UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E DAS MISSES - CAMPUS DE ERECHIM

ADRIANO SCHAPLA CLADEMIR WISNIEWSKI IURI R. BERGAMIN RENAN SANTIN ROBSON FABIAN

USINAGEM QUMICA, USINAGEM ELETROQUMICA E RETIFICAO ELETROQUMICA

ERECHIM, SETEMBRO DE 20111

ADRIANO SCHAPLA CLADEMIR WISNIEWSKI IURI RENAN BERGAMIN RENAN SANTIN ROBSON FABIAN

USINAGEM QUMICA, USINAGEM ELETROQUMICA E RETIFICAO ELETROQUMICA

Trabalho da disciplina de Processos de Usinagem II, Curso de Engenharia Mecnica, Departamento de Engenharias e Cincias da Computao da Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Misses URI Campus de Erechim.

Professor: Arthur Bortolin Beskow

ERECHIM, SETEMBRO DE 20112

Resumo:O objetivo desta pesquisa apresentar o uso da usinagem qumica, usinagem eletroqumica e da retificao eletroqumica como mtodos alternativos e no convencionais de usinagem que esto sendo implantados nos mais variados ramos da indstria na atualidade. Alm disso, ser apresentado suas respectivas vantagens e desvantagens apontando os principais segmentos metal mecnicos que podem estar se utilizando desse tipo de tecnologia. Palavras chave: usinagem qumica, usinagem eletroqumica, retificao eletroqumica.

Abstract:The objective of this research is to introduce de usage of the chemical machining, electrochemical machining and electrochemical rectification as unconventional and alternative machining methods that are being implanted in various branches of the industry today. Furthermore it will bring up their respective advantages and disadvantages, pointing the main metal mechanics segments that may be using such technology. Key-words: chemical machining, electrochemical machining, electrochemical rectification.

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ndice:

1.0 Introduo.............................................................................................................05 2.0 - Usinagem qumica.................................................................................................062.1 2.2 2.3 2.4 2.5 - Preparao da superfcie metlica da pea.............................................................06 - Confeco da mscara de revestimento.................................................................06 - Usinagem qumica..................................................................................................07 Limpeza..................................................................................................................07 Vantagens e desvantagens da usinagem qumica...................................................07

3.0 Usinagem eletroqumica.......................................................................................093.1 Clula eletroqumica e eletrlise............................................................................09 3.2 O uso da eletrlise na usinagem eletroqumica......................................................09

4.0 Retificao por descarga eletroqumica.............................................................12 5.0 - Concluso..............................................................................................................15 6.0 - Referncias Bibliogrficas...................................................................................16

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1.0 IntroduoNa atualidade a indstria aeronutica uma das que mais vem se beneficiando com o uso da usinagem qumica. O processo tem se mostrado muito til, pois com ele pode-se eliminar quantidades desnecessrias de material, melhorando assim a relao potncia / peso, alm de garantir um melhor comportamento mecnico dos materiais pelo fato do processo conferir s peas uma estrutura mais homognea. A indstria aeronutica fez com que a usinagem qumica passasse a ser empregada no somente em peas de alumnio, mas tambm no ferro, aos, inoxidveis, titnio e o tntalo. Mais recentemente com o desenvolvimento da eletrnica e microeletrnica, a usinagem qumica ganhou um novo impulso pelo fato de promover peas precisas, delicadas, de pequenas dimenses e sem qualquer deformao do metal. Este processo o mais indicado na produo em srie de peas miniaturizadas, cada vez mais usadas na indstria. Outro mtodo no convencional de usinagem que bastante utilizado na atualidade a usinagem eletroqumica, o qual baseado no processo de eletrlise. Eletrlise uma palavra que vem da lingual grega e significa corrente eltrica (eletro) + quebra (lise), ou seja, a decomposio de uma substncia por meio de corrente eltrica. A usinagem eletroqumica considerada uma tcnica de retirada de metal por um processo eletroqumico aplicado em materiais que conduzem eletricidade. Muito utilizado na usinagem de materiais muito duros ou de difcil usinabilidade por mtodos mecnicos convencionais, sendo empregado na indstria metalmecnica quando se deseja produzir em massa. Alm dos mtodos anteriormente citados, o processo de retificao eletroqumica acabou conquistando espao importante na indstria metal mecnica pela possibilidade de utilizao de um mtodo hbrido de usinagem no convencional que traz vantagens principalmente na retificao de ferramentas de metal duro.

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2.0 - Usinagem QumicaA usinagem qumica um processo que consiste em submeter determinadas partes de peas metlicas ao de uma soluo agressiva. Para isso colocado um tipo de proteo, tambm chamada de mscara, que far a proteo de determinados locais em que no se deseja usinar. Esse revestimento deve ser confeccionado em material que no seja suscetvel ao ataque deste agente corrosivo. Para tanto se faz necessrio alguns passos para a realizao de todo o processo: - Preparao da superfcie metlica da pea; - Confeco da mscara de revestimento; - Usinagem qumica; - Limpeza. 2.1 Preparao da superfcie metlica da pea Primeiramente a pea deve passar por um processo de limpeza. imprescindvel obter uma superfcie totalmente isenta de gordura, poeira ou qualquer outra substncia indesejada. Muitas vezes a pea pode passar por algum processo de ataque corrosivo para proporcionar uma melhor adeso da mscara sobre a sua superfcie. O manejo deve ser feito de forma cuidadosa, com o mximo de proteo possvel e fazendo o uso de luvas. O uso de uma lixa sobre a superfcie da pea, de forma leve, pode promover uma maior aderncia mscara, garantindo assim uma maior exatido dimensional. 2.2 Confeco da mscara de revestimento Deve-se escolher um material que resista ao da soluo agressiva utilizada sendo os mais comuns a borracha, alguns tipos de plsticos, resinas fotossensveis, vernizes, etc.. A mscara protetora, alm de tudo, deve possuir boa aderncia superfcie da pea, possibilitando um recorte adequado s dimenses e que possa permanecer inalterada durante todo o tempo de realizao do procedimento. A mscara de proteo tambm pode ser feita por meio de pintura ou borrachas sintticas. Nesses casos necessrio confeccionar um gabarito metlico com o formato desejado para a mscara e deix-lo fixo sobre a superfcie da pea. Sobre a parte vazada feita a aplicao do material da mscara e aps a finalizao deste procedimento deve-se remover cuidadosamente o gabarito. Outro tipo de mscara de revestimento a confeccionada com resinas fotossensveis, mais indicadas para trabalhos que exigem maior exatido. Esse tipo de resina deve ser submetido a uma radiao ultravioleta e em seguida revelado. Por conseqncia da revelao aparece sobre a pea o desenho deixando desprotegida a parte a ser usinada. Para aumentar a resistncia aos cidos e aderncia desta resina, depois da revelao, a pea pode ser submetida a um recozimento controlado e uniforme em uma estufa a temperaturas relativamente baixas ou pela utilizao de radiao infravermelha tomando sempre o cuidado para que a pea seja tratada uniformemente, expondo todas as suas partes por igual. 6

Independente do mtodo a ser utilizado, a aplicao da mscara de revestimento s deve ser feita na certeza de se estar trabalhando sobre uma superfcie homognea, sem trincas, bolhas, rugas, irregularidades, ou qualquer tipo de sujeira. H tambm a possibilidade de se realizar testes preliminares para determinar a qualidade da superfcie a ser usinada e se a ao do cido utilizado poder trazer os resultados desejados dependendo do material a ser trabalhado. 2.3 Usinagem qumica aplicado sobre a superfcie exposta da pea um determinado tipo de soluo agressiva que ir causar a corroso de suas camadas mais externas. Essa soluo pode ser custica, aplicada principalmente em aos e alumnio, ou cida, para cobre e nquel. Essa soluo deve ser constantemente renovada para que no perca suas propriedades no decorrer do processo. 2.4 Limpeza Terminado a usinagem da pea preciso remover a mscara protetora e limpar a superfcie da pea. Normalmente realizado um escovamento mecnico da pea seguido de um banho.

Figura 2.1 Exemplo de uma chapa submetida usinagem qumica. A indicao a e d representam a mscara protetora, b representa a parcela usinada da superfcie e c representa a parcela no usinada que foi protegida pelo uso da mscara.

2.5 Vantagens e desvantagens da usinagem qumica Por no se tratar de um mtodo de usinagem que utilize impactos ou arranque pedaos da pea por contato mecnico forado, a usinagem qumica acaba sendo um processo capaz de gerar um produto muito mais homogneo estruturalmente, sem deformaes ntegras e sem rebarbas. Alm disso, na produo de peas frgeis ou de formas complexas muito menor que o tempo necessrio para produzir a mesma pea utilizando um meio mecnico. Entretanto, a dissoluo do metal nunca acontece de uma forma rigorosamente vertical. Isso faz com que se obtenham ngulos indesejados para determinadas finalidades. A penetrao da soluo agressiva por vezes pode transpor levemente a fronteira da mscara protetora o que far com que o produto final apresente uma pequena diferena dimensional com relao mscara. Uma forma de amenizar a distoro causada por esse efeito confeccionando mscaras de dimenses minimamente menores que as desejadas. Para fazer esse clculo deve-se levar em 7

considerao a espessura a dissolver, o tipo de metal e o meio corrosivo que o trabalho ser feito. Outro inconveniente nesse processo a dificuldade de se confeccionar uma mscara em dimenses ideais. Normalmente s se chega maior exatido aps vrias tentativas e aproximaes. s vezes preciso usinar uma pea para que, com base no resultado obtido, se possa corrigir a mscara para alcanar maior exatido dimensional.

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3.0 - Usinagem Eletroqumica3.1 Clula eletroqumica e eletrlise Segundo Russel (1994) uma clula eletroqumica um dispositivo que permite a interconverso de energia qumica e energia eltrica. As clulas eletroqumicas so divididas em dois tipos: as clulas galvnicas ou pilha e a clula eletroltica. Ambas empregam uma reao redox (reduo e oxidao) que fisicamente separada, de forma que a oxidao ocorre num eletrodo, o nodo, e a reduo no outro, o ctodo. A eletrlise um processo no espontneo que separa os elementos qumicos de um composto pelo uso da eletricidade. Primeiramente ocorre a decomposio (ionizao ou dissociao) do composto em ons e, posteriormente, com a passagem de uma corrente atravs destes ons, so obtidos os elementos qumicos. Os produtos dependem de quais constituintes so mais facilmente e mais rapidamente oxidados (no nodo) e reduzidos (no ctodo). As quantidades formadas destes produtos dependem de suas massas equivalentes e da quantidade de eletricidade aplicada (leis de Faraday da eletrlise). 3.2 O uso da eletrlise na usinagem eletroqumica Na usinagem eletroqumica o objetivo fazer a remoo de material a partir do uso de uma ferramenta de perfil especfico. Nessa dissoluo do material a pea caracterizar o nodo e a ferramenta, o ctodo. Pelo uso da circulao de um lquido eletrlito entre a pea e a ferramenta faz-se um contato eltrico que resultar em um processo de eletrlise. Esse eletrlito bombeado a uma velocidade aproximada de 3 a 30 m/s, removendo os resduos indesejveis da usinagem e diminuindo os efeitos causados principalmente pelo aquecimento eltrico. Uma diferena de potencial aplicada entre os eletrodos, geralmente de 10 volts, que causar uma transferncia de matria do nodo para o ctodo. Segundo as leis de Faraday esta transferncia de matria proporcional intensidade da corrente eltrica aplicada. Na medida em que a usinagem prossegue, ocorre a movimentao simultnea do ctodo em relao ao nodo at o momento em que a largura do GAP ao longo do eletrodo tender a apresentar um valor constante. A distncia entre a ferramenta e a pea varia de 8 a 80 micrmetros (de 0,003 a 0,030 polegadas). Quando os eltrons chegam ao material, ele dissolvido, de acordo com a forma desejada. A figura 3.1 a seguir mostra a representao esquemtica da pea e eletrodo apresentando seu GAP final em valor constante.

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Figura 3.1 A pea (nodo) apresenta perfil conforme o determinado pela ferramenta (ctodo) decorrente da transferncia de seu material pelo uso do potencial eltrico aplicado.

Um item essencial na usinagem eletroqumica o eletrlito: ele responsvel por conduzir a corrente eltrica entre a ferramenta e a pea para que ocorra a dissociao andica decorrente da eletrlise. O eletrlito deve possuir alta condutibilidade eltrica, deve conservar suas caractersticas e deve poder ser regenerado facilmente. O processo de usinagem eletroqumica mais usado para produzir formas complexas como a turbina de ps com bom acabamento superficial em materiais mais duros. Tambm amplamente utilizado em processos de rebarbao, removendo o material excedente e embotando bordas afiadas. mais rpido e muitas vezes mais conveniente do que os mtodos convencionais de rebarbao feitos de forma manual ou com uso de processos de usinagem tradicionais. A usinagem eletroqumica pode ser feita em mquinas de pequeno ou grande porte. Uma mquina pequena (500A) adequada, por exemplo, para a furao e retirada de rebarbas. Esse tipo de mquina apresenta caractersticas funcionais semelhantes de eletroeroso. Entretanto, a remoo de material ocorre de forma qumica acelerada apenas pela passagem de corrente eltrica. A figura 3.2 mostra uma esquematizao de um tipo de mquina utilizada na usinagem eletroqumica.

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Figura 3.2 Representao esquemtica de uma mquina de pequeno porte utilizada para realizar a usinagem eletroqumica.

Atualmente, muitas fabricantes de mquinas de usinagem produzem mquinas para usinagem eletroqumica, como a Pazetto Usinagem e Fundio, de Santa Catarina, a Knuth do Brasil Tecnologias Industriais, de Barueri (SP), a MCS Indstria Mecnica de Contagem, em Minas Gerais, e a Metalsystem Indstria, Comrcio e Representao Ltda., de So Leopoldo (RS). Para conquistar um alto desempenho na produo de peas usinadas, essas mquinas de usinagem necessitam de manuteno e lubrificao constantes, evitando quebras e falhas e garantindo que no haver atritos entre as peas, o que gera desgaste nos componentes. Alguns tipos de inconvenientes desse processo de usinagem so, por exemplo, a existncia de elevadas presses hidrulicas no sistema de bombeamento, dificuldades para ajustagem da ferramenta e problemas devidos corroso. Entretanto, h muitas vantagens no uso deste tipo de tcnica de usinagem: como na usinagem qumica, este processo permite a obteno de um produto isento de danos estruturais, alm de no causar desgaste ferramenta, possibilitar a usinagem de materiais de alta dureza que sejam condutores eltricos, produzir geometrias complexas em apenas uma passada, iseno de zonas termicamente afetadas e de foras de cortes decorrentes da ausncia de contato mecnico e impactos, etc..

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4.0 Retificao por descarga eletroqumicaSegundo Rodrguez et al. a retificao por descarga eletroqumica um processo hbrido de retificao eletroqumica e por eletroeroso. Difere do processo de retificao eletroqumica basicamente pelo fato da corrente aplicada ser alternada (ou contnua pulsada) e o rebolo no ser abrasivo, mas de grafite; assim, no h remoo por abraso. Devido ao fato do grafite ser um material de fcil usinagem, os rebolos podem ser produzidos com exatido em formas complexas e a baixo custo. Pelo fato do rebolo girar sem entrar em contato com a pea, pequenas imperfeies na superfcie do rebolo podem ser toleradas sem afetar a qualidade final da pea. O eletrlito altamente condutivo e o material da pea primeiramente transformado em um filme de xido durante o pulso positivo de corrente, sendo posteriormente removido nos pontos onde ocorrem as descargas eltricas (ou faiscamento), durante o pulso negativo. A principal utilizao deste processo na retificao de ferramentas de matal duro, usinagem de ao ferramenta temperado ou ligas de nquel, peas frgeis ou sensveis ao calor, etc.. Dentre as principais vantagens deste processo destacam-se: corte livre de rebarbas, facilidade de fabricao dos rebolos de grafite, foras baixas, retificao em um nico passe, retificao de materiais duros sem induzir tenses residuais profundas e ainda no produzir zonas termicamente afetadas muito intensas. No que se refere s desvantagens, tem-se o fato do eletrlito ser altamente corrosivo, o equipamento exigir alto investimento e a possibilidade de ataque intergranular no material da pea. A tabela 4.1 apresenta uma comparao entre a retificao convencional e a retificao eletroqumica. Retificao Convencional Remoo de material por abraso. Utiliza fluido de corte. Rebolo qualquer. No necessita de fonte de potncia. Retificao Eletroqumica Remoo de material causada 10% por abraso e 90% por ao eletroqumica. Utiliza fluido eletroltico (soluo aquosa de NaCl, NaNo3, entre outros). Rebolo condutor. Necessita de fonte de potncia de baixa tenso e alta corrente eltrica. O rebolo ligado ao plo negativo (-) da fonte e a pea ao plo positivo (+) da mesma. A pea (+) e o rebolo (-) devem ser isolados do restante do equipamento. Sofre a ao corrosiva do eletrlito: necessita de uso de materiais resistentes corroso.

No sofre o efeito de aes corrosivas importantes.

Tabela 4.1 Comparao entre retificao convencional e retificao eletroqumica.

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Figura 4.1 Esquema simplificado de uma mquina para retificao eletroqumica.

Para avaliao visual das superfcies geradas durante a retificao convencional e eletroqumica foram escolhidas aleatoriamente duas amostras, uma de cada processo, com o objetivo de se comparar o aspecto geral da superfcie gerada em cada amostra retificada. Na operao de retificao convencional, conforme a Figura 4.2, houve grande formao de rebarbas nas barras de ao rpido, pois o rebolo (com Al2O3) no conseguiu retirar todo o material, onde notou-se que grande parte deste material foi somente deslocado de um ponto para outro em funo da compresso do rebolo sobre a pea, que provocou um aumento do dimetro da pea na zona de retificao. A Figura 4.3 mostra a superfcie perpendicular do ao rpido atacada pelo rebolo convencional, evidenciando tambm o efeito da queima da pea.

Figura 4.2 Grande formao de rebarbas.

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Figura 4.3 Efeito da queima da pea.

Contudo, as peas usinadas com retificao eletroqumica, Figura 4.4, apresentam acabamento superficial, aparentemente, melhor, pois no houve aumento do dimetro da barra nem formao acentuada de rebarbas.

Figura 4.4 Peas usinadas com retificao eletroqumica

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5.0 ConclusoO avano das tecnologias, desenvolvimento da industrial aeronutica, eletrnica e metal mecnica em geral, vem trazendo conseqncias principalmente no que se diz respeito tolerncia aos erros, produo em srie, qualidade de acabamentos, exatides dimensionais, homogeneidade estrutural, etc.. Como resultado, a procura por mtodos alternativos e no convencionais de usinagem tem se mostrado como sada vivel quando se busca resultados de acordo com a demanda estabelecida. Alguns mtodos que se destacam por se enquadrar nas exigncias so os de usinagem qumica e eletroqumica. Com isso tem se obtido melhoria nos resultados desejados por se eliminar os esforos de corte e picos de temperatura existentes na usinagem convencional. Alm disso e das respectivas limitaes, percebe-se que parte da produo atual est direcionando investimentos em processos no convencionais, que apesar de suas limitaes, apresentam custos competitivos tanto de produo quanto de manuteno, abrindo portas para novas pesquisas e otimizaes na indstria.

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6.0 Referncias bibliogrficasMACHADO, lisson Rocha (Et al.). Teoria da usinagem dos materiais. So Paulo: Blucher, 2009. TELECURSO 2000, Usinagem Qumica e Eletroqumica Aula 78. So Paulo: Editora Globo, 2000. RUSSEL, John B.. Qumica Geral. 2 edio, volume 2. Pearson Makron Books, 1994. RODRGUEZ, Alberto Jos Dutary (Et al.). Retificao por descarga eletroqumica de pastilhas de metal duro. Belo Horizonte. SILVA, Joo Cirilo Neto. Retificao Eletroqumica: Um estudo de caso. Caxias do Sul, 2011. BRANCO, Renata. Usinagem eletroqumica na indstria metal mecnica. 2010: http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/2952-usinagem-eletroquimica-naindustria-metal-mecanica/ Acessado em 31 de Agosto de 2011 s 23:34 horas.

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