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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

Dario Geraldo Rodrigues

ANÁLISE COMPARATIVA DA FORMAÇÃO DE ROSCAS INTERNAS

POR CORTE E LAMINAÇÃO

São João del-Rei, março de 2015

Dario Geraldo Rodrigues

ANÁLISE COMPARATIVA DA FORMAÇÃO DE ROSCAS INTERNAS

POR CORTE E LAMINAÇÃO

Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado da

Universidade Federal de São João del-Rei como

requisito para obtenção do título de Mestre em

Engenharia Mecânica.

Área de Concentração: Materiais e Processos de

Fabricação

Orientador: Prof. Doutor Frederico Ozanan Neves

São João del-Rei, março de 2015

Ficha Catalográfica

Dedico este trabalho à minha esposa Ludmila, ao meu filho Dante e à minha família.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus, por iluminar meus caminhos e estar junto a mim neste

trabalho, proporcionando desenvolver com serenidade estudos técnicos e me

especializar neste conteúdo.

Agradeço ao professor Doutor Frederico Ozanan Neves, meu orientador, que

nestes anos na Universidade pôde me auxiliar no desenvolvimento do artigo

científico e desta dissertação. Suas análises, acompanhamento e comprometimento

nos testes experimentais foram primordiais para a evolução deste trabalho.

Agradeço também ao professor Doutor Durval Uchoas Braga, pelos

ensinamentos e conhecimento técnico no período acadêmico.

Ressalto minhas considerações ao Mateus Andrade, Wesley Guimarães e

Camilo Santos, que me auxiliaram nos dados técnicos e experimentais.

Agradeço também à minha esposa Ludmila Ramalho, que sempre esteve ao

meu lado e me apoiou no desenvolvimento e conclusão deste trabalho acadêmico.

RESUMO

RODRIGUES, D. G. Análise Comparativa da Formação de Roscas Internas por

Corte e Laminação. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de São João

del-Rei. São João del-Rei, 2015.

O roscamento é um processo de formação do perfil de rosca com variados métodos

de aplicações no ramo industrial, com intuito de atender à montagem de conexões.

As roscas são desenvolvidas a partir do tipo de componente a ser fabricado e

também para se adequarem às especificações de qualidade, segurança,

produtividade e baixo custo de produção. Esta pesquisa abordou a fabricação de

rosca pelos processos de corte e laminação, tendo como objetivo avaliar

comparativamente os esforços mecânicos relativos ao roscamento: momento torçor,

força axial e força de tração nos diferentes métodos. Conforme literatura, a

laminação apresenta melhor qualidade no que se refere ao acabamento superficial,

maior resistência e processo sem a formação de cavaco, devido à conformação do

material. Como variáveis, foram avaliadas as amostras em três níveis de velocidade

de corte e em três percentuais de concentração de fluido lubrificante. O material

estudado foi o aço ABNT 1035 com a especificação da rosca M14x1.5. Para

comparação dos processos, utilizou-se o método estatístico análise de variância

(ANOVA). Os resultados demonstraram que a laminação apresentou maior torque e

força axial em comparação ao corte. Porém, com relação à força de tração, os

estudos comparativos mostraram que o processo por corte obteve índices maiores.

Palavras-chave: Roscamento Interno, Processo de Corte, Processo de Laminação,

Microdureza, Esforços Mecânicos.

ABSTRACT

RODRIGUES, D. G. Comparative Analysis of Forming Internal Threads for

Cutting and Lamination. Master’s Thesis. Universidade Federal de São João del-

Rei. São João del-Rei, 2015.

Threading is a machining process of thread profile formation with several applications

in the industrial sector in order to attend the mounting of connections. The threads

are designed from the type of component to be manufactured and also to adequate

to quality specifications, safety, productivity and low cost of production. This research

was about to the manufacturing of thread by the cutting and forming processes,

aiming to evaluate comparatively the mechanical efforts related to threading: torsion

moment, axial force and tensile force in different methods. According to literature, the

forming shows better quality regarding the surface finish and greater resistance and

process without the formation of splinter due to the bulk forming of the material. As

variables, the samples were evaluated in three levels of cutting speed and in three

percentage of concentration of lubricating fluid. The studied material was the ABNT

1035 steel with the thread specification M14x1.5. The statistical method Analysis Of

Variance (ANOVA) was used to compare the processes. The results show that the

Forming process presented higher torque and axial force compared to cutting.

However, regarding the traction force, the comparative studies showed that the

cutting process had higher indices.

Key words: Internal Threading, Cutting Process, Forming Process, Microhardness,

Mechanical Stress.

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 – Gráfico ciclo de tratamento do recozimento pleno em resfriamento

contínuo da Normalização e Têmpera 05

Figura 2.2 – Perfil rosca métrica ABNT 1988 06

Figura 2.3 – Tipos de Rosca – Perfil de filete 08

Figura 2.4 – Nomenclatura rosca métrica triangular e whitworth 09

Figura 2.5 – Tolerâncias roscas métricas interna e externa 11

Figura 2.6 – Aplicações dos processos de fabricação de rosca por usinagem,

modelagem e laminação 12

Figura 2.7 (A) – Ferramentas de roscar e pastilhas. (B) – Ferramentas plana e

circular. Ferramentas para rosca direita e esquerda 14

Figura 2.8 – Roscamento por torneamentos interno e externo 14

Figura 2.9 – Roscamento por torneamento em direção à fixação 15

Figura 2.10 – Roscamento por torneamento a partir da fixação 15

Figura 2.11 – Tipos de penetração da pastilha no processo de usinagem 17

Figura 2.12 – Aplicações processo fresamento 18

Figura 2.13 – Etapas do Processo de Fresamento interno 19

Figura 2.14 – Etapas do processo de fresamento interno por thrilling 20

Figura 2.15 – Movimento circular da ferramenta nos fresamentos interno e externo

21

Figura 2.16 – Aplicações de entrada da ferramenta no fresamento interno 22

Figura 2.17 – Macho de corte com canal helicoidal 23

Figura 2.18 – Descrições ferramenta macho de corte 24

Figura 2.19 – Tipos de canais reto e helicoidal da ferramenta macho de corte 25

Figura 2.20 – Nomenclatura ferramenta macho laminador 26

Figura 2.21 – Ferramenta macho laminador 27

Figura 2.22 – Perfil rosca laminada – modificado 28

Figura 2.23 – Divisão na crista – perfil rosca laminada 28

Figura 2.24 – Forma poligonal – macho laminador 29

Figura 2.25 – Formas poligonais – macho laminador 30

Figura 2.26 – Formas de reduções de guia – macho laminador 31

Figura 2.27 – Processo de formação do perfil de rosca laminada 32

Figura 2.28 – Laminação de rosca com encosto plano 34

Figura 2.29 – Laminação externa por gravação única 35

Figura 2.30 – Tipos de rolos de laminação externa 36

Figura 2.31 – Laminação cilindro de roscamento (modificado) 37

Figura 2.32 – Força de tração das roscas formadas pelo processo de corte e

laminação 40

Figura 2.33 – Gráfico de Torque (Nm) nas etapas de usinagem, parada e retorno

da ferramenta macho de corte 41

Figura 2.34 – Gráfico do Momento Torçor (Nm) – Relação perfil da ferramenta

com as etapas do processo de roscamento 42

Figura 2.35 – Etapas do torque na formação da rosca – torque de formação,

médio e de atrito 43

Figura 2.36 – Medição de torque – cabeçote fixo e autorreverso 44

Figura 3.1 – Centro Usinagem Doosan 46

Figura 3.2 – Dispositivo de fixação hidráulica para usinagem corpo de prova 47

Figura 3.3 – Broca e macho de corte 48

Figura 3.4 – Conjunto ferramenta macho de corte posicionados no centro de

usinagem vertical 48

Figura 3.5 – Ferramenta broca helicoidal 49

Figura 3.6 – Ferramenta macho laminador 50

Figura 3.7: Projeto corpo de prova – aço ABNT 1035 50

Figura 3.8 – Equipamento durômetro 51

Figura 3.9 – Padrão de calibração 51

Figura 3.10 – Equipamento de usinagem Romi Discovery 560 52

Figura 3.11 (a) – Projeto dispositivo de fixação corpo de prova 53

Figura 3.11 (b) – Dispositivo de fixação do corpo de prova 53

Figura 3.12 – (a) Dinamômetro; (b) Amplificador Carga; (c) Tela Software 55

Figura 3.13 – Equipamento ensaio de tração EMIC 55

Figura 3.14 – Pontos de medição de microdureza no perfil da rosca interna 57

Figura 3.15(A) – Broca helicoidal 57

Figura 3.15(B) – Macho de corte 57

Figura 3.16 – Dispositivo de fixação do corpo de prova 58


Figura 3.17(B) Ferramenta macho de corte 61


Figura 3.18(B) Ferramenta macho laminador 61

Figura 3.19 – Dispositivo de fixação com corpo de prova 62

Figura 3.20 – Dispositivo de fixação montado no dinamômetro 62

Figura 3.21(A) – Calibrador Imicro 64

Figura 3.21(B) – Calibrador anel padrão 64

Figura 3.22 – Dispositivo teste de extração 64

Figura 4.1 Análise microdureza produto forjado 66

Figura 4.2 – Análise microdureza – processo de corte (C), laminado (L) e forjado

(F) 69

Figura 4.3 – Perfil de rosca processo de corte 69

Figura 4.4 – Pontos de medição microdureza processo de corte 70

Figura 4.5 – Perfil de rosca processo de laminação 70

Figura 4.6 – Pontos de medição microdureza no processo de laminação 71

Figura 4.7 – Projeto corpo de prova 72

Figura 4.8 – Aquisição de dados de torque – processo de laminação na Vc

17.0m/min. 74

Figura 4.9 – Torque (Nm) para o processo de corte – velocidade e percentual de

fluido 76

Figura 4.10 – Torque (Nm) para o processo de laminação – velocidade e

percentual de fluido 77

Figura 4.11 – Processo de laminação – velocidade de corte nos percentuais de

fluido lubrificante 78

Figura 4.12 – Processo de corte – velocidade de corte nos percentuais de fluido

lubrificante 78

Figura 4.13 – Comparação entre os processos de corte e laminação para

velocidade de corte 17.5 m/min. 79





Figura 4.16 – Gráfico boxplot – valores de torque (Nm) para os processos de corte

e laminação 83

Figura 4.17 – Gráfico probabilidade normal (A) e histograma (B) – valores de

torque (Nm) para o processo de corte 84

Figura 4.18 – Gráfico probabilidade normal (A) e histograma (B) – valores de

torque (Nm) para o processo de laminação 84

Figura 4.19 – Valores de torque retorno da ferramenta de roscar. comparação

entre os processos de corte e laminação 86

Figura 4.20 – Força axial máxima (N) – comparativo entre os processos de corte e

laminação 87

Figura 4.21 – Gráfico boxplot – valores de força axial (N) para os processos de

corte e laminação 89

Figura 4.22 – Gráfico probabilidade normal (A) e histograma (B) – valores força

axial (N) para os processos de corte e laminação 90

Figura 4.23 – Gráfico boxplot – valores de tração (KN) para os processos de corte

e laminação 93

Figura 4.24 – Análise comparativa da força de tração entre os processos de corte

e laminação 93

Figura 4.25 – Gráfico probabilidade normal (A) e histograma (B) – valores força de

tração (KN) para os processos de corte e de laminação 94

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Composição química do Aço ABNT 1035 04

Tabela 2.2 – Classes de materiais ferramentas de usinagem 16

Tabela 3.1 – Identificação dos corpos de prova para o segundo experimento 60

Tabela 3.2 – Aleatoriedade dos corpos de prova para o processo de corte 63

Tabela 3.3 – Aleatoriedade dos corpos de prova para o processo de laminação 63

Tabela 4.1 – Resultados microdurezas produto forjado 66

Tabela 4.2 – Resultados das microdurezas do experimento 67

Tabela 4.3 – Cálculo das médias das microdurezas por ponto de medição 67

Tabela 4.4 – Análise variância – Microdureza 67

Tabela 4.5 – Teste de contraste dos processos – Microdureza 68

Tabela 4.6 – Variação diâmetro interno pré-furo processo por corte e laminação 71

Tabela 4.7 – Diâmetro interno do pré-furo por amostra 73

Tabela 4.8 – Momento Torçor (Mz) – Processo de corte 75

Tabela 4.9 – Momento Torçor (Mz) – Processo de laminação 75

Tabela 4.10 – Análise variância – momento torçor – processo de corte 82

Tabela 4.11 – Análise variância – momento torçor – processo de laminação 83

Tabela 4.12 – Análise Variância, momento torçor – comparação processos de

corte e laminação 85

Tabela 4.13 – Teste de contraste – momento torçor – processos de corte e

laminação 85

Tabela 4.14 – Análise variância – força axial – processo de corte 88

Tabela 4.15 – Análise variância – força axial – processo laminação 88

Tabela 4.16 – Teste de Contraste das velocidades e fluidos – força axial –

processo de laminação 89

Tabela 4.17 – Análise variância – força axial – comparação processos de corte e

laminação 90

Tabela 4.18 – Teste de contraste – força axial – processos de corte e de

laminação 91

Tabela 4.19 – Análise variância – força de tração – processo de corte 92

Tabela 4.20 – Análise variância – força de tração – processo de laminação 92

Tabela 4.21 – Análise variância – força de tração – processos de corte e de

laminação 95

Tabela 4.22 – Teste de contraste – força tração – processos de corte e de

laminação 95

Tabela 4.23 – Análise microdureza – amostras – processos de corte e de

laminação 96

FÓRMULAS

Equação 2.1 – Diâmetro dos flancos do parafuso (D2) 07

Equação 2.2 – Diâmetro dos flancos da porca (d2) 07

Equação 2.3 – Diâmetro menor do parafuso (D1) 07

Equação 2.4 – Diâmetro menor da porca (d1) 07

Equação 3.1 – Passo da Rosca no Processo de Laminação 49

Equação 3.2 – Velocidade de corte 60

NOMENCLATURAS

Abreviaturas

CBN Nitreto de Boro Cúbico

Co Cobalto

CP Corpo de Prova

CQ Controle de Qualidade

Fe-C Ferro-Carbono

FoFo Ferro Fundido

G.L. Grau de Liberdade

HB Dureza Brinell

HSS High Speed Steel – Aço rápido

IT Índice de Tolerância (ISO Tolerance)

MD Metal Duro

MPa Mega Pascoal

MQL Mínima Quantidade de Lubrificante

MSS Médias dos Quadrados

PNP Calibrador por atributo passa não passa

SSA Somatório dos Quadrados dos Processos

SSB Somatório dos Quadrados dos Fluidos

SSC Somatório dos Quadrados das Velocidades

SSAB Somatório dos Quadrados Interação Processos e Fluidos

SSABC Somatório dos Quadrados Interação Processos, Fluidos e Velocidade

SSAC Somatório dos Quadrados Interação Processos e Velocidade

SSErro Somatório dos Quadrados dos Erros

SST Somatório dos Quadrados Total

TCMT Especificação pastilha de usinagem

((Ti,Al)N) Nitreto de Alumínio Titânio

TIC Carboneto de Titânio

(Ti(C,N)) Carbonitreto de Titânio

TiN Nitreto de Titânio

WC Carboneto Tungstênio

Siglas

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ABNT 1035 Norma Técnica do aço especificação 1035

ANOVA Análise de Variância

ANSI American National Standards Institute

CNC Comando Numérico Computadorizado

DIN Deutches Institut für Normung (Instituto Alemão de Normalização)

ISO International Standard Office

NBR Denominação da Norma ABNT

SAE Society of Automotive Engineers

Letras Latinas

ap Profundidade de Corte [mm]

d Diâmetro produto / ferramenta [mm]

D Diâmetro Nominal da rosca [mm]

D2 Diâmetro Flanco da rosca [mm]

Ø Diâmetro [mm]

DK Diâmetro furo [mm]

f Avanço de corte [mm/rot]

Fz Força Axial [N]

H Altura do Perfil [mm]

h Altura corpo de prova [mm]

Mz Momento torçor [Nm]

n Número de rotações [RPM]

P Passo da rosca [mm]

Vc Velocidade de corte [m/min]

SUMÁRIO

Capítulo 1

Introdução 01

Capítulo 2 – Revisão de Literatura

2.1 Aço ABNT 1035 04

2.2 Processo Roscamento 06

2.2.1 Tipos de Rosca 08

2.2.2 Campos de Tolerâncias 10

2.3 Processos de Fabricação de Rosca 11

2.3.1 Roscamento por Torneamento 12

2.3.2 Roscamento por Fresamento 17

2.3.3 Roscamento por Macho de Corte 22

2.3.4 Roscamento por Macho Laminador 26

2.3.5 Roscamento por Laminação – Processo Externo 33

2.3.5.1 Laminação Externa por Duas Placas 33

2.3.5.2 Laminação Gravação Única 34

2.3.5.3 Laminação Cilindro de Roscamento 37

2.4 Fluido Lubrificante 38

2.5 Esforços Mecânicos 39

Capítulo 3 – Materiais e Métodos

3.1 Recursos e Materiais 45

3.1.1 Primeira Fase: Análise Microdureza 45

3.1.1.1 Máquina Operatriz e Dispositivos 45

3.1.1.2 Ferramentas Processo de Roscamento 47

3.1.1.3 Material Aço ABNT – Corpo de Prova 50

3.1.1.4 Equipamentos de Teste – Análise Microdureza 51

3.1.2 Segunda Fase: Análise Esforços Mecânicos 52

3.1.2.1 Máquina Operatriz e Dispositivos 52

3.1.2.2 Ferramentas Processo de Roscamento 53

3.1.2.3 Material Aço ABNT – Corpo de Prova 54

3.1.2.4 Equipamentos de Teste – Esforços Mecânicos 54

3.2 Planejamento dos Experimentos 56

3.2.1 Primeira Fase – Experimento Microdureza 56

3.2.2 Segunda Fase – Análise Esforços Mecânicos 58

Capítulo 4 – Resultados e Discussões

4.1 Análise do Experimento – Microdureza 66

4.2 Análise do Experimento – Esforços Mecânicos 71

4.2.1 Momento Torçor (Mz) 74

4.2.2 Força Axial (Fz) 87

4.2.3 Força de Tração (KN) 91

Capítulo 5

Conclusão 98

Sugestão trabalhos futuros 100

Referências 102

1

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

O roscamento é um processo de transformação da matéria-prima, podendo

sua fabricação ser realizada por usinagem, por conformação ou por processo de

modelagem. A aplicação de cada método está relacionada ao produto a ser

manufaturado, atendendo ao perfil projetado e utilizando as ferramentas necessárias

para cada modelo de material.

O processo por corte ocorre com a retirada de material pelas ferramentas de

usinagem, modificando o produto e gerando o acabamento final desejado. A

conformação mecânica ou laminação estabelece o deslocamento de material até a

formação do produto com perfil acabado por meio da deformação plástica. Já o

processo de modelagem é realizado por meio de moldes predefinidos e com

aplicação da matéria-prima, determinando a formação do produto final. Nesse caso,

podem ser citados os métodos de injeção e sopro.

Atualmente, devido à competitividade e à evolução técnica nos métodos de

fabricação e das ferramentas aplicadas na geração das roscas, as empresas

buscam desenvolver processos mais robustos, eficazes, com capabilidade e com

melhor relação custo x benefício. Sendo assim, são relevantes e pertinentes estudos

sobre as características dos processos de fabricação de roscas e suas

especificidades.

Este trabalho visa a analisar o comportamento dos esforços mecânicos na

formação da rosca interna, comparando os processos de usinagem e de

conformação mecânica no material aço ABNT 1035. Para a formação da rosca,

foram estabelecidas escalas para os parâmetros de velocidade de corte e percentual

de fluido lubrificante com objetivo de verificar suas influências nos resultados do

momento torçor, força axial e força de tração ou cisalhamento.

Nos estudos apresentados neste trabalho, recomenda-se utilizar a

conformação na formação de roscas internas pelas vantagens na não formação de

cavaco, pela maior vida da ferramenta com menor desgaste e pela maior resistência

2

do perfil laminado. Com isso, a pesquisa busca comprovar que o processo de

fabricação de rosca por laminação possui parâmetros e características de maior

robustez, agregando maior qualidade ao produto final.

Esta pesquisa está dividida em cinco capítulos, os quais serão abordados

com os seguintes tópicos:

Capítulo 1 – Introdução: Informações sobre o tema estudado com objetivos e

estrutura do trabalho.

Capítulo 2 – Revisão de Literatura: informações técnicas e características do

material aço ABNT 1035. Quanto ao roscamento, serão citados os processos de

fabricação por torneamento, fresamento, macho de corte, macho de laminação e

laminação externa.

Capítulo 3 – Materiais e Métodos: abrange os recursos utilizados nesta

pesquisa e o planejamento dos experimentos.

Capítulo 4 – Resultados e Discussões: descreve a coleta de dados e

apresenta as análises estatísticas quanto à microdureza, momento torçor, força axial

e força de tração com relação aos experimentos realizados.

Capítulo 5 – Conclusão: analisa os resultados encontrados e apresenta

propostas para desenvolvimento de futuros trabalhos.

3

4

CAPÍTULO 2

REVISÃO DE LITERATURA

De acordo com os processos de fabricação de rosca, será conceituada a

norma técnica do roscamento e citados os métodos de torneamento, fresamento,

macho de corte, macho laminador ou conformação e por laminação externa. Serão

também abordados a especificação técnica do material utilizado neste experimento,

os tipos de fluido lubrificante e os esforços mecânicos gerados na formação do perfil

de rosca.

2.1 Aço ABNT 1035

O material abordado neste projeto é o aço de médio teor de carbono para o

processo de forjamento a quente. Conforme os requisitos da norma SAE J403:2001,

máximo aplicado na estrutura de 1,0%, é considerada a seguinte composição

química (Tabela 2.1):

Tabela 2.1 – Composição química do Aço ABNT 1035

Carbono Manganês Fósforo Enxofre

0,32 – 0,38% 0,60 – 0,90% 0,030% Máx 0,050% Máx

Fonte: Arcelor Mital (2013).

Na etapa de preparação do material, é realizado o processo de normalização,

que favorece a ductilidade sem a perda significativa da resistência à tração. De

acordo com Grefortec (2013, online), é o:

Tratamento térmico que consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica, seguido de resfriamento ao ar. O objetivo da normalização é refinar a granulação grosseira de peças

5

de aço fundido, laminado ou forjado. A normalização é ainda usada como tratamento preliminar à têmpera e ao revenido, justamente para produzir uma estrutura mais uniforme do que a obtida na laminação, por exemplo, além de reduzir a tendência ao empenamento e facilitar a solução de carbonetos e elementos de liga.

A preparação do material é relevante para garantir que as especificações

recomendadas sejam atendidas, contribuindo para a qualidade de fabricação do

produto. Na Figura 2.1, pode-se observar as etapas de aquecimento e a curva de

resfriamento pelo processo de Normalização.

Figura 2.1 – Gráfico ciclo de tratamento do recozimento pleno em resfriamento contínuo da Normalização e Têmpera

Fonte: Bolteri (2013).

Conforme especificação do processo de normalização, o material é aquecido

e possui o resfriamento mais acelerado do que o processo de recozimento. No

resfriamento, produzirá grãos de perlita e de ferrita, com objetivo de diminuir a

granulação grosseira da peça e de forma homogênea (SENAI, 2004).

6

2.2 Processo Roscamento

Conforme Stemmer (1992 apud MOTA, 2006, p. 6), “A terminologia e os

símbolos usados em roscas são definidos pela ABNT (Associação Brasileira de

Normas Técnicas), através da NBR 5876 – Terminologia e Simbologia de Roscas, a

qual segue em linhas gerais as normas ISO, DIN, ANSI”. A rosca pode ser definida

por uma superfície composta, gerada por um ou mais perfis, quando todos os seus

pontos descrevem hélices ou espirais cônicas coaxiais e de mesmo passo. Elas

podem ser consideradas de forma interna ou externa a uma peça.

De acordo com Cardoso (2012), o perfil de uma rosca é considerado

conforme a Figura 2.2, sendo classificado por diâmetro externo da porca (d),

diâmetro do parafuso (D), diâmetro menor da porca (d1), diâmetro menor do

parafuso (D1), diâmetros dos flancos da porca (d2), diâmetro dos flancos do parafuso

(D2), passo da rosca (P) e ângulo de flancos (α).

Figura 2.2 – Perfil rosca métrica ABNT 1988

Fonte: Cardoso (2012).

Conforme a Norma Brasileira ABNT NBR ISO 724 (2004), são calculados os

valores de D2 (diâmetro dos flancos do parafuso), d2 (diâmetro dos flancos da porca),

D1 (diâmetro menor do parafuso) e d1 (diâmetro menor da porca), conforme as

Equações 2.1, 2.2, 2.3 e 2.4:

7

[2.1]

[2.2]

[2.3]

[2.4]

Para Ribeiro, Peres e Isidoro (2013, p. 101), “rosca é um filete de perfil

constante enrolado, formando uma hélice, em torno de uma superfície cilíndrica. [...].

O avanço obtido em cada giro de 360º é chamado de passo da rosca, transformando

o momento circular em movimento retilíneo”.

Na fabricação de rosca por usinagem, conforme Black e Payton (2004), o

torneamento é o processo mais utilizado, sendo rosca interna ou externa, utilizando

ferramentas de única ou múltipla aresta. Os equipamentos relacionados a essa

operação podem ser tornos convencionais ou automáticos CNC.

Segundo Bretas (2009), as roscas são caracterizadas para processos de

fixação que determinam transmissão de movimentos. Seus objetivos referem-se

para prender dois ou mais elementos entre si, como porcas, parafusos, hastes

roscadas, acoplamentos e transmissão de movimentos, dentre outras aplicações

industriais.

Conforme Badami, Hege e Patterson (2003), as roscas são produzidas pelos

dois processos: de corte e de conformação. No processo de corte, são utilizadas as

ferramentas de uma ou mais arestas e, no processo de conformação, ferramentas

planas ou rolos laminadores com equipamentos automáticos específicos.

Considera-se que o processo de roscamento por usinagem torna-se

específico diante da complexidade de sua fabricação devido à necessidade da

remoção de cavaco e da lubrificação na região de formação dos filetes de rosca. O

processo de laminação requer também o controle de dimensão do pré-furo, o perfil

de laminação e a lubrificação interna para a fabricação da rosca.

8

2.2.1 Tipos de rosca

De acordo com Gordo e Ferreira (2000 apud MACIEL, 2013), as seções

uniformes dos filetes de rosca são destinadas para uma variabilidade de aplicações,

conforme as necessidades de cada processo. Os filetes, por sua vez, definem a

geometria de um segmento, ângulo perfil de rosca, passo e ângulo da hélice.

Conforme Maciel (2013), os filetes de roscas podem ser confeccionados na direção

direita ou esquerda, com aperto sentido horário à direita e à esquerda o anti-horário.

Na Figura 2.3, verificam-se os tipos de rosca e suas aplicações com descrição

técnica.

Figura 2.3 – Tipos de Rosca – Perfil de filete

Fonte: Gordo e Ferreira (2000 apud MACIEL, 2013).

9

Diante das especificações apresentadas na Figura 2.3, verifica-se que o

modelo do perfil de rosca está diretamente relacionado à sua aplicação e

funcionalidade. A seleção irregular do tipo de rosca pode ocasionar desgastes

prematuros em seu perfil e cisalhamento devido a esforços excessivos.

Dentre as nomenclaturas especificadas para os tipos de roscas, considera-se

que, para a rosca interna (porca) e para a rosca externa (parafuso), são

estabelecidas as mesmas especificações (CARMÉLIO, 2006). A Figura 2.4 descreve

as nomenclaturas para cada característica do perfil de rosca.

Figura 2.4 – Nomenclatura rosca métrica triangular e whitworth

Fonte: Adaptado de Carmélio (2006).

10

Na Figura 2.4, observam-se as nomenclaturas relacionadas à rosca métrica

triangular e à da rosca Whitworth. Para os dois tipos de roscas, existem a

similaridade entre as especificações dos diâmetros, a medição do passo e os

diferentes ângulos relacionados ao perfil da rosca.

De acordo com Barrios et al. (2011), a fabricação do perfil de rosca atende às

normas europeia e americana, que estabelecem suas características, dimensionais e

tolerâncias:

Normalização europeia M 10 – rosca métrica de 10 mm de diâmetro nominal, passo normal – se externa, tornear com diâmetro nominal e, se interna, furar seguindo indicações de tabelas de fabricantes de machos, observando se a rosca será feita com macho convencional ou com macho para prensar ou esmagar; M 10×1 – rosca métrica fina de 10 mm de diâmetro nominal e com 1 mm de passo; Tr 48×8 – rosca trapezoidal métrica de 30° com 48 mm de diâmetro nominal e 8 mm de passo; Tr 48×16-2E – rosca trapezoidal métrica, com 48 mm de diâmetro nominal, 16 mm de passo da rosca e de duas entradas à esquerda. Normalização americana 3/8” – 16 UNC-2 – rosca norte-americana grossa, diâmetro nominal de 3/8” com 16 fios por polegada (passo em mm é 25,4/16), da classe 2 de ajustagem; 1/4” – 20 BSW – rosca sistema Whitworth grossa, com 1/4” de diâmetro nominal e 20 fios por polegada (passo em mm é 25,4/20) (BARRIOS et al., 2011, p. 242).

Após as citações das normas europeia e americana do perfil de rosca, serão

abordadas no próximo tópico as especificações de ajuste e tolerâncias.

2.2.2 Campos de Tolerâncias

Nos campos de tolerância utilizados para as especificações de rosca, de

acordo com a Organização Internacional para Padronização (International

Organization for Standardization – ISO), referem-se para o furo (rosca interna) as

letras maiúsculas e para os eixos (rosca externa) as letras minúsculas. Essa

condição é seguida pela numeração que determina a qualidade do ajuste (IT01, IT0,

IT1, a IT16) (RIBEIRO et al., 2013).

Para Andrade (2014), os ajustes das roscas externas são discriminados pelos

8g, 6g e 4h e das roscas internas pelos 7H, 6H e 5H. Dentro dos tipos de tolerâncias

e nomenclatura, define-se como ajuste fino as especificações entre 5H com 4h,

11

ajuste médio entre 6H e 6g e ajuste grosseiro entre as roscas 7H e 8g. A Figura 2.5

ilustra as tolerâncias relacionadas às roscas interna e externa.

Figura 2.5 – Tolerâncias roscas métricas interna e externa

Fonte: adaptado da NBR ISO 965-1 (2004 apud ANDRADE, 2014).

Identifica-se na Figura 2.5 o campo de trabalho das especificações (H/h) e

(G/g) usualmente utilizadas para as roscas interna e externa em relação à linha base.

2.3 Processos de Fabricação de Rosca

Com relação à formação do perfil de rosca interno ou externo, podem ser

citados alguns processos que trabalham com a retirada de material como o

torneamento, fresamento ou por macho de corte, como também pode-se formar o

perfil de rosca pelos processos de injeção, sopro ou conformação por macho

laminador.

A respeito da definição do processo de fabricação, avaliam-se a especificação

técnica necessária para sua formação, os equipamentos convencionais ou

automáticos e o método com maior produtividade e qualidade.

Na Figura 2.6, verificam-se os métodos de usinagem, modelagem e por

conformação para a fabricação do perfil de rosca.

12

Figura 2.6 – Aplicações dos processos de fabricação de rosca por usinagem, modelagem e laminação

Fonte: adaptado de Sandvik (2010).

Conforme Souza (2011), o processo de roscamento é realizado por aberturas

de filetes e por abertura de sulcos helicoidais com passo uniforme em superfícies

cilíndricas ou cônicas de revolução. Para esse processo, a peça ou ferramenta entra

em rotação e uma delas se desloca segundo uma trajetória retilínea paralela ou

inclinada ao eixo de rotação.

A usinagem ou corte consiste no método de retirada de material. Nesse caso,

tem-se o processo de torneamento, que é caracterizado pelo movimento retilíneo da

ferramenta. No fresamento, o movimento é helicoidal e o processo por macho de

corte é realizado por movimento descendente. Nas seções seguintes, esses

processos serão abordados mais detalhadamente.

2.3.1 Roscamento por Torneamento

A fabricação de rosca pelo processo de torneamento pode ser realizada pela

ferramenta de simples ou múltiplas arestas. Considera-se também a prática da

ferramenta com cabeçotes automáticos com pentes, tangenciais radiais ou circulares

(STOETERAU, SCHROETER, WEINGAERTNER, 2004). Sua aplicação no mercado

13

é em grande escala devido à flexibilidade para fabricação de produtos e ajustes

dimensionais.

Os equipamentos relacionados para o torneamento são considerados em sua

evolução tornos universais, revólver, copiador, automático convencional e

automático CNC. A evolução dos equipamentos de usinagem refere-se à inovação

tecnológica que busca desenvolvimento progressivo de meios e recursos para

atender à necessidade de seus consumidores no intuito de aumentar a

competitividade no mercado industrial (BARRIOS et al., 2011).

Na perspectiva de Carvalho et al. (2012), as pastilhas podem ser de única ou

múltiplas arestas, atendendo às especificações do produto e processo. As pastilhas

de simples arestas proporcionam o modelo de aplicação para diferentes tipos de

roscas e passos, enquanto as pastilhas de multiarestas determinam passos

específicos e aplicados para processos com alta produtividade. Para a seleção da

melhor ferramenta, deve-se analisar a viabilidade e a flexibilidade de que o processo

possa necessitar. A utilização de pastilha múltipla proporciona alta produtividade por

abranger dois ou mais perfis de rosca. Porém, devido à particularidade e por ser em

classe especial, a ferramenta mantém um custo maior em comparação com a

pastilha de única aresta.

Nas Figuras 2.7 (A) e (B), podem ser visualizados os modelos de insertos

aplicados para os processos internos e externos e os perfis das pastilhas simples e

multiarestas.

14

Figura 2.7 (A) – Ferramentas de roscar e pastilhas. (B) – Ferramentas plana e circular. Ferramentas para rosca direita e esquerda

(A) (B)

Fonte: adaptado de Stoeterau et al., (2004).

Na Figura 2.7 (A), constam os tipos de ferramentas e insertos de metal duro

para utilização de roscas interna e externa e, em (B), as ferramentas de torneamento

por pentes ou multiarestas para aplicações específicas.

De acordo com Souza (2011), o roscamento por torneamento é um processo

mecânico de usinagem destinado à fabricação de filetes, por meio de abertura ou

sulcos helicoidais de passo uniforme, em superfície cilíndrica ou cônica de revolução.

Nesse processo, a peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca

simultaneamente segundo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada ao eixo de

rotação, podendo ser realizado de formas interna e externa, conforme a Figura 2.8.

Figura 2.8 – Roscamento por torneamentos interno e externo

Fonte: adaptado de Souza (2011).

15

A formação do filete de rosca interno ou externo pode ser referenciada pelo

produto a ser usinado ou por equipamento, sendo: pelo produto, rosca direita e

esquerda, e pelo equipamento, ferramenta à direita ou à esquerda. Para o processo

de roscamento em direção à fixação, consideram-se como vantagens a melhor

estabilidade do processo e os suportes e calços montados que podem ser utilizados

em diferentes operações (SOUZA, 2011).

As Figuras 2.9 e 2.10 ilustram, respectivamente, conforme Secotools (2012),

o roscamento em direção à fixação com a rosca à direita e à esquerda e o

roscamento a partir da fixação do produto, proporcionando também as roscas à

direita e à esquerda.

Nota-se que o processo, a partir da fixação, proporciona que o fluxo de

cavaco seja direcionado corretamente, porém torna-se necessária a fixação exata

das ferramentas para garantir a estabilidade da formação da rosca.

Figura 2.9 – Roscamento por torneamento em direção à fixação

Fonte: Secotools (2012).

Figura 2.10 – Roscamento por torneamento a partir da fixação

Fonte: Secotools (2012).

Outro ponto importante no rendimento e eficácia no processo de usinagem é a

seleção das pastilhas (insertos) quanto à sua composição e estrutura para os

diversificados materiais a serem usinados. Para essa classificação, de acordo com

Klauberg (2009), foi instituída a ISO 513, com o objetivo de regulamentar as classes

16

das pastilhas e garantir melhores eficiência e rentabilidade devido à variabilidade

dos materiais que recebem o processo de roscamento. A Tabela 2.2 identifica as

categorias e as especificações dos materiais.

Tabela 2.2 – Classes de materiais ferramentas de usinagem

P � Aplicação em aços em geral;

M� Aplicação em aços inoxidáveis;

K � Ferros fundidos;

N � Metais não ferrosos;

S � Superligas e ligas resistentes ao calor;

H � Materiais endurecidos.

Fonte: Klauberg, (2009).

Para realizar o processo de fabricação de rosca, determina-se o método de

corte ou o tipo de penetração da pastilha no produto. Para esta seleção, conforme

Sandvik (2010), classificou-se por penetração por flanco modificado (A), penetração

radial (B) e penetração alternada pelos flancos (C). Os tipos de penetrações durante

o processo de usinagem influenciam diretamente o controle do cavaco, a qualidade

do perfil de rosca e a vida da ferramenta.

Na Figura 2.11, pode-se visualizar o sentido de corte e as divisões realizadas

para cada penetração da pastilha.

17

Figura 2.11 – Tipos de penetração da pastilha no processo de usinagem

Fonte: adaptado de Sandvik (2010).

A Figura 2.11 identifica a influência da pastilha no processo de penetração por

flanco modificado, por penetração radial e por penetração alternada pelos flancos.

Após a abordagem dos processos por torneamento, no próximo tópico, será

apresentado o roscamento por fresamento.

2.3.2 Roscamento por Fresamento

Na visão de Araújo et al. (2004 apud BRETAS, 2009), existem formas de

processo para abertura de roscas por fresamento, de acordo com o tipo de

ferramenta a ser aplicado, sendo processo interno ou externo. Na Figura 2.12 (a),

consta a formação de rosca a partir de uma ferramenta por perfil único que realiza

cada passo em movimento de rotação com deslocamento axial, uma ferramenta

pastilha perfil múltipla com somente um lado de corte (b) e uma ferramenta fresa

com perfil helicoidal com múltiplas arestas, onde é gerado um movimento combinado

de rotação da ferramenta (c).

A aplicação e a seleção de cada ferramenta são estabelecidas a partir da área

e região disponíveis de interpolação e do número dos filetes necessários.

18

Figura 2.12 – Aplicações processo de fresamento

Fonte: Araújo et al. (2004 apud BRETAS, 2009).

Conforme Araújo et al. (2004 apud CARVALHO, 2011), o processo de

roscamento torna-se flexível devido à ferramenta utilizada estar apta para determinar

outras especificações de rosca de mesmo passo. Nesse caso, utiliza-se a mesma

ferramenta para fabricação de roscas maiores, sendo analisado o percurso helicoidal

da ferramenta devido às perdas excessivas de movimentação.

O processo de abertura de rosca por fresamento, segundo Cardoso (2012),

possui a técnica denominada thread milling. Nesse processo, a ferramenta macho

fresa realiza a fabricação de rosca em uma superfície com pré-furo, executando

conforme especificado a seguir:

Na etapa (1) a ferramenta é posicionada. Na etapa (2) a ferramenta se desloca para baixo até a posição onde será iniciada a usinagem, enquanto executa um movimento axial, a certa velocidade de avanço, até a profundidade radial de corte selecionada. Em (3) a ferramenta executa um movimento de entrada na peça e na etapa (4) ela percorre uma trajetória helicoidal para cima no furo e para uma volta completa. Na etapa (5) a ferramenta volta para o eixo central do furo, sem deslocamento vertical. Finalmente em (6) a ferramenta desloca na direção vertical (CARDOSO, 2012, p.24).

Na Figura 2.13, estão citadas as etapas de aproximação e usinagem para o

processo de roscamento interno realizado pela ferramenta macho fresa, deslocando-

se sentido anti-horário em relação ao diâmetro do furo interno.

19

Figura 2.13 – Etapas do processo de fresamento interno


Na perspectiva de Lee, Kasten e Nestler (2013), ocorre o movimento de

interpolação helicoidal com a ferramenta no sentido horário ou anti-horário para o

processo de fabricação de rosca interno ou externo. A execução do movimento

helicoidal é realizada junto ao movimento circular no plano de coordenadas x e y

com o movimento simultâneo linear perpendicular ao plano de trabalho.

Em comparação ao processo de roscamento externo, a ferramenta realiza as

seguintes etapas para fabricação da rosca:

1) Posicionamento da ferramenta.

2) Deslocamento vertical da ferramenta, aproximado do pino que será usinado.

3) A ferramenta executa o movimento de entrada na peça com velocidade de corte e

avanço.

4) A ferramenta percorre uma volta completa, realizando a usinagem da rosca.

5) A ferramenta retorna para a posição lateral.

6) A ferramenta desloca-se na vertical para a posição original (LEE et al., 2013).

Visando ao melhor rendimento e à otimização na fabricação de rosca,

Stephenson e Agapiou (1996) e Grzesik (2008 apud CARDOSO, 2012) estudaram o

processo combinado de furação e a abertura da rosca na mesma ferramenta. Esse

procedimento é conhecido por thrilling. Na Figura 2.14, analisam-se as etapas do

processo de furação e fresamento com entrada da ferramenta com movimento

20

descendente executando o furo e o chanfro (a); na próxima etapa, ela realiza o

movimento lateral determinando o raio do furo (b); na etapa (c), a ferramenta se

desloca no sentido helicoidal em torno do eixo, determinando o perfil de rosca. Caso

a profundidade de corte não seja necessária em um passe de rosca, deve-se repetir

a etapa (c), agregando a nova profundidade de corte. Na etapa (d), ocorre o retorno

ao centro do furo; e, finalmente, na etapa (e), desloca-se verticalmente na

ascendente.

Figura 2.14 – Etapas do processo de fresamento interno por thrilling

Fonte: Araújo et al. (2004, apud CARVALHO, 2011)

Segundo Bretas (2009), no processo de thrilling, a ferramenta broca-fresa

possui maior fragilidade estrutural devido às aberturas helicoidais para escoamento

do cavaco gerado na furação. O processo thrilling não é recomendado para

processos com diâmetros menores com comprimentos grandes.

A ferramenta de fresar pode ser utilizada para formação de roscas à direita e

à esquerda e geradas nos processos interno e externo. Esse processo tem

característica bem diversificada por atender a diferentes aplicações de rosca com a

mesma ferramenta, mudando apenas o sentido de corte.

Para o método de usinagem, a interpolação helicoidal deve ser usada para

21

criar o passo e para determinar os sentidos horário e anti-horário, dependendo do

tipo de rosca. No fresamento concordante com hélice à direita, a usinagem é no

percurso ascendente e helicoidal, e para o processo discordante, a ferramenta inicia

no topo e realiza a usinagem helicoidal descendente até a profundidade especificada

(ANDRADE, 2014). Nesse método, considera-se também que o método concordante

estabelece que os movimentos de rotação do macho fresa e de avanço da peça

estão no mesmo sentido. Diante disso, pode-se oferecer maior vida da ferramenta.

Na Figura 2.15, dentro dos processos de rosca interno e externo, identifica-se

a composição dos movimentos, do sentido de corte e do posicionamento da

ferramenta.

Figura 2.15 – Movimento circular da ferramenta no fresamento interno e externo

Fonte: adaptado de Sandvik (2012 apud ANDRADE, 2014).

Na Figura 2.15, de acordo com Andrade (2014), a ferramenta pode realizar o

perfil de rosca em um único passo ou efetuar mais passos até a profundidade

especificada para amenizar os esforços de corte nas arestas de corte.

Dentro do processo de fresamento, Smith (2008 apud. BRETAS, 2009)

estabelece três formas de entrada da ferramenta: entrada linear (a), entrada circular

22

com ¼ de círculo (90 graus) e entrada circular com semicírculo (180 graus). A Figura

2.16 ilustra os métodos de interpolação no processo de fresamento.

Figura 2.16 – Aplicações de entrada da ferramenta no fresamento interno

Fonte: adaptado de Smith (2008 apud BRETAS, 2009).

Para a entrada linear, estabelece-se o processo de corte entre o material e o

diâmetro periférico da ferramenta com maior ângulo de contato. Nesse caso, geram-

se marcas no material na entrada do macho fresa. O segundo método, entrada

circular com ¼ de círculo, é utilizado em processos com divergências no diâmetro de

pré-furo, onde a correção torna-se necessária para o acabamento da rosca. No

terceiro método de entrada circular com semicírculo 180 graus, o carregamento da

ferramenta é menor em comparação aos métodos anteriores devido ao menor

ângulo de contato no início do corte. Quanto ao tempo de fabricação, o terceiro

método utiliza maior tempo devido ao percurso da ferramenta na formação da rosca

(BRETAS, 2009).

2.3.3 Roscamento por Macho de Corte

De acordo com Tsuruda (2010), o roscamento interno com macho de corte é

referenciado pela retirada de cavaco do produto usinado, pois o diâmetro da broca é

menor que o diâmetro externo do macho de corte. O roscamento torna-se complexo

devido aos ajustes necessários no processo para evitar o erro de sincronismo entre

o movimento de rotação e de avanço da ferramenta, a quebra do macho devido ao

23

desgaste prematuro e o desalinhamento entre a ferramenta e o pré-furo devido à

variação do diâmetro interno.

Já para Barrios et al. (2011), a aplicação do macho de corte é relacionada

com o diâmetro do furo a ser preparado com a broca, e sua seleção depende do tipo

de rosca a ser fabricado.

Os machos podem ser helicoidais ou de canais retos, fabricados em aço rápido ou metal duro. Podem ser usados em furos cegos (helicoidais, pois forçam o cavaco a ser removido do furo) ou furos passantes (canais retos), com sincronismo da rotação da máquina com o avanço. As velocidades excessivas causam maior desgaste, acabamento ruim, rebarbas, má qualidade da rosca, entre outros danos. (BARRIOS et al., 2011, p.292).

A ferramenta macho de corte possui características de fabricação (canal

helicoidal ou reto) para cada aplicação de processo e material a ser usinado. O

material da ferramenta e o tratamento superficial proporcionam maior durabilidade

(vida útil) e acabamento superficial do produto usinado. Na Figura 2.17, observam-

se as descrições para cada segmento da ferramenta de roscar com canal helicoidal

e sua geometria.

Figura 2.17 – Macho de corte com canal helicoidal

Fonte: Moraes (2010).

Pode-se observar também as especificações e pontos de interface com o

porta-ferramenta a ser montado e as características para fabricação da rosca, como

24

os canais helicoidais e o comprimento de rosca cilíndrica.

Em conformidade com Mota (2009), o roscamento com macho é de fácil

aplicação e é citado com alta eficiência de processo. Dentre os pontos positivos para

esse processo, pode-se citar sua produtividade e economia para roscas menores,

menor tempo de ajuste, equipamentos ociosos e sua utilização em altas velocidades

de corte e maior vida da ferramenta. Ainda conforme Baker (2003 apud MOTA, 2009),

a ferramenta de corte pode variar a sua geometria a partir do tipo de material a ser

usinado, usinagem com pré-furo ou cheio, a seco ou com refrigeração. Os chanfros

são caracterizados como curtos de um a dois filetes de rosca, recomendados para

os furos cegos, chanfros médios, característica para furos passantes. Em sua

estrutura, constam de três a cinco filetes de rosca e o chanfro longo, recomendado

para furos passantes para utilização em alta produção.

Na Figura 2.18, observam-se as particularidades e as características da

ferramenta macho de corte, com os canais para escoamento de cavaco, região

cônica de início de usinagem, região de maior desgaste e as superfícies de saída e

de folga da ferramenta.

Figura 2.18 – Descrições ferramenta macho de corte


A ferramenta macho de corte possui especificações de refrigeração interna,

25

que proporciona atividades com parâmetros de processo acima da especificação

nominal, com menor variação no diâmetro interno e melhor acabamento do produto

usinado.

De acordo com Maciel (2013), os tipos de machos de corte são classificados

conforme sua aplicação e tipo de material a ser usinado. Na Figura 2.19, identificam-

se os modelos dos canais e suas aplicações.

Figura 2.19 – Tipos de canais reto e helicoidal da ferramenta macho de corte

Fonte: adaptado de Catto (2004 apud MACIEL, 2013).

Avalia-se que os diferentes tipos de canais atuam nas condições específicas

do tipo de equipamento, do cavaco gerado na fabricação da rosca e da lubrificação,

para proporcionar melhor condição de trabalho e maior vida da ferramenta.

26

2.3.4 Roscamento por Macho Laminador

A ferramenta macho laminador, segundo Ivanov e Kirov (1997), possui

característica similar à ferramenta de corte com a região de haste e a região de

trabalho. Nesta, constitui o chanfro e o diâmetro, que compõem os filetes que serão

gerados a rosca, conforme identificados na Figura 2.20. Na seção (AA), visualiza-se

a seção transversal da ferramenta, com os pontos de contato (a,b), que podem ser

paralelos ou dispostos em hélice. Na seção B, consta o chanfro da ferramenta com

os diâmetros (d0, d1 e d2) e o ângulo кr.

Figura 2.20 – Nomenclatura ferramenta macho laminador

Fonte: Ivanov e Kirov (1997).

O processo de laminação de rosca interna consiste na formação do perfil de

rosca a partir da compressão exercida pela ferramenta macho laminador no diâmetro

interno do produto. Já no processo de rosca por usinagem, a estrutura granular do

material está sendo cortada durante o processo. Para Agapiou (1994 apud BRETAS,

2009, p. 18):

27

A principal diferença entre a rosca laminada e usinada é a alta resistência mecânica nos filetes conformados pelo processo de laminação, o que é mostrado na orientação das fibras do material. A não geração de cavacos e a alta durabilidade da ferramenta também são vantagens do processo de laminação a serem consideradas.

Segundo Guhring (2012), para a formação da rosca laminada, o material

torna-se mais resistente devido à sua compressão, não havendo região de

escoamento. Além disso, o processo de laminação proporciona uma superfície com

menor rugosidade, maior precisão e qualidade na dimensão do produto e maior

velocidade na formação do perfil de rosca. Na Figura 2.21, identifica-se a ilustração

da ferramenta macho laminador.

Figura 2.21 – Ferramenta macho laminador

Fonte: Moraes (2010).

Dentro das vantagens sinalizadas, é importante comprovar as características

do processo de laminação em comparação ao processo de corte na fabricação de

roscas M14x1,5, visando à quantificação das vantagens atribuídas nas variáveis

consideradas por este estudo, sendo elas a análise de microdureza e a dos esforços

mecânicos.

Na Figura 2.22, está representado o perfil da rosca no processo de laminação.

28

Figura 2.22 – Perfil rosca laminada – modificado

Fonte: Bretas (2009).

Verifica-se, na Figura 2.22, que o perfil de rosca laminado possui

característica específica devido à conformação do material interno.

Para a formação do perfil de rosca no processo de laminação, ocorre o

deslocamento de material entre o contato da ferramenta e a peça. Diante disso, ele

possui um perfil específico, divisão na crista (split crest), devido ao escoamento de

material (FROMENTIN et al, 2004). Ainda segundo os autores, a conformação e a

formação da rosca dependem do diâmetro do pré-furo. Quanto menor o diâmetro do

pré-furo, menor será a divisão na crista da parte superior. O perfil de conformação do

filete de rosca com a divisão na crista pode ser visualizado na Figura 2.23.

Figura 2.23 – Divisão na crista – perfil rosca laminada

Fonte: Fromentin et al. (2004).

Perfil rosca

laminada

29

De acordo com Emuge (2009, p. 15), a ferramenta macho laminador possui

um redutor nas guias de trabalho onde a linha da rosca helicoidal aumenta

gradualmente até o diâmetro especificado da ferramenta: “no processo de laminação,

a redução de guia gera a rosca com ajuda das arestas de laminação, que entram na

peça de trabalho de forma sucessiva e na direção radial, a formar o perfil da rosca”.

Conforme Ivanov e Kirov (1997) e Fromentin et al. (2004), o processo de

laminação possui vantagens sobre o processo de corte devido à sua maior eficiência,

melhor resistência, maior vida da ferramenta e melhor qualidade superficial no perfil

de rosca.

Na laminação, durante a fabricação do perfil de rosca, não ocorre formação

de cavacos. Diante disso, conclui-se um processo com menos falhas inerentes ao

acúmulo de resíduos nas arestas postiças de corte (APC) (USINAGEM BRASIL,

2012). Além disso, esse processo proporciona uma resistência à tração de 20 a 30%

maior em comparação ao processo de fabricação por corte.

A estrutura e a formação da ferramenta macho laminador possuem

particularidades que oferecem vantagens e características específicas para o

processo de laminação. O perfil poligonal obtém maior influência nas arestas de

contato com o produto fabricado e proporciona os movimentos de fluxo de material

para a formação do filete de rosca. A Figura 2.24 representa a forma poligonal e a

simbologia das ranhuras que proporcionam a lubrificação.

Figura 2.24 – Forma poligonal – macho laminador

Fonte: Emuge (2010 apud CARVALHO, 2012).

30

Na forma poligonal citada anteriormente, identificam-se os pontos de contato

da ferramenta em relação ao diâmetro do furo do material. Dessa forma, os

intervalos ou espaços em vazio são utilizados para fluxo do fluido lubrificante e

também da velocidade de fluxo de material a ser conformado na formação da rosca.

Para Ivanov e Kirov (1997), existem diferentes formas poligonais para

aplicação do macho laminador, porém cada modelo com sua aplicação específica de

acordo com o material projetado para conformação. Esta é controlada pelo perfil

excêntrico da ferramenta, proporcionando a formação do perfil de rosca e auxiliado

pelo fluxo de fluido nos canais de lubrificação. Na Figura 2.25, identificam-se os

diferentes modelos de perfis poligonais aplicados na conformação de materiais.

Figura 2.25 – Formas poligonais – macho laminador

Fonte: Ivanov e Kirov (1997).

Conforme a Figura 2.25, visualiza-se o perfil poligonal da ferramenta, o qual

estabelece maior rigidez e estabilidade para o processo de formação de rosca.

A geometria da ferramenta para a laminação interna distribui-se de forma

homogênea, proporcionando que todas as arestas entrem em contato com o produto,

favorecendo melhor distribuição do desgaste. O formato poligonal, característica

fundamental da ferramenta, reduz a fricção e o calor entre esse e o produto durante

o processo de laminação (USINAGEM BRASIL, 2012).

Outro ponto determinante para o início do processo de laminação é a redução

de guia determinada conforme DIN 2175. De acordo com Emuge (2009), têm-se três

31

formas de chanfros determinadas pelas identificações C, D e E, e,

consequentemente, as seguintes reduções de guia, 2 a 3.5 fios, 3.5 a 5.5 fios e

menor que 2.0 fios, conforme a Figura 2.26.

Figura 2.26 – Formas de reduções de guia – macho laminador

Fonte: Emuge (2009).

Dentro dos perfis de redução de guia na Figura 2.26, cita-se a inclinação ou

ângulo de entrada da ferramenta como a diversidade dos modelos C, D e E. Dos

modelos apresentados, o item D representa menor esforço de entrada devido à

maior distribuição da carga aplicada durante a formação da rosca.

Na visão de Pereira (2014), os ângulos de entrada e retorno das ferramentas

proporcionam o comportamento do momento torçor na formação da rosca, e sua

conicidade determina a distribuição da deformação do material em vários dentes da

região cônica.

Para Campos (2013), a utilização dos machos laminadores é mais produtiva e

a ferramenta com chanfro na forma C é recomendada para aplicações de furos

cegos e passantes.

Conforme Emuge (2010 apud CARVALHO, 2011), o objetivo do comprimento

de entrada de redução de guia é favorecer o alinhamento e o batimento da

ferramenta no início do processo de laminação. A redução de guia nas ferramentas

proporciona também menor esforço por filete de rosca, tornando-se gradativo à

formação da rosca.

32

De acordo com Fromentin et al. (2010), o processo de laminação é muito

interessante e econômico em comparação ao processo de corte, devido à maior vida

da ferramenta, à maior confiabilidade e à não formação de cavaco durante a

fabricação de rosca. Nesse processo, também, não ocorrem erros de forma no perfil

de roscado e apresentada resistência à tração superior particularmente nos flancos

da rosca devido ao fluxo ininterrupto dos grãos e do processo de formação da rosca,

o que reduz o risco de ruptura através de sua concepção rígida.

Conforme DIN 8583, citado por Guhring (2012), a formação da rosca por

laminação é o processo de compressão da ferramenta utilizada com o produto ou a

peça no perfil de espiral. A parte poligonal das ferramentas é inserida no produto pré-

furado com rotação e avanço iniciando a formação de rosca a partir do passo de

avanço. O perfil de rosca é gerado gradativamente a partir da entrada da ferramenta

(macho laminador) no produto a ser trabalhado. O processo de laminação ocorre

devido à compressão e deformação que excede o limite de compressão.

A homogeneidade do pré-furo, tanto no diâmetro, ovalização ou

concentricidade, pode ocasionar maior esforço e carga radial na ferramenta,

reduzindo sua vida e, consequentemente, um perfil de rosca irregular, como também

a sua quebra. Dessa forma, estabelece-se que os controles de preparação do pré-

furo, dos diâmetros e de conicidade são fundamentais para a estabilidade do

processo de roscamento por laminação.

Na Figura 2.27, é representada a deformação e a conformação do material no

início do filete de rosca a partir do início de entrada da ferramenta.

Figura 2.27 – Processo de formação do perfil de rosca laminada

Fonte: Guhring (2012).

33

Verifica-se em três etapas, a deformação gradativa dos perfis de rosca com a

demarcação do chanfro da ferramenta. De acordo com a Figura 2.27, têm-se: D para

diâmetro nominal, D2 para diâmetro flanco, Dk diâmetro furo, H altura do perfil e P

para o passo. Avaliam-se também a deformação das fibras do aço e sua formação

completa.

O sistema de lubrificação, como aplicado no roscamento por corte, obtém as

vantagens de refrigeração do processo e melhor escoamento do material durante a

formação da rosca, como também beneficia o rendimento da ferramenta. A

lubrificação no roscamento evita que o material seja acumulado nos flancos dos

filetes de rosca e assegura que o torque necessário para o processo de formação

não seja superior ao especificado. Importante ressaltar a preferência dada aos

lubrificantes com características de arrefecimento e aditivos necessários para o

processo de laminação. Quanto melhor a lubrificação, melhor o processo de

formação de rosca. Outro ponto relevante é a utilização do fluido lubrificante com

aditivos químicos, o que proporciona maior estabilidade na refrigeração e,

consequentemente, maior vida da ferramenta.

2.3.5 Roscamento por Laminação – Processo Externo

O processo de laminação externa por placas planas ou rolos aplica-se a um

processo produtivo, com qualidade do perfil roscado (CARVALHO, 2011), e atende a

diversificados produtos com pequenos e grandes diâmetros. Geralmente, o método

de fabricação é a frio, proporciona maior resistência ao material e também é aplicado

aos produtos com passo mais fino (KHARAGPUR, 2008). Os modelos de laminação

externa utilizam pares de matrizes ou rolos laminadores conforme listados a seguir.

2.3.5.1 Laminação Externa por Duas Placas

Neste processo, são utilizados dois encostos planos, onde um dos eixos

realiza o movimento linear paralelo (CARVALHO, 2011). Conforme Kharagpur (2008),

34

nesse método, é utilizada uma placa fixa e a outra se desloca paralelamente

conforme ilustrado na Figura 2.28.

Figura 2.28 – Laminação de rosca com encosto plano

Fonte: Kharagpur (2008).

Na laminação externa entre placas planas, existem três aplicações de

processo: Horizontal, onde é mais utilizada no mercado industrial; aplicação Vertical,

que auxilia no escoamento de cavaco e com otimização de espaço físico; e o modelo

Inclinado, que, diante da complexidade, intera os benefícios dos processos

horizontais e verticais.

2.3.5.2 Laminação Gravação Única

O processo de gravação única é direcionado para altas produtividades com

eixos contínuos ou peças de pequenos e grandes portes. Sua atividade é realizada

pelo sentido rotacional dos rolos sobre eixos, conforme Figura 2.29, e um deles

realiza a movimentação contra a peça posicionada no dispositivo (régua) no centro

de trabalho (CARVALHO, 2011).

35

Figura 2.29 – Laminação externa por gravação única

Fonte: Batalha (2003) adaptado por Carvalho (2011).

Apesar de proporcionar produtos com roscas de grandes comprimentos, o

conjunto de matrizes circulares ocupa poucos espaços. Os ajustes, a montabilidade

e a manutenção são acessíveis ao operador proporcionando maior produtividade

para esse processo. De acordo com Dubbel (1979), com pressão por rolos

laminadores, os parâmetros de tempo e velocidade de laminação são ajustáveis,

considerando o limite de curso após ajuste automático para fabricação de rosca com

a profundidade desejada.

As ferramentas por rolos laminadores podem ser utilizadas nos equipamentos

automáticos e semiautomáticos a partir dos cabeçotes axiais, radiais e tangenciais,

exercendo o processo de conformação de rosca por fechamento dos rolos

laminadores. Na Figura 2.30, verificam-se os tipos de rolos de laminação com o seu

princípio de funcionamento.

36

Figura 2.30 – Tipos de rolos de laminação externa

Fonte: Fette (2012 apud MACIEL, 2013).

37

2.3.5.3 Laminação Cilindro de Roscamento

Segundo Carvalho (2011), o processo de laminação com cilindro de

roscamento é realizado para alta produtividade, da qual o produto é direcionado por

alimentadores e ciclos automáticos do equipamento. Esse sistema, Figura 2.31, é

composto da ferramenta laminadora posicionada e rotacionando sobre seu eixo e do

segmento de rosca, na qual o produto permanece apoiado para fabricação da rosca.

Figura 2.31 – Laminação cilindro de roscamento (modificado)

Fonte: Kharagpur (2008).

O modelo de laminadora de cilindro de roscamento é recomendado para os

processos com alta produtividade devido à alimentação dos produtos automática por

gravidade (KHARAGPUR, 2008).

Conforme Gouveia (2012), o processo de fabricação de rosca por laminação

externa e contínua é realizado sob pressão dos rolos laminadores em contato com a

peça a ser produzida, até a profundidade total para formação do perfil de rosca.

38

2.4 Fluido Lubrificante

Atualmente, nos processos de fabricação, a lubrificação é abordada de forma

especial diante de sua importância e sinergia para cada aplicação. Os fluidos de

corte podem ser classificados em sólido, líquido e gasoso (KLAUBERG, 2009).

Nos sólidos, tem-se como característica principal a lubrificação e podem ser

citados em sua composição o grafite e o bissulfeto de molibidênio.

Já nos líquidos, podem ser classificados em óleos puros, óleos emulsionáveis

e fluidos químicos. Os óleos puros não possuem água em sua composição e podem

ser integrais, sintéticos, vegetais ou mistos. Os óleos emulsionáveis são compostos

de óleo, água e emulsificadores. Possuem boa refrigeração e antioxidação e baixa

lubrificação. Nos fluidos químicos, sua composição é à base de água, sais orgânicos

e inorgânicos. Têm como principais propriedades excelente refrigeração e baixa

lubrificação (LISBOA; MORAES; IRASHITA, 2013).

Para o método gasoso, ar, dióxido de carbono, nitrogênio e vapor compõem

sua base, e sua principal propriedade é a refrigeração.

As lubrificações podem ser em alta pressão, Mínima Quantidade Lubrificante

(MQL), e a seco.

De acordo com Santana et al, (2010 apud SILVA, 2014), os aditivos alteram

as propriedades dos lubrificantes que melhoram seu desempenho e auxiliam nas

características específicas, como a tendência à corrosão, espumas, oxidação,

desgaste prematuro e atrito, principal fonte de calor nos processos de usinagem e

conformação.

Dentro dos trabalhos técnicos de fluido lubrificante (MOTA, 2009) nos

processos de usinagem, a aplicação do MQL favorece não só as questões

financeiras devido à economia a ser gerada no processo, mas as condições

ambientais e a saúde dos funcionários que trabalham em contato direto com os

produtos lubrificantes.

Os estudos relacionados ao MQL comprovam sua eficiência. Na perspectiva

de Mota (2009), é economicamente viável em comparação ao processo a seco e

também comparado aos óleos e emulsões. Porém, o autor também cita que alguns

estudos permanecem inconclusivos quanto aos rendimentos dos recursos utilizados

39

nos processos como máquina-ferramenta, sobre as ferramentas de corte e outras

referências do efeito ambiental gerado.

Em complemento aos estudos de MQL, conforme Costa (2004 apud MOTA

2009) e Mota (2006), os estudos comprovaram, para os materiais de baixa

usinabilidade e velocidade de corte baixa, a eficiência da utilização da mínima

quantidade de lubrificante, sendo completamente viável sua aplicação.

Para a lubrificação nos processos com furo cego, a aplicação do fluido é

restrita e a retirada do cavaco do furo torna-se complexa. Para Lorenz (1980 apud

HAAG; AMANCIO 2012), as ferramentas são projetadas em sua grande maioria com

canais para a saída dos cavacos. Isso acarreta a resistência mecânica que interferirá

diretamente nas projeções de torque na formação da rosca.

No que se refere à utilização do fluido lubrificante nos testes experimentais e

em produção sequenciada, Fromentin et al. (2004) citaram essa influência no

aumento da dureza durante a formação da rosca e também com o objetivo de evitar

futuros desgastes ou avarias nas ferramentas.

2.5 Esforços Mecânicos

A análise da aplicação de força sobre as roscas serve para determinar o limite

de esforço que o produto ou componente poderá exercer ou suportar em seu

trabalho. Os testes com rosca interna em sua maioria são realizados a partir da

fixação com parafusos com resistência maior ao corpo de prova, a fim de não

influenciar ou interferir nos resultados experimentais.

De acordo com Fromentin et al. (2004), nos testes experimentais de análise

de força para o aço C22, foi utilizado o parafuso de fixação aço C70, com objetivo de

quantificar e comparar as características do perfil de rosca pelo processo do macho

de corte e pelo macho laminador.

Nesse estudo, nota-se que o material C22 para o processo de laminação

obteve a força de ruptura 27% maior que o processo com macho de corte. Esse

percentual é atribuído devido ao encruamento de material na região da rosca,

proporcionando maior força de cisalhamento. Na Figura 2.32, identifica-se o

comparativo entre os processos para o aço C22, com as forças de tração aplicadas,

40

e o percentual de resistência entre o processo de corte e o laminado.

Figura 2.32 – Força de tração das roscas formadas pelo processo de corte e de laminação

Fonte: Fromentin et al. (2004).

Identifica-se, nesse processo, a diferença no perfil de rosca formado para o

processo de corte e o split crest devido à conformação do material para o perfil

laminado dos aços C22 e C70.

Conforme Haag e Amancio (2012), dentro dos processos de usinagem e

conformação, as características e variáveis que mais influenciam na formação de

rosca são o momento torçor (torque) e o esforço axial. Essas grandezas geram

interferência direta das condições de corte das ferramentas, processo de lubrificação,

atrito e profundidade de corte. Ainda segundo os autores, é importante obter

conhecimento dos valores de torque e esforço axial para identificar as aplicações e

direções das forças, os parâmetros e o dinamismo do processo.

Na Figura 2.33, identifica-se a leitura do torque nas etapas do processo de

formação da rosca.

41

Figura 2.33 – Gráfico de Torque (Nm) nas etapas de usinagem, parada e retorno da ferramenta macho de corte

Fonte: Pereira (2010).

Para o início do contato da região cônica da ferramenta com a peça, inicia-se

a leitura de torque até o diâmetro final, onde é possível visualizar em determinado

período os valores elevados gerados pela formação da rosca. Identificado no gráfico

no qual se conseguiu estabelecer o período de parada da ferramenta e também o

seu retorno, notam-se nessa inversão os valores negativos referentes a esse

processo até o seu ponto inicial de repouso da ferramenta.

Nas análises do comportamento gráfico para os experimentos com variáveis

de resposta força axial (Fz) e momento torçor (Mz), de acordo com Carvalho (2011),

identifica-se que, para ambos os gráficos, há um padrão ou etapas definidas como

leitura do ciclo de roscamento, divididos na parte cônica e na parte cilíndrica, e na

leitura do retorno da ferramenta.

Na Figura 2.34, consta a análise do momento torçor (Nm) para velocidade de

corte 100 m/min. com diâmetro inicial pré-furo de 9.3 mm.

42

Figura 2.34 – Gráfico do Momento Torçor (Nm) – Relação perfil da ferramenta com as etapas do processo de roscamento

Fonte: Carvalho (2011).

No ciclo de roscamento, o tempo de aquisição de dados para a parte cilíndrica

pode ser alterado, tendo em vista a aplicação da ferramenta, que estará em contato

para a formação da rosca, e os parâmetros de rotação e velocidades de cortes

estabelecidos no processo.

Na análise da força axial (Fz), os valores avaliados possuem índices elevados

devido à recuperação elástica do material que pressiona os filetes da peça com a

ferramenta de laminar (CARVALHO et al., 2012).

De acordo com Fromentin et al. (2010), a análise de dados do momento torçor

foi dividida em quatro etapas conforme descrito na Figura 2.35. No primeiro estágio,

inicia-se a leitura do torque por causa do contato da ferramenta na peça. No

segundo, entre os períodos T2 e T3, é chamado de torque de atrito. Nesse intervalo,

ocorre a formação dos filetes de rosca abaixo do diâmetro final do produto. No T3,

conhecido como torque médio, inicia-se a leitura na condição de diâmetro final até a

formação completa do filete de rosca. E por fim, em T4, ocorre o término do

roscamento: o retorno da ferramenta até o estágio inicial.

43

Figura 2.35 – Etapas do torque na formação da rosca – torque de formação, médio e de atrito

Fonte: Fromentin et al. (2010 apud ANDRADE, 2014).

Na aquisição dos dados do momento torçor (Mz), afirma-se, segundo Mota

(2006), que as variáveis do tipo de material, a velocidade de corte, o sistema de

lubrificação com seu percentual, o desgaste das ferramentas e o tipo de fixação e

indexação das ferramentas possuem relação direta com o perfil gráfico do torque.

No experimento citado por esse autor, percebe-se a interferência da utilização

entre os cabeçotes de fixação de ferramentas fixo (rígido) e o cabeçote autorreverso.

O autorreverso possui o sistema de compensação que reduz a carga e a

interferência, que é transmitida ao sistema; consequentemente, reduz a aplicação de

torque no conjunto montado. A Figura 2.36 ilustra a interferência da utilização da

ferramenta com cabeçote rígido e do cabeçote autorreverso.

44

Figura 2.36 – Medição de torque – cabeçote fixo e autorreverso

Fonte: Mota (2006 apud MOTA, 2009).

Visualizam-se, nesse gráfico, as identificações: (A), medição de torque na

entrada da ferramenta na região cônica; (B), medição de torque no diâmetro

específico na formação da rosca; e (C), medição de torque no retorno da ferramenta

e posicionamento no estado inicial.

Após a abordagem técnica dos processos de formação da rosca, do fluido

lubrificante e dos esforços mecânicos, será iniciado o próximo capítulo, que trata dos

materiais e métodos, apresentando os recursos necessários e o planejamento dos

experimentos.

45

CAPÍTULO 3

MATERIAIS E MÉTODOS

Esta pesquisa consiste em duas fases, sendo que no primeiro experimento foi

avaliada a microdureza do perfil de rosca e no segundo experimento foi realizada a

análise dos esforços mecânicos. Nos dois experimentos, o objetivo foi comparar os

processos de usinagem e conformação na formação da rosca.

3.1 Recursos e Materiais

3.1.1 Primeira Fase: Análise Microdureza

3.1.1.1 Máquina Operatriz e Dispositivos

No primeiro experimento para o processo de roscamento, foi considerado o

equipamento centro de usinagem vertical Doosan, modelo MV 4020L, com

especificações (X, Y e Z) de curso de trabalho 1020 x 510 x 625 mm, mesa de

trabalho 1200 x 500 mm, rotação eixo 12000 rpm, avanço rápido de 36 m/min. (X e

Y), 30 m/min (Z) e avanço de trabalho de 15.000 mm/min. A Figura 3.1 ilustra o

equipamento centro de usinagem vertical referido.

46

Figura 3.1 – Equipamento de usinagem Doosan

Fonte: autoria própria.

Para o processo de lubrificação, o equipamento centro de usinagem vertical

Doosan utiliza aplicações interna e externa, com especificação de fluido lubrificante

óleo semissintético, composto por misturas químicas e água. Ele dimensiona a

concentração do fluido com o equipamento refratômetro para confirmação das

especificações estabelecidas. Seu objetivo é identificar possíveis variações no fluido

refrigerante que possam afetar diretamente o rendimento e o acabamento dos

produtos dentro do processo de usinagem.

Para a fixação do corpo de prova, foi utilizado o dispositivo de fixação

hidráulica, material aço ABNT 8640, conforme ilustrado na Figura 3.2. O produto é

posicionado na vertical, perpendicular à base do equipamento.

47

Figura 3.2 – Dispositivo de fixação hidráulica para usinagem corpo de prova


3.1.1.2 Ferramentas Processo de Roscamento

No processo de fabricação de rosca por corte, foi utilizada a broca helicoidal

diâmetro Ø 12.5 mm para abertura do diâmetro interno, WALTER A3399XPL-12.5

MD e para o roscamento o macho M14x1.5 EMUGE IS03/6G TYP2 D-z-IKZ HSSE-

TINC.

A Figura 3.3 representa as ferramentas broca e macho de corte para o

processo de usinagem.

Base de apoio

corpo de prova

Garra de fixação

do corpo de prova

48

Figura 3.3 – Broca e macho de corte


O conjunto ferramenta se compõe do adaptador EMUGE Softsynchro D25

DIN 1835B+E F 3153G26144 e do cone de fixação EMUGE SK 40, D25-DIN1835-B

F330008.01. Na Figura 3.4, identifica-se a ferramenta dimensionada e posicionada

no cabeçote do equipamento centro de usinagem vertical.

Figura 3.4 –Conjunto ferramenta macho de corte posicionados no centro de usinagem vertical


Ferramenta

Macho de Corte

49

Já para a preparação do processo de conformação, é necessário o diâmetro

do pré-furo maior em comparação com o processo de macho por corte. De acordo

com Ivanov e Kirov (1997), para um método de laminação eficaz, o diâmetro deve

ser estabelecido conforme Equação 3.1, ou seja, o passo da rosca na laminação

corresponde à metade do passo de rosca no processo de corte.

[3.1]

Para o pré-furo, foi utilizada a broca helicoidal WALTER TITEX A1164TIN DIN

6539, MD, diâmetro Ø 13.3 mm, característica tipo N e ângulo de ponta 118º. Na

Figura 3.5, é apresentada a ferramenta utilizada no processo de furação e seus

respectivos dimensionais.

Figura 3.5 – Ferramenta broca helicoidal

Fonte: adaptado de Waltertools (2012).

Para a fabricação do perfil roscado, foi utilizada a ferramenta macho de

conformação EMUGE, modelo E-M14x1.5 InnoForm2-Z HSSE-TIN-T26 2096670/10.

Foi feita a seleção da ferramenta, formato tipo “C”, a partir de sua aplicação para o

aço ABNT 1035. A formação dos filetes de rosca está relacionada ao tipo de macho

laminador determinado para o processo de fabricação.

As roscas formadas por laminação obtêm a vantagem de serem mais

resistentes e com menor tempo de fabricação em comparação ao processo de

formação de rosca pela ferramenta de corte. Na Figura 3.6 tem-se o macho

laminador fornecedor EMUGE utilizado nos testes experimentais.

50

Figura 3.6 – Ferramenta macho laminador


As especificações de rosca devem manter as características citadas conforme

a literatura a respeito dos processos em estudo: split crest no topo, sinalizando o

encruamento do processo de laminação, o encruamento do material e as diferentes

microdurezas dentre as cristas e também nos vales.

3.1.1.3 Material Aço ABNT – Corpo de Prova

O material do corpo de prova é o aço de médio teor de carbono ABNT 1035,

com processo de normalização e dureza máxima de 190HB. Esse material mantém

as dimensões Ø 19.6 mm e h (altura) 40.0 mm, conforme citado na Figura 3.7.

Figura 3.7 – Projeto corpo de prova – aço ABNT 1035


51

3.1.1.4 Equipamentos de Teste – Análise Microdureza

Para o dimensionamento da microdureza nas regiões de núcleo e nas cristas,

foi utilizado o equipamento durômetro, modelo Pantech, com padrão de calibração

734 HV10, com intuito de avaliar o comparativo após o processo de usinagem e

conformação exercida em todo o perfil da rosca. As Figuras 3.8 e 3.9 correspondem

ao equipamento durômetro e ao padrão de calibração, respectivamente, utilizados

nos experimentos.

Figura 3.8 – Equipamento durômetro


Figura 3.9 – Padrão de calibração


52

3.1.2 Segunda Fase: Análise Esforços Mecânicos

3.1.2.1 Máquina Operatriz e Dispositivos

No segundo experimento, foi considerado o equipamento centro de usinagem

vertical modelo ROMI Discovery 560, cone ISO 40, avanço eixos X/Y 30 m/min.,

avanço eixo X 20 m/min., cursos mesa X, Y e Z 560, 406 e 508 mm respectivamente,

superfície da mesa 840 x 360mm, velocidade 7 a 7.500 rpm. A Figura 3.10 retrata o

equipamento centro de usinagem vertical Romi.

Figura 3.10 – Equipamento de usinagem Romi Discovery 560


O fluido lubrificante no centro de usinagem vertical Romi é óleo solúvel

semissintético biodegradável (Bio 100E – Biolub Química Ltda) diluído em água,

determinado nas concentrações conforme a segunda fase do experimento.

Para a fixação do corpo de prova, foi projetado e construído um flange para

posicionamento no equipamento dinamômetro com o objetivo de retransmitir o

momento de torção e a força axial relacionada nesta pesquisa. Nas Figuras 3.11 (a)

e (b), constam o projeto de construção e a flange para posicionamento do corpo de

prova para o experimento de usinagem e conformação.

53

Figura 3.11 (a) – Projeto dispositivo de fixação corpo de prova


Figura 3.11 (b) – Dispositivo de fixação do corpo de prova


3.1.2.2 Ferramentas Processo de Roscamento

Em concordância com os testes realizados no primeiro experimento, foram

utilizadas as seguintes ferramentas para o processo de corte: a ferramenta broca

helicoidal diâmetro Ø 12.50 mm para abertura do diâmetro interno, WALTER

A3399XPL-12.5 MD e para o processo perfil de rosca a ferramenta macho M14x1.5

54

marca EMUGE IS03/6G TYP2 D-z-IKZ HSSE-TINC. O conjunto ferramenta é

composto do adaptador EMUGE Softsynchro D25 DIN 1835B+E F 3153G26144 e o

cone de fixação EMUGE SK 40, D25-DIN1835-B F330008.01.

Na laminação, foi utilizada a broca helicoidal WALTER TITEX A1164TIN DIN

6539, MD, diâmetro Ø 13.30 mm. No perfil para formação da rosca, usou-se a

ferramenta macho laminador EMUGE, modelo E-M14x1.5-6HX InnoForm2-Z HSSE-

TIN-T26 2096670/10.

3.1.2.3 Material Aço ABNT – Corpo de Prova

O material do corpo de prova ABNT 1035 manteve as mesmas especificações

e dimensão conforme realizados os experimentos da primeira fase.

3.1.2.4 Equipamentos de Teste – Esforços Mecânicos

Para realizar as leituras dos dados do momento torçor e da força axial durante

a formação da rosca, aplicou-se o dinamômetro piezoelétrico estacionário Kistler

9272 com quatro canais, um amplificador de sinais Kistler 5070A e o software

DynoWare, também fornecido pela Kistler, apresentados conforme a Figura 3.12.

O sistema de aquisição de forças, composto por esses equipamentos, é

interligado a um microcomputador com processador Intel Pentium Dual Core 2.2GHz

com 2GB de memória RAM.

55

Figura 3.12 – (a) Dinamômetro; (b) Amplificador Carga; (c) Tela Software


Nos testes experimentais para determinar força de tração, foi utilizado o

equipamento EMIC, com o objetivo de avaliar especificadamente as deformações e

os pontos de cisalhamento dos perfis da rosca. A Figura 3.13 retrata o equipamento

de ensaio de tração EMIC.

Figura 3.13 – Equipamento ensaio de tração EMIC


56

A partir dos recursos e materiais descritos para a realização dos experimentos

na primeira e na segunda fases, foi realizado o planejamento dos experimentos,

citado no próximo tópico, com intuito de demonstrar as etapas do processo e das

análises estatísticas.

3.2 Planejamento dos Experimentos

3.2.1 Primeira Fase – Experimento Microdureza

Foram realizadas as análises de microdureza com o objetivo de comparar e

mensurar as microdurezas no núcleo e no perfil da rosca gerados pelos processos

de usinagem e conformação. Para isso, foram fabricadas amostras pelo processo

por corte e pelo processo de laminação com a velocidade de corte de Vc – 22.0

m/min., que correspondente a 500 rpm.

Nesse experimento, para ambos os métodos, utilizou-se fluido lubrificante

com especificação de 10% de dissolução. De acordo com Black e Payton (2004), a

lubrificação proporciona maior controle para estabilidade do processo. O óleo solúvel

é recomendado nos processos com altas velocidades de corte devido ao efeito de

resfriamento da água na sua composição.

Os pontos de medição de microdureza foram estabelecidos com o objetivo de

identificar três regiões distintas de distribuição dos esforços mecânicos. O ponto

inicial P1 localiza-se mais próximo do núcleo, o ponto P2 está localizado na região de

dobra e raio do perfil de rosca e o ponto P3 está situado na crista para dimensionar a

concentração de tensão e a resistência da rosca. Na Figura 3.14, visualiza-se a

localização dos pontos mencionados para a dimensão da microdureza.

57

Figura 3.14 – Pontos de medição de microdureza no perfil da rosca interna


Na preparação das ferramentas, as brocas helicoidais e os machos de corte e

laminador foram ajustados na pinça flutuante e posicionados no cabeçote do centro

de usinagem vertical Famup conforme Figuras 3.15(A) e 3.15(B). Já no que se refere

à preparação do dispositivo de fixação, as amostras foram ajustadas na posição

vertical e fixadas pela haste do cilindro hidráulico (Figura 3.16).

Figura 3.15(A) – Broca helicoidal Figura 3.15(B) – Macho de corte

Fonte: autoria própria. Fonte: autoria própria.

Ferramenta

Broca Helicoidal

Ferramenta

Macho de Corte

58

Figura 3.16 – Dispositivo de fixação do corpo de prova


Nesta primeira fase, os experimentos foram iniciados com o processo de corte

(ferramenta macho de corte), com a velocidade de corte Vc – 22.0 m/min. e

concentração de fluido a 10%, sendo realizada a usinagem de três amostras. Na

sequência, foi repetida a mesma operação de usinagem com o macho laminador

para a velocidade de corte Vc – 22.0 m/min., mantendo a concentração de fluido a

10%, com três amostras de cada especificação.

3.2.2 Segunda Fase – Análise Esforços Mecânicos

Na segunda etapa do experimento, foram analisados os esforços mecânicos

dos processos de fabricação de corte e de laminação e utilizado o método estatístico

ANOVA, com análise da variância de acordo com um planejamento fatorial e do

detalhamento da força axial (Fz), do momento torçor (Mz) e da força de tração.

Para este trabalho, realizou-se o teste de tração com 54 ensaios, sendo 27

amostras para o processo de fabricação de rosca por laminação e 27 amostras no

processo de corte. Na análise da força de tração considerou-se o roscamento de

Corpo de prova

Base de apoio

corpo de prova

59

três filetes de rosca para a execução dos ensaios de cisalhamento. Para cada

processo, foram analisados três níveis de velocidade de corte (Vc) e três níveis de

percentual do fluido lubrificante, com três réplicas de cada nível. Foram avaliados

também o comportamento dos filetes de rosca e a microdureza para confirmação da

conformação e resistência do material. Na Tabela 3.1, consta o detalhamento das

amostras com as velocidades e percentuais dos fluidos lubrificantes:

V1 � Especificação Velocidade de corte 01;



L1 � Especificação 01 fluido lubrificante;



CP111 �Velocidade Corte 01, Especificação fluido 01, Amostra 01;




















60







CP333 � Velocidade Corte 03, Especificação fluido 03, Amostra 03;

Tabela 3.1 – Identificação dos corpos de prova para o segundo experimento


Nos parâmetros de processo para este experimento, adotaram-se as

velocidades de corte mínima e máxima recomendadas para os modelos de

ferramentas e a capacidade do equipamento de usinagem. Estabelecidos os

parâmetros nos processos de corte e laminação: V1 – 17.5 m/min., V2 – 30.0 m/min.

e V3 – 39.5 m/min., correspondentes, respectivamente, a 400, 680 e 900 rpm. No

retorno da ferramenta após a fabricação da rosca, estabeleceu-se a rotação de

400rpm. A partir da Equação 3.2, determinaram-se as velocidades de corte para os

três parâmetros estabelecidos no experimento.

[3.2]

Durante análise do processo de corte e laminação, foram consideradas

também três faixas de concentração do fluido lubrificante: 5%, 10% e 13%.

Posteriormente, na preparação das ferramentas e dispositivos, foi realizado o

ajuste da broca helicoidal com o macho de corte, na Figura 3.17 (A) e (B), e na

Figura 3.18 (A) e (B), a broca helicoidal com o macho laminador.

π = 3,1416

d = 14,0

n = 400, 680 e 900 rpm

61

Figura 3.17(A) – Broca helicoidal Figura 3.17(B) Ferramenta macho de corte

(A) (B)


Figura 3.18(A) – Broca helicoidal. Figura 3.18(B) Ferramenta macho laminador

(A) (B)


Para a montagem do corpo de prova no dispositivo de fixação, as ferramentas

foram posicionadas na parte interna da flange fixadas por parafusos laterais, com

Ferramenta

Broca Helicoidal

Ferramenta Macho

laminador

Ferramenta

Broca Helicoidal

Ferramenta

Macho de Corte

62

objetivo de travamento para não permitir as movimentações radial e axial durante o

processo de furação e rosca (Figura 3.19). A flange, por sua vez, é fixada ao

dispositivo dinamômetro através dos parafusos M6 em sua base, identificados na

Figura 3.20.

Figura 3.19 – Dispositivo de fixação com corpo de prova


Figura 3.20 – Dispositivo de fixação montado no dinamômetro


Os experimentos foram iniciados (etapa 01) com o processo de corte, pela

velocidade de corte V3 – 39.5 m/min. e concentração de fluido a 5%, sendo realizada

a usinagem de três amostras. Na sequência, foi repetida a mesma operação (macho

de corte) para a velocidade de corte V2 – 30.0 m/min. e V1 – 17.5 m/min., mantendo

Corpo de Prova

Dinamômetro

Parafusos de

fixação

63

a concentração de fluido a 5%, com três amostras de cada especificação. Na etapa

02, consideraram-se o experimento com o macho laminador, a velocidade de corte

V3 – 39.5 m/min. e a concentração do fluido a 5% para três réplicas. Esse processo

se repetiu para as velocidades V2 – 30.0 m/min. e V1 – 17.5 m/min. Na sequência,

utilizaram-se, nas etapas 03 e 04, as ferramentas de corte e laminador,

respectivamente, V3 – 39.5 m/min., V2 – 30.0 m/min. e V1 – 17.5 m/min.,

concentração do fluido a 10%; e nas etapas 05 e 06, as ferramentas de corte e

laminador, respectivamente, V3 – 39.5 m/min., V2 – 30.0 m/min. e V1 – 17.5 m/min.,

concentração do fluido a 13%.

No início dos testes experimentais, separaram-se as amostras de forma

aleatória a partir da definição randômica das duas variáveis de velocidade de corte,

percentual de lubrificação e três réplicas. Nas Tabelas 3.2 e 3.3, constam as

aleatoriedades das amostras para os respectivos experimentos de corte e laminação.

Tabela 3.2 – Aleatoriedade dos corpos de prova para o processo de corte


Tabela 3.3 – Aleatoriedade dos corpos de prova para o processo de laminação


Nas análises dimensionais do diâmetro do furo no segundo experimento,

foram considerados no experimento os instrumentos de medição Imicro divisão

milésimos e o anel calibrador padrão, para a finalidade de identificar-se a

variabilidade da furação e garantir a formação do filete de rosca. A medição dos

diâmetros internos foi feita com os instrumentos conforme as Figuras 3.21(A) e (B).

64

Figura 3.21(A) – Calibrador Imicro Figura 3.21(B) – Calibrador anel padrão

Fonte: autoria própria. Fonte: autoria própria.

No que se refere à força de tração, as amostras foram preparadas com o

roscamento do lado oposto para fixação na base do equipamento EMIC e o

dispositivo superior roscado nos três filetes para realização dos ensaios

experimentais. Na Figura 3.22, visualiza-se a preparação da amostra com o

dispositivo para a realização do teste de tração.

Figura 3.22 – Dispositivo teste de extração


A partir dos experimentos realizados com as especificações mencionadas,

constam no próximo capítulo as análises dos resultados referentes à microdureza

para o primeiro experimento e para o segundo experimento as variáveis de

Corpo de prova Dispositivo base

superior

Dispositivo base

inferior

65

respostas do momento torçor (Mz) e do roscamento para a força axial (Fz).

66

CAPÍTULO 4

RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Análise do Experimento – Microdureza

No primeiro experimento, foram avaliados inicialmente os valores encontrados

de microdureza nas amostras relacionadas ao processo de fabricação de rosca por

corte e por laminação. No segundo experimento, foram apresentados os resultados

relacionados aos esforços mecânicos em comparação entre os dois processos.

Para análise e comparação da microdureza após o processo de usinagem e

laminação, foi dimensionado o produto forjado no estado bruto nos pontos P1, P2 e

P3 de acordo com a Tabela 4.1.

Tabela 4.1 – Resultados microdurezas produto forjado Processo P1 (HB) P2 (HB) P3 (HB) Forjado 165 165 165


Na Figura 4.1, identificam-se os pontos de medição da microdureza do

produto forjado no equipamento modelo Pantech após o processo de embutimento

do material.

Figura 4.1 – Análise microdureza produto forjado

Fonte: autoria própria

67

No que se refere à microdureza, a análise das amostras foram realizadas no

sétimo filete de rosca e o resultado foi obtido em dureza Vickers, convertido para

dureza Brinell. Na Tabela 4.2, avaliaram-se os resultados de microdureza para os

três pontos determinados para processo de corte e de laminação.

Tabela 4.2 – Resultados das microdurezas do experimento Processo Vc (m/min) % Fluido P1 (HB) P2 (HB) P3 (HB)

Corte – Peça 01 22 10 179 161 165 Corte – Peça 02 22 10 178 162 165 Corte – Peça 03 22 10 181 161 166 Laminação – Peça 01 22 10 203 237 236 Laminação – Peça 02 22 10 212 243 237 Laminação – Peça 03 22 10 203 237 237


Diante dos resultados das microdurezas apresentados, foi feita a análise da

variância pelo planejamento fatorial, realizada pela média das três amostras para

cada ponto de medição. Nas Tabelas 4.3 e 4.4, encontram-se os valores das

microdurezas e a análise de variância com o contraste de posição, respectivamente.

Tabela 4.3 – Cálculo das médias das microdurezas por ponto de medição

Pts Corte Laminado Forjado

C01 C02 C03 Média L01 L02 L03 Média F01 F02 F03 Média P1 (HB) 179 178 181 179,33 203 212 203 206 165 163 164 164 P2 (HB) 161 162 161 161,33 237 243 237 239 165 163 164 164 P3 (HB) 165 165 166 165,33 236 237 237 236,67 164 164 165 164


Tabela 4.4 – Análise variância – microdureza Fatores G.L. MSS Fcalc Fo

SST 24958 26 SSPROCESSO 22297,6 2 11148,8 2246,4 3,5546 INFLUENCIA SSPOSIÇÃO 172,667 2 86,3333 17,3955 3,5546 INFLUENCIA SSINTERAÇÃO 2398,44 4 599,611 120,817 2,9277 INFLUENCIA SSERRO 89,3333 18 4,96296

Contraste das Posições SSC fcalc ftab

P1~P2 112,5 22,6679 4,41387 difere P1~P3 144,5 29,1157 4,41387 difere P2~P3 2 0,40299 4,41387 não difere


68

De acordo com a análise do teste contraste das posições, é possível afirmar

que a microdureza na posição 01 é diferente da posição 02 e da posição 03, e

também que a microdureza na posição 02 é semelhante à microdureza na posição

03. Após a análise do contraste das posições, foi calculado, na Tabela 4.5, o teste de

contraste dos processos.

Tabela 4.5 – Teste de contraste dos processos – microdureza Contraste dos processos

SSC fcalc ftab corte - laminado 15429,4 3108,91 4,74723 difere corte -forjado 93,3889 18,8172 4,74723 difere laminado -forjado 17923,6 3611,46 4,74723 difere


A partir do teste de contraste dos processos, é possível afirmar que foram

encontradas diferenças entre a microdureza e o produto laminado. Existe também a

diferença entre o produto fabricado por corte e o forjado, e tem-se diferença entre o

produto laminado e o forjado. O produto fabricado por laminação apresentou maior

microdureza em comparação ao processo de corte e ao forjado. Diante disso,

conclui-se que o processo de corte aumentou a microdureza com relação ao forjado,

mas o laminado apresentou microdureza maior em comparação a este.

Na Figura 4.2, observa-se a variação da média das microdurezas nos pontos

examinados, cujo resultado da análise estatística mostrou diferença significativa

entre os dois processos de corte e laminação, e entre eles e o material de partida, o

produto forjado.

69

Figura 4.2 – Análise microdureza – processo de corte (C), laminado (L) e forjado (F)


Com os dados referentes à microdureza encontrada no filete de rosca, ficam

demonstradas as variações das tensões residuais compressivas nos três pontos

analisados para o processo de corte e de laminação. Na análise da primeira amostra

por processo de corte, obteve-se o perfil de rosca linear na estrutura metalográfica,

também identificado por Agapiou (1994 apud CARVALHO, 2011). Na Figura 4.3,

foram avaliados os filetes de rosca e a formação de três perfis pelo processo de

corte.

Figura 4.3 – Perfil de rosca processo de corte


70

Dentro dos padrões e nomenclaturas relacionadas ao processo de corte,

avaliaram-se a regularidade de formação dos filetes e o perfil roscado conforme

padrão da rosca métrica. Na Figura 4.4, constam os pontos demarcados da análise

de microdureza relatados por P1, P2 e P3, conforme informado no planejamento dos

experimentos.

Figura 4.4 – Pontos de medição microdureza processo de corte


Nos pontos de análise da microdureza, notou-se que, no ponto P1, em seu

núcleo, está localizada maior concentração de microdureza 181HB, onde não

ocorreram alterações e usinagem; e, nos pontos P2 e P3, foram registrados valores

inferiores a 165 HB e 168 HB, respectivamente, devido às suas localizações de

extremidades no perfil de rosca.

No experimento com as amostras do processo de laminação, visualizam-se o

perfil e a formação do filete de rosca conforme a Figura 4.5. Na Figura 4.6, são

identificados os pontos de medição de microdureza.

Figura 4.5 – Perfil de rosca processo de laminação


71

Figura 4.6 – Pontos de medição microdureza no processo de laminação


A partir do processo de laminação, constatou-se que os resultados de

microdureza correspondem aos valores superiores ao processo de corte devido à

sua estrutura de conformação e maior tensão compressiva.

Com esse resultado, confirmam-se os achados encontrados em outras

pesquisas de que a compressão dentro do processo de laminação proporciona

resistência ao material, consequentemente influenciando nos resultados elevados

referentes à microdureza superficial e de núcleo.

4.2 Análise do Experimento – Esforços Mecânicos

No segundo experimento, foram realizadas as análises dos esforços força

axial (Fz) e o momento torçor (Mz) para se compararem os respectivos processos de

formação de rosca por corte e por laminação.

As especificações das ferramentas e dimensionais encontradas no diâmetro

interno dos experimentos constam na Tabela 4.6.

Tabela 4.6 – Variação do diâmetro interno do pré-furo – processo por corte e laminação

Experimento Ø Broca Ø Furo Mínimo Ø Furo Máximo

Corte 12,50 12,50 12,55

Laminação 13,30 13,32 13,37 Fonte: autoria própria.

A dimensão das amostras com os experimentos do processo de corte e de

laminação foram fabricadas com os mesmos parâmetros de velocidade de corte

72

conforme citado no planejamento de experimentos e também com o mesmo

comprimento de rosca, 24 mm, e do furo, 27 mm. Essa especificação da amostra é

ilustrada na Figura 4.7.

Figura 4.7 – Projeto corpo de prova


Posteriormente à definição das especificações das amostras para os

experimentos, realizaram-se a preparação das ferramentas, a parametrização do

equipamento centro de usinagem vertical para início da furação e o roscamento nos

processos de corte e laminação.

No que se refere ao controle do diâmetro do pré-furo, foram tabelados os

valores das amostras com intuito de se evitar a variação na formação do filete de

rosca nos resultados dos esforços mecânicos. Na Tabela 4.7, foram coletados os

diâmetros relacionados às amostras nos experimentos de corte e laminação.

73

Tabela 4.7 – Diâmetro interno do pré-furo por amostra


A variação do diâmetro interno máximo para os experimentos de usinagem foi

de 0,03 mm e por conformação de 0,04 mm. As especificações do diâmetro maior se

concentraram no início do furo e os diâmetros com especificação menor se

localizaram no final do processo de furação.

A importância da dimensão do diâmetro pré-furo é citada por Stemmer (1995)

e SENAI (2011 apud SILVA, 2014), podendo ocorrer falhas nos filetes de rosca

devido ao fato de o diâmetro do pré-furo ser maior. No caso oposto, há aumento dos

esforços mecânicos, com o atrito entre macho e a peça, e, consequentemente,

acréscimo do torque e a redução da vida da ferramenta devido ao superaquecimento.

Quanto aos dados do momento torçor e da força axial, calcularam-se a média

das réplicas de cada experimento e os valores máximo e mínimo para ambas as

74

variáveis. Neste trabalho, avaliou-se o perfil do gráfico quanto à sua linearidade,

estabelecidos os limites de controle necessários no tempo de aquisição de dados.

Para os estudos estatísticos, foi utilizado o software Minitab 16 para os cálculos da

probabilidade normal, histograma e boxplot. Já na análise de variância (ANOVA),

foram consideradas as médias SSFluido e SSVelocidade e a SSInteração entre os

processos avaliados.

4.2.1 Momento Torçor (Mz)

Nesta etapa, a variável relativa é o momento torçor nos dados de resposta

dos ensaios experimentais com aplicação no processo de corte e laminação. Na

Figura 4.8, visualiza-se a aquisição de dados para a amostra no processo de

laminação para a velocidade de corte 17.0 m/min. a 13% de concentração de fluido

lubrificante.

Figura 4.8 – Aquisição de dados de torque – processo de laminação – Vc 17.0 m/min


Verificam-se, na Figura 4.8, as etapas do processo de laminação como: início

de leitura do torque com a entrada da ferramenta, estabilização e aquisição dos

dados devido à formação da rosca no diâmetro especificado, parada e retorno da

ferramenta.

A partir dos dados informados, registrou-se o momento torçor (Mz), conforme

75

as Tabelas 4.8 e 4.9, e foram calculadas as médias das forças durante a formação

da rosca para cada amostra do experimento, respectivamente, para o processo de

corte e laminação.

Tabela 4.8 – Momento Torçor (Mz) – processo de corte


Tabela 4.9 – Momento Torçor (Mz) – processo de laminação


A partir dos valores tabelados, avaliou-se o comportamento gráfico das

amostras, com intuito de promover o detalhamento técnico sobre os esforços

mecânicos envolvidos no experimento.

Na análise de momento torçor para o processo de corte, verificou-se que os

valores de torque (Nm), com a especificação de 5% de concentração de fluido,

foram em média superiores aos valores de torque para as especificações de 10% e

13% do lubrificante. Na Figura 4.9, consta o gráfico com os valores de torque (Nm)

para as velocidades de corte nos três níveis percentuais de lubrificante.

76

Figura 4.9 – Torque (Nm) para o processo de corte – velocidade e percentual de fluido


Pode-se avaliar que, para os valores relacionados ao momento torçor, quanto

maior o percentual de lubrificação, menores os valores de torque relacionados. Na

análise dos percentuais de 10% e 13%, não ocorreram variações significativas em

comparação aos 5% de concentração de fluidos, exceto para a velocidade de corte

de 39.5 m/min., onde, por sua vez, foram obtidos índices acima da média de

aquisição dos dados.

Ao se realizar a análise do gráfico do momento torçor para o processo de

laminação, identificou-se também que, para a primeira análise do percentual de 5%,

foram encontrados valores relativamente superiores em relação aos experimentos

dos 10% e 13% do fluido lubrificante. Na Figura 4.10, constam os valores de torque

(Nm) para as respectivas velocidades de corte nos percentuais de fluido lubrificante

para o processo de laminação.

77

Figura 4.10 – Torque (Nm) para o processo de laminação – velocidade e percentual de fluido


Nota-se que, no processo de laminação, a variação entre o percentual de 5%

dos experimentos de 10% e 13% é expressiva quanto ao comportamento do

momento torçor em comparação ao processo de corte. Sendo assim, os dados

indicam que, na laminação, quanto maior o percentual de lubrificação, menores os

valores de torque.

No momento torçor, identificou-se a variabilidade no perfil do gráfico para a

geração do perfil de rosca dentro dos parâmetros de velocidade de corte e

percentual do fluido lubrificante selecionados nesta pesquisa. No que se refere à

variação de percentual de fluido lubrificante, notou-se que, quanto maior a

concentração do fluido, menor o momento torçor gerado nas velocidades de corte

utilizadas neste experimento: 17.5, 30.0 e 39.5 m/min. A Figura 4.11 ilustra esta

variação entre os percentuais de lubrificantes para o processo de laminação.

78

Figura 4.11 – Processo de laminação – velocidade de corte nos percentuais de fluido

lubrificante


Nota-se que, para o parâmetro de 30.0 m/min., em média, não ocorreu

variação de torque entre os percentuais de 10% e 13%. Já no processo de usinagem,

Figura 4.12, as três especificações de velocidade apresentaram valores menores do

momento torçor em comparação ao processo de corte.

Figura 4.12 – Processo de corte – velocidade de corte nos percentuais de fluido lubrificante


79

Portanto, diante dos gráficos analisados, para os percentuais de lubrificante

pesquisados, quanto maior a concentração de fluido, menores os valores de torque

dentro dos parâmetros dos experimentos nos processos de usinagem e

conformação.

No que se refere à análise das velocidades de corte em comparação com os

percentuais de concentração de fluido nos experimentos, notou-se que para 17.5

m/min., não houve variação significativa nos percentuais de 5% e 10% nos métodos

de corte e laminação. Na análise do percentual de 13%, ocorreu maior variação no

processo de corte em comparação ao processo de laminação. A Figura 4.13 ilustra

os valores referentes à velocidade de corte 17.5 m/min.

Figura 4.13 – Comparação entre os processos de corte e laminação para velocidade de corte

17.5 m/min.


Na análise da velocidade de 30.0 m/min., o processo por corte manteve-se

estável, com uma variabilidade no torque entre 8.5 Nm e 7.7 Nm. Na laminação,

para os índices de 10% e 13% de concentração de fluido, é possível considerar que

não houve variação significativa. Esses valores, por sua vez, encontram-se com

índices menores de torque, sendo comparados ao percentual de 5% de lubrificante.

Consta na Figura 4.14 a análise gráfica comparativa entre os processos de corte e

laminação para especificação de 30.0 m/min.

80


30.0 m/min.


E para finalizar a avaliação por velocidade de corte entre os processos de

usinagem e conformação, na especificação de 39.5 m/min., conclui-se que, em 5%

de concentração de fluido, ambos os métodos obtiveram índices de torque

superiores às demais amostras, sendo que na laminação os estudos apresentaram

variação maior para os percentuais de 10% e 13%. A Figura 4.15 representa a

comparação entre os processos para a especificação de 39.5 m/min.

81


39.5 m/min.


De acordo com Pereira (2014), na análise de torque nos aços ABNT 1045 e

AISI 4140, os estudos apresentaram a correlação de quanto maior a velocidade de

corte, menor o momento torçor. Esse fato ocorre devido ao aumento da velocidade

que proporciona maior temperatura, em consequência, menor resistência do material.

Na análise de variância do torque para o processo de corte avaliou-se que

temos influência no experimento quando se analisa os percentuais de fluido e a

comparação da velocidade de corte 39.5 m/min. com 17.5 m/min. e 30.0 m/min.

Nesse caso, quanto às duas primeiras velocidades, não há diferença

estatisticamente significativa, e a velocidade de 39.5 m/min. encontra-se com

momento torçor superior aos demais ensaios de fabricação de rosca.

Outro tópico de influência está entre as concentrações de fluido. Nos estudos

estatísticos, o percentual de 5% difere dos índices de 10% e 13%, mantendo-se

superior na comparação dos dados. Na Tabela 4.10, foram obtidos os cálculos

relacionados à análise de variância dos ensaios experimentais.

82

Tabela 4.10 – Análise variância – momento torçor – processo de corte Fatores G.L. MSS Fcalc Fo

SST 4,3887 26 SSFLUIDO 1,37939 2 0,68969 12,867399 3,555 INFLUENCIA SSVELOCIDADE 1,06739 2 0,53369 9,9569514 3,555 INFLUENCIA SSINTERAÇÃO 0,97713 4 0,24428 4,5574903 2,928 INFLUENCIA SSERRO 0,9648 18 0,0536

Contraste das Velocidades Fatores SSC Fcalc ftab

Vc1 - Vc2 0,06969 1,30017 4,41387 não difere Vc1 - Vc3 0,53734 10,025 4,41387 difere Vc2 - Vc3 0,99405 18,5457 4,41387 difere

Contraste dos Fluidos Fatores SSC Fcalc ftab

5%-10% 0,84934 15,8459 4,74723 difere 5%-13% 1,19094 22,219 4,74723 difere 10%-13% 0,0288 0,53731 4,74723 não difere


No que se refere ao momento torçor para o processo de laminação, foi

realizada também a análise de variância para o momento e avaliou-se que há

diferença estatisticamente significativa entre as velocidades de corte 17.5 m/min. e

39.5 m/min. Nesse caso, quanto maior o parâmetro de trabalho analisado, maior o

momento torçor. Na análise dos fluidos, os três percentuais diferem entre si,

considerando que, quanto menor a concentração do fluido, maior o momento torçor

aplicado na fabricação da rosca. Na Tabela 4.11, constam a análise de variância e o

teste de contraste para o estudo relacionado.

83

Tabela 4.11 – Análise variância – momento torçor – processo de laminação Fatores G.L. MSS Fcalc Fo

SST 140,636 26 SSFLUIDO 82,2608 2 41,1304 42,4279 3,555 INFLUENCIA SSVELOCIDADE 7,15756 2 3,57878 3,69168 3,555 INFLUENCIA SSINTERAÇÃO 33,7685 4 8,44214 8,70845 2,928 INFLUENCIA SSERRO 17,4495 18 0,96942

Contraste das Velocidades Fatores SSC fcalc ftab

Vc1 - Vc2 0,45125 0,465485 4,413873 não difere Vc1 - Vc3 6,649089 6,858842 4,413873 difere Vc2 - Vc3 3,636006 3,750708 4,413873 não difere

Contraste dos Fluidos Fatores SSC fcalc ftab

5%-10% 28,40067 29,29661 4,747225 difere 5%-13% 81,36627 83,93307 4,747225 difere 10%-13% 13,6242 14,05399 4,747225 difere


Em comparação aos métodos utilizados, na Figura 4.16 (A) e (B) constam os

gráficos Boxplot para os valores de torque com intuito de avaliar a dispersão e a

simetrias dos dados coletados. Nota-se a variação entre as medianas e os limites

mínimo e máximo para cada conjunto de análise da velocidade de corte.

Figura 4.16 – Gráfico boxplot – valores de torque (Nm) para os processos de corte e de

laminação

39,530,017,5

9,5

9,0

8,5

8,0

7,5

Velocidade

Co

rte

Boxplot of Corte

39,530,017,5

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

Velocidade

La

min

açã

o

Boxplot of Laminação

(A) (B)


84

As Figuras 4.17 (A) e (B) e as Figuras 4.18 (A) e (B), apresentam os gráficos

da probabilidade normal sobre os pontos distribuídos ao longo da reta, atendendo à

validação do modelo análise de variância (ANOVA), e o histograma que representa a

dispersão dos valores de torque, ambos nos processos de corte e laminação.

Figura 4.17 – Gráfico probabilidade normal (A) e histograma (B) – valores de torque (Nm) para

o processo de corte

9,59,08,58,07,57,0

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Torque

Pe

rce

nt

Mean 8,220

StDev 0,4108

N 27

AD 1,219

P-Value <0,005

Probability Plot of TorqueNormal

9,08,58,07,5

10

8

6

4

2

0

Torque

Fre

qu

en

cy

Mean 8,220

StDev 0,4108

N 27

Histogram of TorqueNormal

(A) (B)


Figura 4.18 – Gráfico probabilidade normal (A) e histograma (B) – valores de torque (Nm) para

o processo de laminação

25,022,520,017,515,0

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Laminação

Pe

rce

nt

Mean 19,14

StDev 2,326

N 27

AD 0,531

P-Value 0,159

Probability Plot of LaminaçãoNormal

242220181614

5

4

3

2

1

0

Laminação

Fre

qu

en

cy

Mean 19,14

StDev 2,326

N 27

Histogram of LaminaçãoNormal

(A) (B)


Na análise da variância comparativa entre os processos de corte e laminação,

conclui-se que as variáveis de resposta do método de fabricação, os fluidos e a

85

interação entre si influenciaram no momento torçor. Para o estudo da velocidade de

corte e suas interações, não ocorreram influências no comparativo entre os métodos

de usinagem e conformação. Na Tabela 4.12, constam as dados estatísticos

relacionados aos ensaios experimentais.

Tabela 4.12 – Análise Variância, momento torçor – comparação processos de corte e de laminação

Fatores G.L. MSS Fcalc Fo SST 1755,288 53 SSA 1610,263 1 1610,26 670,72 4,113 INFLUENCIA SSB 52,07453 2 26,0373 10,8453 3,259 INFLUENCIA SSC 6,521811 2 3,26091 1,35826 3,259 NÃO INFLUENCIA SSAB 31,56561 2 15,7828 6,57398 3,259 INFLUENCIA SSAC 1,703137 2 0,85157 0,3547 3,259 NÃO INFLUENCIA SSBC 17,71199 4 4,428 1,84438 2,634 NÃO INFLUENCIA SSABC 17,03369 4 4,25842 1,77375 2,634 NÃO INFLUENCIA SSERRO 86,42876 36 2,4008


A partir dos dados apresentados, avaliou-se que a interação entre os

percentuais de fluidos nos ensaios experimentais possuem influência significativa no

processo de formação do filete de rosca. Para determinar o menor esforço de torque

para a formação da rosca, foi realizado o teste de contraste, conforme a Tabela 4.13,

para melhor combinação e especificação utilizada.

Tabela 4.13 – Teste de contraste – momento torçor – processo de corte e de laminação Fatores SSC Fcalc ftab

Corte 10% / Corte 13% 0,0288 0,012 4,11317 não difere Corte 5% / Corte 13% 1,190939 0,49606 4,11317 não difere Corte 13% / Laminação 5% 374,4672 155,976 4,11317 difere


Diante dos resultados, o processo de corte proporciona menor esforço para a

fabricação do perfil de rosca. Porém, dentre os percentuais de fluidos analisados,

estes não diferem, ou seja, não há diferença estatisticamente significativa. Com o

objetivo de confirmar a diferença entre os métodos estudados, foram realizados o

teste de contraste para o processo de corte com percentual de fluido a 13% e o

86

processo de laminação a 5% de concentração de fluido; estes diferem entre si.

Outro tópico importante na análise de aquisição de dados é o momento torçor

(Mz) para o retorno da ferramenta após a formação da rosca. Esse processo pode

ocorrer devido ao erro de sincronismo, consequência da utilização de ferramenta

com desgaste, ou a condição de material aderido aumentando o atrito e os esforços

mecânicos (PEREIRA, 2014). Para Carvalho (2011), o material, após a formação da

rosca, encrua. Devido à ductilidade, ocorre a recuperação elástica quando retirados

os esforços de deformação. E, diante disso, o material que fica aderido à ferramenta

proporciona maior força de retorno da ferramenta.

Referente à análise comparativa dos valores de torque para o retorno da

ferramenta entre os processos do experimento, é possível afirmar que no método

por corte não se encontram variações significativas entre as variáveis de resposta.

Já no método de laminação, notaram-se índices maiores para a especificação de

17.5 m/min.; ou seja, quanto maior a velocidade de corte, menor o torque gerado no

processo. Na Figura 4.19, identifica-se o torque gerado a partir do retorno da

ferramenta para os processos de corte e de laminação.

Figura 4.19 – Valores de torque retorno da ferramenta de roscar – comparação entre os

processos de corte e de laminação


87

De acordo com o gráfico anterior, conclui-se, neste experimento, que o

método por corte possui índices menores em comparação à laminação e também

maior linearidade entre os dados nos percentuais de lubrificação.

Após as informações do momento torçor (Mz) para o retorno da ferramenta,

no próximo tópico serão apresentados os dados relativos à análise da força axial nos

ensaios experimentais com os métodos de corte e laminação.

4.2.2 Força Axial (Fz)

Neste tópico, será abordada a força axial máxima relacionada à aquisição dos

dados na formação dos filetes de rosca. Na Figura 4.20, identificou-se que no

processo de laminação os valores relacionados ao esforço axial mantêm índices

superiores em comparação ao processo por corte. Isso ocorre devido à força

necessária de aplicação da ferramenta para a conformação do material.

Figura 4.20 – Força axial máxima (N) – comparativo entre os processos de corte e de

laminação


88

No que se refere aos estudos estatísticos de análise de variância, é possível

afirmar que, para o experimento realizado no processo de corte, não houve

influência dos parâmetros estabelecidos nas variáveis de resposta e teste de

contraste (Tabela 4.14). Já na laminação, os dados indicaram que as velocidades de

corte e o percentual de fluido possuem influência nos resultados de torque conforme

a Tabela 4.15.

Tabela 4.14 – Análise variância – força axial – processo de corte Fatores G.L. MSS Fcalc Fo

SST 21686 26 SSFLUIDO 2382,1 2 1191,05 1,79833 3,555 NÃO INFLUENCIA SSVELOCIDADE 2261,03 2 1130,52 1,70693 3,555 NÃO INFLUENCIA SSINTERAÇÃO 5121,29 4 1280,32 1,93312 2,928 NÃO INFLUENCIA SSERRO 11921,6 18 662,309


Vc1 - Vc2 17,1405 0,02588 4,41387 não difere Vc1 - Vc3 1857,04 2,80389 4,41387 não difere Vc2 - Vc3 1517,36 2,29102 4,41387 não difere


5%-10% 2349,89 3,54803 4,74723 não difere 5%-13% 373,373 0,56374 4,74723 não difere 10%-13% 849,888 1,28322 4,74723 não difere


Tabela 4.15 – Análise variância – força axial – processo de laminação Fatores G.L. MSS Fcalc Fo

SST 32386,7 26 SSFLUÍDO 3673,67 2 1836,84 4,39039 3,555 INFLUENCIA SSVELOCIDADE 10712,3 2 5356,13 12,8022 3,555 INFLUENCIA SSINTERAÇÃO 10470 4 2617,5 6,25634 2,928 INFLUENCIA SSERRO 7530,77 18 418,376


89

Nos testes de contraste para a velocidade de corte, as três interações entre

elas diferem, sendo que, quanto maior a velocidade, menor a força aplicada. Para o

contraste dos fluidos, apenas a interação entre os percentuais de 5% e 13% de

lubrificante não demonstrou diferença estatisticamente significativa. Nesse caso,

para o percentual de 10%, obtiveram-se menores valores de força axial aplicada

para os testes de contraste conforme a Tabela 4.16.

Tabela 4.16 – Teste de Contraste das velocidades e fluidos – força axial – processo de laminação


Vc1 - Vc2 2510,33 6,00018 4,41387 difere Vc1 - Vc3 10708,7 25,5958 4,41387 difere Vc2 - Vc3 2849,37 6,81054 4,41387 difere


5%-10% 3050,59 7,29149 4,74723 difere 5%-13% 35,9835 0,08601 4,74723 não difere 10%-13% 2423,94 5,79367 4,74723 difere


Na análise de dispersão das amostras, gráfico Boxplot, Figura 4.21, os

valores entre os métodos corte e laminação apresentam variações similares em

comparação à velocidade de corte, com a mediana calculada em 30.0 m/min. menor.

Figura 4.21 – Gráfico boxplot – valores de força axial (N) para os processos de corte e de

laminação

39,530,017,5

140

120

100

80

60

40

20

Velocidade

F. A

xia

l C

ort

e

Boxplot of F. Axial Corte

39,530,017,5

320

300

280

260

240

220

200

180

Velocidade

F. A

xia

l La

min

açã

o

Boxplot of F. Axial Laminação

(A) (B)


90

Quando aplicado o gráfico probabilidade normal e histograma, Figuras 4.22 (A)

e (B), verificou-se a normalidade das amostras em relação à reta. No histograma,

notam-se os conjuntos de valores para os métodos de corte e laminação devido à

dispersão entre eles.

Figura 4.22 – Gráfico probabilidade normal (A) e histograma (B) – valores força axial (N) para

os processos de corte e de laminação

4003002001000

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Força Axial

Pe

rce

nt

Mean 157,1

StDev 88,14

N 54

AD 1,946

P-Value <0,005

Probability Plot of Força AxialNormal

30024018012060

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Força Axial

Fre

qu

en

cy

Histogram of Força Axial

(A) (B)


De acordo com os dados apresentados para os processos de usinagem e

conformação, na análise de variância, conclui-se, na Tabela 4.17, que existe

influência no tipo de processo e entre a interação deste com a velocidade de corte

para a força axial.

Tabela 4.17 – Análise variância – força axial – comparação processo de corte e de laminação Fatores G.L. MSS Fcalc Fo

SST 411707,7 53 SSA 357635 1 357634,9895 278,456 4,113 INFLUENCIA SSB 5846,968 2 2923,484112 2,27624 3,259 NÃO INFLUENCIA SSC 1989,196 2 994,5978347 0,7744 3,259 NÃO INFLUENCIA SSAB 208,8058 2 104,402881 0,08129 3,259 NÃO INFLUENCIA SSAC 10984,09 2 5492,043753 4,27613 3,259 INFLUENCIA SSBC 11510,6 4 2877,649106 2,24055 2,634 NÃO INFLUENCIA SSABC 4080,712 4 1020,177932 0,79432 2,634 NÃO INFLUENCIA SSERRO 46236,54 36 1284,348458


91

Diante da influência na interação dos processos, na Tabela 4.18, foi realizado

o teste de contraste nas velocidades no método de usinagem e também em

comparação ao método de conformação com objetivo de comparar as igualdades.

Tabela 4.18 – Teste de contraste – força axial – processo de corte e de laminação Contraste Interações

Fatores SSC fcalc ftab Corte 17.5 m/min. / 30.0 m/min. 17,14051 0,01335 4,113165219 não difere

Corte 17.5 m/min. / 39.5 m/min. 1857,045 1,4459 4,113165219 não difere Corte 39.5 m/min. / Laminação 39.5 m/min. 70561,47 54,9395 4,113165219 difere


Constata-se que as especificações no método de corte com as velocidades

estudadas nesta pesquisa não diferiram entre si, ou seja, não há diferença

estatisticamente significativa. Para comprovar que os métodos de usinagem e

conformação se diferem, foi realizado o contraste para o processo de corte a 39.5

m/min. com o processo de laminação a 39.5 m/min. Portanto, ao utilizar as

velocidades mencionadas no método de corte, proporciona-se menor esforço na

força axial para a formação da rosca.

Após as citações técnicas da força axial aplicada na formação da rosca, no

próximo tópico, será analisada a força de tração com os dados relacionados ao

experimento e os estudos estatísticos correspondentes.

4.2.3 Força de Tração (KN)

Os testes experimentais para avaliar a força de tração foram realizados no

equipamento de laboratório marca EMIC, com dispositivos em sua base e parafusos

de material ABNT 5140 (tensão de escoamento na tração – 620 MPa) para fixação

das amostras. Os estudos foram realizados com aleatoriedade das amostras e troca

periódica dos parafusos para que a deformação do ensaio anterior não influenciasse

no experimento posterior.

92

No que se refere à análise de variância comparativa no processo de corte

com as variáveis de resposta parâmetros de velocidades e percentual de

concentração de fluido, notou-se que, para as especificações mencionadas no

experimento, não ocorreram influência na força de tração estudada. Na Tabela 4.19,

visualizam-se os dados estatísticos para a força de tração, método de formação de

rosca por corte.

Tabela 4.19 – Análise variância – força de tração – processo de corte Fatores G.L. MSS Fcalc Fo

SST 192,543 26 SSFLUIDO 34,8793 2 17,4397 2,8057 3,555 NÃO INFLUENCIA SSVELOCIDADE 0,20216 2 0,10108 0,01626 3,555 NÃO INFLUENCIA SSINTERAÇÃO 45,5778 4 11,3944 1,83315 2,928 NÃO INFLUENCIA SSERRO 111,884 18 6,21579


Para o método de laminação, a análise de variância apresentou que os

percentuais de fluido e as velocidades de corte não influenciam no estudo, sendo

que não há diferença estatisticamente significativa nas avaliações de contraste. A

Tabela 4.20 detalha a análise da variância para o processo de conformação.

Tabela 4.20 – Análise variância – força de tração – processo de laminação Fatores G.L. MSS Fcalc Fo

SST 339,62 26 SSFLUIDO 48,5693 2 24,2847 2,069 3,555 NÃO INFLUENCIA SSVELOCIDADE 14,5941 2 7,29707 0,62169 3,555 NÃO INFLUENCIA SSINTERAÇÃO 65,1834 4 16,2958 1,38837 2,928 NÃO INFLUENCIA SSERRO 211,273 18 11,7374


Na força de tração, verificou-se que a variação da velocidade de corte e o

percentual de fluido não influenciaram nos resultados do estudo. Para a análise de

dispersão das amostras, as Figuras 4.23 (A) e (B) apresentam os gráficos Boxplot

para a força de tração nos processos corte e laminação, respectivamente. Nota-se

que a variação entre as medianas na laminação foi menor, com mínima variação na

velocidade de 30 m/min.

93

Figura 4.23 – Gráfico boxplot – valores de tração (KN) para os processos de corte e de

laminação

39,530,017,5

42,5

40,0

37,5

35,0

32,5

30,0

Velocidade

Tra

çã

o C

ort

e

Boxplot of Tração Corte

39,530,017,5

45

40

35

30

25

20

Velocidade

Tra

çã

o L

am

ina

çã

o

Boxplot of Tração Laminação

(A) (B)


Estabelecendo uma análise comparativa entre os processos de corte e

laminação, visualiza-se, na Figura 4.24, que as especificações no método de corte

possuem índices médios da força ou carga de ruptura superior ao encontrado no

método de laminação para os mesmos parâmetros de velocidade.

Figura 4.24 – Análise comparativa da força de tração entre os processos de corte e de

laminação


94

Observou-se que, para o método de corte, a carga média manteve-se estável

dentro das variações de velocidade e, na laminação, o parâmetro de 30 m/min.

esteve abaixo das especificações de 17.5 m/min. e 39.5 m/min.

Nas Figuras 4.25 (A) e (B), estão representados, respectivamente, o gráfico

da probabilidade normal e o histograma para os métodos de corte e laminação.

Notam-se os valores indicados próximos à linha reta atendendo à condição de

normalidade do estudo análise de variância. No histograma, visualiza-se a curva

normal aplicada sobre os dados de carga de tração.

Figura 4.25 – Gráfico probabilidade normal (A) e histograma (B) – valores força de tração (KN)

para os processos de corte e de laminação

454035302520

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Tração

Pe

rce

nt

Mean 33,81

StDev 3,493

N 54

AD 0,607

P-Value 0,109

Probability Plot of TraçãoNormal

40353025

25

20

15

10

5

0

Tração

Fre

qu

en

cy

Mean 33,81

StDev 3,493

N 54

Histogram of TraçãoNormal

(A) (B)


Em comparação aos dados estatísticos nos métodos de usinagem e

conformação estudados nesta pesquisa, foi realizada a análise de variância nas

variáveis da velocidade de corte, do percentual do fluido lubrificante e da interação

entre eles. Diante dos resultados, é possível afirmar que apenas para o tipo de

processo ocorre influência na força de tração. Na Tabela 4.21, identificam-se os

dados estatísticos relacionados à análise variância.

95

Tabela 4.21 – Análise variância – força de tração – processos de corte e de laminação Fatores G.L. MSS Fcalc Fo

SST 646,8319 53 SSA 114,6688 1 114,66882 8,71409 4,113 INFLUENCIA SSB 52,64358 2 26,321791 2,00029 3,259 NÃO INFLUENCIA SSC 5,795159 2 2,8975796 0,2202 3,259 NÃO INFLUENCIA SSAB 30,80508 2 15,402539 1,17049 3,259 NÃO INFLUENCIA SSAC 9,001144 2 4,5005722 0,34201 3,259 NÃO INFLUENCIA SSBC 89,50159 4 22,375396 1,70039 2,634 NÃO INFLUENCIA SSABC 21,25958 4 5,3148944 0,4039 2,634 NÃO INFLUENCIA SSERRO 473,7244 36 13,159011


De acordo com o resultado apresentado, foi realizado o teste de contraste,

conforme a Tabela 4.22, com objetivo de certificar a diferença entre os métodos

estudados para a força de tração.

Tabela 4.22 – Teste de contraste – força tração – processo de corte e de laminação Contraste Interações

Fatores SSC fcalc ftab Corte / Laminação 344,0065 26,1423 4,1131652 difere


A partir dos estudos apresentados, verificou-se que o melhor processo para

se obter maior carga de tração foi identificado no método por corte, considerados as

especificações de velocidade e o percentual de fluido da pesquisa estudada. Diante

dos resultados, verificou-se que este experimento apresentou dados semelhantes a

outros estudos (CARVALHO, 2011), no que se refere aos valores de momento torçor

e força axial superiores no processo de laminação em comparação ao corte. Porém,

a variável força de tração não demonstrou a superioridade esperada na laminação,

resultado encontrado por Pereira (2014).

Quanto à análise de microdureza das amostras nos processos da pesquisa,

foram dimensionadas quatro amostras representadas na Tabela 4.23.

96

Tabela 4.23 – Análise microdureza amostras processos de corte e laminação

Processo Amostra Microdureza (HB)

Corte 25 162

Corte 14 171

Laminação 09 216

Laminação 11 214 Fonte: autoria própria.

É possível confirmar, com os dados apresentados, que a laminação

proporciona, com o processo de conformação, maior microdureza superficial no perfil

laminado.

Portanto, diante do material apresentado, no próximo capítulo serão

apresentados os tópicos conclusivos dos ensaios experimentais e as propostas para

prosseguimento de novos estudos técnicos relacionados aos métodos de usinagem

e conformação.

97

98

CAPÍTULO 5

CONCLUSÃO

De acordo com os ensaios realizados e as avaliações dos dados e métodos

estatísticos, é possível concluir que:

- no processo de laminação, pode-se constatar que os resultados de microdureza

correspondem aos maiores valores em relação ao processo de roscamento devido à

sua estrutura de conformação e maior tensão compressiva;

- o momento torçor e a força axial foram estatisticamente superiores no processo de

laminação, considerando as variáveis de resposta de velocidade de corte e o

percentual de fluido lubrificante;

- a análise de variância do momento torçor método por corte apresentou,

estatisticamente, influência da velocidade do experimento e do percentual do

lubrificante. Neste caso, conclui-se que a utilização de 5% de concentração de

lubrificante interfere nos resultados, proporcionando maior torque nos ensaios

experimentais;

- a concentração de fluido de 10% e 13% proporcionou aquisição de dados de

torque inferiores ao percentual de 5% em ambos os métodos do experimento. Diante

disso, conclui-se que o processo de lubrificação teve influência direta no momento

torçor;

- pela análise de variância, conclui-se que, para o momento torçor e a força de

tração, as variáveis de resposta influenciaram diretamente o comportamento do

torque, bem como a velocidade de corte e também o percentual de fluido lubrificante;

99

- pela análise de variância, no processo de corte e laminação, apenas o percentual

de concentração de fluido entre 5% e 10% diferiu e interferiu diretamente nos

experimentos;

- os valores de retorno da ferramenta no processo de laminação, após a formação

da rosca, foram superiores ao processo de corte.

- no método de corte, com as especificações de velocidade e de percentual de fluido

desta pesquisa, obteve-se maior força de tração;

- conclui-se também que, no processo de corte, com maiores parâmetros de

velocidade e de percentuais de concentração de fluido, obtiveram-se menor força

axial e momento torçor na formação da rosca; em consequência, melhor utilização

de equipamento, menor consumo de energia e maior vida de utilização da

ferramenta.

100

SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS

A partir dos resultados obtidos neste experimento, seguem as sugestões de

possíveis novos estudos para proporcionar o detalhamento técnico no assunto

referido:

- estudo técnico com outros fluidos lubrificantes e percentuais de concentração. A

influência destes nas variáveis de resposta;

- análise de desgaste das ferramentas broca e macho laminador. Influência do

diâmetro menor nos dados de torque e força axial;

- avaliação do comportamento do torque e força axial para maior variabilidade de

dimensionais de roscas;

- dimensionamento e estudos sobre a altura do filete na formação da rosca;

- estudos de outros materiais para verificar o comportamento das variáveis de

resposta nos esforços relativos ao roscamento;

- estudos com velocidades de corte diferentes para os processos de usinagem e

conformação.

101

102

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