UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO DIRETORIA DE CIÊNCIAS … · expressar o amor, orgulho, admiração e a gratidão que sinto por vocês. À minha irmã Priscila Aparecida Pacheco Fortunato,

UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO DIRETORIA DE CIÊNCIAS EXATAS

PROGRAMA DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

MEDIÇÃO DO DESGASTE DE BROCAS HELICOIDAIS DE AÇO RÁPIDO POR MEIO DO USO DE UM

DISPOSITIVO A LASER

FERNANDO APARECIDO PACHECO DA SILVA FORTUNATO

SÃO PAULO

2012

FERNANDO APARECIDO PACHECO DA SILVA FORTUNATO

MEDIÇÃO DO DESGASTE DE BROCAS HELICOIDAIS DE AÇO RÁPIDO POR MEIO DO USO DE UM

DISPOSITIVO A LASER

Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado em Engenharia de Produção, da Universidade Nove de Julho – UNINOVE, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Produção.

ORIENTADOR: PROF. DR. ELESANDRO ANTONIO BAPTISTA

CO-ORIENTADOR: PROF. DR. NIVALDO LEMOS COPPINI

SÃO PAULO

2012

Fortunato, Fernando Aparecido Pacheco da Silva. Medição do desgaste de brochas helicoidais de aço rápido por meio do uso de um dispositivo a LASER. . / Fernando Aparecido Pacheco da Silva Fortunato. 2012. 142 f. Dissertação (mestrado) – Universidade Nove de Julho - UNINOVE, São Paulo, 2012. Orientador (a): Prof. Dr. Elesandro Antonio Baptista.

1. Brocas. 2. Aço rápido. 3. Laser. 4. Desgaste. I. Baptista, Elesandro Antonio.

CDU 624

I

II

Dedico este trabalho aos meus

amados pais, Valdir e Irma; e a

minha querida irmã Priscila.

III

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeço a Deus por minha vida. Obrigado Senhor por me conduzir a mais uma grande vitória; a conclusão do curso de mestrado.

Aos meus Pais Valdir Fortunato e Irma Pacheco da Silva Fortunato, os melhores pais que um filho poderia ter. Não tenho palavras para expressar o amor, orgulho, admiração e a gratidão que sinto por vocês.

À minha irmã Priscila Aparecida Pacheco Fortunato, pelo amor, apoio incondicional, amizade, e encorajamento em todos os momentos da minha vida.

Aos meus padrinhos Angela Pacheco Caetano e José Maria Caetano, por serem pessoas maravilhosas e estarem sempre presentes na minha vida.

Ao meu orientador e amigo, Professor Dr. Elesandro Antonio Baptista; a quem agradeço pelos ensinamentos, companheirismo, dedicação e a valiosa orientação.

Ao Co-orientador deste trabalho, o Professor Dr. Nivaldo Lemos Coppini; agradeço pela amizade, confiança, sabedoria e experiência, que foram muito importantes para o desenvolvimento deste trabalho.

Ao Professor Dr. Milton Vieira Junior, pela amizade, incentivo e todo auxílio fornecido durante o curso.

Ao Professor Dr. Marcos Valério Ribeiro, por sua presença na banca examinadora.

Aos Engenheiros Pedro Cabrera Junior e Ivan Correr, pela atenção, companheirismo e constante suporte durante os ensaios de furação.

À empresa GEOTECNO, por disponibilizar seus equipamentos e espaço físico para execução dos ensaios de furação.

À Universidade Nove de Julho, pela bolsa de estudos integral.

IV

“Tenha coragem vá em frente. Determinação, coragem e

autoconfiança são fatores decisivos para o sucesso. Não importam

quais sejam os obstáculos e as dificuldades. Se estamos possuídos

de uma inabalável determinação, conseguiremos superá-los.

Independentemente das circunstâncias, devemos ser sempre

humildes, recatados e despidos de orgulho”.

Tenzin Gyatso – 14º Dalai Lama

V

RESUMO

Este trabalho demonstra como o desgaste das brocas helicoidais de aço

rápido, pode ser medido por meio da utilização de um dispositivo LASER (Light

Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Foram realizados ensaios

de furação em corpos de prova fabricados com aço 4340, utilizando brocas

com diâmetro de 10 mm. A máquina utilizada nos ensaios foi um centro de

usinagem CNC (Comando Numérico Computadorizado), munido de um

Toolsetter a LASER. A medição ocorreu após a execução de um ou mais furos;

a broca que estava em regime de rotação é paralisada, em seguida, o eixo

principal onde a ferramenta foi fixada, se movimenta até o dispositivo

responsável pela medição, interrompendo parcialmente a emissão do feixe de

LASER. À distância gerada pela interrupção da broca foi convertida pelo

sistema eletrônico do Toolsetter, para valores numéricos reais. Os dados

gerados nos ensaios foram coletados por um software de captura de

informações instalado em um notebook, que foi conectado via cabo USB ao

Toolsetter. As informações foram tratadas, para permitir a geração de gráficos

das variações dimensionais da ferramenta. As brocas utilizadas nos ensaios

foram fotografadas, e medidas com auxílio de um software CAD (Computer

Aided Design), para evidenciar a existência de variações dimensionais na

ferramenta. Por meio dos dados estudados nesta pesquisa, conclui-se que a

utilização de um dispositivo a LASER, é eficaz na medição de desgaste e

demais variações dimensionais, presentes nas brocas helicoidais de aço

rápido, após as operações de furação.

PALAVRAS-CHAVE: brocas; aço rápido; LASER; desgaste; Toolsetter.

VI

ABSTRACT

This work shows how the wear of high speed steel twist drill bits, can be

measured through the use of a LASER (Light Amplification by Stimulated

Emission of Radiation). Drilling tests were carried out on specimens made from

4340 steel, using drills with diameter of 10 mm. The machine used in the tests

was a CNC (Computer Numerical Control) machining centre, fitted with a

LASER Toolsetter. The measurement took place after the execution of one or

more holes; the bit that was in rotation scheme is paralyzed, then the main axis

where the tool was fixed, moves up the device responsible for measurement,

partially interrupting the emission of the LASER beam. Distance learning

generated by the interruption of the drill was converted by the electronic system,

Toolsetter for numeric values. The data generated in trials were collected by

information capture software installed on a notebook, which was connected via

USB cable to Toolsetter. The information was handled, to allow the generation

of graphs of dimensional variations of the tool. The drills used in the trials were

photographed, and measures with the aid of a software Computer Aided Design

(CAD), to highlight the existence of dimensional variations in the tool. Through

this research, data studied concludes that the use of a LASER device is

effective in the measurement of wear and other dimensional variations, present

in high speed steel twist drills, after drilling operations.

KEYWORDS: drills; high speed steel; LASER; wear; Toolsetter.

SUMÁRIO

RESUMO .............................................................................................................. V

ABSTRACT .......................................................................................................... VI LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... IX

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ...................................................................... XII LISTA DE GRÁFICOS ............................................................................................ XV

LISTA DE EQUAÇÕES ......................................................................................... XVII 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 1 1.1. JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 2 1.2. OBJETIVOS ........................................................................................................... 3 1.2.1. OBJETIVO GERAL ....................................................................................................... 3 1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................ 3 1.3. ESTRUTURA DO TRABALHO .................................................................................... 3

2. LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO ................................................................. 5 2.1. A OPERAÇÃO DE FURAÇÃO .................................................................................... 5 2.1.1. MOVIMENTOS DA OPERAÇÃO DE FURAÇÃO .................................................................. 7 2.1.2. BROCAS HELICOIDAIS DE AÇO RÁPIDO ......................................................................... 9 2.1.3. PARÂMETROS DE FURAÇÃO ...................................................................................... 13 2.1.4. FLUÍDOS DE CORTE E A OPERAÇÃO DE FURAÇÃO ....................................................... 20 2.1.5. DEFEITOS GERADOS NOS FUROS .............................................................................. 22 2.1.6. TIPOS DE DESGASTE EM BROCAS HELICOIDAIS ........................................................... 25 2.1.7. QUANTIFICANDO O DESGASTE DAS BROCAS HELICOIDAIS ............................................ 29 2.1.8. COMO O DESGASTE DAS BROCAS HELICOIDAIS PODE SER AVALIADO?.......................... 30 2.1.9. CRITÉRIOS DE FINAL DE VIDA DAS BROCAS ................................................................ 36 2.1.10. ESTIMANDO A VIDA ÚTIL DAS BROCAS ........................................................................ 39 2.2. MEDIÇÃO DE DESGASTE DAS FERRAMENTAS DE CORTE EM MÁQUINAS CNC .......... 41 2.2.1. MEDIÇÃO DE DESGASTE MANUAL NA PRÓPRIA MÁQUINA ............................................. 42 2.2.2. MEDIÇÃO DE DESGASTE COM DISPOSITIVOS DENTRO DA MÁQUINA .............................. 44 2.2.3. MEDIÇÃO DE DESGASTE POR MEIO DE MÁQUINAS INDEPENDENTES ............................. 48

3. METODOLOGIA ........................................................................................ 51 3.1. CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA .............................................................................. 51 3.2. ETAPAS DA PESQUISA.......................................................................................... 51 3.3. DETALHES SOBRE O ENSAIO DE FURAÇÃO ............................................................ 53 3.4. PREPARAÇÃO DA MÁQUINA PARA O ENSAIO DE FURAÇÃO ...................................... 57 3.5. PRÉ-TESTE ......................................................................................................... 58 3.6. ENSAIOS DE FURAÇÃO ......................................................................................... 59 3.7. TRATAMENTO DOS DADOS COLETADOS ................................................................ 61 3.8. MÉTODO UTILIZADO NA OBTENÇÃO DE IMAGENS DAS BROCAS ............................... 63 3.9. PROCEDIMENTO EMPREGADO NA MEDIÇÃO DE IMAGENS ....................................... 65

4. RESULTADOS .......................................................................................... 69 4.1. ACERTO DOS PARÂMETROS ................................................................................. 69 4.2. RESULTADOS COM NOVOS PARÂMETROS DE USINAGEM ........................................ 71

5. CONCLUSÕES .......................................................................................... 94

VIII

5.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................................. 95

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 96 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ............................................................................. 119 APÊNDICE ........................................................................................................ 120

IX

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – COMBINAÇÃO DOS MOVIMENTOS DE ROTAÇÃO E AVANÇO DURANTE A FURAÇÃO (ADAPTADO DE KOLE ET AL., 1997). ........................................................ 7

FIGURA 2 – MOVIMENTOS NA FURAÇÃO (DINIZ ET AL., 2005).......................................... 8 FIGURA 3 – PARTES DE UMA BROCA HELICOIDAL (DINIZ ET AL., 2005). ......................... 10 FIGURA 4 – DESENHO DE UMA BROCA HELICOIDAL COM HASTE CILÍNDRICA (DINIZ ET AL.,

2005). ...................................................................................................................... 11 FIGURA 5 – ÂNGULO DE PONTA DA BROCA (KOLE ET AL., 1997). ................................... 11 FIGURA 6 – ÂNGULO DE HÉLICE DA BROCA (KOLE ET AL., 1997). .................................. 12 FIGURA 7 – TRÊS CLASSIFICAÇÕES DOS ÂNGULOS DE HÉLICE; SEUS RESPECTIVOS ÂNGULOS

DE PONTA E AS APLICAÇÕES (BRAGA ET AL., 1999). .............................................. 12 FIGURA 8 – ÂNGULO LATERAL DE FOLGA DA BROCA (KOLE ET AL., 1997). .................... 13 FIGURA 9 – TRECHO DE UM QUADRO UTILIZADO PARA OBTER AS ROTAÇÕES EM RPM DAS

BROCAS HELICOIDAIS DE AÇO RÁPIDO (ADAPTADO DE WALKER, 2004, TRADUÇÃO DO AUTOR). .............................................................................................................. 14

FIGURA 10 – TRECHO DE UM QUADRO ONDE É POSSÍVEL ENCONTRAR O VALOR DA VELOCIDADE DE CORTE, PARA BROCAS FABRICADAS EM AÇO RÁPIDO, EM FUNÇÃO DO TIPO DE MATERIAL QUE SERÁ USINADO (KOLE ET AL., 1997). ................................ 15

FIGURA 11 – TRECHO DE UM QUADRO, ONDE É POSSÍVEL ENCONTRAR O VALOR DO PERCURSO DE AVANÇO DAS BROCAS HELICOIDAIS POR ROTAÇÃO, EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO DA BROCA (ADAPTADO DE CNC MANIA, 2009). .................................. 16

FIGURA 12 – FORÇAS ATUANTES NAS BROCAS HELICOIDAIS (KONIG; KLOCKE, 1997 APUD PAIVA JUNIOR, 2007). ................................................................................ 17

FIGURA 13 – CONSTANTES EMPÍRICAS PARA O CÁLCULO DO MOMENTO TORSOR (DINIZ ET AL., 2005). ............................................................................................................... 19

FIGURA 14 – APLICAÇÃO DO FLUÍDO DE CORTE POR MEIO DE SISTEMAS HIDRÁULICOS (ADAPTADO DE KOLE ET AL., 1997). ...................................................................... 21

FIGURA 15 – ALMOTOLIAS (CIMM, 2009). ..................................................................... 22 FIGURA 16 – DEFEITOS MAIS COMUNS NOS FUROS (SCHROETER ET AL., 2004). ........... 23 FIGURA 17 – RUGOSÍMETRO MEDINDO A RUGOSIDADE DE UM FURO (COSTA ET AL.,

2007). ...................................................................................................................... 24 FIGURA 18 – DESGASTE FRONTAL (ADAPTADO DE SANDVIK COROMANT, 2006). .... 25 FIGURA 19 – DESGASTE DE CRATERA (ADAPTADO DE SANDVIK COROMANT, 2006).

................................................................................................................................ 26 FIGURA 20 – DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DA ARESTA DE CORTE (ADAPTADO DE SANDVIK

COROMANT, 2006). ............................................................................................. 26 FIGURA 21 – LASCAMENTO DA BROCA (ADAPTADO DE SANDVIK COROMANT, 2006).

................................................................................................................................ 26 FIGURA 22 – TRINCAS NO CORPO DA BROCA (ADAPTADO DE SANDVIK COROMANT,

2006). ...................................................................................................................... 27 FIGURA 23 – QUEBRA DA BROCA (SANDVIK COROMANT, 2006). ............................. 27 FIGURA 24 – BROCA COM ARESTAS POSTIÇAS DE CORTE (ADAPTADO DE SANDVIK

COROMANT, 2006). ............................................................................................. 28 FIGURA 25 – LOCAIS ONDE SÃO REALIZADAS AS MEDIÇÕES DA BROCA HELICOIDAL

(ADAPTADO DE KANAI ET AL., 1979 APUD MATTES, 2009). ................................ 29

X

FIGURA 26 – PAQUÍMETRO (A), MICROMETRO EXTERNO (B) E GONIÔMETRO (C) (ADAPTADO DE MITUTOYO, 2009). ...................................................................... 31

FIGURA 27 – LUPA COM RETÍCULO (HOLTERMANN, 2011). ........................................ 31 FIGURA 28 – MICROSCÓPIO DE MEDIÇÃO (MITUTOYO, 2009). ..................................... 32 FIGURA 29 – EXTREMIDADE DE CORTE DE UMA BROCA ANALISADA POR MEIO DA ANÁLISE

DE IMAGEM (PEREIRA, 2010). ............................................................................... 33 FIGURA 30 – MICROSCÓPIO ÓPTICO COM CAPTURA ELETRÔNICA DE IMAGEM (RAM

OPTICAL, 2007). ................................................................................................... 33 FIGURA 31 – PROJETOR DE PERFIL (MITUTOYO, 2009). ................................................ 34 FIGURA 32 – MÁQUINA UNIVERSAL DE MEDIR (SECCO, 1995A). .................................... 35 FIGURA 33 – MÁQUINA DE MEDIR COORDENADAS TRIDIMENSIONAIS (MITUTOYO,

2009). ...................................................................................................................... 36 FIGURA 34 – FORMAS DE CAVACO: FITA (A); HELICOIDAL (B); ESPIRAL (C); LASCAS (D);

PEDAÇOS (E) (ADAPTADO DE FERRARESI, 1970). ................................................ 38 FIGURA 35 – RESULTADO DA SIMULAÇÃO DAS TEMPERATURAS DE USINAGEM EM UMA

BROCA POR MEIO DE ELEMENTOS FINITOS (LI; SHIH, 2007). ................................... 41 FIGURA 36 – MEDIÇÃO MANUAL DIRETA (VOLPATO ET AL., 2004). .............................. 43 FIGURA 37 – PRESETTING INTERNO POR CONTATO (VOLPATO ET AL., 2004). ............... 45 FIGURA 38 – O ESQUEMA DE MEDIÇÃO DE DESGASTE DE UMA FERRAMENTA, COM O

PRESETTING INTERNO SEM CONTATO (RENISHAW, 2003). .................................... 46 FIGURA 39 – MEDIÇÃO DE DESGASTE DE UMA BROCA COM O PRESETTING INTERNO SEM

CONTATO (RENISHAW, 2003). .............................................................................. 47 FIGURA 40 – PRESETTING EXTERNO DO TIPO MANUAL (BIDEFORD TOOL, 2011). ....... 49 FIGURA 41 – PRESETTING EXTERNO DO TIPO AUTOMÁTICO (ZAMEC, 2011). ................. 49 FIGURA 42 – CENTRO DE USINAGEM UTILIZADO NOS ENSAIOS DE FURAÇÃO (ADAPTADO DE

ROMI, 2005). .......................................................................................................... 54 FIGURA 43 – ESQUEMA ONDE É POSSÍVEL VISUALIZAR A MEDIÇÃO DA BROCA UTILIZANDO

O TOOLSETTER (ADAPTADO DE RENISHAW, 2003). .............................................. 55 FIGURA 44 – PONTOS MEDIDOS NA EXTREMIDADE DE CORTE DA BROCA HELICOIDAL

(ADAPTADO DE PAIVA JUNIOR, 2007). ................................................................ 56 FIGURA 45 – EXEMPLO DE VARIAÇÃO DIMENSIONAL NO PONTO “C5” DA BROCA, APÓS

ALGUMAS FURAÇÕES (ADAPTADO DE DINIZ ET AL., 2005). .................................... 57 FIGURA 46 – CORPO DE PROVA FIXADO NA MESA DA MÁQUINA. ...................................... 57 FIGURA 47 – A BROCA SE APROXIMANDO DO CORPO DE PROVA, PARA EXECUTAR O FURO.

................................................................................................................................ 60 FIGURA 48 – TOOLSETTER UTILIZADO NESTE TRABALHO. ................................................ 60 FIGURA 49 – CORPO DE PROVA APÓS O ENSAIO DE FURAÇÃO. .......................................... 61 FIGURA 50 – ARQUIVO DE TEXTO COM AS DIMENSÕES DA BROCA. ................................... 62 FIGURA 51 – EXEMPLO DE UMA PLANILHA COM OS DADOS DO ENSAIO DE FURAÇÃO. ...... 62 FIGURA 52 – CADA UMA DAS CINCO POSIÇÕES QUE FORAM FOTOGRAFADAS NAS BROCAS

HELICOIDAIS DE AÇO RÁPIDO. .................................................................................. 64 FIGURA 53 – DESENHO SIMPLIFICADO DO DISPOSITIVO EMPREGADO NA FIXAÇÃO DAS

BROCAS HELICOIDAIS PARA O REGISTRO DE IMAGENS. ............................................. 64 FIGURA 54 – DUAS LINHAS SOBRE A IMAGEM DA BROCA. ................................................ 66 FIGURA 55 – PONTO DE REFERENCIA SELECIONADO PARA A ESCALA. .............................. 66 FIGURA 56 – DOIS PONTOS QUE REPRESENTAM A DIMENSÃO CONHECIDA. ....................... 67 FIGURA 57 – RESULTADO DA MEDIÇÃO POR MEIO DO COMANDO DISTANCE. ................... 67

XI

FIGURA 58 – EXEMPLO DE DESGASTE VB NOS PONTOS “E1”; “E2”; “E3” E “E4” DA ARESTA DE CORTE ESQUERDA. ................................................................................. 68

FIGURA 59 – EXEMPLO DE DESGASTE VB NOS PONTOS “D6”; “D7”; “D8” E “D9” DA ARESTA DE CORTE DIREITA. ..................................................................................... 68

FIGURA 60 – QUADRO COM OS PARÂMETROS DE USINAGEM UTILIZADOS EM CADA BROCA, E O NÚMERO DE FUROS EXECUTADOS. ...................................................................... 69

FIGURA 61 – EXTREMIDADE DANIFICADA DA BROCA NÚMERO “1”. ................................. 69 FIGURA 62 – FOTOS DA BROCA NÚMERO “9” APÓS O ENSAIO DE FURAÇÃO. ..................... 73 FIGURA 63 – FOTO DA MEDIÇÃO DO DESGASTE VB NA BROCA NÚMERO “9”.................... 74 FIGURA 64 – FOTOS DA BROCA NÚMERO “10” APÓS O ENSAIO DE FURAÇÃO. ................... 77 FIGURA 65 – FOTO DA MEDIÇÃO DO DESGASTE VB NA BROCA NÚMERO “10”.................. 77 FIGURA 66 – FOTOS DA BROCA NÚMERO “11” APÓS O ENSAIO DE FURAÇÃO. ................... 80 FIGURA 67 – FOTO DA MEDIÇÃO DO DESGASTE VB NA BROCA NÚMERO “11”.................. 81 FIGURA 68 – FOTOS DA BROCA NÚMERO “12” APÓS O ENSAIO DE FURAÇÃO. ................... 83 FIGURA 69 – FOTO DA MEDIÇÃO DO DESGASTE VB NA BROCA NÚMERO “12”.................. 84 FIGURA 70 – FOTOS DA BROCA NÚMERO “13” APÓS O ENSAIO DE FURAÇÃO. ................... 86 FIGURA 71 – FOTO DA MEDIÇÃO DO DESGASTE VB NA BROCA NÚMERO “13”.................. 87 FIGURA 72 – FOTOS DA BROCA NÚMERO “14” APÓS O ENSAIO DE FURAÇÃO. ................... 89 FIGURA 73 – FOTO DA MEDIÇÃO DO DESGASTE VB NA BROCA NÚMERO “14”.................. 90 FIGURA 74 – FOTOS DA BROCA NÚMERO “13” APÓS O ENSAIO DE FURAÇÃO. ................... 92 FIGURA 75 – FOTO DA MEDIÇÃO DO DESGASTE VB NA BROCA NÚMERO “15”.................. 93

XII

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

C1 Constante empírica do material

CAD Computer Aided Design

CNC Comando Numérico Computadorizado

Cm Desgaste da aresta transversal em relação à largura

Ct Desgaste da aresta transversal em relação ao comprimento

d Diâmetro da broca [mm]

f Avanço de usinagem [mm/rot.]

Fc Força de corte [N]

Ff Força de avanço [N]

Fp Força passiva [N/mm2]

K Constante da Equação de Vida de Taylor

kc Força específica de corte [N/mm2]

kf Força específica de avanço [N/mm2]

kw Desgaste de cratera

LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

min. Minuto

Mt Momento torsor [kgf.mm]

Mw Desgaste na guia lateral

nm Nanômetro

XIII

nr Rotação da broca [rpm]

Pm Lascamento da aresta em relação à largura

Pt Lascamento da aresta em relação ao comprimento

R3z Rugosidade média do terceiro pico e vale

Ra Rugosidade média

RPM Rotações por minuto

Ry Rugosidade máxima

Rt Rugosidade total

Rz Rugosidade de profundidade média

STP Sistema Toyota de Produção

T Vida da ferramenta [min.]

T1 Vida da aresta da primeira ferramenta [min.]

TC1 Tempo efetivo de corte para a primeira velocidade de corte

[min.]

T2 Vida da aresta da segunda ferramenta [min.]

USB Universal Serial Bus

VB Desgaste médio do flanco

VBmax Desgaste máximo do flanco

Vc Velocidade de corte [m/min.]

vc Movimento de corte

VC1 Vida da aresta da primeira ferramenta [m/min.]

XIV

VC2 Vida da aresta da segunda ferramenta [m/min.]

Vf Velocidade de avanço [mm/min.]

vf Movimento de avanço

ve Movimento efetivo de corte

w Desgaste na quina da broca

x Coeficiente da Equação de Vida de Taylor

x1 Constante empírica do material

y2 Constante empírica do material

° Grau

‘ Minuto

α Ângulo lateral de folga [grau]

γ Ângulo de hélice [grau]

η Direção efetiva

π Constante (PI)

σ Ângulo de ponta [grau]

φ Ângulo de avanço [grau]

Ø Diâmetro

XV

LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS DA BROCA NÚMERO “9” APÓS O TRIGÉSIMO QUINTO FURO. .......................................................................................................... 71

GRÁFICO 2 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NAS POSIÇÕES “E1” E “D9” DA BROCA NÚMERO “9”. .......................................................................................................................... 72




GRÁFICO 6 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NA POSIÇÃO “5” DA BROCA NÚMERO “9”. ........ 73 GRÁFICO 7 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS DA BROCA NÚMERO “10” APÓS O CENTÉSIMO

SÉTIMO FURO. .......................................................................................................... 75 GRÁFICO 8 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NAS POSIÇÕES “E1” E “D9” DA BROCA NÚMERO

“10”. ........................................................................................................................ 75 GRÁFICO 9 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NAS POSIÇÕES “E2” E “D8” DA BROCA NÚMERO



“10”. ........................................................................................................................ 76 GRÁFICO 12 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NA POSIÇÃO “5” DA BROCA NÚMERO “10”. .... 76 GRÁFICO 13 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS DA BROCA NÚMERO “11” APÓS O QUARTO FURO.

................................................................................................................................ 78 GRÁFICO 14 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NAS POSIÇÕES “E1” E “D9” DA BROCA NÚMERO




“11”. ........................................................................................................................ 79 GRÁFICO 18 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NA POSIÇÃO “5” DA BROCA NÚMERO “11”. .... 80 GRÁFICO 19 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS DA BROCA NÚMERO “12” APÓS O DÉCIMO FURO.





“12”. ........................................................................................................................ 83 GRÁFICO 24 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NA POSIÇÃO “5” DA BROCA NÚMERO “12”. .... 83

XVI

GRÁFICO 25 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS DA BROCA NÚMERO “13” APÓS O QUARTO FURO. ................................................................................................................................ 84

GRÁFICO 26 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NAS POSIÇÕES “E1” E “D9” DA BROCA NÚMERO “13”. ........................................................................................................................ 85




GRÁFICO 30 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NA POSIÇÃO “5” DA BROCA NÚMERO “13”. .... 86 GRÁFICO 31 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS DA BROCA NÚMERO “14” APÓS O DÉCIMO

SEGUNDO FURO. ....................................................................................................... 87 GRÁFICO 32 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NAS POSIÇÕES “E1” E “D9” DA BROCA NÚMERO




“14”. ........................................................................................................................ 89 GRÁFICO 36 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NA POSIÇÃO “5” DA BROCA NÚMERO “14”. .... 89 GRÁFICO 37 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS DA BROCA NÚMERO “15” APÓS O QUINTO FURO.





“15”. ........................................................................................................................ 92 GRÁFICO 42 – VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NA POSIÇÃO “5” DA BROCA NÚMERO “15”. .... 92

XVII

LISTA DE EQUAÇÕES

(1) VELOCIDADE DE CORTE ........................................................................................... 14 (2) ROTAÇÃO DA BROCA POR MINUTO ........................................................................... 15 (3) VELOCIDADE DE AVANÇO ........................................................................................ 16 (4) FORÇA DE CORTE NAS ARESTAS CORTANTES ............................................................ 18 (5) FORÇA DE AVANÇO .................................................................................................. 18 (6) MOMENTO TORSOR .................................................................................................. 18 (7) EQUAÇÃO DE VIDA DE TAYLOR ................................................................................ 39 (8) COEFICIENTE DA EQUAÇÃO DE VIDA DE TAYLOR ..................................................... 40 (9) CONSTANTE DA EQUAÇÃO DE VIDA DE TAYLOR ....................................................... 40

1

1. INTRODUÇÃO

O processo de usinagem tem sido amplamente utilizado desde a revolução

industrial (ERTUNC et al., 2001). Este processo é composto por diversas

operações que, visam conceder à peça dimensões e geometria controlada por

meio da remoção de cavacos (FERRARESI, 1970). Neste contexto, a furação é

uma das operações mais utilizadas, afinal, a maioria dos componentes

produzidos na indústria, é dotado de pelo menos um furo (CHEN; LIAO, 2003;

DINIZ et al., 2005; MY et al., 2005).

Para realizar as operações de furação, são empregadas ferramentas

multicortantes conhecidas como brocas (FERRARESI, 1970). Existem diversos

tipos de brocas, portanto, estas ferramentas são fabricadas com materiais,

dimensões e geometrias distintas (NAYEBI; VAGHEFPOUR, 2008).

As brocas são fixadas em furadeiras ou demais máquinas ferramentas, deste

modo, a operação de furação ocorre por meio da combinação dos movimentos

de avanço e rotação da peça ou broca (KOLE et al., 1997). A extremidade da

broca com arestas de corte penetra a superfície peça, removendo cavacos e

produzindo um furo cilíndrico (WALKER, 2004).

No instante do corte, isto é, quando os cavacos são removidos da peça, o local

de usinagem alcança altas temperaturas, isto ocorre devido ao atrito entre a

broca e a peça (OKASHA et al., 2010). O atrito combinado às altas

temperaturas de trabalho danificam gradativamente, as arestas de corte das

brocas, desta forma, a vida útil destas ferramentas é comprometida

negativamente (JURKO; BRYCHTA, 2008; SHARMAN et al., 2008). Exigindo

que a broca seja substituída ou reafiada (DARVISH et al., 2009).

Um problema encontrado nas empresas de usinagem é identificar o momento

adequado para substituir as brocas, a fim de evitar a troca prematura da

ferramenta (DAVIM; BAPTISTA, 2001).

2

Existem critérios para avaliar o momento ideal da substituição e/ou reafiação

das ferramentas, são os chamados critérios de final de vida das brocas

(DAVIM; BAPTISTA, 2001). Infelizmente, estes critérios não são

implementados ou utilizados de forma adequada no chão-de-fábrica,

ocasionando a troca prematura ou tardia da broca; comprometendo a qualidade

do produto e aumentando os custos de produção (MOSHAT et al., 2010;

OLIVEIRA; SILVA JUNIOR, 2010; SOUZA, 2004).

1.1. JUSTIFICATIVA

A furação por meio de usinagem é uma das principais formas utilizadas para,

executar furos em uma superfície (JAAKO; VARIS, 2006). Embora a furação

seja muito utilizada, existe uma carência sobre estudos no assunto

(HAVAJNEH et al., 2011). As brocas são consideradas um elemento chave

nesta operação, afinal, o rendimento destas ferramentas, gera um impacto

direto sobre os custos de fabricação (LI; SHIH, 2007; ZHANG et al., 2000).

Existem diversos tipos de brocas, porém, cada tipo de ferramenta possui

características distintas (KUDLA, 2005). Um dos tipos de brocas mais utilizadas

nas empresas que atuam com usinagem, são as brocas helicoidais de aço

rápido (KO et al., 2003). Segundo Diniz et al. (2006, p. 184) “[...] no Brasil, mais

da metade das operações de furação ainda são realizadas com brocas

helicoidais de aço rápido [...]”.

Em um mercado cada vez mais competitivo, as empresas têm a necessidade

de reduzir seus custos de produção, sem comprometer a qualidade do produto

(JAHARAH et al., 2009; JANTUNEM, 2002). Esta meta é possível com a

otimização do sistema produtivo (JURKO et al., 2011).

Os avanços tecnológicos em diversas áreas do conhecimento, permitiram a

aplicação de novos recursos no chão-de-fábrica; neste contexto está a

amplificação da luz por emissão estimulada de radiação, também conhecida

pela sigla LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation),

muito utilizado em diversas aplicações industriais (CASAVOLA et al., 2009). O

3

LASER é essencial para o funcionamento do presetting interno sem contato,

que também é conhecido pelo nome de Toolsetter (FARDIN et al., 2010). Este

equipamento pode ser acoplado em diversas máquinas ferramenta,

especialmente nas do tipo CNC (Comando Numérico Computadorizado), para

detectar eventuais danos às ferramentas de usinagem (RENISHAW, 2003).

Observando as funcionalidades do sistema Toolsetter, foi levantada uma nova

hipótese; a de analisar o desgaste das brocas de aço rápido. Observando a

relevância do assunto apresentado, para as empresas que atuam com a

usinagem, o presente trabalho visa contribuir com uma pesquisa experimental,

para verificar a eficácia do sistema Toolsetter, na medição do desgaste das

brocas helicoidais de aço rápido.

1.2. OBJETIVOS

Os objetivos deste trabalho estão divididos em dois grupos: “objetivo geral”; e

“objetivos específicos”. Na sequencia, cada um destes será apresentado.

1.2.1. OBJETIVO GERAL

Avaliar o desgaste das brocas helicoidais de aço rápido, por meio de um

dispositivo a LASER (Toolsetter).

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Os objetivos específicos são:

• medir o desgaste das brocas por meio do Toolsetter;

• medir o desgaste das brocas de aço rápido, utilizando um

software de desenho assistido por computador (CAD - Computer

Aided Design).

1.3. ESTRUTURA DO TRABALHO

O presente trabalho está estruturado em 6 capítulos, estes são:

4

• capítulo I – Introdução, justificativa, objetivos e estrutura do

trabalho;

• capítulo II – Levantamento bibliográfico: apresenta o estado da

arte no tema, isto é, um referencial teórico que aborda, os

principais conceitos envolvendo as operações de furação, e sobre

a medição de desgaste das ferramentas em máquinas CNC;

• capítulo III – Metodologia: caracteriza o tipo de pesquisa

desenvolvida. Além de descrever como foram realizados: os

ensaios de furação; a coleta de dados; o tratamento dos dados; e

a analise de imagens;

• capítulo IV – Resultados: apresenta as variações dimensionais

das brocas; obtidas por meio de medições com o Toolsetter e

através da medição de imagens;

• capítulo V – Considerações finais e sugestões para trabalhos

futuros;

• referências bibliográficas – Material utilizado para embasar este

trabalho;

• referências consultadas – Normas técnicas e demais materiais,

que foram apenas consultados;

• apêndice – Informações suplementares.

5

2. LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO

O levantamento bibliográfico tem como objetivo, fornecer um maior

entendimento sobre o assunto pesquisado (GIL, 2002, 2010). Na sequencia,

será apresentado um referencial teórico delimitado; que aborda os principais

conceitos envolvendo a operação de furação, e sobre a medição de desgaste

das ferramentas multicortantes em máquinas CNC.

2.1. A OPERAÇÃO DE FURAÇÃO

A furação surgiu para facilitar a montagem entre os componentes, ou seja,

eram realizados furos na superfície das matérias-primas, para a posterior união

por meio de encaixes do tipo macho-fêmea (SINGH et al., 2009). Ferraresi

(1970, p. XXIX) define a operação de furação como um “[...] processo de

usinagem destinado à obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça,

com o auxílio de uma ferramenta multicortante [...]”.

A furação é uma das operações de usinagem mais antigas que existem

(WYATT; TRMAL, 2006). Os primeiros registros históricos da utilização da

furação demonstram que, a mais de 4000 anos os egípcios já utilizavam esta

operação em suas construções (BRAGA et al., 1999; ZHANG; WANG, 2010).

Desde então, houve uma evolução gradual da operação de furação; com o

passar dos anos, eventos como a revolução industrial e duas guerras mundiais

proporcionaram um avanço tecnológico em diversas áreas, consequentemente,

a utilização de furos ganhou inúmeras aplicações (GOLDACKER; OLIVEIRA,

2008).

A operação de furação é utilizada na fabricação de: conexões elétricas e

componentes eletrônicos (HINDS; TREANOR, 2000); semicondutores, barcos e

navios (JYWE; CHEN, 2006); móveis (DAVIM et al., 2007); equipamentos

hospitalares (TAYLOR et al., 2010); aviões (FARAS et al., 2009); automóveis

(FARID et al., 2011); e muitos outros.

6

A quantidade de furos utilizados é um fator surpreendente, por exemplo, para

fabricar um avião do tipo Airbus A350, são realizados cerca de 55000 furos

(FARAS et al., 2009).

Além de possibilitar a instalação por meio de encaixes, a furação é muito

utilizada na confecção de roscas tipo “fêmea”, onde, primeiro é necessário

realizar um furo, para que na sequencia seja executada a rosca (DURÃO et al.,

2010a).

A execução de furos também pode ser realizada por meio de outros processos,

por exemplo: estampagem; eletroerosão; corte a plasma; LASER; e outros.

Porem, algumas características como, o local onde executado o furo, os custos

e a espessura do material a ser furado, podem inviabilizar a utilização destes

processos (HUANG et al., 2009; HWANG et al., 2008).

Neste contexto, a usinagem de furos se demonstra um método versátil e

economicamente atraente, por isso, é amplamente utilizada em diversos

segmentos da indústria (RAHAMATHULLAH; SHUNMUGAM, 2011). Estima-se

que, cerca de 40% de todo material removido no processo de usinagem da

indústria automobilística; resulta das operações de furação (FARID et al.,

2011).

A ferramenta multicortante utilizada nas operações de furação é chamada de

“broca”. Basicamente, a furação resulta da combinação de movimentos entre, o

material a ser furado e a broca, estes movimentos são chamados de rotação e

avanço (LI; SHIH, 2007; ZEILMANN; WEINGAERTNER, 2007).

A aplicação dos movimentos de avanço e rotação varia de acordo com o tipo

de máquina utilizada, por exemplo, nas furadeiras, o material permanece

estático e recebe a penetração da broca em rotação. Com os tornos, ocorre o

inverso, ou seja, a peça sofre a rotação, e a broca realiza apenas o movimento

de penetração (KOLE et al., 1997).

O material removido da peça durante a usinagem é chamado de cavaco

(FERRARESI, 1970). Os cavacos possuem formas e dimensões distintas

(N

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al, mas,

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Z et al.,

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9

• movimento de recuo este movimento representa o recuo da

ferramenta após o corte, isto é, o instante em que a ferramenta

se afasta da peça.

Os movimentos de usinagem possuem direções. Segundo Ferraresi (1970, p.

3) “Devem-se distinguir a direção de corte, direção de avanço e direção efetiva

de corte”. Estas direções são instantâneas, e estão relacionadas às

velocidades e percursos da ferramenta de corte (DINIZ et al., 2005).

Na usinagem existem três tipos de velocidades: de corte; de avanço; e efetiva

de corte (DINIZ et al., 2005; FERRARESI, 1970):

• velocidade de corte é a velocidade tangencial que ocorre como

consequência da rotação da ferramenta, em relação à peça;

• velocidade de avanço é a velocidade da ferramenta no sentido

e direção de avanço;

• velocidade efetiva de corte é a velocidade da aresta cortante,

em relação a direção efetiva de corte.

Os percursos da ferramenta cortante referem-se aos percursos de corte,

avanço e efetivo de corte (FERRARESI, 1970):

• percurso de corte é a distância percorrida pela aresta de corte

da ferramenta na direção de corte;

• percurso de avanço é a distância percorrida pela ferramenta

na direção de avanço;

• percurso efetivo de corte é a distância percorrida pela

ferramenta na direção efetiva de corte.

2.1.2. BROCAS HELICOIDAIS DE AÇO RÁPIDO

As brocas são ferramentas multicortantes, desenvolvidas para a execução de

furos cilíndricos. Até 1863 as brocas eram formadas apenas por um corpo

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AL., 2005).

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2004). A F

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FIGURA 10

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, 1997). A

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TIPO DE MA

parâmetro

algumas m

te, por exe

onde o ava

alculada at

izada para

(KOLE et

dVc.8

da broca pde de corteda broca [m

da rotação,

cujos valo

orte, e div

A Figura 10

a velocida

tipo de ma

O DE UM QU

E, PARA BRO

ATERIAL QUE

o a ser con

máquinas

emplo, em

anço é re

ravés da E

a calcular

t al., 1997)

por minuto e [m/min];mm].

, a velocida

ores são o

versos tipo

0 ilustra o t

ade de co

aterial que

UADRO ONDE

OCAS FABR

UE SERÁ USIN

siderado n

o avanço

furadeiras

alizado de

Equação (3

a rotação

.

[rpm];

ade de co

resultado d

os de mat

trecho de

orte para

será usina

E É POSSÍVE

RICADAS EM

NADO (KOL

na operaçã

da ferram

s de banca

e forma au

3) (DINIZ e

da broca

rte também

de experiê

teriais (FE

um quadro

brocas fab

ado.

EL ENCONTR

AÇO RÁPIDO

LE ET AL., 1

ão de furaç

menta de

ada (KOLE

utomática,

et al., 2005

a por minu

m pode se

ências envo

ERRARESI

o onde é p

bricadas e

TRAR O VALO

O, EM FUNÇ

1997).

ção é o ava

corte é re

E et al., 199

a velocid

5).

15

uto, nas

(2)

r obtida

olvendo

I, 1970;

possível

em aço

OR DA

ÇÃO DO

anço de

ealizado

97). Em

dade de

V

O

(v

m

um

br

nfV rf ⋅=

OndVf =f = pnr =Vc =d =

Os valores

variável “f”

meio de tab

m quadro,

rocas helic

FIGURA 11

PERCURS

df

⋅⋅

=π

1000.

de: = velocidadpercurso d rotações d

= velocidaddiâmetro d

correspon

”) são forn

belas ou ca

, onde é

coidais por

1 – TRECHO

SO DE AVANÇ

DIÂMETRO

dVc

de de avane avanço dda broca pde de corteda broca [m

ndentes ao

necidos pe

atálogos (M

possível e

r rotação, e

O DE UM QUA

ÇO DAS BRO

O DA BROCA

ço [mm/mda broca ppor minuto e [m/min];mm].

o percurso

elos fabrica

MORAES,

encontrar

em função

UADRO, OND

OCAS HELIC

A (ADAPTAD

in]; por rotação[rpm];

o de avan

antes das

2009). A F

o valor do

do diâmet

DE É POSSÍV

COIDAIS POR

DO DE CNC

o [mm/rot];

ço das br

ferrament

Figura 11

o percurso

tro da broc

VEL ENCONT

R ROTAÇÃO,

MANIA, 20

rocas por

tas de co

exibe o tre

o de avan

ca.

TRAR O VALO

, EM FUNÇÃ

009).

16

(3)

rotação

rte, por

echo de

nço das

OR DO

O DO

O

in

al

al

A

es

at

20

pe

A

di

N

du

F

A

tra

m

ut

O cálculo

nformatizad

lguns cálcu

l., 2006).

combinaç

sforços (P

tuam nas o

007). Os d

elo excess

medição

inâmometr

a Figura 1

urante a fu

FIGURA 12 –

força pa

abalho (C

movimentos

tilizadas na

dos parâ

dos. Onde

ulos e forn

ção de m

ETRUCCI

operações

danos cata

so de força

de forças

ros ou por

12 é poss

uração.

– FORÇAS A

assiva (Fp)

CRUZ JUN

s de rotaçã

a furação b

âmetros d

o usuário

nece as no

ovimentos

; ZUCCAR

de furaçã

stróficos s

a durante a

durante a

meio de c

ível visual

ATUANTES N

APUD P

) é a forç

NIOR et

ão e avanç

brocas de

de corte

insere os

ovas condi

s entre a

RELLO, 19

o é import

sofridos pe

a usinagem

a operação

células de

lizar as fo

NAS BROCAS

PAIVA JUN

ça exercid

al., 2009

ço, esta fo

arestas sim

pode te

parâmetro

ições de tr

broca e a

998). Porta

ante (ALM

las brocas

m (HUANG

o de furaçã

carga (WI

rças atuan

S HELICOIDA

NIOR, 2007

da perpen

; FERRAR

orça é pra

métricas (S

r o auxi

os no siste

rabalho ao

a peça ge

anto, estim

MASI, 2009

s, normalm

, 2009).

ão ocorre

IERCIGRO

ntes nas b

AIS (KONIG

7).

dicularmen

RESI, 197

ticamente

SCHROET

lio de s

ema, que e

o usuário (

era uma s

mar as forç

9; PAIVA JU

mente são g

com o au

OCH et al.

brocas hel

G; KLOCKE

nte ao pl

70). Devid

nula quan

TER et al.,

17

istemas

executa

(CUS et

série de

ças que

UNIOR,

gerados

uxílio de

, 1998).

icoidais

E, 1997

ano de

do aos

ndo são

2004).

18

A força de corte nas arestas cortantes (Fc) pode ser estimada por meio da

Equação (4) (SCHROETER et al., 2004).

4dfkF cc⋅

⋅= (4)

Na qual: Fc = força de corte [N]; kc = força específica de corte [N/mm2]; f = percurso de avanço da broca por rotação [mm/rot]; d = diâmetro da broca [mm].

A força de avanço (ff) é a reação gerada entre a aresta de corte e direção de

avanço (FERRARESI, 1970). É interessante conhecer o valor desta força, para

verificar se o eixo principal vai suportar os esforços de usinagem. A Equação

(5) representa a força de avanço (SCHROETER et al., 2004).

22

.σdfkF ff

⋅⋅=

(5)

Onde: Ff = força de avanço [N]; kf = força específica de avanço [N/mm2]; f = percurso de avanço da broca por rotação [mm/rot]; d = diâmetro da broca [mm]; σ = ângulo de ponta da ferramenta [grau].

Nas operações de furação a broca é submetida à torsão (BORDIN et al., 2011).

Na usinagem, a torsão é gerada pela resistência de uma superfície ao corte

(FERRARESI, 1970). Durante a furação a torção é originada pelo: contato entre

a peça e as arestas de corte; o esmagamento do material; e o atrito gerado nas

paredes do furo. A Equação (6) demonstra a formula de Kronenberg, utilizada

para calcular o momento torsor (ALMEIDA, 2010; DINIZ et al., 2005).

111 . yx

t fDCM ⋅= (6)

A

ob

F

N

E

tra

VA

A

ca

ca

VA

Fe

m

tra

de

Em Mt =C1,

s constan

bservadas

FIGURA 13 –

a furação

stima-se q

ansforma

ACARO, 2

s altas te

avacos em

ausando a

ACARO, 2

erramenta

mecânica s

abalhos a

e trabalho

que: = momentox1 e y2 = c

tes empír

na Figura

– CONSTANT

a energia

que a def

90% da

2008).

emperatura

m forma de

a falha cat

2008).

s confecc

satisfatória

seco (ZE

na operaç

o torsor [kgconstantes

ricas C1, x

13 (DINIZ

TES EMPÍRIC

desprendid

formação

energia

as de trab

fitas, que

astrófica d

cionadas

em cond

ILMANN; V

ção de fura

gf.mm]; empíricas

x1 e y1 de

Z et al., 200

CAS PARA O

ET AL., 20

da gera alt

gerada p

mecânica

balho pod

podem blo

da ferrame

em aço

ições rígid

VACARO,

ação, utiliza

do materi

e cada tip

05).

O CÁLCULO

005).

tas temper

elo atrito

em ene

dem contr

oquear os

enta (SAH

-rápido, n

das de us

2008). Pa

a-se fluído

al.

po de mat

DO MOMENT

raturas (MO

entre, a

ergia térm

ibuir para

canais hel

U et al., 2

não poss

inagem, p

ara reduzir

s de corte.

terial, pod

TO TORSOR

OTA et al.

peça e a

mica (ZEIL

a a forma

licoidais da

2003; ZEIL

suem res

principalme

r as tempe

.

19

em ser

R (DINIZ

, 2007).

broca,

LMANN;

ção de

a broca,

LMANN;

istência

ente em

eraturas

20

2.1.4. FLUÍDOS DE CORTE E A OPERAÇÃO DE FURAÇÃO

Os fluídos de corte são os materiais capazes de: lubrificar (MCCOSH; SWACO,

2007); refrigerar; controlar a rugosidade da superfície; reduzir esforços de

usinagem; proteger contra a corrosão; remover cavacos do local de corte

(BRINKSMEIER et al., 1999); e ampliar a vida útil das ferramentas cortantes

(ADLER et al., 2006; KOPAC; SALI, 2006).

Observando estas propriedades, as empresas empregam fluídos de corte nas

operações de furação (POPKE et al., 1999; WANG et al., 2011). Na furação, os

fluídos são utilizados principalmente para reduzir as temperaturas de trabalho

(KRISHNA et al., 2011). E desta forma, aumentar a vida útil das brocas e

melhorar o acabamento dos furos (IYAGBA; OPETE, 2009).

Os fluídos de corte surgiram em 1890, quando Frederick Winslow Taylor

aplicou água nas operações de usinagem, para reduzir as temperaturas de

trabalho (DINIZ et al., 2005). Visando aprimorar o desempenho dos fluídos de

corte, foram adicionados aditivos químicos, dando origem aos fluídos de corte

emulsionáveis (HASIB et al., 2010).

Segundo Pegado et al., (2003, p. 2), “[...] por definição emulsões são misturas

íntimas de dois líquidos imiscíveis, sendo um deles disperso no outro sob forma

de finas gotículas”. As emulsões possuem em sua composição óleos minerais

ou vegetais e aditivos, que reduzem as tensões existentes entre a água e os

demais compostos; concedendo estabilidade a emulsão (BIANCHI et al., 2004;

DINIZ et al., 2005).

Os fluídos de corte devem ser aplicados na região de atrito entre a peça e a

broca (HUSSAIN et al., 2008; ZEILMANN; SLOMP, 2007). Quando o

comprimento de um furo excede três vezes o diâmetro da broca, a operação de

furação ocorre praticamente a seco, pois a vazão de fluído não consegue

atingir o local da usinagem de forma eficaz; isto ocorre devido ao volume de

saída de cavacos (COSTA et al., 2010).

A

ut

ág

hi

20

Q

hi

em

flu

at

or

ac

F

C

qu

su

bi

eficácia

tilizado na

gua podem

idráulicos o

009; YORO

Quando o

idráulicos,

m repouso

uído é con

tinge o loc

rifícios, e

cima pode

FIGURA 14

onfecciona

ue possue

ua aplicaçã

ico que vis

do fluído

aplicação

m ser apli

ou de form

O, 2010).

fluído de

ocorre um

o no reserv

nduzido po

cal de furaç

retorna ao

ser visual

– APLICAÇÃ

adas em p

em a funçã

ão. Estes

sa facilitar a

de corte,

o do fluído

cados nas

ma manual

corte é

m ciclo con

vatório [1];

r tubulaçõe

ção [4]; em

o reservat

izado na F

ÃO DO FLUÍD

(ADAPTAD

plástico ou

ão de arma

recipientes

a aplicação

está rela

(HAERTE

s operaçõe

, por meio

aplicado

ntinuo, ond

; é succion

es e mang

m seguida,

tório [5] (K

Figura 14.

DO DE COR

DO DE KOL

metal, as

azenar um

s são norm

o (VALIAS

acionada d

EL et al., 2

es de fura

de almoto

na furaçã

de: o fluído

nado por u

gueiras [3]

, o fluído d

KOLE et a

TE POR MEI

E ET AL., 19

almotolias

determina

malmente c

S et al., 200

diretamente

004). Os ó

ação por m

olias (BELI

ão, por m

o de corte

uma bomba

; a vazão d

de corte es

al., 1997).

O DE SISTEM

997).

(Figura 15

ado fluído,

cilíndricos

09).

e com o

óleos solúv

meio de s

NELLI; MA

meio de s

e que se e

a hidráulic

de fluído d

scoa por c

O ciclo d

EMAS HIDRÁU

5) são rec

até o inst

e dotados

21

método

veis em

istemas

ARÇAL,

istemas

encontra

ca [2]; o

de corte

canais e

descrito

ULICOS

ipientes

ante de

s de um

A

re

su

do

ve

tó

fre

2.

At

am

pe

O

de

co

te

em

K

de

pós a fura

emoção de

uperfície d

o furo ise

erificar a e

ópico dest

equência n

.1.5. DEFE

tualmente

mpliar a p

eças fabric

Os furos po

estes defe

orte; o e

emperatura

m relação

UDLA, 200

efeitos ma

F

ação, pode

e cavacos

a peça ap

ento de co

existência d

te trabalh

nos furos.

EITOS GERA

os desaf

rodutividad

cadas (RAM

odem ter d

eitos são:

emprego

as geradas

à peça; e

03; VASC

is comuns

FIGURA 15 –

e ser aplic

e gotas

pós a usina

orpos estr

de defeitos

o vai ab

DOS NOS FU

fios das

de; assegu

MJI et al.,

defeitos (C

a utilizaçã

de parâm

s durante a

e o excess

ONCELLO

nos furos

– ALMOTOLI

cado ar co

de fluído

agem (ZEI

ranhos, se

s nos furos

bordar os

UROS

empresas

urar precis

2010).

CARVAJAL

ão de bro

metros de

a furação;

so de força

OS; ARAUJ

.

IAS (CIMM,

omprimido

de corte,

LMANN; S

erá possív

s (CARVAJ

defeitos

de usina

são dimens

L et al., 2

cas que p

e furação

a posição

a na furaç

JO, 2011)

, 2009).

o na peça,

que perm

SLOMP, 20

el realizar

JAL et al.,

que ocor

agem são

sional e o

2011). As

perderam

o inadequ

desalinha

ção (KISHO

. A Figura

, para aux

manecem s

007). Com

r mediçõe

2011). O p

rrem com

o: reduzir

acabame

principais

a capacid

uados; as

da do eixo

ORE et al

a 16 apres

22

xiliar na

sobre a

m o local

s, para

próximo

m maior

custos;

nto das

causas

dade do

s altas

o arvore

., 2011;

enta os

O

in

(IN

O

ex

gr

co

0,

O

po

fu

ci

Ta

et

irr

ru

ro

fe

FIGURA 16

Os defeitos

nstrumento

NSTRUTE

Os paquíme

xternas, in

raduada co

om dimens

,02 a 0,05

Os relógios

onteiro, cu

uração, os

rcularidade

ambém oc

t al. (201

regularidad

ugosidade

otação da

erramenta

6 – DEFEITO

s nos furo

os de medi

EMP, 2009

etros são in

nternas ou

om encost

são a ser

mm (PRIZ

s compara

ujos movim

s relógios

e e paralel

correm erro

0, p. 3)

des finas,

das pared

broca; a

cortante (R

OS MAIS CO

s podem

ção, por ex

; OLIVEIRA

nstrumento

u de profu

to fixo, ond

medida, n

ZENDT et a

adores são

mentos dep

s compar

lismo dos f

os com rela

“A rugos

resultante

es do furo

velocidade

RAHMAN

OMUNS NOS

ser identif

xemplo, pa

A et al., 20

os destina

undidade.

de, desliza

normalmen

al., 1992).

o instrume

pendem d

radores p

furos (PRIZ

ação à rug

sidade da

es da ação

o é influenc

e de avan

et al., 200

FUROS (SC

ficados vis

aquímetros

007).

dos à med

Este instr

a um curso

nte a prec

entos dota

o acionam

podem se

ZENDT et

gosidade d

superfíci

o inerente

ciada por t

ço da ferr

09). A rugo

CHROETE

sualmente

s ou relógi

dição de di

umento po

or que se

isão dos p

ados de u

mento de u

er uteis

al., 1992).

os furos. S

e é um

e do proce

rês fatores

ramenta; e

osidade do

ER ET AL., 2

ou por m

ios compa

mensões l

ossui uma

ajusta de

paquímetro

ma escala

um apalpa

na mediç

.

Segundo F

conjunto

esso de co

s: a velocid

e a geome

os furos p

23

2004).

meio de

radores

lineares

a régua

acordo

os é de

a e um

dor. Na

ção da

Fonseca

dessas

orte”. A

dade de

etria da

ode ser

m

20

O

um

fa

A

ru

sã

ru

va

O

da

us

(W

C

br

m

tip

medida utili

010). A Fig

FIGURA 17

O rugosíme

ma superf

abricada em

s informaç

ugosidade

ão: rugosid

ugosidade

ale (R3z) (

O valor de

a peça ant

sinagem q

WALKER, 2

om ou se

roca inevit

momento ad

pos de des

izando um

gura 17 ilus

7 – RUGOSÍM

etro é um

fície. A me

m diamant

ções medid

(TEDESC

dade méd

de profund

REBRAC,

rugosidade

tes da ope

que, possib

2004).

em erros, a

tavelmente

dequado d

sgaste das

m equipam

stra o rugo

METRO MED

equipame

edição oco

e, sobre a

das pelo ru

CO et al., 2

ia (Ra); ru

didade mé

2009).

e exigido p

eração, des

bilitem con

após exec

e acaba s

de trocar es

s brocas he

ento cham

osímetro m

DINDO A RUG

2007)

ento eletrô

orre por m

superfície

ugosímetro

2006). Os

ugosidade

édia (Rz); e

pela opera

ste modo,

nceder a r

cutar uma

se desgas

sta ferram

elicoidais.

mado rugo

medindo a r

GOSIDADE D

).

nico, que

eio do des

e do materi

o são conv

parâmetro

máxima

e rugosida

ação deve

será poss

rugosidade

determina

stando (PA

enta, é im

símetro (Z

rugosidade

DE UM FURO

mede os

slocamento

al (COSTA

vertidas pa

os de rugo

(Ry); rugo

de média

ser observ

sível definir

e especific

ada quanti

ATIL, 2010

portante sa

ZEILMANN

e de um fu

O (COSTA E

picos e v

to de uma

A et al., 20

ara parâme

osidade ex

osidade tot

do terceiro

rvado no d

r as condiç

cada para

idade de f

0). Para s

aber ident

24

N et al.,

ro.

ET AL.,

ales de

agulha

07).

etros de

istentes

tal (Rt);

o pico e

desenho

ções de

a peça

furos, a

saber o

ificar os

2.

N

pe

C

es

sã

po

N

de

et

fro

la

O

(P

fo

pr

F

O

sa

ca

.1.6. TIPOS

as operaç

erdem a

onsequent

specificaçõ

ão motivos

ois são cus

este conte

etectar des

t al., 2008

ontal; des

ascamento

O desgaste

PALIVODA

olga da br

recisão do

FIGURA 18

O desgaste

aída das

atastrófica

S DE DESGA

ções de fu

capacida

temente,

ões ou sof

s de preoc

stos que p

exto, é mu

sgastes na

). Os seis

sgaste de

; trincas; e

e frontal (F

A; BOEHS

roca, mod

furo e o s

– DESGAST

e de crate

brocas. E

(DINIZ et

ASTE EM BR

uração, as

ade de c

estas fe

rer uma fa

cupação pa

recisam se

ito importa

a superfície

tipos de

e cratera;

e quebra (D

Figura 18)

, 2007). E

dificando a

eu respect

TE FRONTAL

era (Figura

ste tipo d

al., 2005).

ROCAS HELIC

s brocas s

corte (LO,

erramentas

alha catast

ara as emp

er minimiza

ante que a

e da ferram

desgaste

deforma

DINIZ et al

ocorre co

Este tipo d

a sua geo

tivo acaba

L (ADAPTAD

a 19) resu

de desgas

COIDAIS

sofrem div

, 2000;

s podem

rófica (IMR

presas que

ados (LOO

as brocas s

menta (ATL

das broca

ação plást

., 2005).

om frequên

de desgas

ometria de

mento (DIN

DO DE SAN

ulta da mo

ste pode l

ersos tipo

PAYNTER

gerar

RAN et al.,

e trabalham

ONG et al.,

sejam mon

LI et al., 20

s helicoida

tica da a

ncia nas b

ste ocorre

e corte, co

NIZ et al., 2

DVIK COR

odificação

evar à fe

os de desg

R et al.,

furos for

2008). Ta

m com usi

2001).

nitoradas, v

006; GUILH

ais são: de

aresta de

brocas hel

na superf

compromet

2005).

ROMANT,

da superf

rramenta

25

gaste e

2009).

ra das

ais fatos

nagem,

visando

HERME

esgaste

corte;

icoidais

fície de

tendo a

2006).

fície de

a falha

A

fo

de

qu

O

fra

co

fu

FIGURA 1

deformaç

orças de c

eformação

uebra das

FIGURA

O lascame

agmentos

orte. O las

uros e pode

FIGURA 2

19 – DESGA

ção plástica

corte exce

o plástica,

arestas de

RA 20 – DEF

nto (Figur

da broca

camento r

e causar fr

21 – LASCA

ASTE DE CR

a da arest

essivas e

que redu

e corte (DIN

FORMAÇÃO P

SANDV

ra 21) é

durante a

eduz a res

raturas na

AMENTO DA

RATERA (AD

2006)

ta de corte

altas tem

uz o acab

NIZ et al.,

PLÁSTICA D

VIK COROM

um dano

usinagem

sistência d

ferramenta

BROCA (AD

2006)

DAPTADO DE

).

e (Figura 2

mperaturas

bamento d

2005).

DA ARESTA D

MANT, 200

que cau

, afetando

a broca, co

a (DINIZ e

DAPTADO DE

).

E SANDVIK

20) é um d

. Estes fa

o furo e

DE CORTE (A

06).

sa a perd

principalm

ompromete

t al., 2005)

E SANDVIK

K COROMA

dano causa

atores cau

pode resu

(ADAPTADO

da de pe

mente a ar

e a qualida

).

K COROMA

26

ANT,

ado por

usam a

ultar na

DE

equenos

resta de

ade dos

ANT,

A

te

qu

ca

A

us

so

va

so

O

de

PA

A

br

fe

br

ar

s trincas (F

emperatura

ualquer po

ausando a

FIGU

quebra (F

sinagem.

ofrer uma

ariáveis en

olicitado pa

FIG

Os mecanis

e corte; ab

ATIL, 2008

s arestas p

rocas (IMR

erramenta

roca. O ta

resta se ro

Figura 22)

as e grand

onto da bro

sua quebr

URA 22 – TR

Figura 23) é

Cada broc

fratura an

nvolvidas n

ara a opera

GURA 23 –

smos respo

brasão mec

8).

postiças de

RAN et al.,

com relaçã

manho da

ompe, rem

são fissur

des esforç

oca; quand

ra (DINIZ e

RINCAS NO

CO

é o rompim

ca possui

ntes mesm

na operaç

ação (DIN

QUEBRA DA

onsáveis p

cânica; ade

e corte são

2008). Es

ão: às forç

a aresta po

ovendo pe

ras que res

ços de usi

do estas fe

et al., 2005

CORPO DA

OROMANT

mento total

um comp

mo de se d

ção, por ex

IZ et al., 20

A BROCA (S

pelos desg

erência; di

o cavacos

stas aresta

ças de cort

ostiça aum

equenas p

sultam da

nagem. A

estas cresc

5).

BROCA (AD

T, 2006).

de qualqu

portamento

desgastar,

xemplo, o

005).

SANDVIK C

gastes das

ifusão; e o

que se un

as artificiais

te; rugosid

menta dura

artes da s

exposição

s trincas p

cem fragiliz

DAPTADO DE

uer parte d

o, às veze

tudo depe

avanço de

COROMAN

brocas sã

oxidação (D

nem as are

s alteram o

dade do fu

ante a usin

uperfície d

o da broca,

podem su

zam a ferr

E SANDVIK

a broca du

es a broc

ende das

e corte ac

NT, 2006).

ão: aresta

DINIZ et al

estas de co

o desempe

ro; e desg

nagem, até

de folga da

27

, a altas

urgir em

ramenta

K

urante a

ca pode

demais

cima do

postiça

l., 2005;

orte das

enho da

aste da

é que a

a broca,

ge

ex

A

pr

cr

fe

D

A

te

pa

de

é

al

A

fe

de

fa

pr

FE

A

re

erando um

xibe uma b

FIGURA 24

abrasão m

resentes n

rateras e

erramenta

URÃO et a

aderência

emperatura

artículas d

e arestas p

recomend

l., 2005; FE

difusão n

erramenta,

esgaste g

acilitando

robabilidad

ERRARES

oxidação

eagentes

m desgaste

broca com

4 – BROCA

mecânica é

na compos

desgastes

a quente,

al. 2010b;

a ocorre q

as, forman

a peça e a

postiças. P

dada a utili

ERRARES

nada mais

que resu

gerado na

à dissolu

de de form

SI, 1970; S

é um fen

(JARDIM;

e frontal c

arestas po

COM AREST

CO

é causada

sição quím

s frontais

menor se

FERRARE

quando su

ndo uma s

a ferramen

Para reduz

zação de

SI, 1970; G

s é do que

lta na mo

a usinage

ção do m

mação do

SILVA et al

nômeno ge

CANELA

consideráv

ostiças de

TAS POSTIÇA

OROMANT

pelo atrito

mica da peç

ferramenta

erá o desga

ESI, 1970)

perfícies m

substância

ta. Este fe

zir a sua inc

fluídos de

GRAVALOS

e, a trans

dificação d

em gera

material d

os desgast

., 2004).

erado pela

A, 2004). A

vel (DINIZ

corte.

AS DE CORT

T, 2006).

o entre a br

ça. Este ti

a. Quanto

aste por a

.

metálicas

a resistente

enômeno é

cidência n

corte com

S et al., 20

ferência d

da compo

o enfraqu

da peça

tes em cr

a transferê

As altas

et al., 20

TE (ADAPTA

roca e as “

po de des

o maior é

abrasão (D

entram em

e que, ge

responsáv

as operaçõ

m ação lubr

07).

de átomos

sição quím

uecimento

na broca,

ratera (DIN

ência de e

temperatu

005). A Fig

ADO DE SAN

“partículas

sgaste pod

a resistên

DINIZ et al

m contato

era a uniã

vel pela fo

ões de usi

rificante (D

s da peça

mica da b

da ferra

, aumenta

NIZ et al.

elétrons, e

uras de tr

28

gura 24

NDVIK

duras”,

de gerar

ncia da

., 2005;

à altas

o entre

ormação

nagem,

DINIZ et

para a

roca. O

amenta,

ando a

, 2005;

entre os

rabalho,

ju

co

cr

re

20

2.

O

m

25

O

va

sã

m

“M

19

untamente

om o ar,

ratera. A o

egiões da

005).

.1.7. QUAN

Os desgast

medições p

5 (KANAI e

FIGURA 2

O desgaste

ariações n

ão represe

máximo do

Mw”. As d

979 apud M

Q

C

com a ág

gerando a

oxidação p

ferramenta

NTIFICANDO

es presen

pontuais. O

et al., 1978

25 – LOCAIS

(ADAPTADO

e presente

no flanco d

entadas po

flanco). P

imensões

MATTES, 2

Quina

Cratera

gua presen

a oxidação

pode afeta

a, onde ex

O O DESGAS

tes nas br

Os locais d

8 apud MA

S ONDE SÃO

O DE KANA

e na quina

da ferrame

or “VB” (d

Para mens

das crate

2009).

Atra

nte nos flu

o da broc

ar qualque

xiste maio

STE DAS BRO

rocas helic

das mediçõ

ATTES, 200

O REALIZADA

AI ET AL., 19

a da broca

enta, tamb

esgaste m

surar a de

eras são s

Flanco

Aresta ansversal

ídos de co

ca e o su

r parte da

r contato

OCAS HELIC

coidais são

ões podem

09):

AS AS MEDIÇ

979 APUD M

a é repre

bém conhe

médio do f

eterioração

simbolizada

Las

orte, reage

rgimento d

a broca, pr

com cavac

COIDAIS

o quantifica

m ser obse

ÇÕES DA BR

MATTES, 2

sentado p

ecido como

flanco) e “

o na guia

as por “Kw

Guia

scamentos

em quimic

de desgas

rincipalme

cos (DINIZ

ados por m

ervados na

ROCA HELIC

2009).

pela letra

o aresta d

“VBmax” (de

lateral é a

w” (KANA

a

s na arest

29

camente

stes de

nte nas

Z et al.,

meio de

a Figura

COIDAL

“w”. As

de corte

esgaste

adotado

I et al.,

ta

30

O dano na aresta transversal é medido em relação à largura (“Cm”), e

comprimento (“Ct”). Este desgaste é considerado crítico, porque ocorre no

momento em que o material entra em contato com a broca. No instante da

usinagem, os esforços de corte aliados à velocidade de corte, podem gerar o

esmagamento do material, e até causar danos na aresta transversal. E por

último, o lascamento da aresta, que também é mensurado de acordo com a

largura (“Pm”) e comprimento (“Pt”) da avaria (MATTES, 2009).

2.1.8. COMO O DESGASTE DAS BROCAS HELICOIDAIS PODE SER AVALIADO?

Os desgastes apresentados anteriormente podem ser avaliados por meio de:

medição direta da broca, utilizando instrumentos de medição; inspeção visual;

microscópios de medição; análise de imagens; projetor de perfil; máquina

universal de medir; medição tridimensional (CARVAJAL et al., 2011; HAERTEL

et al., 2004; PRIZENDT et al., 1992, 1998).

O método de medição direta das brocas emprega paquímetros ou micrômetros

externos, para medir as partes cilíndricas da ferramenta (WALKER, 2004). Os

micrômetros são instrumentos que realizam medições de dimensões lineares

externas; estes instrumentos possuem uma precisão superior aos paquímetros,

podendo medir até 0,001 mm (MITUTOYO, 2009).

A extremidade da broca é composta por diversos ângulos, que podem ser

medidos por meio de um goniômetro. Este instrumento tem a função medir

superfícies angulares; sua precisão varia de acordo com o modelo do

instrumento, que pode ser de 1° até 5’ (PRIZENDT et al., 1992). A Figura 26

demonstra um: paquímetro (A); micrometro externo (B); goniômetro (C).

E

in

us

O

au

E

in

ab

ca

27

FIGURA

ste métod

nstrumento

sinagem (M

O desgaste

uxílio de u

stes instru

nstalado u

brigar lente

apacidade

7 apresent

26 – PAQU

o de aval

os que sã

MITUTOYO

e das broc

uma lupa

umentos po

m reticulo

es de crist

de amplia

ta um exem

FIGURA 27

UÍMETRO (A)

(ADAPTAD

iação pode

ão encont

O, 2009; P

cas pode

com retíc

ossuem um

o de mediç

tal. A reso

ação é de

mplo de lup

7 – LUPA CO

(B) Micro Exter

), MICROME

DO DE MITU

e ser exec

trados com

PRIZENDT

ser avalia

culo (RAM

m corpo cil

ção em a

olução des

até 10 vez

pa com ret

OM RETÍCUL

(A) Paqu

ometro rno

ETRO EXTER

UTOYO, 20

cutado com

m maior

et al., 199

ado de for

JI et al.,

índrico fab

aço de alta

tes instrum

zes (HOLT

tículo.

LO (HOLTE

uímetro

NO (B) E GO

009).

m facilidad

frequência

92).

ma visual,

2010; FER

bricado em

a definiçã

mentos é d

TERMANN

ERMANN, 2

(C) Go

ONIÔMETRO

de, pois e

a nos loc

, ou seja,

RRARESI,

m alumínio,

o, cuja fu

de 0,1 mm

N, 2011). A

2011).

oniômetro

31

O (C)

mprega

cais de

com o

1970).

onde é

unção é

m, e sua

A Figura

D

se

fa

co

(F

Q

ut

e

pl

m

28

P

m

di

tre

im

re

da

urante a m

eção semi

acilitar a v

omo refer

FERRARES

Quando é n

tilizados m

instalada

lano horiz

microscópio

8 ilustra um

F

ara permit

microscópio

ispositivos

epidações

mportante q

elativamen

anos a me

medição, a

-vazada, l

isualização

rencia um

SI, 1970; H

necessária

microscópio

em um su

ontal. O v

o, que pod

m microscó

FIGURA 28

tir a fixaçã

o, normalm

devem p

durante

que deve s

te leves e

esa do equ

extremida

ocalizada

o do desg

ma escala

HOLTERM

uma avalia

os de medi

uporte univ

valor da a

e ser de 2

ópico de m

– MICROSC

ão satisfat

mente são

possuir a s

as obser

ser consid

e práticos

ipamento (

ade da broc

do corpo

gaste, o fo

interna,

MANN, 201

ação mais

ição. Neste

versal, que

ampliação

250:1 até 2

medição.

CÓPIO DE M

tória do o

o confecci

superfície

rvações.

derado, afin

, para ev

(FERRARE

ca é inserid

cilíndrico

oco da lup

presente

1).

s precisa da

e caso, a b

e permite

varia de

2500:1 (FE

MEDIÇÃO (M

objeto que

ionados “s

inferior pl

O peso d

nal, é nece

itar esforç

ESI, 1970)

da horizon

da lupa co

a pode se

na base

a variação

broca é ret

a visualiza

acordo co

ERRARESI

ITUTOYO,

será med

suportes e

lana, para

dos supo

essário pro

ços desne

).

ntalmente e

om retícul

er ajustado

do instr

o dimension

tirada da m

ação da b

om o mod

I, 1970). A

, 2009).

dido na m

especiais”

a evitar ev

rtes é um

ojetar disp

cessários

32

em uma

o. Para

o tendo

rumento

nal, são

máquina

roca no

delo do

A Figura

mesa do

. Estes

ventuais

m fator

positivos

ou até

O

im

br

N

m

a

se

so

(L

vi

Outra forma

magens (P

roca analis

FIGURA

este métod

microscópio

usinagem

egunda ve

oftwares q

LIANG; CH

sualizar um

FIGURA 30

a de aval

EREIRA, 2

sada por e

29 – EXTRE

A

do, a broca

o óptico co

m normalme

ez. As imag

que permi

HIOU, 200

m microscó

0 – MICROS

liar o des

2010). A F

ste método

EMIDADE DE

ANÁLISE DE

a é fotogra

m captura

ente. Após

gens de an

item a re

06; RAM

ópio óptico

SCÓPIO ÓPT

O

sgaste das

Figura 29 e

o (LIANG;

E CORTE DE

E IMAGEM (P

afada ante

a de image

s o trabalh

ntes e dep

ealizar me

OPTICAL

o com capt

TICO COM C

OPTICAL,

s brocas é

exibe a ex

CHIOU, 2

E UMA BROC

PEREIRA,

s de ser ut

em, em seg

o, a mesm

pois da usi

dições na

L, 2007).

tura eletrôn

CAPTURA EL

2007).

é por mei

xtremidade

006).

CA ANALISAD

2010).

tilizada com

guida, a fe

ma broca é

nagem são

as imagen

Na Figura

nica de ima

ETRÔNICA D

io da aná

de corte

DA POR MEI

m o auxílio

erramenta e

é fotografa

o analisad

ns da ferr

a 30 é p

agem.

DE IMAGEM

33

álise de

de uma

IO DA

o de um

executa

da uma

das com

ramenta

possível

(RAM

O

de

pe

P

su

ch

(M

O

10

P

ro

de

am

tra

A

se

eq

um

O projetor

esgaste d

equenas e

ara realiza

uporte, em

hamado de

MITUTOYO

O projetor d

0 a 100 v

RIZENDT

otativas e d

esgaste é

mpliado da

ansparente

avaliação

er avaliad

quipament

ma mesa c

de perfil

as brocas

e/ou de geo

FIGURA 3

ar a medi

m seguida

e carro du

O, 2009; P

de perfil po

vezes, o t

et al., 19

dotadas de

realizada

a extremid

e e fixado

o das varia

das com

to realiza m

circular e c

(Figura 3

s. Este eq

ometria com

31 – PROJE

ção com

, ocorre a

plo; cuja f

RIZENDT

ossui lente

tamanho o

998). As

e graduaçã

por meio d

ade de co

na tela de

ções dime

a utilizaç

medições e

cabeçotes

1), també

quipamento

mplexa (P

ETOR DE PE

o projetor

a instalaçã

função é p

et al., 199

s com a c

original do

telas de

ão que abr

da compar

orte da bro

projeção (

ensionais p

ção da m

em coorde

divisores (

ém pode s

o é utiliza

RIZENDT

ERFIL (MITU

r de perfil,

ão deste s

permitir as

8).

apacidade

o objeto m

projeção d

range 360°

ração entre

oca, que d

(PRIZEND

presentes n

máquina

enadas reta

(SECCO, 1

ser utilizad

ado na me

et al., 199

UTOYO, 20

, a broca

suporte em

medições

e de amplia

medido (M

do projeto

°. Neste ca

e, a projeç

eve ser im

DT et al., 19

nas brocas

universal

angulares,

1995a).

do para m

edição de

8).

009).

é fixada

m um dis

por coord

ação que v

MITUTOYO

or são circ

aso a med

ção e um d

mpresso em

998).

s, também

de medi

, com o au

34

medir o

e peças

em um

positivo

denadas

varia de

O, 2009;

culares,

dição do

desenho

m papel

podem

r. Este

uxílio de

A

e

fe

um

P

fix

ca

pa

ex

a

fe

co

19

O

m

es

m

m

el

de

máquina

robustez,

erramentas

m exemplo

F

ara realiza

xada na m

aso é nec

ara esta a

xtremidade

sua supe

erramenta,

onectado a

995a).

Outra máqu

máquina de

ste equipa

movimentaç

máquina t

letrônicos;

emonstra u

universal d

, que lhe

s e calibrad

o de máqu

FIGURA 32 –

ar as mediç

esa da má

essário ut

plicação. O

e superior

erfície. Ap

os dado

a máquina

uina que po

e medir co

amento oc

ção de três

ridimensio

e ópticos

uma máqu

de medir é

permitem

dores (SEC

ina de med

– MÁQUINA

ções com

áquina, com

ilizar um d

O sensor d

da ferrame

pós o sen

os captad

a universa

ode ser util

oordenada

correm no

s eixos per

nal pode

(PRIZEN

ina de me

é caracteri

m ser ada

CCO, 1995

dir.

A UNIVERSAL

a máquina

m as arest

dispositivo

de contato

enta de co

nsor perco

dos são t

al de med

lizada, na

as tridimen

espaço t

rpendicula

e utilizar

DT et al.,

dir coorde

zada pela

aptada par

5a). Na Fig

L DE MEDIR

a universal

tas de cort

especial,

da máquin

orte, para p

orrer todo

transferido

ir (PRIZEN

avaliação

nsionais. A

tridimensio

res (X, Y,

sensores

1998; SE

nadas tridi

sua precis

ra atuar n

gura 32 é

(SECCO,

de medir,

te voltadas

projetado

na é posic

permitir a v

perímetro

s a um

NDT et al

do desgas

As mediçõe

onal, ou se

Z). Durant

s dos tip

ECCO, 199

mensionai

são, versa

na calibra

possível o

1995A).

a broca d

s para cima

e confecc

cionado pró

varredura

o de medi

contador

l., 1998; S

ste das bro

es realizad

eja, por m

te as medi

pos: mec

95b). A Fig

is.

35

atilidade

ção de

observar

deve ser

a; neste

cionado

óximo à

de toda

ição da

digital,

SECCO,

ocas é a

das por

meio da

ições, a

cânicos;

gura 33

P

o

eq

re

ex

re

pe

S

D

ad

pa

20

ut

2.

A

su

ad

FIGURA 3

ara realiza

auxílio de

quipament

eferencia.

xtremidade

egistrada e

elo operad

ECCO, 19

urante a f

dequado.

adrão, o c

004). O pr

tilizados na

.1.9. CRITÉ

pós se d

ubstituídas

dotar um c

33 – MÁQUIN

ar a mediç

e um dispo

to; para q

A mediç

e cortante

e armazen

dor do eq

995b).

furação é

Para iden

chamado c

róximo tóp

a operação

ÉRIOS DE FI

desgastar

s. Para det

critério de f

NA DE MEDI

ão, a broc

ositivo apro

que isso

ão ocorre

da ferram

ada em um

quipamento

important

ntificar est

ritério de f

pico vai ap

o de furaçã

NAL DE VID

e perder

terminar o

final de vid

IR COORDEN

2009)

ca precisa

opriado, em

seja poss

e com o

menta. A in

m sistema

o após a

te substitu

te “exato

final de vid

presentar o

ão.

DA DAS BRO

a capac

o momento

da; para ev

NADAS TRID

).

ser fixada

m seguida

sível, é ad

deslocam

nformação

a eletrônico

medição

uir a broca

momento”

da da ferra

os principa

CAS

idade cor

o adequado

vitar que as

DIMENSIONA

na mesa

, é necess

dotada um

mento dos

captada

o, que pod

(PRIZEN

a desgasta

é adotad

amenta (W

ais critérios

te, as bro

o desta tro

s brocas s

AIS (MITUT

da máquin

sário refere

ma superf

s eixos s

pelos sen

de ser visu

DT et al.

ada no m

do um pa

WATANABE

s de final

rocas deve

oca, é nec

sejam subs

36

TOYO,

na, com

enciar o

fície de

sobre a

sores é

ualizado

, 1998;

omento

râmetro

E et al.,

de vida

em ser

cessário

stituídas

37

de forma prematura ou tardia, evitando custos desnecessários (SIMON et al.,

2002; ZEILMANN et al., 2006). O critério de final de vida da ferramenta é

definido de acordo com a cultura de cada empresa (WATANABE et al., 2004).

Os principais critérios de final de vida das brocas podem ser: o desgaste da

extremidade cortante da broca; vibrações ou ruídos durante a usinagem;

dimensional ou acabamento do furo comprometido; rebarbas excessivas no

local do furo; aumento das temperaturas de usinagem; formação de cavacos

com formas incomuns; e número de furos executados (FERRARESI, 1970;

HAERTEL et al., 2004; MASSIRER JUNIOR; GUESSER, 2011; ZEILMANN et

al., 2006).

O desgaste da extremidade cortante da broca é um critério de final de vida,

baseado na medição ou observação da ferramenta. São exemplos deste

critério: a variação dimensional da broca; a queima da extremidade da

ferramenta; o surgimento de faíscas durante a usinagem; a formação de

arestas postiças, crateras, lascamentos, desgastes frontais, e deformações

plásticas (DINIZ et al., 2005; IMRAN et al., 2008; DURÃO et al. 2010b;

PALIVODA; BOEHS, 2007).

O surgimento de vibrações e/ou ruídos durante a usinagem podem ser

utilizados como critérios de final de vida da ferramenta. Este método se baseia

na observação do comportamento da broca durante a furação, isto é, quando a

ferramenta começa a vibrar ou emitir ruídos, significa que a broca deve ser

substituída (MAHYARI et al., 2010; ZEILMANN et al., 2006).

As variações nas dimensões ou no acabamento dos furos; podem indicar

desgastes significativos nas brocas, portanto, estas duas condições são

utilizadas como critério de final de vida. É importante verificar se a ferramenta

ainda possui capacidade de corte, para evitar a execução de furos fora das

especificações (HAERTEL et al., 2004; RAHMAN et al., 2009).

Quando são formadas rebarbas excessivas nos furos, é sinal de que a broca

está perdendo a capacidade de corte, portanto, este fenômeno pode ser

co

re

ne

su

20

N

la

ca

m

S

he

N

qu

na

ut

H

O

fu

de

(B

onsiderado

elação ao a

ecessitam

uperfícies

004; MASS

a usinagem

ascas ou p

avacos em

máquina; re

ILVA; SILV

elicoidal (B

FIGURA 34

ormalmen

uando sua

a ferramen

tilizada com

AERTEL e

Outro critéri

uros, que a

e corte. E

BEGHINI;

o um critér

aumento d

de mais

acaba ger

SIRER JUN

m o cavac

pedaços.

m fita, por

eduzir a v

VA, 2006)

B); espiral (

4 – FORMA

(D); PED

te, a form

a forma é a

nta de cor

mo um crit

et al., 2004

io de final

a ferrament

Este valor

BERTINI,

rio de final

as temper

força par

ando maio

NIOR; GUE

o pode ter

Dentre es

rque pode

vida útil d

). A Figura

(C); lascas

S DE CAVAC

DAÇOS (E) (A

a do cava

alterada, é

rte, portant

tério de fin

4; SILVA; S

de vida da

ta é capaz

é determ

2000; CH

l de vida d

raturas de

ra executa

ores tempe

ESSER, 2

r as seguin

stas forma

em: causa

as ferram

a 34 apres

s (D); peda

CO: FITA (A)

(ADAPTADO

aco perma

sinal de qu

to, a forma

nal de vida

SILVA, 200

as brocas

z de execut

minado de

HINNAM; B

da broca. A

corte, ou s

ar os furos

eraturas de

011).

ntes formas

as, a mais

r acidente

entas de

senta as f

aços (E).

); HELICOIDA

DE FERRA

anece cons

ue houve a

ação incom

a para as b

06).

consiste e

tar, antes d

forma ex

BARUAH,

Algo seme

seja, as bro

s, então,

e trabalho

s: fita; helic

s preocupa

es de trab

corte (FE

formas de

AL (B); ESP

ARESI, 197

stante dura

algum desg

mum de ca

brocas (FE

em determ

de perder

xperimenta

2004; FER

elhante oco

ocas desga

o atrito e

(HAERTE

coidal; esp

ante são

balho; dan

ERRARESI

e cavaco: f

PIRAL (C); LA

70).

ante a usi

gaste sign

cavacos, po

ERRARES

minar o núm

a sua capa

al ou mate

RRARESI,

38

orre em

astadas

entre as

L et al.,

piral; em

as dos

nificar a

, 1970;

fita (A);

ASCAS

nagem,

ificativo

ode ser

I, 1970;

mero de

acidade

emática

1970).

39

Na sequencia, será demonstrado como a vida da broca pode ser estimada por

meio de equações matemáticas.

2.1.10. ESTIMANDO A VIDA ÚTIL DAS BROCAS

Os eventos ocorridos durante o processo de usinagem podem ser

representados matematicamente, inclusive a vida útil das brocas (BENNETT;

HERNÁNDEZ, 2006; VIANA; MACHADO, 2009). Segundo Godoy et al. (2003,

p. 145) “A vida de uma ferramenta de corte pode ser entendida como sendo o

tempo em que a mesma trabalha efetivamente até que se atinja um critério

previamente estabelecido [...]”. A vida útil de uma ferramenta de corte é

representada pela Equação (7), a chamada Equação de Vida de Taylor (DINIZ

et al., 2005).

xcvKT −⋅= (7)

Onde: T = vida da ferramenta [min.]; K = constante da Equação de Vida de Taylor; x = coeficiente da Equação de Vida de Taylor.

Para obter resultados mais precisos, os valores de x e K devem ser levantados

por meio de ensaios (YANG et al., 2002). A metodologia utilizada para

determinar estes valores, segue os seguintes passos (PALLEROSI, 1975 apud

DINIZ et al., 2005; GRIVOL, 2007):

a) adotar uma velocidade de corte (VC1) e um critério de final de vida durante a

usinagem, em seguida, medir o tempo de vida da ferramenta em minutos;

b) selecionar uma segunda velocidade de corte (VC2) com a variação de

aproximadamente 20% superior ou inferior a VC1 (BAPTISTA, 2004; BAPTISTA;

COPPINI, 2007);

c) executar a usinagem com a VC2 utilizando o mesmo critério de final de vida,

com o objetivo de medir a vida da atual ferramenta em minutos;

40

d) calcular o coeficiente da Equação de Vida de Taylor utilizando a Equação (8)

(BAPTISTA, 2004; BAPTISTA; COPPINI, 2007);

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

=

1

2

2

1

log

log

c

c

vvTT

x (8)

Em que: T1 = vida da aresta da primeira ferramenta [min]; T2 = vida da aresta da segunda ferramenta [min]; VC1 = primeira velocidade de corte [m/min]; VC2 = segunda velocidade de corte [m/min].

e) a constante da Equação de Vida de Taylor é calculada pela Equação (9);

xcc vTK 11 ⋅= (9)

Na qual: Tc1 = tempo efetivo de corte para a primeira velocidade de corte [min].

Estimar a vida útil das brocas é muito importante para assegurar a

produtividade e minimizar os custos usinagem (YANG et al., 2004). Para

auxiliar a tomada de decisão, podem ser utilizados softwares especiais, para

estimar a vida útil das ferramentas de corte (BEGHINI; BERTINI, 2000; LI;

SHIH, 2007). Estes softwares realizam simulações pelo método de elementos

finitos (GARDNER; DORNFELD, 2006).

As simulações são definidas através das condições de contorno, isto é,

equações que descrevem os parâmetros e demais variáveis envolvendo o

objeto de estudo. Através deste método, é possível verificar como a broca se

comporta nas condições pré-estabelecidas (CHINNAM; BARUAH, 2004; SOO;

ASPINWALL, 2007).

P

de

Fi

um

F

N

ab

co

2.

D

en

20

pr

S

A

ta

FE

pr

m

et

de

or exemp

eterminada

igura 35 il

ma broca h

FIGURA 35

a sequenc

bordar os

orte em má

.2. MEDI

esde a cri

norme pre

007). A fi

roduzir som

ILVA et al.

produção

ambém co

ERNANDE

reparação

máquina até

tapas de:

e matérias

plo, é po

a temperat

ustra o res

helicoidal,

– RESULTA

BROCA PO

cia será ap

assuntos r

áquinas CN

ÇÃO DE DES

iação do S

ocupação

losofia do

mente a q

., 2003).

o puxada g

onhecidos

ES, 2004)

(setup) se

é a saída

preparaçã

s primas; in

ssível ve

tura, força,

sultado da

por meio d

ADO DA SIMU

OR MEIO DE E

presentada

relacionad

NC.

SGASTE DA

Sistema To

com relaç

STP def

quantidade

gerou a n

como

. Segundo

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do primeir

o da máqu

nspeção; e

rificar com

, torque ou

a simulaçã

de element

ULAÇÃO DAS

ELEMENTOS

a a segund

os, à med

AS FERRAME

oyota de P

ção à elimi

fende o m

e necessár

ecessidad

tempo de

o Sugai e

o tempo

ro produto

uina; ajust

e limpeza (

mo a bro

u demais v

o das tem

tos finitos.

S TEMPERA

S FINITOS (L

da parte do

ição de de

ENTAS DE C

Produção (

nação de

método de

ria e quand

e de redu

e prepara

et al. (20

do último

o B com qu

tes nas fer

FUCHIGAM

oca se c

variáveis (L

mperaturas

TURAS DE U

LI; SHIH, 2

o referencia

esgaste da

ORTE EM MÁ

(STP) em

desperdíc

produção

do for soli

ução dos t

ação (GO

005, p. 3)

produto A

ualidade”.

rramentas;

MI; MOCC

comporta

LI; SHIH, 2

de usinag

USINAGEM E

2007).

al teórico,

as ferrame

ÁQUINAS C

1950, exis

ios (SUGA

o puxada,

icitado (SO

tempos de

ODINHO

) “Por tem

A quando

O setup in

; reabastec

CELLIN, 20

41

a uma

2007). A

gem em

EM UMA

que vai

entas de

CNC

ste uma

AI et al.,

Isto é,

OUZA e

e setup,

FILHO;

mpo de

deixa a

nclui as

cimento

010).

42

Atualmente as empresas que trabalham com usinagem, têm utilizado com

muita frequência as máquinas CNC (CORRER et al., 2007a; COSTA;

PEREIRA, 2006). Os tempos de setup destas máquinas são uma fonte custos

para as empresas, pois não agregam valor ao produto final (GOLDACKER;

OLIVEIRA, 2008).

Durante a usinagem ocorre o desgaste da ferramenta de corte, desta forma, é

necessário realizar um ajuste na ferramenta, para evitar que a peça tenha o

dimensional comprometido (PEJRYD et al., 2011). Tal ajuste pode ser

mensurado e/ou executado de forma automatizada (FARDIN et al., 2010). O

desgaste das ferramentas em máquinas CNC pode ser medido de três formas

diferentes (VOLPATO et al., 2004):

• medição de desgaste manual na própria máquina;

• medição de desgaste com dispositivos dentro da máquina;

• medição de desgaste por meio de máquinas independentes.

Cada método de medição de desgaste das ferramentas será apresentado

detalhadamente na sequencia.

2.2.1. MEDIÇÃO DE DESGASTE MANUAL NA PRÓPRIA MÁQUINA

A medição de desgaste manual em ferramentas de corte é muito utilizada em

empresas que, não possuem equipamentos específicos para auxiliar nesta

tarefa (CORRER, 2006). Este método de medição utiliza a máquina CNC como

um sistema de medição (CORRER et al., 2011).

A medição de desgaste manual na própria máquina pode ser executada de

duas formas distintas, isto é, utilizando a medição “manual direta” ou por meio

da “usinagem experimental” (CORRER et al., 2005). A Figura 35 exibe o

momento dos preparativos para a medição manual direta.

A

V

FIG

medição

OLPATO e

•

•

•

•

•

GURA 36 – M

manual

et al., 2004

• a ferram

instalada

• o suporte

cabeçote

uma ou

ferramen

• definir u

movimen

Desta fo

2006);

• inserir um

2006);

• movimen

superfíci

comprim

cautela,

MEDIÇÃO M

direta, se

4):

menta de c

a no suport

e é inserid

e giratório

mais ferra

ntas de usi

m plano c

ntada man

orma, ocor

ma folha d

ntar o eixo

e da p

mento da fe

para evitar

MANUAL DIRE

egue as

corte adequ

te da ferra

do no mag

em forma

amentas, p

inagem (C

como refe

nualmente

rre o refer

de papel s

o Z até a

eça, ass

erramenta

r impactos

ETA (VOLP

seguintes

uada para

amenta (CO

azine da m

ato de torre

para facilit

ORRER, 2

erência, em

pelos eix

renciamen

obre a sup

extremida

sim, será

. Esta eta

s entre a fe

PATO ET AL

etapas (

operação

ORRER, 20

máquina. O

e, sua fun

tar o manu

2006; WAL

m seguida

xos X, Y

to da máq

perfície da

ade da ferr

possíve

pa deve s

erramenta e

L., 2004).

(CORRER,

o é selecio

006);

O magazin

nção é arm

useio inter

LKER, 2004

a, a ferram

e Z até a

quina (CO

a peça (CO

ramenta to

el determ

ser realiza

e a peça;

43

, 2006;

onada e

ne é um

mazenar

rno das

4);

menta é

a peça.

ORRER,

ORRER,

ocar na

inar o

da com

44

• a última etapa consiste em gravar os valores da correção no

comando numérico da máquina.

A medição por meio de usinagem experimental ocorre da seguinte forma

(CORRER, 2006):

• a ferramenta de corte adequada para operação, é selecionada e

instalada no suporte da ferramenta. O suporte é inserido no

magazine da máquina (CORRER, 2006);

• medir as dimensões da ferramenta e suporte com um paquímetro,

e inserir estes valores no comando numérico da máquina

(CORRER, 2006);

• realizar uma usinagem experimental, para que as novas

dimensões da peça sejam, medidas e adotadas como referência

(CORRER, 2006);

• as dimensões da peça usinada devem ser comparadas com as

medidas desejadas. O valor da diferença entre as dimensões

deve ser inserido no comando numérico, para corrigir a posição

da ferramenta (CORRER, 2006).

O próximo tópico deste trabalho vai demonstrar os dispositivos que são

instalados nas máquinas CNC, para medir o desgaste das ferramentas de

corte.

2.2.2. MEDIÇÃO DE DESGASTE COM DISPOSITIVOS DENTRO DA MÁQUINA

Existem equipamentos desenvolvidos para máquinas CNC, com a função de

medir o desgaste das ferramentas de corte ou detectar eventuais falhas

catastróficas (FARDIN et al., 2010). Estes dispositivos são chamados de

presetters internos (CORRER et al., 2007b). O local de atuação dos presetters

internos é dentro da máquina CNC, onde é possível detectar avarias na

fe

(V

A

es

au

po

S

R

O

di

E

C

20

O

va

ne

pr

co

po

co

erramenta

VOLPATO,

o detectar

sta inform

utomaticam

or contato

etting LA

RENISHAW

O presettin

iâmetro ou

ste tipo de

NC (COR

011).

FIGURA

O presetting

ariações n

este caso,

resetting

ompriment

ossível vis

om o prese

de corte

, REBEYK

variações

mação com

mente. Os

o (Tool-Se

ASER) tam

W, 2011).

g interno

u comprim

e presettin

RRER, 200

37 – PRESE

g interno s

na ferrame

a mediçã

é capaz

to da ferra

sualizar o

etting inter

e, durante

A, COSTA

s na extrem

mando num

dois tipos

etting Prob

mbém con

por conta

mento da f

ng pode se

06; VOLPA

ETTING INTE

sem contat

enta sem q

ão ocorre

de med

amenta de

esquema

no sem co

e o interv

A, 2004).

midade da

mérico qu

de preset

be); e o p

nhecido c

ato (Figura

ferramenta

er utilizado

ATO, REB

ERNO POR C

to, como o

que, ocorr

por meio d

dir, variaç

e corte (R

de mediç

ontato.

valo entre

ferramenta

e, corrige

tters intern

presetting

como Too

a 37) dete

a, por meio

o em qualq

BEYKA, C

CONTATO (V

o próprio já

ra o conta

de um feix

ções dime

RENISHAW

ção de des

a usina

a, o preset

a posiçã

os são: o

interno se

olsetter (C

ecta variaç

o de sens

quer máqu

OSTA, 20

VOLPATO

á diz, realiz

to direto c

xe de LAS

ensionais

W, 2003).

sgaste de

agem das

tting intern

ão da ferr

presetting

em contat

CORRER,

ções e da

sores de c

uina de us

004; RENI

O ET AL., 200

za a detec

com o pre

SER. Este

no diâm

Na Figur

uma ferra

45

peças

no envia

ramenta

g interno

o (Tool

2006;

anos no

contato.

sinagem

ISHAW,

04).

cção de

esetting,

tipo de

metro e

ra 38 é

amenta,

E

(R

um

du

si

fe

R

A

re

20

FIGURA 38

ste prese

RENISHAW

m feixe de

uas lentes

stema rec

eixe atinja

REBEYKA,

medição

elativamen

003):

•

•

8 – O ESQUE

PRESETTIN

tting é do

W, 2003).

e LASER c

s, uma loc

ceptor, des

o sistema

COSTA, 2

de desg

te simples

• a ferram

da ferram

máquina

2003);

• é necess

valores

usinagem

respectiv

da máqu

extremid

EMA DE MED

NG INTERNO

otado de

O circuito

constante.

calizada na

ste modo, o

óptico do

2004; REN

gaste por

s (CORRE

enta de co

menta, em

a (CORRE

sário refere

das dim

m), para qu

vo desgast

uina se de

dade da

DIÇÃO DE D

O SEM CONT

dois circu

emissor p

Quando e

a saída do

o foco do

o circuito re

ISHAW, 2

meio do

ER, 2006;

orte deve s

m seguida,

ER, 2006;

enciar o si

mensões

ue posterio

te. Durant

esloca em

ferramen

DESGASTE D

TATO (REN

uitos, um

possui um

emitido, o

o transmis

LASER é

eceptor (C

011).

o presettin

CORRER

ser selecio

o suporte

CORRER

stema do p

iniciais d

ormente se

te o refere

direção ao

nta se

DE UMA FERR

NISHAW, 20

emissor

diodo, cuj

feixe de L

sor, e out

ampliado

CORRER, 2

ng interno

R et al., 20

nada e ins

é inserido

et al., 20

presetting,

a ferram

eja possíve

enciamento

o presettin

aproxima,

RAMENTA, C

003).

e outro r

ja função

LASER pa

tra na entr

permitindo

2006; VOL

sem con

010; RENI

stalada no

o no maga

010; RENI

, para forn

enta (ant

el identifica

o, o eixo p

ng, em seg

, e inte

46

COM O

receptor

é emitir

ssa por

rada do

o que o

LPATO,

ntato é

ISHAW,

suporte

azine da

ISHAW,

necer os

tes da

ar o seu

principal

guida, a

errompe

A

in

FI

•

•

Figura 39

nterno sem

IGURA 39 –

parcialm

convertid

máquina

2003);

• a ferram

peças pr

RENISH

• ocorre a

desloca

ferramen

LASER

dimensõ

para o c

ferramen

2010; RE

9 demonstr

contato.

– MEDIÇÃO D

ente o fe

da para u

a (CORRE

enta de co

ré-determi

AW, 2003)

medição

em direçã

nta se apr

do sistem

es da ferra

comando n

nta automa

ENISHAW

ra a mediç

DE DESGAS

CONTAT

eixe de L

m valor e

ER, 2006;

orte execu

nada (CO

);

da ferram

ão ao pres

roxima, e

ma recepto

amenta, o

numérico d

aticamente

, 2003).

ção de des

STE DE UMA

TO (RENIS

LASER. A

e enviada

CORRER

ta a usina

RRER, 20

menta, o eix

etting, em

interromp

r. Caso e

sistema d

da máquina

e (CORRE

sgaste de u

BROCA COM

SHAW, 200

A obstruçã

ao coman

et al., 20

gem de um

006; CORR

xo principa

seguida, a

pe parcialm

xista algu

do presettin

a, que cor

ER, 2006;

uma broca

M O PRESET

03).

ão do LA

ndo numé

010; RENI

ma quantid

RER et al.

al da máq

a extremid

mente o fe

uma variaç

ng envia u

rrige a pos

CORRER

a com o pre

TTING INTER

47

ASER é

érico da

ISHAW,

dade de

., 2010;

uina se

dade da

eixe de

ção nas

um sinal

sição da

R et al.,

esetting

RNO SEM

48

Além dos presetters internos, o desgaste das ferramentas de corte também

pode ser mensurado com o auxílio de máquinas independentes, ou seja,

aquelas que estão fora do local de usinagem (ARONSON, 2000; CORRER,

2006; CORRER et al., 2011; VOLPATO, REBEYKA, COSTA, 2004).

2.2.3. MEDIÇÃO DE DESGASTE POR MEIO DE MÁQUINAS INDEPENDENTES

A medição de desgaste por meio de máquinas independentes utiliza sistemas

conhecidos como presettings externos (CORRER et al., 2007b; VOLPATO,

REBEYKA, COSTA, 2004). Este método foi desenvolvido na década 40, para

atuar como uma opção a pré-ajustagem manual de ferramentas (ARONSON,

2000; CORRER, 2006).

Os presettings externos não possuem vinculo direto com a máquina CNC,

portanto, podem ser instalados em qualquer ponto do chão-de-fábrica. A

máquina CNC pode estar usinando a peça, enquanto operador realiza a

medição de uma ferramenta que será utilizada posteriormente (SANTOS et al.,

2006). Estes equipamentos possuem um ou mais suportes, para a fixação do

transmissor e receptor (ARONSON, 2000; FARDIN et al., 2010).

Os valores obtidos com o auxílio do presetting externo são digitados no

comando numérico da máquina ou transferidos via rede, por meio de softwares

especiais (CORRER et al., 2011; SANTOS et al., 2006). Os presettings

externos podem ser classificados como, manual ou automático (CORRER,

2006).

O presetting externo do tipo manual (Figura 40) é considerado de baixo custo,

pois não emprega uma tecnologia muito avançada, ou seja, realiza a medição

das ferramentas por meio de réguas e relógios comparadores. Neste método, a

habilidade do operador é essencial para assegurar a precisão da medição

(BIDEFORD TOOL, 2011; CORRER, 2006; FULLONE, 2002).

O

co

da

A

m

ap

re

(A

Fi

FIGURA 40

O presetting

omo, LASE

as ferrame

A precisão

medição sã

penas em

esponsáve

ARONSON

igura 41 é

FIGURA

0 – PRESET

g externo d

ER, réguas

entas de co

o deste tip

o reduzido

posicionar

l pela me

N, 2000; C

possível o

A 41 – PRES

TTING EXTER

do tipo auto

s ópticas e

orte (VOLP

po de equ

os significa

r a peça n

edição em

CORRER,

observar um

SETTING EX

RNO DO TIPO

omático ut

e máquina

PATO, REB

ipamento

ativamente

o suporte

m direção

2006; FU

m presettin

XTERNO DO

O MANUAL (

tiliza recurs

s fotográfi

BEYKA, CO

é elevada

, pois o tra

do presett

à aresta

ULLONE,

ng externo

TIPO AUTOM

(BIDEFORD

sos tecnoló

cas, para

OSTA, 200

a, além di

abalho do o

ting, e mov

desgastad

2002; ZA

do tipo au

MÁTICO (ZA

RD TOOL, 2

ógicos ava

medir o de

04).

sso, os e

operador c

vimentar o

da da ferr

AMEC, 201

utomático.

AMEC, 201

49

2011).

ançados

esgaste

erros de

consiste

o sensor

ramenta

11). Na

1).

50

O referencial teórico sobre, a furação e a medição de desgaste nas

ferramentas de corte em máquinas CNC, foi apresentado. O próximo capítulo

deste trabalho vai abordar a metodologia utilizada no desenvolvimento desta

pesquisa.

3. METODOLOGIA

A metodologia é a etapa responsável por descrever os procedimentos e demais

detalhes da pesquisa (GIL, 2002, 2010).

3.1. CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA

Este trabalho é de natureza exploratória, segundo Gil (2002, p. 41) “Estas

pesquisas têm como objetivo proporcionar maior familiaridade com o problema,

com vistas a torná-lo mais explícito ou a construir hipóteses”.

O tipo de delineamento adotado é o de uma pesquisa experimental, cujos

objetivos são: adotar um objeto de estudo; selecionar as variáveis que podem

influenciá-lo; adotar métodos para controlar estas variáveis; escolher um

método para verificar como o objeto de estudo se comporta em relação às

alterações nas variáveis (BAPTISTA, 2004; GIL, 2002; PAULON,

ROMAGNOLI, 2010).

3.2. ETAPAS DA PESQUISA

As etapas desta pesquisa experimental foram desenvolvidas tendo como base

Gil (2002, 2010).

a) Definição do problema: a pesquisa experimental tem inicio com a

definição de um problema, este deve ser apresentado de forma clara e

objetiva (GIL, 2002, 2010). O problema tratado neste trabalho é:

• a medição do desgaste de brocas helicoidais de aço rápido, por

meio do uso de um dispositivo a LASER é eficaz?

b) Revisão da literatura: é a etapa responsável pela busca do estado da

arte, relacionando a teoria já existente, com o problema abordado na

presente pesquisa (GIL, 2002, 2010).

52

• a revisão da literatura teve como objetivo principal, a busca por

materiais publicados durante os últimos 5 anos. Deste modo, a

contextualização teórica deste trabalho foi baseada em: artigos

científicos (nacionais e internacionais); livros; folhetos técnicos

(datasheets); sites da internet; e consultas a normas técnicas.

c) Construção de hipóteses: a pesquisa experimental deve ser constituída

a partir hipóteses que visam estabelecer uma relação entre, as variáveis

e a ocorrência um determinado fenômeno. A pesquisa experimental

pode ter apenas uma hipótese, portanto, existe uma semelhança entre a

hipótese formulada e o problema definido anteriormente (GIL, 2002,

2010). Com relação ao presente trabalho, a hipótese é:

• “se” durante a usinagem, as brocas helicoidais de aço rápido

sofrerem desgastes ou demais alterações dimensionais, o sistema

de medição a LASER, pode medir estas variações com precisão.

d) Seleção das variáveis: as variáveis de uma pesquisa experimental

devem facilitar a compreensão de um determinado fenômeno, isto é,

gerar condições para que seja realizada a sua investigação (GIL, 2002).

Para gerar o desgaste nas brocas helicoidais de aço rápido, foi

necessário manipular duas variáveis:

• velocidade de corte;

• avanço.

e) Coleta de dados: deve descrever os métodos empregados na aquisição

dos dados (GIL, 2002):

• os dados estudados neste trabalho, foram obtidos por meio de

ensaios de furação, utilizando um sistema de medição a LASER,

para mensurar as variações dimensionais das brocas.

53

f) Análise dos dados: é a etapa responsável pelo estudo das informações

obtidas na coleta de dados (GIL, 2002, 2010). Neste trabalho, a análise

dos dados ocorreu da seguinte forma:

• Os dados referentes as variações dimensionais, foram agrupadas

e organizadas em um software de planilhas eletrônicas, para a

analise e emissão de gráficos.

• as brocas utilizadas nos ensaios foram fotografadas e analisadas

pelo software CAD, onde foi possível evidenciar a existência do

desgaste nas brocas helicoidais de aço rápido.

No próximo tópico serão fornecidos mais detalhes sobre os ensaios de furação.

3.3. DETALHES SOBRE O ENSAIO DE FURAÇÃO

Os ensaios de furação foram realizados na empresa GEOTECNO, localizada

na cidade de Santa Barbara D’ Oeste. Os corpos de prova utilizados são placas

redondas de aço 4340 com Ø152 x 49,6 mm; a dureza média de cada corpo de

prova é de 30 HRC.

Além do material já descrito, também foi empregada uma barra redonda de aço

INOX, com Ø95 x 39 mm; para a realização de um ensaio preliminar. Cada

corpo de prova possui um furo de centro passante, com 30 mm de diâmetro.

A máquina utilizada nos ensaios de furação é um centro de usinagem CNC,

modelo ROMI DISCOVERY 560. Na Figura 42 é possível observar este centro

de usinagem CNC.

Nos ensaios foi utilizado um sistema automático para medição de ferramentas

a LASER; o Toolsetter modelo TSG 1213. Este equipamento tem a precisão de

0,0002 mm. As dimensões do Toolsetter são de 42 x 110 x 240 mm; com

espaço livre de 140 mm para a medição. O feixe de LASER emitido pelo

Toolsetter é vermelho e possui o comprimento de onda de 635 nm

(nanômetro); com 1 mm de diâmetro.

F

A

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P

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FIGURA 42 –

medição

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O NOS ENSA

2005).

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R. A Fig

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54

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ão dos dad

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oidal.

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AR A MEDIÇÃ

ENISHAW

al, cuja fu

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G. G., 2008

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os reais,

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W, 2003).

nção é co

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a um comp

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o ensaio,

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55

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broca, é

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P

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“D

O

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FIGURA 44

a Figura 4

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O Toolsett

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onto “C5” d

4 – PONTOS

(

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e “D9” nã

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olsetter.

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ão de cad

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2007).

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eixe de LA

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o dimensio

56

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e cinco

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a helicoida

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005).

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acionar o s

tebook; e a

QUINA.

57

A, APÓS

CNC,

nfigurar

rápido;

sistema

acessar

58

As rotinas de programação da máquina CNC foram desenvolvidas pela

empresa GEOTECNO. Para realizar os ensaios foram utilizados três

programas, o programa número “1”, “2” e “3”.

O programa número “1” é o responsável por executar os furos nos corpos de

prova.

O programa número “2” foi criado para zerar a broca, ou seja, referenciar a

posição da ferramenta, que está sendo utilizada pela primeira vez. Todas as

vezes que uma nova ferramenta for instalada, é necessário executar as rotinas

deste programa.

As rotinas do programa número “3” foram desenvolvidas para realizar a

medição do desgaste das brocas. Sua função é fazer com que a broca pare de

rotacionar, e se desloque até o local onde se encontra o presetting, para que

seja realizada a medição do desgaste na extremidade da broca.

A cada nova broca instalada na máquina; primeiramente foi executado o

programa “2”, em seguida o programa “3” e por último o programa “1”.

Após a preparação da máquina foi realizado um pré-teste, para verificar o

comportamento dos equipamentos durante os ensaios de furação.

3.5. PRÉ-TESTE

No pré-teste o corpo de prova utilizado foi uma placa cilíndricas de aço INOX.

O “Apêndice A” demonstra o desenho completo do corpo de prova, utilizado no

pré-teste. Os furos realizados nos ensaios de furação deste trabalho; foram

executados nas faces planas dos corpos de prova.

O primeiro furo no ensaio de pré-teste, ocorreu com velocidade de corte de 12

m/min e avanço de 0,03 mm/rot. A furação foi executada a seco, isto é, sem a

utilização de fluído de corte. As arestas de corte da broca foram observadas, e

nestas condições não houve um desgaste significativo, então a velocidade de

avanço foi aumentada em 20%.

59

Nesta nova condição, houve um aquecimento excessivo na broca, fazendo com

que a sua ponta ficasse arredondada. O desgaste foi tão expressivo que esta

ferramenta não pode ser medida pelo Toolsetter. Durante o pré-teste foram

realizados apenas dois furos, então, foi possível chegar às seguintes

conclusões:

• para reduzir as temperaturas de trabalho nos próximos ensaios de

furação, será necessário utilizar fluído de corte;

• é indispensável instalar uma mangueira de ar próxima no local de

usinagem, para remover gotas de fluído de corte que

permanecem na broca após a furação, afinal, as gotas de fluído

podem vir a interferir na medição da broca pelo presetting;

• para aumentar o desgaste das brocas nos próximos ensaios, a

velocidade de corte deve ser aumentada e velocidade de avanço

reduzida, visando aumentar o atrito entre as arestas de corte e o

material, para aumentar o desgaste das brocas.

Após a experiência do pré-teste, foram tomadas algumas providências

baseadas nas observações citadas; e foram executados os ensaios de furação.

3.6. ENSAIOS DE FURAÇÃO

Para realizar os ensaios de furação foram utilizadas placas cilíndricas de aço

4340. O “Apêndice B” demonstra o desenho completo do corpo de prova,

utilizado nos ensaios. A Figura 47 apresenta o momento em que a broca se

aproxima do corpo de prova, para executar o furo.

A

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re

se

pe

FIGURA 47

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48 – TOOLS

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9 – CORPO D

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APÓS O ENS

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os ensaio

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62

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broca, e

ção dos

ecuta a

ensões,

possui a

onto de

63

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Toolsetter). Após a usinagem este mesmo ponto foi medido novamente, o valor

(175,2840 mm) foi inserido na posição “E1” da coluna “Furo 1”; a planilha

executou o cálculo (175,2820 - 175,2840), que resultou na variação

dimensional de -0,0020 mm.

A Coluna “Ref.” foi inserida para auxiliar na geração dos Gráficos. Todos os

valores adotados nesta coluna são iguais a “zero”, assim, foi possível gerar

gráficos tendo “zero” como variação dimensional inicial.

Para facilitar a interpretação dos dados, foram gerados dois tipos de gráficos

de linhas com marcadores, visando observar duas situações distintas:

• a primeira situação, consiste em observar as variações

dimensionais por posição da broca, após a execução de cada

furo; visando gerar um histórico ao longo do ensaio;

• a segunda situação, incide na avaliação das variações

dimensionais presentes na ferramenta, depois da realização do

último furo, ou seja, antes da broca perder totalmente a sua

capacidade de corte.

3.8. MÉTODO UTILIZADO NA OBTENÇÃO DE IMAGENS DAS BROCAS

As brocas utilizadas nos ensaios foram fotografadas, com o auxílio de um

microscópio óptico, que possui a capacidade de ampliação de até 200 vezes.

Este microscópio utiliza a tecnologia “plug and play” (plugar e utilizar). Uma

extremidade do cabo USB foi conectada ao aparelho e outra a um computador,

então, um software fornecido juntamente com o microscópio, possibilitou o

registro, visualização e ampliação das imagens (IMPORTÉCNICA, 2010).

Para fotografar a broca, o microscópio foi instalado em uma base especial,

dotada de uma coluna vertical cilíndrica. Com o objetivo de facilitar a

observação de variações dimensões das brocas, a ferramenta foi fotografada

em cinco posições diferentes: aresta de corte “1”; aresta de corte “2”; lateral “1”;

la

fo

P

fo

o

he

F

ateral “2”; e

oram fotogr

FIGURA 5

ara permit

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52 – CADA U

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lvido e con

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– DESENHO

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BROCAS H

brocas fos

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nco posiçõ

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O NA FIXAÇÃ

NS.

64

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S NAS

posição,

3 ilustra

brocas

ÃO DAS

65

O desenho completo deste dispositivo de fixação pode ser visualizado no

“Apêndice C". Este dispositivo confeccionado em madeira; possui três furos

com 10 mm de diâmetro, onde são inseridas as extremidades cilíndricas das

brocas.

As fotos das “arestas de corte 1 e 2” foram fotografadas na face superior do

dispositivo, utilizando o orifício com inclinação de 59°, assim, as imagens das

arestas de corte, formaram o ângulo de 90° paralelo a face do dispositivo.

O furo presente na face lateral esquerda do dispositivo, foi utilizado para

fotografar as fotos da “lateral 1 e 2” das brocas. E por último, o furo

perpendicular à face superior do dispositivo, cuja função é permitir a retirada de

fotos do “topo” (vista superior) das ferramentas.

3.9. PROCEDIMENTO EMPREGADO NA MEDIÇÃO DE IMAGENS

As imagens das brocas foram medidas com o software AUTOCAD versão

2009. Para demonstrar que existiram variações dimensionais nas brocas, foram

analisadas apenas as imagens das “arestas de corte 1 e 2” de cada

ferramenta, visando quantificar o desgaste “VB”.

Para realizar medições foi necessário conhecer uma dimensão real da broca.

Foi selecionado o comprimento da aresta de corte, que é de 5,8332 mm; este

valor foi calculado por meio da geometria da broca.

Para definir o valor da escala na imagem, foram traçadas duas linhas sobre a

imagem da broca (Figura 54). Primeiro foi desenhada uma linha vermelha na

vertical, que corta o centro da ferramenta, em seguida, foi esboçada uma linha

amarela inclinada, que acompanha o ângulo da aresta de corte (MARTINS,

2012).

N

di

se

tra

20

co

A

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NADO PARA A

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dois ponto

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em unidade

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a, basta dig

ance. Utiliz

de da linh

ultado no

DO DISTANC

imagem p

as e medid

ar um exem

esquerdo)

67

A.

h, neste

primento

e e com

nada.

gitar no

zando o

ha com

campo

CE.

presente

das, em

mplo de

; “E3” e

O

pa

“D

se

“D

O

m

N

pe

FIGURA 58

O mesmo p

ara mensu

D9”. A Fig

egundo ex

D6” e “D7”

FIGURA 59

O ponto “C

medido de f

o próximo

esquisa.

8 – EXEMPL

procedime

urar a vari

gura 59 d

xemplo de

(lado direi

9 – EXEMPL

5” não foi

forma diret

o tópico d

LO DE DESG

ARESTA

nto de me

iação dime

demonstra

desgaste

to) da ares

LO DE DESGA

ARES

medido p

ta, com um

deste trab

GASTE VB N

TA DE CORTE

edição foi

ensional m

duas figu

e VB, nos

sta de cort

ASTE VB N

STA DE COR

por meio d

m paquímet

balho, ser

NOS PONTOS

E ESQUERD

realizado

média nos

uras, onde

pontos “D

te esquerd

OS PONTOS

RTE DIREITA.

da analise

tro.

rão aprese

S “E1”; “E2

A.

na aresta

pontos “D

e é possí

D8” e “E9”

a.

S “D6”; “D7

.

de image

entados o

”; “E3” E “E

a de corte

D6”, “D7”,

ível obser

(lado esq

7”; “D8” E “D

ens; este v

os resulta

68

E4” DA

direita,

“D8”, e

rvar um

querdo);

D9” DA

valor foi

dos da

4

4.

O

do

60

ex

E

ap

es

da

. RESULT

.1. ACER

Os resultad

os parâme

0 apresent

xecutados

FIGURA 6

stas ferram

presentara

stas ferram

anificada d

F

TADOS

RTO DOS PA

dos aprese

etros de us

ta um quad

com cada

60 – QUADR

BRO

mentas ap

am um súb

mentas não

de uma das

FIGURA 61 –

ARÂMETROS

entados ne

sinagem; n

dro com os

a broca.

RO COM OS P

OCA, E O NÚ

presentare

bito arredo

o foram an

s ferramen

– EXTREMID

S

este tópico

nesta etap

s parâmetr

PARÂMETRO

ÚMERO DE F

m pouco

ndamento

nalisadas. A

ntas utilizad

DADE DANIF

o foram ob

a foram ut

ros de usin

OS DE USINA

FUROS EXEC

desgaste,

na ponta

A Figura 6

das, a broc

ICADA DA BR

btidos no p

tilizadas 8

nagem, e o

AGEM UTILIZ

CUTADOS.

e foram s

da broca,

61 demons

ca número

ROCA NÚME

período de

brocas. A

o número d

IZADOS EM C

substituída

em função

stra a extre

o “1”.

ERO “1”.

e acerto

A Figura

de furos

CADA

as após

o disso,

emidade

70

A medição de desgaste na broca número “1” ocorreu após a execução de cada

furo com 5 mm de comprimento. Foram executados 28 furos com velocidade

de corte de 12 m/min., e avanço de 0,91 mm/rot. O desgaste da broca foi

mínimo, então, a velocidade de corte foi ampliada para 25 m/min. (o avanço

não foi alterado). Com esta nova condição, a mesma broca executou mais 12

furos.

Com o mesmo avanço (0,91 mm/rot.), a broca número “2” executou as furações

com a velocidade de corte de 25 m/min., em seguida com 36 m/min. e depois

43 m/min. Estas condições também não proporcionaram um desgaste

relevante, então a velocidade de corte foi aumentada para 52 m/min.; com

estes parâmetros, no total foram executados 19 furos.

A broca número “3” executou a furação com condições de usinagem mais

severas; a velocidade de corte foi ampliada para 62,95 m/min. e o avanço

reduzido para 0,15 mm/rot., visando aumentar o atrito entre a ferramenta e o

material. A profundidade de 15,61 mm do furo passou a ser usinada em um

único passe, e a medição com o Toolsetter começou a ser realizada após a

execução de cada furo. Esta broca apresentou um desgaste relevante, mas

durante o ensaio a ponta da ferramenta foi danificada.

Observando o que ocorreu com a ferramenta anterior, a broca número “4”

trabalhou com a mesma velocidade de corte (62,95 m/min.), porém o avanço

foi reduzido para 0,1 mm/rot.. Nos ensaios onde foram utilizadas as brocas

número “5”, “6” e “7” o avanço não foi alterado, e a velocidade de corte foi

reduzida primeiramente para 56, 52 m/min. e depois 51,97 m/min.. Com estas

condições de usinagem houve um desgaste inexpressivo na broca.

Ao realizar o ensaio com a broca número “8”, a velocidade de corte foi

novamente reduzida, desta vez para 43,17 m/min. e o avanço permaneceu em

0,1 mm/rot.; a pressão na aresta transversal da broca foi reduzida, provocando

maior agressão na aresta de corte. Foi constatado o surgimento de desgastes

nas arestas de corte, então a presente condição de usinagem foi adotada como

re

la

4.

A

co

o

tri

di

ob

N

ac

po

m

G

A

an

va

po

a

eferência, v

a.

.2. RESU

s condiçõe

om a broca

surgiment

igésimo q

imensiona

bservadas

GRÁFICO 1

o Gráfico

créscimo n

ostiças de

medição co

Gráfico refe

s variaçõe

nalisadas

ariações d

ossuíam d

cada cinco

visando de

ULTADOS CO

es da broca

a número

to de des

quinto furo

is da broc

no Gráfico

1 – VARIAÇÕ

1 é poss

nas dimen

corte e/ou

om o LAS

erem-se ao

es dimens

por cada p

dimensiona

iversos po

o furos, pa

esgastar a

OM NOVOS P

a número “

“9”. Desta

gaste nos

o a broca

ca número

o 1.

ÕES DIMENS

sível notar

sões; este

u cavacos

ER. As va

o surgiment

ionais det

posição, de

ais ao lon

ontos, entã

ara facilitar

broca no m

PARÂMETRO

“8” (43,17

vez, a bro

s nove pon

a foi subs

o “9”, após

SIONAIS DA QUINTO F

r que os

e fenômen

que podem

ariações d

to de desg

tectadas n

este modo

ngo do en

ão, estas re

r a visualiza

menor tem

OS DE USINA

m/min. e 0

oca execut

ntos medid

stituída pa

s o trigési

BROCA NÚMFURO.

pontos “E

o ocorre c

m ficar pre

dimensiona

gastes na b

na broca n

o, é possív

nsaio. Os

epresentaç

ação.

mpo possíve

AGEM

0,1 mm/rot

tou 35 furo

dos na fer

ara anális

mo quinto

MERO “9” AP

E4” e “C5”

com a form

esos a ferra

ais negativ

broca.

número “9

vel observa

Gráficos

ções gráfic

vel e sem d

t.) foram re

os. Foi obs

rramenta;

se. As va

o furo pod

PÓS O TRIG

” apresent

mação de

amenta du

vas presen

9”, também

ar a evoluç

(2, 3, 4,

cas foram g

71

danificá-

epetidas

servado

após o

ariações

dem ser

ÉSIMO

tam um

arestas

urante a

ntes no

m foram

ção das

5 e 6)

geradas

GRÁFICO

GRÁFICO

GRÁFICO

O 2 – VARIA

O 3 – VARIA

O 4 – VARIA

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

ENSIONAIS NNÚMERO

ENSIONAIS NNÚMERO

ENSIONAIS NNÚMERO

NAS POSIÇÕO “9”.



ÕES “E1” E “

ÕES “E2” E “

ÕES “E3” E “

“D9” DA BRO

“D8” DA BRO

“D7” DA BRO

72

OCA

OCA

OCA

A

de

GRÁFICO

GRÁFICO

pós o ensa

emonstra a

FIGUR

O 5 – VARIA

6 – VARIAÇ

aio, a broc

as fotos da

RA 62 – FOT

AÇÕES DIME

ÇÕES DIMEN

ca foi fotog

a broca núm

TOS DA BRO

ENSIONAIS NNÚMERO

NSIONAIS NA

grafada em

mero “9” a

OCA NÚMERO


A POSIÇÃO

m cinco pos

após o ensa

O “9” APÓS

ÕES “E4” E “

“5” DA BROC

sições disti

aio de fura

O ENSAIO D

“D6” DA BRO

CA NÚMERO

intas. A Fi

ação.

DE FURAÇÃO

73

OCA

O “9”.

gura 62

O.

O

lig

ân

pr

P

To

“9

N

m

oc

To

O

de

di

Observando

geiramente

ngulos da

rejudicar a

ara provar

Toolsetter, a

9”.

FIGURA

a Figura

medidos pe

correu no

Toolsetter m

O valor med

e 133,001

imensão e

o a Figura

e queimada

imagem,

a precisão d

r a existên

a Figura 6

A 63 – FOT

85 demon

elo LASER

ponto “D

mensurou u

dido com o

0 mm. A

ncontrada

84 é poss

a, sinalizan

o surgime

da medida

ncia de va

3 apresen

TO DA MEDIÇ

nstra que

R. Na broc

D8” (0,092

uma reduç

o Toolsette

A mesma

foi de 133

sível obser

ndo o desg

ento de ar

a realizada

riações dim

ta a mediç

ÇÃO DO DES

houve um

ca número

29 mm);

ção na altu

er no ponto

distância

3 mm.

rvar que, a

gaste. Tam

restas pos

por meio d

mensionai

ção do des

SGASTE VB

ma variaçã

“9”, o de

este mes

ra da ferra

o “C5”; apó

foi medid

a ponta da

mbém é no

stiças de c

do Toolset

s nos pon

sgaste VB

NA BROCA

ão dimens

sgaste VB

mo ponto

amenta de

ós o trigési

da com um

a ferramen

otável em to

corte, que

tter.

ntos medid

na broca

NÚMERO “9

sional nos

B mais ace

o medido

-0,0150 m

imo quinto

m paquím

74

nta ficou

odos os

podem

os pelo

número

9”.

pontos

entuado

com o

mm.

furo foi

metro, a

N

nú

Fo

nú

7.

G

N

de

“E

P

os

ev

vi

o ensaio

úmero “9”

oram exec

úmero “10

.

GRÁFICO 7

o Gráfico

e usinagem

E4”, “C5” e

ara avalia

s Gráficos

vitar o ac

sualização

GRÁFICO

seguinte,

(velocidad

cutados 10

” após o c

– VARIAÇÕ

7 é interes

m da broca

e “D6”. O po

r a evoluç

(8, 9, 10,

cumulo de

o.

O 8 – VARIA

a broca

de de cort

07 furos. A

centésimo

ÕES DIMENSI

ssante not

a anterior,

onto que m

ção do des

11 e 12),

e pontos

AÇÕES DIME

número “

te de 43,1

As variaçõ

sétimo fur

IONAIS DA BSÉTIMO F

tar que ape

não houv

mais sofreu

sgaste da

, que foram

no Gráfic

ENSIONAIS NNÚMERO

“10” repet

7 m/min e

ões dimens

ro, podem

BROCA NÚMFURO.

esar de re

ve variaçõe

u desgaste

broca núm

m gerados

co, e con

NAS POSIÇÕ“10”.

iu as con

e avanço c

sionais pre

ser visuali

MERO “10” AP

petir as m

es dimensi

e foi o “D9”

mero “10” f

s a cada d

nsequentem

ÕES “E1” E “

ndições da

com 0,1 m

esentes na

izadas no

PÓS O CEN

mesmas co

ionais nos

”.

foram elab

dez furos, v

mente fac

“D9” DA BRO

75

a broca

mm/rot.).

a broca

Gráfico

TÉSIMO

ndições

pontos

borados

visando

cilitar a

OCA

GRÁFICO

GRÁFICO

GRÁFICO

GRÁFICO 1

O 9 – VARIA

O 10 – VARIA

O 11 – VARIA

12 – VARIAÇ

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

ÇÕES DIMEN

ENSIONAIS NNÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO

NSIONAIS NA




A POSIÇÃO

ÕES “E2” E “

ÕES “E3” E

ÕES “E4” E

“5” DA BROC

“D8” DA BRO

“D7” DA BR

“D6” DA BR

CA NÚMERO

76

OCA

ROCA

ROCA

O “10”.

O

às

fe

na

br

P

pe

“1

Os valores

s demais m

erramenta.

a broca du

roca núme

FIGURA

ara eviden

elo Toolse

10”.

FIGURA

de alguma

medições

Por exem

urante a m

ero “10” ap

A 64 – FOT

nciar a pre

tter, a Figu

A 65 – FOTO

as mediçõ

do ensaio

mplo, no Gr

medição co

ós o ensai

TOS DA BROC

esença de

ura 65 ilust

O DA MEDIÇÃ

es ficam a

; isto ocor

ráfico 12, o

om o Tools

o de furaç

CA NÚMERO

e variaçõe

tra a medi

ÇÃO DO DES

acima da m

re devido

o “Furo 3”

setter. A F

ção.

O “10” APÓS

es dimensi

ção do des

GASTE VB N

média, qua

à aderênc

havia um

Figura 64 e

S O ENSAIO D

onais nos

sgaste VB

NA BROCA N

ando comp

cia de cava

de resídu

exibe as f

DE FURAÇÃ

s pontos m

na broca

NÚMERO “1

77

parados

acos na

o preso

fotos da

ÃO.

medidos

número

0”.

A

di

V

“1

re

To

ex

qu

N

us

pr

se

di

dimensão

istância foi

isando au

11”, a velo

eduzido pa

Toolsetter p

xecutou 4

uarto furo,

GRÁFICO 1

o Gráfico

sinagem,

rova, dest

equencia

imensiona

GRÁFICO

o do ponto

i mensurad

mentar o d

ocidade de

ara 0,03 m

passou a

furos. As

podem se

13 – VARIAÇ

13 é po

ocorreu u

ta forma,

seguem o

is por posi

O 14 – VARIA

“C5” medi

da com um

desgaste d

e corte foi

mm/rot. Com

ser realiz

s variações

er visualiza

ÇÕES DIMEN

ossível no

m maior a

foi possív

os Gráfico

ção da bro

AÇÕES DIME

ida com o

m paquímet

da ferrame

i ampliada

m esta no

zada a ca

s dimensio

adas no Gr

NSIONAIS DAFURO

otar que,

atrito entre

vel aumen

os (14, 15

oca númer

ENSIONAIS NÚMERO

Toolsetter

tro, o valor

enta; no e

a para 50,

ova condiçã

ada dois f

onais da

ráfico 13.

A BROCA NÚO.

por meio

e a broca

ntar o de

5, 16, 17

o “11”.


r foi de 133

r achado fo

nsaio com

24 m/min

ão, a med

uros usina

broca núm

ÚMERO “11”

das nova

e superf

sgaste da

e 18) q

ÕES “E1” E

3, 0000. A

oi de 132,9

m a broca

., e o ava

dição por m

ados. Está

mero “11”

” APÓS O QU

as condiç

fície do co

a ferramen

que as va

“D9” DA BR

78

mesma

95 mm.

número

anço foi

meio do

á broca

após o

UARTO

ções de

orpo de

nta. Na

ariações

ROCA

GRÁFICO

GRÁFICO

GRÁFICO

O 15 – VARIA

O 16 – VARIA

O 17 – VARIA

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

ENSIONAIS NÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO




ÕES “E2” E

ÕES “E3” E

ÕES “E4” E

“D8” DA BR

“D7” DA BR

“D6” DA BR

79

ROCA

ROCA

ROCA

A

en

N

ex

A

GRÁFICO 1

Figura 66

nsaio de fu

FIGURA

a Figura 6

xpressivo n

Figura 67

18 – VARIAÇ

6 exibe as

uração.

A 66 – FOT

66 é poss

na quina d

apresenta

ÇÕES DIMEN

fotos da b

TOS DA BROC

sível obser

a ferramen

a a mediçã

NSIONAIS NA

broca núm

CA NÚMERO

rvar o sur

nta.

ão do desg

A POSIÇÃO

mero “11”; d

O “11” APÓS

rgimento d

aste VB na

“5” DA BROC

depois de

S O ENSAIO D

de crateras

a broca nú

CA NÚMERO

sua utiliza

DE FURAÇÃ

s e um de

úmero “11”

80

O “11”.

ação no

ÃO.

esgaste

.

O

13

en

C

ve

(0

br

FIGURA

O valor me

33,0000 m

ncontrada

om o obje

elocidade

0,03 mm/ro

roca núme

GRÁFICO 1

A 67 – FOTO

edido com

mm. A mes

foi de 132

tivo de au

de corte fo

ot.). Foram

ero “12” ap

19 – VARIAÇ

O DA MEDIÇÃ

o Toolse

ma distânc

,95 mm.

mentar o d

oi ampliad

m executa

ós o décim

ÇÕES DIMEN

ÇÃO DO DES

etter no po

cia foi med

desgaste n

a para 53

ados 10 fu

mo furo est

NSIONAIS DAFURO

GASTE VB N

onto “C5”;

dida com u

no ensaio c

,38 m/min

uros. As v

tão represe

A BROCA NÚO.

NA BROCA N

após o q

um paquím

com a broc

. O avanço

variações

entadas no

ÚMERO “12

NÚMERO “1

quarto furo

metro, a dim

ca número

o não foi a

dimension

o Gráfico 1

” APÓS O DÉ

81

1”.

o foi de

mensão

o “12”, a

alterado

nais da

9.

ÉCIMO

N

am

va

o Gráfico

mpliou o d

ariações d

GRÁFICO

GRÁFICO

GRÁFICO

19 é pos

desgaste d

imensiona

O 20 – VARIA

O 21 – VARIA

O 22 – VARIA

ssível obse

a broca. O

is por posi

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

ervar que,

Os Gráficos

ição da bro

ENSIONAIS NÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO

, o aumen

s (20, 21, 2

oca númer




nto da vel

22, 23 e 24

ro “12”.

ÕES “E1” E

ÕES “E2” E

ÕES “E3” E

ocidade d

4) apresen

“D9” DA BR

“D8” DA BR

“D7” DA BR

82

de corte

ntam as

ROCA

ROCA

ROCA

A

en

GRÁFICO

GRÁFICO 2

Figura 68

nsaio de fu

FIGURA

O 23 – VARIA

24 – VARIAÇ

8 demonst

uração.

A 68 – FOT

AÇÕES DIME

ÇÕES DIMEN

ra as fotos

TOS DA BROC

ENSIONAIS NÚMERO

NSIONAIS NA

s da broca

CA NÚMERO


A POSIÇÃO

a número “

O “12” APÓS

ÕES “E4” E

“5” DA BROC

“12”; após

S O ENSAIO D

“D6” DA BR

CA NÚMERO

s seu empr

DE FURAÇÃ

83

ROCA

O “12”.

rego no

ÃO.

N

“1

A

pa

A

(v

ex

us

a Figura 6

12”.

FIGURA

distância

aquímetro;

broca núm

velocidade

xecutados

sinagem d

GRÁFICO 2

69 é possív

A 69 – FOTO

a referente

; em ambo

mero “13”

de corte

4 furos. A

o quarto fu

25 – VARIAÇ

vel observa

O DA MEDIÇÃ

e ao ponto

os os méto

repetiu as

de 53,38

As variaçõ

uro, estão

ÇÕES DIMEN

ar a mediç

ÇÃO DO DES

o “C5” fo

dos, a dim

condições

8 m/min. e

ões dimens

representa

NSIONAIS DAFURO

ção do des

GASTE VB N

oi medida

mensão obs

s de usina

e avanço

sionais da

adas no Gr

A BROCA NÚO.

sgaste VB

NA BROCA N

com o T

servada foi

gem da br

com 0,03

broca núm

ráfico 25.

ÚMERO “13”

na broca

NÚMERO “1

Toolsetter,

i de 133,00

roca núme

3 mm/rot.)

mero “13”

” APÓS O QU

84

número

2”.

e com

0 mm.

ero “12”.

Foram

após a

UARTO

O

po

Os Gráficos

osição da

GRÁFICO

GRÁFICO

GRÁFICO

s (26, 27,

broca núm

O 26 – VARIA

O 27 – VARIA

O 28 – VARIA

28, 29 e 3

mero “13”.

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

30) demon

ENSIONAIS NÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO

nstram as




variações

ÕES “E1” E

ÕES “E2” E

ÕES “E3” E

dimension

“D9” DA BR

“D8” DA BR

“D7” DA BR

85

nais por

ROCA

ROCA

ROCA

A

GRÁFICO

GRÁFICO 3

Figura 70

FIGURA

O 29 – VARIA

30 – VARIAÇ

exibe as f

A 70 – FOT

AÇÕES DIME

ÇÕES DIMEN

fotos da br

TOS DA BROC

ENSIONAIS NÚMERO

NSIONAIS NA

roca núme

CA NÚMERO


A POSIÇÃO

ro “13” apó

O “13” APÓS

ÕES “E4” E

“5” DA BROC

ós o ensaio

S O ENSAIO D

“D6” DA BR

CA NÚMERO

o de furaçã

DE FURAÇÃ

86

ROCA

O “13”.

ão.

ÃO.

A

A

13

en

C

av

di

re

Figura 71

FIGURA

medição

33, 0000 m

ncontrado

om as me

vanço de 0

imensiona

epresentad

GRÁFICO 3

ilustra a m

A 71 – FOTO

do ponto

mm. A mes

foi de 132

esmas con

0,03 mm/ro

is da bro

das no Grá

31 – VARIAÇ

medição do

O DA MEDIÇÃ

“C5” medi

sma distân

, 48 mm.

dições de

ot.), a broc

oca númer

áfico 31.

ÇÕES DIMEN

o desgaste

ÇÃO DO DES

ida com o

ncia foi me

usinagem

ca número

ro “14” ap

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GRÁFICO

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O 32 – VARIA

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AÇÕES DIME

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FIGURA

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A 73 – FOTO

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37 – VARIA

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O

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Os Gráficos

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GRÁFICO

GRÁFICO

GRÁFICO

s (38, 39,

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O 38 – VARIA

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mero “15”.

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

AÇÕES DIME

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ENSIONAIS NÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO

ENSIONAIS NÚMERO

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variações

ÕES “E1” E

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“D9” DA BR

“D8” DA BR

“D7” DA BR

91

nais por

ROCA

ROCA

ROCA

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GRÁFICO

GRÁFICO 4

Figura 74

FIGURA

O 41 – VARIA

42 – VARIAÇ

evidencia

A 74 – FOT

AÇÕES DIME

ÇÕES DIMEN

as fotos d

TOS DA BROC

ENSIONAIS NÚMERO

NSIONAIS NA

da broca nú

CA NÚMERO


A POSIÇÃO

úmero “15”

O “13” APÓS

ÕES “E4” E

“5” DA BROC

”, após o e

S O ENSAIO D

“D6” DA BR

CA NÚMERO

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DE FURAÇÃ

92

ROCA

O “15”.

furação.

ÃO.

A

O

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en

Figura 75

FIGURA

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A 75 – FOTO

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sma distân

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ncia foi me

VB na bro

GASTE VB N

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oca número

NA BROCA N

r depois o

com um pa

o “15”.

NÚMERO “1

quinto fur

aquímetro;

93

5”.

ro foi de

o valor

5. CONCLUSÕES

De acordo com o que foi realizado neste trabalho, especificamente sobre a

medição do desgaste de brocas helicoidais de aço rápido com auxílio um

dispositivo a LASER, é possível concluir que:

• o objetivo geral proposto por este trabalho foi concretizado, ou seja, o

desgaste das brocas de aço rápido foi medido por meio do Toolsetter a

LASER;

• os objetivos específicos também foram alcançados: os ensaios de

furação, para medir o desgaste das brocas por meio Toolsetter foram

realizados; as brocas utilizadas nos ensaios foram fotografadas e

analisadas;

• foi verificado que o dispositivo de medição a LASER tem aplicação

eficaz na medição dimensional das brocas helicoidais de aço rápido. A

técnica utilizada na medição é promissora e pode ser aplicada em

ambiente industrial com sucesso;

• não foi possível comparar de forma direta, os valores mensurados por

meio do Toolsetter, com os valores medidos por meio da analise de

imagens, afinal, o LASER mensura a diferença no comprimento da

ferramenta, enquanto a medição por analise de imagens mensura a

variação no desgaste médio no flanco da broca;

• as medições feitas com auxílio do Toolsetter, indicaram a oscilação das

dimensões da broca. Em determinados momentos as medidas

aumentaram, fato que se deve ao fenômeno da aderência na aresta de

corte da ferramenta. A redução dimensional apontada pelo sistema está

relacionada ao desgaste da broca;

95

• por meio da medição com o Toolsetter nos nove pontos da extremidade

da broca, foi possível constatar que durante a usinagem, as arestas das

ferramentas não se desgastaram de forma simétrica, pois, cada um dos

pontos medidos apresentou uma valor de desgaste diferente; fato que

pôde ser comprovado pelo método de análise de imagens.

5.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

As sugestões para trabalhos futuros são:

estudo sobre a medição de desgaste em ferramentas de torneamento e

fresamento;

melhor análise do efeito da aresta postiça de corte durante a medição

com o dispositivo LASER;

criação de um novo software para coleta de dados, com interface gráfica

amigável e recursos que facilitem a interpretação das informações. Se

possível, aplicando-se técnicas de inteligência artificial para auxiliar na

predição do momento de troca da ferramenta.

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AAPÊNDICE

APÊND

DICE A – DDESENHO DDO CORPO DDE PROVA UTILIZADO NOO PRÉ-TEST

120

TE.

APÊNDDICE B – DDESENHO DOO CORPO DE

FURAÇÃ

E PROVA UT

ÃO.

TILIZADO NOOS ENSAIOS

121

DE

APÊNDICCE C – DESSENHO COMMPLETO DO D

HELICOID

DISPOSITIVO

DAIS.

O PARA FIXAAÇÃO DE BR

122

ROCAS

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UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO DIRETORIA DE CIÊNCIAS … · expressar o amor, orgulho, admiração e a gratidão que sinto por vocês. À minha irmã Priscila Aparecida Pacheco Fortunato,