UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO - UEMACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS-CCT

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA E PRODUCÃO

INFLUÊNCIA DO ÓLEO COMESTIVÉL VEGETAL GIRASSOL NA VIDA DE BROCAS HSS NO PROCESSO DE FURAÇÃO

Igor Fernando Araujo Carvalho-0712230

SÃO LUIS-MA2012

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHAO- UEMACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS-CCT

CURSO DE ENGENHARIA MECANICADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA E PRODUCÃO

INFLUÊNCIA DO ÓLEO COMESTIVÉL VEGETAL GIRASSOL NA VIDA DE BROCAS HSS NO PROCESSO DE FURAÇÃO

Igor Fernando Araujo Carvalho -0712230(Graduando)

Prof. Msc. Tiago do Espírito Santo Baldez Neves (Orientador)

Projeto de Monografia apresentado ao Departamento de Engenharia Mecânica e Produção da Universidade Estadual do Maranhão como requisito de conclusão do Curso de Engenharia habilitação Mecânica

SÃO LUIS-MA2012

INFLUÊNCIA DO ÓLEO COMESTIVÉL VEGETAL GIRASSOL NA VIDA DE BROCAS HSS NO PROCESSO DE FURAÇÃO

______________________________________________Igor Fernando Araujo Carvalho

(Graduando)

______________________________________________ Prof. Msc. Tiago do Espírito Santo Baldez Neves

(Orientador)

_______________________________________________Prof. José Henrique BezerraCoordenador de Monografia

Aprovado em :___/___/2012

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO

A usinagem de metais ocupa uma posição de grande destaque dentro da indústria metal-

mecânica e está presente em praticamente todas as fases da manufatura de componentes nas

mais diversas áreas. Ao se abordar o processo de usinagem atualmente, observa-se que o

principal foco é o aumento da produtividade aliada às normas ambientais, que são o reflexo

da mudança de comportamento da sociedade frente aos problemas ambientais já gerados, em

grande parte pelas indústrias.

Na idade média utilizou-se sílex e ossos como ferramentas em uma espécie de furadeira

manual que dependia principalmente da habilidade de seu executor. Também existem registros

que indicam que esta foi uma das primeiras operações executadas em metal. Mesmo ao longo

de todos estes anos, a furação manteve sua importância dentro dos processos de fabricação,

sendo ainda hoje de grande importância nos processos industriais.

A importância da furação pode ser avaliada no consumo de ferramentas, que atualmente é

estimado como sendo da ordem de 250 milhões de unidades por ano (Amorim, 2003 e Viana,

2004).

No entanto, o processo de furação possui ainda várias particularidades, que são fatores

complicadores do processo, dentre as quais se podem citar (DE CASTRO, 2001):

O processo de geração do cavaco é interno (escondido) e existe um espaço limitado

nos canais para a remoção dos cavacos. Com isso o transporte dos mesmos para fora

da região de corte é dificultado;

A velocidade de corte não é uniforme, variando desde zero, no centro do furo, até um

máximo na periferia;

A lubrificação/refrigeração da região de corte é comprometida e o fluido de corte

chega com dificuldade (ou não chega) à parte de trabalho da ferramenta;

Há uma distribuição inadequada de calor na região de corte;

Ocorre atrito e desgaste pronunciado na ponta de corte e nas guias.

Os fatores que definem o campo de aplicação do processo de furação segundo o

(METALS HANDBOOK, 1989) são:

Material da peça

Diâmetro do furo

Relação de comprimento/diâmetro do furo (D/L)

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Este trabalho tem o intuito de discutir a influência do óleo comestível vegetal (girassol)

como fluidos de corte aplicados na forma de mínima quantidade de fluido (MQF), e usinagem

a seco levando em consideração alguns parâmetros de corte: velocidade de corte, avanço e

comprimentos de furo.

2.2 Objetivo Específico

Espera-se através deste trabalho analisar a eficiência da aplicação do óleo refinado vegetal

girassol quanto ao desgaste e tempo de vida das brocas HSS durante o processo de furação.

3. JUSTIFICATIVA

Este trabalho foi proposto para investigar o desempenho do óleo vegetal (girassol) aplicados

na forma MQF, no processo de furação com brocas de aço rápido avaliando o seus efeitos na vida

da ferramenta e no seu desgaste. O foco é a produtividade aliada à normas ambientais. Além da

justificativa de utilizar fluidos de corte menos prejudiciais ao meio ambiente, este trabalho

justifica-se pela proposta de utilização de fluidos de corte vegetal para furação de um aço médio

carbono ABNT 1045, muito empregada na indústria metal mecânica para fabricação de

componentes de máquinas e equipamentos. Este tipo de fluido é mais ecologicamente correto,

bem como menos agressivo a pele humana que os outros tipos de fluidos de base mineral que são

utilizados nos processos de usinagem convencional.

4. FUNDAMENTAÇÃO TEORICA

A furação é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de furos cilíndricos ou

cônicos numa peça, através de uma ferramenta geralmente multicortante. Em vista disso, a

ferramenta ou a peça gira e simultaneamente a ferramenta ou a peça se desloca segundo uma

trajetória retilínea, paralela ao eixo principal da máquina. A retirada do cavaco do furo é

garantida pelo movimento relativo de avanço entre a peça e a ferramenta, que ocorre segundo

uma trajetória paralela ao eixo longitudinal da ferramenta ou perpendicular à superfície da peça

(FERRARESI, 1977).

A furação é um dos processos mais importantes na indústria de manufatura e por ser

geralmente a última operação de usinagem realizada no processo produtivo, exerce particular

ênfase na confiabilidade do processo (SHARMAN et al., 2008).

4.1 FERRAMENTAS PARA FURAÇÃO

De acordo com (TRENT and WRITGH, 2000) a furação realizada em um torno ou num

equipamento de furar, a ferramenta mais comumente utilizada é a familiar broca helicoidal figura

01. As variações na velocidade e ângulo de inclinação ao longo da superfície são responsáveis

por vários aspectos da furação que são peculiares nesta operação. Brocas são delgadas,

ferramentas muito solicitadas, os canais têm de ser cuidadosamente projetado para permitir o

fluxo de cavaco mantendo a resistência adequada. Os ângulos de hélice e outros recursos são

adaptados para a furação de classes específicas de material.

Figura 01: Broca helicoidal

4.2 BROCAS HELICOIDAIS

Sua forma construtiva é composta de uma haste cilíndrica e uma parte cortante que pode

ser afiada de maneiras distintas conforme o material a ser usinado. Geralmente apresenta dois

gumes principais ligados através da aresta transversal, contudo podem ter três ou mais gumes

cortantes, a fim de reduzir os erros de posicionamento, melhorar o fluxo de cavacos e reduzir as

forças de corte e avanço (DINIZ et al, 2006).

As brocas são identificadas de acordo com o tipo de material da ferramenta, a forma da haste, o

número de canais, o sentido de corte, o comprimento, o diâmetro e o tipo de afiação

(STEMMER, 2005). Uma visão geral da broca é apresentada na figura a seguir.

Figura 02: Constituintes de uma broca helicoidal

4.3 – BROCAS HSS

Aços rápidos são aços ferramenta de alta liga de tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio e

cobalto, assim designados pela sua capacidade de usinar metais com velocidades de corte maiores

do que as possíveis com aços ferramenta e carbono ou de baixa e meia liga. A capacidade de

corte de uma ferramenta de aço rápido não se altera mesmo quando a temperatura de gume, por

efeito do atrito provocado pelo trabalho de usinagem, atinge 550 a 600ºC.

De todos os tipos de ferramentas empregados na indústria, as brocas requerem a mais alta

combinação de resistência à torção e tenacidade. O aço rápido da qual elas são feitas, deve ser

capaz de ser conformado em arestas de corte que não se lascarão rapidamente e um corpo que

resistirá tensões de torção e flexão.

Elas devem também ter boas propriedades de dureza ao rubro, uma vez que o corte final

de uma broca enterrada no furo está mais intimamente em contato com o cavaco quente que está

se formando do que acontece com outras ferramentas.

4.4 – FORMAS DE DESGASTE

Além do desgaste de cratera na superfície de saída e de flanco na superfície de

folga, as brocas helicoidais podem apresentar desgastes na aresta transversal, na quina

(ponta de corte) e nas guias.

Kanai e Kanda (1979) distinguem as formas de desgaste que podem ocorrer em brocas

helicoidais (Fig. 03). Diferentes mecanismos podem originar estes desgastes e a evolução do

mesmo se dá de forma semelhante na ponta da ferramenta. Nas zonas de corte predominam as

solicitações térmicas provocadas pelo calor gerado pelo atrito dos cavacos na superfície de saída

e pelo atrito das guias. Esse carregamento pode levar ao desgaste de cratera na ferramenta

(TEIXEIRA, 1995; DE CASTRO, 2001).

Figura 03: Formas de desgaste em brocas helicoidais.

4.5 – VIDA DE BROCAS

Quando as formas de desgastes, apresentadas anteriormente, atingem valores exagerados,

um critério é usado para controlar o fim de vida da ferramenta e manter o processo dentro de

condições seguras e econômicas. Portanto, o fim de vida de uma ferramenta é determinado pelo

grau de desgaste sofrido pela ferramenta durante o período de usinagem, entendendo-se por

desgaste as alterações geométricas ocorridas na cunha cortante decorrentes do trabalho de corte

(TEIXEIRA, 2001).

4.6 FLUIDOS DE CORTE E ÓLEOS VEGETAIS

Fluidos de corte são usados quando se deseja refrigerar a região de corte, principalmente

em altas velocidades de corte; lubrificar a região de corte, principalmente em baixas velocidades

e altas tensões de corte; reduzir a força de corte; melhorar a vida da ferramenta, o acabamento

superficial, a precisão dimensional da peça. Além disso, eles ainda auxiliam na quebra do cavaco,

facilitam o transporte de cavaco; protegem a superfície usinada e a máquina-ferramenta contra

oxidação (TRENT E WRIGTH, 2000).

Óleo Vegetal: É uma substância gordurosa extraída de plantas oleaginosas, em geral de

sementes ou da polpa de alguns frutos, para fins alimentícios ou industriais. Chamam-se plantas

oleaginosas aquelas que apresentam grandes concentrações de substâncias gordurosas nos frutos

ou sementes, de onde é extraído o óleo vegetal (Agência Nacional da Vigilância Sanitária -

ANVISA.)

Etapa 1

Pesquisa Bibliográfica

Etapa 2

Planejamento Experimental

Etapa 3

Preparação dos corpos de prova/dispositivos/programa

CNC para realização dos ensaios

Apuração e análise de resultados obtidos

Etapa 4

5. METODOLOGIA

Este trabalho terá como metodologia à realização de operação de furação num aço médio

carbono (ABNT 1045) onde será avaliada a influência de aplicação dos óleos vegetais refinados

comestíveis como fluido de corte. Serão usadas brocas de aço-rápido de 10,00 mm de diâmetro

sem revestimento. Durante a operação serão avaliados a vida e o desgaste das ferramentas.

Os ensaios de usinagem serão realizados num centro de usinagem vertical (DISCOVERY

560 da ROMI de 7500 rpm e potência 12.5 cv..

O desgaste de ferramenta será analisado através de um Microscópio Metalografico de

marca Nikon Modelo LV100D-U e será adotado como critério de fim de vida recomendado pela

ISO (1977) o valor do desgaste de flanco médio, VBB = 0,3 mm, e o valor do desgaste de flanco

máximo VBBmax = 0,6 mm. A figura 04 apresenta, de formar esquemático o fluxograma

representativo do planejamento experimental a ser desenvolvido.

Figura 04: Fluxograma representativo das etapas de atividades que serão executadas durante o procedimento experimental deste projeto.

5.1 ETAPAS

ETAPA 1: Pesquisa bibliográfica

Nesta etapa será realizado um estudo das publicações recentes, que apresentem

informações da teoria relativa ao tema do trabalho. Para tanto, são procurados artigos nos

principais periódicos nacionais e internacionais, dissertações e teses afins, na biblioteca central da

Universidade Estadual do Maranhão (UEMA), Universidade Federal do Maranhão (UFMA),

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão (IFMA), além de consultas à

Internet (Biblioteca digital da CAPES, Web of Science, google acadêmico, etc).

ETAPA 2: Planejamento Experimental

Nesta etapa serão definidos os materiais dos corpos de prova, a geometria das ferramentas

e condições de corte. Para a realização dos ensaios de vida será feito um planejamento estatístico

(Tabela 01), utilizando o software Statsoft Statistica versão 7.0 onde serão levantadas as variáveis

relevantes, relativas aos parâmetros de entradas sendo fixa a profundidade de corte. Assim, nesta

etapa será considerado apenas o fluido de corte vegetal de girassol e aplicação de fluido através

da técnica da mínima quantidade de fluido (MQF), em função da quantidade de teste.

vcf l

(m/min) (mm/rot) (mm)

1 17 (-1) 0,10 (-1) 30 Girrasol (-1)

2 25 (+1) 0,10 (-1) 30 Girrasol (-1)

3 17 (-1) 0,20 (+1) 30 Girrasol (-1)

4 25 (+1) 0,20 (+1) 30 Girrasol (-1)

5 17 (-1) 0,10 (-1) 30 Seco (+1)

6 25 (+1) 0,10 (-1) 30 Seco (+1)

7 17 (-1) 0,20 (+1) 30 Seco (+1)

8 25 (+1) 0,20 (+1) 30 Seco (+1)

9 17 (-1) 0,10 (-1) 30 Girrasol (-1)

10 25 (+1) 0,10 (-1) 30 Girrasol (-1)

11 17 (-1) 0,20 (+1) 30 Girrasol (-1)

12 25 (+1) 0,20 (+1) 30 Girrasol (-1)

13 17 (-1) 0,10 (-1) 30 Seco (+1)

14 25 (+1) 0,10 (-1) 30 Seco (+1)

15 17 (-1) 0,20 (+1) 30 Seco (+1)

16 25 (+1) 0,20 (+1) 30 Seco (+1)

N° Ensaio

Parâmetros de entrada

Fluido

Tabela 01: Matriz de planejamento.

ETAPA 3: Preparação dos corpos de prova/dispositivos/programa CNC para a

realização dos ensaios

Nesta etapa serão preparados os corpos de prova de aço ABNT 1045 nas dimensões

100x50 mm conforme a Figura 05. Também se dará a preparação dos sistemas e dispositivos de

fixação peça/máquina além da geração do programa CNC para usinagem dos corpos de prova.

Figura 05 - Dimensões dos corpos de prova

ETAPA 4: Apuração e análise dos resultados obtidos

Etapa que constará da análise dos resultados dos testes. Esta análise se dará pela

comparação dos resultados dos testes de usinagem (vida da ferramenta e análise dos desgastes da

ferramenta) para as situações dos óleos refinados vegetais comestíveis com MQF quando da

variação dos demais parâmetros de corte.

6. CRONOGRAMA

Para maior facilidade na compreensão da sequência do projeto, o mesmo foi dividido de

acordo com cada passo que será executado, como se pode observar na tabela abaixo:

Tabela 02: Cronograma de Atividades

7. REFERÊNCIAS

FERRARESI, D. Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Ed. Edgard Blucher Ltda, 1977. 751 p.

MACHADO, A. E et al. Teoria da usinagem dos materiais. São Paulo: Ed. Edgard Blucher Ltda, 2009. 371 p.

SILVA, A. H. Influência do ciclo de furação na usinabilidade do ferro fundido cinzento GH190. 2010. 189 p. Dissertação de mestrado – Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.

STEMMER, C. E. Ferramentas de corte II: brocas, alargadores, ferramentas de roscar, fresas, brochas, rebolos, abrasivos. Florianópolis: Ed. da UFSC, 1992. 314 p.

OLIVEIRA, V.V. Influência da geometria de brocas na furação do ferro fundido vermicular. 2008. 173 p. Dissertação de mestrado – Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus de Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica – PPGEM.