos, propõe-se uma alternativa de processo, através de ensaios com o

uso de novos jogos de ferramentas de corte, neste caso brunidores com granulometria inferior ao

atual processo para possível substituição do processo de lapidação. O terceiro ensaio consistiu na

avaliação comparativa dos resultados do primeiro e segundo ensaios, e assim, comprovada a

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condição de substituição do processo de lapidação pelo brunimento, submeteu-se novos estudos

em uma brunidora CNC, cuja condição técnica é mais flexível para avaliação de características de

usinagem. Estes ensaios tiveram como principais objetivos, levantar os parâmetros de usinagem

mais significativos no processo de brunimento de precisão e suas possíveis interações, para o

alcance de uma condição ideal de produção em escala, a partir das especificações do produto,

definidas como base de entrada de projeto.

3.3.1. Primeiro ensaio

Foram obtidas 30 peças de produção normal para realização dos primeiros ensaios de

brunimento. A primeira etapa deste processo avaliado consiste em promover o desbaste do

diâmetro interno do produto, o acabamento do mesmo e a sua lapidação final. Para uma melhor

compreensão dos fenômenos mecânicos que afetam a qualidade final do produto no processo de

brunimento, avaliou-se também a condição dimensional, geométrica e superficial da operação

anterior ao brunimento de desbaste, que é uma operação de retificação interna.

Os dados de ajustes dimensionais do produto ao longo dos processos avaliados foram

realizados conforme informações da tabela 3.2.

Tabela 3. 2 – Especificações de processo aplicados no primeiro ensaio.

Retificação Interna Brunimento de desbaste

Brunimento de acabamento

Lapidação

Diâmetro (mm) 18,92 +0,01 18,965 +0,005 18,995 +0,005 19,003+0,005

Circularidade (μm) 2,5 2,5 1,0 0,5

Rugosidade (Ra-μm) 0,8 0,6 0,4 0,1

As brunidoras utilizadas no primeiro ensaio são mecânicas, nas quais os parâmetros de

corte são de difícil ajustes por utilizarem correias fixas e sistema hidráulico para expansão dos

brunidores. Com base na revisão da literatura, em que os principais parâmetros de ajuste de

máquina a serem avaliados no processo de brunimento que afetam a rugosidade, são a pressão

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dos brunidores (Av - avanço), a velocidade tangencial ou de rotação (Vr) e a velocidade axial, ou

oscilação (Va), adotou-se os mesmos para avaliação dos ensaios. Neste primeiro ensaio, apenas

foi anotado a condição atual de trabalho destes parâmetros mencionados, conforme tabela 3.3.

Tabela 3. 3 - Parâmetros de usinagem das brunidoras Jones & Shipman usados no primeiro ensaio.

Velocidade tangencial (Vr)

Velocidade axial (Va)

Rotação do fuso (RPM)

Oscilação do fuso (GPM)

Velocidade de corte (m/min)

Ângulo de cruzamento

Avanço (μm/seg)

Brunimento de desbaste

511 169 32 48 12,5

Brunimento de acabamento

468 128 29 31 8,3

Para o levantamento das capabilidades de processo, as peças foram gravadas com números

sequenciais, e alimentadas nas máquinas listadas no capítulo 3.2.2 de acordo com a sequência

numérica, em cada etapa do processo (brunimento de desbaste, acabamento e lapidação). Estas

peças foram gravadas após o processo de retificação interna, e foram coletadas aleatoriamente

para registro e sua condição dimensional, geométrica e superficial. Para cada etapa do processo,

as peças utilizadas nos ensaios eram enviadas ao laboratório de metrologia para a medição das

variáveis dimensionais, geométricas e superficiais nos equipamentos anteriormente abordados.

Em cada etapa, estas amostras ficavam dento do ambiente controlado da metrologia de 20°C por

24 horas, para estabilização da temperatura e medição.

A operação de lapidação é um processo manual e de rotação muito baixa, na ordem de 40

RPM. O avanço longitudinal e oscilante, e a pressão da bucha de lapidação são dadas pelo

operador. Isso tende a inserir variações não controláveis no processo, mas nos ensaios foram

mantidas todas as condições normais de produção.

3.3.2. Segundo ensaio

O objetivo principal do segundo ensaio foi obter o acabamento superficial no diâmetro

interno da peça inferior à 0,10 μm (Ra) e a circularidade inferior à 0,5 μm, utilizando novos jogos

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de ferramentas, conforme ajustes na peça da Tabela 3.4. O procedimento experimental adotado

para o segundo ensaio foi o mesmo que para o primeiro, nas mesmas máquinas, eliminando a

lapidadora. No caso do brunimento de acabamento anterior, o mesmo foi substituído no segundo

ensaio por outro brunidor de maior granulometria (B91). Apesar da maior granulometria, buscou-

se com esta estratégia criar sulcos maiores na peça para o alojamento temporário do cavaco, e

assim evitar o empastamento na operação seguinte, com grãos extra finos. A lapidação por sua

vez, foi substituída pelo brunimento, nomeado nestes ensaios como super acabamento, utilizando

pedra com a granulometria muito pequena (B16), seguindo os mesmos dados de corte da tabela

3.3, apenas o avanço de super acabamento que foi reduzido para 1 μm/seg., afim de evitar o

travamento do mandril na peça que foi feito experimentalmente.

Tabela 3. 4 - Especificações de processo aplicados no segundo ensaio.

Devido à precisão necessária do processo de brunimento e visando a eliminação de

qualquer ruído operacional no segundo ensaio, as novas ferramentas de corte utilizadas foram

preparadas conforme Krar e Ratterman (1990), tema abordado na revisão da literatura sobre a

dressagem dos brunidores. As ferramentas do primeiro ensaio já estavam montadas e em

trabalho, portanto não demandaram esta operação. O procedimento de preparo dos brunidores e

do mandril de brunimento seguiu os seguintes passos:

Verificação da base de contato dos brunidores (pedra), quanto a deformações e

altura entre si dentro de 0,005mm. Ajuste feito em uma base plana com uma lixa de

granulação 600;

Montagem e ajuste dos 4 brunidores usados em cada mandril nos alojamentos do

mesmo, deixando-os justos, mas permitindo a expansão e retração livre da vareta,

acionando-a com as mãos (Figura 3.12);

Brunimento de

desbaste

Brunimento de pré

acabamento

Brunimento de

super acabamento

Diâmetro (mm) 18,9745 +0,005 18,9575 +0,005 18,9815 +0,005

Circularidade (μm) 2,5 1,0 0,5

Rugosidade (Ra-μm) 0,6 0,4 0,1

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Dressagem dos brunidores na bancada com o redutor e dispositivo especial.

Retração de toda a vareta, inserindo a bucha de dressagem de liga galvânica para a

remoção gradativa do material dos brunidores, expandindo a vareta (Figura 3.7).

Após os brunidores estarem totalmente cilíndricos, sem falhas visuais externas,

promove-se a abertura das pedras com um rebolo cerâmico na mesma superfície

dressada, deixando os grãos mais altos do que a liga, para permitir durante o corte o

alojamento do cavaco, evitando o travamento durante a operação de usinagem na

brunidora.

Figura 3. 12 - Operação de dressagem dos brunidores e o rebolo para abrir os grãos do brunidor.

3.3.3. Terceiro ensaio

O terceiro ensaio teve como objetivo a avaliação da melhor condição de brunimento, uma

vez confirmada a potencial substituição da lapidação pelo brunimento. Como os resultados do

segundo ensaio direcionaram positivamente ao uso da pedra de brunimento extra fina, de

granulometria B16 como alternativa técnica para a substituição da lapidação, encontrar a melhor

condição de usinagem no super acabamento, através da modulação de parâmetros de usinagem

foi a característica do terceiro ensaio. Através de análises preliminares dos artigos científicos

citados no início deste capítulo, os parâmetros de corte escolhidos para o estudo foram os

seguintes: Velocidade Tangencial ou rotação do fuso (Vr) em RPM, Velocidade Axial ou

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oscilação do fuso (Va) em GPM e Pressão dos Brunidores. Neste caso, como todas as máquinas

disponíveis para os ensaios não possuem este recurso de medição da pressão dos brunidores,

optou-se pela Velocidade de Avanço (Vfn) ou avanço das pedras em μm/seg, já que este

parâmetro está diretamente associado à pressão exercida nas pedras de brunimento. Para uma

melhor precisão dos resultados e confiança nos dados dos ensaios, foi escolhida uma brunidora

CNC citada anteriormente, cujos parâmetros adotados podem ser programados com precisão,

diferentemente da condição das brunidoras utilizadas atualmente na produção.

A ferramenta estatística de análise adotada para avaliação destas combinações de

variáveis de corte no processo de brunimento foi o DOE (Design of Experiments), ou

Delineamento de Experimentos, que avalia como estes fatores interagem no ajuste do processo

(KEMPTHORNE, 1983). O modelo desenhado para análise foi o fatorial cheio (full factorial

experiment), testando todas combinações de ajustes definidas (rotação, oscilação e avanço) e dois

níveis escolhidos (alto e baixo). Neste caso, o modelo ficou assim: [1], onde:

n = número de combinações, ou quantidade de ensaios;

k = número de fatores – (rotação, oscilação e avanço). Neste caso, 3 fatores.

2 é número de níveis dos ensaios, alto e baixo.

Portanto aplicando a fórmula [1], tem-se n = 8, ou seja, oito tipos de combinações de

ajustes dos processos. Para levantamento do desvio padrão e melhor confiança nos dados, foi

definido usinar 10 peças em cada ajuste, portanto a quantidade de amostras utilizadas nos ensaios

foi de 80 peças.

Os dados de corte escolhidos foram levantados através informações da produção, e alguns

ensaios preliminares referenciais na brunidora CNC, medindo amostras na metrologia, afim de

definir os níveis alto e baixo, de cada parâmetro. Os dados finais adotados após estas análises

preliminares, ficaram definidos conforme Tabela 3.5.

Os elementos qualitativos, ou seja, os dados de saída do DOE definidos foram a

circularidade (μm) e a retilineidade (μm), pois estão na especificação do produto. Não houve a

replicação dos ensaios, mas definiu-se um estudo de capabilidade com o melhor ajuste do

processo apresentado no DOE com mais 30 novas amostras. A cilindricidade (μm) foi avaliada

separadamente como informação complementar. A rugosidade superficial (μm) foi medida nos

parâmetros Ra, Rt, Rk. Rpk e Rvk, porém as que usam os parâmetros da curva da Abbott (Rk. Rpk e

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Rvk), foram levantadas apenas como referência e apenas o Rk foi avaliado quanto a sua

capabilidade, pois não são especificados no brunimento de precisão. As características adicionais

colocadas no terceiro ensaio (retilineidade e cilindricidade) foram possíveis com a aquisição do

equipamento Taylor Hobson® Talyrond 585, posterior ao primeiro e segundo ensaios.

Tabela 3. 5 - Definição dos parâmetros de corte para os estudos do DOE.

O programa definido para o cálculo do modelo acima foi o Minitab®. Com estes dados, o

experimento foi rodado com fatorial cheio, conforme Figura 3.13. A sequência dos ensaios

definidas pelo programa, ficou conforme a Tabela 3.6.

Figura 3. 13 - Estratégia estatística do DOE no Minitab®.

ALTO BAIXO

Rotação do

fuso (RPM)580 400

Oscilação do

fuso (GPM)210 120

Avanço

(μm/seg)1,2 0,4

NÍVEIS

FATO

RES

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Tabela 3. 6 - Sequência dos ensaios e ajustes dos parâmetros de corte do DOE.

Rotação do fuso (RPM) Oscilação do fuso (GPM) Avanço (μm/seg)

1 210 400 1,2

2 210 400 0,4

3 210 580 0,4

4 120 400 0,4

5 120 400 1,2

6 210 580 1,2

7 120 580 0,4

8 120 580 1,2

AJU

STE

DO

EN

SAIO

PARÂMETROS

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4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1. Introdução

Neste capítulo são apresentados os resultados obtidos nas três etapas de ensaios planejadas,

quanto a condição atual do processo de brunimento e lapidação (primeiro ensaio), a substituição

do processo de lapidação pelo brunimento com brunidores de granulometria extra fina (segundo

ensaio) e o levantamento da melhor condição de usinagem, através das análises do DOE no

terceiro e último ensaio.

4.1.1. Resultados do primeiro ensaio

No Anexo 1, são apresentados os resultados completos das medições das peças nas 3 etapas

em análise, mais a verificação preliminar do processo de retificação. Todos estes dados foram

passados para o programa estatístico Minitab® para avaliação estatística da capabilidade do atual

processo.

Segue abaixo, a legenda dos parâmetros estatísticos dos Gráficos de Controle gerados nos

pelo Minitab®:

Overall – Distribuição normal estimada da população

Within – Distribuição normal estimada da amostra

LSL - Lower Specification Limit = LIE – Limite Inferior de Especificação

USL – Upper Specification Limit = LSE – Limite Superior de Especificação

StDev – Standard deviation = – Desvio Padrão

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4.1.1.1. Análise da capabilidade – variação do diâmetro interno

Os dados coletados para análise da capabilidade de processo apresentados no Anexo 1,

referem-se às médias dos diâmetros em cada uma das etapas do processo, medidas em três pontos

fixos ao longo do comprimento da peça, um central, e os outros dois distantes 8 mm das

extremidades do produto. Os resultados então foram compilados pelo Minitab® o qual extraiu

gráficos de controle para cada etapa da retificação, brunimento de desbaste, de acabamento e

lapidação. Os gráficos demonstram a variação do diâmetro interno na sequência de

processamento em cada máquina das 30 amostras coletadas. Observa-se nos gráficos de controle

na Figura 4.1, que a há um comportamento similar na variação desses diâmetros nas amostras

processadas nas duas operações de brunimento e na lapidação. A amostra número 2, por exemplo,

no brunimento de desbaste tem seu diâmetro menor que a peça anterior, e esta situação ocorre

também no acabamento e na lapidação. A amostra 3 por sua vez, a tendência é invertida nas

mesmas operações, e assim por diante praticamente nas 30 amostras consecutivas, mostrando o

desenho do gráfico de controle bem parecidos nestas três operações. O que se pode concluir com

este experimento é que ocorre tanto no brunimento quanto na lapidação uma forte influência da

condição dimensional anterior da peça. Este fenômeno pode estar atrelado nestas amostras do

primeiro ensaio, às pressões de corte na ferramenta contra eventuais folgas no sistema mecânico

de acionamento da cunha do mandril de brunimento e também ao tempo de alisamento, quando

não há avanço da ferramenta enquanto ela gira e oscila. Os dados de estabilidade de processo não

são satisfatórios em todas as etapas, com os índices Cp (variabilidade total do processo) e Cpk

(centralização de processo) muito baixos. O limite estatístico satisfatório para um processo

normal bilateral seria com um índice de 1,33 mínimo (tabela 2.6), e o maior deles obtido nas

amostras foi de 0,43 para o Cp do processo do brunimento de desbaste. Durante o processo de

brunimento de desbaste e de acabamento, o operador compensou o desgaste da ferramenta ao

longo da produção das 30 peças, uma vez que a medição do diâmetro é feita manualmente em

todas as peças, representando a condição atual de trabalho, que demanda essa interferência

mesmo com valores estatísticos fora de controle. Observa-se que esta instabilidade na variação do

diâmetro interno inicia-se na operação de retificação, em que o Cp alcança o índice de 0,20,

dispersão na qual bem maior que a especificação de processo. O que justifica nesta operação

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tamanha instabilidade é a condição de manutenção da máquina de retificação interna.

Consequentemente, as demais operações replicam esta tendência de instabilidade, e a partir do

brunimento de desbaste os gráficos seguem a tendência da operação anterior, conforme abordado,

mantendo uma dispersão maior que os limites de tolerância estabelecidos em cada etapa do

processo. É importante reforçar que nos brunimentos de desbaste e acabamento, apesar do

operador ter medido todas as peças durante e usinagem e procurado compensar a variação do

diâmetro, o mesmo não conseguiu manter o lote dentro das tolerâncias de processo. No gráfico de

distribuição do brunimento de acabamento, nota-se que o Minitab® desenhou uma única

gaussiana (distribuição normal) por cima de dois histogramas e percebe-se na verdade duas

populações distintas. Os fatores que justificam estas dispersões nas duas operações de brunimento

são as condições de preparação das pedras de brunimento, ou seja, a dressagem dos brunidores e

a qualidade da liga de ancoragem dos grãos abrasivos. A condição de manutenção do

equipamento e dispositivo de fixação também contribuiu para a dispersão do processo.

A lapidação por ser um processo de baixíssima remoção de material, segue com mais

proximidade a variação dimensional da operação anterior, o brunimento de acabamento. Ambos

possuem os índices Cp muito próximos, com valores de 0,29 e 0,33 respectivamente. A

compensação da bucha de lapidação é feita manualmente e está condicionada ao tempo e pressão

dada no lapidador pelo operador. Devido ao fato do uso da pasta abrasiva no processo, que deixa

uma espessa camada na superfície do diâmetro, não é possível medir as peças durante o processo,

o que deixa todo o controle da dispersão do diâmetro na operação anterior de brunimento de

acabamento.

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Figura 4. 1 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade do diâmetro interno no primeiro ensaio.

4.1.1.2. Análise da capabilidade – variação da rugosidade

A Figura 4.2 demonstra um aumento na rugosidade média do processo de retificação para o

primeiro brunimento de desbaste de 0,212 para 0,481 μm Ra. Isto ocorreu pelo fato da granulação

do rebolo da retificação interna ser inferior do que do brunimento de desbaste. Para o brunimento

de desbaste, é adotado uma granulação em cBN de 91 microns de dimensão, para propiciar uma

maior agressividade e penetração no primeiro passe, com o principal objetivo em melhorar a

forma cilíndrica deixada na operação anterior do furo e maior remoção de material. Este tamanho

de grão corta com mais facilidade e acarreta poucas chances de empastamento devido à

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necessidade de remoção substancial de material em um único passe de brunimento em até 60

microns. Apesar das tolerâncias de processo serem mais abertas nestas duas primeiras operações,

o índice de Cpk em ambos os processos são estatisticamente aceitáveis, com 4,75 e 1,55

respectivamente. Já o brunimento de acabamento apresenta sua média acima da especificação

limite do processo, com 0,412 μm Ra, resultando em um Cpk negativo de 0,14. A lapidação por

sua vez, apresenta o índice de Cpk satisfatório de 1,49, acima de 1,25 para medidas unilaterais

(Tabela 2.6).

Os tamanhos dos grãos dos brunidores no brunimento de desbaste e acabamento nestes

ensaios estão diretamente ligados ao resultado final das rugosidades, e estas granulometrias foram

definidas em função da taxa de remoção de material a ser aplicada em cada etapa do processo. As

brunidoras mecânicas apresentam certa dificuldade na aplicação de brunidores com tamanho de

grãos muito pequenos devido à oscilação do avanço das pedras durante a usinagem que é

hidráulica, acarretando potencial de empastamentos, devido à pequena área de empacotamento do

cavaco de brunimento neste tipo de brunidores. O sistema de acionamento hidráulico da

penetração das pedras pode variar ao longo do dia com a influência da temperatura ambiente

externa na viscosidade do óleo de acionamento do avanço da brunidora. A operação de

acabamento utiliza um tamanho de grão em cBN de 76 microns e média de rugosidade 0,412 μm

Ra, o que deixa uma distância significativa para se alcançar na lapidação, que é de 0,10 μm Ra

máximo. Diminuir o tamanho de grão nesta operação é um desafio para evitar o empastamento, e

oportunidade para melhorar a rugosidade antes da lapidação.

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Figura 4. 2 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade da rugosidade no primeiro ensaio.

4.1.1.3.Análise da capabilidade – variação da circularidade

A Figura 4.3 evidencia o quanto o brunimento melhora a circularidade do produto

comparado com a retificação, que é um dos pontos fortes deste processo, segundo Schmitt e

Bähre (2013). A circularidade média no processo de retificação é de 4,88 μm e cai para 1,62 μm

com o brunimento de desbaste. O Cpk do brunimento de desbaste é estatisticamente satisfatório

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(1,89) e o da retificação é negativo, no valor de -0,74. A lapidação diminui consideravelmente a

média, saindo de 1,31 μm, para 0,29 μm, com Cpk de 1,08, abaixo do aceitável.

Na comparação do processo de retificação interna com o brunimento de desbaste, em que o

primeiro apresentou o resultado de acabamento superior, mas piorou a circularidade, justifica-se

pela condição dinâmica distinta dos dois processos. A retificação interna foi realizada com rebolo

de ganulometria menor que o brunimento de desbaste, conforme abordado anteriormente, porém

com velocidades de corte bem distintas, o que demanda que as folgas do sistema de fixação da

peça e da ferramenta sejam mínimas. Na retificação interna, tanto a peça quanto a ferramenta

giram a uma velocidade de corte resultante 60 vezes superior que o brunimento de desbaste, ao

passo que neste último a peça permanece fixa, apenas flutuando horizontalmente para eliminar os

erros de alinhamento entre o produto usinado e o fuso da máquina. A dinâmica de trabalho da

ferramenta de corte no brunimento de desbaste é outro fator que contribui na melhora da

circularidade, com as quatro pedras e vários grãos atuando constantemente na superfície do

cilindro da peça em pares opostos continuamente pressionados, combinados com os movimentos

de rotação e oscilação do fuso em baixa velocidade de corte, que gera a descritiva resultante

helicoidal cilíndrica e textura cruzada. Na retificação interna, a peça gira em sentido oposto que a

ferramenta, e existe o contato intermitente do grão em apenas um ponto na seção transversal, uma

vez que o diâmetro externo do rebolo é inferior que o diâmetro interno da peça, não ocorrendo

assim como no brunimento, uma pressão oposta cortante de equilíbrio para compensar eventuais

folgas do sistema (Figura 2.10). A textura final deste processo é de linhas paralelas devido ao

contato do grão em apenas um ponto da peça.

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Figura 4. 3 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade da circularidade no primeiro ensaio. 4.1.2. Resultados do segundo ensaio

No Anexo 2, são apresentados os resultados completos das medições das peças nas 3 etapas

em análise. Nesta etapa a avaliação da retificação não se faz mais necessária, e focou-se na

obtenção do acabamento superficial diretamente pelo brunimento com os novos jogos de pedras

abrasivas. Portanto o grande objetivo do segundo ensaio é adaptar o uso de brunidores para

alcançar valores de rugosidades equivalentes ao processo de lapidação.

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Conforme abordado anteriormente, as brunidoras mecânicas devido ao sistema hidráulico

de avanço dos brunidores proporcionar certa imprecisão no acionamento dos mesmos durante o

corte, acarretou um grande desafio na adaptação do processo ao uso destas ferramentas abrasivas

de granulometria extra fina. Os brunidores nestas características, no caso específico deste ensaio

foi utilizado um jogo com tamanho de grão em cBN de 16 microns, foi necessário deixar que o

sobremetal fosse bem baixo, inferior a 10 microns, para aplicar um baixo avanço de corte. Este

avanço foi ajustado gradativamente a partir de um valor muito pequeno, até chegar ao tempo de

ciclo da produção esperada, sem empastar os brunidores. Este fenômeno pode acontecer, se a área

de alojamento do cavaco de brunimento saturar antes do término do avanço dos brunidores,

acarretando o travamento da ferramenta no interior do furo usinado. As amostras foram coletadas

da produção, e trabalhou-se com dimensões menores que a especificação, mas mantendo o

sobremetal, a fim de reaproveita-las posteriormente.

4.1.2.1. Análise da capabilidade – variação do diâmetro interno

Como os valores de Cpk podem ser ajustados em processo, o comparativo estatístico

concentrou-se nos valores de Cp com o primeiro ensaio, que representam a capabilidade total do

processo. Na Figura 4.4, observa-se o fenômeno similar do primeiro ensaio do acompanhamento

proporcional e sequencial na variação no diâmetro interno das amostras, especificamente entre o

brunimento de pré acabamento e o de super acabamento, mostrando forte influência da condição

dimensional da peça anterior. Neste segundo ensaio, as ferramentas foram dressadas previamente,

conforme Figura 3.12, e isto acarretou em uma melhor consistência dimensional e

consequentemente valores de Cp mais altos que no primeiro ensaio, demonstrados na Tabela 4.1.

A dressagem das pedras de brunimento melhora o perfil cilíndrico e aumenta o número de grãos

atuantes na superfície usinada, além de deixá-los concêntricos à linha de centro do mandril

brunidor. Com isso, o Cp do brunimento de desbaste teve o índice em 1,06, enquanto que no

primeiro ensaio este índice foi de 0,43. Nas operações seguintes, o uso dos brunidores importados

e dressados resultaram também em uma melhora expressiva. O brunimento de pré acabamento

chegou em um índice de 2,38 contra 0,29 do acabamento do primeiro ensaio, mas o resultado

mais relevante no sentido do objetivo principal do projeto em substituir a lapidação pelo

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brunimento de super acabamento foi exatamente este ensaio. A lapidação no primeiro ensaio

resultou em um Cp no valor de 0,33 e no brunimento de super acabamento este índice foi de 1,56,

ou seja, mais estável e estatisticamente aceitável. Apesar das dificuldades em acertar a relação

avanço e sobremetal devido ao sistema hidráulico da máquina, a estabilidade do diâmetro é mais

controlável no brunimento de super acabamento por remover material mais facilmente que a

lapidação e ser uma operação automatizada. Contudo, quando comparado apenas as operações do

segundo ensaio, o brunimento de pré acabamento apresentou o Cp maior que o acabamento, ou

seja, 2,38 contra 1,56. Este resultado justifica-se devido ao sistema de avanço mecânico

demandar maior dificuldade de ajuste com a granulometria mais fina, conforme abordado

anteriormente, principalmente nas 3 primeiras amostras quando iniciou-se o processo

Figura 4. 4 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade do diâmetro interno no segundo ensaio.

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Tabela 4. 1 - Índices de Cp entre o primeiro e segundo ensaios na variação diametral.

4.1.2.2. Análise da capabilidade – variação da rugosidade

Na Figura 4.5 apresentam-se os resultados obtidos nas peças e é feita uma comparação com

o primeiro ensaio na Tabela 4.2. No brunimento de desbaste, o comportamento do desvio padrão

dos processos foi similar, 0,041 no primeiro ensaio contra 0,044 no segundo. Foram utilizados os

mesmos brunidores de granulometria B91 em ambos ensaios, apesar da média estar um pouco

maior no segundo ensaio, resultando um Cpk de 0,97 contra 1,55, o que não é relevante para esta

operação. As operações de brunimento de acabamento do primeiro ensaio contra a de pré

acabamento da segunda apresentaram resultados distintos, devido a estratégia do uso do brunidor

de granulação um pouco maior antes da operação final de super acabamento, ou seja, B91 no

segundo ensaio contra B76 no primeiro. Observa-se que os índices de Cpk do primeiro ensaio são

maiores (-0,14 contra -1,01). Como é uma especificação intermediária de processo, pode se

ajustar a mesma, desde que a operação final seja satisfeita com baixa variabilidade. Conforme

exposto anteriormente, a aplicação de um grão maior antes da operação final foi definida para

facilitar o depósito de cavaco cortado do brunidor de granulação B16, devido à baixa área de

empacotamento do mesmo, e evitar o empastamento, pois tentou-se no passado o uso deste

brunidor sem sucessos devido a este problema. A última operação de super acabamento, que está

ligada diretamente ao objetivo principal do projeto em eliminar a lapidação, apresentou

resultados satisfatórios. Apesar do Cpk e da média da lapidação contra o super acabamento

resultarem em melhores valores, 1,49 contra 1,29 de Cpk e 0,052 contra 0,079 μm Ra

respectivamente, o desvio padrão do super acabamento apresentou um valor bem mais baixo, ou

seja, 0,005 contra 0,011. Este resultado foi encorajador para continuar os estudos, pois a média

mostrou-se satisfatória dentro da especificação, com Cpk de 1,29, e um pouco acima do mínimo

recomendado de 1,25 (Tabela 2.6). A operação de super acabamento se comportou muito bem,

Brunimento de desbaste Brunimento de acabamento

X Pre acabamento

Lapidação X Brunimento

de super acabamento

1º ensaio 0,43 0,29 0,33

2º ensaio 1,06 2,38 1,56

Índice de Cp

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pois havia o receio do empastamento dos brunidores durante a usinagem das amostras. O tempo

de usinagem atendeu a necessidade da produção, mas a brunidora mecânica necessitou de um

constante monitoramento do avanço hidráulico, muito sensível para o brunidor de granulação

extra fina. Este foi o principal motivo em adotar a brunidora CNC nos estudos seguintes, para

encontrar os parâmetros relevantes no processo de brunimento que podem reduzir a média e

melhorar o Cpk no super acabamento.

Figura 4. 5 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade da rugosidade no segundo ensaio.

Tabela 4. 2- Índices de Desvio Padrão e Cpk da rugosidade entre o primeiro e segundo ensaios.

Desvio Padrão Cpk Desvio Padrão Cpk Desvio Padrão Cpk

1º ensaio 0,041 1,55 0,027 -0,14 0,011 1,49

2º ensaio 0,044 0,97 0,032 -1,01 0,005 1,29

Lapidação X Brunimento

de super acabamentoBrunimento de desbaste

Brunimento de acabamento X

Pre acabamento

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4.1.2.2.1. Imagens da rugosidade

Na Figura 4.6 é mostrada a evolução do aspecto superficial das amostras ao longo dos

processos de usinagem. As amostras de torneamento não estão no escopo do projeto, mas foram

avaliadas para obter-se um referencial de partida, desde o estágio antes do tratamento térmico, a

fim de verificar a evolução da rugosidade da peça ao longo das operações. É colocada na primeira

coluna, a imagem do aspecto superficial através de uma máquina fotográfica convencional. Na

segunda e terceira colunas são mostradas os aspectos bidimensional e tridimensional da mesma

peça obtidos no rugosímetro laser, marca Olympus®, modelo Lext OLS4000, apresentado no

capítulo anterior. Na última coluna, os gráficos e os resultados das rugosidades obtidas em Ra e

Rt pelo rugosímetro Taylor Hobson®, Talysurf modelo Series 2.

Observa-se nas imagens e nos gráficos a redução gradativa da rugosidade em Ra, que

diminui substancialmente de 4,99 μm do torneamento para 0,05 μm na lapidação. Nas imagens

tridimensionais, é possível avaliar com mais detalhes a evolução destes aspectos superficiais ao

longo dos processos. A elevada rugosidade no torneamento auxilia a retificação interna, pois

assim como adotado no brunidor anterior ao de super acabamento de maior granulometria, os

sulcos gerados funcionam como depósitos temporários de cavaco, evitando o empastamento do

rebolo, já que o sobremetal de remoção é significativo, em até 0,150mm. Após a retificação, a

rugosidade média cai para 0,30 Ra, adequada para as operações seguintes. Comparando a

lapidação com o super acabamento, nota-se que apesar do valor obtido em Ra na lapidação

resultar em valores inferiores ao super acabamento, observa-se nas imagens riscos profundos

remanescentes da operação anterior do brunimento de acabamento. Isto resulta em uma

rugosidade total em Rt superior, de 0,98 μm na lapidação contra 0,6 μm no super acabamento.

Conclui-se também nas imagens que a textura do super acabamento é mais estável e bem

consistente, quando comparadas no gráfico do rugosímetro Talysurf, em que a lapidação mostra o

contraste de vales em profundos e em seguida baixos ao longo da superfície, revelando a

dificuldade da remoção dos mesmos quando se trata de um processo manual.

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Figura 4. 6 - Fotos e imagens tridimensionais da evolução da rugosidade nos ensaios.

4.1.2.3. Análise da capabilidade – variação da circularidade

Na avaliação da circularidade (Figura 4.7), são mostrados valores inferiores em Cpk no

desbaste e pré acabamento comparados com os mesmos estágios do primeiro ensaio, conforme

resumo na tabela 4.3. O desvio padrão do brunimento de desbaste apresentou melhores valores no

segundo ensaio, 0,127 contra 0,155, apesar de utilizar os mesmos brunidores. Para o propósito

desta operação, esta diferença não é significativa. A operação seguinte que utilizou brunidores de

Foto da peça Imagem 2D Imagem 3D Rugosidade (μm)To

rnea

men

toR

etif

icaç

ãoLa

pid

ação

Bru

n. S

up

er A

cab

.15

-15

1,5

-2,0

0,3

-0,8

-0,4

0,3

4,99Ra / 20,53Rt

0,30Ra / 3,20Rt

0,05Ra / 0,98Rt

0,07Ra / 0,67Rt

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granulometria diferentes, apresentou resultados distintos de desvio padrão, de 0,150 do primeiro

ensaio contra 0,221 do segundo, devido a este tamanho maior do grão, adotado para facilitar o

super acabamento. Nas operações finais em comparação, observa-se uma melhora no super

acabamento comparado com a lapidação. Tanto o desvio padrão, quanto o Cpk apresentaram

valores favoráveis de 0,047 contra 0,063 e 1,56 contra 1,08 respectivamente do super acabamento

comparado com a lapidação. Este resultado final demonstra que potencialmente, o brunimento é

mais estável para corrigir o erro da operação de lapidação por ser automático, e propicia a

realização de novos experimentos, para avaliação com mais detalhes da influência dos parâmetros

de usinagem na circularidade para eliminação da lapidação.

Figura 4. 7 - Gráficos de controle e resultados da capabilidade da circularidade no segundo

ensaio.

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Tabela 4. 3 - Índices de Desvio Padrão e Cpk da circularidade entre o primeiro e segundo ensaios.

4.1.3. Resultados do terceiro ensaio

No Anexo 3, são apresentados os resultados completos das medições das 80 peças do DOE,

o Delineamento de Experimentos. As análises foram feitas para a circularidade e retilineidade,

com o objetivo em obter o melhor ajuste de processo (sem replicação), e posterior estudo de

capabilidade através do melhor resultado definido pelo DOE. Na Figura 4.8, apresenta-se os

gráficos com o resumo das médias e desvio padrão das 10 amostras de todos os experimentos,

cada um com um ajuste da máquina. Neste sumário, observa-se tanto para a circularidade quanto

para a retilineidade, que o experimento número 4 apresentou melhores valores de média e desvio

padrão. A conclusão mais refinada deve ser feita pelos ensaios estruturados no DOE, que avalia

possíveis interações entre as 8 combinações de parâmetros definidos.

Desvio Padrão Cpk Desvio Padrão Cpk Desvio Padrão Cpk

1º ensaio 0,155 1,89 0,15 -0,69 0,063 1,08

2º ensaio 0,127 1,24 0,221 -0,60 0,047 1,56

Brunimento de desbaste Brunimento de acabamento X

Pre acabamento

Lapidação X Brunimento

de super acabamento

Figura 4. 8 - Gráfico das interações da circularidade no terceiro ensaio no desvio padrão e média.

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4.1.3.1. Análise do DOE - Circularidade

Na Figura 4.9, são apresentados os gráficos de pareto com os resultados da circularidade no

desvio padrão e na média, com as variáveis principais do processo que influenciaram no resultado

final e suas respectivas interações. As variáveis foram nomeadas conforme abaixo:

A – Va – Oscilação do Fuso (GPM);

B – Vt – Rotação do Fuso (RPM);

C – Av – Avanço dos Brunidores (μm/seg.).

Na análise do gráfico do pareto do desvio padrão, com o intervalo de confiança de 95%

(padrão estimado pelo Minitab®), gerou-se um ponto de corte estatístico de 0,034. Com isso,

nota-se que são significativos os termos B e C, a rotação do fuso e o avanço dos brunidores

respectivamente para a resposta avaliada como desvio padrão da circularidade. Porém ainda mais

relevante do que os termos B e C individualmente, o elemento de interação BC mostra-se como

maior efeito no pareto. A média por sua vez, apresentou um ponto de corte de 0,339 para o

mesmo intervalo de confiança de 95%, e nenhum dos termos nesta análise alcançou este ponto.

Nota-se, porém, que os termos B e C e a sua interação BC foram mais significativos no desvio

padrão. Projetando o ponto de corte do termo BC no gráfico, este estaria próximo a 0,18, o que

representaria um intervalo de confiança de 84% se fossemos reduzir este parâmetro estatístico

pelo Minitab®. Com isso é possível afirmar que são significativos como elementos mais

importantes para alcançar uma baixa circularidade, a rotação do fuso e o avanço dos brunidores

na média. É necessário avaliar os demais cálculos do DOE para definir os limites desejáveis de

ajuste do processo (rotação e avanço).

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Figura 4. 9- Gráfico de pareto dos efeitos padronizados da circularidade no terceiro ensaio no desvio padrão e média.

O gráfico dos efeitos individuais dos termos A (Va), B (Vt) e C (Av) para a resposta do

desvio padrão e média da circularidade, conforme na Figura 4.10, conclui-se que o termo A (Va)

tem baixa influência na resposta com 0,010µm do desvio padrão (a inclinação da reta é pequena).

Já o termo B (Vt) possui alta influência na resposta com 0,080µm do desvio padrão. Finalmente

temos o termo C (Av) também com alta influência na resposta com 0,080µm. O mesmo ocorre

também no gráfico das médias, que mostram o mesmo comportamento do gráfico do desvio

padrão (retas com maior inclinação), em que os parâmetros da velocidade do fuso e do avanço

dos brunidores são significativos e a velocidade de oscilação tem pouca influência. Nesta análise

observando os dois gráficos, os parâmetros mais favoráveis para uma circularidade mais baixa, é

a rotação menor (400 RPM) e o avanço mais alto (1,2µ/seg.). Como estes gráficos avaliam

apenas os efeitos individuais, B e C isolados, é necessário calcular os efeitos interados, pois no

gráfico de pareto mostrou ser mais significativo a interação destes termos (BC).

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Figura 4. 10 - Gráfico dos efeitos individuais da circularidade no terceiro ensaio no desvio padrão e média.

Nas avaliações anteriores, do gráfico de pareto e dos efeitos individuais, mostraram que os

termos B com C são significativos, ou seja, a rotação do fuso e o avanço dos brunidores. Como o

gráfico de pareto revelou que a interação de B com C é mais significativa, foi necessário avaliar

esta condição. Na Figura 4.11, mostra os gráficos das interações, e tanto na avaliação do desvio

padrão quanto da média e confirmam que a interação Vt com Av (B com C) são mais importantes,

pois as retas dos gráficos se cruzam e são mais inclinadas que as demais combinações. Com isso,

conclui-se nestes gráficos que a combinação dos efeitos da velocidade do fuso em seus menores

ajustes, ou seja, 400 RPM e o avanço dos brunidores em 0,4 μm/seg, resultam no menor valor de

circularidade. Pode-se afirmar com estes resultados, que rotações mais baixas combinadas com o

avanço menor geram menores esforços e vibrações durante o corte, favorável para geração do

perfil circular, pois a área de contato dos brunidores é significativa, cerca de 35% da superfície de

usinagem.

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Figura 4. 11 - Gráfico das interações da circularidade no terceiro ensaio no desvio padrão e média.

Como a interação das variáveis Av (avanço dos brunidores) e Vt (velocidade do fuso) foi

mais significativa no delineamento dos experimentos dos ensaios em questão, na Figura 4.12 é

possível verificar nos gráficos tridimensional e bidimensional com mais detalhes esta afirmação.

No gráfico bidimensional do desvio padrão, é mostrado na faixa mais escura como respostas mais

baixas deste desvio, que permite qualquer combinação de ajuste neste campo em destaque,

conforme setas. Já o gráfico da média, observa-se na área mais clara que o campo da rotação é

limitado em aproximadamente 460 RPM, mas em qualquer ajuste do avanço dor brunidores. É

necessário avaliar a retilineidade para obter o melhor ajuste comum do processo. Como o termo

A tem pouca influência nas respostas, o software definiu Va como parâmetro fixo e atribuiu o

valor de 120 GPM (menor), o qual sugere como o melhor ajuste para este processo em estudo.

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Figura 4. 12 - Gráficos tridimensional e bidimensional das interações da circularidade no desvio padrão e média.

4.1.3.2. Análise do DOE - Retilineidade

Na Figura 4.13, considera-se as mesmas observações feitas na análise da circularidade para

dos gráficos do pareto da retilineidade, apesar de nenhum termo cortar a linha limite do intervalo

de confiança de 95% do diagrama dos principais efeitos padronizados. Ambos tiveram um

comportamento similar tanto no desvio padrão, quanto na média, como anteriormente na

circularidade. Observa-se também, que são mais significativos os parâmetros B e C, ou seja, a

rotação do fuso e o avanço dos brunidores, sendo a interação entre ambos BC mais relevante. É

necessário avaliar os demais gráficos para confirmar estes resultados.

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Figura 4. 13 - Gráfico de pareto dos efeitos padronizados da retilineidade no desvio padrão e média.

O gráfico dos efeitos principais da retilineidade na Figura 4.14 é também similar ao da

circularidade e das observações feitas. Mostra-se que os parâmetros da velocidade do fuso e do

avanço dos brunidores são significativos e a velocidade de oscilação tem pouca influência, tanto

no desvio padrão quanto na média. Também se faz necessário avaliar estes parâmetros interados,

pois mostraram-se mais significativos nos gráficos de pareto dos efeitos em obter valores

menores de retilineidade.

Figura 4. 14 - Gráfico dos efeitos individuais principais da retilineidade no desvio padrão e média.

Os gráficos das interações na Figura 4.15 também se comportaram muito próximos aos

resultados obtidos na avaliação da circularidade, tanto no desvio padrão, quanto que na média.

Demonstram também que a combinação dos efeitos da velocidade do fuso (Vt) com o avanço dos

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brunidores (Av) são mais significativos, pois as retas se cruzam com maiores inclinações que as

demais interações. A reta Vt em 400 RPM, nos gráficos do desvio padrão e da média, na

intersecção de 0,4 µm/seg. de avanço (menor ajuste), resulta em valores mais baixos destes

índices para reilineidade. É necessário também a avaliação tridimensional e bidimensional para

obter estes números com maior precisão.

Figura 4. 15 - Gráfico das interações da retilineidade no desvio padrão e média.

Na Figura 4.16 é possível verificar nos gráficos tridimensional e bidimensional que com

valores mais baixos de rotação do fuso e avanço dos brunidores (400 RPM e 0,4 µm/seg.),

obtém-se uma melhor condição da retilineidade. Sugere-se portanto, em conjunto com a

avaliação da circularidade (Figura 4.12), que adote-se esta combinação dos menores valores de

ajustes de Av e Vt. Para confirmar estes valores, através de outra ferramenta do Minitab®, o

gráfico de cubo, é possível obter estas respostas de saída com maior precisão, e refinar estes

valores com outra ferramenta complementar, o gráfico de otimização.

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Figura 4. 16 - Gráfico tridimensional das interações da retilineidade no desvio padrão e média.

4.1.3.3. Análise do DOE - O melhor ajuste – Circularidade e Retilineidade

Na Figura 4.17 são apresentados os quatro gráficos de cubo (Cube Plot) do Minitab®, que é

uma ferramenta estatística a qual aplica fatorial de 2 níveis com respostas otimizadas para a

média e o desvio padrão da circularidade e retilineidade. São determinados os valores otimizados

para obter o melhor ajuste da máquina, baseando-se nas análises feitas anteriormente pelos

gráficos de pareto dos efeitos, dos efeitos individuais, das interações e a análise bi e

tridimensional. Representam na circularidade e a retilineidade, seus desvios padrão e médias.

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Com estes dados, calcula-se a otimização do processo por interação destas variáveis, que irá

lançar os menores desvios padrão e médias, e com estes dados obter melhores parâmetros de

ajuste para confirmação em um estudo posterior de capabilidade com um maior número de

amostras (30 peças consecutivas). Os resultados em destaque foram os seguintes:

Desvio padrão – Circularidade: 0,0077 µm;

Média – Circularidade: 0,1538 µm;

Desvio Padrão – Retilineidade: 0,0811 µm;

Média – Retilineidade: 0,4366 µm.

Figura 4. 17 - Gráfico de cubo dos melhores valores para ajuste da retilineidade e circularidade, no desvio padrão e média.

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Com os valores otimizados da melhor resposta dos gráficos de cubo das médias e dos

desvios padrão, os resultados epigrafados foram lançados em outra ferramenta do Minitab®,

como alvo no gráfico de otimização na Figura 4.18, que calcula e estima o melhor ajuste de

processo. Espera-se com os dados de entrada inseridos, mostrados no gráfico como “Targ:”

(meta), oriundos do gráfico de cubo, obter os valores otimizados de saída em “y”, a serem

confirmados posteriormente no estudo de capabilidade das 30 amostras. Os valores

recomendados de ajuste da máquina, Va, Vt e Av são apresentados no gráfico na linha horizontal

superior como “Cur”, entre os seus limites (“High” e “Low”). Espera-se com estes valores

recomendados, após o processamento das 30 amostras, obter as respostas “y” de desvio padrão e

média da circularidade e retilineidade:

Desvio padrão – Circularidade: 0,0119 µm;

Média – Circularidade: 0,1619 µm;

Desvio Padrão – Retilineidade: 0,090 µm;

Média – Retilineidade: 0,4323 µm.

Figura 4. 18 - Gráfico de otimização do processo, pela circularidade e retilineidade.

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Portanto o resultado proposto para o melhor ajuste de processo foi definido com os seguintes

valores:

Va – Oscilação do fuso = 137 GPM;

Vt – Velocidade do fuso = 400 RPM;

Av – Avanço dos brunidores = 0,40 μm/seg.

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4.1.3.4. Análise do DOE – Dados complementares – Cilindricidade

Como informação complementar, foi calculado também o comportamento da cilindricidade

(Figura 4.19) em que observa-se uma similar tendência dos principais elementos nos ensaios da

circularidade e retilineidade, já que estes parâmetros compõem este erro de forma. Na avaliação

da média no diagrama do pareto dos efeitos padronizados, verifica-se uma forte relação também

entre os parâmetros B e C e sua interação.

Figura 4. 19 - Principais gráficos do DOE para cilindricidade.

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4.1.3.5. Análise do DOE – Dados complementares – Rugosidades

Ao finalizar a coleta dos dados do DOE no Anexo 4.3, percebeu-se uma boa estabilidade

nos valores em Ra das amostras, entre 0,0427 μm e 0,0565 μm, abaixo dos valores obtidos no

segundo ensaio e com bastante folga na especificação final do produto de 0,10 μm. Portanto o

DOE foi rodado como informação complementar e os dados coletados das 80 peças foram

utilizados na sua totalidade para cálculo da capabilidade, com todas as combinações de ajustes da

máquina em Va, Vt e Av.

Apenas como informativo devido à alta estabilidade do acabamento obtida pela baixa

granulação doas grãos, independente do ajuste da máquina nos limites definidos nos ensaios, foi

levantado os gráficos de pareto, conforme Figura 4.20. Verifica-se apenas como influência

significativa na rugosidade em Rt o parâmetro B, que é a rotação do fuso, tanto na média como no

desvio padrão. Como o objetivo de obter baixa rugosidade foi alcançado, nenhuma ação

associada ao ajuste de parâmetros da máquina (Va, Vt e Av.) foi necessária.

Figura 4. 20 - Gráfico de pareto dos efeitos padronizados para as rugosidades Ra e Rt.

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Na Figura 4.21, confirma-se a estabilidade de processo no parâmetro Ra, que é especificado

no produto. Obtém-se um Desvio Padrão de 0,003 e Cpk de 6,07, valores superiores ao segundo

ensaio, que foram de 0,005 e 1,29 respectivamente. Além desta vantagem, a média da rugosidade

Ra caiu de 0,07963 μm para 0,04881 μm, atingindo o objetivo do projeto. Os parâmetros

complementares Rt e Rk apresentaram também valores de Cpk satisfatórios. Na Figura 4.22

demonstra-se o formato do relatório dimensional utilizado em todos os estudos de rugosidade.

Conforme comentado, a granulação dos brunidores foi o elemento de maior importância para

obter baixa rugosidade com pouca variabilidade. Pode-se afirmar que 2 elementos também foram

relevantes nestes resultados, como a preparação dos brunidores no mandril de brunimento e o

avanço preciso da brunidora CNC, acionada por servo motor e fuso de esperas recirculantes, sem

folga no sistema de transmissão do movimento de avanço dos brunidores.

Figura 4. 21 - Gráficos de controle dos parâmetros Ra, Rt e Rk, calculados com as 80 amostras do DOE.

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Figura 4. 22 - Relatório dimensional utilizado nos ensaios da capabilidade dos parâmetros Ra, Rt e Rk, calculados com as 80 amostras do DOE.

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4.1.4.1. Capabilidade final – melhor ajuste do DOE

Após a avaliação das influências mais significativas do processo de brunimento, foi

realizado o experimento para comprovação destes elementos, através da usinagem de 30 novas

amostras consecutivas com os parâmetros otimizados calculados no terceiro ensaio. No Anexo 4,

encontram-se os dados obtidos neste ensaio de confirmação. Os parâmetros de processo

modelados no DOE como melhor ajuste, programados na brunidora para este ensaio foram:

Va – Oscilação do fuso = 137 GPM;

Vt – Velocidade do fuso = 400 RPM;

Av – Avanço dos brunidores = 0,40 μm/seg.

Como melhor resposta no acabamento superficial:

Granulometria dos brunidores: B16.

4.1.4.2. Análise da capabilidade final – variação do diâmetro interno

No estudo mostrado na Figura 4.23, não foi feita a compensação dos desgastes dos

brunidores durante a usinagem das 30 peças consecutivas, como feito nos estudos anteriores, e

por este motivo o gráfico mostra pontos fora dos limites de controle, mas dentro da especificação

com folga. Com isto, mesmo sem realizar este ajuste, foi obtido valores elevados de Cp e Cpk,

com 4,49 e 4,46 respectivamente.

Figura 4. 23 - Gráfico de controle da variação do diâmetro interno – melhor ajuste DOE.

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4.1.4.3. Análise da capabilidade final – variação da circularidade

No gráfico ilustrado na Figura 4.24, confirma-se o ajuste definido no DOE como

significativo na influência da circularidade, já que obteve-se um Desvio Padrão de 0,015, Cpk de

8,02, e média de 0,1397 μm. Estes valores são melhores do que o valor médio alcançado da

lapidação avaliada no primeiro ensaio com 0,2936 μm, com Desvio Padrão e Cpk inferiores.

Apesar do avanço de corte ser o mais baixo dos escolhidos, ele não afetou a produção horária,

pois o gargalo de tempo nesta operação é o desbaste, e ambos ficaram equilibrados. Notou-se

durante a usinagem das 30 amostras que as velocidades menores de avanço e rotação para a

operação de super acabamento transmitem pouca vibração durante o corte, e o dispositivo e

mandril flutuam com maior suavidade, o que favorece na obtenção do perfil circular de precisão.

Figura 4. 24 - Gráfico de controle da variação da circularidade – melhor ajuste DOE.

4.1.4.4. Análise da capabilidade final – variação da retilineidade

Conforme Figura 4.25, o comportamento da retilineidade com os dados do DOE

apresentou-se satisfatório, com a média de 0,5203 μm, Desvio Padão e Cpk de 0,056 e 2,84

respectivamente, e as mesmas observações feitas anteriormente sobre o comportamento das

condições de usinagem se aplicam para esta característica.

Figura 4. 25 - Gráfico de controle da variação da retilineidade – melhor ajuste DOE.

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4.1.4.5. Análise da capabilidade final – variação da cilindricidade

O produto atualmente não demanda uma especificação de cilindricidade, apenas de

circularidade e retilineidade. Adotou-se o valor de 1,0 μm para cálculo dos estudos, pois é o valor

igual ao 1,0 μm da retilineidade e superior ao 0,5 μm da circularidade. Com estes limites obteve-

se resultados adequados ao uso, com o Cpk no valor de 2,27 (Figura 4.26). Como a cilindricidade

é uma composição da circularidade e da retilineidade, aplica-se as mesmas observações feitas

quanto ao comportamento das condições de usinagem.

Figura 4. 26 - Gráfico de controle da variação da cilindricidade – melhor ajuste DOE.

Na Figura 4.27, é apresentado como exemplo, o dois relatórios emitidos para o estudo de

capabilidade dos erros de forma, com dados mínimos e máximos da circularidade, da

cilindricidade e da retilineidade. A circularidade no relatório completo demonstra em cada peça,

seis pontos ao longo do comprimemento, comforme programa automático do equipamento de

medição Talyrond. No estudo de capabilidade foi lançada a média destes resultados para cada

peça. O parâmetro de retilineidade foi tomado em apenas um ponto, em que o programa do

equipamento integra com seis valores de circularidade, gerando assim o resultado de

cilindricidade.

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Figura 4. 27 - Relatório dos gráficos de forma das amostras da capabilidade com valores mínimos e máximos da circularidade, cilindricidade e retilineidade. 4.1.4.6. Resumo dos 3 ensaios

Na Tabela 4.4 é apresentado o resumo dos principais resultados dos ensaiso, mostrando

uma evolução significativa dos índices avaliados.

Para a caracterítica da variabilidade do diâmetro interno, é importante comentar a evolução

do Cp, pois o Cpk propicia ajuste neste requisito. No primeiro ensaio, o valor bem baixo de 0,33 é

ocorrido principalmente pela operação de lapidação ser manual e depender não somente da

sensibilidade do homem, como das operações anteriores. Portanto estas variáveis contribuiram

para um baixo índide de capabilidade de processo. O segundo ensaio por sua vez, eliminou a

influência do homem, e utilizou o processo de brunimento superacabamento com uma brunidora

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mecânica, de avanço hidráulico, resultando em um salto no Cp para 1,56. O terceiro ensaio

aplicou-se uma máquina com um melhor controle do avanço, e estudou os elementos de

influência significativa no processo de brunimento. A combinação destes fatores, um avanço

mais controlado e dados de corte otimizados, melhoraram o Cp para 4,49.

Na avaliação da rugosidade, que foi um grande desafio neste projeto, pode-se destacar que

a lapidação tem uma boa resposta para obtenção deste requisito com variabilidade aceitavel, com

o valor de Cpk em 1,49 obtido no primeiro ensaio. A dificuldade em ajustar o processo no

segundo ensaio com a brunidora de avanço hidráulico foi o desafio encontrado, mas conseguiu-se

obter o Cpk de 1,29, próximo do mínimo recomendado estatisticamente de 1,25 (Tabela 2.6) para

medidas unilaterias, que potencialmente pode ser melhorado. Devido este fato, decidiu-se adotar

uma brunidora com avanço controlado de precisão, afim de que o incremento de penetração dos

grãos de pequena dimensão (16 µm) na superfícia da peça pudessem cortar de forma mais

controlável e consistente. Com esta estratégia, o brunidor de baixa granulometria respondeu

melhor do que a lapidação, apresentando no terceiro ensaio o Cpk de 4,46.

A circularidade foi o parâmetro em que obteve-se o melhor resultado de resposta nestes

ensaios. No primeiro ensaio de lapidação, que é em tese um processo que apenas quebra os picos

de rugosidade da operação anterior, apresentou um índice de Cpk não satisfatório de 1,08, abaixo

do mínimo recomendado de 1,25 para medidas unilaterias, principalmente por ser um processo

manual. O segundo ensaio na brunidora mecânica, apesar das dificuldades em mudular o avanço

dos grãos dos brunidores com precisão, o Cpk aumentou para 1,56, principalmente pela

automação desta operação, e assim como na rugosidade, percebeu-se o mesmo potencial de

melhoria com o uso de uma brunidora com o avanço mais controlável. No terceiro ensaio, com o

uso da máquina CNC de maior flexibilidade técnica, mas com o mesmo sistema de fixação da

mecânica, os resultados foram bastante expressivos. Com os resultados do DOE, em que definiu-

se os principais parâmetros de usinagem no brunimento, que é a rotação do fuso e avanço dos

brunidores em seus menores valores, o resultado do Cpk foi de 8,02. A combinação do uso da

pedra extra fina e dados de corte mais baixos, os quais minimizam os fenomenos de vibração

durante o corte, resultaram na melhor formação do perfil circular e retilíneo.

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Tabela 4. 4 - Quadro resumo dos índices principais de capabilidade dos 3 ensaios.

4.1.5.1. Cavaco do brunimento e aspecto das pedras

Após o término do terceiro ensaio, em que usinou-se 80 peças consecutivas com diversos

ajustes de parâmetros de máquina, foi coletado amostras do cavaco gerado pela ferramenta de

cBN B16. As amostras foram retiradas por dentro do mandril de brunimento e colocadas em um

filtro extra fino para obtenção de imagens do aspecto do cavaco gerado durante este processo,

conforme Figura 4.28. Observa-se na última imagem, a típica formação lamelar no detalhe

conseguido na apliação de 10.000 vezes obtida pelo microscópio eletrônico. O material

endurecido propicia esta formação do cavaco por camadas ou lamelas durante o corte no processo

de brunimento, evidencidas nas imagens.

Figura 4. 28 - Imagens do cavaco de brunimento e seus aspectos superficiais, ampliação de 1.000X e 10.000X respectivamente.

Também foram obtidas imagens dos brunidores e avaliação de suas ligas. As imagens

coletadas na Figura 4.29 representam a região de avaliação da liga do brunidor através do recurso

de espectrometria de energia dispersiva (EDS), para a identificação dos elementos químicos

presentes na superfície analisada, conforme Figura 4.30. O resultado foi marcado pela presença

Cp Cpk Desvio Padrão Cpk Desvio Padrão Cpk

1º ensaio 0,33 0,27 0,011 1,49 0,063 1,08

2º ensaio 1,56 1,38 0,005 1,29 0,047 1,56

3º ensaio 4,49 4,46 0,003 6,07 0,015 8,02

Diâmetro Interno Rugosidade Circularidade

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de cobre (77,96%) e estanho (22,04%) para a pedra de desbaste B91 e de cobre (89,12%) e

estanho (10,88%) para a pedra B16, formando assim uma liga de bronze para ancoragem dos

grãos abrasivos.

Figura 4. 29 - Imagem dos brunidores B91 e B16 na região de análise da liga do brunidor por EDS.

Figura 4. 30 - Análise por EDS dos brunidores B91 e B16.

Verifica-se na evolução das imagens da Figura 4.31 do brunidor de super acabamento,

desde a concentração dos grãos de cBN na primeira imagem superior esquerda (ampliação de

150X), até ao aspecto da fratura do grão na inferior direita (ampliação de 5000X). Devido ao

tamanho do grão ser muito pequeno, a concentração é maior e o mesmo tem uma difícil

ancoragem devido ao seu tamanho. É percebido também nas imagens os riscos gerados na

superfície da liga, ou pelo material removido, ou pelos grãos que se soltam durante os esforços de

corte.

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Figura 4. 31 - Imagem do aspecto do brunidor B16 após a usinagem de 80 peças no terceiro ensaio.

Na Figura 4.32, é demonstrada as imagens do brunidor de desbaste com grão B91, em

ampliações de 150X e 800X. É também nítido o desgaste na extremidade do grão, e observa uma

concentração bem menor comparado com as imagens da pedra de super acabamento. Na imagem

da direita é medido o tamanho do grão, apresentando 116 μm de dimensão contra 91 μm de

especificação do brunidor.

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Figura 4. 32 - Imagem do aspecto da pedra B91 após a usinagem de 80 peças no terceiro ensaio.

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5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS

TRABALHOS

Após os ensaios apresentados neste trabalho, é possível concluir os seguintes pontos:

Os resultados dos primeiros ensaios mostraram a forte influência das operações anteriores

na qualidade final do produto, principalmente da variação dimensional do diâmetro da

peça. Isto reforça que o controle das operações anteriores de desbaste ou pré acabamento

são fundamentais no processo de brunimento de precisão.

A rugosidade superficial tem forte influência na lapidação das operações anteriores,

evidenciadas nas análises tridimensionais, em que foi possível verificar os sulcos

profundos deixados previamente por essas operações. Os valores destes parâmetros em

rugosidade média Ra demonstravam valores inferiores, mas maiores na rugosidade total Rt

comparado com o brunimento de super acabamento.

A circularidade foi o parâmetro que melhor se comportou no terceiro ensaio após a

definição do melhor ajuste de processo. O segundo ensaio, que comprovou a possível

substituição da lapidação pelo brunimento de super acabamento, obteve valores bem

próximos da média, por volta de 0,28 μm. O Cpk por sua vez obteve um valor um pouco

melhor pelo processo de brunimento, de 1,56 contra 1,08 da lapidação, resultado que

justificou o terceiro ensaio. O resultado final com os valores otimizados de processo na

circularidade, chegou-se na média de 0,14 μm e Cpk de 8,02, confirmando uma condição

geométrica superior que o processo atual de lapidação.

No processo de brunimento desta pesquisa, foi demonstrado que a rotação do fuso (Vt) e o

avanço dos brunidores (Av) são os parâmetros de corte mais significativos na obtenção de

valores baixos de circularidade e retilineidade, quando outros elementos de influência são

considerados como padrão (máquina, sistema de fixação, refrigeração e ferramenta de

corte). Através de experimentos nesta pesquisa, chegou-se ao melhor ajuste do processo

em análise.

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Confirmou-se a influência significativa do tamanho do grão na obtenção de valores baixos

de rugosidade superficial, conforme conclusões obtidas por alguns artigos científicos

utilizados nesta pesquisa. Esse foi elemento fundamental neste estudo, que alavancou

outros ensaios e comprovou neste parâmetro a possível substituição da lapidação belo

brunimento. No final dos ensaios, conseguiu-se com o brunimento uma média de

rugosidade de 0,049 μm Ra e Cpk de 6,07, contra 0,052 μm Ra e 1,49 de Cpk na lapidação.

A estabilidade dimensional no diâmetro interno apresentou também bons resultados com

o brunimento, que melhorou o índice de capabilidade total do processo Cp, de 0,33 para

4,49.

Conclui-se neste estudo e como um dos objetivos principais do projeto, que é possível

substituir o processo de lapidação pelo brunimento de precisão, obtendo valores mais

robustos de capabilidade para produção em série em aplicações que demandam

tolerâncias apertadas em circularidade, retilineidade e rugosidade superficial.

Sugestões para novos projetos de pesquisa neste segmento:

Análise de desgaste de brunidores, pois nas imagens obtidas pelo microscópio eletrônico

foi possível avaliar uma boa oportunidade de pesquisa dos fenômenos que causam os

diversos tipos desgastes no processo de brunimento.

Ensaios comparativos com outros tipos de pedras abrasivas, como as de ligas cerâmicas e

análise dos comportamentos destas ferramentas no produto usinado.

Substituição do processo de retificação interna pelo brunimento de desbaste, através de

análise de custos de produção, se é mais viável em determinados produtos a substituição

por este processo, com o uso de brunidores com granulações maiores, conseguindo uma

melhor capabilidade de processo. Apesar do custo do ferramental de brunimento ser

superior que o da retificação, em alguns casos na indústria pode-se justificar

economicamente, uma vez que a vida dos brunidores é superior ao dos rebolos e os custos

de manutenção das retificadoras internas ser bem elevados.

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115

Anexo 1 - Resultados completos das medições do primeiro ensaio.

Retific. Brun.

Desbaste

Brun.

Acabam. Lapidação Retific.

Brun.

Desbaste

Brun.

Acabam. Lapidação Retific.

Brun.

Desbaste

Brun.

Acabam. Lapidação

1 18,9273 18,9725 19,0014 19,0056 0,34 0,50 0,45 0,05 5,18 1,78 1,20 0,25

2 18,9270 18,9693 18,9970 19,0031 0,23 0,54 0,42 0,06 4,58 2,12 1,07 0,23

3 18,9347 18,9706 19,0039 19,0072 0,21 0,54 0,42 0,06 5,34 1,73 1,36 0,44

4 18,9217 18,9683 18,9982 19,0022 0,22 0,48 0,39 0,07 4,64 1,72 1,36 0,27

5 18,9263 18,9705 19,0043 19,0085 0,23 0,53 0,47 0,06 4,90 1,68 1,45 0,40

6 18,9257 18,9701 19,0030 19,0071 0,25 0,52 0,46 0,05 7,26 1,85 1,69 0,37

7 18,9240 18,9663 18,9969 18,9997 0,18 0,50 0,38 0,09 4,87 1,21 1,20 0,39

8 18,9130 18,9687 18,9979 19,0015 0,19 0,49 0,37 0,07 4,55 1,44 1,14 0,23

9 18,9263 18,9665 18,9962 18,9991 0,18 0,49 0,39 0,07 4,55 1,31 1,16 0,27

10 18,9333 18,9703 19,0034 19,0072 0,21 0,48 0,43 0,05 5,32 1,30 1,19 0,37

11 18,9210 18,9712 19,0047 19,0085 0,16 0,46 0,44 0,07 3,87 1,60 1,33 0,38

12 18,9363 18,9692 19,0011 19,0071 0,25 0,47 0,43 0,06 4,32 1,44 1,27 0,32

13 18,9213 18,9669 18,9970 19,0024 0,20 0,45 0,38 0,04 5,42 1,51 1,20 0,30

14 18,9127 18,9683 18,9961 19,0011 0,15 0,41 0,41 0,04 4,54 1,37 1,40 0,30

15 18,9217 18,9752 19,0041 19,0082 0,28 0,51 0,43 0,06 3,99 1,57 1,29 0,26

16 18,8967 18,9681 18,9961 19,0013 0,24 0,42 0,36 0,04 3,30 1,55 1,07 0,36

17 18,9140 18,9666 18,9983 19,0026 0,15 0,40 0,41 0,03 7,79 1,42 1,22 0,45

18 18,9130 18,9683 18,9984 19,0029 0,14 0,45 0,38 0,08 3,52 1,64 1,38 0,20

19 18,9310 18,9698 19,0029 19,0079 0,23 0,45 0,40 0,04 4,58 1,48 1,34 0,31

20 18,9363 18,9705 19,0034 19,0095 0,25 0,51 0,43 0,04 5,32 1,65 1,26 0,21

21 18,9177 18,9678 18,9992 19,0063 0,16 0,45 0,41 0,04 4,67 1,68 1,06 0,22

22 18,9063 18,9685 19,0022 19,0067 0,17 0,46 0,40 0,04 4,30 1,43 1,28 0,24

23 18,9010 18,9694 19,0014 19,0062 0,22 0,49 0,42 0,05 4,05 1,72 1,45 0,22

24 18,9077 18,9695 19,0020 19,0065 0,14 0,48 0,45 0,05 4,84 1,67 1,24 0,24

25 18,9207 18,9684 19,0007 19,0056 0,21 0,48 0,41 0,05 3,18 1,69 1,45 0,26

26 18,9177 18,9689 19,0006 19,0054 0,26 0,49 0,36 0,04 4,89 1,79 1,37 0,30

27 18,9157 18,9660 18,9971 19,0024 0,23 0,49 0,40 0,04 6,84 1,70 1,44 0,21

28 18,9257 18,9686 19,0018 19,0055 0,21 0,50 0,43 0,04 4,98 1,84 1,28 0,31

29 18,9283 18,9702 19,0029 19,0071 0,22 0,46 0,41 0,05 5,93 1,66 1,81 0,31

30 18,9380 18,9682 19,0013 19,0067 0,25 0,52 0,41 0,04 4,98 2,07 1,37 0,21

Dimensão média RUGOSIDADE CIRCULARIDADE média

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Anexo 2 - Resultados completos das medições do segundo ensaio.

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117

Anexo 3 - Resultados completos das medições do terceiro ensaio - DOE.

Circularidade

médiaCilin Ret

Ø

médioRa Rt Rk Rpk Rvk

Circularidade

médiaCilin Ret

Ø

médioRa Rt Rk Rpk Rvk

1 0,23 1,10 0,90 18,960 0,053 0,601 0,167 0,071 0,079 41 0,15 1,12 0,60 18,966 0,045 0,542 0,139 0,042 0,072

2 0,33 1,26 0,89 18,960 0,047 0,656 0,142 0,046 0,081 42 0,19 1,77 0,79 18,966 0,050 0,743 0,159 0,073 0,080

3 0,24 1,26 1,06 18,960 0,052 0,497 0,163 0,055 0,081 43 0,20 1,56 0,97 18,966 0,044 0,432 0,134 0,042 0,074

4 0,76 2,49 0,51 18,960 0,053 0,493 0,164 0,056 0,080 44 0,19 1,48 0,67 18,966 0,044 0,478 0,139 0,043 0,070

5 0,26 1,19 1,07 18,970 0,055 0,578 0,180 0,060 0,082 45 0,24 1,54 0,65 18,966 0,047 0,656 0,149 0,057 0,068

6 0,25 1,03 0,84 18,970 0,054 0,632 0,168 0,054 0,083 46 0,20 1,45 0,43 18,966 0,045 0,448 0,147 0,044 0,071

7 0,22 0,95 0,87 18,969 0,053 0,557 0,169 0,058 0,075 47 0,25 1,16 0,83 18,966 0,052 0,562 0,172 0,047 0,074

8 0,25 1,05 0,90 18,969 0,054 0,563 0,170 0,055 0,088 48 0,18 1,19 0,77 18,966 0,048 0,772 0,149 0,085 0,074

9 0,23 1,10 1,03 18,969 0,054 0,842 0,168 0,061 0,083 49 0,20 1,33 0,87 18,965 0,046 0,661 0,139 0,048 0,070

10 0,25 1,18 1,09 18,969 0,057 0,763 0,178 0,063 0,086 50 0,20 1,12 0,85 18,966 0,052 0,664 0,168 0,056 0,084

11 0,21 1,19 0,33 18,970 0,053 0,538 0,159 0,042 0,095 51 0,20 0,82 0,61 18,969 0,045 0,504 0,143 0,047 0,065

12 0,21 1,26 0,52 18,970 0,055 0,567 0,165 0,044 0,103 52 0,19 1,49 0,67 18,969 0,046 0,402 0,151 0,039 0,067

13 0,24 0,54 0,57 18,970 0,053 0,561 0,165 0,052 0,090 53 0,19 0,88 0,84 18,969 0,043 0,628 0,137 0,044 0,070

14 0,21 1,27 0,38 18,969 0,053 0,468 0,171 0,045 0,084 54 0,18 0,65 0,62 18,969 0,048 0,486 0,158 0,055 0,071

15 0,17 0,76 0,27 18,969 0,052 0,497 0,161 0,045 0,091 55 0,17 1,09 0,53 18,969 0,052 0,603 0,166 0,065 0,095

16 0,21 0,70 0,38 18,968 0,054 0,760 0,161 0,052 0,089 56 0,19 0,60 0,60 18,969 0,054 0,671 0,166 0,065 0,095

17 0,22 0,96 0,28 18,968 0,047 0,539 0,144 0,039 0,086 57 0,22 0,87 0,50 18,969 0,056 0,588 0,175 0,058 0,076

18 0,17 0,50 0,48 18,969 0,045 0,609 0,142 0,034 0,110 58 0,20 0,70 0,66 18,969 0,048 0,521 0,158 0,053 0,070

19 0,19 0,63 0,49 18,968 0,052 0,568 0,161 0,067 0,080 59 0,17 0,92 0,65 18,969 0,049 0,538 0,154 0,052 0,070

20 0,16 0,90 0,30 18,967 0,049 0,467 0,153 0,039 0,082 60 0,16 0,67 0,63 18,969 0,051 0,510 0,168 0,052 0,070

21 0,40 1,59 0,49 18,967 0,044 0,421 0,136 0,039 0,075 61 0,48 3,65 1,17 18,969 0,043 0,557 0,135 0,047 0,066

22 0,34 3,67 1,51 18,969 0,046 0,590 0,143 0,039 0,076 62 0,34 3,30 1,44 18,968 0,043 0,448 0,130 0,041 0,070

23 0,17 0,93 0,32 18,968 0,049 0,496 0,157 0,047 0,078 63 0,49 4,37 1,86 18,973 0,043 0,501 0,134 0,047 0,064

24 0,40 3,95 1,86 18,970 0,045 0,470 0,134 0,045 0,081 64 0,50 4,03 2,18 18,970 0,047 0,538 0,157 0,050 0,069

25 0,46 4,28 1,68 18,970 0,047 0,553 0,155 0,044 0,070 65 0,71 3,38 1,36 18,969 0,043 0,433 0,137 0,044 0,060

26 0,76 4,71 1,22 18,972 0,052 0,512 0,167 0,049 0,083 66 0,51 4,63 2,08 18,970 0,048 0,554 0,150 0,056 0,066

27 0,46 2,08 0,60 18,969 0,050 0,515 0,161 0,051 0,075 67 0,47 4,13 1,96 18,970 0,050 0,528 0,160 0,056 0,077

28 0,54 2,99 1,17 18,970 0,052 0,591 0,169 0,054 0,076 68 0,42 5,08 2,34 18,970 0,053 0,534 0,172 0,053 0,074

29 0,68 5,04 1,99 18,970 0,043 0,540 0,128 0,049 0,080 69 0,59 4,90 2,15 18,971 0,047 0,591 0,149 0,053 0,067

30 0,64 5,64 2,08 18,970 0,045 0,435 0,136 0,040 0,076 70 0,85 5,58 2,51 18,971 0,054 0,630 0,166 0,072 0,076

31 0,15 0,96 0,50 18,967 0,048 0,692 0,152 0,065 0,075 71 0,20 0,89 0,71 18,967 0,047 0,595 0,152 0,046 0,067

32 0,16 1,03 0,47 18,967 0,045 0,590 0,145 0,044 0,074 72 0,19 0,87 0,73 18,967 0,046 0,529 0,155 0,043 0,064

33 0,15 1,36 0,34 18,967 0,048 0,534 0,157 0,054 0,076 73 0,18 0,93 0,64 18,967 0,045 0,465 0,139 0,041 0,068

34 0,16 0,89 0,32 18,967 0,050 0,508 0,157 0,050 0,073 74 0,22 0,68 0,71 18,967 0,045 0,465 0,145 0,045 0,060

35 0,16 1,36 0,28 18,967 0,044 0,602 0,142 0,042 0,067 75 0,20 0,96 0,53 18,967 0,049 0,521 0,152 0,054 0,076

36 0,16 1,49 0,41 18,967 0,051 0,470 0,168 0,049 0,072 76 0,18 0,74 0,59 18,968 0,049 0,609 0,155 0,051 0,077

37 0,16 0,93 0,56 18,967 0,053 0,557 0,173 0,051 0,080 77 0,21 0,77 0,75 18,968 0,050 0,599 0,167 0,049 0,070

38 0,17 0,99 0,28 18,967 0,047 0,474 0,154 0,044 0,068 78 0,22 1,79 0,52 18,968 0,049 0,476 0,160 0,053 0,062

39 0,14 1,58 0,40 18,967 0,046 0,622 0,147 0,048 0,068 79 0,23 0,88 0,61 18,968 0,047 0,499 0,149 0,058 0,064

40 0,15 0,96 0,39 18,967 0,047 0,692 0,152 0,047 0,071 80 0,19 0,87 0,62 18,968 0,050 0,593 0,153 0,062 0,068

Page 136: Uma contribuição ao brunimento de precisãorepositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/265869/1/Araujo_Gilbert... · estudar as operações de brunimento e lapidação, tendo como

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Anexo 4 - Resultados completos das medições do terceiro ensaio – capabilidade do melhor ajuste de processo calculado pelo Minitab®.

Circ

médiaCilin Ret Ø médio

1 0,15 0,53 0,55 18,9924

2 0,13 0,55 0,45 18,9930

3 0,16 0,62 0,50 18,9921

4 0,14 0,43 0,48 18,9924

5 0,13 0,42 0,38 18,9925

6 0,15 0,71 0,43 18,9925

7 0,13 0,58 0,52 18,9923

8 0,13 0,54 0,54 18,9924

9 0,14 0,53 0,45 18,9923

10 0,13 0,50 0,54 18,9921

11 0,11 0,52 0,43 18,9923

12 0,15 0,45 0,57 18,9918

13 0,13 0,40 0,47 18,9920

14 0,15 0,61 0,51 18,9921

15 0,12 0,43 0,59 18,9920

16 0,12 0,41 0,57 18,9916

17 0,13 0,57 0,67 18,9915

18 0,13 0,51 0,55 18,9916

19 0,16 0,45 0,60 18,9916

20 0,14 0,44 0,52 18,9915

21 0,15 0,27 0,47 18,9913

22 0,16 0,43 0,54 18,9912

23 0,13 0,43 0,57 18,9912

24 0,15 0,39 0,59 18,9909

25 0,12 0,46 0,49 18,9907

26 0,14 0,47 0,50 18,9907

27 0,16 0,52 0,52 18,9910

28 0,15 0,36 0,50 18,9905

29 0,14 0,45 0,56 18,9905

30 0,15 0,55 0,55 18,9907