UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA

EMERSON AUGUSTO RAYMUNDO

Sistema de Planejamento de Processo de Usinagem Assistido por Computador

Lorena – SP – Brasil

2006

2

EMERSON AUGUSTO RAYMUNDO

Sistema de Planejamento de Processo de Usinagem Assistido por Computador

Tese apresentada à Escola de Engenharia de

Lorena da Universidade de São Paulo para

obtenção do título de Doutor em Engenharia de

Materiais

Área de Concentração: Usinagem de Materiais

Orientador: Prof. Dr. Marcos Valério Ribeiro

Lorena – SP

2006

3

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

Ficha Catalográfica Elaborada pela Biblioteca Especializada em Engenharia de Materiais

USP/EEL Raymundo, Emerson Augusto

Planejamento de processo de usinagem assistido por computador. /

Emerson Augusto Raymundo ; orientador Marcos Valério Ribeiro.—Lorena,

2006.

204f.: il. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais ) – Escola de

Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo.

1. Planejamento de processo 2. Usinagem 3. Rugosidade I. Título.

CDU 621.7

4

FOLHA DE APROVAÇÃO

EMERSON AUGUSTO RAYMUNDO

Tese apresentada à Escola de Engenharia de

Lorena da Universidade de São Paulo para

obtenção do título de Doutor em Engenharia de

Materiais

Área de Concentração: Usinagem de Materiais

Orientador: Prof. Dr. Marcos Valério Ribeiro

Data:28/06/2006

Banca Examinadora

Prof. Dr. Marcos Valério Ribeiro – Universidade Estadual Paulista – FEG/UNESP

Prof. Dr. José Leonardo – Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI

Prof. Dra. – Ana Paula - Universidade Estadual Paulista – FEG/UNESP

Prof. Dr. Gustavo Martinez – Universidade de São Paulo – Campus Lorena

Prof. Dr. Miguel Justino Barbosa – Universidade de São Paulo – Campus Lorena

5

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

Este exemplar corresponde a

versão final da tese

de Doutorado aprovado pela Banca Examinadora,

com as devidas correções

Orientador

Lorena, 28 de junho de 2006

6

DEDICATÓRIA

A minha e esposa, Andresa e ao meu filho, Gabriel

pela motivação, confiança e incentivo. À toda

minha família.

7

Agradecimentos

A Deus e a Jesus Cristo;

Ao Prof. Dr. Marcos Valério, pela oportunidade de orientação, incentivo e pelas condições

de desenvolvimento da tese.

Aos inesquecíveis amigos, Msc. Marcos Vargas, Msc. Jefferson (Cipó), Msc. Elias Alves,

Msc. Ciro, Dr. Cláudio e ProF. Dr. Rosinei Baptista, Leonardo, Marcelo, Mario e Adilson

pelo incentivo e contribuição.

Aos técnicos da oficina mecânica do Demar.

Aos funcionários do DEMAR, em especial os inesquecíveis amigos Vandir, Elizabethi,

Graciomara, Evelize, Regina Amorim, Tiago, Chico Paiva.

À FAPESP pela Bolsa de Doutorado e pelo financeiro para realização desse trabalho

8

Resumo

RAYMUNDO, E. A., Planejamento de Processo de Usinagem Assistido por Computador.

2006. 204f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Engenharia de Lorena,

Universidade de São Paulo, Lorena – São Paulo, 2006.

O planejamento de processo de usinagem de materiais através de procedimentos bem

adotados busca a melhor forma de se produzir uma determinada peça baseando-se nas

informações geradas de uma determinada empresa metalúrgica. Essas informações são

armazenadas em banco de dados que podem ser usadas em roteiros de fabricação. Essas

informações podem ser relacionadas e analisadas sob a luz do controle de qualidade em

processos de usinagem. O entrelaçamento entre as informações dos setores de usinagem e a

área de materiais pode se tornar trivial para um sucesso de um planejamento. Baseado na

proposta de trabalho original e dentro dos estudos feitos em relação a outros autores foi

desenvolvido então, um banco de dados caracterizado. Através de desenvolvimento de novas

metodologias alguns subsistemas típicos de setores de usinagem forma criados. Subsistemas

como: seleção de ferramentas de corte, planejamento de operação, gerenciamento de

ferramentas de corte fazem parte de um entrelaçamento a esse banco de dados. Um controle

de qualidade caracterizado pelas supervisão microscópica e propriedades mecânicas foi

desenvolvido para banco de dados. Como aspecto tecnológico importante na engenharia de

materiais o controle de superfície e passo trivial. Esse trabalho foi palco de estudos das

relações da rugosidade com a concentração de tensões localizadas. Esses dados obtidos

passaram a fazer parte do controle de qualidade demonstrando assim um nova opção para um

planejamento de processos de usinagem. Com auxílio de técnicas de processamento e análises

de imagens digitais foi desenvolvido novas análises de medição da rugosidade

proporcionando novas possibilidade ao controle de rugosidade. Através dos gráficos obtidos

pode ser validada essa nova metodologia comparada a outros autores. Para o desenvolvimento

do programa foi utilizado o programa Delphi® 6.0, pode estruturar o banco de dados e a todos

os outros subsistemas interligados a ele e entre si. O subsistema de seleção de ferramenta foi

baseado de foram original em equações de perfis da peça e ferramenta, onde ficam

dependentes de dados fornecidos pelo usuário. Os outros subsistemas foram elaborados

através de metodologia também de forma original e comparativa a outros autores. O sistema

9

desenvolvido utilizando ferramentas do Delphi® 6.0 chama-se de sistema de planejamento

automático de usinagem “SAPPU onde foi baseado em informações e características de

processo de usinagem por torneamento”, assim um banco de dados ligados às áreas de

engenharia e os resultados das técnicas foi idealizado. Com esses desenvolvimentos podiam

assim abastecer o sistema e validar através de informações e testes propostos respectivamente.

Palavra Chave: Planejamento de processo, usinagem, rugosidade.

10

Abstract

RAYMUNDO, E. A., Machinning process planning monitored by computer. 2006. 204p.

Thesis (Doctoral in Materials Engineering) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade

de São Paulo, Lorena - São Paulo. 2006.

The machining process planning of materials between well adopted procedures, search the

best way to produce a piece based in information obtained by a metallurgical company. Those

information are stored in a database, which can be used in fabrication routes. Those

information can be related and analyzed in a quality control way in machining process. The

link between the information machining sections and the materials area can became simple for

a planning success. Based in the original work proposal and according the studies done by

other authors, it was developed a typical database. According to the development of the new

methodology, some typical subsystems of machining sectors were created. Subsystems like:

cutting tools selection, operational planning, cutting tool management are part of the linking

database. A quality control characterized by microscopic inspection and mechanical

properties were developed for the database. The surface control is common and is part of a

important technological aspect in materials engineering. This work was scenery of studies of

roughness relations with concentrated located strain. This obtained data became part of the

quality control, showing a new option for a machining process planning. With processing

techniques and digital image analysis, support were developed new measurement analysis of

roughness, getting new possibilities of the roughness quality control. According the obtained

plots, this technology can be validate, compared with other authors. For the program

development it was used the Delphi 6.0 suite. This program can arrange the database and the

others subsystems connected to him and between them. The subsystem of the tool selection it

was based of original form by equations of profile of piece and tools, where the user data are

introduced. The other subsystem were prepared by the methodology in a compared in a

original form with the other authors. The system developed using the Delphi 6.0 tools is

called Machining Automatic Planning System, where it was based in information and process

characteristics of the machining process by turning. A database linked of engineering area and

11

the technical results were performed. The development can support the system and validate

the information between the test proposed.

Keywords: Process planning, machining, roughness.

12

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Módulos dos sistemas CAD/CAPP/CAM, Ferreira et al. (1999) 32

Figura 2.2 Representação dos níveis envolvidos para criação de uma base de

dados, adaptado de Setzer (1989)

38

Figura 2.3 Vários exemplos de torneamento de canais do sistema ATOS,

adaptada de Oral e Cakir (2003)

45

Figura 2.4 Intervalo de máxima eficiência adaptado de Ferraresi, 1977 56

Figura 2.5 Textura da superfície usinada: (a) perfil da superfície arbitrária e

parâmetros de rugosidade; (b) perfil idealizado de superfície

usinada em forma de serra e senoidal, adaptado de Arola e Willians

(2002)

62

Figura 2.6 Trajetória das tensões para entalhes simples e múltiplos das

superfícies, adaptada de Arolas E Williams, 2002

64

Figura 2.7 Distribuição do material da peça durante a formação do cavaco 67

Figura 2.8 Esquema da formação do cavaco mostrando o plano de

cisalhamento (Schneider, 2001)

69

Figura 2.9 Representação esquemática do mecanismo de formação de cavaco

(Siemers et al., 2001)

69

Figura 2.10 Formação das zonas de cisalhamento (Schneider, 2001) 71

Figura 2.11 Tipos de cavacos de usinagem: a) Descontínuo (de ruptura); b)

Contínuo; c) Contínuo com aresta postiça de corte (Schneider,

2001)

74

Figura 2.12 Formas de cavaco: a) helicoidal, b) lascas, c) fita, d) espiral

(Moreira, 2002)

72

Figura 2.13 Cavacos típicos para taxas de usinabilidade de A a E (Tabela 1)

para ligas de alumínio. Todos os cavacos foram feitos com 20 de

ângulo de saída da ferramenta e 2,54 mm (0,100 in.) de

profundidade de usinagem (Metals Handbook, 1989)

74

Figura 2.14 Aumento das velocidades de corte das ferramentas com o

desenvolvimento de novos materiais nos últimos anos (Koster,

1990) (Diniz e Noritomi, 1998)

75

13

Figura 2.15 Perfil de rugosidade de uma peça torneada 76

Figura 3.1 Fluxograma do procedimento adotado na implementação do

sistema

80

Figura 3.2 Interligação de todos arquivos do banco de dados de todos

subsistemas do SAPPU

81

Figura 3.3 Diagrama de bloco da seqüência do subsistema de seleção de

ferramenta de corte

84

Figura 3.4 Peça complexa escalonada em seções de geometria simples 85

Figura 3.5 Dimensões necessárias para os desenvolvimento das relações de

interfências

86

Figura 3.6 Perfil cilíndrico 87

Figura 3.7 Perfil cônico 87

Figura 3.8 Perfil concordante 87

Figura 3.9 Geometria para a determinação dos pontos x0 e y0 88

Figura 3.10 Desenho esquemático da região crítica de interferência presente no

acoplamento ferramenta/suporte

90

Figura 3.11 Exemplo de como ocorre uma interferência entre um conjunto

ferramenta/suporte e a superfície da peça de perfil complexo

91

Figura 3.12 Teste de posição de uma ferramenta de acabamento 92

Figura 3.13 Trecho do algoritmo que o sistema utiliza para verificar se existe

interferência

93

Figura 3.14 Perfil de uma face e sua respectiva equação 94

Figura 3.15 Perfil cônico invertido e sua respectiva função 94

Figura 3.16 Perfil de concordância côncava e suas dimensões 95

Figura 3.17 Perfil de concordância convexa e suas dimensões 95

Figura 3.18 Perfil de concordância invertida em relação ao avanço da

ferramenta de corte e sua respectiva função

96

Figura 3.19 Perfil de concordância convexa invertida com sua respectiva

função matemática

96

Figura 3.20 Perfil de concordância convexa para o cálculo da coordenada (x0,

97

14

y0)

Figura 3.21 Perfil de concordância convexa com a sua respectiva função 98

Figura 3.22 Identificação da geometria para o planejamento da operação 99

Figura 3.23 Seqüêncial de usinagem no macroplanejamento da operação 100

Figura 3.24 Diagrama esquemático de uma operação de faceamento 102

Figura 3.25 Diagrama esquemático do movimento da ferramenta sobre a face

da peça (operação de faceamento)

102

Figura 3.26 Componentes de um arco de circunferência 103

Figura 3.27 Diagrama esquemático dos elementos de uma espiral 103

Figura 3.28 Desenho esquemático da formação da espiral com passo de um

avanço

105

Figura 3.29 Circunferências concêntricas com o raio variando de um avanço 106

Figura 3.30 Amostra de alumínio AA-7050, sem ataque por solução química’,

imagem gerada por meio de um microscópio óptico

115

Figura 3.31 Amostra de alumínio AA-7050, utilizando ataque por solução

química de ácido fosfórico 10%, imagem feita em MEV

115

Figura 3.32 Amostra de alumínio AA-7050, utilizando ataque por solução

química de ácido fosfórico 10%, imagem feita em MEV

116

Figura 3.33 Cavaco de alumínio AA-7050, utilizando ataque por solução

química de ácido fosfórico 10%, imagem feita em MEV

116

Figura 3.34 Corpo de prova do subsistema de seleção de ferramentas de corte 118

Figura 3.35 Foto do corpo de prova de Al 7050 para subsistema de seleção de

ferramentas de corte

118

Figura 3.36 Seções das amostras analisadas para os três avanços 119

Figura 3.37 Torno CNC (LEU - DEMAR) 119

Figura 4.1 Tela de apresentação do sistema SAPPU 122

Figura 4.2 Tela de abertura do SAPPU-torneamento 123

Figura 4.3 Característica da tabelas depois dentro do script gerado 124

Figura 4.4 Scripti formado pelas criação do banco de dados do sistemaSAPPU

125

Figura 4.5 Tela de cadastro de fornecedores do sistema SAPPU 126

Figura 4.6 Tela de cadastro de materiais para o sistema SAPPU 127

15

Figura 4.7 Tela de cadastro de valores teóricos dos materiais para o sistema

SAPPU

128

Figura 4.8 Tela de cadastro de ferramentas de corte para torneamento para o

sistema SAPPU

130

Figura 4.9 Tela de cadastro de peças para o sistema SAPPU 131

Figura 4.10 Tela de cadastro da seção cilíndrica da peça para o sistema SAPPU 132

Figura 4.11 Tela de cadastro da seção faceamento da peça para o sistema

SAPPU

133

Figura 4.12 Tela de cadastro de máquina do sistema SAPPU 134

Figura 4.13 Tela de cadastro das condições de corte do sistema SAPPU 136

Figura 4.14 Tela de cadastro dos resultados do processo do sistema SAPPU 138

Figura 4.15 Tela de cadastro do controle de qualidade do sistema SAPPU 140

Figura 4.16 Tela de cadastro de análises de composição química do sistema

SAPPU

140

Figura 4.17 Tela de cadastro do procedimento metalográfico do sistema

SAPPU

142

Figura 4.18 Tela de cadastro dos parâmetros estruturais do sistema SAPPU 143

Figura 4.19 Primeira seção analisada 145

Figura 4.20 Segunda seção analisada 145

Figura 4.21 Terceira seção analisada 145

Figura 4.22 Quarta seção analisada 145

Figura 4.23 Quinta seção analisada 145

Figura 4.24 Sexta seção analisada 146

Figura 4.25 Sétima seção analisada 146

Figura 4.26 Oitava seção analisada 146

Figura 4.27 Nona seção analisada 146

Figura 4.28 Décima seção analisada 146

Figura 4.29 Imagem da superfície usinada de um das regiões longitudinal do

AA 7050

148

Figura 4.30 Imagem da superfície usinada com ampliação maior de um das

regiões longitudinal do AA 7050

148

16

Figura 4.31 Espectro gerado pela aplicação da FFT 152

Figura 4.32 Espectro gerado pela aplicação da FFT na imagem filtrada 153

Figura 4.33 Espectro gerado pela aplicação da FFT entre as marcas de avanço 153

Figura 4.34 Espectro gerado pela aplicação da FFT na imagem filtrada e

método de análise

154

Figura 4.35 Espectro gerado pela aplicação da FFT na imagem filtrada e

método de análise

155

Figura 4.36 Valores obtidos pelo apalpador mecânico e via processamento

digital de imagens das seções secionadas do cdp da liga de AA

7050

155

Figura 4.37 Valores de concentração efetivo pelos valores de rugosidade

obtidas pelo rugosímetro

158

Figura 4.38 Valores de concentração efetivo pelos valores de rugosidade

obtidas pela FFT sem aplicação do filtro

160

Figura 4.39 Valores de concentração efetivo pelos valores de rugosidade

obtidas pela FFT com o auxílio do filtro

161

Figura 4.40 Valores de concentração de tensão efetivo pelos valores de

rugosidade de todos os métodos propostos na análise do cdp da liga

de AA 7050

162

Figura 4.41 Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de

rugosidade obtidas pelo rugosímetro

163

Figura 4.42 Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de

rugosidade obtidos pela FFT sem filtro

164

Figura 4.43 Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de

rugosidade obtidos pelo FFT com auxílio do filtro

164

Figura 4.44 Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de

rugosidade de todos os métodos propostos na análise do cdp da liga

de AA 7050

165

Figura 4.45 Diagrama das técnicas aplicadas para o controle de qualidade do

sistema SAPPU

165

Figura 4.46 Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de 166

17

rugosidade obtidos pelo rugosímetro para cada seção

Figura 4.47 Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de

rugosidade obtidos pela FFT sem filtro para cada seção

166

Figura 4.48 Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de

rugosidade obtidos pela FFT com auxílio do filtro para cada seção

167

Figura 4.49 Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de

rugosidade obtidos pelos métodos propostos para cada seção na

análise do cdp da liga de AA 7050

167

Figura 4.50 Tela de cadastro de análises de microscopia optica do sistema

SAPPU

169

Figura 4.51 Tela de cadastro de microscopia eletrônica de varredura do sistema

SAPPU

172

Figura 4.52 Tela de cadastro do microscopia eletrônica de transmissão do

sistema SAPPU

173

Figura 4.53 Tela de seleção de ferramentas de corte do sistema SAPPU 174

Figura 4.54 Tela de entrada de gerencimento de ferramentas de corte do sistema

SAPPU

176

Figura 4.55 Tela do histórico de processo do gerencimento de ferramentas

de corte do sistema SAPPU

177

Figura 4.56 Tela de abertura do subsistema de planejamenta deoperação do

sistema SAPPU

178

Figura 4.57 Tela de resposta para o macroplanejamento da operação 179

Figura 4.58 Tela de otimização da operação de desbaste do sistema SAPPU 181

Figura 4.59 Tela de otimização da operação acabamento do sistema SAPPU 182

Figura 4.60 Tela de cálculo do custo otimizado do subsistema do SAPPU 183

Figura 4.61 Tela de cálculo do custo tradicional do subsistema do SAPPU 184

Figura 4.62 Tela de cálculo da produtividade do subsistema do SAPPU 186

Figura 4.63 Tela de cálculo estatístico número de “student” do subsistema do

SAPPU

187

Figura 4.64 Tela de apresentação do subsistema de controle de máquina 189

Figura A.1 Tela principal de programação “form” do Delphi 203

18

Figura A.2 Tela aonde se faz a programação no Delphi 204

19

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 Influência dos parâmetros nos tipos de cavacos representados na

imagem mostrada por meio da figura 2.13 (Metals Handbook,

1989).

73

TABELA 2 Composição química da liga de alumínio AA 7050 - T7451. 112

TABELA 3 Valores obtidos para a análise do controle de qualidade com

parâmetros de rugosidade “Ra” das técnicas propostas

158

TABELA 4 Valores obtidos para a análise do controle de qualidade com

valores de rugosidade “Ra” para a determinação de parâmetros de

estruturais das técnicas propostas

159

TABELA 5 Valores obtidos para a análise do controle de qualidade com

valores de rugosidade “Ra” para a determinação de parâmetros de

estruturais das técnicas propostas

159

20

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS

V velocidade de corte otimizada

C representa constante de vida da ferramenta

T representa a vida da ferramenta

x representa o coeficiente de vida da ferramenta

y representa o coeficiente de vida da ferramenta em relação ao avanço (f)

z representa o coeficiente de vida da ferramenta em relação à profundidade

de usinagem (d).

Cpc custo total por peça era representado

M custo da máquina

t1 tempo improdutivo

tct tempo de troca da ferramenta

Ct custo da ferramenta

tm tempo de usinagem

Nt número de ferramentas usadas

tm tempo de usinagem

Nt número de ferramentas Nt usados

n representa o número de cortes

D diâmetro da peça

L comprimento da peça

dc profundidade máxima de usinagem a ser removida

d profundidade real de usinagem/passe

Cpc custo por peça

Tt tempo total

K1 e K2 funções objetivo

TL representa o tempo de ajuste da peça

TC representa o tempo aproximação e afastamento

TR representa o tempo de troca da ferramenta na sua falha

Tac representa o tempo real de corte

T representa a vida da ferramenta em unidade de tempo

21

x custo de mão de obra

y custo da ferramenta por sua falha

CT custo total

TT tempo médio de produção

T vida da ferramenta

K, n, n1, n2 coeficientes de determinação prática da equação de Taylor

zT representa a vida da ferramenta, em peças

tum tempo total em que a máquina

tc tempo de corte efetivo, em min/pç

tm tempo de manuseio

ti tempos improdutivos

Cm custo da máquina

Sh salário do operador

Csup custo referente ao suporte ou porta-ferramenta sem o inserto

Psup preço do suporte

Tsup vida em termos do número de arestas

Cins custo referente ao inserto, em $/aresta

Pins relação entre o preço do inserto

Nins número de arestas que o inserto possui

CTf cálculo do custo com a troca de ferramentas, em $/aresta

tTf tempo de troca da ferramenta (tTf), em min/aresta

Cum custo de utilização da máquina, em $/min

zT número de peças usinadas por vida da ferramenta

vo Velocidade de mínimo custo

vmxp Velocidade de máxima produção

f Avanço

aP profundidade de corte

vC Velocidade dec corte

x e K coeficientes da equação de vida de Taylor

CA representa o custo total da ferramenta, em $/aresta

Ra Rugosidade

22

re raio efetivo de ponta

Ka fator de correção da superfície

RY e RZ rugosidade pela distribuição do perfil da altura (z) registrados em um dado

comprimento

ρ raio do perfil do vale

Kt fator de concentração tensão

t altura do entalhe

Kt fator de concentração usando parâmetros de rugosidade

n estado de tensão é representado pelo fator

λ raio entre espaçamento e altura das superfícies irregulares

Ktm concentração de tensão efetiva

ρm raio médio efetivo do perfil do vale

Kfm fator de concentração efetiva para fadiga

q sensibilidade ao perfil do entalhe

λ constante do material

σu limite de resistência

φ ângulo de cisalhamento

VB Desgaste frontal ou de flanco (VB)

KT desgaste de cratera (KT)

I1 comprimento da ferramenta

f1 dimensão do código “ISO

I3 comprimento do acoplamento

f2 dimensão de interferência

f1s dimensão de interferência do catálogo

h A altura considerada também como um valor crítico do suporte

κr ângulo de posição

α ângulo de ponta da ferramenta ou raio de ponta re

f2 dimensão interferência medida na ferramenta

φ ângulo de folga

x, y, e (x0,y0) coordenadas representativas dos perfis

d, d1 e d2 são as dimensões do diâmetro da seção da peça

23

r raio do perfil da concordância

a avanço (incremento

lc comprimento de corte

h´ altura de incremento

l comprimento de usinagem (mm)

l´ comprimento da hipotenusa inscrita (mm)

r raio da concordância (mm)

z’ vida média da aresta para a primeira condição, em peça

z’’ vida média da aresta para a segunda condição, em peça

vm’ velocidade média de corte da primeira condição, em m/min

vm’’ velocidade média de corte da segunda condição, em m/min

Z número de peças usinadas por aresta

Vm velocidade média de corte utilizada em m/min

Di e Df diâmetro final e inicial

∆r variação do raio inicial

ω comprimento

vC’ e vC’’ velocidade de corte da primeira e segunda condição

vlim velocidade limite

dmin diâmetro mínimo da peça testada, em mm

dmax diâmetro máximo da peça testada, em mm

nmax rotação máxima do eixo-árvore, em mm/volta

nmin rotação mínima do eixo-árvore, em mm/volta

Nm potência do motor elétrico principal de acionamento, em CV

η rendimento do motor elétrico

Ks1 e z constantes específicas do metal, em relação à pressão específica de corte

ap profundidade de corte, em mm

vmlim velocidade mínima limite

v’’’ velocidade do terceiro intervalo

vmxp velocidade de máxima produção

Civ valores dos custos diretos e indiretos da matéria-prima, em $/pç

CA custo total da ferramenta, em $/aresta

24

vCSEL velocidade de corte selecionada, em m/min

kg constante independente da velocidade

(Ctp)ref custo da ferramenta, dita de referência

RCB relação custo/benefício

(x, y) coordenada da imagem quadrática espacial

u e í coordenadas de freqüência

S Intensidade de um novo valor dos pixels

c constante escalar

r intensidade de um pixel

L representa o comprimento de amostragem

R1 e R2 representam as alturas em relação a linha paralela à linha média

CAD computer aided design

NC numerical control

CAM computer aided manufacturing commercial

CAPP computer aided process planning

CNC controle numérico computadorizado

FMS Flexible Manufacturing System

ATOS Automatic Tool Selection

TMS tool management system

EXCATS Expert Computer Aided Cutting Selection

IME Intervalo de Máxima Eficiência

BD banco de dados

DEMAR Departamento de Materiais Refratários

MEV microscópio eletrônico de varredura

LME laboratório de microscopia eletrônica

SAPPU Sistema Automático de Planejamento de Processo em Usinagem

SQL Structure Query Language

PL Linguagem padrão

MER modelagem identidade e relacionamento

TDF transformada discreta de Fourier

TRF transformada rápida de Fourier

25

FFT Fast FourierTransforms

MET Microscópio Eletrônico de Transmissão

26

SUMÁRIO

Capítulo 1 Objetivos 28

1.1 Introdução 28

1.2 Objetivos Específicos 30

1.3 Justificativa 30

Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 31

2.1 Planejamento de Processo 31

2.2 Cenário Atual dos Sistemas Aplicados ao Planejamento de

Processo

33

2.3 Sistemas de Planejamento de Processo 35

2.4 Sistemas de Banco de Dados 36

2.4.1 Banco de Dados no Planejamento de Processo 39

2.5 Planejamento de Processo e Sistemas de Seleção de Ferramentas 40

2.5.1 Seleção de Ferramentas de Corte 41

2.6 Gerenciamento de Ferramentas ao Planejamento de Processo 45

2.7 Planejamento da Operação ao Planejamento de processo 48

2.7.1 Metodologias de Otimização ao Planejamento de Operação 49

2.7.2 Modelo de Custo Corrente 54

2.7.3 Intervalo de Máxima Eficiência (IME) e suas Velocidades

Correspondentes

56

2.8 Ciências dos Materiais ao Planejamento de Processo de Usinagem

Assistido por Computador

58

2.8.1 Relação da Rugosidade com Integridade Superficial 60

2.8.2 Aplicação das Técnicas de Processamento e Análises Digital de

Imagens na Engenharia

65

2.9 Mecanismo de Formação de Cavaco e sua Relação com a

Tecnologia dos Materiais ao Auxílio do Planejamento de Processos

67

2.9.1 Tipos de Cavacos 70

2.9.2 Formas Geométricas de Cavacos 72

27

2.10 Ferramentas de Corte 74

2.10.1 Acabamento Superficial 75

Capítulo 3 Metodologias e Materiais Utilizadas 78

3.1 Metodologia Aplicada 78

3.1.2 Interligação dos Arquivos do Banco de Dados e os Subsistemas 80

3.1.3 Método Aplicado ao Sistema de Seleção de Ferramentas 82

3.1.4 Método Aplicado ao Sistema de Planejamento de Operação 98

3.1.4.1 A Metodologia Aplicada ao Macroplanejamento 99

3.1.4.2 A Metodologia Aplicada ao Microplanejamento 100

3.1.4.3 Seleção da velocidade 107

3.1.4.4 Relação Custo/Benefício 110

3.2 Materiais e Equipamentos Utilizados 111

3.2.1 Liga de Alumínio 7050 111

Capítulo 4 Análises de Resultados 121

4.1 O Sistema Desenvolvido 121

4.2 Apresentação do Banco de Dados 123

4.3 Controle de Qualidade Desenvolvido para o Sistema SAPPU 139

4.4 Apresentação do Subsistema de Seleção de Ferramentas de Corte 174

4.5 Apresentação do Subsistema de Gerenciamento de Ferramentas de

Corte

175

4.6 Apresentação do Subsistema de Planejamento de Operação 177

4.6.1 Abastecimento do sistema microplanejamento com o teste de

otimização e cálculo de custo propostos

180

4.7 Apresentação do Subsistema de carga de máquina 188

Capítulo 5 Considerações Finais 191

Capítulo 6 Referências Bibliográficas 194

28

Anexo A 201

29

Capítulo 1. Objetivos

1.1. Introdução

As características atuais de mercado impõem às empresas a necessidade de

reorganização de seu processo produtivo, visando a redução de custos, aumento da eficiência

e incremento na qualidade. Neste contexto várias atividades poderiam auxiliar a manufatura,

porém, ainda são poucas as empresas que analisam seus gastos com ferramentas, além dos

possíveis danos que a ausência de administração destes meios de produção causa no ambiente

fabril.

Quando essas situações são impostas para as empresas através do mercado, a

sociedade acadêmica pode propor soluções imediatas ou de longo prazo. As duas condições

temporais têm que apresentar soluções tanto seguras quanto consistentes. As pesquisas da

engenharia de processo e de materiais assistidas pela informática podem auxiliar na busca do

planejamento de processo.

O conhecimento e a melhor manipulação das informações geradas nos processos de

usinagem podem auxiliar num melhor planejamento desse processo. Então os cadastros dessas

informações gerados ou não pelo próprio sistema são de importância relevada para os

processos de fabricação.

A complexidade dos processos de usinagem com suas variáveis pode passar pela

ciência dos materiais e pelos parâmetros estruturais. O evento do corte de uma determinada

peça pode apresentar uma rede complexa das informações que se interagem. O planejamento

dessas informações pode levar a um melhor entendimento e traçar novas coordenadas para os

futuros processos.

Através da grande ferramenta desenvolvida pela comunidade científica, ou seja, os

computadores aliados à evolução de “softwares”, podem ajudar no trabalho do entrelaçamento

dessas informações. O banco de dados passa então, a ser dispositivo das tendências

evolutivas. Outros “softwares” como os processadores e analisadores de imagens digitais

também podem auxiliar na caminhada científica.

30

Itens do processo de corte como seleção e gerenciamento de ferramenta, planejamento

de operação, seleção de máquinas, análises de rugosidade e análise dos materiais fazem parte

de um planejamento de processo e essa tendência pode ser iniciada nesse trabalho.

A seleção de ferramenta é um dos itens mais complexos para um operador de CNC,

pois dependendo da escolha dessa ferramenta pode levar a um aumento da rugosidade e das

tensões residuais, além disso, o desgaste das ferramentas pode aumentar o tempo de produção

e os custos diminuindo a qualidade do planejamento. A seleção de ferramenta passa também

por esse entrelaçamento das informações, como por exemplo, os parâmetros de usinagem, tipo

de operação, análises dos materiais, estudos de perfis e controle de estoque.

Com relação ao item seleção de ferramenta de corte foi proposto uma metodologia de

seleção utilizando gerações das equações dos perfis da peça e ferramenta de corte. Uma

complexa e inovadora idéia que pode futuramente fazer parte dos processos de usinagem dos

materiais.

O planejamento de operação também pode englobar uma gama de informações. O

melhor planejamento de corte pode diminuir os problemas gerados nos processos de corte.

Dependendo de como se começa o corte alguns problemas como desgastes e tensões de corte

pode aparecer. A otimização de processo também faz parte de planejamento da operação ou

nesse caso o microplanejamento.

O controle de qualidade na engenharia atual não é mais um caso separado das

empresas, pois a visão das grandes empresas é de que o controle de qualidade tem que estar

em todos os setores e os funcionários no mesmo objetivo de se ter produtos padronizados e

com qualidade. O controle de qualidade passa então, a ser diversificado, a todas as áreas. Em

usinagem as análises de qualidade atual podem ser feitas por análise dimensional, ou seja,

controle de “tamanho” da peça por parâmetros de rugosidade. Através do desenvolvimento

deste trabalho foi proposto também uma contribuição a essas análises, envolvendo parâmetros

de superfície como integridade estrutural representado pelo fator de concentração de tensão.

Para cada perfil em geral que um processo de usinagem por torneamento pode gerar esse fator

de concentração foi determinado.

Em paralelo as essas análises foi desenvolvido também através do auxílio de técnicas

de processamento e análises de imagens digitais outro meio de medição de rugosidade dessas

superfícies foi realizado. Pois, a maioria dos medidores de rugosidade não consegue medir

com eficiência perfis considerados complexos.

31

1.2. Objetivos Específicos

O desenvolvimento desse trabalho passa pela implementação de um sistema

computacional constituído de um banco de dados caracterizado principalmente pela ciência

dos materiais para auxiliar no planejamento de processos de usinagem. Buscou-se assim a

possibilidade de se ter um roteiro de fabricação, baseado no desenvolvimento de

metodologias. Dentro desse roteiro, algumas características foram implementadas como o

controle de qualidade baseado em análises de rugosidade auxiliada por técnicas de

processamento digital de imagens, seleção de ferramentas de corte, planejamento de operação,

gerenciamento de ferramentas de corte, otimização de processo e também distribuição de

carga de máquina.

Tal objetivo alcançado através do abastecimento das informações no banco de dados

do sistema automático de planejamento de processo de usinagem, dos testes feitos com a liga

de alumínio 7050. O banco de dados foi programado e caracterizado segundo as metodologias

propostas de seleção de ferramenta, planejamento de operação e controle de qualidade.

Os resultados experimentais baseiam-se nos próprios subsistemas, ou seja,

dependendo de como estão dispostos os campos de cadastros, o usuário é orientado abastecer

o sistema e assim terão as respostas propostas.

1.3. Justificativa

Este trabalho pode contribuir cientificamente, pois apresenta resultados de um

entrelaçamento de algumas áreas da engenharia. O sistema de planejamento de processo

auxiliado pelo programa Delphi 6.0 ® mostra metodologias desenvolvidas e específicas de

cada área, ou seja, buscou-se obter um sistema automático de planejamento de processo de

usinagem. Dentre as ciências envolvidas e entrelaçadas no desenvolvimento do trabalho

podendo assim destaca-las como a informática, a engenharia de produção, a engenharia

mecânica e a ciências dos materiais. Podemos considera o sistema como um trabalho

multidisciplinar.

32

33

Capítulo 2 –Revisão Bibliográfica

2.1. Planejamento de Processo

O planejamento de processo segundo Tanaka e Kishinami (1997, p.109), refere-se a

uma família de tarefas projetadas que deve ser completada antes da real operação de

manufatura.

Para Andrade et al. (2001, p.140), um sistema de planejamento de processos pode ser

definido como um sistema responsável pela conversão das especificações do projeto de um

produto em informações e instruções. Em outras palavras, o planejamento de processo pode

auxiliar e qualificar a fabricação de um determinado produto.

Com o mercado voltado ao consumidor, o planejamento de processo neste contexto

pode se tornar um gargalo dentro de empresas de usinagens de materiais. Entre as decisões

orientadas no planejamento de processo podem incluir a gerenciamento de máquinas, de

ferramentas de corte junto a seleção de dispositivos de fixação, e as análise das operações de

corte. Tendo em vista essa complexidade, essa atividade ficaria difícil nas mãos de um

processista. A inserção da informática como uma ferramenta tecnológica importante para o

desenvolvimento de sistemas computacionais ao auxílio de planejamentos dos processos,

podem se chegar aos chamados sistemas CAPP (computer aided process planning). A

abordagem do sistema CAPP é generativa, onde o plano de processo pode ser gerado por

meio de um sistema especialista.

Um trabalho desenvolvido por Ferreira et al. (1999), relata procedimentos de obtenção

desse na figura 2.1 podemos visualizar em síntese esse trabalho; inicialmente uma peça é

modelada no sistema CAD (computer aided design) e depois era enunciada ao CAPP, que

gerava assim, o plano de processo em poucos segundos. Entretanto, em sua história, o plano

de processo gerado não continha informações sobre a velocidade de corte, avanço e

profundidade de corte. Assim, o programa para o CNC (controle numérico computadorizado)

não poderia ser gerado.

Em conseqüência, algumas técnicas baseadas em parâmetros de usinagem de

torneamento foram desenvolvidas por Ferreira et al. (1999):

- extração de dados através de um banco de dados;

34

- métodos de otimização;

- métodos baseados em sistema especialista.

Figura 2.1. Módulos dos sistemas CAD/CAPP/CAM, Ferreira et al. (1999)

De posse dos parâmetros de usinagem, gerava-se o programa de controle numérico NC

(numerical control) com auxílio de um software CAM (computer aided manufacturing)

comercial.

O trabalho desenvolvido por Andrade et al. (2001), propôs também um sistema

CAD/CAPP/CAM para operação de torneamento. Este sistema teve como objetivo integrar os

três módulos, priorizando uma mínima intervenção manual no processo de fabricação.

O módulo CAD abrangia todas as atividades envolvidas na produção de dados de

engenharia, tais como, desenhos, modelos geométricos, revisão e aperfeiçoamento de projetos

auxiliados por computador. Como auxílio ao sistema, integrava-se ferramentas

computacionais, como exemplo, de análise de elementos.

O sistema CAM envolvia as aplicações dos computadores com uma grande variedade

de funções na manufatura, a exemplo de controle do chão de fábrica, que por sua vez abrangia

35

tarefas, como, por exemplo, coleta de dados, gerenciamento de ferramentas, programação da

produção e controle de qualidade.

Na integração dos projetos de uma empresa, todos os autores do projeto devem

cooperar em ordem ao longo do projeto em processo, objetivando o melhor esboço. Cada um

leva sua competência e seu domínio ao desenvolvimento de um trabalho mais eficiente. Esses

autores podem chegar a um desenvolvimento de uma estrutura específica de um modelo para

diferentes pontos de vista. Para existir um elo entre essas idéias no planejamento de processo,

teria que ter uma disponibilidade, uma acessibilidade, qualidade e uma certa convergência

entre eles.

O planejamento de processo pode ter objetos ou características diferentes e convergem

no sentido das suas dependências, sendo o tipo de ferramenta de corte os sistemas de fixações

e as operações de usinagem. O elo de dependência entre esses objetos pode ser definido como

a disponibilidade e qualidade (PARIS e BRISSAUD, 2000).

Os conhecimentos das características do planejamento têm sido aproximados mais

popularmente nas variedades de implementação dos sistemas CAD/CAM. Em projetos, as

características prendem-se explicitamente a atributos de engenharia e relações entre produtos

e definição de objetos, estas informações são essenciais para várias tarefas e análises. Em

manufatura, as características podem enlaçar o conhecimento de vários tipos de manufatura.

Esses conhecimentos podem ser facilitados pelo auxílio computacional em sistemas CAPP e

assim, ajudar as operações detalhadas de instruções requeridas por sistemas modernos de

produção, semelhante como máquinas CNC, robôs e equipamento de inspeções.

2.2. Cenário Atual dos Sistemas Aplicados ao Planejamento de Processo

Tradicionalmente, o planejamento de processos é feito por processistas, com larga

experiência. Conseqüentemente, o plano gerado é estritamente dependente da experiência e

habilidade de tais pessoas. Elaborar tais planos é uma tarefa que requer grande dispêndio de

tempo para testar todas as alternativas possíveis.

Uma característica do planejamento de processo é a integração entre sistemas de

gerenciamento de ferramentas, planejamento das operações, controle de informações e da

qualidade e isso pode trazer algumas vantagens. Pode ser incluir, por exemplo, a redução nos

custos de produção devido à minimização do número e tipos de ferramentas necessárias,

36

aumento da produtividade devido à redução dos estoques e tempo de “set-up”, melhorias na

qualidade e confiabilidade estrutural das peças, flexibilização de roteiros, melhores trajetórias

e contabilidade de custo de ferramental.

Desde a revolução industrial o maior impulso em tecnologia tem sido na verdade,

diminuir a participação dos operadores humanos na manufatura, pois este tem a tendência de

errar. Isto foi reforçado pela exigência do capitalismo, que colocou a prioridade máxima na

busca do lucro. A economia voltada ao lucro foi provavelmente a maior força que acelerou o

desenvolvimento.

Este desenvolvimento se encontra na forma de automação de fábrica, sistemas

flexíveis de manufatura (“Flexible Manufacturing System” - FMS), complexos fabris

gigantescos, linhas de montagens de automóveis e eletrodomésticos, onde robôs foram

facilmente introduzidos até nas máquinas-ferramenta. Por outro lado, existem áreas da

manufatura que resistiram até agora à automatização ou a se converterem em operações sem

supervisão, por motivos técnicos ou econômicos.

A tecnologia do comando numérico submeteu a produção a uma mudança

fundamental, este processo de mudança continuará sem grandes saltos importantes de

inovação, ao mesmo tempo em que alguns desenvolvimentos, como a aplicação de motores

lineares ou cinemáticos paralelos, sem dúvida aceleraram o progresso total no projeto de

máquinas–ferramenta.

O uso de tecnologia de simulação continuará em primeiro plano e levarão à redução

das cadeias de processo e ao aumento do desempenho seguro dos processos. Uma grande

quantidade de ferramentas apropriadas (“softwares”) está disponível e, se usadas

simultaneamente permitirão obter o efeito desejado. No curso da globalização e da

terceirização, as redes de informação e comunicação terão cada vez mais importância

(SCHULZ, 2000).

Com a globalização do mercado, as empresas de manufatura tendem a buscar

qualidade para tornar-se cada vez mais competitivas. O consumidor tem mais opção para

comprar um determinado produto com base em fatores fundamentais para decisão, como o

preço, a qualidade e a confiabilidade. O mercado está voltado para o consumidor e, por isso,

as empresas buscam características de flexibilização da produção, pois exigem mudanças nos

produtos e por conseqüência, a variedade de peças é muita grandes. (FERREIRA et al., 1999).

37

Atualmente, as empresas que utilizam máquinas CNC têm necessidades como a

integração do banco de dados com os sistemas de programação assistida por computador. A

interação entre o sistema de programação e um banco de dados de usinagem, faz com que se

obtenha rapidamente parâmetros atualizados e adequados às condições reais de trabalho. A

utilização do computador e de um banco de dados de usinagem no auxílio à programação

contribui para que essa tarefa seja mais precisa, mais eficiente, mais barata e menos sujeita a

erros humanos.

2.3. Sistemas de Planejamento de Processo

Spur e Specht (1992, p. 303), descreveram que para algumas tarefas de manufatura a

solução de seus problemas, muitas vezes, cabia ao perito de processo, porém segundo o autor,

sistemas especialistas estariam em desenvolvimento e poderiam ser aplicados a tarefas de

interpretação, diagnósticos, planejamentos, configuração, monitoramento, controle, previsão e

aquisição de conhecimento. O desenvolvimento de tecnologia de conhecimento seria um

desafio para engenheiros e cientistas, ligados às áreas interdisciplinares. Máquinas que

processam conhecimento seriam capazes de armazenar sua própria experiência operacional e

compará-lo com seus registros. As informações armazenadas poderiam ser utilizadas de

acordo com a necessidade, onde o uso de conhecimento experimental na manufatura poderia,

por exemplo, ser aplicada a otimização.

Tanto o planejamento quanto o processo de manufatura necessitariam de um acesso

fácil à informação tecnológica em tempo real. As existências usuais de métodos

convencionais para banco de dados tecnológicos, poderiam ser insuficientes. O

desenvolvimento de um banco dados específico para planejamento de produção e para

manufatura foi feito pelos autores. De qualquer modo, o alvo da tecnologia do banco de dados

consistiria em suprir as necessidades do usuário e do processo. Dados relevantes eram salvos

como dados tecnológicos (MURŠEC e ÈUŠ, 2003):

- Ferramentas, medidas e instrumentos testados;

- dispositivo do suporte, dispositivos de ferramentas, fixadores, mandris;

- material da peça, material da ferramenta, valores de corte;

- máquina-ferramenta, acessórios;

38

- características de manufatura, operações e ciclos.

Em outro trabalho desenvolvido por Edalew et al. (2001), foi implementado um

sistema baseado em conhecimento e que tinha três componentes significativos: a engenharia

de inferência, conhecimento e banco de dados. Esse sistema de banco de dados consistia de

cinco grupos separados: materiais, materiais da ferramenta, ferramenta de corte, parâmetros

de corte e técnicas de usinagem, respectivamente. O sistema era operado por dois tipos de

bancos de dados; permanente (estático) e temporário (dinâmico). A permanente continha

informações da ferramenta de corte, materiais de ferramenta, materiais dos componentes e

processos de usinagem. Estes dados segundo os autores foram adquiridos de pesquisas da

literatura. Os bancos de dados temporários eram atualizados como um sistema direcionado,

contendo conhecimento autorizado que incluía características especificadas, material,

geometria da ferramenta e condições de corte para variais operações e essa característica torna

o sistema mais versátil passível de mudança perante permanente evolução das ferramentas de

corte, novas ligas, tipos de operação e dinâmicas das mudanças das condições de corte.

Como foi descrito, qualquer sistema de planejamento auxiliado por computador com

vários objetivos necessitam de um banco de dados. No que se refere a cálculos, a consultas, e

qualquer que seja a intenção o banco de dados é uma das partes principais.

2.4. Sistemas de Banco de Dados

Segundo Leão (2001, p. 129), um banco de dados consiste em uma forma organizada

de informações, mas seu conceito não representa uma inovação da era da informática. Há

muito tempo, as empresas que necessitavam manipular grandes quantidades de informações

armazenavam dados de forma organizada e, antes que os custos da implementação de

sistemas informatizados caíssem a níveis compatíveis com a realidade econômica das

pequenas e médias empresas, estas organizavam seus dados e informações em enormes

arquivos de aço. A informatização trouxe, entre outros benefícios, a impressionante redução

do espaço necessário ao armazenamento dessas informações e uma maior rapidez em sua

consulta. Muitas empresas, podem disponibilizar um mesmo conjunto de informações em um

banco de dados de fácil acesso, pela internet ou através de uma intranet.

39

Embora os antigos arquivos de aço tenham sido substituídos, muitos dos seus

conceitos permanecem válidos. Os dados dos clientes, por exemplo, continuam a ser

armazenado em arquivos, porém estes são agora arquivos de dados armazenados em meios

magnéticos especiais (disquetes, discos rígidos, cd-rom, zip-disk, etc.). Esses arquivos

também contêm fichas, que passaram a serem denominados registros, e em cada registro

(como nas fichas) existem diversos campos No caso do arquivo de fornecedores, por exemplo,

cada registro é usado para armazenar as informações de um determinado fornecedor, com um

campo para o nome, outro para o endereço, etc (LEÃO, 2001).

Historicamente descrevendo Setzer (1989, p. 2), em sua obra o autor apresentou um

estudo de como um esquema de banco de dado poderia ser apresentado. Como pode ser

observado na figura 2.2, foi apresentado um esquema que segundo o autor, para criação de

uma base de dados poderia ter vários níveis envolvidos em um possível processo de

modelagem. Nesse esquema, o nível mais alto representava o mundo real, que do ponto de

vista formal é ainda nebuloso. Os “objetos” do mundo real eram os seres, os fatos, as coisas, e

os organismos sociais. Assim, se considera um departamento de uma empresa como algo do

mundo real. O segundo nível era o das informações informais e era caracterizado por

relatórios escritos em uma linguagem natural (português, inglês, etc.). O terceiro nível era o

das informações formais ou do modelo conceitual. Como o objetivo seria em chegar a um

modelo computacional, o formalismo a ser adotado seria o da matemática, tornando-se um

passo dirigido para facilitar a posterior formulação no nível computacional.

O quarto nível seria o nível dos dados, que são os símbolos a serem introduzidos no

computador, tanto na descrição de estruturas como aqueles que constituem os dados a serem

propriamente processados pela máquina. A máquina operaria com os dados através dos

modelos que os descrevessem onde denominamos o nível em questão de nível operacional.

O quinto e último nível, o nível da máquina, não mais do ponto de vista do usuário,

mas de aspectos internos, isto é, das representações internas dos dados e dos programas.

O planejamento de um banco de dados é extremamente importante para a estabilidade

de todo o sistema. Quanto maior o tempo despendido no projeto do banco de dados, menor

seria o tempo despendido na manutenção do modelo (OLIVEIRA, 2002).

40

Figura 2.2. Representação dos níveis envolvidos para criação de uma base de dados,

(adaptados de Setzer (1989)

Um banco de dados pode ser um conjunto coerente e lógico de dados relacionados que

possuem significância intrínseca. Esses dados representam aspectos do mundo real e que

devem ser mantidos para atender aos requisitos da empresa. Pode haver três tipos de banco de

dados (OLIVEIRA, 2002):

- Hierárquico: representa dados como uma estrutura de árvore, composto de uma hierarquia

de registro de dados.

- Rede: representa os dados como registros vinculados uns aos outros, formando conjuntos

comuns de dados. Existe uma similaridade muito grande entre o modelo hierárquico e o

modelo de rede. Pode-se entender o modelo de rede como uma generalização do modelo

hierárquico, ou este último como um modelo de rede; e.

- Relacional: representa os dados como uma simples coleção de linhas e colunas em tabelas

bidimensionais.

41

2.4.1. Banco de Dados no Planejamento de Processo

Segundo Muršec e Èuš (2003 p. 158), o mercado oferece uma grande variedade de

pacotes de programas contendo banco de dados que podem ser úteis. O usuário pode relatar

dentre todas as limitações do processo de corte, análises da velocidade de corte, da

profundidade de corte, do avanço, e então, decidir qual banco de dados melhor irá suprir a sua

expectativa.

Em planejamento de qualquer processo tecnológico sempre haverá a necessidade de

acessos fáceis às informações tecnológicas. É muito comum a utilização da experiência

pessoal para determinar os parâmetros envolvidos. No que se refere ao planejamento de

usinagem a complexidade pode ser grande e as informações relativas às condições de

usinagem, não podem ser completamente descritas por formulações matemáticas.

Sistemas de banco de dados de informações tecnológicas, aplicado ao planejamento de

processo podem ser desenvolvidos através de ferramentas computacionais (softwares), e

através de suas rotinas permitem o arquivamento de dados, sua manipulação e gerenciamento.

A tecnologia relacionada ao processo de usinagem tem requerido novas melhorias.

Nos anos 70, as condições de corte eram coletadas em catálogos e em vários manuais. Nos

anos 80, apareceram os banco de dados contendo informações, como por exemplo, condições

de corte, geometria da ferramenta, materiais de corte, máquinas e sistemas de fixações. Já nos

anos 90, a tecnologia estava voltada ao sistema de informação global desses dados (MURŠEC

e ÈUŠ, 2003).

Os fabricantes de ferramentas apresentam suas ferramentas de corte com as geometrias

e dados tecnológicos em seus catálogos exclusivos. O número de tipos diferentes de

ferramenta de corte vem aumentando substancialmente. Quando o fabricante produz um

catálogo, ele já tem que desenvolver novas ferramentas e posteriormente a atualização do

novo catálogo.

Portanto, a introdução de programas com banco de dados oferecem a possibilidade da

substituição desses catálogos. Os dados tecnológicos podem ser armazenados em discos

compactos, para que o usuário possa trabalhar em condições ótimas.

Outras informações podem ser de extrema importância, como as relacionadas variáveis

limitantes de usinagem e características da peça, pois quando uma determinada peça é

processada deve se ter em mente essas características, como por exemplo, parâmetros e

42

condições de corte, propriedades mecânicas e composição química respectivamente. Essas

informações podem ser arquivadas e geradas em programas desenvolvidos especificamente

para a engenharia de processos de materiais. Portanto, um banco de dados aplicados a essas

informações pode auxiliar no controle de qualidade de um planejamento de processos.

Segundo Lee et al. (2000 p. 1), o torneamento é um processo comum em operação de

usinagem. Portanto, o modelamento do banco de dados para associar parâmetros de corte com

a melhoria da usinagem é muito importante para a indústria. Várias metodologias têm sido

propostas para estabelecer arquiteturas próprias de bancos de dados em usinagem. Na

realidade, modelos confiáveis, não são fáceis de se obterem, e a aplicação de modelos

desenvolvidos para a usinagem ainda estão limitados devido à insuficiente habilidade de

interpolação dos dados relativos ás condições de usinagem. Uma das características específica

na construção de um banco de dados de usinagem é de se obter interligações entre condições

de corte (velocidade de corte, avanço, e profundidade de usinagem) e parâmetros de controle

de qualidade (vida de ferramenta, rugosidade, e força de corte.

A complexidade dos parâmetros de usinagem pode afetar o resultado do processo de

usinagem e logo a integridade do planejamento. Parte do trabalho desenvolvido por Edalew et

al. (2001), possuía um banco de dados utilizado para dados tecnológicos do setor de

usinagem. O autor classificou o sistema entre:

- Banco de dados caracterizados para informações experimentais, como por exemplo,

informações do material das ferramentas de corte, das máquinas-ferramentas e do material

das peças. As tabelas foram criadas de dados recomendados por fabricantes e alguns

dados poderiam ser encontrados em manuais, e.

- Sistemas que calculavam os parâmetros de corte e custos, baseados em dados arquivados

no próprio banco de dados. As informações fornecidas ao sistema poderiam então, ser

processadas através de equações estabelecidas objetivando calcular outros parâmetros.

2.5. Planejamento de Processo e Sistemas de Seleção de Ferramentas

O planejamento de processo é uma atividade, que determina procedimentos

apropriados para transformar uma certa quantidade de material até um produto final. Na

indústria de manufatura, a tarefa principal do planejamento de processo, consiste na

43

determinação do uso de pesquisas disponíveis, tais como de máquinas ferramentas, suportes

disponíveis, ferramentas de corte, geração da seqüência da operação, determinação dos

parâmetros de usinagem e seleção de funções (ORAL e CAKIR, 2003).

O significado do planejamento de processo é definir detalhes necessários para a

manufatura um produto de acordo com suas especificações e recursos disponíveis de

manufatura. O planejamento toca um papel importante no elo entre projeto e manufatura. Isto

inclui segundo o autor, a variedade de atividades tais como a interpretação de dados, seleção

de máquinas e das ferramentas de corte, determinação de parâmetros de corte, fixações,

cálculo de tempo de produção e custo (CHUNG e PENG, 2003).

A seleção de ferramenta é uma das mais importantes atividades do planejamento. Elas

são freqüentemente usadas para tornar o plano de processo econômico e viável. A seleção de

ferramenta de corte pode afetar quase todos os aspectos relatados para o planejamento de

processo.

As ferramentas de corte podem estar diretamente envolvidas no planejamento de

processo de usinagem e são os primeiros elementos que necessitam de modificações quando a

tecnologia a seu respeito for modificada. Ao mesmo tempo, a ferramenta certa tem que ser

selecionada no sentido de garantir o pleno uso da capacidade da máquina, e que os níveis

potenciais de produtividade e qualidade sejam desta maneira atingidos.

Segundo Maropoulos (1995a, p.174), a tecnologia de ferramentas teria uma extrema

interface como o planejamento de processo, portanto, a tarefa chave de seleção de ferramentas

e a definição de como as ferramentas devem ser usadas são partes essenciais do planejamento

de processo.

2.5.1. Seleção de Ferramentas de Corte

O resultado de uma determinada superfície processada sob o critério de máxima

produção podem ser adversos em seus caminhos, pois selecionar uma ferramenta em que se

objetiva uma maior produção por peça sem diminuir a qualidade superficial, é uma questão

relevante na usinagem.

O tempo desperdiçado na troca de ferramentas somados ao tempo necessário para a

escolha da ferramenta em função do material e da geometria da peça é, uma das principais

preocupações das empresas com o custo/benefício e produtividade.

44

Ferraresi (1977, p.277), já nesse ano descrevia que, a escolha da ferramenta adequada

para uma determinada operação, e a determinação correta das condições de usinagem,

representaria um papel importante no trabalho com metais, sendo um fator determinante da

evolução das máquinas-ferramenta e das ferramentas de corte. Tal fato se acentua segundo o

autor na produção seriada, onde divergências na escolha da velocidade de corte e ferramenta

podem acarretar variações notáveis nos custos de fabricação.

As decisões para a seleção de ferramentas, determinação de parâmetros de usinagem e

tempos de troca de ferramenta são feitas na maioria das vezes por planejadores de processo,

programadores e operadores de máquina em diferentes estágios da fabricação. Devido a esta

partilha de responsabilidades e à escassez de interação com o processo, pode se tornar muito

difícil realizar boas decisões de ferramental.

Muitas ferramentas podem estar disponíveis, as quais poderão afetar o desempenho da

operação, e não é surpresa que a ferramenta selecionada pelo operador não seja a ótima.

Usualmente, as ferramentas que estão à mão e são conhecidas, são capazes de desempenhar

uma operação em particular, e são usadas por conveniência apesar de suas desvantagens. A

ferramenta escolhida freqüentemente pode estar longe de ser a ótima e este fato juntamente

com o aumento do uso de sistemas de fabricação integrados por computador pode resultar na

necessidade de métodos automáticos de seleção de ferramentas, fato esse já identificado por

Chen et al. (1989, p.536).

Em um ambiente tradicional de usinagem é a perícia do operador o fator determinante

na garantia de que as ferramentas corretas foram usadas para cada operação. Este modelo de

trabalho ocorre ainda através dos tempos e não poderá ser mais aceitável numa moderna

oficina de usinagem equipada com máquinas CNC pelas seguintes razões (ZHANG e

HINDUJA, 1995):

- Uma grande variedade e um grande número de ferramentas são usados para usinar

componentes em máquinas CNC, e a tarefa de determinar o conjunto de ferramentas

corretas torna-se muito complexa para ser deixada para o operador da máquina.

- Se a seleção de ferramentas é deixada para o operador, paradas de máquina devido ao uso

incorreto ou indisponibilidade de ferramentas, tornam-se inevitáveis.

- Devido ao alto custo das ferramentas, não é nada econômico permitir que ferramentas

sejam guardadas individualmente em máquinas quando não estão em uso.

45

Para Edalew et al. (2001, p.337), estará sempre aumentando a variedade de

ferramentas de corte capazes de usinar o grande número de novos materiais. Um grande

número de sistemas poderá ser desenvolvido para seleção de ferramentas de corte ou

construção de ferramentas.

O processo de seleção de ferramenta de corte pode estar associado às condições de

corte. Nesse processo, a vida da ferramenta para várias operações está implicitamente

definida, e tem influência direta no tempo de fabricação, devido às freqüentes paradas para a

troca de ferramentas.

Para Kayacan et al (1996, p.181), a seleção de ferramentas pode-se iniciar a partir de

suportes compatíveis com a operação considerada. Um sistema de fixação de inserto é então

selecionado semelhante à ferramenta selecionada.

Maropoulos e Hinduja (1990, p.45), definiram critérios para uma seleção automática

de ferramentas:

- custo da usinagem;

- compatibilidade geométrica;

- número de ferramentas em uma unidade;

- alocação de ferramentas para vários perfis da peças;

- controle do usuário;

- verificação visual;

- informações da usinagem.

A seleção de ferramentas de corte pode ser feita de acordo com os objetivos de

projeto, tais como minimização do número de ferramentas de corte selecionada, ou

minimização do tempo de corte e custos. Em planejamento de processo de usinagem por

perfil, o profissional dessa área determina a ferramenta a ser usada para usinagem para cada

seção. Isto inclui a tarefa de especificação do tipo e tamanho da ferramenta.

Um das maiores dificuldades na escolha da ferramentas de corte segundo Jensen et al.

(2002, p. 251), é com relação ao perfil da peça. As interferências pertinentes as regiões de um

determinado perfil podem limitar a qualidade ou desempenho da ferramenta no durante o seu

percurso de corte. Essas interferências que determinam a escolha da ferramenta são as

46

interferências local e global. Elas ocorrem quando a curvatura de corte é tão pequena quanto à

versatilidade da ferramenta para o ponto de contato do corte podendo haver choques entre o

corpo da ferramenta com o perfil da peça.

O trabalho desenvolvido por Oral e Cakir (2003), descreve que o primeiro passo para a

seleção de ferramentas na atividade de planejamento de processo é o reconhecimento da

geometria da peça. O reconhecimento do perfil segundo os autores, pode ser uma interface

para o planejamento de processo e que tem que haver uma transferência automática de dados

da descrição da peça para o sistema de planejamento de processo.

Vários parâmetros geométricos definem a indexação do inserto para ferramentas de

torneamento e são incluídos em um código ISO. O módulo de seleção não somente tem que

introduzir parâmetros em código ISO, mas também outras classes de ferramentas e funções

destas. No trabalho desenvolvido por Oral e Cakir (2003), os insertos com ângulo de ponta

aproximado de 95º e 80º são considerados primeiro para operação de desbaste. Portanto, nesse

tipo de usinagem não deverá haver problemas de colisão.

Ainda segundos os autores, insertos com ângulo de pontas maiores são mais preferido

em termos de resistência do inserto. De qualquer modo, ângulo de ponta maior pode causar

um problema de acesso ao perfil. Assim sendo, sistemas desenvolvidos têm de apresentar

métodos de acessibilidade para ao perfil através de análises geométricas.

Um sistema desenvolvido pelos autores, o módulo “Automatic Tool Selection” ATOS

possuía um analisador geométrico para os testes de acessibilidade de duas ferramentas,

porém, isso só ocorreria segundo os autores se a rotina de pesquisa não encontrasse uma

ferramenta acessível ao o perfil em questão.

Na figura 2.3, a seguir podemos visualizar os testes de acessibilidade do sistema

ATOS, onde são analisados através de procedimento compatibilidades geométrica entre

ferramentas e perfil da peça.

Durante o último passo da primeira ferramenta que estaria fazendo o corte, o primeiro

ponto de contato K da ferramenta de corte sobre a base do canal era determinado. O ponto L

contato no canal da segunda ferramenta de corte que finalizaria a usinagem também era

determinado. Logo, o sistema determinaria as condições relacionais: se L fosse menor do que

K, o canal poderia ser usinado por duas ferramentas e a seleção era feita de acordo com a

figura (2.3c), e se L fosse maior do que K, ocorreria à colisão entre a peça e a ferramenta, o

47

canal não poderia ser usinado por duas ferramentas (figura 2.3d). Neste caso, a ferramenta a

ser utilizada é representada na figura (2.3e) a seguir:

Figura 2.3. Vários exemplos de torneamento de canais do sistema ATOS, adaptada de Oral e

Cakir (2003)

2.6. Gerenciamento de Ferramentas ao Planejamento de Processo

Em sistemas de planejamento de processos o gerenciamento de ferramenta pode ser

uma necessidade particularmente importante. O planejamento e controle eficiente das

produções exigem, necessariamente um conhecimento em tempo real da situação do sistema

de produção, e dentro deste sistema às ferramentas podem ter um papel importante.

A complexidade da ferramenta devido à necessidade de recurso para manufatura

complexa vem tornando uma realidade. O desempenho necessário e a grande quantidade de

serviços requeridos tornam o custo total um item importante na contabilidade da empresa. E

também pode ser somado isso, a falta de padronização eficiente de ferramentas, a modificação

contínua nas soluções adotadas pelos programadores de máquinas CNC.

Com objetivo de solucionar ou acompanhar essas características, sistemas

especializados de softwares vão se desenvolver ao longo do tempo visando, por exemplo, o

gerenciamento de ferramentas (TMS, de tool management system, ou sistema de

gerenciamento de ferramenta). A primeira utilização o TMS foi utilizado para gerenciamento

“físico” das ferramentas no almoxarifado, onde as ferramentas para uso corrente eram

48

armazenadas, como na ferramentaria, onde elas são retiradas do estoque, preparadas para a

usinagem, pré-ajustadas, reafiadas e regeneradas (TANI, 1997).

O gerenciamento de ferramenta pode-ser um processo resultante da interação do

planejamento, execução e do controle do fluxo de informações relativas à ferramenta. O

objetivo principal do gerenciamento é assegurar a melhor disposição da ferramenta no local e

no tempo certo. E também, os sistemas computadorizados de gerenciamentos devem

assegurar a flexibilidade, a segurança e a alta qualidade do ferramental do sistema de

manufatura (EVERSHEIM et al, 1991).

Grande parte do tempo de planejamento e programação de uma determinada peça é

gasto na definição de ferramentas e dos respectivos componentes de fixação (cones, pinças,

buchas, mandris etc), adicionando-lhe, ainda, a parcela correspondente à elaboração dos

desenhos selecionados. Muitas vezes, a falta de informação sobre as ferramentas, leva a

gastos excessivos.

No gerenciamento, observado por Gray et al. (1993, p. 549), questões como os tipos

de ferramentas, taxas de velocidade, taxas de avanço da ferramenta e a tecnologia usada para

monitorar e controlar a usinagem são muito importantes. Esses fatores determinam a

qualidade das peças produzidas. Em processos automáticos de manufatura, estas escolhas são

mais críticas, em virtude da integração entre as várias funções de produção e do maior capital

e tempo envolvido no desenvolvimento do software, hardware e suporte técnico,

Muitos melhoramentos podem apontar com a integração do gerenciamento de

ferramenta, dentre eles, a redução dos custos de produção, devido à diminuição dos números

de tipos de ferramentas necessárias, aumento da produtividade, devido à redução dos estoques

e tempo do set-up, melhorias na flexibilidade de peças e roteiros e melhores trajetórias e

contabilidade de custo ferramental.

Um sistema proposto por Nogueira e Ribeiro (2001), descreveu um emprego de um

sistema computacional para o gerenciamento de ferramentas apoiado por informações

relativas à atividade de fabricação. Com meio de facilitar a busca e identificação da

informação um banco de dados tem que ser desenvolvido segundo os autores. As informações

cadastradas de apoio ao sistema eram referentes ao processo de manufatura, como: a

geometria da peça, dados operacionais e as condições de corte, as característica da máquina

utilizada, os custos da ferramenta, informações dos fornecedores de matéria e de ferramenta.

49

Há alguns anos, um outro sistema desenvolvido por Tani (1997), apresenta um banco

de dados relacionados a elementos de máquinas (ferramentas, mandris, acessórios, etc), com

propósito de executar as várias operações de associação, pesquisa e ligação necessária para

capacitar as funções requeridas. O objetivo segundo o autor seria a classificação dos

elementos de acordo com os critérios de agrupamento e subdivisões em níveis, refletindo a

natureza comum ou específica de certas características dos objetos. O objetivo do sistema foi

gerenciar ferramentas perfeitamente integradas com os departamentos da empresa. Em

primeiro lugar o projeto exigia a criação de um arquivo de ferramentas utilizando uma base

dados do tipo relacional projetado para servir como fonte única de informações sobre

ferramentas e, portanto, para ser utilizado por todos diferentes usuários dentro da empresa.

A falta de um apropriado planejamento de ferramentas pode impedir o fluxo da

produção, e poderá resultar em aumento de filas além de aumentar a confusão na programação

da produção. Ferramentas erradas e duplicações desnecessárias representam grandes

desperdícios.

Um sistema de gerenciamento de ferramentas pode consistir das atividades de

planejamento e programação, obtenção, identificação, distribuição, manutenção,

rastreabilidade, controle e medida de desempenho das ferramentas.

Segundo Gray et al. (1993, p. 549), nesse respectivo ano descreveram que para

assegurar a qualidade e desempenho de um sistema automatizado, um alto nível de integração

seria necessário entre ferramentas de usinagem e as outras funções básicas de produção. O

gerenciamento dessas ferramentas segundo os autores deveria ter basicamente:

- Uma estratégia do projeto para coordenar o inventário das ferramentas;

- Um planejamento estratégico para assegurar que a ferramenta apropriada esteja disponível

quando necessária e seja fornecida em quantidades corretas.

- Programação organizada da quantidade de ferramentas disponíveis e mudança de

ferramental.

- Monitoramento de ferramentas estratégicas para identificar e reagir para uma inesperada

quebra ou desgaste da ferramenta.

50

2.7. Planejamento da Operação ao Planejamento de processo

Segundo Andrade et al. (2001, p. 144), o planejamento de operação de corte também

envolve a seleção da seqüência de corte da ferramenta. A seqüência de corte segundo os

autores é escolhida para que se obtenha o menor tempo total de fabricação da peça.

Assim sendo, uma das preocupações de sistemas CAPP é com relação à seqüência de

corte com um tempo mínimo de produção e também a um custo mínimo. O planejamento de

corte pode envolver a seleção da seqüência de corte para a máquina, ou o melhor caminho

possível para ferramenta. O problema de planejamento de corte pode ser dividido em dois

subplanejamentos (JAIN et al., 1998):

- Macro planejamento de corte; e.

- Micro planejamento de corte.

Nesse estudo os autores Jain et al. (1998), puderam concluir que o macro

planejamento de corte teria o propósito de identificar e gerar todas as possibilidades

seqüenciais para a remoção das seções da peça. Já o micro planejamento poderia ser dividido

em duas fases. Na primeira fase, tratava-se com a operação de desbaste. O número e as

características dos passes de desbaste eram definidos. Segundo os autores alguns passos

seriam necessários para implementação dessa fase:

- Formular uma função-objetivo para: a determinação do número ótimo de passes,

profundidade de usinagem, avanço e velocidade de corte otimizada;

- Formular o limite de operação imposta pela máquina-ferramenta, vida da ferramenta, etc.

- Selecionar um critério de otimização e relacionar à função-objetivo; e.

- Selecionar do banco de dados a ferramenta de corte apropriada.

A segunda fase do micro planejamento de corte, dizia respeito à operação de

acabamento. Esta fase seria relevante a tudo que se refere à operação de acabamento.

No micro planejamento de corte, basicamente, a otimização das condições de

usinagem dentro dos limites da usinagem compreende na determinação de um conjunto de

parâmetros de usinagem para satisfazer a função-objetivo.

51

2.7.1. Metodologias de Otimização ao Planejamento de Operação

Segundo Cus e Balic (2003, p. 116), a manufatura planejada pode alcançar resultados

substanciais em termos de tempo e dinheiro. Um planejamento de processo poder envolver a

determinação de máquinas apropriadas, de ferramentas de corte, de parâmetros sob certas

condições de corte para cada operação. Os problemas econômicos de usinagem consistem em

determinar os parâmetros de usinagem, usualmente a velocidade de corte, avanço e

profundidade de usinagem e otimização sob uma função-objetivo. Algumas funções-objetivo

podem ser desenvolvidas para determinar as condições ótimas incluindo o mínimo de custo de

produção, máxima produção, máximo lucro.

Segundo Amiolemhen e Ibhadode (2004, p. 1405), os modelos matemáticos têm sido

desenvolvidos para vários processos de usinagem na produção. Os modelos de custos no

micro planejamento, por exemplo, tendem a estarem sujeitos aos limitantes de corte.

Jawahir et al (2003, p. 488), descreve que operações de usinagem constituem um

segmento significante da manufatura global. O aumento de demanda da produtividade,

qualidade, e competitividade levam a necessidades de desenvolvimentos salutares, prevendo

modelos e estratégias de otimização. O planejamento de processo efetivo necessita de

seleções ótimas de condições de corte e ferramentas de corte para operações de corte

especificadas.

Para Suresh et al. (2002, p. 675), os algoritmos para otimização são baseados no

mecanismo de seleção de parâmetros de processo. O potencial desses algoritmos pode ser

derivado de uma questão heurística simples.

Vários autores buscam metodologias de otimização. Jawahir et al. (2003),

apresentaram em seu trabalho um exemplo de otimização não baseada em processo

econômico e sim em parâmetros limitantes de processo. A otimização ocorria através das

condições de corte em torneamento nas operações de desbaste, semi-acabamento e

acabamento. A metodologia de otimização foi desenvolvida junta aos parâmetros, Ra, Fc, T,

MR, e CB que denotavam respectivamente a rugosidade, força de corte, vida da ferramenta,

taxa de remoção de material e fragmentação do cavaco. As limitações correspondentes das

medidas de desempenho da usinagem foram fixadas como Ra’, Fc’, T’, MR’, e CB’. A função-

52

objetivo para a otimização do processo de torneamento podia ser construída segundo os

autores através desses parâmetros e suas limitações.

Já Arezoo et al. (2000), apresentaram em seu estudo um sistema chamado EXCATS

(Expert Computer Aided Cutting Selection), em que eram calculadas as condições de corte

otimizadas para a operação de desbaste e acabamento. Foi usado em seus estudos o critério de

mínimo custo e o critério de tempo mínimo de usinagem. O critério de máxima taxa de lucro

não foi estudado, porém, poderia ser acionada quando quisesse. A equação de vida da

ferramenta usada foi à equação de Taylor expandida, que considera o avanço e profundidade

de usinagem em função da velocidade de corte.

O procedimento segundo Arezoo et al. (2000, p. 48), para determinação das condições

ótimas de usinagem, como por exemplo, a determinação da velocidade de corte otimizada era

feita da seguinte forma:

V = CTxfydz (1)

Onde:

- C representava a constante de vida da ferramenta;

- T representava a vida da ferramenta;

- F representa o avanço;

- x representava o coeficiente de vida da ferramenta;

- y representava o coeficiente de vida da ferramenta em relação ao avanço (f);

- z representava o coeficiente de vida da ferramenta em relação à profundidade de usinagem

(d).

O custo total por peça era representado por:

Cpc = M(t1+tm+Nttct)+NtCt (2)

Onde:

- M = custo da máquina.

- t1 = tempo improdutivo.

- tct = tempo de troca da ferramenta.

53

- Ct = custo da ferramenta.

- tm = tempo de usinagem.

- Nt = número de ferramentas usadas.

O tempo de usinagem tm e o número de ferramentas Nt usados para cada peça encontra-se

nas equações (3) e (4) a seguir, e dc/d representa o número de cortes n (equação 5):

(3)

(4)

(5)

Onde:

- D = diâmetro da peça;

- L = comprimento da peça;

- dc = profundidade máxima de usinagem a ser removida;

- d = profundidade real de usinagem/passe.

Usando a equação (2) e (3) o custo por peça se transformam em:

Substituindo a equação (1) na equação (6) logo temos:

T

tN m

t =

d

dn c=

(6) T

C

T

MtM

Vfd

dðDLMtC tctc

1pc

++

+=

d

d

Vf

ðDLt c

m =

54

Similarmente o tempo total é representado por:

Para obter o custo mínimo e o tempo mínimo de usinagem as equações (7) e (8),

devem ser minimizadas, levando K1 e K2 a serem funções-objetivo:

(9)

(10)

Onde: x, y e z estão no intervalo entre -1 e 0

Tradicionalmente, a otimização de operações de usinagem envolve segundo Wang et

al. (2002, p. 1024), a seleção econômica de condições de corte, tais como o avanço e

velocidade de corte, envolve também a variedade de critérios econômicos, como o mínimo

tempo de produção e custo. Um estudo de otimização realístico deve considerar muita

tecnologia e pesquisas práticas limitando assim, os domínios viáveis para a seleção ótima de

condições de corte. Esta tarefa tem dificuldade comprovada.

Wang et al. (2002), em seu trabalho apresentaram também uma função-objetivo e suas

limitações, baseada no critério da máxima produção (ou mínimo tempo de produção por

peça). A função-objetivo do tempo médio de produção em minutos para a operação de

torneamento podia ser representada através da seguinte equação:

(7) d

1

f

1

T

CMtMT*

C

dðDLMtC

1z1y1xtctc

1pc

++

+=+++

(8) d

1

f

1

T

tT

C

dðDLtT

1z1y1xctc

1t

++= +++

55

(11)

Onde:

- TL representava o tempo de ajuste da peça;

- TC representava o tempo aproximação e afastamento;

- TR representava o tempo de troca da ferramenta na sua falha;

- Tac representava o tempo real de corte;

- T representava a vida da ferramenta em unidade de tempo.

Similarmente, teria a função-objetivo para o custo médio por peça:

(12)

Se ao introduzir um termo TR’, tal como ele é:

(13)

A equação (12) tornava-se:

(14)

Podia ser notados que, se minimizar o custo de mão de obra x, e o custo da ferramenta

por sua falha y as equações (12) e (14) podiam se tornar matematicamente iguais. Portanto, as

características e estratégias para minimizar TT e CT eram similares através do avanço e

velocidade ótima para os dois critérios. Os autores trabalharam na análise de tempo mínimo

por peça através da equação do tempo médio de produção TT.

A equação de vida da ferramenta utilizado em seu trabalho foi equação estendida de

Taylor.

56

21 1/nd1/n

f1/nV

KT =

(15)

Onde:

- K, n, n1, n2 são os coeficientes de determinação prática da equação de Taylor.

A importância desses estudos vem de longa data, os primeiros estudos econômicos

sobre a usinagem dos materiais foram realizados por Taylor nos EUA e Schlesinger na

Alemanha. No ano de 1933, Leyensetter publicou um artigo intitulado A velocidade

econômica de corte. Essa velocidade era a que se retira máximo volume de cavaco, num

determinado tempo total de usinagem. Essa definição foi abandonada em seguida, pois se

referia à velocidade de corte para a máxima produção e não para o custo mínimo.

2.7.2. Modelo de Custo Corrente

Modelos de custo podem ser utilizados pelas indústrias, sejam elas fabricantes de peças

por usinagem, fabricantes de ferramentas de corte ou fornecedores de peças usinadas. Um

modelo descrito por Coppini e Ribeiro (1995), foi representado pela equação (16) a seguir:

C C tC C C

zTP um umsup ins Tf

T

= ⋅ ++ +

(16)

Onde zT representa a vida da ferramenta, em peças, já as demais parcelas

correspondentes podiam ser determinadas através dos procedimentos descritos adiante.

Calculava-se inicialmente o tempo total em que a máquina seria utilizada (tum), em

min/pç:

tum tc tm ti= + + (17)

Onde:

57

tc = tempo de corte efetivo, em min/pç.

tm = tempo de manuseio, ou seja, aquele utilizado para a colocação, fixação e retirada da

peça na máquina assim como para a inspeção, em min/pç.

ti = tempos improdutivos, consumido nas operações de aproximação e afastamento da

ferramenta, em min/pç.

O custo de utilização da máquina (Cum), em $/min, referia se aos valores do custo da

máquina (Cm) e do salário do operador (Sh).

C C Sum m h= + (18)

O custo referente ao suporte ou porta-ferramenta sem o inserto (Csup), em $/aresta, era

calculado pela relação entre o preço do suporte (Psup) e a sua vida (Tsup) em termos do número

de arestas:

CP

Tsup

sup

sup

= (19)

O custo referente ao inserto (Cins), em $/aresta, era calculado por uma relação entre o

preço do inserto (Pins) e o número de arestas que o inserto possui (Nins):

CP

Ninsins

ins

= (20)

O cálculo do custo com a troca de ferramentas (CTf), em $/aresta, podia ser obtido

relacionando o tempo de troca da ferramenta (tTf), em min/aresta com o custo de utilização da

máquina (Cum), em $/min, pois ela permanecia à disposição da operação de troca do inserto:

C C tTf um Tf= ⋅ (21)

58

O modelo corrente teria a limitação de apesar de poder ser utilizado em planta fabril, de

não garantir que o número de peças usinadas por vida da ferramenta (zT), seja aquele que

garanta a máxima produção, ou mesmo que garanta que as condições operacionais utilizadas

sejam baseadas em condições de máxima produção (COPPINI e RIBEIRO, 1995).

2.7.3. Intervalo de Máxima Eficiência (IME) e suas Velocidades Correspondentes

Para se determinar às condições de usinagem de uma peça é necessário considerar:

- Avanço e profundidade de usinagem baseado em considerações restritivas do sistema

(geometria da ferramenta, tolerâncias, rigidez do sistema máquina-dispositivo-ferramenta-

peça, etc.). Obedecidas às restrições, os valores de avanço e profundidade de usinagem

devem ser máximos.

- Escolher uma velocidade de corte otimizada onde estejam equilibrados custo e produção,

ou seja, a velocidade de corte deve estar dentro do intervalo de máxima eficiência, figura

2.4.

Figura 2.4. Intervalo de máxima eficiência adaptado de Ferraresi (1977).

Define-se intervalo de máxima eficiência (IME) o intervalo compreendido entre as

velocidades de mínimo custo (vo) e de máxima produção (vmxp).

Na vmxp o tempo total (tt) para a confecção de uma peça é mínimo, porém o custo é

elevado. Em contrapartida, na (vo)o tempo total de fabricação por peça é mais elevado, porém

o custo é mínimo. É importante que a velocidade selecionada esteja dentro do Intervalo de

Máxima Eficiência (IME). Se a velocidade utilizada estiver logo abaixo da velocidade de

mínimo custo, portanto fora do IME, o custo da peça vai ser próximo do mínimo, mas o

59

tempo para fabricá-la vai ser bem alto. Se a velocidade utilizada estiver logo acima da

velocidade de máxima produção, o tempo de fabricação vai ser próximo do mínimo, mas o

custo vai ser alto.

Como já apresentados previamente através de alguns trabalhos de outros autores, a

função-objetivo pode estabelecer uma relação matemática entre o critério de otimização e as

variáveis que caracterizam o processo a ser otimizado. Na seleção do critério de otimização,

deve-se estabelecer um objetivo econômico a atingir, dando-se preferência ao compromisso

entre custos e tempo de usinagem.

Qualquer que seja o critério de otimização selecionado a função-objetivo deve ser uma

função dos elementos do regime de corte: avanço da ferramenta (f), profundidade de

usinagem (aP) e velocidade de corte (vC).

O aumento da velocidade de corte também permite obter uma maior taxa de remoção de

cavaco e, conseqüentemente, reduzir o tempo de usinagem. Entretanto, o aumento da

velocidade de corte tem um efeito negativo sobre a vida da ferramenta, o que pode provocar o

aumento do tempo de fabricação devido à necessidade de trocas mais freqüentes de

ferramentas.

O critério de fim de vida da ferramenta sempre pode ser usado, mas em algumas

situações é necessário utilizar uns critérios indiretos, relacionados com a vida da ferramenta,

como quebra da ferramenta por desgaste exagerado (fratura súbita), qualidade da superfície

(rugosidade), tolerância dimensional, nível de acréscimo da força ou momento torsor de corte

ocasionado pela evolução do desgaste, etc.

O critério de mínimo custo pode ser representado pela equação (22) da velocidade de

mínimo custo (vo), a qual apresenta uma certa limitação para a sua aplicação prática, devido à

dificuldade, em muitos casos, de se obter uma detalhada análise de custos.

voC K

(x 1) Cx um

A= ⋅

− ⋅ (22)

Onde:

x e K = coeficientes da equação de vida de Taylor;

O valor de CA representa o custo total da ferramenta, em $/aresta dado por:

60

C C C CA ins sup Tf= + + (23)

A utilização da velocidade de mínimo custo só teria aplicação quando se tivesse

ociosidade ocasionada por baixa de mercado ou desbalanceamento na seqüência de produção.

Nestas condições, deve-se considerar que as equações de custo não levam em consideração os

tempos improdutivos devido à falta de serviço.

A velocidade de máxima produção, vmxp baseia no fato de que, com o aumento da

velocidade de corte, diminuem o tempo de corte, os custos relativos à máquina e ao operador.

Porém, diminui simultaneamente a vida da ferramenta, ocasionando um aumento do tempo

relativo às suas trocas e um aumento relativo à parte de custo da ferramenta.

A vmxp representada pela equação 23, a velocidade de corte para a qual a soma dos

tempos de troca da ferramenta e de usinagem é mínimo, ou seja, é a velocidade na qual ocorre

um equilíbrio entre os efeitos positivos e negativos associados à utilização de altas

velocidades de corte, quais sejam a maior taxa de remoção de material e a maior freqüência de

trocas de ferramenta, respectivamente (DINIZ et al. (1989).

vK

x tmxpTf

x=− ⋅( )1

(23)

2.8. A Ciência dos Materiais no Planejamento de Processo de Usinagem Assistido

por Computador.

Em processos de usinagem as análises das superfícies acabadas e do aspecto do cavaco

podem trazer muitas informações. Análises dos valores de rugosidade com apoios

tecnológicos podem representar um grande avanço no controle de qualidade. Os estudos de

usinagem relacionado ao avanço da ferramenta de corte podem significar uma variação na

rugosidade. As medidas de rugosidade podem representar parâmetros geométricos

correlativos a análises limitantes de projetos, como por exemplo, tensão superficial e

corrosão. Essas conseqüências de processos de usinagem podem levar os materiais em serviço

ao início de processos de falhas como a fadiga, por exemplo. Pode ser importante

conhecermos então, a morfologia da superfície usinada.

61

Outros fatores como o metalúrgico e a composição química podem levar à

questionamentos e respostas nos resultados do processo de usinagem. A rugosidade pode ser

alterada levando em consideração os tipos desgastes das ferramentas. A quebra da qualidade

pode ser influenciada pelos efeitos da interação da peça com a ferramenta. Em conseqüência

disso, os desgastes e avarias das ferramentas de corte podem levar ao aumento dos valores da

rugosidade.

Análises utilizando microscópio óptico são importantes, pois fornecem micrografias

com maior contraste colorido, além disso, ampliações relevantes. Em adição, as análises dos

detalhes pesquisados da superfície podem ser melhoradas usando diferentes modos de

iluminação. Quando medidas de qualquer objeto são requeridas, métodos ópticos são

excelentes, pois as ampliações podem ser exatamente calibradas e permanecem fixas

(ERTEZA, 1977).

A microscopia eletrônica de varredura (MEV) também podem representar grandes

auxílios nas análises de usinagem, análises de cavaco, por exemplo, podem trazer informações

de como o processo está sendo dirigido e planejado. Micrografia de cavacos de uma

determinada liga de titânio, por exemplo, podem apresentar regiões delimitadas de alta

deformação levando a segmentação do cavaco. Já cavaco de uma determinada liga de

alumínio pode apresentar regiões de uma única fase onde os precipitados estão “dissolvidos”,

esse fato pode estar ligado à temperatura na região de corte, já que o alumínio tem

temperatura de fusão “baixa”. Em comparação ao titânio o alumínio tem facilidade para se

deformar então a segmentação pode não ser sua forma representativa de cavaco. As

características morfológicas da peça e do cavaco podem estar ligadas às condições de

processo, como avanço, velocidade de corte, utilização de fluido de corte e entre outros

(CUNHA, 2004).

Outro dado importante que também faz parte do controle de qualidade do processo de

usinagem é valor de microdureza dos cavacos por exemplo. Também podemos correlacionar

os resultados dessas medidas com o planejamento e andamento do processo. Se tivermos, por

exemplo, excessiva carga nas variáveis do processo pode-se levar a um aumento na dureza,

podendo haver pequenas regiões encruadas, por exemplo, nas superfícies. Essa operação pode

ser feita em cavacos e também nas peças (MOREIRA, 2002).

O metodologia adotada na metalografia para qualquer análise tem que ser bem

estudada para conseguir as melhores repostas. Cada liga usinada pode ter um procedimento de

62

análise diferenciada, visto que, cada material tem suas características inerentes à composição

química, processamento, tratamento térmico e os parâmetros de processos de usinagem

aplicados especificamente. Deve-se levar em conta, que em usinagem de materiais não

podemos ter apenas uma resposta, e sim um conjunto de análises.

A observação de superfícies de fraturas, como por exemplo, de materiais que

apresentam fratura por fadiga, onde podem revelar regiões de diferentes relevos a nível,

muitas vezes, pode revelar problemas com relação à profundidade de foco utilizando

microscópio óptico. Os observadores necessitam freqüentemente de ajuste desse foco. Usando

microscopia eletrônica de varredura usualmente se resolve o problema, pois algumas técnicas

como paralaxe tridimensional ajudam construir de forma espacial as regiões em analises,

porém são freqüentemente menos informativas do que a observação óptica da mesma

superfície (ERTEZA, 1976).

Portanto, objetos a serem estudados definem a utilização da melhor análise. Um banco

de dados dessas análises pode ser uma ferramenta importante, no planejamento de qualquer

processo, já que as informações do controle de qualidade devem ser atualizadas e guardadas

para futuras consultas para processos planejados e gerenciados.

2.8.1. Relação da Rugosidade com Integridade Superficial

Desenvolvimentos interessantes no campo da engenharia de materiais podem ajudar na

melhoria do desempenho da ferramenta de corte. Pesquisas contínuas e desenvolvimentistas

na conformação de metais poderão levar a um crescimento de novos estudos no planejamento

de processos de manufatura.

Segundo Dabade et al. (2003, p. 305), o mecanismo de corte de ferramentas

rotacionais é um processo complexo e influenciado por um número de parâmetros, como o

avanço, o diâmetro do inserto e ângulo de inclinação. Com o aumento da inclinação do ângulo

eleva-se o comprimento de contato, e o raio efetivo de contato do inserto também é

aumentado, podendo diminuir a rugosidade, pois rugosidade é inversamente proporcional a

esse raio de ponta como demonstrado através da expressão 24 proposta pelo autor:

Rugosidade média (Ra) = er

f

32

2

(24)

63

Onde, ƒ é o avanço, re é raio efetivo de ponta.

A geometria da superfície por natureza é tridimensional, e os seus detalhes existentes

expressam a topografia. As características da topografia da superfície, como, amplitude

espacial e desenho da superfície, domina a aplicação funcional nos campos do desgaste,

fricção, lubrificação, fadiga, superfície sustentadora, pinturas e propriedades ópticas. Medidas

e análises topográficas de superfície têm, portanto, atraído muito atenção e aumento de

interesse da indústria e dos meios acadêmicos (TAY et al., 2002).

Em um estudo desenvolvido por Arola e Williams (2002), mostra o resultado da

textura da superfície sobre a vida em fadiga de um aço de baixa liga de alta resistência que foi

examinada em termos de concentração de tensões aparente. Segundo o autor a resistência à

fadiga é geralmente definida em termos de limite de resistência, e os efeitos da integridade

superficial e a rugosidade superficial são considerados pela correção do limite de resistência

pelo fator apropriado (k). O fator de correção da superfície (isto é, Ka) é muitas vezes

representado em termos da rugosidade média Ra (expressão 25), medidas de rugosidade RY

(expressão 26), ou rugosidade Rz (expressão 27) analisada em 10 pontos da topografia da

superfície do componente. Os parâmetros RY e RZ são definidos em termos da distribuição do

perfil da altura (z) registrados em um dado comprimento.

(25)

mínmáxy zzR −= (26)

(27)

O parâmetro Ra descreve o desvio médio picos e vales, Ry representa a altura do pico

máximo ao baixo vale (figura 2.5 (a)). O parâmetro Rz quantifica a média das alturas dos

cinco picos altos e os cinco picos dos vales de uma superfície (figura 2.5 (a)). Todos esses

parâmetros são insensíveis para características específicas da distribuição da altura da

64

superfície que são importantes para a vida em fadiga. Uma descrição sistemática desses

parâmetros para uma superfície arbitrária usinada é mostrada através da figura 2.5 (b). Por

exemplo, perfis de serra e senoidal para superfície de torneamento na figura 2.5 ((b) - A) têm

o mesmo Ra, Ry, e Rz, (assumem que ambos os perfis tem máximas amplitudes iguais). Porém,

o perfil em forma de serra é muito mais problemático à vida em fadiga em virtude do pequeno

raio do perfil do vale (ρ), o fator de correção ka para ambos os perfis na figura 2.5 ((b) - A e

B) deve ser igual se definido em termos de um simples parâmetro de rugosidade.

Figura 2.5. Textura da superfície usinada: (a) perfil da superfície arbitrária e parâmetros de

rugosidade; (b) perfil idealizado de superfície usinada em forma de serra e senoidal, (adaptado

de Arola e Willians (2002)

O efeito de descontinuidade geométrico macroscópico sobre a resistência de

componentes de engenharia é usualmente aproximado em termos de fator de concentração

65

tensão Kt. Através dele podemos correlacionar topografia de superfície e resistência à fadiga

de metais (AROLA e WILLIANS, 2002).

O fator de concentração para uma superfície entalhada sujeita a uma tensão uniforme

pode ser descrita através da equação 28 a seguir, onde “t” é a altura do entalhe e “ρ” é o raio

de origem do entalhe (ISHIHARA e MCEVILY, 2002).

ρt

K t 21+= (28)

Segundo Curtis et al. (2003), em seu levantamento bibliográfico indicou que a

iniciação e propagação de trincas a partir dos entalhes dependem da geometria desse entalhe,

dado pela relação “t/ñ” da equação anterior, ou seja quanto maior essa relação menor o fator

de concentração representativo.

Características da topografia de superfície são mais sintomáticas a sucessivos entalhes

adjacentes como são os entalhes micrométricos da rugosidade. Esses sucessivos entalhes

micrométricos podem promover baixos valores de fator de concentração de tensão em relação

ao um simples entalhe. Portanto, uma relação semi-empírica para o fator de concentração

usando parâmetros de rugosidade pode ser expressa através da equação (29) a seguir:

ρ

λ zt

RnK +=1 (29)

Onde RZ e ρ são os 10 pontos de altura da superfície e o raio de origem do entalhe,

respectivamente. O estado de tensão é representado pelo fator n (n = 1 para cisalhamento e n

= 2 para tensão) e λ refere-se ao raio entre espaçamento e altura das superfícies irregulares ou

microentalhes, ou seja, λ = b/t (figura 2.7).

Uma outra expressão alternativa de concentração de tensão efetivo Ktm foi utilizada por

Arola e Willians (2002), para uma dada superfície usinada (expressão 30). Os parâmetros de

rugosidade para 10 pontos da expressão foram discutidos anteriormente. O parâmetro ρm

representa o raio médio efetivo do perfil do vale.

66

Figura 2.6. Distribuições das tensões para entalhes simples e múltiplos das superfícies,

(adaptada de Arolas e Williams, 2002)

+=

Z

Y

R

R

m

atm ñ

Rn1K (30)

Se, o fator de concentração de tensão efetivo para rugosidade pode ser obtido das

equações anteriores, o fator de concentração efetivo para fadiga Kfm pode ser obtido, então:

)1K (1K tmfm −+= q (31)

O valor de sensibilidade ao perfil do entalhe (q), pode ser definido em termos do perfil

do raio médio do vale da textura da superfície (ρm) no lugar de um simples raio de origem de

um entalhe (ρ) conforme a expressão a seguir:

+

=

m

q

ρλ

1

1 (32)

Onde λ é a constante do material. Para aços, λ é definido em termos tensão máxima

conforme a equação (33)e σu é o limite de resistência a seguir:

67

γσ

σ=

≥0 025

2070550

1 8

..

MPa mm ( MPa)

uu para aços (33)

A grande dificuldade de se encontrar alguns parâmetros apresentados como, ρ por

exemplo, podem levar à não complementação dessas propostas, então alguns softwares podem

nos auxiliar, como, por exemplo, programas de processamento e análises de imagens digitais.

Com desenvolvimento de macros podem-se levantar dados e logo a complementação desses

estudos. Tendo esses parâmetros em forma de arquivos para resolução matemática posterior

podem assim tornar, um elo importante no planejamento de processo e a confirmação da

qualidade do produto em forma de relatórios.

2.8.2. Aplicação das Técnicas de Processamento e Análises Digital de Imagens na

Engenharia

O propósito do processamento de imagens é obter dados úteis através das análises

provenientes de manipulações dessas imagens. Isto pode ser alcançado através do

desenvolvimento e implementação de operações sobre imagens digitalizadas. Em

processamento digital de imagens, a imagem é representada por numerosos pontos discretos

de brilhos definidos. Cada ponto, chamado de um pixel, tem uma locação numérica e um

valor de brilho. As análises de imagens objetivam a extração de medidas úteis, que são

obtidas do processamento dessas imagens. Pode se estabelecer no processamento, uma

codificação, uma restauração e melhoramentos, em que o produto final poderá apresentar-se

usualmente um tanto melhor (HSU, 2003).

O processamento de imagens, no domínio do espaço pode transformar através de

filtros espaciais as intensidades de brilho para cada ponto. Por outro lado, o processamento

também pode estar no domínio da freqüência, em que as transformações são baseadas em

operadores de freqüência espaciais, como Hough, Walsh, Hadamard, Harr, Slant e

principalmente Fourier (SPRING e INOUÉ, 1997).

Os programas para processamentos envolvem simples operações com pixels, em que

alteração em um determinado pixel depende dos pixels vizinhos. Um potencial de variedades

de métodos de processamento de imagens utiliza operações de multipixels, em que cada pixel

68

final é alterado por contribuições de um número de pixels adjuntos de entrada. O termo usual

para essa semelhante operação é convolução ou convolução espacial.

Convoluções envolvem multiplicações de um conjunto de pixels selecionados na

entrada da imagem com uma variedade de pixels correspondentes que são fornecidos em uma

máscara de convolução ou convolução kernel. As convoluções Kernels, podem ser designadas

à suavização de ruídos em imagens no espaço (média espacial), para realçar contornos das

imagens podem ser usados filtros gradiente, e Laplaciano passa-alta. Para ajuste de contraste

local pode usar filtros máximos, mínimos ou medianos, Para transformação da imagem

espacial no domínio da freqüência utiliza-se da transformada de Fourier ou Hartley (SPRING

e INOUÉ, 1997).

Outras medidas, como por exemplo, lineares podem ser obtidas nesses programas

através de suas ferramentas e macros especificamente desenvolvidos. Quando o objetivo é

construir métodos alternativos de medidas de espaçamento médio entre marcas sucessivas nas

imagens digitalizadas, podemos, por exemplo, utilizar análises dos espectros resultantes da

aplicação da transformada de Fourier. Medidas de rugosidade através da construção

tridimensional de superfícies, por exemplo, no desenvolvimento de correção de foco

utilizando convolução de várias imagens digitalizadas em microscopia óptica. É

imprescindível que o usuário tenha um conhecimento do potencial desses programas, já que

estariam utilizando ou criando novas técnicas de medidas. Além disso, o objetivo das análises

e sua comprovação têm que estar bem claros para não gerar dúvidas e desperdícios de tempo.

Através dessas técnicas alternativas propostas podem auxiliar na relações entre o

planejamento de processo de manufatura e pesquisas científicas específicas.

Portanto, a utilização desses programas pode ser um importante auxílio na qualificação

de um determinado produto em produção ou até mesmo, uma resposta às possíveis falhas de

planejamento em usinagem. Essas informações se cadastradas em banco de dados com todas

informações de processamento e análises tornam-se um elo importante entre o produto

planejado ao comprovado cientificamente. Além disso, podem ser arquivadas, as descrições

das diferenciadas técnicas de processamento, e as medidas feitas através de análises

cientificamente originais de um determinado processo planejado.

69

2.9. Mecanismo de Formação de Cavaco e sua Relação com a Tecnologia dos

Materiais ao Auxílio do Planejamento de Processos

Ferraresi (1977, p. 89), definiu em seu estudo que o cavaco representa uma porção de

material da peça, retirada pela ferramenta, em operação de usinagem, caracterizando-se por

apresentar forma geométrica irregular.

O cavaco em geral pode ser formado por um mecanismo de deformação plástica,

onde os cristais do metal são alongados por meio de escorregamento ou cisalhamento, figura

2.7.

Figura 2.7. Distribuição do material da peça durante a formação do cavaco (Moreira, 2002)

A formação de cavaco pode revelar diversos fatores ligados a usinagem dos materiais,

tais como desgaste da ferramenta, os esforços de corte, o calor gerado na usinagem, a

penetração do fluido de corte, etc. Assim, estão envolvidos no processo de formação de

cavaco aspectos econômicos e de qualidade da peça, a segurança do operador, a utilização

adequada da máquina-ferramenta, etc (DINIZ et al., 1999).

Para uma explicação científica das diferentes grandezas relacionadas com a usinagem

dos materiais, tais como desgaste da ferramenta e suas causas, forças de corte, aresta postiça

de corte, etc, é necessário um estudo minucioso do processo de formação do cavaco.

O corte dos metais, por exemplo, pode envolver o cisalhamento concentrado ao longo

de um plano chamado de plano de cisalhamento (zona primária de cisalhamento). O ângulo

entre o plano de cisalhamento e a direção de corte é chamado de ângulo de cisalhamento (φ)

(Figura 2.8). Quanto maior a deformação do cavaco sendo formado, menor o ângulo de

cisalhamento e maiores são os esforços de corte (CUNHA, 2004).

70

Na maioria dos casos, a formação de cavaco, pode processar da seguinte forma (Figura

2.8).

a) No início, o material devido ao avanço da ferramenta contra peça forma um plano de

deslizamento de sentido contrário. Devido à penetração, uma pequena porção de

material (ainda solidária à peça) é recalcada contra a superfície de saída da ferramenta.

b) O material recalcado sofre uma deformação plástica instantânea, a qual aumenta

progressivamente, até que as tensões de cisalhamento se tornem suficientemente

grandes, de modo a se iniciar um deslizamento sob o plano de cisalhamento dos

cristais da porção de material recalcada (sem que haja com isso uma perda de coesão)

entre a porção de material recalcado e a peça. Durante a usinagem, os planos

instantâneos irão definir uma certa região entre a peça e o cavaco, dita região de

cisalhamento.

c) Continuando o avanço da ferramenta em relação à peça, haverá uma ruptura parcial

ou completa na região de cisalhamento. Esse fato pode estar relacionado aos defeitos

lineares dos materiais e as condições de usinagem, visto que alguns materiais que

apresentam resistência ao movimento das discordâncias podem apresentar baixas taxas

de encruamento provocando assim essas rupturas. Para esses materiais caracterizados

como materiais frágeis ou por possuírem baixa energia de defeito de empilhamento

(EDE), se origina o cavaco de cisalhamento ou de ruptura. Para materiais considerados

de alta EDE, a ruptura se realiza somente nas imediações da aresta cortante da

ferramenta, o cavaco originado é denominado cavaco contínuo.

d) Com o movimento relativo entre a ferramenta e a peça, inicia-se um escorregamento

da porção de material deformada e cisalhada (cavaco) sobre a superfície de saída da

ferramenta. Enquanto isso, uma outra porção desse material (imediatamente adjacente

à porção anterior) esta se formando e cisalhando. Esta nova porção de material irá

também escorregar sobre a superfície de saída da ferramenta, repetindo novamente o

fenômeno. Esse fenômeno pode ser mais bem observado em cavacos de morfologia

segmentada, traduzida pelas separações de suas porções.

71

Figura 2.8. Esquema da formação do cavaco mostrando o plano de cisalhamento

(SCHNEIDER, 2001)

A seqüência do processo de formação do cavaco pode ser observada através da Figura

2.9. Esse esquema não pode ser totalmente representativo para todos materiais, porém pode

ser considerada uma forma generalizada e comparativa de análise.

Figura 2.9. Representação esquemática do mecanismo de formação de cavaco (SIEMERS et

al., 2001)

Do exposto conclui-se que, o fenômeno da formação do cavaco obedecendo às

propriedades mecânicas de cada material pode ser considerado um fenômeno periódico. Tem-

se em geral, alternadamente uma fase de recalque e uma fase de escorregamento, para cada

pequena porção de material removido.

72

2.9.1. Tipos de Cavacos

Tendo em vista a necessidade de otimização e qualificação do planejamento de

processo, pode ser necessário que se tenha um conhecimento dos diferentes tipos de cavacos e

sua influência nesses processos. Diversos problemas práticos têm relação com a forma do

cavaco produzido na usinagem, já que tem implicação nas seguintes áreas:

- Segurança do operador;

- possível dano a ferramenta e a peça e controle de qualidade;

- manuseio e armazenagem do cavaco;

- forças de corte, temperatura e vida da ferramenta.

Os cavacos podem ser classificados de diversas maneiras. Existem maneiras

detalhadas de se classificar os tipos e formas dos cavacos, como por exemplo, a classificação

que a norma ISO 3685 apresenta. Uma maneira didática de se classificar os cavacos seria pela

classificação em tipos e formas.

Com relação aos tipos de cavacos podemos classificá-los conforme aos seus resultados,

ou seja, a interação entre suas propriedades mecânicas e a operação de corte:

- cavaco contínuo;

- cavaco de cisalhamento;

- cavaco de ruptura.

O cavaco contínuo apresenta-se constituído de lamelas justapostas numa disposição

contínua e agrupadas em grupos lamelares. No cavaco contínuo, a distinção entre estes grupos

lamelares não é tão nítida, como nos outros tipos de cavaco; há apenas um deslizamento

destes elementos de cavacos. Este deslizamento é, porém, nitidamente observado através da

variação da força de usinagem. O cavaco contínuo forma-se na usinagem de materiais

considerados dúcteis (como o aço de baixa dureza e o alumínio, por exemplo), onde o ângulo

de saída da ferramenta deve assumir valores elevados.

73

A escolha de uma ferramenta de corte passa aqui ser parte interessante desse processo,

visto que, a rugosidade, o desgaste da ferramenta, a elevação da temperatura podem ser

elevados e logo prejudicarem o tempo de produção. A má escolha dos parâmetros também

pode afetar o custo. Em conseqüência, pode-ser obtido cavacos muito longos podendo até

afetar a peça em usinagem. O cavaco pode mostrar o mal resultado do planejamento.

O cavaco de cisalhamento apresenta-se constituído de grupos lamelares bem distintos

e justapostos o que dá ao material um formato de dente de serra, aspecto que confere um certo

grau de segmentação ao cavaco. Forma-se quando houver diminuição da resistência do

material no plano de cisalhamento, devido ao aumento da deformação, a heterogeneidades da

estrutura metalográfica, ou a vibrações externas que conduzem às variações da espessura de

cavaco.

Cavaco de ruptura apresenta-se constituído de fragmentos arrancados da peça usinada.

Há uma ruptura completa do material em grupos lamelares (na região de cisalhamento),

forma-se na usinagem de materiais frágeis. Através da figura 2.10 podemos observar à

formação das zonas de cisalhamento.

Figura 2.10. Formação das zonas de cisalhamento (SCHNEIDER, 2001)

Através da figura 2.11 também podemos observar alguns tipos de cavacos formados na

usinagem.

74

Figura 2.12. Tipos de cavacos de usinagem: a) Descontínuo (de ruptura); b) Contínuo; c)

Contínuo com aresta postiça de corte (SCHNEIDER, 2001)

Não há uma distinção muito nítida entre os cavacos contínuos e de cisalhamento.

Conforme as condições de usinagem e a geometria da ferramenta, se estas impuserem uma

deformação maior ao cavaco, pode-se passar do contínuo ao de cisalhamento, mas o principal

fator determinante do tipo de cavaco é o material da peça usinada. Em geral materiais dúcteis

(aços, alumínios) formam cavacos contínuos ou de cisalhamento e materiais frágeis (ferros

fundidos) formam cavacos de ruptura.

2.9.2. Formas Geométricas de Cavacos

Além dos três tipos de cavaco, pode-se diferenciá-los quanto à sua forma. Certas formas

de cavaco dificultam a operação de usinagem, elevando a rugosidade e desgastam mais ou

menos a ferramenta.

Quatro tipos de formas de cavacos podem ser considerados, conforme podemos

observar na figura 2.12:

- Cavaco em fita;

- Cavaco helicoidal;

- Cavaco espiral;

- Cavaco em lascas ou pedaços.

75

Figura 2.12. Formas de cavaco: a) helicoidal, b) lascas, c) fita, d) espiral (MOREIRA, 2002)

Na usinagem do alumínio, por exemplo, o cavaco formado geralmente é longo e o

acabamento superficial, devido a essa condição pode se tornar ruim. Através da figura 2.13

são mostrados alguns tipos de cavacos obtidos sob condições específicas de usinagem para

algumas ligas de alumínio e os valores da tabela 1 a seguir representa essas características.

Tabela 1. Influência dos parâmetros nos tipos de cavacos representados na imagem mostrada

por meio da figura 2.13 (METALS HANDBOOK, 1989).

Avanço mm/volta

Faixa de

usinabilidade

Liga Velocidade

M/min

Dureza

(HB)

Foto

Esquerda

Foto

Direita

A 2011-T3 120 95 0,066 0,152

B 2024-T4 30 120 0,152 0,264

C 6061-T6 120 95 0,152 0,264

D 3004-H32 120 52 0,152 0,264

E 1100-H12 120 28 0,152 0,264

76

Figura 2.13. Cavacos típicos para taxas de usinabilidade de A a E (Tabela 1) para ligas de

alumínio. Todos os cavacos foram feitos com 20° de ângulo de saída da ferramenta e 2,54 mm

(0,100 in.) de profundidade de usinagem (METALS HANDBOOK, 1989)

Conforme podemos observar que com o aumento da dureza do material, a forma

geométrica do cavaco vai se diferenciando. Portanto, as propriedades mecânicas devem ser

conhecidas, pois, terão interferência direta no controle de qualidade.

2.10. Ferramentas de Corte

O contínuo aumento da produtividade nas operações de usinagem exige um maior

controle de qualidade. Além disso, o aparecimento de novos materiais, como os compósitos e

ligas de titânio, de difícil usinagem (devido ao grande desgaste que estas ocasionam nas

ferramentas de corte), e as exigências cada vez maiores de acabamento superficial e de

tolerâncias dimensionais mais apertadas, fazem com que a tecnologia das ferramentas de corte

esteja em constante desenvolvimento para atender estes novos desafios (Cunha, 2004).

O desenvolvimento das ferramentas de corte inclui o uso de novos materiais, novas

coberturas, novos sistemas de corte e outras técnicas com o objetivo principal de aumentar a

vida da ferramenta de corte e a taxa de remoção de material. Também com o objetivo de

77

auxiliar no aumento de produtividade nas operações de remoção de material, novos métodos

de controle e planejamento de processos com alta dependência dos computadores têm sido

implementados nos ambientes fabris.

Através da figura 2.14 pode ser observada a evolução das ferramentas de corte.

Figura 2.14. Aumento das velocidades de corte das ferramentas com o desenvolvimento de

novos materiais nos últimos anos (KOSTER, 1990)

2.10.1. Acabamento Superficial

A necessidade de fabricação de produtos cada vez menores, mais leves, com maior

exatidão, confiabilidade e, se possível, com baixo custo, tem constantemente lançado desafios

à engenharia de fabricação (DI RAIMO, 2001).

A importância do estudo do acabamento superficial aumenta à medida que cresce a

precisão de ajuste entre as peças a serem acopladas, onde somente a precisão dimensional e de

forma e posição não são suficientes para garantir a funcionalidade do par acoplado. É

fundamental para peças onde houver atrito, desgaste, corrosão, aparência, resistência à fadiga,

transmissão de calor, propriedades óticas, escoamento de fluidos (paredes de dutos e tubos),

superfícies de medição (blocos-padrões, micrômetros) a especificação do acabamento das

superfícies através da medida da rugosidade.

Essa condição de fabricação é alvo do controle de qualidade no planejamento de

processo, o apoio da engenharia de materiais pode se tornar um elo marcante no controle de

superfícies. Empresas como a da aviação, por exemplo, necessitam em geral de peças com

rugosidade dimensionada e controlada, pois essas peças estão à exposição de processos como

78

a fadiga, a corrosão sob tensão e a fluência. A rugosidade não controlada pode se tornar um

problema, pois através das imperfeições das superfícies podemos dar inícios a trincas por

fadiga, a corrosão, e assim comprometer a estrutura dessas aeronaves.

Com o desenvolvimento dos equipamentos de alta precisão um bom acabamento

superficial das peças usinadas, utilizadas em suas montagens, tornou-se um item obrigatório.

O acabamento superficial é medido através da rugosidade, que por sua vez é expresso

em micrometros. Segundo NBR 6405/88, rugosidade são irregularidades superficiais

pequenas, inclusive as resultantes dos processos de usinagem.

A rugosidade da superfície final (Figura 2.15), obtida durante a operação de usinagem,

pode ser considerada como a soma de dois efeitos independentes (SALLES et al., 2001):

- A rugosidade da superfície teórica que é o resultado da geometria da ferramenta e do

avanço;

- A rugosidade da superfície real que é o resultado das irregularidades da operação de corte.

Nos diversos países foram desenvolvidos critérios de medida de rugosidade, que

deram origem a várias normas. No Brasil, por exemplo, a norma de rugosidade é a NBR-

6405/1988 (“Rugosidade das superfícies”).

As expressões para cálculo da rugosidade teórica nas operações de torneamento, são

consideradas teóricas por se tratar apenas de uma relação geométrica entre as marcas geradas

pelo avanço e raio de ponta da ferramenta, não considerando os demais fatores que

influenciam na geração da rugosidade de uma superfície usinada (SALLES et al., 2001).

Figura 2.15. Perfil de rugosidade de uma peça torneada (DINIZ E NORITOMI, 1998)

Onde:

79

- f representa o avanço da ferramenta;

- r raio de ponta da ferramenta;

- T e u são coordenadas do arco.

80

Capítulo 3. Metodologias e Materiais Utilizadas

3.1 Metodologia Aplicada

As metodologias desenvolvidas neste trabalho são utilizadas e um sistema

computacional arquitetado segundo a proposta de trabalho. Esse sistema está baseado em um

banco de dados caracterizado como um sistema automático de planejamento de processo de

usinagem de materiais. Através das característica originais desse sistema, com sua possível

implementação nos processo produtivos pode ser alcançado a uma maior integração entre

alguns setores da usinagem de materiais. Conseqüentemente, para cada base de conhecimento

buscou-se metodologias próprias e originais. Em função do desenvolvimento “dinâmico” do

sistema, e as características inerente da sua formação o sistema foi denominado como Sistema

Automático de Planejamento de Processos em Usinagem (SAPPU).

O sistema pode ser dividido em trabalho de campo, em projetos conceituais e físicos

dos sistemas, além de seus respectivos testes. Além das pesquisa bibliográfica houveram

também buscas de informações através de visitas a empresas da área metal-mecânica. O

objetivo foi de ter uma melhor caracterização do sistema o qual pode ser compreendido como

trabalho de campo, assim pode ser identificado pontos importantes nos procedimentos

referentes à elaboração de roteiros de fabricação.

O projeto dos bancos de dados do sistema de planejamento do processo seguiu-se

basicamente as diretrizes traçadas por Setzer (1989). Segundo o autor a formação do banco de

dados deve ser separados em projeto conceitual e físico. O projeto conceitual pode ser

atribuído como arquitetura caracterizado pelo autor, ou seja, está em função da sua própria

aplicação específica. O projeto físico se dá através da montagem seguindo as diretrizes

conceituais.

Podemos caracterizar o projeto como conceitual através da:

- escolha dos arquivos e seus campos;

- montagem dos relacionamentos;

- criação dos arquivos;

- determinação dos campos;

81

O Projeto físico pode ser caracterizado também através do:

- desenvolvimento do programa tendo em vista as necessidades do sistema, implementação

do programa que permita a realização das operações básicas de manipulação, assim como

da interface com o usuário (menus de tela). O sistema foi desenvolvido utilizando as

ferramentas do programa DELPHI 6.0 (ambiente WINDOWS).

O sistema desenvolvido possui como qualidade marcante, ou seja, subsistemas

integrados e subordinados ao banco de dados, onde há busca sistemática de informações,

subsistemas como seleção de ferramentas, gerenciamento de ferramentas, planejamento de

operação, e carga de máquina, podendo assim gerar roteiros de fabricação.

A tarefa do planejamento de processo inicia-se a partir de dados como o desenho da

peça, do tipo de material da peça e dos parâmetros envolvidos no processo. O estudo e a

definição das metodologias é parte importante do trabalho, pois ele caracteriza e define a sua

originalidade. Para cada subsistema uma metodologia foi elaborada. As informações são

abastecidas dos cadastros desenvolvidos sob as rotinas necessárias desses subsistemas. Com a

implementação dos algoritmos os subsistemas foram interligados entre si e ao banco de dados.

O programa SAPPU pode ser definido e caracterizado segundo elaboração de alguns

testes propostos. Esses testes foram definidos através da comprovação das metodologias

propostas e do controle de qualidade nos resultados sob a visão das análises de superfícies.

Esses testes se basearam-se em ensaios de usinagem da liga de AA 7050. Os valores obtidos

poderão ser absorvidos pelo próprio sistema podendo ser útil a futuras consultas. Essas

discussões dos resultados fazem parte do diferencial do planejamento de processo, ou seja,

uma busca da interligação das várias ciências envolvidas.

As fases em que se divide este trabalho estão relacionadas e representadas no

fluxograma da figura 3.1 a seguir.

82

Figura 3.1. Fluxograma do procedimento adotado na implementação do sistema.

3.1.2. Interligação dos Arquivos do Banco de Dados e os Subsistemas

Os subsistemas envolvidos no SAPPU possuem interligações por meio do banco de

dados desenvolvido segundo suas características específicas. As características dos

subsistemas interligados as tabelas do banco de dados que constituem o SAPPU são de:

seleção de ferramentas de corte, planejamento de operação, gerenciamento de ferramentas

conectado aos próprios subsistemas e a carga de máquina. O banco de dados funciona como o

suporte estrutural de todo sistema, possuindo os arquivos necessários para os subprogramas.

Os campos foram definidos segundo as necessidades dos subprogramas. Os cálculos

provenientes de quase todo sistema SAPPU são construídos dentro do banco de dados, que

automaticamente poderá fornecer as respostas para os subsistemas quando são acionados.

Com o diagrama apresenta pela figura 3.2, pode-se ter uma visão do entrelaçamento dos

subsistemas em uma complexa ramificação por meio do banco de dados.

83

Figura 3.2. Interligação de todos arquivos do banco de dados de todos subsistemas do

SAPPU.

Em sua maioria os subsistemas apresentam-se como telas respostas do sistema

SAPPU, O selecionador de ferramentas de corte, por exemplo, possui campos a serem

cadastrados, seguindo uma ordem correta de operação de corte. Alguns cálculos no planejador

84

de operação poderão ocorrer, porém, sempre haverá a interligação com o banco de dados. O

sistema evita redundâncias, ou seja, ao se cadastrar haverá automaticamente o preenchimento

de outros campos dos subsistemas envolvidos.

Os arquivos gerados nos cadastros dos resultados e do controle de qualidade baseado

na engenharia de materiais podem ser considerado como uma supervisão do processo. Através

de consultas nos arquivos do banco de dados dos resultados e do controle podem assim os

usuários ter uma visão do funcionamento dos processos passados e planejar diferente

conforme as necessidades dos futuros processo. Alguns campos apresentam-se grandes como

os dos comentários do propósito das análises, pois se procurou disponibilizar todas

informações possíveis das técnicas desenvolvidas no procedimento adotado.

3.1.3. Método Aplicado ao Sistema de Seleção de Ferramentas

O subsistema de seleção de ferramentas idealizado no planejamento de processo foi

desenvolvido através de uma metodologia original. Para um dado perfil geométrico da peça as

ferramentas são selecionadas sob as condições de interferências entre geometria da peça e

ferramenta. O selecionador de ferramentas trabalha com os limites geométricos da peça. A

versatilidade do conjunto inserto e suporte aliado à resistência da ferramenta fazem parte do

procedimento adotado pelo subsistema.

Esse subsistema tem como proposta tornar-se completo e versátil, pois o objetivo é

facilitar e diminuir o tempo despendido na escolha de ferramentas. Há também uma outra

ligação com o subsistema planejamento da operação. Com a outra dependência do subsistema

de gerenciamento o tipo de inserto poderá, por exemplo, ser selecionado sob a situação real de

estoque. Essas respostas sobre os tipos de inserto e também suportes disponíveis têm que ser

convenientes a cada material e operação (desbaste e acabamento). Para cada situação de

cadastramento e andamento do processo de seleção um chaveamento é determinado e

utilizado.

Todos os dados de usinagem devem estar devidamente cadastrados. As informações

referentes ao material utilizado, às dimensões da peça a ser fabricadas, as informações sobre a

pastilha, suporte, as características da máquina devem ser cadastradas previamente utilizando

o banco de dados de cada modelo desenvolvido. Esses dados armazenados nas suas

respectivas tabelas serão usados pelos sistemas em conjunto.

85

Para a escolha de uma ferramenta de corte, primeiro fazem-se todos os registros

necessários para a fabricação da peça. No instante em que se define a operação de usinagem,

o sistema solicita a identificação da peça já cadastrada e todas as informações referentes a

essa peça escolhida determinará a seleção da ferramenta. A numeração a seguir se refere aos

blocos do fluxograma (figura 3.3):

1- Com a informação sobre o material da peça escolhida, o sistema montará uma lista de

pastilhas compatíveis a partir da tabela de pastilhas cadastradas. Se não existir

nenhuma pastilha compatível o sistema informará sobre essa deficiência. O sistema

poderá solicitar a atualização do estoque.

2- Com a lista de pastilhas montada no bloco 1, define-se a operação de usinagem. Esta

operação eliminará da lista as pastilhas não adequadas para a operação.

3- Após a triagem no bloco 2, o sistema montará uma segunda lista (tabela) contendo os

suportes para as pastilhas da lista montada no bloco 2.

4- O sistema recuperará as informações sobre a peça escolhida para a fabricação.

5- Define-se o comprimento total do percurso em que a ferramenta realizará. Esse valor

pode ser obtido pelo somatório dos comprimentos de cada seção da peça ou do

comprimento total do tarugo da peça.

6- Esse bloco tem a finalidade de enumerar e contar as pastilhas da lista e destacar, uma a

uma, e testar com todos os suportes válidos escolhidos no bloco 3.

7- Para cada pastilha selecionada no contador do bloco 6, o bloco 7 destacará, um a um,

cada suporte.

8- Com o suporte da vez, o sistema recuperará todas as informações sobre a geometria e

seus pontos críticos.

9- Esse bloco é um contador de passo realizado, a cada milímetro, pela ferramenta em

questão. É o deslocamento da ferramenta no eixo Z, paralelo ao eixo principal do

torno.

10- A ponta da ferramenta localizada na posição do contador de passo faz-se o teste de

contato. Esse teste consiste na determinação do contato dos pontos críticos do suporte

com as seções local, anterior e posterior. Esse contato existirá se considerarmos uma

coincidência o valor da equação de perfil da seção com o valor crítico do suporte.

Esses testes são realizados com todos os suportes para cada pastilha selecionada.

86

11- Os resultados dos testes de seleção serão registrados em um banco de dados referente

aos contatos existentes.

12- Com a lista nova de informações de contatos das ferramentas selecionadas, emitem-se

relatórios sobre as condições de trabalho de cada ferramenta selecionada.

Figura3.3. Diagrama de bloco da seqüência do subsistema de seleção de ferramenta de corte

Dependendo da complexidade do perfil e do número de seções que compõe a peça a

escolha do inserto e do suporte torna um desafio para qualquer sistema em desenvolvimento.

Foi proposta então, para sistema de seleção de ferramentas uma metodologia baseada

no perfil das peças, onde os desenhos dos perfis da peça podia ser representados em pontos de

coordenadas cartesianas. Esses pontos podem ser construídos através de funções matemáticas

e comparados a valores definidos também por expressões matemáticas da geometria

87

consideradas de interferência das ferramentas de corte (figura 3.4). Com a discussão adiante

poderemos ter uma visão de como se processa esse método matemático.

Figura 3.4. Peça complexa escalonada em seções de geometria simples

A definição dos pontos críticos do conjunto suporte/pastilha são pontos importantes

para os testes de comparações. Basendo-se em estudos de catálogos de fabricantes de

ferramentas de corte notou-se uma dificuldade em definir esses pontos junto ao código “ISO”.

Isso deve-se ao fato, da complexidade geométrica das ferramentas e sua variedade necessária.

Definiu-se então, as seções paras as análises comparativas e obtendo-se assim, valores para as

funções matemáticas que representasse os pontos críticos do conjunto, entre eles, o

comprimento da ferramenta I1 e dimensão f1 do código “ISO”. Na figura 3.5 pode ser

visualizado quase todas dimensões possíveis.

Os valores como: comprimento do acoplamento I3, dimensão de “interferência” do

acoplamento f2 são casos específicos em que o operador precisa consultar o catálogo ou medir

caso não esteja definido. Alguns suportes podem apresentar outras dimensões que podem ser

considerada de interferência, esses valores no entanto, não precisa se medido podendo se

consultado em catálogos, o seu simbolo representativo é o “f1s”. Para cadastrar o suporte

então, serão necessárias as dimensões reais a partir do modelo padrão existente no mercado e

valores requeridos pelo subsistema em suas telas.

88

Figura 3.5. Dimensões necessárias para os desenvolvimento das relações de interferências

A dimensão simbolizado pela letra “h” mostrado na figura 3.5 pode ser considerada

também como um valor de interfrência nesse tipo de suporte podendo ser determinada através

da equação 35 a seguir, cujos valores são obtidos da própria geometria da ferramenta, porém,

como já comentado, alguns suportes terão que ser medidos por algum instrumento em mãos.

Se o valor da interferência do suporte “h” for igual ao da ordenada do perfil da peça esse

suporte não será selecionado.

h = tgφ.f2 (35)

onde:

φ = 180 – (κr+α) (36)

onde:

- κr = ângulo de posição;

- α = ângulo de ponta da ferramenta ou raio de ponta re;

- f2 = dimensão interferência medida na ferramenta (conforme a figuras 3.6 e 3.7 a seguir).

- φ= ângulo de folga

Como mencionado, o método de avaliação da interferência consiste na comparação

entre duas funções sendo que uma delas é definida pela geometria do acoplamento da

ferramenta e a outra é definida pela geometria da peça, ou seja, pelo perfil da peça.

89

Considera-se um perfil complexo para uma peça aquela em que pode apresentar mais

de um tipo diferente de perfil, para os 3 perfis conhecidos (cilíndrico, cônico e concordante).

A figura 3.4 anterior apresenta as possíveis divisões dos perfis complexo da peça para seções

de perfis mais simples. Isso pode facilita a obtenção da expressão matemática que representa

cada perfil.

Figura 3.6: perfil cilíndrico

Figura 3.7: perfil cônico

Figura 3.8: perfil concordante

Os termos presentes nas equações de perfil representados nas figuras 3.6, 3.7 e 3.8 são

oriundos das dimensões da peça, menos os termos x e x0. Esses dois termos representam o

movimento da ferramenta na direção do eixo z da máquina-ferramenta.

Assim, a representação física dos termos das expressões é apresentada a seguir:

90

- y = função do perfil da seção da peça;

- f = avanço;

- d, d1 e d2 = são as dimensões do diâmetro da seção da peça;

- r = raio do perfil da concordância;

-x = é a posição incremental que permite a análise da possível interferência existente entre os

pontos críticos do acoplamento ferramenta/suporte e o perfil da peça;

- x0 e y0 = são os respectivos pontos de origem do raio da curvatura (z0, x0) na máquina-

ferramenta.

Os pontos x0 e y0 são calculados a partir dos dados da seção da peça e do raio da

concordância, figura 3.9. Através dessa figura podemos ter uma visão da geometria do arco de

concordância e para obtenção desses cálculos são utilizados a partir da equação (37) às

equações (44) e (45) a seguir.

Figura 3.9. Geometria para a determinação dos pontos x0 e y0

2

212

2

−

+=dd

ll sh

(37)

−=

sl

ddarctg

.221α

(38)

91

=

r

lh

.2arccosβ (39)

( )βαγ +−= 180 (40)

γϕ −= 90 (41)

ϕsen.rlx so += (42)

ϕcos.ryo =

Ou

(43)

−

+

−+= 90

.2arccos

.2sen. 21

0 r

l

l

ddarctgrlx h

ss

(44)

−

+

−= 90

.2arccos

.2cos. 21

0 r

l

l

ddarctgry h

s

(45)

Para analisar e detectar a existência de interferência são utilizados as expressões (35) e

(36) demonstradas anteriormente que calculam o ângulo φ para determinar a altura h. Esse

valor é analisado junto à função de y e a variável a, onde a função y é a função do perfil da

peça e a é o avanço (incremento).

O valor de “h” passa a ser considerado como um valor máximo de interferência, pois à

medida que a ferramenta avança na profundidade de usinagem dependo do suporte escolhido

pode haver contatos antes de atingir a altura máxima da superfície de folga da ferramenta.

Conforme o desenho esquemático da região de interferência do acoplamento

ferramenta/suporte, figura 3.10, o avanço a compreende uma divisão do comprimento f2. Essa

divisão possibilita a localização das coordenadas de interferência das regiões críticas. Calcula-

se então agora a altura de incremento h´, utilizando-se a seguinte expressão:

92

( ) φtgafh .2 −=′ (46)

Figura 3.10. Desenho esquemático da região crítica de interferência presente no acoplamento ferramenta/suporte

onde:

- a = avanço;

- y = função do perfil da seção da peça;

- h = altura total da folga da ferramenta ou valor crítico máximo;

- h’ = altura em função do avanço conforme o perfil da peça;

- re = raio de ponta.

Foi implantado no sistema um recurso que, ao se tornear (usinar) uma peça de perfil

complexo, esta peça será dividida em seções de perfis simples e conhecidos. Com isso, a

análise e localização das interferências entre o conjunto suporte/ferramenta e o perfil da peça

fica mais simples de ser executada, podendo, também, prever se ocorrerá alguma interferência

nas seções anterior e posterior da seção em que se localiza a aresta de corte da ferramenta em

questão. Como já mencionado se houver uma coincidência entre as expressões matemáticas,

então existe a interferência. Isso representa fisicamente o contato entre alguma parte do

conjunto ferramenta/suporte e a superfície da peça de perfil complexo, seguem-se expressões

finais condicionais a seguir.

0=− yh interferência

93

0=−′ yh interferência

É representado na da figura3.11, um exemplo de como ocorre uma interferência entre

um conjunto ferramenta/suporte e a superfície da peça de perfil complexo. Cada perfil simples

que compõe a peça foi registrado no sistema como uma seção, uma parte da peça a ser

usinada. A nomenclatura L1 até L12 do exemplo representa a posição da seção em relação à

placa de fixação do torno (máquina ferramenta), onde L1 localiza-se junto à placa ou as

castanhas e L12 localiza-se junto ao contra ponto. A interferência é uma coincidência entre as

funções que determinam a região crítica do conjunto ferramenta/suporte e as funções de perfil

da peça. Cada seção poderá ter uma expressão matemática. O algoritmo do sistema possui

incrementos e loopings com a finalidade de avaliar se a diferença entre h, he y seja diferente

de zero.

Figura 3.11. Exemplo de como ocorre uma interferência entre um conjunto ferramenta/suporte

e a superfície da peça de perfil complexo

Por outro lado, para a operação de acabamento, é demonstrado através da figura 3.12

que o conjunto suporte/inserto para essa operação é compatível com o perfil complexo da

peça em questão.

94

Figura 3.12.Teste de posição de uma ferramenta de acabamento

É mostrado, portanto, por meio da figura 3.13 um trecho do algoritmo que o sistema

utiliza para verificar se existe interferência, um contato entre a região crítica de interferência

localizada no conjunto suporte/ferramenta e a superfície da peça que será fabricada.

O perfil de faceamento também é um perfil importante, já que algumas ferramentas

não são acessíveis a esse tipo de perfil. Nesse caso, o valor de “h” pode ser calculado quando

o faceamento está em regiões dentro do desenho da peça.

Junto a figura 3.14 é demonstrado um perfil de faceamento. Com o cadastro dos

valores de seus respectivos diâmetros obtém-se uma função representativa “y”, agora o valor

da função “x” passa a ser constante.

95

Figura 3.13. Trecho do algoritmo que o sistema utiliza para verificar se existe interferência

96

Figura 3.14. perfil de uma face e sua respectiva equação

Na figura 3.15 é demostrado o perfil cônico invertido em relação à direção de avanço

da ferramenta de corte. A expressão “x” em sua abscissa é representada por um número de

partes em que o perfil está sendo dividido pelo avanço por volta. O valor do avanço é

fornecido na operação.

Figura 3.15. perfil cônico invertido e sua respectiva função

Uma das superfícies mais complexas na operação de torneamento é a de concordância

(arco). Os limites de operação são também suas possíveis regiões de interferência.

Dependendo do raio de concordância, o suporte poderá se chocar contra peça, ou até mesmo,

produzir um acabamento não desejável. Neste caso, algumas ferramentas tem que ser mais

versáteis do que outras, objetivando um bom acabamento. As formas côncava e convexa são

mostradas nas figura 3.16 e figura 3.17 respectivamente.

97

Figura 3.16 Perfil de concordância côncava e suas dimensões

Figura 3.17 – Perfil de concordância convexa e suas dimensões

As variáveis envolvidas para se determinar o comprimento de corte são: - lC = comprimento de corte (mm);

- d1 = diâmetro maior (mm);

- d2 = diâmetro menor (mm);

- l = Comprimento de usinagem (mm);

- f = avanço (mm/volta);

- l´ = comprimento da hipotenusa inscrita (mm);

- r = raio da concordância (mm).

98

Podemos assim, representar outro perfil de concordância através da figura 3.18:

Figura 3.18. Perfil de concordância invertida em relação ao avanço da ferramenta de corte e

sua respectiva função

Para tanto, dos principais desenhos, o perfil de concordância convexa também

apresenta sua complexidade. É possivel através da figura 3.19 ter a visão da complexidade.

Nesse aspecto, os pontos interferência podem estar nas regiões de “descida” em relação ao

sentido do avanço da ferramenta. À medida que a ferramenta avança então, seu perfil vai

sendo desenhado e dependendo da dimensão geométrica da peça e da ferramenta mal

escolhida podem estar se tocando, prejudincando assim, a superfície usinada ou até pode levar

à danos maiores.

As expressões geradas em função de sua geometria tem uma certa semelhança com às

de concordância das Figuras 3.8 e 3.18. As diferenças estão nas equações das ordenadas em

relação ao seus respectivos sentidos do avanço e na substituição dos diâmetros maiores pelo

menores e assim sucessivamente.

Figura 3.19. Perfil de concordância convexa invertida com sua respectiva função matemática

Com relação a obtenção da coordenada (x0, y0), para concordância convexa pode se

repitir o mesmo procedimento nos cálculos. Assim, através da figura 3.20, podemos ter

99

também uma visão da geometria desenvolvida para obtenção das fórmulas necessárias para o

cálculo dessa coordenada. Essas equações são demonstradas também a partir da equação (47)

até a equação (55)

Figura 3.20. Perfil de concordância convexa para o cálculo da coordenada (x0, y0)

2

212

2

−+=

ddll sh

(47)

−=

sl

ddarctg

.221α (48)

=

r

lh

.2arcsenθ (49)

θβ −= 90 (50)

( )βαγ +−= 180 (51)

γϕ −= 90 (52)

ϕsen.rxo −= (53)

ϕcos.2

21 rdd

yo −−

= (54)

O cálculo do comprimento de corte lC é mostrado na equação (55):

100

( )∑=

=

−−−+=

f

ln

nooC

s

xfnrydl0

222 ..2.π

(55)

Concluido a mesma linha de raciocínio obtemos a última função. Através da figura

3.21 podemos observar a geometria de concordância covexa. As dimensões a serem

cadastradas também obedecem a valores de desenhos padrâo para construção de qualquer

peça.

Figura 3.21. Perfil de concordância convexa com a sua respectiva função

3.1.4. Método Aplicado ao Sistema de Planejamento de Operação

O planejamento de operação, pode ser considerado uma das etapas mais importantes

no planejamento de processo. Podemos dividir o planejamento de operação em dois tipos: em

macro e microplanejamento. O macroplanejamento está relacionado à trajetória da ferramenta

e a melhor seqüência das operações. O microplanejamento pode ser relacionado aos estudos

da otimização e dos custos de produção.

O subsistema desenvolvido tem como característica essa condicão de macro e

microplanejamento. O modelo desenvolvido buscou uma metodologia original e baseada em

trabalhos desenvolvidos por outros autores.

Como no subsistema de seleção de ferramentas de corte, esse subsistema trabalha em

conjunto com o banco de dados. Logo, o cadastro de peças tem que possuir todas informações

possíveis como, o desenho da peça, condições e parâmetros de usinagem para que o

subsistema as utilizem de forma satisfatória.

101

3.1.4.1 A Metodologia Aplicada ao Macroplanejamento

Dentro das características do macroplanejamento, a melhor seqüência de usinagem

tem que ser considerada. Cada seção geométrica do desenho da peça cadastrada tem um

registro a ser arquivado. Como exemplo prático e ilustrativo, pode ser visualizado através da

figura 3.22 como as seções são representadas.

Com as informações cadastradas o subsistema então, de forma hierárquica define qual

operação seqüencial deve ser processada. Por exemplo, dependendo da formação geométrica

das seções de forma inteligente então, alguns perfis como faceamento podem ser feitas

primeiramente e por último o rosqueamento.

Através da figura 3.23 pode-se ter uma visão dessa hierarquia. Essa condição está

relacionada também com o sistema seleção de ferramentas, pois ao cadastrar a peça escolhe-

se as ferramentas e o subsistema de macroplanejamento de operação definirá a seqüência de

usinagem que melhor deverá ser feita.

A simbologia que representa os perfis escalonados apresentados por meio da figura

3.22 é a mesma da figura 3.23, ou seja, cada perfil é representado por uma letra, lembrando

ainda que o cadastro da peça faz parte do banco de dados (BD representado na figura 3.23).

No objetivo de facilitação para o usuário, a resposta desse subsistema é apresentado através de

um campo resposta o respectivo código seqüêncial de operação. A tela de resposta do

programa vem identificada com as respectivas letras para a leitura do usuário. Todos os

códigos são visualizados de maneira clara evitando-se qualquer problema.

Figura 3.22. Identificação da geometria para o planejamento da operação

102

Todos os dados quando cadastrados são fornecidos ao banco de dados (BD), onde são

feitas todas as ligações com os outros subsistemas.

Figura 3.23. Seqüêncial de usinagem no macroplanejamento da operação

3.1.4.2. A Metodologia Aplicada ao Microplanejamento

A metodologia de otimização aplicada ao microplanejamento desse subsistema

consiste na determinação da velocidade de máxima produção (vmxp), a partir da determinação

dos coeficientes da equação de vida de Taylor. Baseado em um trabalho já desenvolvido por

Ribeiro (1999), os seguintes procedimentos devem ser tomados:

- Medidas estatísticas do tempo de corte por peça (tc) e do tempo de troca da aresta ou da

troca da ferramenta (tTf);

- Para as condições adotadas, usinar a peça em questão determinando o número médio de

peças usinadas por aresta de corte (z’) e,

- Adotar valor de velocidade (vc’’) 20% diferente que (vc’) e, para esta nova velocidade de

corte, determinar o número médio de peças usinadas por aresta de corte (z’’).

Os coeficientes x e K de Taylor, são obtidos através do número de peças usinadas

para essas duas velocidades de corte, esses valores determinados são utilizados na expressão

(23) para o cálculo da velocidade de máxima produção. É necessária, a variação da velocidade

de corte e a variação da rotação, pois elas estão em função do diâmetro da peça. Na

determinação desses coeficientes, conforme as equações (57) e (58), utilizou-se de forma

103

inédita e original para um planejamento de operação, o conceito de velocidade média (vm)

para as operações em questão.

( )

( )

+=

'v''vlog'z'z'log

1xmm

(57)

Onde:

z’ = vida média da aresta para a primeira condição, em peça.

z’’ = vida média da aresta para a segunda condição, em peça.

vm’ = velocidade média de corte da primeira condição, em m/min.

vm’’ = velocidade média de corte da segunda condição, em m/min.

cxm tvzK ⋅⋅= (58)

Onde:

Z = número de peças usinadas por aresta;

Vm = velocidade média de corte utilizada em m/min;

tc = tempo de corte para uma peça, min/pc.

A velocidade média, em m/min, pode ser calculada pela relação entre o comprimento

de corte (lc), e o tempo de corte (tc), conforme equação (59).

c

cm t

lv = (59)

Para o cálculo do comprimento de corte foi usada uma metodologia baseada em

observações de operações de corte em torneamento.

A operação de faceamento em um torno é realizada através do movimento rotacional

da peça e do movimento radial da ferramenta de corte sobre a superfície da face em questão.

104

Esta operação tem o limite entre o diâmetro inicial (ri=Di/2) e o diâmetro final

(rf=Df/2), conforme é mostrado na figura 3.24.

Figura 3.24. Diagrama esquemático de uma operação de faceamento.

O movimento radial da ferramenta combinado com o movimento rotacional da peça

(faceamento) permite a remoção do material na forma de uma espiral, conforme é

demonstrado através da figura 3.25.

Figura 3.25. Diagrama esquemático do movimento da ferramenta sobre a face da peça

(operação de faceamento)

Para determinar o comprimento de corte na operação de faceamento recorreu-se a

uma equação da geometria plana que calcula o comprimento de um arco de circunferência.

São mostrados então, através da figura 3.26 os componentes de um arco de circunferência e a

equação (60) expressa o cálculo do comprimento do arco de circunferência.

105

Figura 3.26. Componentes de um arco de circunferência

180

ðr.è.b =

(60)

Para adotar a equação (43) na determinação do comprimento da espiral inscrita na

circunferência mostrada na figura 3.27, foi definido que o ângulo θ varia de 1 em 1 grau.

Cada espira reduz o raio inicial em um avanço definido na programação da operação de

faceamento. Como a esfera possui 360o em uma volta completa, a variação (∆r) do raio inicial

é igual a um avanço dividido em 360 partes, para cada grau que a peça girar em seu eixo

(∆r=f/360). São demonstrados através da figura 3.27 os elementos que compõe o raciocínio

descrito.

Figura 3.27: Diagrama esquemático dos elementos de uma espiral

106

As expressões seguintes são aplicadas em um método computacional a partir da

definição dos parâmetros de corte para a operação de faceamento.

O movimento de avanço da ferramenta é medido em mm por revolução da peça.

Os valores do diâmetro inicial (Di) e do diâmetro final (Df), são dados em milímetro

e a diferença entre eles dividida pelo dobro do avanço da ferramenta resulta no número (n) de

voltas necessário para que a ferramenta de corte percorra a superfície da peça em questão

(equação 61).

2.f

DDn fi −

=

(61)

Para cada volta que a peça realiza, o ângulo θ varia de 360 graus e a cada variação

nesse ângulo calcula-se o comprimento do raio variando de f/360 do avanço e o comprimento

do arco de circunferência (equação 62).

(62)

Onde m = 1... 360 graus e π/180 convertem graus em radianos

Uma espira se completa a cada volta da peça. Somam-se os comprimentos de arco de

circunferência calculados obtém-se o comprimento (ω) de uma espira equações (63) e (64).

(63)

107

(64)

Para completar o percurso das n espiras (n rotações) calculam-se e somam-se as

espiras inscritas no intervalo Di – Df. É demonstrada através da figura 3.28 a formação da

espiral em direção ao centro e com um intervalo de um avanço (f).

Figura 3.28. Desenho esquemático da formação da espiral com passo de um avanço.

Para cada revolução a metade do diâmetro inicial é reduzida de um avanço, conforme

é demonstrado pela evolução da expressão (65).

nfrr

2frffrfrr

frr

ini

ii1i2i

i1i

−=

−=−−=−=−=

+

++

+

M

(65)

Somando-se todas as espiras inscritas no intervalo calculadas obtêm-se o

comprimento total da espiral. Somando-se os ωn no intervalo vem a expressão (66)

108

∑

∑ ∑

∑

=

= =

=+

−−=

−−=

−−=

−=

360

0min

360

0m

360

0mii2

360

0m1i1

360

mnf.r

180

ðù

360

m2f.r

180

ð

360

fm2fr

180

ðù

360

fmr

180

ðù

M

∑ ∑−

=

=

=

=

−−=

2f

DDn

1n

360m

0m

iT

fi

360

mnf

2

D.

180

ðù

(66)

Para validar o método descrito, aplicou-se um conceito também pesquisado e

desenvolvido de circunferências concêntricas inscritas no intervalo pré-definido na operação

de faceamento, conforme é mostrado através da figura 3.29.

Figura 3.29. Circunferências concêntricas com o raio variando de um avanço

A rotação, o comprimento procede da mesma maneira das equações apresentadas

anteriormente no cálculo da espiral. A variação do raio equivale ao avanço da ferramenta de

corte, conforme as equações a seguir:

f

rrn fi −

= (67)

109

(68)

fr =∆ (69)

Calculando-se o perímetro com a equação (70) de cada circunferência inscrita na

face da peça e somando-os obtêm-se dentro de seu intervalo o comprimento total do percurso

da ferramenta sobre essa superfície (equação 71).

r)Ä-.(.2=..2=

ð.r.2=ù

1+1+

ii

iii rðrðù

r)Än.-.(.2= in rðù

(70)

∑−

=

=

−=

2f

DDn

0n

iT

fi

n.f2

D2.ð.ù

(71)

Essa metodologia pode ser abrangente a todos outros perfis, pois se considerarmos

que a profundidade de usinagem passe por avanço do faceamento e que na operação de corte

as espiras e os anéis são também de mesmas características ao do faceamento poderemos

obter os comprimentos de corte para cada perfil em estudo.

3.1.4.3. Seleção da velocidade

Com essas condições anteriores calculadas a vmxp, pode ser determinada. Após o cálculo

da vmxp é necessário confirmar a sua localização dentro do intervalo entre (vC’) e (vC’’), caso

isso não ocorra deve-se proceder a um novo ensaio e a seguir o cálculo da nova vmxp, até que o

valor encontrado da velocidade se encontre no intervalo.

Como o campo de velocidades não é ilimitado, devem-se respeitar certos valores

definidos como limite (vlim):

- Em relação à rotação do eixo-árvore:

110

vd nmax min

lim1 =⋅ ⋅π

1000 (72) e vd n

lim2min max=

⋅ ⋅π1000 (73)

Onde:

dmin = diâmetro mínimo da peça testada, em mm.

dmax = diâmetro máximo da peça testada, em mm.

nmax = rotação máxima do eixo-árvore, em mm/volta.

nmin = rotação mínima do eixo-árvore, em mm/volta.

- Em relação à potência do motor:

p

zs

mlim3 afK

Nv

⋅⋅⋅⋅⋅

= −11

7560η (74)

Onde:

Nm = potência do motor elétrico principal de acionamento, em CV;

η = rendimento do motor elétrico;

Ks1 e z = constantes específicas do metal, em relação à pressão específica de corte;

f = avanço da ferramenta, em mm/volta;

ap = profundidade de corte, em mm.

A menor dentre as velocidades limite das equações, (73 e 74) será considerada a

velocidade limite (vlim) máxima para o ensaio, já a da equação (72) será definida como a

velocidade mínima limite (vmlim).

Para cada situação abaixo, o modelo sugere adotar certos procedimentos. Se a

velocidade de máxima produção for maior que as velocidades da segunda condição e da

velocidade limite, adota-se uma terceira velocidade multiplicada 1,2 da segunda velocidade

do intervalo v’ e v’’ ou 0,9 da velocidade limite como segue:

- Se a (vmxp) > (v’’) e > (vlim):

111

- (v’’’) = 1,2 (v’’), ou.

- (v’’’) = 0,9 (vlim).

Se a velocidade de máxima produção for maior que a velocidade da segunda condição e

for menor que a velocidade limite, adota-se uma terceira velocidade, na qual é obtida por

meio da multiplicação, ou seja, por 1,2 a velocidade da segunda condição ou multiplica-se por

0,9 a velocidade da máxima produção e por 1,1 a máxima produção passando esta a ser a

velocidade da primeira condição, aumentando assim o intervalo, como segue:

- Se a (vmxp) > (v’’) e < (vlim):

- (v’’’) = 1,2 (v’’), ou.

- (v’) = 0,9 (vmxp) e (v’’) = 1,1 (vmxp).

Finalmente, se a velocidade de máxima produção for menor que velocidade da primeira

condição e maior que a velocidade limite, adota-se uma terceira velocidade menor que 20%

da velocidade da primeira condição ou diminui 10% a velocidade de máxima produção para a

nova velocidade da primeira condição e logo a velocidade da segunda condição será 10% a

mais da velocidade de máxima produção. Ainda, podemos adotar uma terceira condição como

uma velocidade de mínimo custo.

- Se a (vmxp) < (v’) e > (vmlim):

- (v’’’) = 0,8 (v’), ou.

- (v’) = 0,9 (vmxp) e (v’’) = 1,1 (vmxp), ou.

- (v’’’) = (vo).

Por final se a (vmxp) < (v’) e < (vmlim) o modelo sugere que se adote novos parâmetros de

corte, pois a máquina está sendo subtilizada desta forma.

112

3.1.4.4. Relação Custo/Benefício

Caracterizado o critério da máxima produção e obedecidas todas as condições impostas

pelo subsistema para a determinação da velocidade de máxima produção vmxp, esta passa a ser

denominada velocidade de corte selecionada (vCSEL). De posse então, desses dados colhidos é

possível determinar o custo de usinagem por peça (Ctp), utilizando-se a expressão (75). Esta

expressão foi desenvolvida a partir das equações de custo de Ferraresi (1977).

C Ck C

v

k v

KCtp iv

g um

csel

g csel(x 1)

A= +⋅

+

⋅

−

(75)

Onde:

Civ = valores dos custos diretos e indiretos da matéria-prima, em $/pç;

Cum = custo utilização da máquina, em $/min;

CA = custo total da ferramenta, em $/aresta;

vCSEL = velocidade de corte selecionada, em m/min;

x e K = coeficientes da equação de vida de Taylor;

O valor de kg representa a constante independente da velocidade dada por:

(76)

Onde:

d = diâmetro da peça, em mm;

lc = comprimento de corte, em mm;

Após realizar o cálculo do custo e comparar os custos das diferentes ferramentas

utilizadas no ensaio, o sistema indica qual ferramenta apresenta a melhor relação

custo/benefício para a operação em questão, além dos parâmetros de usinagem utilizados para

tanto.

113

O valor da relação custo/benefício do emprego de uma determinada ferramenta pode ser

calculado pela relação a seguir (equação 77). Nesta expressão, se utiliza o custo da ferramenta

(Ctp)ref, dita de referência, que na verdade é a condição atual do processo; e o custo otimizado

das demais ferramentas testadas (Ctp). Portanto, a ferramenta com a melhor relação

custo/benefício deverá ser a adotada.

( )

( )RC C

CCB

tp ref tp

tp ref

=−

× 100% (77)

3.2. Materiais e Equipamentos Utilizados

Para os testes desse trabalho poderiamos utilizar de uma gama de materiais, porém

nessa eventual amostragem de comprovação científica havia a necessidade de materiais

importantes e que poderiam ajudar na finalização desse trabalho. Não é o objetivo desse

trabalho, determinar as melhores condições de usinabilidade ou conhecimento da própria liga

em processo. Porém, a contribuição científica caberá a um acompanhamento de todo os

processos sob o controle de qualidade segundo as características da engenharia de materiais.

3.2.1. Liga de Alumínio 7050 T7451

Esse material utilizado é uma liga estrutural de Alumínio 7050 T7451. Essa liga foi

utilizada para verificação do subsistema de seleção de ferramentas de corte e análises

comparativas de diferentes perfis por meio de conceitos relacionados às ciências dos

materiais.

A sua aplicação se deve principalmente ao fato da sua boa usinabilidade e facilitação

para obtenção de geometrias mais acentuadas, pois é considerado um material dúctil. Devido

às essas características, esse tipo de material não será aplicado a outras discussões, visto que,

necessitaria de muito material para caracterizar, por exemplo, o microplanejamento. Porém, é

abrangente o seu estudo relacionado à integridade superficial, portanto algumas análises de

resultados foram discutidas.

114

O alumínio pode ser considerado o segundo elemento metálico mais abundante na

terra, pode também ser considerado como elemento competidor nas aplicações em engenharia.

Suas propriedades faz dele um dos mais econômico e atrativo, uma das suas qualidades são a

aparência, densidade, propriedades elétrica, resistência a fadiga, e resistência á corrosão. O

alumínio tem a densidade de somente 2,7 g/cm3, aproximadamente 1/3 ao do aço (7,83 g/cm3)

e ao do cobre (8,53 g/cm3) (ASM, 1987). Além disso, o alumínio e suas ligas têm grande

característica técnica peculiar, elevada relação resistência/peso.

Os resultados da caracterização da liga AA 7050 – T 7451 estão descritos na Tabela

12. As análises para identificação da composição da liga foram feitas no laboratório de

absorção atômica do departamento de química da Faculdade de Engenharia Química de

Lorena (FAENQUIL), através de um espectrômetro de absorção atômica, marca Perkin Elmer

e modelo Analyst 800, utilizando-se a atomização por chama.

Tabela 2. Composição química da liga de alumínio AA 7050 - T7451.

Elementos

%

Zn

%

Ti

%

Mg

%

Cu

%

Zr

%

Fe

%

Mn

%

Cr

%

Si

Especificação do

material, AA7050

(Metals Handbook,

1989).

5,7

a

6,7

0,06 1,9

a

2,6

2

a

2,6

0,08

a

0,15

0,15 0,1 0,04 0,12

ENCONTRADO 6,2 0,06 1,47 2,28 0,1 0,08 0,013 0,015 0,39

Para melhor entender essa liga utilizada pode ser entendida pela própria designação.

As ligas de alumínio podem ser classificadas entre duas designações diferentes: de acordo

com a designação numérica ou alfanumérica. A designação numérica é derivada da

nomenclatura americana e, é a forma utilizada para representá-las. Têm basicamente 4 dígitos.

Por exemplo, a série 1xxx (primeiro grupo chamado de alumínio puro) considerando-se 99%

de pureza. O terceiro e o quarto indica a porcentagem de pureza abaixo de 99%, por exemplo,

a liga 7070 tem uma quantidade de Alumínio de 99,70%. O primeiro dígito de 2 a 8 denota

outras ligas. A letra que se segue indica o tratamento térmico feito e os outros dígitos a

porcentagem dos outros elementos, por exemplo, 7050-T73651 (MAZZOLANI, 1995).

115

As ligas das séries 7000 consistem em ligas tratadas termicamente. A liga de Alumínio

7050 pode ser dividida em duas famílias dependendo da porcentagem de cobre e magnésio

como terceiro elemento ligante: a liga AlZnMgCu e a AlZnMg. Essas ligas são geralmente

usadas em aplicações estruturais e também em estruturas soldadas, pois possuem resistência

nas zonas afetadas termicamente (MAZZOLANI, 1995).

Essa liga de Alumínio 7050, baseada nos elementos, Al, Zn, Mg, e Cu, foram

desenvolvidos pela Alcoa em 1970. O zinco e magnésio aumentam a formação de

precipitados que levam ao endurecimento por precipitação e o cobre melhora a resistência à

corrosão. Além disso, a liga contém zinco, que forma dispersóides Al3Zn que, no caso,

retardam a recristalização. O Ferro e Silício são dados como impurezas, formando fases

intermetálicas com o alumínio e outros elementos ligantes. Fases remanescentes

interdendríticas contendo elementos ligantes, por exemplo, Al2CuMg e MgSi, podem ser

encontradas na forma de partículas constituintes (RAYMUNDO, 2000).

A liga de Alumínio pode ter genericamente Zn (6,2%), Mg (2,25%), Cu(2,3%),

Zr(0,12%) aumentando assim, a resistência à tração, fadiga e corrosão. Em forjados e

extrudados, a combinação acima é superior à da liga de Al 7475. Quanto à corrosão sob

tensão, a liga de Al 7050 possui resistência acima de qualquer liga tratável termicamente,

especialmente em espessuras finas. Sua conformidade é similar à do Al 7475. Sua

usinabilidade é excelente em todas as condições. Não é considerada boa sua soldabilidade.

A determinação de tamanho do grão, forma, e distribuição nos materiais policristalinos

são provavelmente uma das mais importantes medidas metalográficas. Por exemplo, ligas

metálicas dúcteis exibem uma maior tensão de elongação para temperaturas elevadas por

causa de seus tamanhos de grão ultrafinos. Em temperatura ambiente a conformação de

chapas aparece um fenômeno prejudicial chamado de “casca de laranja” que esta associado

com grãos grosseiros (S. YANG, 1997).

O tamanho do grãos, ou diâmetro médio, em um metal policristalino influencia as

propriedades mecânicas. Grãos adjacentes possuem normalmente orientações cristalográficas

diferentes. Durante a deformação plástica, o escorregamento ou movimento de discordâncias

devem ter lugar através desses contornos comuns. O contorno de grão atua como uma barreira

ao movimento das discordâncias, devida a duas razões como a desorientações entre dois grãos

tendo que contorna-los e a desordenação atômica no interior de uma região de contorno de

116

grão onde irá resultar em uma descontinuidade de planos de escorregamento de um grão para

dentro do outro (CALLISTER, Jr, 2002).

Um material com granulação fina (um que possui grãos pequenos) é mais duro e mais

resistentes do que um material que possui granulação grosseira, uma vez que o primeiro

possui uma maior área total de contornos de grão para dificultar o movimento das

discordâncias.

Essa liga quaternária AL-Zn-Cu-Mg, processada necessita possuí tratamento térmico

de solubilização, seguido de um envelhecimento artificial para um aumento da resistência

mecânica por precipitação.

Durante esse tratamento térmico de solubilização, ocorre um processo de

recristalização parcial, essa condição cria contornos de grão de alto ângulo, que separam a

região recristalizada da população de subgrãos. Os precipitados formados durante a

solubilização são relativamente grosseiros incoerentes, estando a maior parte nos contornos de

grãos de alto ângulo.

As análises da microestrutura e microsegregação são muita importância para a

indústria de metalúrgica, elas são um elo estratégico entre processamento e comportamentos

dos materiais. Por exemplo, a presença de fases secundárias formada pelo Cr, Fé, Mn, Ni, Si e

Ti, e combinações deles durante a solidificação não equilibrada pode aumentar a resistência e

dureza das ligas de Alumínio. Variações de concentração podem produzir precipitações não

homogêneas durante o subseqüente tratamento térmico, podendo assim empobrecer a

resistência a fadiga e corrosão.Uma liga de Al 7050 pode contém basicamente 11

componentes (XIE, et al., 2003).

As figuras a seguir podem ser visualizada e podem confirmar algumas discussões. A

figura 3.30 apresenta uma região longitudinal utilizado nesse trabalho, constitui então, do

material utilizado para a realização dos ensaios é uma liga de Alumínio ASTM 7050 - T7451

de uso aeronáutico obtido junto à Empresa Brasileira de Aeronáutica (EMBRAER). Este

material foi obtido na forma de placas laminadas com espessura de 3 pol.

A imagem dessa liga apresentada nessa figura, não foi atacada por reagente químico,

ela apresenta uma característica como pode ser observado regiões de segregação e

precipitados, inerentes do processo de fabricação. Essa mesma amostra em seguida foi

atacada como um reagente experimental, o qual apresentou-se um sucesso perante a solução

117

de ataque químico Keller, a solução utilizada foi de ácido fosfórico 10% por 5 a 15 minutos

em “banho maria” em torno de 50º de temperatura.

Figura 3.30. Amostra de alumínio AA-7050, sem ataque por solução química’,

imagem gerada por meio de um microscópio óptico

Devido a sucesso da implementação desse ataque experimental de revelação de

contornos de grão podemos observar como o material se apresentava. As figuras 3.31 e 3.32, a

seguirem mostram que não possuem realmente uma uniformidade de tratamento térmico, ou

seja, alguns grãos tem um tamanho diferenciado dos demais. Esse fato apresentado, pode

acarretar diferenças expressivas em testes como de fadiga, tenacidade à fratura e na usinagem.

Figura 3.31. Amostra de alumínio AA-7050, utilizando ataque por solução química de

ácido fosfórico 10%, imagem feita em MEV

118

Figura 3.32. Amostra de alumínio AA-7050, utilizando ataque por solução química de

ácido fosfórico 10%, imagem feita em MEV

Com o cavaco gerado em um dos processos foi possível também analisar aspecto

micrográfico. A imagem do cavaco a seguir exposta na figura 3.33, revela aparentemente uma

única fase e a inexistência de contornos de grão. O ocorrido e observado para todos os

avanços propostos, o qual discute-se a diante, pode ter acontecido devido às temperaturas

envolvidas, pois a temperatura de fusão desse material é baixa e além disso existem forças de

cortes inerentes no torneamento.

Figura 3.33. Cavaco de alumínio AA-7050, utilizando ataque por solução química de

ácido fosfórico 10%, imagem feita em MEV

119

O conceito fator de concentração de tensão efetivo para rugosidade conforme as

expressões descritas na bibliografia foi utilizado nesse estudo para essa liga de alumínio. Os

valores de rugosidade dessa liga foram determinadas por meio de um rugosímetro portátil.

As medidas de rugosidade foram relacionadas aos perfis determinados para os testes

do selecionador de ferramentas de corte. Os avanços foram escolhidos segundo os catálogos

de fabricantes de ferramentas corte, a velocidade de corte foi escolhida segundo a literatura.

Os avanços estão relacionados diretamente com a rugosidade, portanto sua discussão é

de suma importância. A medida desse avanço é então, determinada pela aplicação de um

programa de processamento de imagens de domínio público chamado Scion Image. A

ferramenta utilizada nesse programa chama-se transformada de Fourier. A morfologia

apresentada nas imagens microscópicas feitas nas regiões usinadas apresenta marcas de

avanços deixadas pela ferramenta de corte. Visualmente essas marcas possuem um certo

espaçamento médio dentro das imagens selecionadas.

Assim, essas micrografias digitalizadas são transformadas, ou seja, são transformadas

de valores em “pixels” para micrométricos e são também selecionados dentro da imagem

regiões quadráticas para o seu devido processamento visando uma melhor apresentação dessas

micrografias. É aplicada então, a transformada de Fourier. Os picos representativos de maior

intensidade no espectro gerado representam um valor da maior média de espaçamento das

marcas. Esses valores foram confrontados com os parâmetros de usinagem e as características

inerentes do material.

Com esses valores determinados, um campo de discussão está aberto no banco de

dados das telas de controle de qualidade. Pois, esta proposta detalhada com estas análises

podem ser uma forma de contribuição da garantia da aplicação do processo. O usuário pode

então, descrever as análises desenvolvidas em laboratório. Esses tipos de contribuição exigem

conhecimentos específicos, portanto podem aproximar ainda mais as áreas de pesquisa e

produção.

Os valores obtidos dessas análises poderão ser útil na produção de materiais que

exigem melhore acabamento, ou seja, na sua aplicação específica a rugosidade pode ser fator

limitante de vida. Os métodos propostos poderão no futuro ser viáveis na aplicação em

ambiente produtivo e os valores das análises poderão servir como comparativos de qualidade

dos produtos, principalmente quando se trata análise de integridade estrutural dos materiais.

120

O corpo de prova para teste do selecionador de ferramentas de corte pode ser

visualizado nas figuras 3.34 e 3.35 a seguir. Com as ferramentas escolhidas, o corpo de prova

foi fragmentado e analisado, através de medidas de rugosidade e análises digitais de imagens

para cada seção feita. Temos uma comprovação física do rugosímetro e das análises digitas de

imagens, transformando assim em comprovações prática do subsistema.

Figura 3.34. Corpo de prova do subsistema de seleção de ferramentas de corte

Figura 3.35. Foto do corpo de prova de Al 7050 para subsistema de seleção de ferramentas de

corte

Um dos corpo de prova apresentado na figura anterior foi secionado em 10 partes

utilizando uma policorte para análises de parâmetros de rugosidade e integridade estrutural,

121

conforme pode ser observado na figura 3.36 adiante. As análises feitas seguem conceitos e

aplicações escritas na revisão bibliográfica e foram discutidas no capítulo posterior.

Figura 3.36. Seções das amostras analisadas para os três avanços

São necessários na aplicação do sistema SAPPU, máquinas e equipamentos envolvendo

as operações de usinagem e estudos analíticos de superfícies.

A Máquina-Ferramenta utilizada foi um torno CNC (Figura 3.36), marca Romi,

modelo Centur 30D, comando MACH 9, rotação máxima 4000 RPM, potência de 10 CV, do

Laboratório de Estudo da Usinagem (LEU - DEMAR).

Figura 3.37. Torno CNC (LEU - DEMAR)

Foi utilizado um rugosímetro portátil Surftest SJ-201 da Mitutoyo (com apalpador

mecânico tipo estilete e raio de ponta de 5 µm).

Para as análises micrográficas utilizou-se um microscópio eletrônico de varredura

(MEV) LEO modelo 1450-VP com filamento de tungstênio do Laboratório de Microscopia

122

Eletrônica (LME) da FAENQUIL. Também foi utilizado para as análises um microscópio

óptico metalúrgico da marca LEICA, modelo LEICA DMIRM com aumento de 50x a 1000x,

ligado a um software de análise de imagens “Qwin”.

123

Capítulo 4. Resultados e Discussão

4.1. O Sistema Desenvolvido

O sistema proposto neste trabalho foi desenvolvido a partir de pesquisas

bibliográficas, de trabalhos desenvolvidos pelo Laborátorio de Estudos da Usinagem de

Materiais e finalmente sob pesquisas de campos e catálogos de fabricantes.

O sistema desenvolvido para torneamento chama-se Sistema Automático de

Planejamento de Processo em Usinagem (SAPPU). As caracteristicas principais desse sistema

estão baseadas em conceitos da lógica de programação, onde foram conciliados a

conformidade do objeto hardware para com facilidade de operação do usuário. O ambiente de

trabalho propicia uma caracteristica visual e de fácil manuseio. A preocupação foi facililitar

ao máximo ao usuário tanto, no sentido de adaptação do sistema ao computador, como

propriamente ao utilizá-lo.

Os seres humanos apresentam características pessuais, pois alguns trabalham com

maior facilidade através de visualizações e outros necessitam de mais manipulação, então, no

desenvolvimento desse sistema se buscou em sua maioria essas acomodações aos seus futuros

usuários. São apresentados a seguir telas com características assim desejadas, e o sistema

SAPPU pode se apresentar como um sistema versátil e popular aos usuarios. A tela de

apresentação do sistema executável pode ser vusalizada na figura 4.1.

124

Figura 4.1. Tela de apresentação do sistema SAPPU

Na tela de apresentação, pode-se identificar ícones que representam aberturas para os

sistemas de planejamento de processo de torneamento, fresamento e furação, porém, devida

alta complexidade, ainda não foi possível o desenvolvimento das metodologias dos sistemas

além do torneamento. O sistema de planejamento de processo para torneamento foi

importante para as pesquisas de engenharia de processos de materiais.

Portanto, se clicarmos sob o ícone de torneamento logo o usuário poderá visualizar a

tela de abertura desse sistema. O usuário pode optar por acionar a barra de trabalho ou correr

os ícones representativos de cada subsistema. Por meio da figura 4.2 pode ser visualizar então

a tela de abertura do sistema automático de planejamento de processo assistido por

computador.

125

Figura 4.2. Tela de abertura do SAPPU-torneamento

Essa “página eletrônica” de abertura desse sistema apresenta ícones como descritos

anteriormente em revisão da literatura e na metodologia. Obedecendo então, a ordem da

direita para a esquerda temos: cadastro das informações, gerenciamento, planejamento da

operação, pesquisa, seleção de ferramentas de corte, carga de máquina e controle de

qualidade. Se o usuário optar pelo cabeçalho também poderá varrer suas preferências como

podemos visualizar sob a figura 4.2 anterior. No entanto, se usuário não decifrar os desenhos,

basta correr com o seu mouse sob o objeto e logo terá a mensagem identificada.

4.2. Apresentação do Banco de Dados

O gerenciador de banco de dados utilizado para a base de dados (DBSAPUU.GBED)

onde são armazenadas as informações do sistemas SAPPU foi o Interbase 6.0. O próprio

Delfhi 6.0 possui em seu pacote de instalação esse gerenciador. O InterBase fornece ao

usuário uma interface gráfica intuitiva. Utilizando a ferramenta IBConsole do servidor

Interbase, pode-se configurar e manipular o banco de dados, criar e manter base de dados

nesse servidor, e executar o SQL interativo

A ferramenta IBConsole trabalha em ambiente Windows, mas pode administrar bancos

de dados em qualquer servidor de InterBase na rede local, em UNIX, Linux, e em NetWare.

126

A montagem do banco de dados foi feita a partir de uma ferramenta CASE (Free) e a

criação do diagrama do modelo de entidade e relacionamento (MER) desenvolvido foi

baseado na linguagem padrão Structure Query Language (PL/SQL), e asim o script da criação

do banco de dados (tabelas, chaves primárias, estrangeiras e os índices) foi gerado. A

linguagem padrão PL/SQL trabalha com todos gerenciadores de banco de dados (Interbase,

Oracle, SQL/Server, e My/SQL). A figura 4.3 mostra as características da tabela dentro do

script gerado do MER.

Figura 4.3. Característica da tabelas depois dentro do script gerado

Por meio da figura 4.4 pode-se ter também a visão de uma parte do script formado da

geração do banco de dados do MER para todo o sistema SAPPU. Com o banco de dados de

todos os arquivos conectou-se ao Delphi por meio de suas telas. Os espaços característicos

das telas de cadastro são os campos conectados no banco de dados formado no Interbase 6.0.

127

Figura 4.4. Script formado pelas criação do banco de dados do sistema SAPPU

Com a definição do banco de dados caracterizados segundo as metodologias propostas

e as interligações conforme demonstrado na figura 3.1 e 3.2, e exemplificados como se

apresentam nos sistemas a partir das figuras anteriores 4.3 e 4.4, pode-se assim descrever e

visualizar as características das telas de cadastro do sistema SAPPU.

Retornando a figura 4.2, pode-se vizualizar no cabeçalho o iten “cadastros”, assim o

usuário pode dar início ao cadastramento dos dados necessários para as respostas dos

eventuais subsistemas se forem acionados.

A tela de cadastro das informações de clientes e fornecedores possuem as mesmas

características, assim apenas uma tela é demonstrada. Pode-se assim, evitar problemas de

redundância e tamanho de arquivo. Na construção dessa “pagina eletrônica de trabalho”,

buscou-se a equivalência necessária de um banco de dados padrão ao de empresas que

utilizam banco de dados informatizados.

Essa tela caracterizada segundo essas condições e pode ser visualizada na figura 4.5 a

seguir. O cliente e o fornecedor ao serem cadastrados possuirão um código caractrístico sob a

hierarquia de cadastramento, isso ocorrerá automaticamente no momento do cadastro. Esse

tipo de representação pode facilitar ao usuário no momento das consultas de seus eventuais

clientes e fornecedores.

128

Figura 4.5. Tela de cadastro de fornecedores do sistema SAPPU

No processo de planejamento de setores, como o de usinagem de materiais, é

imprescindível o entendimento das características dos materiais, que podem responder

questões como a de variações da produtividade e da qualidade. É de suma importância que

essas informações estejam arquivadas para que além de serem utilizadas no processo de

produção, podem servir para futuros processos. Esses dasdos podem servir para análises

experimentais, justificativa do processo, e do controle da qualidade, enfim, esses valores têm

de ser armazenados.

O sistema SAPPU segue essa exigência, possuindo assim a tela de cadastro das

informações dos materiais. Pode-se observar na figura 4.6, que o usuário é direcionado a

cadastrar informações do material necessárias à usinagem, como por exemplo, propriedades

mecânicas obtidas após tratamento térmico ou em processamento. Isso pode ajudar o usuário

a um maior intendiemnto técnico e científico sobre o eventual material cadastrado.

A medida que se vai cadastrando as informações para o banco de dados do sistema, o

código do material também vai sendo construído. Podemos visualizar na figura o código da

peça, ou seja, para um dado material pode-se ter vínculos com várias peças se for o caso.

129

Figura 4.6. Tela de cadastro de materiais para o sistema SAPPU

Como alguns valores podem ser utilizados para eventuais comparações e utilizações,

então, o subsistema de banco de dados do SAPPU oferece a opção de cadastro de algumas

informações teóricas do material que, por exemplo, podem ser utilizadas na otimização, como

o “x “e “K” de Taylor apresentado na expressão da velocidade de máxima produção segundo

a revisão bibliográfica. Essa tela de cadastro pode ser apresentada ao usuário acionando o

“botão” do material genérico da tela de cadastro do material, conforme a figura 4.6 anterior.

Essa tela pode ser visualizadas através da figura 4.7.

130

Figura 4.7. Tela de cadastro de valores teóricos dos materiais para o sistema SAPPU

Um dos itens importantes do sistema SAPPU é a seleção de ferramentas de corte, pois

esta relacionado com outras etapas que incorporam um planejamento ideal almejado.

Nas operações de usinagem, a ferramenta de corte entra diretamente em contato com a

peça para a conformação do perfil, assim associa-se as características do processo como:

desenvolvimento do perfil da peça, desgaste da própria ferramenta, rugosidade, custo de

produção, entre outros fatores.

O processista deve ter conhecimento na hora da escolha da ferramenta ideal,

obedecendo parâmetros como, perfil da própria ferramenta, sua resistência e versatilidade. Os

desgaste e avarias da ferramenta de corte resultantes de uma escolha inadequada, podem levar

a elevação dos custos e diminuição na qualidade do acabamento da peça.

Seguindo a linha descrita Edalew et al. (2001, p. 337), que as ferramentas estão

sempre evolução e os materiais a montagem de um selecionador teria de ser versátil a esse

propósito.

Esse sistema foi modelado perante as preocupações de Jensen et al. (2002), e Oral e

Cakir (2003), em que o perfil da peça é um dos problemas que também tem de ser

considerado.

131

Como já discutido na metodologia, as informações da ferramenta para o sistema

SAPPU são utilizadas para os cálculos e isso é feito de forma original e próprio do sistema

proposto. Além disso, essas informações são conectadas pelo banco de dados e podem ser

utilizadas pelos subsistemas envolvidos.

Além das caracteristicas de propriedades mecânicas das ferramentas de corte, o banco

de dados exige nos seus campos, informações geométricas do perfil das ferramentas,

ressaltando que, algumas ferramentas possuem regiões de interferência sendo necessário

então, que o usuário meça esses valores para os cálculos.

Essas exigências podem parecer uma forma complexa de se cadastrar, porém podem

levar a um conhecimento mais efetivo das ferramentas e de como as mesmas se comportam

em relação ao de corte. As informações cadastradas em sua maioria obedecem o código ISO,

preocupação que Oral e Cakir (2003), teve também em seu trabalho,. Essa foi uma das

preocupações na modelagem dessa tela de cadastro de informações das ferramentas de corte.

Além das informações das características da ferramenta vinculada ao subsistema de

seleção de ferramentas de corte, essa tela da figura 4.8 apresenta campos que podem ser

usados para análises estatísticas, por exemplo, no gerenciamento das ferramentas que será a

diante. O controle de estoque a quantidade de ferramentas, e entre outros valores pode ser de

grande importância para qualquer sistema de planejamento de processo. O subsistema de

resposta da seleção de ferramentas de corte, automaticamente é definido através dos valores

cadastrados nessa tela.

Ainda nessa apresentação, quando selecionado o item ferramenta completa, os campos

de inserto e suporte são liberados, como pode ser observado na figura 4.8 esta cadastrado o

inserto “VCGX110204” e um suporte “SVJBR2020K11”. A dimensão de interferência na

geometria desse suporte não existe, assim ele pode ser considerado mais acessível a um

número maior de seções.

À medida que o usuário vai cadastrando as ferramentas, o código de entrada e de

cadastro vai se constituindo, conseqüentemente através desse código as informações das

ferramentas podem ser relacionadas a outros arquivos de cadastro.

O código gerado para o cadastro obedece a uma ordem de dígitos, como pode ser

observado através da figura 4.8. A ordem procede conforme a escolha, por exemplo, o código

01 da esquerda para a direita representa a vibração excelente escolhida pelo o usuário, a

seguir o digito 01 refere-se ao metal duro e assim sucessivamente.

132

A ferramenta de corte possui outros componentes chamados de acessórios, assim se

usuário preferir também cadastrar essas informações, através da tela de cadastro de

ferramentas pode ser acionada esta tela.

Figura 4.8. Tela de cadastro de ferramentas de corte para torneamento para o sistema SAPPU

Quando um determinado cliente deseja a confecção do lote de uma peça qualquer,

alguns procedimentos devem ser colocados em prática. Para uma melhor produção dessa peça

a integração de setores deve ocorrer. O perfil da peça tem que ser analisado e relacionado a

questões como: seu material, as ferramentas que serão utilizadas, as condições de corte, a

máquina e fatores fenomenológicos da relação peça com a ferramenta.

A prática já evidenciou incidentes ou até acidentes devidos a erros de projeto, onde o

perfil das peças e rugosidade não eram focos de estudos. Com a mudânça de tipos de perfís e

diâmetro ao longo da peça pode ter variação também na rugosidade. Dependendo da

rugosidade e do perfil podem existir concentradores de tensão podendo levar a complicações

em suas aplicações, como por exemplo, a processos de corrosão sob tensão ou até fratura por

fadiga.

133

A elaboração do perfil da peça então, direciona o processista à importante integração

de setores da engenharia, assim, o planejamento de processo de usinagem passa pelo estudo

dos perfís e suas relações com outros sistemas.

Em conseqüência disso, o sistema SAPPU possui espaço relacionado ao perfil das

peças, onde o objetivo é gravar e fornecer dados para outros subsistemas que

automaticamente estarão sob seus eventuais cálculos respondendo assim às característica

inerente do planejamento.

Conforme pode ser observado pela figura 4.9, o usuário com o desenho em mãos

deverá seguir alguns procedimentos para o cadastro do perfil desejado. Na primeira tela as

seções são dividas em externas e internas. Outros dados também estarão presentes nesta tela.

É necessário se for o caso, que o usuário continue o processo de cadastramento,

acionando o botão de dimensões externas ou internas, logo a tela posterior deverá aparecer.

Quando esse procedimento ocorre, também o código vai sendo gerado permitindo assim

outros vínculos. Ressalta-se que, as informações armazenadas são compartilhadas com outros

subsistemas em sua quase totalidade.

Figura 4.9. Tela de cadastro de peças para o sistema SAPPU

134

As seções do perfil da peça são separadas no cadastro, obedecendo assim a

metodologia proposta por esse trabalho. Os subsistemas de seleção de ferramentas de corte e

planejamento da operação necessitam desse seccionamento. Todos os perfis cadastrados serão

testados para a escolhada ferramenta ideal, é importante então, que as medidas exigidas sejam

cadastradas de forma correta.

Por outro lado, a seqüência da operação de corte vai sendo gerada, ou seja, como deve-

se proceder a direção e a seção a ser usinada. Outra característica modelada desse sistema foi

a arquitetura sob a forma ilustrativa da tela de cadastro das seções, como podemos observar

através da figura 4.10.

Como uma forma de facilitar ao usuário um desenho foi anexado a tela com uma seta

indicativa ao sentido de cadastro. Os nomes da seções estão dispostas por “abas”. Então, ao

acionar uma dessas “abas” logo o desenho aparecerá confimando o seu perfil. É exigido o

númenro de seções desses perfis cadastrados e as posições, formando assim o conjunto total

do perfil.

Figura 4.10. Tela de cadastro da seção cilíndrica da peça para o sistema SAPPU

135

Para melhor exemplificar, uma outra tela é apresentada a seguir através da figura 4.11.

Para que esta tela surgisse foi clicado na “aba” descrita como faceamento, logo aparece a tela

da ilustração do perfil faceamento e campos a serem informados do número de seções e as

dimensões. O código gerado vai sendo completado pelo sistema, onde está relacionado

consecutivamente ao código geral, ou seja, ao tipo de seção, número de seções, tamanho do

comprimento inicial e finalmente o diâmetro inicial, determinando assim a complexidade do

código.

Figura 4.11. Tela de cadastro da seção faceamento da peça para o sistema SAPPU

Como em qualquer setor industrial, as máquinas fazem parte do contexto da produção,

pois é nela que quase tudo acontece. Os parâmetros de corte, as varíáveis de processos e todas

as condições atreladas ao custos de produção formam com a máquina um conjunto de

equilibrio dinâmico da produção. A máquina através de suas caracteristicas em uso também

fornece parâmetros que podem influenciar no controle de qualidade do produto.

136

O usuário tem que conhecer os limites das máquinas, pois excedendo qualquer um

desses limites automaticamente as respostas serão apresentadas na peça. A vibração, a

rotação, e a potência de corte podem elevar a rugosidade e o rápido desgaste das ferramentas.

Máquina parada para manuntenção, por exemplo, pode elevar custos de produção. O usuário

precisa conhecer além das condiçoes de operação, o ferramental, e o material em usinagem,

ele conseqüentemente tem que conhecer a máquina em operação.

Em planejamento de processo, as máquinas tem que ser cadastradas e a sua posição na

produção tem que ser conhecida, pois algumas máquinas podem estar em regime de gargalo, e

as vezes trabalhando no seu limite. O controle das informações é também de grande

importância. O sistema SAPPU, possui assim, a tela de cadastro de máquinas, que pode

auxiliar o subsistema de controle de maquína. O código também é gerado a medida que as

máquinas são cadastradas. Os valores de custos constituintes da tabela formada, também são

utilizados para os cálculos de otimização do subsistema de microplanejamento da operação. A

tela de cadastro de máquina pode visualizada através da figura 4.12.

Figura 4.12. Tela de cadastro de máquina do sistema SAPPU

137

A palavra conformação significa dar forma ou configurar. Sob o ponto de vista da

engenharia, a conformação mecânica é o resultado da utilização de máquinas para construir

perfis sob condições de deformações plásticas, assim não temos a geração de cavacos. Dentro

do contexto de dar forma ou configurar a usinagem procede da mesma maneira, ou seja,

através de máquinas chega-se a um perfil, porém com a produção de cavacos. Se

considerarmos que, para a retirada do material no processo de corte a deformação ocorre de

maneira mais dinâmica e brusca que um processo de conformação mecânica sem geração de

cavaco, podemos assim, concluir que a usinagem pode ser considerada um processo de

conformação mecânica através da geração de cavaco sem contrariar as próprias definições.

Conseqüentemente, os conceitos da engenharia de materiais podem auxiliar nas pesquisa de

fenômenos ocorrentes na usinagem de materiais.

Os resultados provocados pelas condições de operação na conformação mecânica são

ressaltados na superficies das peças. Por exemplo, na trefilação parâmetros como a força de

atrito e forças envolvidas no processo podem automaticamente marcar as caracteristicas na

superficies dos fios e pode ter uma relação com desgastes excessivos das fieras. De modo

análogo, a ferramenta de corte deixa marcas defomações na superfícies da peça como

concentradores de tensão e o cavaco também descrevem os processos de desgaste das

ferramentas de corte.

As condições de trabalho torna-se um outro fator importante, pois os resultados do

processos estão atrelados à essas condições. Os parâmetros envolvidos em qualquer processo

podem ser “copiados” de alguma produção ou de alguma experência já feita. Deve-se ter

simulações ou testes empíricos no planejamento. Muitas vezes, os resultados obtidos refletem

as condições a serem aplicadas. As análises são colocadas em práticas objetivando a total

comprovação.

Em operacão de usinagem de materiais, as condições de corte são partes importantes

no planejamento de processo, visto que, parâmetros como rugosidade, tensões residuais,

conicidade, desgates e avaria de ferramentas de corte podem variar em função das condições

aplicadas. O conhecimento em engenharia de materiais é peça importante na escolha das

condições envolvidas no planejamento.

Materiais como o alumínio e titânio 6-4 por exemplo, apresentam caracteristicas

diferenciadas, o alumínio pode ser usinado à altas velocidade de corte, levando em

138

consideração o problema de aquecimento e por seguinte a dilatação, já o titânio tem que ser

usinado a velocidade mais moderadas em comparação ao alumínio, pois o superaquecimento

pode levar a deterioração da ferramenta e corte. Os tipos de cavacos são fatos e podem revelar

essas condições de corte aplicada (CUNHA, 2004).

O sistema SAPPU, se constitui de uma tela de cadastro das condições de corte. Esses

valores cadastrados podem ser tornar de grande valor, pois podem servir de consulta

objetivando a futuros testes de otimização. Assim, uma vez armazenados em banco de dados,

outros testes ou operações podem ser comparados com outros eventos já feitos do mesmo

material em processo. A tela de cadastro das condições de corte pode ser visualizado através

da figura 4.13.

Figura 4.13. Tela de cadastro das condições de corte do sistema SAPPU

As respostas e os resutados das ações provocadas pelo homem e por máquinas são

muitas vezes analisados e discutidos. É importante ter essas informações arquivadas em forma

de dados eletrônicos para que possam ser alvos de pesquisas. As informações geradas por

139

planejamento de processos são grande relevância, pois elas podem ser utilizadas para

qualificar operações envolvidas e podem servir à futuras consultas.

Na área de engenharia de processos de materiais, o volume dessas informações é

grande e podem estar em forma desencontradas ou dispersas tornando demorada e dificultosa

as análises. Quando essas informações são provenientes de sistemas interligados, os

resultados cadastrados podem ser melhor analisada num contexto geral. Se, os resultados são

armazenados de forma organizada e não esquecendo as informações importantes do processo,

conseqüentemente leva ao sucesso qualquer sistema de planejamento de processo.

O setor de usinagem de materiais segue esse contexto, pois o volume de informações

dos resultados é grande e mostra o tipo de planejamento aplicado. Baseado nessa importância

e também na pesquisa de campo realizada o sistema SAPPU, se contempla à essa importância

como a página de cadastro de resultados, como podemos visualizar através da figura 4.14.

A tela de cadastro de resultados possui campos em que além de servir de futuras

consultas na busca de melhoria e comparação, servem de ligação à outros subsistemas, como

por exemplo, o de planejamento de operação. Conseqüentemente, as informações dos

resultados cadastradas são utilizadas para os cálculos de microplanejamento.

Como podemos observar os campos especificados podem respresentar quase tudo que

ocorre em um determinado processo de usinagem de qualquer material, pode ser uma forma

de guardar e preservar o valores do planejamento feito. Esta tela também apresenta o seu

código de informações objetivando as futuras e seguras consultas.

Para uma melhor aceitação de mercado as empresas devem buscar a alta qualidade, e

essa finalidade pode ser auxiliada atraves de pesquisas científica. Os bons resultados na

maioria das vezes se deve a um melhor controle e observação de seus próprios resultados

subordinado a incessantes análises.

140

Figura 4.14. Tela de cadastro dos resultados do processo do sistema SAPPU

O planejamento de processo de usinagem de materiais, acompanhado com pesquisas

científicas pode se transformar em um controle de qualidade mais efetivo. A qualidade dos

produtos de usinagem pode ser caracterizada pelas condições das superficies produzidas. A

condição superficial a ser produzida depende da exigência do cliente. Por outro lado, a

aplicação final do produto determina sua rugosidade e o perfil final.

Dependo do controle da qualidade no planejamento, alguns resultados podem ser

esperados, como por exemplo: qualificação das condições de corte, qualificação do

gerenciamento, produtividade, lucro, qualificação do método de otimização e garantia da

rugosidade, a forma desejada e finalmente uma seleção de materiais.

Como já destacada, a rugosidade pode estar entre os mais importantes parâmetros de

usinagem no controle de qualidade. Os medidores de rugosidade oferecem valores, como por

exemplo, rugosidade média e rugosidade máxima, esses valores podem ser usados para um

controle estrutural e seleção dos materiais envolvidos.

Medidas como microdureza do cavaco e da peça, servem como parâmetros de

ocorrência do planejamento. Em função desses valores respondemos questões como: da

141

escolha das ferramenta de corte utilizada, das condições de corte e a atuação do macro e

microplanejamento da operação. Materiais como o alumínio, também apresenta parâmetros

importantes de controle como a temperatura de usinagem, pois dependendo da temperatura a

peça pode sofrer variações dimensionais na hora da usinagem.

Além dessas considerações, dependendo do perfil da peça, a rugosidade pode variar ao

longo das seções, logo as medidas de rugosidade em todo o perfil pode ser observadas e assim

englobar as características de controle estrutural como o fator de concentração de tensão

baseado na rugosidade. O acompanhamento e arquivamento sob aspectos estatísticos podem

se transformar em um relatório importante de representação da vida útil dessa peça.

4.3. Controle de Qualidade Desenvolvido para o Sistema SAPPU

O sistema SAPPU, destaca de forma original e complementar, um banco de dados de

controle de qualidade focado totalmente a área de engenharia de materiais. Esse

acompanhamento científico desenvolvido para o planejamento de processo de usinagem

mostra a versatilidade em acompanhar os processos evolutivos de integração das áreas de

engenharia.

Portanto, além das informações do planejamento de processo, o sistema SAPPU

oferece ao usuário um sistema mais amplo e integrado. Esse sistema pode assim auxiliar na

busca de uma melhor qualidade dos processos de planejamento.

Em operação de usinagem podemos considerar três tipos principais de superfícies de

usinadas, desbaste, usinagem média e o acabamento. O cadastro desses três tipos de

superfícies com as informações necessárias pode se transformar e um melhor controle e

acompanhamento das operações.

Através da figura 4.15, podemos iniciar essa inovadora contribuição para a área de

pesquisa de materiais e usinagem. Os objetivos a partir dessa tela são de colher o máximo de

informações para área de materias e usinagem, qualificando ainda mais esse sistema.

O processo de análise científica, pode ser prosseguido pelo usuário desde que o

conhecimento dos profissinais nesse área os permitam. Ao acionar o objeto análises indicado

na tela da figura 4.15, a sua tela logo será visualizada, conforme podemos observar através da

figura 4.16.

142

Figura 4.15. Tela de cadastro do controle de qualidade do sistema SAPPU

Figura 4.16. Tela de cadastro de análises de composição química do sistema SAPPU

143

Pode-se observar existem sobre essa tela três formas modeladas para acompanhamento

de processos de pesquisas. A primeira é apresentada em forma de “aba”, localizada a

esquerda, representando as análises de composição química.

Em engenharia de materiais, as informações contidas nas superfícies dos materiais

processados são de grande valor. Para que essas informações sejam reveladas, alguns

pocedimentos devem ser adotados dentro de um plano de execução de etapas. Um dos passos

nesse contexto é o procedimento metalográfico, é necessário também uma equipe técnica

coordenada pelo analisador, ou seja, dependo do objetivo o melhor procedimento científico

deve ser elaborado.

Os elementos de liga pode influenciar fortemente nos processo de usinagem Com

relação ao desempenho das ferramentas por exemplo, dependendo da composição da peça e

ferramenta, problemas como difusão podem ser presenciado em análises em microscopia

eletronica. Desgaste e avarias que podem elevar custos de produção são resultados da falta de

observação das composição dos elementos dos componentes de usinagem. A composição da

ferramenta deve ser analisada junto a composição da peça.

O caminho a ser realizado depende do material a ser analisado. As informações

cadastradas em seu todo, pode tornar viável para futuras consultas. Essa possibilidade de

cadastro se encontra na “aba” central da tela apresentada na figura anterior. Assim a tela

acionada pode ser apresentada, a qual podemos visualizar através da figura 4.17 a seguir.

144

Figura 4.17. Tela de cadastro do procedimento metalográfico do sistema SAPPU

Na última “aba” da figura 4.16, encontra-se o cadastro de informações direcionadas ao

estudo relativo à operação de acabamento. A tela a ser revelada representa um outro

parâmetro de qualificação de perfil e superfície, o fator de concentração de tensão efetivo.

Como já discutido na bibliografia, os parâmetros estruturais fazem parte de bom

planejamento. Algumas ligas como as de alumínio em sua aplicação como material estrutural

ou aeronáutico necessitam de estudos efetivos na área de controle de superfície. É relevante o

conhecimento nessa área, pois a superfície dos materiais é considerada parte de alta energia da

peça a ser fabricada, logo a superfície torna-se campo majoritário para a maioria dos

problemas de integridade estrutural dos materiais: falha por fadiga, corrosão por “pit” e

corrosão sob tensão que podem ajudar em iniciações de trincas, etc.

Devida a condição como parâmetro estrutural, o fator de concentração de tensão

efetiva utilizando valores de rugosidade para uma determinada liga pode tornar um elemento

comparativo importante no controle de qualidade do planejamento de processo.

Esse valor o sistema SAPPU, automaticamente calcula sob a metodologia proposta na

bibliografia. Tal valor passa então, a ser uma possibilidade de integração das propostas de

planejamento de processo de usinagem e aos estudos da mecânica da integridade estrutural.

145

A liga de aluminio utilizada nesse trabalho passa por esse processo, visto que, o

valores encontrado nos corpos de prova são de cada perfil usinado. As medidas de rugosidade

são determinadas pelo rugosímetro. Portanto, todos valores estarão sob as análises estatísticas

de comprovação e afirmação do sistema SAPPU. A tela acionada pode ser visualizada através

da figura 4.18 a seguir.

Figura 4.18. Tela de cadastro dos parâmetros estruturais do sistema SAPPU

Ao anexar ao banco de dados a esse sistema de planejamento de processo o controle de

qualidade caracterizado por aspectos da engenharia de materiais, como por parâmetros de

integridade estrutural dos materiais, por aspectos das superfícies acabadas e análises

metalográficas, mais abrangente e completo esse mesmo sistema se mostrou.

A qualidade da superfície das peças metálicas acabadas pode ser avaliada através da

rugosidade. As modificações na textura das superfícies de peças usinadas são causadas por

vários fatores e também são conhecidas como erros microgeométricos, classificados como

erros de terceira e quarta ordem. Esses desvios microgeométricos ou microirregularidades

constituem a rugosidade das superfícies, sendo então, o desvio mais importante na

qualificação de seu acabamento. O instrumento utilizado para essa medição é o rugosímetro.

146

Esse instrumento se constitui de um apalpador mecânico que na sua varredura pode reproduzir

esses erros geométricos.

Uma das principais desvantagens em se utilizar esse apalpadores é o seu contato com a

peça, pois a área de contato entre ambos é muito pequena e, mesmo com pequenas forças de

medição, a pressão de contato é elevada podendo causar danos não admissíveis, no caso de

superfícies de materiais macios, e dificuldades de análise de algum revestimento.

A outra desvantagem pode ser considerada como sendo relacionada aos perfis não

longitudinais, isto é, perfis como faceamento, cônico e de concordância não devem ser

analisados, pois além do espaço limitante medido, a forma de se medir pode ficar prejudicada.

Para confirmação dos problemas apresentados como a versatilidade de medição

perante várias geometrias na usinagem por torneamento foram feitas medidas utilizando o

rugosímetro de apalpador mecânico portátil. Conforme proposto para o trabalho os corpos de

provas foram usinados conforme discutido na metodologia. A ferramenta pode ser

selecionada através do sistema SAPPU.

Foram usinados três eixos escalonados para três de avanços (mm/volta): 0,1, 0,2 e 0,3,

totalizando nove amostras. Os corpos de provas possuíam algumas seções complexas para

medidas no rugosímetro. Foram divididos os perfis utilizando uma policorte, a seção de

concordância fora dividido em três partes para tentar facilitar as medidas. O espaço varrido

pelo rugosímetro, para essas seções foram menores devido às ondulações próprias dos perfis.

O número total de seções para as análises de cada amostra usinada foram dez seções.

Pode se observar nas figuras 4.19, 4.21, 4.24 e 4.28 que para as regiões de perfis

longitudinais as medidas encontradas ficaram praticamente no mesmo patamar e as outras

regiões ficaram “desniveladas”. Os diagramas representados pelas figuras estão obedecendo a

uma ordem consecutiva das seções conforme pode ser observado na figura 3.36 do capítulo

anterior.

147

Figura 4.19. Primeira seção analisada. Figura 4.20. Segunda seção analisada.

Figura 4.21. Terceira seção analisada Figura 4.22. Quarta seção analisada

Figura 4.23. Quinta seção analisada

148

Figura 4.24. Sexta seção analisada Figura 4.25. Sétima seção analisada

Figura 4.26. Oitava seção analisada Figura 4.27. Nona seção analisada

Figura 4.28. Décima seção analisada

149

Como pode ser observado através dos diagramas que as três medidas para cada avanço

analisadas nas regiões de concordância e faceamento foram as que mais se desnivelaram

nessas comparações específicas, assim não podemos utilizá-las como medidas de superfícies

acabadas.

A solução para evitar essas incoerências seria utilizar outro medidor de rugosidade, o

que se encontra atualmente é o rugosímetro a laser. A desvantagem desse processo é alto

custo desse instrumento e o seu manuseio em ambiente de trabalho.

Devido a essas análises do uso não apropriado de instrumentos, medidas nessas

respectivas regiões propostas e devida importância das analises de superfície, o presente

trabalho propõem um método de medidas da rugosidade utilizando ferramentas de um

programa de domínio público de processamento e análise de imagens digitais.

As amostras secionadas então estariam em analisadas microscópica óptica e eletrônica

de varredura. A microscopia óptica por meio de sua características, ou seja, ela é ideal para as

análises de pouca ampliação já que as marcas de avanço da ferramenta não precisam de muita

ampliação, porém existia a dificuldade perante as geometrias dos perfis ao manusear essas

amostras no microscópio óptico. Em contrapartida os perfis longitudinais ficaram ideais para

análises, e algumas imagens foram feitas.

Devida então, as características do MEV principalmente à sua versatilidade de

manuseio das amostras, utilizou-se dele para obtenção das imagens digitalizadas.

Porém, para a vantagem de se utilizar o microscópio óptico na questão da ampliação

no MEV a desvantagem da pouca ampliação necessária para as análises das superfícies era

visível, pois, necessitaria para as análises grandes regiões, onde teríamos maiores quantidades

das marcas do avanço da ferramenta. Além disso, o alumínio é um grande condutor de

energia, somado as curvaturas das regiões leva a diferenças de brilhos nas amostras. Com

todas essas dificuldades, foi ainda próspera as obtenções das imagens em microscopia

eletrônica de varredura, como exemplo, a figura 4.29 a seguir pode ser analisada, ou seja,

como ficaram a maioria das microimagens das superfícies usinadas. Essa imagem em

específico foi umas das regiões cilíndricas do corpo de prova analisado.

150

Figura 4.29. Imagem da superfície usinada de um das regiões longitudinal do AA 7050

A figura 4.30 a seguir também representa a imagem mais ampliada da superfície

usinada do cdp. A imagem dessa figura representa a seção 2 de perfil cônico representado

pela figura. Essa figura foi é um exemplo de como a ferramenta contorna a região que podem

levar a variações nos resultados das medidas feitas pela técnicas propostas. Pode ser analisado

também a variação de brilho nessa imagem o qual foi inerente de todas a análises das

amostras feitas.

Figura 4.30. Imagem da superfície usinada com ampliação maior de um das regiões

longitudinal do AA 7050

151

Como já discutido anteriormente o avanço da ferramenta deixam sulcos na peças e as

irregularidades vão se apresentando conforme o processo de usinagem vai ocorrendo. Esses

sulcos ou vales formados podem ser visualizados em forma de imagens microscopias.

Utilizando feixe de elétrons secundários do MEV podemos obter imagens de forma

perpendiculares mostrando assim marca do avanço da ferramenta. A diferença de níveis de

cinza da o aspecto de fundo e pico dos vales formados pela ferramenta de corte. As marcas

mais escuras representam o fundo do vale ou a ponta de contato da ferramenta, já as regiões

de maior brilho são os picos dos vales. A distâncias entre as marcas deixadas pela ponta da

ferramenta de corte podem ser consideradas como o avanço da ferramenta. Essas distâncias

podem ser manualmente determinadas através das ferramentas disponíveis no programa de

processamento de imagens utilizado.

As distâncias entre essas marcas que representam o avanço da ferramenta, não

poderíamos relacionar como rugosidade segundo as características geométricas propostas em

norma. Por outro lado, a rugosidade pode ser representada por parâmetros usados para a sua

quantificação, dentre eles podemos destacar três grupos: parâmetros de espaçamento, de

amplitude destacando-se o fator de enchimento médio das distâncias entre as saliências e

finalmente parâmetros híbridos o qual corresponde à média das inclinações e funções de

distribuição. A determinação da rugosidade pela amplitude foi discutida em bibliografia, ou

seja, as relações de alturas entre picos e vales para uma determinada linha média e distância.

Em virtude das possibilidades oferecidas pelas ferramentas do programa de

processamento e análises de imagens digitais e pelos característica geométricas da própria

rugosidade, foi desenvolvido nesse etapa do trabalho uma proposta de análises das imagens

das superfícies usinadas através do MEV e microscópio óptica, onde consegui-se

correlacionar com as características de rugosidade devido aos próprios aspectos

microgeométricos apresentados nessas imagens obtidas.

O Programa de processamento de imagem Scion Image Beta 3b de domínio público,

possui uma ferramenta poderosa para análises estereológicas quantitativas e para o próprio

processamento através das transformações de coordenadas, a transformada de Fourier. Como

já discutida na revisão bibliográfica, essa ferramenta quando aplicada em uma determinada

imagem quadrática, fornece um espectro de magnitude. Esse espectro representa a freqüência

de repetições imposta pela imagem analisada. Essa freqüência é obtida através da

transformação da imagem quadrática espacial (x, y) para coordenadas de freqüência “u” e “í”.

152

Pois, dentro de uma imagem pode haver variações locais de intensidade de brilho, com

maior ou menor intensidade. Essas variações locais no domínio do espaço podem ser

representadas no domínio da freqüência, onde os valores de maior intensidade são

representados com picos de amplitudes maiores no domínio da freqüência e valores locais de

pouco brilho têm amplitudes menores.

A equação de Fourier na sua forma discreta, ou seja, transformada discreta de Fourier

(TDF) possui a propriedade de separabilidade e com essa formulação característica pode

tornar os cálculos mais rápidos. Essa propriedade é utilizada em processamento de imagens

digitais bidimensionais NxN pixels por meio da transformada rápida de Fourier (TRF), sendo

valores computáveis de linhas e colunas respectivamente. A transformada de Fourier de duas

dimensões na forma discreta pode-se escrever conforme a expressão (77). Essa possibilidade

de separação matemática na equação de Fourier é propriedade característica interessante de

separabilidade e passa pela expressão (78) em diante.

( ) ( ) ( )∑∑−

=

−

=

+−

=ℑ=ℑ1N

0

1N

0

2

y x,fu,fy x,fx y

N

y

N

uxi

ev

υπ

(77)

Para u e í igual a 0, 1,2, ..........N-1.

( ) ( ) ( )∑∑−

=

−−

=

=ℑ1N

0

N21N

0

N2

y x,fy x,fN

1 u,F

y

iuyi

x

iuxi

eevππ

(78)

Seja ainda:

( ) ( )∑−

=

ℑ=ℑ1N

0

N2

x,fNN

1u,F

x

iuxi

evπ

ν

(79)

Onde:

153

( ) ( )∑−

=

−=ℑ

1N

0

N2

y x,fN

1 x,f

y

iuyi

evπ

(80)

Essa propriedade é explorada na implementação do algoritmo da Transformada Rápida

de Fourier (Fast Fourier Transforms - FFT), faz-se assim, então para cada coordenada à

transformada FFT calcula para determinação de seu espectro.

Para comprimir a variação dinâmica e promover o processamento, a intensidade de

cada pixel da FFT é transformada usando a equação:

))r(log(1S +=

(81)

Onde “c” representa a constante escalar, “r” é a intensidade de um pixel da FFT e S o

novo valor do pixel. Isso permite que a FFT de uma imagem mostrada na tela não perca

nenhuma informação importante com os níveis de cinza.

Um processo importante no tratamento de imagens no domínio espacial é o

melhoramento através dos métodos de vizinhanças, em que a imediata proximidade de um

pixel terá uma influência sobre um novo valor. Assim a vizinhança de um pixel pode afetar o

valor de um pixel em processamento.

Esse processamento tem o intuito de expandir o contraste, realçar as bordas,

suavização dos detalhes e diminuição dos ruídos.

Neste trabalho foi aplicado o filtro passa-alta, o qual tem característica de realçar

detalhes finos em uma imagem ou melhorar o contraste de objetos apagados, entre erros, ou

efeitos naturais de um método particular de aquisição.

Portanto, com o objetivo de melhorar as condições de análises, aplicou-se um filtro de

convolução nas regiões selecionadas, como mostra a figura 4.30. Observando as mesmas

condições foi utilizado um operador Laplace 5x5, um filtro passa-alta não direcional, acentua-

se então as marcas de avanço da ferramenta de corte, ou seja, consegue-se uma melhor

definição dos sinais de interesse.

Na figura 4.31 pode ser visualizado o ambiente de trabalho do programa para as

analises, pode-se observar também ao fundo dessa figura uma imagem da superfície usinada,

em que foi selecionada uma imagem 512X512. Logo se aplicou a FFT gerando como pode ser

154

observado nesta mesma figura o seu espectro de magnitude, ou seja, onde foram pesquisados

e analisados os valores das freqüências. Pode-se ainda, obter informações das fases do

espectro e assim, igualar as inclinações das marca. Isso pode ser visualizado no quadro de

informações gerado pelo programa.

Figura 4.31. Espectro gerado pela aplicação da FFT

Na figura 4.32 adiante pode-se observar a aplicação do filtro passa-alta como descrito

anteriormente. Procede à mesma forma de selecionar a região quadrática da aplicação direta

da FFT obtendo-se assim uma imagem de maior contraste e assim foi aplicado às imagens

tratadas a FFT, gerando um outro espectro.

Essa técnica de aplicação da FFT foi utilizada por Raymundo (2000), para análises de

espaçamento de estrias de fadiga gerado por um ensaio de tenacidade á fratura da liga AA

7050- T73651. Essas estrias de fadiga por analogia eram marcas repetitivas deixadas pela

propagação da trinca por fadiga. Essas marcas possuíam uma certo espaçamento entre elas,

que no qual eram analisados no espectro de magnitude da transformada de Fouirier. O mesmo

método de processamento de convolução foi utilizado para atenuação das marcas secundárias

do avanço da trinca. Nesse respectivo trabalho, atingiu o esperado comparados a outros

autores que utilizaram outras técnicas, que por sinal eram feitas manualmente as medidas de

espaçamento das estrias de fadiga.

155

Figura 4.32. Espectro gerado pela aplicação da FFT na imagem filtrada

Uma outra observação feita neste trabalho é possível também analisar as marcas entres

os vales deixadas pela ferramenta de corte, que possivelmente são danosas à tenacidade do

material e podem ser comparadas ao desgaste as condições da ponta da ferramenta de corte.

Isso pode ser observado melhor através da figura 4.33 a seguir.

Figura 4.33. Espectro gerado pela aplicação da FFT entre as marcas de avanço

156

O método de obtenção dos valores de rugosidade nas imagens micrográficas poderiam

ser feitas diretamente nos espectros gerados conforme exposto anteriormente. Porém uma

dificuldade foi apresentada, pois junto as marcas principais de avanço algumas marcas

secundárias estavam presentes, essas evidências eram apresentadas nos espectros tornando

dificultoso e pouco confiável as análises. O programa utilizado possui também uma

ferramenta de plotamento linear e tridimensional de área onde os picos podem ser

apresentados também em forma de diagramas espectrais. Com a calibração ideal o diagrama

apresentado possuía como ordenada valores de pixels e a abscissa a distância em valores

micrometros, ou seja, medida da seleção do espectro. A diferença entre os valores máximos e

mínimos da ordenada foi considerada como uma média representativa. Os valores entre picos

e vales no diagrama plotado para cada pequena região pode ser comparados as marcas

secundárias que eventualmente apareciam nas seleções no espectro da FFT. Portanto, as

marcas de maior nível de cinza representando o maior tamanho de pico e que certa forma

apresentava repetitivamente nos espectros da FFT, para o de menor intensidade foram

consideradas como rugosidade média. Podemos observar essa nova forma de análise através

das figuras 4.34 e 4.35 adiante.

Figura 4.34. Espectro gerado pela aplicação da FFT na imagem filtrada e método de análise

157

Figura 4.35. Espectro gerado pela aplicação da FFT na imagem filtrada e método de análise

Por meio das figuras a seguir pode-se observar como se comparam as medidas

utilizando a FFT. O gráfico que pode ser visualizado na figura 4.36 a seguir é o resultado da

comparação entre as medidas feitas pelo rugosímetro e as novas técnicas, esses valores são de

uma amostra de avanço 0,3 mm/r, pois apresentaram valores mais expressivos de rugosidade.

Figura 4.36. Valores obtidos pelo apalpador mecânico e via processamento digital de imagens

das seções secionadas do cdp da liga de AA 7050

158

Como podemos observar no gráfico da figura 4.36 anterior que as seções de 1 a 4 do

cdp foram as que apresentaram muitas diferenças para as três análises. Para as medidas via

apalpador mecânico teve um comportamento esperado, pois para a primeira e terceira seções a

medida que o diâmetro da peça foi diminuindo o valor da rugosidade teria que acompanhar,

apesar disso a seção cônica se manteve com rugosidade alta devida a dificuldade das medidas

e comportamento da ferramenta. Para a seção quatro visualmente parecia estar alisada a

superfície usinada logo a rugosidade sob análise do apalpador mecânico ficou muito abaixo,

esse comportamento era esperado devido ao contato ferramenta peça na hora do corte.

Os valores obtidos via nova técnica a seção quatro foi a que mais distanciou nas duas

opções, na aplicação da FFT sem aplicação do filtro pode-ser observado que o valor da

rugosidade atingiu um valor alto e bem diferente das outras duas análises. Pode ser explicado,

pois através das imagens geradas foi observado muitas marcas na superfície que

acompanhavam as marcas de avanço, isso pode ter carregado ainda mais no espectro gerado

da FFT. Quando foi aplicado o filtro, essas marca secundária entre as marcas principais de

avanço foram atenuadas, portanto ficou equivalente ao que foi determinado via apalpador

mecânico.

A região de concordância representadas pelas seções 7, 8 e 9, segundo as medidas

obtidas também apresentaram diferenças. Devida a forma de análise via apalpador mecânico

as medidas de rugosidade deveriam apresentar valores mais altos de rugosidade, já que a

ferramenta em seu percurso varia rapidamente sua superfície de contato ao longo da seção

variando o próprio valor de rugosidade a ser determinado, além disso o modo e o espaço para

avaliação da superfície ficaram comprometidos, lembrando que foram divididas as três

seções. Neste caso, as novas técnicas implementadas apresentaram conforme os valores

determinados mais confiáveis, pois segundo a ampliação feitas para as imagens poderiam ter

maiores regiões para as análises.

A morfologia da superfície é caracterizada pelos processos de sua obtenção, ou seja, a

rugosidade ela pode ser determinadas para fins quantitativo e qualitativo em superfície de

fraturada por processo de fadiga, em peças que sofreram eletrodeposição, e finalmente

superfícies usinadas.

As alterações nas diversas camadas da superfície usinada (camadas subsuperficiais) de

corpos técnicos pertencem ao campo de estudos da integridade da superfície, enquanto as

159

alterações na camada externa da superfície pertencem ao campo de atuação da

microgeometria ou textura da superfície.

Dependendo da superfície obtida a rugosidade da um parâmetro importante na

integridade estrutural. Essa rugosidade pode ser considerada como uma descontinuidade

estrutural, semelhantes a microentalhes. Assim a tensão pode ser concentrada nestes locais.

Para representar essas tensões relativas as microirregularidades, o fator de concentração de

tensão efetivo e o fator de concentração de fadiga foram determinados.

As fórmulas apresentadas na revisão bibliográfica segundo Arola e Willians (2002),

foram utilizadas para as medidas de rugosidade dos dois métodos nesse trabalho e assim foi

foram possível a determinações dos parâmetros estruturais.

O valor do raio médio dos microentalhes foi determinado nas imagens digitalizadas

utilizando o programa Scion Image. Esses valores foram calculados através da trigonometria

básica do triângulo retângulo nos perfis de concordância deixado pela ponta da ferramenta de

corte. Considerou-se então, esse valor como o raio médio de penetração da ferramenta de

corte.

O valor da tensão foi considerado como nominal, ou seja, obtido em literatura. Assim

foram possíveis os cálculos da sensibilidade aos microentalhes (q).

O valor de “n” para os cálculos da tensão efetiva foi considerado igual a 1, já que a

usinagem pode ser considerada um processo de cisalhamento na geração de cavacos.

Os parâmetros de rugosidade máxima “RY” e rugosidade de pontos pico a vale “RZ”

foram determinados via apalpador mecânico e se demonstraram iguais para todos os valores.

Assim medidas de rugosidade média “Ra”, foram determinadas para as análises comparativas

e discussões. Através das figuras adiante podemos visualizara as técnicas propostas neste

trabalho.

Por meio da figura 4.37 pode ser visualizado o fator de concentração efetivo “Kt”,

obtido dos valores via rugosímetro, esses valores estão comparados às regiões de cada seção

separadas, ou seja, das dez seções. Pode-ser observado que com a elevação da rugosidade

tem-se a elevação do o fator de concentração efetivo “Kt”, e assim apresentado também um

grande espalhamento. Esses valores foram obtidos somente de uma amostra para um avanço

de 0,3, o qual justificou como o mais problemático dos avanços nessa liga de alumínio.

160

Figura 4.37. Valores de concentração efetivo pelos valores de rugosidade obtidas pelo

rugosímetro

Através das tabelas 3, 4 e 5 a seguirem podem-se ter a idéia das variações das medidas

de um cdp, de avanço 0,3mm. Devido as características determinadas em função do perfil

geométrico do cdp pode levar a pouca confiabilidade na determinação dos valores de

rugosidade, principalmente da utilização do instrumento mecânico de medição.

Tabela 3. Valores obtidos para a análise do controle de qualidade com parâmetros de

rugosidade “Ra” das técnicas propostas

Seções do cdp

analisadas

Medidas de “Ra” feitas pelo

rugosímetro (ì m)

Medidas “Ra” feitas pela FFT sem filtro

(ì m)

Medidas feitas “Ra” pela FFT com filtro

(ì m) 1 7,06 3,25 1,74 2 6,94 9,1 8,4 3 5,85 7,8 8,67 4 0,61 10,56 2,1 5 7,65 7,74 9,59 6 5,85 8,21 6,16 7 2,77 10,11 9,57 8 2,61 8,4 6,74 9 2,99 10,84 8,97

10 5,83 6,25 7,5

161

Tabela 4. Valores obtidos para a análise do controle de qualidade com valores de rugosidade

“Ra” para a determinação de parâmetros de estruturais das técnicas propostas

Seções do cdp

analisadas

Fator de concentração de

tensão (kt) de valores do rugosímetro (*103)

Fator de concentração de

tensão (kt) de valores da FFT s/ filtro (*103)

Fator de concentração de

tensão (kt) de valores da FFT c/ filtro (*103)

1 1235 1108 1058 2 1274 1359 1330 3 1250 1337 1375 4 1062 1306 1214 5 1302 1306 1380 6 1269 1378 1280 7 1101 1371 1351 8 1100 1322 1258 9 1102 1371 1307

10 1199 1214 1256

Tabela 5. Valores obtidos para a análise do controle de qualidade com valores de rugosidade

“Ra” para a determinação de parâmetros de estruturais das técnicas propostas

Seções do cdp

analisadas

Concentração de tensão por fadiga (kf)

de valores do rugosímetro (*103)

concentração de tensão por fadiga (kf)

de valores da FFT sem filtro (*103)

concentração de tensão por fadiga (kf)

de valores da FFT utilizando filtro (*103)

1 1233 1107 1057 2 1271 1355 1320 3 1240 1333 1370 4 1063 1296 1200 5 1290 1302 1370 6 1265 1373 1270 7 1100 1367 1340 8 1098 1318 1250 9 1101 1367 1300

10 1197 1211 1250

O gráfico demonstrado na figura 4.38, é da relação da rugosidade medida com auxílio

da FFT programa Scion Image. Há um grande espalhamento das medidas, porém notem que é

possível obter os valores aproximados do rugosímetro.

162

Figura 4.38. Valores de concentração efetivo pelos valores de rugosidade obtidas pela FFT

sem aplicação do filtro

Da figura 4.39 pode-se observar também as medidas obtidas pela FFT, porém como a

utilização do filtro passa-alta. Com a atenuação das marcas intermediárias e ruídos através da

aplicação do filtro, as medidas ficaram discretamente menos espalhadas.

Pode ser observado com auxílio da tabela anterior junto aos gráficos correspondentes

que a região de concordância deveria apresentar valores de rugosidade mais acentuados, a

qual medidas realizadas utilizando o rugosímetro não ocorreram, porém com a aplicação das

técnicas propostas demonstraram o esperado.

163

Figura 4.39. Valores de concentração efetivo pelos valores de rugosidade obtidas pela FFT

com o auxílio do filtro

Pode-se destacar também a região de faceamento que correspondente à quarta região

representada nas tabelas 3, 4 e 5. As medidas feitas pelo aparelho dá uma demonstração de

grande variação, já que essa região praticamente dependendo como a ferramenta entrava

ocorria uma alisamento ou desbaste dessa região, no rugosímetro além da inconveniência do

manuseio não podendo ser confiáveis os valores medidos. Com a utilização da nova técnica

era visual a morfologia e com a devida aplicação da FFT, obteve-se valores mais próximos da

real situação imposta pela usinagem.

Com a aplicação do filtro apareceram maiores números de marcas representativas, que

poderiam ofuscar na hora das análises, pois no espectro de magnitude aparecem picos de

maior intensidade representados pelas médias das repetições dos níveis de cinza ou pelas

marcas. Em virtude dessa desvantagem, foi analisado o gráfico de plotamento do espectro,

como mostrado anteriormente.

A figura 4.40 a seguir permite uma visão de como ficaram as mediadas pelas análises

propostas, ou seja, os três resultados juntos. Pode ser observado uma certa concentração de

pontos para dadas rugosidades e assim com a melhor apuração dos métodos propostos podem

haver maiores igualdades nos resultados.

164

Figura 4.40. Valores de concentração de tensão efetivo pelos valores de rugosidade de todos

os métodos propostos na análise do cdp da liga de AA 7050

Os gráficos a seguir foram desenvolvidos igualmente aos anteriores. Foram feitas

essas análises no objetivo da equivalência perante ao instrumento apalpador mecânico de

medição e a opção da determinação das regiões mais problemáticas de ter um rompimento por

fadiga, por exemplo, em materiais considerados estruturais como ligas de alumínio da serie

7000.

Através da figura 4.41 a seguir pode ser observado a o fator de concentração de tensão

por fadiga “Kf” em relação às medidas de rugosidade feitas pelo rugosímetro para cada seção.

165

Figura 4.41. Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de rugosidade obtidas

pelo rugosímetro

Cabe aqui ressaltar a não proporcionalidade linear das medidas do fator de

concentração tensão efetiva e de fadiga, pois as medidas feitas para obtenção do raio médio

variavam de imagem para imagem apesar das conversões de pixels para valores

micrométricos. Apesar das variações serem pequenas, porém são representativas levando

assim ao real espalhamento.

Para evitar esses desvios de medidas poderia analisar também dentro do espectro as

distâncias médias, porém devida às altas diferenças de valores nas análises dos picos de

maiores intensidades nos fez descartar essa opção.

Conseqüentemente as figuras 4.42 e 4.43 a seguir dá a visão também das medidas

feitas pelas FFT sem e com a aplicação do filtro relacionado com o fator “Kf”. Conforme

apresentado na figura 4.40, é relacionado também as três análises juntas e percebe-se as

mesmas circunstâncias nos resultados de posicionamento no gráfico da figura 4.44.

166

Figura 4.42. Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de rugosidade obtidos

pela FFT sem filtro

Figura 4.43. Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de rugosidade obtidos

pelo FFT com auxílio do filtro

O diagrama demonstrado na figura 4.45 dá a direção ou em que forma procedeu as

análise e medidas propostas pela aplicação das técnicas de processamento de análises de

imagens.

167

Figura 4.44. Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de rugosidade de

todos os métodos propostos na análise do cdp da liga de AA 7050

Figura 4.45. Diagrama das técnicas aplicadas para o controle de qualidade do sistema SAPPU

Finalmente as figuras a seguir darão uma idéia de como fica a resistência do material a

fadiga para cada região do corpo de prova. Com relação à figura 4.46 a seguir pode-se

observar de novo o alto nível de espalhamento, por isso a técnica proposta junto a um melhor

aprimoramento nas medidas da profundidade média da ponta “Rt”, segundo o catálogo da

168

Sandvik Coromant (2000), poderia representar melhor a região de cada seção para tenacidade

a fadiga.

Figura 4.46. Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de rugosidade obtidos

pelo rugosímetro para cada seção

Figura 4.47. Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de rugosidade obtidos

pela FFT sem filtro para cada seção

169

Figura 4.48. Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de rugosidade obtidos

pela FFT com auxílio do filtro para cada seção

Figura 4.49. Valores de concentração de tensão de fadiga pelos valores de rugosidade obtidos

pelos métodos propostos para cada seção na análise do cdp da liga de AA 7050

O objetivo principal dessa técnica é poder se ter uma nova opção de medida de

rugosidade, para regiões onde apresentam dificuldades utilizando um rugosímetro. Os valores

170

microgeométricos que poderiam afetar a vida em fadiga variando de seção para seção foram

objetivos também apesar da necessidade de sua maior apuração.

Para que essa técnica seja aplicada automaticamente no controle de qualidade, seria

necessária a aquisição dinâmica das imagens das peças. Isso seria possível utilizando uma

câmera direcional de filmagem para cada seção, isto é, varrendo toda a peça.

Automaticamente poderia ser feita a conversão dessas imagens para imagens digitais,

captando-as para o processador de imagens. A proposta é então definida para todas as

imagens calculando-se as rugosidades e o fator de intensidade de tensão por fadiga também.

Com o banco de dados abastecidos com essas informações poderiam dar a melhor qualidade

do planejamento de processo.

Segundo a figura 4.16 anterior, pode-se observado três objetos de análises via

microscópios. O sistema SAPPU portanto, oferece aos usuários um banco de dados capaz de

armazenar todas as informações dessas análises. Esse evento ocorre quando o usuário optar

por qualquer uma das três opções colocadas pelo sistema conforme apresentado através dessa

figura 4.16.

A primeira das opções é o cadastramento de informações geradas de aspectos

microscópicos utilizando microscópio óptico. Análises de superfícies utilizando essa opção

podem ser importantes, tendo como características não ser destrutivas e suas imagens podem

alcançar maior contraste colorido, e ampliações relevantes. Em adição, as análises de

pequenos detalhes podem ser melhoradas usando diferentes modos de iluminação, como o de

contraste por interferência. Quando medidas de qualquer objeto são requeridas, métodos

ópticos são excelentes, pois as ampliações podem ser exatamente calibradas e permanecem

fixas.

A tela de cadastro das informações obtidas da microscopia óptica, pode ser visualizada

através da figura 4.50. Na modelagem dessa tela procurou-se ter os campos para uma

completa caracterização. Podemos observar um campo de diálogo, onde as informações das

análises podem ser discutidas e cadastradas. Na maioria das vezes, as informações do

procedimento metalográfico e das observações decorrentes das análises ficam dispersas. O

comentário das análises é de extrema importância, pois depedendo dos resultados das análises

teremos um resposta dos ensaios e da operação de usinagem.

171

Uma outra característica desse sistema, foi de certa forma inovadora de se dar a

possibilidade ao usuário de poder gravar as imagens obtidas no banco de dados e ao mesmo

tempo poder visualizá-la para seus comentários gerais.

Figura 4.50. Tela de cadastro de análises de microscopia optica do sistema SAPPU

A segunda das opções é o cadastramento de informações geradas de aspectos

microscópicos utilizando microscópio eletrônico de varredura (MEV). A microscopia

eletrônica de varredura (MEV), possui algumas vantagens em relação a outras análises.

Porém, antes de optar pelo uso de ulgum tipo de análise, deve-se ter o objetivo definido, ou

seja, o que se deve ser analisado. O objeto de análise pode necessitar de maiores ampliações,

resolução, contraste e ruídos atenuados. O objetivo, da análise acaba sendo o critério da

escolha. Assim, os microscópios envolvidos oferecem suas qualidades para determinadas

metas.

Em microscopia óptica, as imagens produzidas pelas lentes são figuras de difração e é

importante quando queremos distinguir entre si objetos puntiformes distantes cuja separação

angular seja pequena. Esse tipos de análises pode ser comprimetida no que diz respeito, a

resolução desses dois objetos, isso deve-se em virtude à própria difração das lentes. Esse

defeito pode ser amenizado aumentando-se o diâmetro da lente ou usando um menor

comprimento de onda.

172

A física quântica mostra que feixe de elétrons comportam-se, em certas circunstâncias

como ondas. Num microscópio eletrônico, esses feixes podem ter comprimento de onda

efetivo da ordem de 105 vezes menor que o comprimento de onda da luz visível. Eles

permitem o exame detalhado e estruturas diminutas (microestruturas), essa vantagem

transcende a microscopia óptica.

Em usinagem de materiais, algumas análises devem ser feitas como: de controle de

superfície usinada através de medida de rugosidade e marcas de avanço da ferramenta, a

estrutura do cavaco, contorno de grão microestrutural do material da peça e identificação de

desgaste das ferramentas. Medidas, como por exemplo, tamanho de grão que possui tamanhos

acima de 1000(Å) e espaçamento de discordância acima de 30Å especificam a aplicação dos

microscópios. Assim, a resolução média dos principais equipamentos tem que varrer as

dimensões médias dos objetos a serem analisados.

O MEV, pode abranger uma resolução de 0,2mm a 20Å, sua ampliação pode atingir

300.000X, e para um campo de trabalho de 10mm até 1ì m. O microscópio óptico, abrange

por sua vez um maior profundidade de foco na ordem de 0,1ì m e o MEV na ordem de

0,1mm. A ampliação do óptico só pode chegar até 4000X, para um poder de resolução de até

100Å.

Outras características que o MEV possui é de além de formar imagens das superfícies

das amostras através dos detector de elétrons secundários podemos obter imagens de “relevo”

através do detector de elétros retroespalhado, além das medidas de composição da amostra.

A microscopia eletrônica de varredura tem sido uma ferramenta bem aceita ao longo

dos anos em examinação de superfícies de fraturas (fractografia). As notórias vantagens se dá

na grande profundidade de campo e na alta resolução espacial podendo chegar em melhores

interpretações visuais. A auxiliar espectometria por raio-X dá ao MEV a capacidade de

análise microquímica.

As imagens formadas em MEV são aproximadamente bidimensionais, e as superficie

como de fratura e usinada pode ser apresentar incorretamente em sua formação. De qualquer

modo, a profundidade de campo da imagem pode ser minimizada a percepção da

profundidade real utilizando a correta vista tridimensiaonal correta. Essa vista pode ser obtida

através de duas imagens inclinadas do mesmo objeto de interesse pelo MEV e depois

visualizada utilizando a estereovista dando o formato real tridimensional. Essas técnicas

podem auxiliar na conduta científica de aprovação do processo em discussão.

173

A superficie gerada pelas forças cisalhantes provocada na remoção do material da peça

pode ser comparada ao mesmo efeito em conformação mecânica sem geração de cavaco. As

forças aplicadas são de grande intensidade e mais dinâmica, assim, as caracterísicas

apresentadas pelos processos podem ser análisadas dentro do contexto da mecânica da fratura

e da fractografia quantitativa. Termos envolvendo comprimento, área, orientação, etc, da

superficie da peça, da morfologia do cavaco e da superfície da ferramenta, podem ser

analisados sob aspectos esteriológicos, podendo formular novos conceitos.

O propósito das análises quantitativa das superfícies é obter características

geométricas para melhor revelar aspectos de sua geometria e, assim, obter informações dos

futuros processos dos mecanismo de fratura. Como já mencionado a rugosidade pode ser um

parâmetro útil e a aplicação de análises estereológicas quantitativa em superfícies usinadas

pode trazer, por exemplo, novas informações e comparações ao mecanismo de iniciação de

trinca por fadiga.

A aplicação de medidas estereológicas na usinagem pode tornar o sistema de

planejamento de processo mais peculiar no sentido de nossa busca da inovação.

Com advento das ferramentas computacionais para o processamento e análises de

imagens e microscopia quantitativa, medidas estereológicas podem se tornar rotina e pode dar

uma maior contribuição ao melhoramento das análises. O resultado das análises de imagens

podem auxiliar no desenvolvimento de produto, segurança, na qualidade e prestação de

serviço técnico ao cliente e nas interpretações dos processos de fratura.

O processamento e análise digital de imagens tipicamente consiste em quatro passo:

aquisição das imagens, melhoramento das imagens, detecção do objeto, seleção e editação

desse objeto, e medidas quantitativas.

Devendo-se ao fato do correto emprego das técnicas de preparação das superfícies e de

investigação microscópica, além de procedimento de aquisição digital e tratamento de

imagens, o processamento digital de imagens pode se tornar uma ferramenta de análises

qualitativa e quantitativa das superficies do objetos envolvidos na usinagem de materiais.

O sistema SAPPU, oferece um modelo de cadastro de todo contexto das técnicas de

processamento e análises de imagens digitais aplicadas. As imagens trabalhadas podem ser

consultadas e automáticamente discutidas atraves da tela do painel de discrição geral de

análises. Através da figura 4.51 pode-ser vizualizar todas operações envolvendo as

174

característica do emprego do MEV, até as discuções do emprego da estereologia de

superfícies usinadas.

Esse banco de dados modelado pode ser cadastrado então, com informações da

aplicação dos conceitos estereológicos a todas as áreas de análises como, estudos da

fractografia, medidas de contorno de grão, análises de fases, de composição, etc.

Figura 4.51. Tela de cadastro de microscopia eletrônica de varredura do sistema SAPPU

Ainda dentro do banco de dados de controle de qualidade do sistema SAPPU também

um tela de cadastro de informações de análises feitas em microscopia eletrônica de

transmissão (MET) é oferecida. Não será objetivo ainda desse trabalho, determinar imagens

desse tipo de microscópio, porém pode ser de grande utilidade para o grupo de usinagem e

estudos relativos a ciências dos materiais.

Imagens formadas utlizando microscopia óptica de cavacos de titânio, pode apresentar

a aparente bandas de dislizamento provocada pela deformação plástica dinâmica, portanto,

análises por MET podem comprovar e auxiliar nas medidas da provável presença de

discordâncias. De novo, não cabe a esse trabalho investigar, porém fica para trabalhos futuros.

A tela de cadastro de análise por MET, pode ser visualizada através da figura 4.52 a seguir.

175

Figura 4.52. Tela de cadastro do microscopia eletrônica de transmissão do sistema SAPPU

4.4. Apresentação do Subsistema de Seleção de Ferramentas de Corte

Esse módulo do sistema SAPPU, corresponde a resposta ou um dos subsistemas

integrados ao subsistema de cadastro do planejamento de processo. Em função do cadastro

das informações relativas ao material da peça, da geometria da peça e das ferramentas

cadastradas, o usuário pode obter as ferramentas selecionadas. Esse subsistema de resposta do

sistema SAPPU pode ser visualizado através da figura 4.53 a seguir. Para acioná-la basta o

usuário clicar no quarto “botão” da esquerda para a direita da tela principal da figura 4.2.

Ao digitar o código da peça e as posições das seções, esse subsistema do SAPPU

apresenta a as opções da ferramenta ou das ferramentas. O procedimento de seleção foi

demonstrado no item metodologia. A modelagem dessa tela foi desenvolvida de forma

simples para que o usuário não tenha dificuldade de entendimento, apesar da forma complexa

da metodologia apresentada. A pastilha selecionada aparece na forma de código ISO, isso faz

direcionar o usuário ao catálogo de fabricantes de ferramentas e ao mesmo tempo ele tem a

176

opção oferecida pelo sistema SAPPU, ou seja, a verificação da disponibilidade dos insertos e

dos suportes.

Figura 4.53. Tela de seleção de ferramentas de corte do sistema SAPPU

Este subsistema está ligado aos subsistemas de cadastramento de informações (banco

de dados) e ao gerenciamento de ferramentas de corte. Quando o usuário finalizar cadastro de

todas as informações envolvidas, automáticamente esse subsistema seleciona os possíveis

ferramentas.

Pode-se obeservar também que há indicação da melhor seção a ser aplicável. No teste

apresentado esta selecionado a ferramenta de operação de acabamento. A ferramenta

selecionada apresenta uma geometria versátil, já que pode percorrer todo perfil da peça

testada (perfil escalonado apresentado no item materiais e métodos) sem ter problemas de

interferências e também é coloquial à liga de alumínio, pois as propriedades mecânicas do

alumínio e o seu cavco gerado se encaixam na disponilidade de usinagem dessa ferramenta.

Podemos então, finalmente salvar ou imprimir o resultado para futuras consultas.

177

4.5. Apresentação do Subsistema de Gerenciamento de Ferramentas de Corte

O controle visual dos processistas com os “objetos” envolvidos na produção de um

determinado produto, podem levar a um tempo maior dessa produção. Além disso, o

esquecimento, as inseguranças nos processos podem compremeter os prazos prédeterminados

e a própria prudutividade.

As ferramentas de corte no planejamento de processo ocupam um grande espaço de

antenção, pois ela está relacionada aos custos de produção, a produtividade e ao tempo eficaz

de uso, o tempo de troca e escolha das ferramentas podem elevar o tempo de produção.

O gerenciamento das ferramentas passam por um controle das entradas e saídas dessas

ferramentas e no acompanhamento do histórico da sua utilização. O gerenciamento das

informações nesse sentido, pode tornar o sistema de planejamento mais eficiente. O controle

visual do operário pode deixar de existir, pois as informações e a dinâmica de processo podem

ser controladas por programas computacionais.

O sistema SAPPU, dispõe de um subsistema característico do planejamento de

processos de usinagem de materiais o gerenciamente de ferramentas de corte. Esse

subprograma depende das informações cadastradas no banco de dados das ferramentas e

peças. Através da figura 4.54 podemos iniciar o entendimento desse gerenciamento proposto e

modelado, segundo as experiências adquiridas junto a consultas a outros sistemas

desenvovidos e pesquisas bibliográficas.

A apresentação da tela de gerenciamento de ferramenta é alcançada através do evento

“click” sobre o primeiro “botão” da esquerda para direita da tela entrada do sistema SAPPU

(figura 4.2 adaptada para mostruário). Ressalta-se que, a disposição da modelagem da tela de

entrada sistema SAPPU objetiva alcançar alguns tipos caracteristicos de usuários, os quais

necessitam de aspectos visuais para o seu melhor desempenho.

178

Figura 4.54. Tela de entrada de gerenciamento de ferramentas de corte do sistema SAPPU

Como pode ser observado na figura 4.50 anterior, o código a ser digitado é o mesmo

do cadastro das ferramenta de corte. Completando-se os campos através de seu código, os

campos de resposta como: saldo, quantidade e preço são respondidos ao usuário. A data de

operação e tipo de operação são informações vinculadas ao banco de dados. Esses valores

podem levar ao controle mais organizado do “magazine” das ferramentas de corte. O tipo de

operação corresponde: saída para o processo, a entrada e o retorno dos insertos e suporte junto

as correspondente dadas. Uma outra forma de recordar a monitoração das ferramentas é o

campo de comentários que pode ser arquivado, pois esse campo é utilizado para descrever o

dinamismos da manipulação das ferramentas utilizadas pelo operário.

Uma característica do gerencimento das ferramentas desenvolvido, é o histórico de

monitoramento das ferramentas ou histórico desse processo. A medida que os campos de

entradas são preenchidos, automaticamente é construido o seu histórico. A quantidade

ferramentas utilizadas por seção também faz parte desse histórico. O processo de usinagem de

cada seção pode assim ser monitorado e pode ser pesquisados em processos futuros. Assim, o

179

gerenciamento passa através dessas telas apresentadas ser parte do SAPPU. Essa tela de

histórico de processo pode ser visualizada através da figura 4.55 adiante.

Figura 4.55. Tela do histórico de processo do gerencimento de ferramentas de corte do

sistema SAPPU

4.6. Apresentação do Subsistema de Planejamento de Operação

O planejamento das operações de usinagem, conforme Jain et al. (1998), apresentado

em bibliografia pode ser divido em macro e microplanejamento.

O macroplanejamento engloba as diretrizes do planejamento de corte, já

microplanejamento trata dos efeitos provocados: pelas condições de corte aplicadas, da

seleção das ferramentas de corte, do gerenciamento e controle das informações de processo.

Esses efeitos são absorvidos pelo microplanejameno através dos cálculos de custos

tradicionais e otimizados e pela produtividade.

180

As análises estatísticas que fazem parte desse microplanejamento podem ser utilizadas

para todo processo do planejamento de processo, principalmente quando se deseja fazer testes

e análises.

Esses objetos caracteristícos do microplanejamento podem ajudar na interpretação das

informações cadastradas por todo o sistema de planejamento de processo.

O sistema SAPPU, apresenta um subprograma diferenciado objetivado pela

originalidade. No entanto, o foco desse subsistema baseia-se em outros sistemas discutidos.

De forma ilustrativa, o subsistema global pode ser visualizado na figura 4.56. Essa tela de

abertura pode ser apresentada através do “click” sobre o segundo “objeto” da esquerda para a

direita da página principal do sistema SAPPU.

Podemos observar nessa figura as cinco características do planejamento de operação

do sistema SAPPU. Os objetos representam os custos, estudo estatístico, otimização,

planejamento da operação e produtividade. Basta então, o usuário escolher a opcão de

planejamento da sua operação logo sua tela será apresentada.

Figura 4.56. Tela de abertura do subsistema de planejamenta de operação do sistema SAPPU

181

A seqüência de corte para uma dada peça pode ajudar na economia de tempo e assim,

auxilar o usuário na melhor condução automática da operação. Essa seqüência pode ser

procedida também na programação em máquinas CNC, ou seja, definindo as seqüências do

blocos de programação ou até utilizar as funções direcionais para as linhas sentenciais de

execução.

A seqüência automática da operação pode então, ser oferecida ao usuário através do

sistema SAPPU. Ao clicar no “botão” de “planejar a operação” a sua tela de resposta será

apresentada como pode ser visualizar na figura 4.57 a seguir.

A tela de resposta apresenta ao usuário a seqüência ideal para corte da peça em

questão. A seqüência das operações são dependentes do desenho cadastrado.O sistema gera o

código através da relação if e Then... na medida que vai se cadastrando a peça.

A maneira de amostragem esta sob a forma de código, onde os dígitos representativos

podem ser comparados aos números dos perfís discriminado na própria tela de resposta.

Como exemplo de nosso trabalho, o eixo escalonado é representado pelos digitos seqüenciais.

A montagem automática desse código para essa peça foi seguida na programação no CNC do

laboratório de estudo da usinagem do DEMAR.

Figura 4.57. Tela de resposta para o macroplanejamento da operação

182

4.6.1. Abastecimento do sistema microplanejamento com o teste de otimização e

cálculo de custo propostos

As empresas que atuam em áreas de produção, sempre visão conquistas de mercados.

A velocidade de produção depende do andamento desse mercado. Em função da variação

típica do mercado capitalista, devem ser definidos critérios no planejamento da produção

evitando-se assim, por exemplo, a ociosidade da produção para grandes pedidos ou excesso de

produtos fabricados para mercados em baixa. É importante que o administrador fique atento a

essas oscilações e busque assim esses critérios para o planejamento.

A otimização pode ser uma das ferramentas de auxílio para os mercados emergentes.

Em processos de usinagem a velocidade de produção pode ser subordinada a esses critérios e

a otimização ocorrer dentre desses aspectos.

O sistema SAPPU, em função dessas condições atuantes da produção de usinagem de

materiais é criterioso segundo sua proposta metodológica descrita anteriormente, assim pode

trazer sua contribuição sob os aspectos, por exemplo, de máxima produção.

Em função dos valores cadastrados da peça, máquina, do material e ferramenta de

corte o microplanejamento da operação oferece ao usuário a opção de otimizar a sua

produção. O critério utilizado é o de máxima produção, critérios esse que é caracterizado para

o mercado em alta.

A tela representativa para a otimização pode ser visualizada através da figura 4.58. Os

valores foram abastecidos conforme foram processadas as experiências em laboratório.

183

Figura 4.58. Tela de otimização da operação de desbaste do sistema SAPPU

Os aspectos de otimização utilizados podem determinar conseqüentemente os lucros.

As organizações econômicas destinadas à produção têm em geral como objetivo o lucro. A

visão empresarial é de buscar caminhos ou até encurtá-los para o proveito ou vantagem em

relação a sua própria atividade. A usinagem dentro das empresas faz parte ou dependendo da

organização até constitui sua total atividade econômica.

A dificuldade e o esforço para a produção de uma determinada peça ou um grande lote

de peças, podem resultar no lucro ou no prejuízo. A produção então, tem que ser criteriosa e

acompanhada, e a definição de parâmetros como a otimização e o controle das informações

podem fazer parte de um planejamento, levando uma possibilidade de administração dos

gastos provocados. A mesma tela comparada a anterior, ou seja, pode-se cadastrar com a

mesma tela representativa para a otimização e essa pode ser visualizada através da figura

4.59.

184

Figura 4.59. Tela de otimização da operação acabamento do sistema SAPPU

Os cálculos de lucro fazem parte do contexto do microplanejamento da operação e do

planejamento geral de processo. O sistema SAPPU através do subsistema de

microplanejamento de processo oferece a possibilidades de cálculos dos custos de processo. A

tela pode ser iniciada a partir da tela principal desse subsistema apresentado através da figura

4.56.

Essa tela oferece as duas opções de cálculos de custo, clicando sobre as “abas”

podemos escolher seus cálculos. São oferecidos então, os custos otimizado e tradicional.

Através da figura 4.60 pode se ter a idéia de como foi modelado o custo otimizado por meio

do critério de otimização adotado.

Os valores de custo de utilização da máquina, preço do suporte, preço do inserto e

número de aresta do inserto podem ser visualizados digitando o devido código. Por outro

lado, outros valores podem ser informados no próprio momento da otimização.

Todas os campos podem ser atualizados para um novo cadastramento, pois, há uma

interligação junto ao banco de dados. Esse elo pode ser revisto junto à figura representativa

das ligações dos subsistemas (figura 3.2). Assim, podemos ter a visão da dimensão complexa

do andamento das interligações dos subsistemas determinados ao banco de dados.

185

Figura 4.60. Tela de cálculo do custo otimizado do subsistema do SAPPU

Embora, as empresas na maioria das vezes, objetivam a otimização de processo a

forma tradicional também faz parte da atividade econômica, pois pode servir como parâmetro

de comparação à própria otimização. Assim, os cálculos de custos otimizados passam a ser

melhor comparados e demonstra os esforços e vantagens de sua aplicação.

O microplanejamento do sistema SAPPU possui também essa alternativa ao usuário. A

tela de custo tradicional para ser visualizada basta o usuário clicar na “aba” do custo

tradicional da mesma tela onde temos o custo otimizado representado na figura 4.60 anterior.

A tela descrita pode assim, ser exibida como podemos ter a persepção visual por meio da

figura 4.61. Quando o usuário passa então, a cadastrar no subsistema todas as informações

necessárias para os cálculos como o de custo tradicional vão sendo processados.

186

Figura 4.61. Tela de cálculo do custo tradicional do subsistema do SAPPU

Através das funções dos subsistemas do planejamento de processo assistido por

computador as informações geradas nas indústrias podem ser automatizadas e pode auxiliar

na padronização e assegurar a qualidade dessas informações. Além disso, várias vantagens

esses sistemas podem levar com a integração dos vários setores envolvidos, levantando assim

dados para cálculos mais eficientes de produtividade.

A implementação do sistema de planejamento de processo em uma indústria pode

elevar seus índices de produtividade a patamares significativos.

O conceito de produtividade pode ser caracterizado como valor agregado à empresa.

Três bens básicos uma empresa pode tirar da sociedade: materiais, energia e informação.

Podemos incluir as pessoas a esses bens para se obter os custos. Um fator de produtividade

interna (expressão 82) podem ser taxados como valores agregados as empresas, que pode

incluir também o cliente como fator decisivo.

Custo

oFaturamentadeProdutivid =

(82)

187

Conseqüentemente, através de um banco de dados pode-se integrar os setores e

promover um perfeito fluxo de informações, essas informações podem também ser exportadas

e importadas de forma padronizadas. É importante também adaptar os trabalhadores às essas

mudanças que são criadas em decorrência da implementação de novos sistemas.

O índice de produtividade pode ser diferenciado através de comparações entre

sistemas de planejamento convencional e ao informatizado baseado em banco de dados

integrados.

O valor do faturamento, por exemplo, pode ser extraído de uma empresa e para efeito

de cálculo podem ser iguais as duas situações, antes e depois, variando-se apenas os custos

tradicional e informatizado pela implementação do sistema computacional de planejamento.

Dessa forma, pode-ser comparada a eficácia das novas implementações.

O sistema SAPPU, oferece às instituições uma forma de calcular a produtividade do

setor de usinagem, onde esse índice é calculado sob o custo tradicional e otimizado. A

integração nesse caso, se passa pelas informações cadastradas nos banco de dados e nos

subsistemas, e o setor internamente integrado a esse trabalho é o de usinagem.

A tela pode ser visualizada através do “botão” exposto na tela de entrada do

subsistema de planejamento da operação. Pode-se assim, observar essa tela apresentada na

figura 4.62. Esse acompanhamento da obtenção desse índice não será foco desse trabalho

porém, essa contribuição original será determinada de forma hipotética para confirmação

desse subsistema.

O valor de faturamento será determinado como 100%, para os dois casos e assim,

descriminar os dois casos: tradicional e otimizado. O valor desse índice de produtividade é

determinado pelo sistema através da fórmula 82 expressada anteriormente.

188

Figura 4.62. Tela de cálculo da produtividade do subsistema do SAPPU

A produtividade, a eficácia, a qualidade, o planejamento, as pesquisas realizadas em

qualquer instituição econômica e de pesquisa necessitam de controle estatístico. Os dados

gerados em qualquer processo, muitas vezes não convergem e não podem ser relacionados.

Além disso, a necessidade de ter dados confiáveis faz com que se tenham os parâmetros

estatísticos encarregados de qualificar essas informações. Os dados provenientes das análises

estatísticas nos ajudam a melhor interpretação dos eventos.

Quando desejamos qualificar um processo de pesquisa, há necessidade de se ter um

número maior de valores das amostras em pesquisas, e assim podemos avaliar de modo mais

correto o ocorrido. Uma ferramenta importante da estatística que pode auxiliar nas análises

sob essas condições é o número de “Student”.

Dependendo da quantidade de dados aplicados o número de “Student” definirá se é

válido para as efetivas análises o número de dados, ou seja, a quantidade suficiente de valores

a ser analisado.

Portanto, essa opção tem por finalidade auxiliar o processista ou pesquisador a

determinar, por exemplo, quantas amostras de arestas de corte devem ser usadas para definir o

comportamento da ferramenta de corte quanto a sua vida, ou também quantas medidas de

189

rugosidade são suficientes para demonstrar a qualidade das condições de corte aplicada. Para

tanto, medidas como o avanço e fator de concentração efetiva de tensão podem passar por

esse aspecto estatístico.

Para que os testes sejam determinados com eficiência, é proposta do trabalho também

apresentar um programa de apoio estatístico. Então, ao clicarmos no botão “estatística” da tela

de abertura desse subsistema (figura 4.56) logo será apresentada sua tela, o qual podemos

visualizar na figura 4.63.

Figura 4.63. Tela de cálculo estatístico número de “student” do subsistema do SAPPU

Pode ser obervado na figura 4.63 anterior qua a tela de entrada de dados referente aos

ensaios tem campos que permitem selecionar a precisão (erro percentual) de contagem, que

podem melhorar a confiabilidade das análises. A técnica é baseada no cálculo estatístico

utilizando o número de “student”. Essa técnica apresenta ainda as probabilidades desejadas

para o usuário, constituindo-se de valores como de 0,75, 0,90 e 0,90 %. O cálculo do número

de amostra necessário para definir uma média estatística é:

190

n

x

x

n

ii∑

== 1

(83)

( )∑

=

−=n

ii xxiância

1

2var

(84)

( )1

var.

−=

n

iânciapadrãodesvio

(85)

21

.

.

= −

adm

n

errox

studdesvioamostra

(86)

onde:

xi = número de amostras testadas;

__

X erroadm = erro admissível na contagem de amostras;

studn-1 = número de student tabelado.

4.7. Apresentação do Subsistema de carga de máquina.

O planejamento de processo de certa forma, pode ser completo traçando limites para o

próprio planejamento. O ideal é que os planejamentos não possuam limites para sua sempre

inovação. O objetivo das empresas é sempre inovar para crescer, assim os planejamentos de

processo podem ser modernizados e ampliados.

A variedade de procedimentos para o planejamento do processo convencional gerou a

necessidade de uma ferramenta para assisti-lo. Assim, podemos sair do planejamento

convencional para o planejamento assistido por computador. Os procedimentos desenvolvidos

geram informações, que podem ser controladas pelo os sistemas informatizados.

Sem caracterizar a finalização ou limitação, para o final das apresentações dos

subsistemas desse trabalho, a metodologia proposta e desenvolvida é a de seleção do

maquinário (torno CNC). É ideal que as máquinas sejam selecionadas junto às operações e às

191

especificações dos clientes, e ao mesmo tempo, não subutilizá-las ou sobrecarregá-las. Para

tanto, são necessárias, às vezes, simulações para se chegar a um quadro ideal de seleção e

controle.

O sistema SAPPU pode ser considerado mais abrangente como já caracterizado por

outros subsistemas apresentados. Apesar de ser susceptível a mudanças, inovações e

ampliações, o sistema SAPPU pode ser considerado versátil e menos complexo na sua forma

de apresentação.

Portanto, na busca da ampliação e a seqüência predefinida pelas pesquisas bibliográficas

e de campo o sistema SAPPU apresenta mais um subsistema de resposta, o sistema de

controle ou de carga de máquina. Esse sistema é baseado no controle de informações

relacionadas á máquinas para operações de torneamento.

Para obter a resposta do controle das máquinas envolvidas nas operações basta acionar o

quinto botão da esquerda para a direita da barra superior estática da tela principal do sistema

SAPPU (figura 4.2), logo então, é apresentado a sua tela.

Essa tela apresentada pode ser visualizada através da figura 4.64 a seguir.

Conseqüentemente podemos ter a dimensão desse subsistema.

Como podemos visualizar através dessa figura, que se ao digitarmos o código da

máquina automaticamente aparecerá às características cadastradas das máquinas. Podemos

também cadastrar os valores via essa tela.

Figura 4.64. Tela de apresentação do subsistema de controle de máquina

192

O acompanhamento da situação das máquinas deve ser atrelado ao usuário para que

possam ser cadastradas as informações da situação das máquinas, assim o sistema é

abastecido das informações requeridas pode assim auxiliar no controle e gerenciamento das

máquinas envolvidas nas operações. À medida que controlamos essas informações evitamos,

por exemplo, que as máquinas passam por situações de gargalos.

Às vezes, algumas máquinas estão dispostas ou em manutenção, isto é, é preciso que

as máquinas sejam comparadas às efetivas operações, ou seja, suas devidas capacidades têm

que ser avaliadas ou subordinadas as condições de corte e as variáveis de processo.

Vale ressaltar também que, esses subsistemas estão interligados ao banco de dados e a

outros subsistemas como, por exemplo, ao planejamento de operação. Essa condição pode ser

revista na figura 3.2.

Conseqüentemente, todo o sistema SAPPU está interligado através do banco de dados

do próprio sistema, pois, todos os outros subsistemas são de certa forma a respostas das

metodologias propostas e ao mesmo tempo oferece o arquivamento das informações. Cabe

ressaltar que, há uma busca objetiva de se encaixar os conceitos das áreas científicas com o

dinamismo empresarial.

193

Capítulo5. Considerações Finais

Perante o trabalho apresentado pode se concluir que a proposta de obter um sistema de

planejamento de processo baseado em um banco de dados caracterizado pela integração de

várias áreas da engenharia atingiu o seu objetivo.

O banco de dados desenvolvido foi ampliado na medidas das necessidades

pesquisadas mantendo a forma de integração do mesmo. O objetivo da ampliação do banco de

dados foi de se ter um sistema mais abrangente e de caráter científico perante as áreas da

engenharia. Esse banco de dados aplicado ao planejamento de processo de usinagem por meio

das metodologias desenvolvidas pode englobar ciências ligadas a engenharia de produção, de

materiais, da mecânica, e softwares, sendo assim, esse banco de dados de certa forma se

caracterizou-se versátil e automático a essas áreas descritas.

O subsistema de seleção de ferramentas de corte ligado ao sistema de cadastro no

banco de dados, foi caracterizado através da metodologia matemática originalmente

desenvolvida. A seleção é realizada através das informações dos perfis da peça e ferramenta

além de informações inerentes do processo. A forma de seleção ficou mais abrangente

comparada a outros trabalhos descritos em revisão. Demonstrada a forma automática de

seleção nesses aspectos pode assim ser considerado, uma forma inédita de seleção de

ferramentas de corte.

O planejamento de operação teve uma somatória informações de outros trabalhos

implementados, através dessa soma desenvolveu-se um sistema abrangente e qualificado

perante as áreas de engenharia. A divisão do planejamento de operação em micro e

macroplanejamento com novas metodologias tornou o sistema mais completo para sua real

aplicação. A maneira de como processar o corte e a otimização de processo através da

metodologia original tirada de conceitos cinemáticos podem ser aplicados em ambiente de

trabalho visando melhor a qualidade e controle de produção.

Foi implementada uma idéia inovadora ao planejamento de processo a qual não foi

identificada em bibliografia. Foi integrado ao banco de dados o item controle de qualidade de

processo de fabricação. Baseados em parâmetros de superfícies e análises científicas da

194

engenharia de materiais o sistema SAPPU, oferece ao usuário a oportunidade de melhor

acompanhar a produção. Nesse aspecto, o sistema pode ser abastecido de informações

importantes como análises microscópicas, informações de parâmetros de rugosidade,

composição dos materiais, e parâmetros estruturais que envolvem defeitos de superfícies

inerentes de processos de usinagem. Todas as informações podem ser cadastradas para futuras

consultas e futuros planejamentos. Essa idéia pode auxiliar também pesquisas relacionadas a

ciências dos materiais, onde são grande o volume de informação geradas em laboratórios e

que podem ser armazenadas para futuras consultas.

Dentro da metodologia do controle de qualidade uma proposta de análises de

superfícies acabadas foi utilizado. Nessa proposta foi utilizada uma ferramenta de grande

potencial, um programa com ferramentas de processamento e análises de imagens digitais.

Com as informações geradas nos materiais em estudos utilizando esses softwares podem

ajudar muito no controle e qualidades das materiais. No trabalho desenvolvido foi utilizado

uma ferramenta importante do programa Scion Image Beta 3b de domínio público a chamada

transforma rápida de “Fourier”, qual demonstrou-se conforme os resultados apresentados ser

viável a determinação de parâmetros de rugosidade, contrapondo com outro medidor, o

apalpador mecânico. Assim, todos os valores referentes a acompanhamentos científicos

podem ser cadastrados no sistema SAPPU.

Foi possível com a utilização dos parâmetros de rugosidade determinar os valores de

concentração de tensão como descrito em revisão bibliográfica. Com relação aos valores nas

comparações gráficas ficaram com espalhamento acentuados e não demonstraram uma

evolução crescente desse parâmetro. A variação dos valores perante os perfis propostos e a

forma de analisar o raio médio no programa Scion Image Beta 3b determinaram o grande

espalhamento. Uma das soluções seria desenvolver uma seqüência melhor do corpo de prova

baseando-se na evolução do diâmetro e dos tipos de perfis. Com relação ao método de análise

do raio médio poderiam ficar menos discrepantes se desenvolver uma nova técnica de medida

e um maneira de atenuação de valores muito desiguais na seleção dos dados no espectro de

magnitude.

195

O banco de dados apresentado pode dar um suporte importante nas pesquisas, no

acompanhamento de produção, no gerenciamento, na otimização de todo um sistema de

produção por torneamento dos materiais.

Os testes foram finalizados, porém o sistema proposto pode ser ampliado, ressalvo

que, não existe em informática um sistema perfeito, porém buscou-se o máximo de

abrangência e sistematização da proposta de trabalho, pois se trata de uma forma inédita de

globalização das ciências.

A sugestão para trabalhos futuros ficaria em apuração de alguns subsistemas

apresentados até aqui. Desenvolvimento ou ampliação dos sistemas de produção para o

critério de mínimo custo. Ampliação do sistema de gerenciamento para de materiais e

máquinas. Ampliação do sistema para as operações de fresamento, furação e retifica.

Para a determinação dos valores de rugosidade podem ser tornar automáticos no

abastecimento do sistema, a sugestão ficaria de se pesquisar uma boa forma de captação de

imagens das peças e que essas imagens fossem digitalizadas, tratadas e analisadas via

softwares como o utilizado nesse trabalho. Melhorando o método aplicado poderíamos ter

valores de rugosidade e parâmetros estruturais para cada perfil na prática. Poderia em

trabalhos futuros anexar a essa nova metodologia ao próprio Delphi 6.0 e gerar dados ao

banco de dados. Essa grande proposta poderá no futuro tornar viável essa idéia apresentada

em todo esse trabalho com as devidas pesquisas.

196

Capítulo 6. Referências

- AMIOLEMHEN, P. E.; IBHADOBE, A. O. A. Aplplication of genetic algorithms:

determination of the optimal machining parameters in the conversion of a cilcyndrical bar

stock into a continuous finished profile, International Journal of Machine Tools &

Manufacture, v.44, n.12-13, p. 1403-1412, oct. 2004.

- ANDRADE, S. M. V., et al., Determinação do curso da ferramenta para um sistema

CAD/CAPP/CAM. Máquina e Metais, v.37, n.426, p.140-148, jul. 2001.

- AREZOO, B, RIDGWAY, R., AL-AHMARI, A. M. A., Selection of cutting tools and

condition of machining operations using an expert system, Computers in Industry, v.42, n.1,

p. 43-58, jun. 2000.

- AROLA, D.; WILLIAMS, C. L., Estimating the fatigue stress concentration factor of

machined surfaces, International Journal of Fatigue, v.24, n.9, p. 923-930, sep. 2002.

- CALLISTER JR., W. D., Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 5.ed. Rio de

Janeiro: LTC, 2002. p. 589.

- CHEN, S. J., HINDUJA, S., BARROW, G. Automatic tool selection for rough turning

operations. International Journal of Machine-Tools & Manufacture, v.29, n.4, p.535-553,

april 1989.

- CHUNG, C., PENG, Q., The selection of tools and machine on web-based manufacturing

environments. International Journal of Machine Tools & Manufacture, november, p.905-914,

2003.

- COPPINI, N. L., RIBEIRO, M. V., Assistência técnica assistida por computador aplicada na

seleção de ferramentas e parâmetros de usinagem. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE

ENGENHARIA MECÂNICA, 13., 1995, Belo Horizonte. Anais...Belo Horizonte:

Associação Brasileira de Ciências Mecânicas, 1995. CD-ROM.

197

- CUNHA, E. A. Estudo da usinagem por torneamento da liga AA 7050 – T 7451. 2004. 90f.

Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Departamento de Engenharia de

Materiais, Faculdade de Engenharia Química de Lorena, Lorena, 2004.

- CURTIS, S. A., ROMERO, J. S., et al. Predicting the interface between fatigue crack

growth regimes in 7150-T651 aluminum alloy using damage map. Materials Science and

Engineering A, v.344, n.1-2, p. 79-85, mar. 2003.

- CUS, F., BALIC, J., Optimization of Cutting Process by GA Approach, Robotics and

Computer Integrated Manufacturing, v.19, n.1-2, p. 113-121, feb-apr. 2003.

- DABADE, A. U., et al., Analysis of roughness and chip cross-sectional area while

machining with self-propelled round inserts millings cutter. Journal of Materials Processing

Tecnology, v.132, n.1-3, p. 305-312, jan. 2003.

- DINIZ, A. E., et al., Otimização das condições de usinagem em células. Máquinas e Metais,

n. 281, p.48-54, junho 1989.

- DINIZ, A. E., et al. Tecnologia da usinagem dos materiais. São Paulo: MM Editora, 1999.

256p.

- DI RAIMO, E. PORTO, A.J.V. Rugosidade e espalhamento luminoso em superfícies de

alumínio torneadas com ferramenta de diamante monocristalino. In: CONGRESSO

BRASILEIRO DE ENGENHARIA MECÂNICA, 16., Anais...Uberlândia: UFU, 2001.

- EDALEW, K. O., ABDALLA, H. S., NASH, R. J., A Computer-based intelligent system for

automatic tool selection. Materials & Design, v.22, n.5, p. 337-351, aug. 2001.

- ERTEZA, A., Depth of convergence of sharpeness index autofocus system. Applied Optics,

v.16, n.8, p.2273-2278, aug. 1977

198

- EZUGWU, E. O.; BONNEY, J.; YAMANE, Y., An overview of the machinability of

aeroengine alloys. Journal of Materials Processing Technology, v.134, n.2, p 233-253, mar.

2003.

- EVERSHEIN, W. et al. Tool management: the present and the future. Annals of the CIRP, v.

40, n.2, p. 631-639, 1991 b.

- FERRARESI, D., Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Editora Edgard

Blücher, 1977. 751 p.

- FERREIRA, J. C. E., et al. Parâmetros de usinagem e geração do programa NC em

CAD/CAPP/CAM. Máquinas e Metais, n. 396, p.54-63, jan. 1999.

- GRAY, A. E., SEIDMANN, A., STECKE, K. E. A Synthesis of decision models for tool

management in automated manufacturing. Management Science, v.39, n.5, p.549-567, may

1993.

- HSU, Q.-C. Comparison of differente analisys models to measure plastic strains on sheet

metal forming parts by digital image processing. International Journal of Machine Tools &

Manufacture, v.43, p. 515-521, 2003.

- ISHIHARA, S., MCEVILY, A. J., Analysis of short fatigue crack growth in cast aluminum

alloys. International Journal of Fatigue, v.24, n.11, p. 1169-1174, nov. 2002.

- JAIN, P. K., MEHTA, N. K., PANDEY, P. C., Automatic cut planning in an operative

process planning system. Proceedings of Insitution of Mechanical Engineers, V. 212, Part B, ,

p.129-140, may 1998.

- JAWAHIR, I. S., BALAJI, A. K., ROUCH, K. E., BAKER, J. R., Towards integration of

hybrid models for optimized machining perfomance in intelligent manufacturing systems.

Journal of Material Processing Techonolgy, v.139, n.1-3, p. 488-498, aug. 2003.

199

- JENSEN, C. G., RED, W, E., PI, J., Tool selection for five-axis curvature matched

machining, Computed Aided Design, v. 37, p. 251-266, 2002.

- KAYACAN, M. C. et al. An optimised process planning system for rotational

parts.Computer in Industry, v.32, p. 181-195, 1996.

- KOSTER, W. P. Machining. Advanced Material & Processes, v. 137,n.1, p.67-77, jan.1990.

- LEÃO, M. Delphi 6 & kylix: curso completo. Borland : Axcel Books, 1427p, 2001.

- LEE, X. CFACA: cComponent framework for feature-based design and process planning.

Computer-Aided Design, v.32, p. 397-408, 2000.

- MAROPOULOS, P. G., HINDUJA, S. Automatic tool selection for finish turning.

Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers - Part B- Journal of Engineering

Manufacture, v.204, n.1, p.43-51, 1990.

- MAROPOULOS, P. G., GILL, P. A. T. Intelligent tool selection for machining cylindrical

components - Part 1: logic of the knowledge-based module. Proceedings of the Institution of

Mechanical Engineers - Part B- Journal of Engineering Manufacture, v.209, n.3, p.173-182,

1995.

- MASON, F. Usinando a seco ou quase a seco. Máquinas e metais, v.37, n.424, p 160-173,

maio 2001.

- MAZZOLANI, F. M. Aluminum alloy structures.2.ed. London: E & FN, 1995. 693p.

- BAYER, A. L.; BECHERER, B. A.; VASCO, T. High-speed tool steels. In: METALS HANDBOOK. Machining. 9.ed. Metals Park: ASM International, 1989.v.16, p. 51-97.

- ZIMMERMAN, C. et al. Machinability test methods. . In: METALS HANDBOOK. Machining. 9.ed. Metals Park: 1989.v.16, p. 638-732.

200

- MIRANDA, G. W A. Uma contribuição para aplicações em controle adaptativo otimizado

no torneamento. 1997. 100f. Dissertação (Mestrado) – Faculdade de Engenharia Mecânica,

Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 1997.

- MOREIRA, M.V. Estudo da usinagem da liga Ti-6Al-4V. 2002. 119f. Dissertação(Mestrado

em Engenharia de Materiais) – Departamento de Engenharia de Materiais, Faculdade de

Engenharia Química de Lorena, Lorena, 2002.

- Muršec, and Èuš, F. Integral model of selection of optimal cutting conditions from different

databases of tool makers. Journal of Materials Processing Technology, v.133, n.1-2, p. 158-

165, Feb. 2003.

- NOGUEIRA, J. L., E RIBEIRO, M. V., Gerenciador de ferramentas: um software de apoio

ao planejamento de processo. Máquinas e Metais, v.37, n.422, p.80-95, março 2001.

- NBR 6405: Rugosidade das Superfícies. Norma Brasileira Registrada, Brasil, 1988.

- NOVASKI, O., DÖRR, J. Usinagem quase a seco. Máquinas e Metais, v.35, n. 406, p.34-41,

nov. 1999.

- OLIVEIRA, C. H. P. SQL curso prático. Novatec, 2002, 272p.

- ORAL, A.; CAKIR, M. C. Automated cutting tool selection and cutting tool sequence

optimization for rotational parts. Robotics and Computer Integrated manufacturing, v.19, n.6

, p.1-5, dec. 2003.

- PARIS, H.; BRISSAUD, D. Modelling for process planning: the links between process

entities. Robotics and Computer Integrated Manufacturing, v.16, n.4, p.259-266, aug.2000.

- RAYMUNDO, E. A. Aplicação das técnicas digital de imagens para medição de

espaçamento de estrias de fadiga da liga de AL-7050. 141f. Dissertação (Mestrado em

201

Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, UNESP, Guaratinguetá,

2000.

- RIBEIRO, M.V. Otimização das condições de corte assistida por computador durante o

desenvolvimento do processo. 138f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Faculdade

de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, Campinas, 1999.

- YANG, S. New light Optical metallographic techinique for revealing grain structures of

common 2000, 5000, and 7000 series aluminum alloy. Materials Characterization, v.38,

1997, 165-175p.

- SALLES, J. L. C., et al., Rugosidade superficial em operações de torneamento. In:

CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA MECÂNICA, 16., 2001,Uberlândia-MG.

Anais do Congresso. Uberlândia-MG: Associação Brasileira de Ciências Mecânicas-ABCM,

p. 316-322.

- SANDVIK COROMANT. Produtos para usinagem: ferramentas para torneamento:

Catálogo de Ferramentas para Torneamento. abril 2000. A246p. Sandvik do Brasil SA

- SCHNEIDER JR, G. Cutting tool applications. Ed. Nelson Publishing, 2001.

- SETZER, V. W. Banco de dados. 3.ed. São Paulo: Editora Edgar Blücher ,1989. 289p.

- SCHULZ, H, A. Tecnologia no limiar do milênio. Máquinas e Metais, v.36, n. 415, p.138-

156, Agosto 2000.

- SIEMERS, C., MUKHERJI, D., BÄKER, M., RÖSLER, J. Deformation and microstructure

of titanium chips and workpiece. Z. Metallkd , March 2001.

- SPRING, K., INOUÉ, S. Video microscopy the fundamentals. 2nd. ed. New York: Plenum

Press, 1997.

202

- SPUR., G.; SPECHT, D. Knowledge engineering in manufacturing. Robotics & Computer-

Integrated Manufacturing, V.9, n.4-5, p.303-309, 1992.

- SURESH, P. V. S.; VENKATESWARA, R. P.; DESHMULKH, S. G. A genetic

algorithmic Approach for optimization of surface roughness prediction model. International

Journal of Machine Tools & Manufacture, v.42, p. 675-680, 2002.

- TANAKA, F.; KISHINAMI, T. Geometrical characteristics of machined shape for computer

aided operation planning. Journal of Materials Processing Technology, v.76, p.109-114,

1998.

- TANI G. Gerenciamento de ferramentas em sistemas de manufatura equipados com

máquinas CNC. Máquinas e Metais, v.32, n.383, p.46-57, dez. 1997.

- TAY, F. E. H. et al. Topography of the flank wear surface. Journal of Materials Processing

Technology, v.120, n.1-3, p. 243-248, jan. 2002.

- VILELLA, R.C. Metodologia prática visando a otimização das condições de usinagem em

células de fabricação.1988. 105f. Dissertação (Mestrado) – Faculdade de Engenharia

Mecânica, Universidade Estadual de Campinas- UNICAMP, 1988.

- XIE, F. et al. A Study of microstructure and microsegregation of aluminum 7050 alloy.

Material Science and Engineeringe A, p.1-10, 2003.

- ZHANG, J. H.; HINDUJA, S. Determination of the optimum tool set for a given bath of

turned components. Annals of the CIRP, v. 44, n. 1, p. 445-450, 1995.

- WANG. J.; KURYAGAWA, T.; WEI, X. P.; GUO, D. M. Optimization of cutting for single

pass turning operations using a deterministic approach. International Journal of Machine

Tools & Manufacture, v.42, p.1023-1033, 2002.

203

Anexo A

A ferramenta de programação utilizada para o auxílio do desenvolvimento desse

trabalho o Delphi 6.0. Esse programa, tem como a linguagem de programação uma

variação do Borland Pascal 7.0, denominada Object Pascal. Uma característica interessante

no Delnphi, é que o acompanha desde a primeira versão, ele é quase todo construído com o

próprio Delphi, ou seja, é utilizado a mesma linguagem da sua programção.

Projetado pela Borland, ele hoje se encontra na sua versão “8” e, sem dúvidas, ele

será o “programa mais utilizado para fazer programas no mundo”. Na parte de aplicações

com banco de dados o Delphi pode ser considerado imbatível. Nele, pode-se utilizar

manipuladores de banco de dados como, o SQL e Interbase.

A sua biblioteca, VCL, principal possuí mais de 300 componentes e são todas

personalizáveis. O Delphi, também possuí ferramentas para desenvolvimento na Internet

(BizSnap, WebSnap, DataSnap e InternetExpress), utilizadas para suporte, como por

exemplo, XML, XSL, SOAP, HTML e WSDL. Também possuí o Active Server Object

Wizard para desenvolvimento ASP. Essas são algumas das novidades e vantagens do

Delphi frente aos outros programas.

Uma das grandes novidades do Delphi 6 é a biblioteca CLX (Component Library for

Cross-Platform), que permite o desenvolvimento de aplicações compatíveis com o Kylix, à

ferramenta de desenvolvimento RAD da Borland para Linux. Com esse recurso é possível a

produção de aplicativos para ambas plataformas(Windows e Linux) com um ganho enorme

de produtividade e economia de tempo.

Foram acrescentados também novos componentes, em especial, o dbExpress que

permite o acesso à base de dados SQL (como o famoso MySQL) sem o uso do BDE.

Há três tipos de distribuição do Delphi 6:

- Personal: não tem suporte à programação de banco de dados ou característica mais

avançadas das outras versões.

- Professional: permitem o desenvolvimento de aplicações de banco de dados local ou

remoto, servidores “Web” e suporte aos controles visuais presentes no Windows

Me/2000.

204

- Enterprise: contém todas as características da versão Professional, mais o suporte ao

desenvolvimento de aplicações de e-business, entre outras qualidades.

O Delphi, possui ferramentas para criações de aplicações, sendo que para criação de

banco de dados existe uma grande variedade de linguagens. A VCL do Delphi é a mais

vasta na sua categoria. Nele é possível fazer com que os programas trabalhem com varias

partes do processador. Por tudo isso, ele provou ser a melhor opção no desenvolvimento

dos sistemas propostos.

Para a criação do banco de dados é possível utilizar pacotes de programas vinculados

ao próprio programa, como por exemplo: Paradox (linguagem do próprio Delphi), Visual

dBase, dBase, FoxPro, MsAccess, SyBase, Oracle, MSSQL, Informix, DB2 e IntrBase.

Uma aplicação em Delphi é construída em torno de formulários que, por sua vez,

podem conter diversos componentes, responsáveis pela interface com o usuário final.

Esses componentes podem ser objetos gráficos visíveis (como um botão, uma caixa

de lista, um menu, etc) que fazem parte da interface com o usuário da aplicação, ou

invisíveis (como temporizador, controle de acesso à base de dados, etc). Todo componente

Delphi deve possuir propriedade e eventos.

Por meio da figura A.1, pode-se ter a visão do ambiente de trabalho do programa.

Esse ambiente apresenta-se com formulário “form”, onde são desenvolvidos todas as

programações com os respectivos objetos a serem selecionados nesse formulário. Cada

objeto selecionado, possui suas propriedades e eventos a serem trabalhados.

205

Figura A.1. Tela principal de programação “form” do Delphi

Cada formulário criado em Delphi é formado por dois arquivos que trabalham juntos:

um arquivo com a definição da aparência do formulário, e dos objetos inseridos nele,

gravados com a extensão .DFM; e um arquivo de unidade de código com o mesmo nome do

formulário nas com extensão.PAS. Essa unidade contém gerenciadores de eventos,

quaisquer, procedimento e funções necessárias à execução das tarefas a que o aplicativo se

destina.

Através da figura A.2, pode-se também ter a visão de onde são feitas as

programações dos respectivos objetos selecionados para a montagem dos sistemas

propostos.

206

Figura A.2. Tela aonde se faz a programação no Delphi 6.0

Além dos gerenciadores de eventos, podemos também ter outras rotinas que dão

apoio a todo o restante do aplicativo. Essas rotinas dividem-se em dois grupos:

- Function (função): Pode receber um ou mais parâmetros e devolver à rotina chamadora

um valor, que pode ser utilizado em qualquer expressão numérica ou caractere.

- Procedure (procedimento): este tipo de rotina pode receber opcionalmente um ou mais

parâmetros, mas não pode retornar valor à rotina chamadora.