VERIFICAÇÃO DA SENSIBILIDADE DOS SINAIS DE …foundrygate.com/upload/artigos/Desgaste de Brocas.pdf · iii verificaÇÃo da sensibilidade dos sinais de vibraÇÃo, emissÃo acÚstica

INSTITUTO SUPERIOR TUPY

MESTRADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

VERIFICAÇÃO DA SENSIBILIDADE DOS SINAIS DE

VIBRAÇÃO, EMISSÃO ACÚSTICA E CORRENTE NO

ACOMPANHAMENTO DA EVOLUÇÃO DO DESGASTE

DE BROCAS

JOSÉ AUGUSTO ZERMIANI DOS SANTOS

JOINVILLE

2008

ii





DE BROCAS

Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de

Mestrado em Engenharia Mecânica do Instituto

Superior Tupy como requisito para obtenção do

título de Mestre em Engenharia Mecânica sob a

orientação do Professor Ulisses Borges Souto.

JOINVILLE

2008

iii




DE BROCAS


Dissertação de Mestrado defendida e aprovada em 24 de novembro de 2008, pela

Banca examinadora constituída pelos Professores:

iv

AGRADECIMENTOS

Este trabalho foi realizado com a ajuda de diversas pessoas que prestaram sua

colaboração e apoio às quais presto minha homenagem:

Ao Prof. Ulisses Borges Souto, pela orientação e colaboração.

À Empresa Tupy SA, por fornecer os materiais e equipamentos utilizados na

pesquisa.

Aos colaboradores da Tupy SA, que participaram diretamente do

desenvolvimento deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Clodeinir Ronei Perez, pela colaboração prestada durante a

pesquisa.

À minha família, pela compreensão e apoio.

v

SUMÁRIO

LISTA DE ILUSTRAÇÕES ........................................................................................vii

LISTA DE TABELAS ................................................................................................... xi

LISTA DE ABREVIATURAS ....................................................................................xii

RESUMO ...................................................................................................................... xvi

ABSTRACT.................................................................................................................xvii

1 INTRODUÇÃO......................................................................................................... 1

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 3

2.1 FERRO FUNDIDO VERMICULAR ............................................................... 3

2.2 PROCESSO DE FURAÇÃO............................................................................ 6

2.2.1 Tipos de brocas ................................................................................................. 7

2.2.2 Geometria da ferramenta ................................................................................ 11

2.2.3 Materiais para ferramentas de furação............................................................ 12

2.2.3.1 Aço rápido........................................................................................................ 13

2.2.3.2 Metal duro........................................................................................................ 14

2.2.4 Revestimentos para ferramentas ..................................................................... 16

2.2.5 Parâmetros e grandezas de corte ..................................................................... 17

2.2.6 Forças de corte na furação .............................................................................. 18

2.2.7 Tipos de desgastes em ferramentas................................................................. 19

2.2.8 Mecanismos de desgastes das ferramentas de corte ....................................... 21

2.2.9 Vida da ferramenta e critérios de final de vida ............................................... 23

2.2.10 Mecanismo de formação do cavaco................................................................ 24

2.2.11 Fluidos de corte............................................................................................... 25

2.3 MONITORAMENTO DO DESGASTE DE FERRAMENTA...................... 26

2.3.1 Monitoramento através da vibração................................................................ 28

2.3.2 Monitoramento através da emissão acústica................................................... 34

2.3.3 Monitoramento através dos parâmetros elétricos do motor............................ 38

2.3.4 Sistemas de monitoramento ............................................................................ 40

2.3.5 Técnicas de análise de sinais .......................................................................... 42

2.3.5.1 Análise no domínio do tempo.......................................................................... 43

2.3.5.2 Análise no domínio da frequência ................................................................... 47

2.3.6 Considerações sobre os tipos de sensores....................................................... 49

vi

2.3.6.1 Sensor de vibração ........................................................................................... 49

2.3.6.2 Sensor de emissão acústica .............................................................................. 50

2.3.6.3 Sensor de corrente............................................................................................ 51

3 MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA .................................... 52

3.1 MATERIAL UTILIZADO ............................................................................. 52

3.2 FERRAMENTAS UTILIZADAS .................................................................. 54

3.3 MÁQUINA-FERRAMENTA......................................................................... 55

3.4 PARÂMETROS DE PROCESSO.................................................................. 55

3.5 FIXAÇÃO DAS PEÇAS ................................................................................ 56

3.6 AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DOS FUROS .......................................... 56

3.7 CRITÉRIO DE FIM DE VIDA UTILIZADO................................................ 57

3.8 SENSORES UTILIZADOS............................................................................ 58

3.9 AQUISIÇÃO DOS SINAIS............................................................................ 61

3.10 METODOLOGIA........................................................................................... 63

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS ........................................................................... 67

4.1 RESULTADOS DE DESGASTE DAS FERRAMENTAS ........................... 67

4.2 RESULTADOS OBTIDOS COM SINAL DE VIBRAÇÃO......................... 70

4.3 RESULTADOS OBTIDOS COM SINAL DE EMISSÃO ACÚSTICA ....... 82

4.4 RESULTADOS OBTIDOS COM SINAL DE CORRENTE......................... 87

CONCLUSÕES ............................................................................................................. 93

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

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................ 96

vii

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1: Micrografia do ferro fundido vermicular. (a) Micrografia óptica atacada com

nital. (b) Forma espacial da grafita compactada. MEV 395x. (ASM, 1996).................... 4

Figura 2 - Comparação entre usinabilidade de ferro fundido cinzento e vermicular

(REUTER et al., 2000 apud MOCELLIN, 2002). ............................................................ 5

Figura 3 – Tipos de broca para furação (STEMMER, 1995). .......................................... 8

Figura 4: Nomenclatura de uma broca helicoidal (STEMMER, 1995). ........................... 9

Figura 5: Terminologia de uma broca canal reto (ANDRADE, 2005)............................. 9

Figura 6: Características de uma broca helicoidal. (STEMMER, 1995). ....................... 10

Figura 7: Principais ângulos em brocas helicoidais (STEMMER, 1995)....................... 11

Figura 8: Geometria de uma broca de canal reto (SCHROETER, 2003 apud CASTILLO,

2005). .............................................................................................................................. 12

Figura 9: Grandezas de corte no processo de furação (MOCELLIN, 2002). ................. 18

Figura 10: Forças presentes na furação (BORK, 1995).................................................. 19

Figura 11: Tipos de desgaste: a) Flanco, b) Guias, c) Cratera e d) Lascamento (BORK,

1995). .............................................................................................................................. 20

Figura 12 - Causas de desgaste na usinagem (KÖNIG e KLOCKE, 1997 apud

CASTILLO, 2005).......................................................................................................... 21

Figura 13: Exemplo de um sinal de vibração harmônico puro (BROCH, 1984)............ 28

Figura 14: Movimento periódico não harmônico (BROCH, 1984)................................ 30

Figura 15 – Espectro de frequência na direção axial para diferentes condições de

desgaste (EL-WARDANY, GAO e ELBESTAWI, 1996). ............................................ 31

Figura 16 – Espectro de frequência na direção radial para diferentes condições de

desgaste (EL-WARDANY, GAO e ELBESTAWI, 1996). ............................................ 32

Figura 17 – Sinais de vibração no domínio do tempo na direção radial (EL-WARDANY,

GAO e ELBESTAWI, 1996). ......................................................................................... 33

Figura 18 - Caracterização de um sinal de emissão acústica (LI, 2002). ....................... 34

Figura 19 – Comparação da faixa de frequência da onde da EA com as demais ondas.

(BLUM e DORNFELD, 1990). ...................................................................................... 35

Figura 20 – Sinal de EA para brocas com 2 milímetros de diâmetro: a) Broca 1;

b) Broca 2; c) Broca 3 e d) Broca 4 (KONIG, KUTZNER e SCHEHL, 1992).............. 36

viii

Figura 21 – Detecção de quebra de ferramenta com o sinal de EA (KONIG, KUTZNER

e SCHEHL, 1992)........................................................................................................... 37

Figura 22 - Efeito do VBBmax nos sinais de corrente (LI e TSO, 1999)......................... 39

Figura 23 - Efeito do diâmetro nos sinais de corrente (LI e TSO, 1999). ...................... 40

Figura 24 – Sinal A/D: a) Sinal de tempo contínuo; b) Sinal de tempo discreto

(SILVEIRA E SANTOS, 2007)...................................................................................... 41

Figura 25 - Representação de um sistema de monitoramento (DOLINSEK E KOPAC,

1999). .............................................................................................................................. 42

Figura 26 - Valor RMS de um sinal. (MEOLA, 2005)................................................... 43

Figura 27 - Representação esquemática do Número de Picos (BEATTIE, 1983 apud

CALDEIRANI FILHO, 1998). ....................................................................................... 44

Figura 28 – a) Sinal homogêneo; b) Sinal com picos destacados................................... 45

Figura 29 - Influência da variação dos valores de pico e RMS no fator de crista

(MEOLA, 2005).............................................................................................................. 45

Figura 30 - Valores da curtose para alguns sinais (MACÁRIO, 2006).......................... 46

Figura 31 – Variação da curtose: a) Sinal com 2 picos; b) Sinal com 20 picos (EL-

WARDANY, GAO e ELBESTAWI, 1996). .................................................................. 46

Figura 32 - Assimetria da distribuição (MACÁRIO, 2006). .......................................... 47

Figura 33 – Sinal no domínio do tempo da equação 19.................................................. 48

Figura 34 - Espectro de frequência da equação 19. ........................................................ 48

Figura 35 - Esquema de acelerômetro piezo resistivo (KRELLING, 2006). ................. 50

Figura 36 - Esquema de um sensor EA (CISNEROS, 2006).......................................... 51

Figura 37: Micrografias do ferro fundido vermicular: a) Sem ataque; b) Com ataque de

nital 2%. Aumento de 100x. ........................................................................................... 53

Figura 38 – Face do carter com furações. ....................................................................... 53

Figura 39 – Características do furo monitorado. ............................................................ 54

Figura 40 – Representação das brocas utilizadas nos ensaios. ....................................... 54

Figura 41 – Montagem da broca escalonada fixada no mandril térmico ISO-40. .......... 55

Figura 42 – a) Dispositivo de fixação; b) Peça fixada no dispositivo. ........................... 56

Figura 43 – Medição de desgaste de flanco em uma broca (SCHROETER et al,

1999)....... ........................................................................................................................ 57

Figura 44 – a) Sensor de vibração; b) Sensor de emissão acústica; c) Sensor de

corrente.... ....................................................................................................................... 59

ix

Figura 45 –Fixação dos sensores de vibração e emissão acústica. ................................. 59

Figura 46 - Fixação dos sensores: a) Sensor de vibração; b) Sensor de emissão

acústica. .......................................................................................................................... 60

Figura 47 – Sensor de corrente instalado........................................................................ 60

Figura 48 - Representação esquemática da montagem do sistema. ................................ 62

Figura 49 - Representação esquemática da metodologia de aquisição dos sinais. ......... 63

Figura 50 - Construção de um diagrama boxplot (BARBETTA, REIS e BORNIA,

2004)... ............................................................................................................................ 64

Figura 51 – Metodologia dos ensaios realizados. ........................................................... 66

Figura 52 – Inspeção broca 1: a) Guia da ferramenta; b) Arestas de corte..................... 67

Figura 53 – Broca 4: a) Vista de topo; b) Medição do desgaste de flanco máximo. ...... 68

Figura 54 – Sinal de vibração no intervalo de 1,26 segundos da broca 1: a) Ferramenta

no estado 1; b) Ferramenta no estado 3. ......................................................................... 70

Figura 55 – Sinal de vibração no intervalo de 0,1 segundos da broca 1: a) Ferramenta no

estado 1; b) Ferramenta no estado 3. .............................................................................. 71

Figura 56 – Parâmetro RMS para o sinal de vibração. ................................................... 72

Figura 57 – Parâmetro curtose para o sinal de vibração. ................................................ 73

Figura 58 – Parâmetro assimetria para o sinal de vibração. ........................................... 74

Figura 59 – Parâmetro fator de crista para o sinal de vibração....................................... 74

Figura 60 – Espectro de frequências de 0 a 25 kHz: ...................................................... 76

Figura 61 – Espectro de frequências na banda de 4,5 a 9,0kHz: .................................... 77

Figura 62 – Parâmetro RMS para o sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.......... 78

Figura 63 – Parâmetro curtose para o sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz. ..... 79

Figura 64 – Parâmetro assimetria para o sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.. 80

Figura 65 – Parâmetro fator de crista para o sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5

kHz.................................................................................................................................. 80

Figura 66 – Sinal de EARMS no domínio do tempo da broca 1: a) Ferramenta no estado 1;

b) Ferramenta no estado 3............................................................................................... 82

Figura 67 – Parâmetro RMS para o sinal de EARMS. ...................................................... 83

Figura 68 – Parâmetro curtose para o sinal EARMS......................................................... 84

Figura 69 – Parâmetro assimetria para o sinal EARMS. ................................................... 85

Figura 70 – Parâmetro fator de crista para o sinal EARMS. ............................................. 85

x

Figura 71 – Sinal de corrente no domínio do tempo da broca 1 a) Ferramenta no estado

1; b) Ferramenta no estado 3........................................................................................... 87

Figura 72 – Parâmetro RMS para o sinal de corrente..................................................... 88

Figura 73 – Parâmetro curtose para o sinal de corrente.................................................. 88

Figura 74 – Parâmetro assimetria para o sinal de corrente. ............................................ 89

Figura 75 – Parâmetro fator de crista para o sinal de corrente. ...................................... 90

Figura 76 – Espectro de frequências de 0 a 2,5 kHz: ..................................................... 91

xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Propriedades mecânicas médias do ferro fundido vermicular comparado ao

cinzento e ao nodular (SINTERCAST, 2001). ................................................................. 5

Tabela 2 – Composição química do ferro fundido vermicular (ASM, 1996)................. 52

Tabela 3 – Condição inicial de batimento das ferramentas. ........................................... 67

Tabela 4 – Condição de desgaste das ferramentas utilizadas. ........................................ 68

Tabela 5 – Dureza do lote das peças usinadas. ............................................................... 69

Tabela 6 – Números de peças usinadas .......................................................................... 69

Tabela 7 – Controle dimensional dos furos monitorados. .............................................. 70

Tabela 8 – Resultados com sinais de vibração no domínio do tempo. ........................... 81

Tabela 9 – Resultados com sinais de vibração no domínio da freqüência 6,0 a 6,5

kHz.................................................................................................................................. 82

Tabela 10 – Resultados com sinais de emissão acústica no domínio do tempo. ............ 86

Tabela 11 – Resultados com sinais de corrente no domínio do tempo........................... 92

xii

LISTA DE ABREVIATURAS

)(ta Função da aceleração da partícula;

�T [s] Intervalo de tempo;

A [m2] Área das placas de um capacitor;

A pico Aceleração máxima da partícula;

A/D Conversor analógico/ digital;

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas;

Al2O3 Óxido de alumínio;

ap [mm] Profundidade de corte;

b Bite;

b [mm] Largura de corte;

C Carbono;

C [F] Capacitância;

CGI Compacted Graphite Iron;

Co Cobalto;

Cr Cromo;

Cu Cobre;

Cueq Cobre equivalente;

CUH Centro de usinagem horizontal;

CVD Chemical Vapour Deposition;

d [mm] Diâmetro da broca;

dB Decibel;

dq Desvio interqualitico;

e [F/m] Constante do material entre as placas;

EA Emissão acústica;

EARMS Emissão acústica Root Mean Square;

f [mm/volta] Avanço;

F [Hz] Frequência;

FC Fator de crista;

Fc [N] Força de corte;

Fe Ferro;

Fe3C Cementita;

xiii

Ff [N] Força de avanço;

FFT Fast Fourier Transfom;

Fp [N] Força passiva;

G Giga (109);

g [m/s2] Gravidade;

h [mm] Espessura de corte;

H [mm] Desgaste das guias;

HB Brinell;

HSS High Speed Steel;

Hz Hertz;

i [A] Corrente elétrica;

k Kilo (103);

K Curtosis;

Kb [mm] Desgaste de cratera;

Ks [N/mm2] Pressão específica de corte;

L Limite do intervalo de dados;

L [mm] Comprimento usinado;

m mili (10-3);

M Mega (106);

M2 Momento de segunda ordem da distribuição;

M3 Momento de terceira ordem da distribuição;

M4 Momento de quarta ordem da distribuição;

md Mediana;

Mg Magnésio;

Mn Manganês;

Mo Molibdênio;

n [rpm] Rotações por minuto;

N Número de amostras;

NbC Carboneto nióbio;

P Fósforo;

Pa Pascal;

PCBN Polycrystalline Cubic Boron Nitride;

Pel [W] Potência elétrica;

xiv

Pm [mm] Largura da lasca da aresta da broca;

Pmec [W] Potência mecânica;

Pt [mm] Profundidade da lasca da aresta da broca;

PVD Physical Vapour Deposition;

qi Primeiro quartil ou quartil inferior;

qs Terceiro quartil ou quartil superior;

RMS Root Mean Square;

S Assimetria;

S Enxofre;

Si Silício;

Sn Estanho;

t [s] Tempo;

T [s] Período;

TaC Carboneto de tântalo;

TCM Tool Condition Monitoring;

TiAlN Nitreto de Titâneo Alumínio;

TiC Carboneto de titânio;

TiCN Carbonitreto de Titâneo;

TiN Nitreto de Titâneo;

U [V] Tensão;

V Volts;

V Vanádio;

V pico Velocidade máxima da partícula;

VBB [mm] Desgaste de flanco;

VBBmáx [mm] Desgaste de flanco máximo;

vc [m/min] Velocidade de corte;

vf [mm/min] Velocidade de avanço;

VRMS [V] Tensão RMS;

Vs [V] Valor de tensão pré-estabelecido (threshold);

)(tv Função da velocidade da partícula;

W Tungstênio;

WC Carboneto de tungstênio;

X pico Deslocamento máximo da partícula;

xv

x0 [m] Distância entre placas de um capacitor;

)(tx Função do deslocamento da partícula.

Símbolos Gregos

ω [rad/s] Frequência angular;

� [graus] Ângulo de incidência;

� [graus] Ângulo de saída;

� [graus] Ângulo de hélice;

� [graus] Ângulo de quina;

� Rendimento de motor;

� [graus] Ângulo de ponta;

σ Desvio padrão;

2σ Variância em torno da média da distribuição;

� [graus] Ângulo da aresta transversal;

Mícron (10-6).

xvi

RESUMO

O presente trabalho tem como objetivo verificar sensibilidade dos sinais dos

sensores de vibração, emissão acústica e corrente no acompanhamento da evolução

desgaste de brocas. Os ensaios foram realizados numa linha de produção de blocos de

motor de ferro fundido vermicular, em um centro de usinagem horizontal ISO-40. A

velocidade de corte e o avanço foram constantes (vc = 90 m/min e f = 0,25 mm/rev) e

obedecem aos valores utilizados em produção. As ferramentas utilizadas foram brocas

escalonadas de canal reto de metal duro com cobertura de nitreto de titâneo alumínio.

Os sinais dos sensores foram adquiridos em 3 condições de desgaste de flanco máximo

(VBBmax) da ferramenta: estado 1 (VBBmax = 0), estado 2 (VBBmax = 0,2 a 0,3 mm) e

estado 3 (VBBmax = 0,4 a 0,7 mm) e posteriormente analisados no domínio do tempo,

através de 4 parâmetros estatísticos (RMS, curtose, assimetria e fator de crista), sendo

que a sensibilidade destes parâmetros foi verificada utilizando o gráfico boxplot. Os

sinais de vibração e corrente também foram analisados no domínio da frequência, com o

objetivo de encontrar uma faixa de frequência capaz de diferenciar os estados de

desgaste da ferramenta, para posteriormente verificar a sensibilidade dos parâmetros

estatísticos nesta banda. Os resultados mostraram que o sinal de vibração na banda de

frequência de 6,0 a 6,5 kHz apresenta sensibilidade ao desgaste através do parâmetro

RMS e curtose, quando se avalia a mediana e os quartis. O sinal de emissão acústica

mostrou sensibilidade para indicar o final de vida da ferramenta com os parâmetros

RMS e curtose através da mediana e dos quartis. O sinal de corrente não obteve

variação significativa com o aumento do desgaste da ferramenta em nenhum dos

parâmetros analisados devido o pequeno consumo de potência durante a usinagem.

Palavras chaves: furação, sinais, vibração, emissão acústica, corrente.

xvii

ABSTRACT

The present work aims to study the evolution of the wear in drills through sensor

vibration, acoustic emission and current sign sensibilities. The testings were made in a

CGI engine block production line, in a horizontal machining center ISO-40. The cutting

speed and the feed were kept constant (Cs = 90 m/min and f = 0.25 mm/rev) and were

used according to the line cutting parameters. Solid carbide stepped straight flute drills

with aluminum titanium nitride were used. The sensor signs were acquired in three

maximum flank wear conditions of the tool: condition 1 (VBBmax = 0), condition 2

(VBBmax = 0,2 - 0,3 mm), condition 3 (VBBmax = 0,4 - 0,7 mm). They were then

analyzed in the time domain through the four statistical parameters (RMS, kurtose,

skewness and crest factor), and the sensibility of these parameters were analyzed using

the box plot graph. The current and vibration signs were also analized in the frequency

domain with the aim of finding a frequency range which differs the wear conditions of

the tool in order to further on study the sensibility of the statistical parameters of this

range. The results have shown that the vibration sign of the frequency range of 6.0 - 6.5

kHz indicates wear sensibility through RMS and kurtose parameters, when the median

and the quartile are avaliated. The acoustic emission has shown sensibility in order to

indicate the end of tool life with the RMS and kurtose parameters through the median

and the quartile. The current sign has not presented any meaningful variation with the

variation of the tool wear in none of the parameters analyzed due to a low power

consumption while machining.

Key words: drilling, signs, vibration, acoustic emission, current.

1

1 INTRODUÇÃO

Para competir no mercado global do setor metal-mecânico exige-se o

desenvolvimento de equipamentos de alta tecnologia com maior rigidez, potência,

rotação e, em particular, de ferramentas adequadas a estas máquinas. Para a indústria de

produção seriada, além do investimento inicial em ferramentas ser substancial, o custo

de máquina parada para manutenção ou substituição de ferramentas desgastadas é um

fator crucial na produtividade e na lucratividade da empresa.

A furação é uma das operações de maior tempo efetivo de corte na usinagem de

um bloco de motor, possuindo grande influência sobre os custos de ferramentas. Estes

custos têm o seu valor elevado na usinagem de blocos de motor em ferro fundido

vermicular, devido à sua menor usinabilidade quando comparado ao ferro fundido

cinzento (ANDRADE, 2005).

Como técnica de medição de desgaste na ferramenta tem-se o método de

medição direta (off-line) e medição indireta (on-line). Na medição direta, o processo tem

que ser interrompido para quantificar diretamente o valor do desgaste na ferramenta

utilizando um equipamento apropriado. O método de medição indireta acompanha o

processo em tempo real através de uma grandeza física que pode ser correlacionada, por

exemplo, com o desgaste da ferramenta (JANTUNEN, 2002).

Um sistema de monitoramento do estado da ferramenta é basicamente um

conjunto de elementos que adquirem informações de uma fonte específica (sensores),

filtram os sinais e posteriormente armazenam na memória do computador. Em seguida,

os sinais são processados e decisões podem ser tomadas pelo sistema. Existem vários

campos de pesquisa para o monitoramento do desgaste de ferramenta em tempo real,

como sinais de vibração, emissão acústica, corrente elétrica do motor, temperatura de

corte e som.

As técnicas e as ferramentas de monitoramento atuais não estão totalmente

desenvolvidas para a aplicação em ambientes industriais, além de não apresentarem

suficiente confiabilidade nas respostas fornecidas, devido à variação das condições

operacionais e aos vários fatores que afetam o desgaste da ferramenta de corte. Os sinais

utilizados podem conter informações que induzam a uma identificação incorreta do

desgaste. Isso mostra a necessidade de que novas pesquisas sejam realizadas nesta área,

permitindo uma melhoria e um avanço no desenvolvimento destes sistemas.

2

Na operação de furação, a vida útil das ferramentas apresenta uma grande

dispersão, o que torna necessário a utilização de valores mais baixos como critério de

final de vida para prevenir quebras. Com isto muitas ferramentas não são totalmente

aproveitadas, aumentando o custo de produção e o tempo de máquina parada (SOUTO,

2007). Com a implantação de um sistema de monitoramento, o critério de vida útil

passa a ser um índice gerado por esse sistema, que está baseado nos sinais de entrada

dos sensores e dados internos da máquina.

A ferramenta utilizada neste estudo foi uma broca escalonada de metal duro de

diâmetro 6,8 mm, com vida útil estipulada em duzentas peças. Testes preliminares de

usinabilidade mostraram que em alguns casos este valor pode chegar a 225 peças,

(adotando como critério de parada VBBmax = 0,7 mm), aumentando a vida útil da

ferramenta em 12,5 %. Porém torna-se necessário um monitoramento da mesma para

evitar quebras.

Diante deste fato, o presente trabalho tem como objetivo verificar sensibilidade

dos sinais de vibração, emissão acústica e corrente com a evolução do desgaste de

brocas, analisando os sinais extraídos dos respectivos sensores no domínio do tempo e

da frequência através de parâmetros estatísticos, indicando se os mesmos possuem

sensibilidade para acompanhar o desgaste da ferramenta.

3

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 FERRO FUNDIDO VERMICULAR

A usinabilidade de um material refere-se à facilidade com a qual este pode ser

usinado e medida em termos de vida útil da ferramenta, velocidade de remoção de

cavaco, acabamento superficial, facilidade de formação de cavaco e força de corte. Não

é uma propriedade intrínseca do material, mas resulta de uma complexa interação entre

as propriedades mecânicas do material da peça, da ferramenta de corte e das condições

de usinagem (KENNAMETAL, 2003 apud FERRER, 2006). Em termos gerais, pode

ser dito que quanto maior a dureza e a resistência de um tipo de ferro fundido pior é sua

usinabilidade (DINIZ, MARCONDES e COPPINI, 2006).

Desenvolvimentos recentes dos motores a diesel permitiram obter melhores

desempenhos associados a menores emissões de poluentes e a operações mais

silenciosas. Esses aperfeiçoamentos baseiam-se em maiores temperaturas de trabalho,

que sujeitam os blocos de motores a solicitações que poderiam levar à ocorrência de

falhas prematuras. Para evitar isso, a escolha natural foi pelos ferros fundidos

vermiculares (GUESSER, 2002).

O ferro fundido cinzento caracteriza-se por apresentar como elementos de liga

fundamentais o carbono e o silício, sendo que uma parcela relativamente grande do

carbono está no estado livre (grafita lamelar) e outra parcela no estado combinado

(Cementita -Fe3C). Já o ferro fundido nodular, possui carbono livre na forma de grafita

esferoidal, o que confere ao material boa ductilidade. O ferro fundido de grafita

compactada (Compacted Graphite Iron – CGI), ou vermicular, pode ser considerado um

material intermediário entre o ferro fundido cinzento e o ferro fundido nodular; possui a

fundibilidade do ferro fundido cinzento, com melhor resistência mecânica e ductilidade

(CHIAVERINI, 2005).

O típico CGI, do ponto de vista químico, não apresenta diferença significativa

dos ferros fundido cinzento e nodular. Cada um contém cerca de 94 % de ferro (Fe), 3

% de carbono (C), 2,5 % de silício (Si) e o restante é dividido entre elementos de liga e

residuais As diferenças entre essas ligas são creditadas aos tipos de morfologias das

suas grafitas, que conferem propriedades físicas e mecânicas distintas a cada uma delas

4

(DAWSON E WURTEMBERG, 1993). A micrografia do ferro fundido vermicular

pode ser visualizada na Figura 1.

a) b)

Figura 1: Micrografia do ferro fundido vermicular. (a) Micrografia óptica atacada com

nital. (b) Forma espacial da grafita compactada. MEV 395x. (ASM, 1996).

Tendo em vista as vantagens a serem obtidas com a utilização do ferro fundido

vermicular em blocos de motores, em 1996 começaram as primeiras tentativas de

introduzir este material em linhas transfer de usinagem de ferros fundidos cinzentos.

Porém, as altas velocidades de corte usuais não puderam ser utilizadas, principalmente

em algumas operações críticas de usinagem, tais como o mandrilamento de cilindros,

devido ao acentuado desgaste dos insertos de PCBN (Polycrystalline Cubic Boron

Nitride – Nitreto de Boro Cúbico Policristalino), quando aplicados ao vermicular

(MOCELLIN, 2002). Os resultados da usinabilidade das peças de vermicular em linhas

transfer são apresentados na Figura 2.

5

0

20

40

60

80

100

120

Fresamento Furação Mandrilhamento

cilindros

(desbaste)

Mandrilhamento

cilindros

(acabamento)

Vid

a d

a f

err

am

enta

(%

)

Cinzento

Vermicular

Figura 2 - Comparação entre usinabilidade de ferro fundido cinzento e vermicular

(REUTER et al., 2000 apud MOCELLIN, 2002).

As operações de fresamento e furação, com ferramentas de metal-duro,

mostraram uma redução de aproximadamente 50 % na vida útil das ferramentas. Nas

operações de mandrilamento dos cilindros, realizadas a altas velocidades com

ferramentas de PCBN, observou-se uma redução para até 5 % do total de um cinzento.

A Tabela 1 apresenta as propriedades médias do ferro fundido vermicular

comparado ao cinzento e ao nodular.

Tabela 1: Propriedades mecânicas médias do ferro fundido vermicular comparado ao

cinzento e ao nodular (SINTERCAST, 2001).

Propriedade Cinzento Vermicular Nodular

Resistência à Tração [MPa] 235 500 650

Módulo elasticidade [GPa] 110 140 165

Resistência à fadiga [MPa] 100 205 265

Condutividade térmica

[W/(mK)] 48 35 28

Dureza [HB] 200 225 270

Tensão 0,2% alongamento 160 380 425

6

Com fabricação do CGI em escala e com qualidade, o ferro vermicular passou a

receber um crescente espaço na indústria automobilística, abrindo-se as possibilidades

de seu emprego em diversas peças, atualmente fabricadas em cinzento, tais como discos

de freio, coletores de escapamento, cabeçotes e, principalmente, blocos de motores

diesel (GUESSER E GUEDES, 1997).

2.2 PROCESSO DE FURAÇÃO

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

ou cônicos utilizando ferramenta com geometria definida. As operações de furação são

realizadas sempre sob condições relativamente severas (STEMMER, 1995):

• A velocidade de corte não é uniforme, pois varia desde zero no centro do

furo até um máximo na periferia;

• O fluido de corte que deve atuar como refrigerante e lubrificante, bem como

meio de transporte dos cavacos, chega com dificuldades na aresta da ferramenta, onde é

mais necessário.

Segundo Viana (2004), as variantes do processo de furação são as seguintes:

a) Furação em cheio: processo de furação destinado à abertura de um furo

cilíndrico numa peça, removendo todo o material compreendido no volume do furo final,

na forma de cavaco.

b) Escareamento: realizado para chanfrar uma peça pré-furada.

c) Furação escalonada: destinada à obtenção de um furo com dois ou mais

diâmetros distintos.

d) Furação de centro: realizada para obtenção de furos de centro, visando fixar

uma peça entre pontas em uma operação posterior.

e) Trepanação: processo de furação em que apenas uma parte do material

compreendido no volume do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo

maciço após a operação.

7

2.2.1 Tipos de brocas

Segundo Stemmer (1995), de acordo com as características do processo de

furação, pode-se utilizar diferentes tipos de brocas como descrito a seguir:

a) Brocas chatas: são obtidas por achatamento a quente de uma barra cilíndrica.

Utilizadas em operações pouco profundas em materiais frágeis. Suportam pequenos

momentos torçores (Figura -3a).

b) Brocas helicoidais: são as ferramentas de maior aplicação na furação, sendo

as principais na obtenção de furos cilíndricos. Possuem geralmente duas arestas

principais, ligadas pela aresta transversal (Figura - 3b).

c) Brocas helicoidais com pastilhas de metal duro: são utilizadas na execução de

furos em materiais abrasivos, em aços de usinagem difícil e em casos em que a vida das

brocas de aço-rápido é muito pequena (Figura - 3c).

d) Brocas escalonadas: são ferramentas que possuem dois ou mais diâmetros

diferentes dispostos de forma escalonada e retificados conforme a padronização das

brocas helicoidais. Indicadas para a execução de furos com dois ou mais diâmetros

diferentes, ou para combinar operações de furação, alargamento ou chanframento

(Figura - 3d).

e) Brocas de centro: são utilizadas para execução de pré-furos conhecidos como

furos de centro em peças que devem ser usinadas entre pontas e em furação profunda

(Figura - 3e).

f) Brocas canhão: são ferramentas que possuem um corpo de aço tenaz, com

uma canaleta em V, com ponta ou pastilha de metal duro. São utilizadas para a furação

profunda (10 a 100 vezes o diâmetros) (Figura - 3f).

g) Brocas de canais retos: assemelham-se a brocas helicoidais destorcidas.

Possuem canais internos para refrigeração e podem ser utilizadas em maiores

8

profundidades que as brocas helicoidais, além de permitir altas velocidades de corte

(MOCELLIN, 2002).

h) Brocas com canais de refrigeração: são utilizadas na furação profunda, onde a

remoção do calor e do cavaco é crítica. Para aplicação deste tipo de ferramenta é

necessário um dispositivo de especial de adução do fluido através da broca.

Figura 3 – Tipos de broca para furação (STEMMER, 1995).

a) Broca chata b) Broca helicoidal

c) Broca helicoidal com pastilha de metal-duro d) Broca escalonada

e) Broca de centro f) Broca com pastilha reversíveis

9

A nomenclatura das partes constituintes da broca helicoidal é definida pela

norma ABNT NBR 6176 (DINIZ, MARCONDES e COPPINI, 2006). As Figuras 4 e 5

apresentam a nomenclatura da broca helicoidal e da broca de canal reto,

respectivamente.

Figura 4: Nomenclatura de uma broca helicoidal (STEMMER, 1995).

Figura 5: Terminologia de uma broca canal reto (ANDRADE, 2005).

Seguem outras características da broca helicoidal e de canal reto.

a) Canais helicoidais e canais retos: são os canais pelos quais haverá a remoção

do cavaco e entrada de fluido de corte (no caso da broca não apresentar furos de

refrigeração interna) (STEMMER, 1995).

b) Aresta principal: é a parcela da aresta que está localizada na parte da

ferramenta voltada para o sentido de corte.

Comprimento da ponta

Comprimento de corte Comprimento da haste

Comprimento total

Haste cilíndrica

Diâmetro Broca

10

c) Aresta transversal: liga as duas arestas principais de corte e está situada na

ponta da broca (STEMMER, 1995). A ação de corte da aresta transversal não é eficiente,

pois possui velocidade de corte baixa, por estar muito próximo do centro da broca.

d) Guias: têm como funções direcionar a furação e reduzir o atrito da ferramenta

com a parede do furo, conseqüentemente diminuindo os esforços de furação (DINIZ,

MARCONDES e COPPINI, 2006).

e) Haste: responsável pela fixação da broca, apresentando-se sob as formas

cônica e cilíndrica (FERRARESI, 1970).

f) Núcleo: confere rigidez à broca e possui espessura de aproximadamente 0,16D,

onde D é o diâmetro da broca. (FERRARESI, 1970).

A Figura 6 apresenta as características da broca helicoidal.

Figura 6: Características de uma broca helicoidal. (STEMMER, 1995).

Aresta Transversal

Aresta Principal

Aresta Principal

11

2.2.2 Geometria da ferramenta

A geometria da ferramenta de corte representa uma variável importante na

fenomenologia da usinagem, uma vez que pequenas alterações dimensionais e angulares

causam respostas distintas do comportamento do material da peça sobre a aresta de

corte da ferramenta (TEXEIRA, 1995).

Os ângulos da broca helicoidal são definidos por Stemmer (1995) da seguinte

forma:

• Ângulo de ponta (�): é o ângulo formado pelas duas arestas principais, no plano

que contêm o eixo principal da broca.

• Ângulo de incidência (�): é gerado pelo rebaixamento do flanco principal.

• Ângulo de hélice (�): é o ângulo da helicóide dos canais da broca.

• Ângulo do arestas transversal (�): é o menor ângulo formado entre as arestas

principais e a aresta transversal.

A Figura 7 apresenta os principais ângulos da brocas helicoidais.

Figura 7: Principais ângulos em brocas helicoidais (STEMMER, 1995).

Para a broca de canal reto existe uma geometria característica, com algumas

variações em relação à broca helicoidal, que podem ser observadas na Figura 8.

12

Figura 8: Geometria de uma broca de canal reto

(SCHROETER, 2003 apud CASTILLO, 2005).

2.2.3 Materiais para ferramentas de furação

Os materiais para ferramentas devem atender características como resistência

mecânica, alta dureza, resistência à abrasão, estabilidade química e tenacidade

(STEMMER, 1995). As brocas trabalham sob condições severas de temperatura e atrito

e, por isso, precisam ser fabricadas com materiais altamente resistentes a estas

condições. Em cada trabalho específico deve-se verificar quais as exigências de

processo para depois escolher o material mais indicado. Atualmente, as brocas são

produzidas principalmente a partir de dois materiais: o aço rápido e o metal-duro.

• Ângulo da aresta transversal (�);

• Ângulo de quina (�);

• Ângulo de ponta (�);

• Ângulo de saída (�);

• Ângulo de incidência (�);

• Ângulo de cunha ();

13

2.2.3.1 Aço rápido

As aplicações dos aços rápidos (High Speed Steel - HSS) são principalmente em

brocas, fresas, cocinetes, brochas e matrizes, cuja velocidade de corte conseguida é

inferior à velocidade econômica de corte dos materiais de ferramentas mais resistentes

(MACHADO e DA SILVA, 2004).

Os principais elementos de liga do aço rápido são (CHIAVERINI, 2005):

a) Carbono (C): teores variando de 0,7 e 1,6 %. Teores mais baixos

representam menores durezas no estado revenido. O aumento do teor de C aumenta a

formação de carbonetos complexos o que representam maior dureza e resistência ao

desgaste.

b) Tungstênio (W): formador de carboneto, responsável pela elevada

resistência ao desgaste do aço-rápido, está presente em teores que podem chegar a 20 %.

c) Molibdênio (Mo): este elemento é um substituto parcial do tungstênio,

formando também o carboneto duplo com o ferro (Fe). Nos aços ao Mo a austenita

residual é menos estável que nos aços ao W, resultando em temperaturas de

revenimento inferiores. Do mesmo modo, as durezas a quente são também inferiores.

d) Vanádio (V): aparece em teores que variam de 1 a 5 %. É desoxidante, mas

forte formador de carboneto.

e) Cromo (Cr): juntamente com o carbono, são responsáveis pela elevada

temperabilidade dos aços rápidos. Aparece em teores em torno de 4 %.

f) Cobalto (Co): aumenta significativamente a dureza a quente, aumentando a

eficiência das ferramentas em operações de altas temperaturas, como é o caso de corte a

altas velocidades.

14

Este material é tenaz, apresenta elevada resistência ao desgaste e elevada dureza

a quente, podendo ser utilizado em temperaturas de corte da ordem de 600 °C. A

tenacidade depende dos elementos de liga e do grau de dissolubilidade dos mesmos. De

maneira geral, os aços rápidos resistentes à abrasão são poucos tenazes e vice-versa

(DINIZ, MARCONDES e COPPINI, 2006).

2.2.3.2 Metal duro

A aplicação do metal duro, fabricado pelo processo de metalurgia do pó, se deve

ao fato de possuir a combinação de resistência ao desgaste, resistência mecânica e

tenacidade em altos níveis (MACHADO e DA SILVA, 2004).

Segundo Stemmer (1995), são utilizados como componentes nos metais duros os

seguintes elementos:

a) Carboneto de tungstênio (WC): O carboneto de tungstênio é solúvel no

cobalto (Co), que resulta na alta resistência das ligações internas e das arestas dos

metais duros de puro WC-Co. O WC tem alta resistência à abrasão, porém tem

tendência de difusão do carbono na usinagem de aços.

b) Carboneto de titânio (TiC): Os carbonetos de titânio têm pouca tendência à

difusão, o que resulta na alta resistência dos metais duros que tem TiC na sua

composição. Porém pode tornar estes metais duros frágeis quando aplicado em alto teor.

São utilizados na usinagem de aços com altas velocidades de corte.

c) Carboneto de tântalo (TaC): Em pequenas quantidades, atua no sentido de

diminuir o tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade e a resistência.

d) Carboneto nióbio (NbC): Tem efeito semelhante ao TaC, aumentando a

tenacidade e a resistência.

15

Os vários tipos de metal duro são classificados pela norma ISO em seis grupos

(P, M, K, N, H, S), sendo as três últimas classes relativamente recentes em comparação

às três primeiras. As classes também se subdividem em números: a classe P varia de

P01 até P50; a classe M varia de M01 até M40; a classe K varia de K01 até K40.

Quanto maior o número da classificação, maior é a tenacidade e menor a dureza e a

resistência ao desgaste.

A sub-classificação dentro de cada classe depende principalmente da

(MACHADO e DA SILVA, 2004):

• Composição química da ferramenta, incluindo qualidade e quantidade de

carbonetos. A presença de carbonetos de titânio, por exemplo, garante maior resistência

ao desgaste. A maior quantidade de cobalto por outro lado, garante maior tenacidade.

• Tamanho de grãos dos carbonetos. Quanto mais finos os carbonetos, maior a

tenacidade da ferramenta, aliada a uma maior dureza média.

O grupo P possui metais duros de elevado teor de TiC e TaC, que causa elevada

dureza a quente e resistência ao desgaste. Sua aplicação é em materiais de cavacos

contínuos, como o aço, possuem uma grande área de atrito com a superfície da

ferramenta, que geram alta temperatura de corte e tendem a desgastar a ferramenta

(DINIZ, MARCONDES e COPPINI, 2006).

O metal duro do grupo K é composto de carbonetos de tungstênio aglomerado

pelo cobalto, e tem como propriedade a tenacidade. São indicados na usinagem de

materiais frágeis, que formam cavacos curtos como ferros fundidos e latões, que

possuem grande atrito com a superfície de saída da ferramenta (DINIZ, MARCONDES

e COPPINI, 2006).

O grupo M tem propriedades intermediárias em relação aos grupos P e K.

Possuem boa resistência mecânica e tenacidade. Pode ser utilizado em aços ligados,

ferros fundidos, entre outros.

Quanto às classes mais recentes, a N é empregada na usinagem de não ferrosos

como ligas de alumínio e de cobre. A classe S é utilizada na usinagem de superligas

resistentes ao calor (à base de ferro ou níquel, cobalto e titânio) e a classe H na

usinagem de aços endurecidos, extra duros e ferros fundidos coquilhados (SOUTO,

2007).

16

2.2.4 Revestimentos para ferramentas

Os principais processos aplicados para revestimento de ferramentas de corte são:

Chemical Vapour Deposition – CVD (Deposição Química à Vapor) e Physical Vapour

Deposition - PVD (Deposição Física à Vapor).

O processo CVD é realizado em temperaturas na ordem de 1000 ºC, o que inibe

sua aplicação no revestimento de materiais susceptíveis a altas temperaturas, como o

aço rápido. Já o processo PVD opera em temperaturas mais baixas, 450 a 500 ºC

(DINIZ, MARCONDES e COPPINI, 2006). A diferença entre ambas está no

mecanismo de geração do vapor (material de revestimento) e na forma em que este

vapor é depositado sobre o substrato (FRANCO JR., 2003).

O melhor desempenho das ferramentas de corte pode ser obtido pela deposição

de camadas duras nas superfícies, em busca da diminuição do atrito, menor desgaste e

aumento da vida útil da ferramenta (ANDRADE, 2005).

As três camadas que se destacam no mercado são: Nitreto de Titânio (TiN),

Carbonitreto de Titânio (TiCN), Nitreto de Titânio Alumínio (TiAlN). Estas camadas

podem retardar significamente os mecanismos de desgastes que atuam quando a

ferramenta de corte entra em contato com o material a ser usinado (YUHARA, 2000).

a) Nitreto de titânio (TiN): foi o primeiro revestimento produzido

comercialmente. É um revestimento mono-camada e tem uma grande utilização por

possuir um bom equilíbrio entre suas propriedades como: dureza, tenacidade, aderência,

estabilidade química e térmica e baixo coeficiente de atrito (YUHARA, 2000).

b) Carbonitreto de titânio (TiCN): as principais vantagens deste revestimento são

elevada dureza quando comparado ao TiN, além de baixo coeficiente de atrito

(YUHARA e VENCOVSKY, 2006). Este revestimento pode ser utilizado na usinagem

de ferro fundido, com alta velocidade de corte. (STEMMER, 1995).

c) Nitreto de titânio alumínio (TiAlN): A principal vantagem do TiAlN é sua

característica de formar um filme protetivo extremamente denso e com alta adesão de

óxido de alumínio (Al2O3) em sua superfície, quando aquecido, aumentando a

resistência a difusão e a oxidação do material do revestimento da peça. Possui baixa

17

condutividade térmica, assim maior é a quantidade de calor dissipado pelo cavaco,

permitindo maiores velocidades de corte (YUHARA e VENCOVSKY, 2006). O campo

principal de aplicação é na usinagem de aço e ferro fundido (STEMMER, 1995).

2.2.5 Parâmetros e grandezas de corte

Os parâmetros de corte definem a maneira com que o processo se realiza e são

fatores importantes na determinação do desempenho da ferramenta (MOCELLIN, 2002;

ANDRADE, 2005). Seguem os principais parâmetros e grandezas de corte.

a) Velocidade de corte (vc): é a velocidade tangencial instantânea da ferramenta,

resultante da rotação da ferramenta em torno da peça e pode ser calculada pela equação

1. A velocidade de corte é sempre referida ao diâmetro da broca. (DINIZ,


1000

dnvc

π= (1)

Onde:

vc = velocidade de corte;

d = diâmetro da broca;

n = rotações por minuto.

b) Velocidade de avanço (vf): a velocidade de avanço é definida como a

velocidade instantânea da ferramenta segundo a direção e sentido do avanço e é

calculada pela equação 2.

vf = f.n (2)

Onde:

vf = velocidade de avanço;

f = avanço por volta;

n = rotações por minuto.

c) Espessura de corte (h): é proporcional ao avanço e é medida

perpendicularmente a aresta, conforme apresenta a Figura 9 (MOCELLIN, 2002).

18

d) Profundidade de corte (ap): equivalente à metade do diâmetro da ferramenta

para furação em cheio (STEMMER, 1995).

e) Largura de corte (b): corresponde a largura da seção transversal de corte

(STEMMER, 1995).

Figura 9: Grandezas de corte no processo de furação (MOCELLIN, 2002).

2.2.6 Forças de corte na furação

O conhecimento do comportamento e da ordem de grandeza dos esforços de

corte nos processos de usinagem é importante, pois eles interferem na potência

consumida pela máquina, na qualidade do produto, no desgastes da ferramenta, entre

outras. As forças de usinagem são consideradas como uma ação da peça sobre a

ferramenta (DINIZ, MARCONDES e COPPINI, 2006).

A força total de corte (F1 e F2) atuante na usinagem é basicamente decomposta

em três componentes, conforme Figura 10.

a) Força de corte (Fc1, Fc2): A componente da força atuante na face da ferramenta,

normal a aresta na direção do movimento de corte, é chamada de força de corte.

b) Força de Avanço (Ff1, Ff2): componente da força na direção do avanço, axial a

ferramenta.

p

19

c) Força Passiva (Fp1, Fp2): componente da força na direção radial da ferramenta.

Considerando a broca simétrica, a força passiva é desprezada.

Figura 10: Forças presentes na furação (BORK, 1995).

2.2.7 Tipos de desgastes em ferramentas

Atualmente, os processos de usinagem têm necessidades no sentido de usinar

materiais com baixa usinabilidade. Sendo assim, as condições de corte conduzem a uma

provável diminuição na vida da ferramenta e podem causar uma quebra prematura da

mesma. O desgaste é a perda progressiva e microscópica de partículas da ferramenta

devido à ação de corte.

Seguem os principais tipos de desgaste conforme literatura.

a) Desgaste de flanco (VBB): Acontece na superfície de folga da ferramenta,

devido ao contato entre a ferramenta e a peça, sendo causado principalmente pelo

mecanismo de desgaste abrasivo. A modificação causada na aresta de corte da

ferramenta pode provocar a deterioração do acabamento superficial da peça. O desgaste

de flanco da broca ocorre ao longo da sua aresta principal. A medida final do desgaste é,

normalmente, considerada como o resultado da média do desgaste VBB em ambas as

arestas. Também pode ser verificado o desgaste de flanco máximo (VBBmáx), conforme

Figura 11 a (STEMMER, 1995). Segundo Trent (1991), quando acontece o desgaste de

flanco, várias tensões atuam na superfície de folga da ferramenta. Embora o desgaste de

flanco às vezes possa ser claramente definido, é muito difícil quantificar os valores de

força que agem na ferramenta em decorrência deste desgaste.

20

b) Desgaste das guias (H): este desgaste acontece devido atrito gerado entre as

guias da ferramenta de corte e o material da peça. O desgaste de guia está presente na

usinagem de materiais abrasivos. O comprimento médio ‘H’ é medido sobre todas as

guias da ferramenta em relação à sua quina (ANDRADE, 2005). A Figura 11 b

exemplifica o desgaste de guias.

c) Desgaste de cratera (Kb): Ocorre na superfície de saída devido ao atrito entre

a ferramenta de corte e o cavaco (DINIZ, MARCONDES e COPPINI, 2006).

Corresponde a dimensão “Kb”, a qual é a medida do ponto mais afastado do lado oposto

da cratera em relação a aresta. É a média dos valores encontrados nas faces da broca em

relação às respectivas arestas. A Figura 11 c apresenta o desgaste de cratera.

d) Lascamento das arestas (largura da lasca (Pm) e profundidade da lasca (Pt)):

O lascamento da ferramenta ocorre com mais frequência em cortes interrompidos, como

no fresamento, em que a aresta de corte pode quebrar devido à fadiga mecânica. Fatores

tais como dureza, tenacidade à fratura, as condições de corte utilizadas e as geometrias

de entrada e saída da ferramenta na peça (no caso do fresamento) são fatores

importantes na prevenção deste fenômeno. Na Figura 11 d, é exemplificado o

dimensionamento de lascamentos nas arestas principais de uma broca.

Figura 11: Tipos de desgaste: a) Flanco, b) Guias, c) Cratera e d) Lascamento

(BORK, 1995).

a)

b)

c)

d)

VBBmáx

VBB

21

2.2.8 Mecanismos de desgastes das ferramentas de corte

Os desgastes e as avarias das ferramentas são fatores de preocupação constante

no processo de usinagem. Uma ferramenta de corte, mesmo possuindo tenacidade

suficiente para resistir às variações cíclicas de carregamento e temperatura, não está

livre de uma perda progressiva de material que comprometerá o processo. Por isso,

existe a necessidade de investigar os mecanismos de desgaste e as avarias para adequar

corretamente os parâmetros de usinagem ao tipo de operação a ser realizada. Isto

proporcionará a diminuição das taxas de desgaste e quebras, e consequentemente o

tempo de parada de máquina na produção.

Desgaste é a perda gradual do material pela ação do cavaco com a ferramenta,

decorrentes de solicitações mecânicas, térmicas e químicas. As principais causas

influentes sobre o desgaste da ferramenta estão relacionadas na Figura 12.

Figura 12 - Causas de desgaste na usinagem

(KÖNIG e KLOCKE, 1997 apud CASTILLO, 2005).

Segundo Ferraresi (1970), Diniz, Marcondes e Coppini (2006) e Stemmer (1995)

os principais mecanismos de desgaste são os seguintes:

22

a) Abrasão: É a retirada de finas partículas de material, em decorrência do

escorregamento sob alta pressão e temperatura entre a peça e a ferramenta. Este tipo de

desgaste ocorre principalmente na usinagem de materiais que contém altas

concentrações de inclusões não-metálicas duras. Inclusões como carbonetos, óxidos e

silicatos, possuem uma forte capacidade de abrasão, mesmo em temperaturas elevadas.

Quanto maior a dureza a quente da ferramenta, maior sua resistência ao desgaste

abrasivo. Trent (1991) comenta que um baixo percentual de cobalto e uma menor

granulometria do metal duro aumenta a resistência à abrasão da ferramenta.

b) Aderência: quando duas superfícies metálicas são postas em contato a baixa

velocidade de corte, baixa temperatura e sob carga moderada, forma-se entre elas um

extrato metálico que provoca aderência. Para a diminuição deste mecanismo, deve-se

utilizar revestimento com baixo coeficiente de atrito na ferramenta, como o nitreto de

titânio, e utilizar fluido de corte com efeito lubrificante.

c) Difusão: o desgaste difusivo é um mecanismo que envolve transferência de

átomos entre os materiais da ferramenta e da peça. Para que este processo ocorra, deve

existir uma elevada temperatura na superfície de saída e também na superfície de folga.

A existência de uma zona de fluxo na interface cavaco ferramenta é o que determina a

existência da difusão (TRENT, 1991).

d) Oxidação: nas periferias da área de contato do cavaco com a superfície de

saída da ferramenta de corte não ocorre aderência. Assim, estas regiões ficam

susceptíveis a reações químicas com a atmosfera. A composição do material da

ferramenta é o fator mais importante neste tipo de desgaste, visto que a taxa de desgaste

em áreas de escorregamento é principalmente controlada por interações químicas. A

oxidação ocorre sob altas temperaturas e na presença de ar e água (contida nos fluidos

de corte). O metal-duro inicia a oxidação em temperaturas entre 700 e 800 °C. A adição

de óxido de alumínio na ferramenta reduz a propagação deste mecanismo de desgaste.

e) Solicitações térmicas e mecânicas: durante a entrada da ferramenta na peça, a

aresta atinge rapidamente elevadas temperaturas e após a saída, ocorre o resfriamento. A

diferença entre a mais alta e a mais baixa temperatura depende do material e das

23

solicitações de corte. A combinação destes fenômenos pode levar à formação de

fissuras, principalmente em ferramentas pouco tenazes (CASTILLO, 2005).

Todos os mecanismos de desgastes citados acima estão presentes na usinagem

do ferro fundido vermicular, como em qualquer outro tipo de material. Conforme

Andrade (2005) cita em sua dissertação, o mecanismo de abrasão é o de maior

influência no desgaste de ferramentas na usinagem de ferro fundido vermicular.

2.2.9 Vida da ferramenta e critérios de final de vida

Ferraresi (1970) define a vida de uma ferramenta como sendo o tempo em que a

mesma efetivamente trabalha, sem perder sua capacidade de corte até que um critério de

vida previamente estabelecido seja atingido. Atingido este tempo a ferramenta deve ser

reafiada ou substituída.

Diniz, Marcondes e Coppini (2006) definem que uma ferramenta de usinagem

deve ser substituída quando um ou mais dos seguintes fatores acontecerem:

• Os desgastes atingirem proporções tão elevadas que se receie a quebra da aresta

de corte;

• Impossibilidade de obtenção de tolerâncias apertadas e/ou bons acabamentos

superficiais da peça devido ao desgaste da superfície de folga da ferramenta;

• Os desgastes fazem com que a temperatura na aresta de corte ultrapasse a

temperatura de trabalho a quente da ferramenta (a aresta de corte se decompõe);

• O aumento da força de usinagem, proveniente dos desgastes da ferramenta,

interfere no funcionamento da máquina.

Outras formas de expressar o final de vida da ferramenta, que normalmente são

de maior praticidade para a indústria, podem ser estabelecidos:

• Tempo efetivo de trabalho;

• Volume de material removido;

• Número de peças produzidas;

• Rugosidade da superfície gerada;

• Vibração do sistema máquina-ferramenta, ferramenta e peça.

24

A medição indireta do desgaste da ferramenta pode ser uma maneira eficiente de

indicar o fim de vida da mesma com critérios de final de vida pré-determinados, desta

forma, reduzem os desperdícios ocorridos com trocas prematuras e com os tempos

passivos, permitindo que a ferramenta seja utilizada com maior eficiência.

2.2.10 Mecanismo de formação do cavaco

Um dos problemas do processo de furação é a retirada dos cavacos de dentro do

furo. Caso os cavacos não forem formados de maneira que propiciem sua fácil retirada

do interior do furo, eles podem aumentar o momento toçor da ferramenta e, conseqüente,

ocasionar a quebra (DINIZ, MARCONDES e COPPINI, 2006).

Os tipos de cavacos são classificados da seguinte forma:

a) Cavaco contínuo: apresenta-se constituído de lamelas justapostas numa

disposição contínua. Forma-se na usinagem de matérias dúcteis. (DINIZ,


b) Cavaco cisalhado: o material, ao escorregar ao longo do plano de

cisalhamento, fissura no ponto mais solicitado. Esta fissura progride, então, até a

ruptura parcial ou total do cavaco (STEMMER, 1995).

c) Cavaco de ruptura: é o que se produz na usinagem de materiais frágeis, como

ferro fundido, tendo a forma de pequenos fragmentos independentes e distintos, gerados

essencialmente por uma ruptura (STEMMER, 1995).

Segundo Andrade (2005), o cavaco gerado na furação do ferro fundido

vermicular apresenta tipo e forma aproximada do cavaco gerado na mesma operação do

ferro fundido cinzento, ou seja, cavaco de ruptura.

25

2.2.11 Fluidos de corte

Um fluido de corte pode ser um refrigerante e/ou um lubrificante. Existem

situações onde a utilização de fluidos de corte é indesejável, como por exemplo, em

operações de fresamento, pois o fluido refrigerante pode causar fatiga térmica.

A classificação mais difundida de fluidos de corte agrupa os produtos da

seguinte forma (MACHADO e DA SILVA, 2004):

• Ar

• Aquosos:

- Água.

- Emulsões (óleos solúveis).

- Soluções químicas.

• Óleos:

- Óleos minerais.

- Óleos graxos.

- Óleos compostos.

- Óleos de extrema pressão.

Os fluidos de corte devem possuir as seguintes características (DINIZ,

MARCONDES e COPPINI, 2006):

• Resistir a altas pressões e temperaturas sem vaporizar;

• Boas propriedades anti-fricção;

• Viscosidade suficientemente baixa de modo a permitir uma fácil circulação

do fluido e suficientemente alta para permitir a aderência às superfícies da

ferramenta;

• Capacidade de proteger a peça e a máquina dos defeitos da corrosão;

• Não causar dano à pele humana e outros riscos à saúde;

• Isenção da tendência de originar precipitados sólidos.

26

2.3 MONITORAMENTO DO DESGASTE DE FERRAMENTA

Um sistema de monitoramento e controle do processo de usinagem procura

realizar atividades que ainda permanecem sob responsabilidade do homem, como por

exemplo, o estabelecimento do momento da troca da ferramenta, em que a capacidade

do operador de identificar o momento adequado da troca, considerando a máxima

utilização da ferramenta e respeitando os limites de qualidade da peça produzida é

pequena (CALDEIRANI FILHO, 1998).

As técnicas e as ferramentas de monitoramento não estão totalmente

desenvolvidas para ambientes industriais e não apresentam grande confiabilidade nas

respostas fornecidas, devido ao grande número de variáveis operacionais presentes no

processo e aos vários fatores que afetam o desgaste da ferramenta de corte. O sucesso

do monitoramento da vida da ferramenta depende da qualidade das informações

extraídas dos sinais coletados e do algorítmo computacional utilizado para modelar e

analisar a condição de usinagem (ALEXANDRE, 2005).

Segundo Elbestawi, Dumitrescu e Eu-Gene (2006) existem dois tipos de

monitoramento automático da condição da ferramenta: análise de sensibilidade e

sistemas de monitoramento.

• Análise de sensibilidade: são extraídos sinais do processo utilizando sensores.

Os sinais coletados são as respostas de um sistema dinâmico que contém informações

referentes ao estado atual do equipamento. Os sensores mais apropriados nesta

aplicação são de vibração, emissão acústica, corrente elétrica e temperatura.

• Sistemas de monitoramento: são criados modelos matemáticos que

representam o processo. Estes sistemas realizam processamento de sinais e tomada de

decisões. Estes modelos são alimentados por sinais de sensores.

Em princípio, existem dois métodos para analisar o desgaste da ferramenta:

medição direta e medição indireta. No método direto o desgaste é medido diretamente

na ferramenta (com lupa ou microscópio). No método indireto são medidos outros

parâmetros como vibração e corrente elétrica do sistema e estes sinais são

correlacionados com o desgaste da ferramenta (JANTUNEN, 2005).

27

Na operação de furação, os valores de vida útil da ferramenta apresentam uma

grande dispersão, o que torna necessário a utilização de valores mais baixos como

critério de final de vida. Isto faz com que muitas ferramentas não sejam totalmente

aproveitadas, aumentando o custo de produção devido excessivas trocas de ferramentas,

além do aumento do tempo de máquina parada (SOUTO, 2007).

O desgaste da ferramenta durante o processo de usinagem prejudica a precisão

dimensional e o acabamento superficial do produto. O progressivo aumento do desgaste

resulta no aumento da força de corte, as quais podem ocasionar a quebra repentina da

ferramenta, danificando o produto e a máquina-ferramenta. No processo de furação, o

desgaste não é constante na aresta de corte, pois a velocidade de corte varia de zero, no

centro da broca, até um valor máximo na periferia, causando diferentes condições de

corte e dificultando seu monitoramento.

Em teoria, no processo de furação não existem forças horizontais

(perpendiculares ao eixo da broca), pois as duas arestas de corte anulam as componentes

de força. Na prática, as forças horizontais existem e as razões para a ocorrência destas

forças são: a geometria da broca não é perfeita e as arestas de corte não possuem

exatamente uma geometria similar devido tolerâncias de fabricação; e o material da

peça não é exatamente homogêneo. Além disso, quando a broca está desgastada, as duas

arestas possuem desgastes diferentes, causando desbalanceamento das forças que

variam de acordo com o lado mais desgastado, dificultando o monitoramento do

processo de furação (JANTUNEN, 2004).

Segundo Dolinsek e Kopac (1999), para identificar as correlações entre os

parâmetros de usinagem e os sinais adquiridos é necessária à aplicação de métodos de

processamento de sinal e técnicas de inteligência artificial. Pesquisas para desenvolver

sistemas de aquisição de dados confiáveis estão sendo realizadas, mas apesar de todos

os estudos e experiências adquiridas, ainda não se pode utilizar ferramentas com toda

sua eficiência sem ocorrer o risco de quebra.

Muitos fatores dificultam o desenvolvimento de um sistema de monitoramento

confiável, tais como a utilização de sistemas baseados em modelos matemáticos que

requerem enormes quantidades de dados empíricos. Estes fatores podem levar a uma

interpretação incorreta do processo durante a usinagem, limitando o monitoramento de

um processo de usinagem (DIMLA, 2000).

28

Isso mostra a necessidade de que novas pesquisas, trabalhos e experimentos

continuem sendo realizados nesta área, permitindo um avanço tecnológico no

desenvolvimento de sistemas de monitoramento para produção.

As características desejáveis de um bom sistema de monitoramento são (DIMLA,

2000):

• Confiabilidade, não ser influenciado por ruídos externos;

• Ser pouco intrusivo, o sensor não deve interferir na operação de usinagem;

• Ter uma resposta rápida o suficiente para que o sistema de controle tome

decisões antes que ocorram eventos como quebras.

2.3.1 Monitoramento através da vibração

Vibração é definida como o movimento de um sistema dinâmico em torno de sua

posição estática. Para que um sistema mecânico vibre é necessário que o mesmo tenha

capacidade de armazenar energia cinética (que tenha inércia), energia potencial elástica

(que seja flexível) e uma excitação externa dependente do tempo. Geralmente, o

fenômeno da vibração ocorre devido aos efeitos dinâmicos de tolerâncias de fabricação,

folgas, o atrito entre peças de uma máquina e, principalmente, devido ao efeito de forças

dinâmicas desequilibradas de componentes rotativos de máquinas (DUARTE et.al

2003). A Figura 13 exibe um sinal de vibração harmônico puro.

Figura 13: Exemplo de um sinal de vibração harmônico puro (BROCH, 1984).

Tempo

29

A frequência de vibração é dada pela equação 3:

(3)

Onde:

F = Frequência;

T = Período.

Para o movimento harmônico, a posição da partícula em relação ao ponto de

referência pode ser descrito matematicamente pela equação 4:

)sin()( tXtx pico ω= (4)

Onde:

=)(tx função deslocamento;

t = tempo;

ω = frequência angular;

picoX = deslocamento máximo da partícula.

A velocidade da partícula em relação ao ponto de referência pode ser descrita

pela equação 5:

)2

sin()(π

ω += tVtv pico (5)

Onde:

=)(tv Função velocidade;

picoV = Velocidade máxima da partícula em relação a referência.

A aceleração da partícula em relação ao ponto de referência é representada

matematicamente pela equação 6:

)sin()( πω += tAta pico (6)

Onde:

=)(ta Função aceleração;

=picoA Aceleração máxima da partícula em relação ao ponto de referência.

TF

1=

30

A maior parte das vibrações encontradas não contém movimento harmônico

puro, mas muitas delas podem ser caracterizadas como periódicas. O movimento

periódico não-harmônico típico é apresentado na Figura 14, que representa a aceleração

de um pistão no motor de combustão.

Figura 14: Movimento periódico não harmônico (BROCH, 1984).

As vibrações mecânicas geralmente resultam de movimentos ondulatórios

periódicos. A natureza do sinal de vibração originado em processos de usinagem

incorpora também aspectos de vibrações livres, forçadas e aleatórias.

Os sistemas de monitoramento através de vibração mecânica são baseados no

fato de que os sistemas mecânicos, com partes móveis e com ciclo de movimento

repetitivo, são compostos de elementos flexíveis que oscilam em torno de sua posição

de equilíbrio estático, devido às excitações dinâmicas oriundas das variações de

esforços dinâmicos que atuam sobre o sistema. A dificuldade de utilizar vibrações

mecânicas para o monitoramento de máquinas e processos, diz respeito à identificação

do sintoma vibratório que está correlacionado com o que se deseja monitorar, pois os

níveis de vibração são fortemente dependentes das funções de resposta em frequência da

região onde a medição está sendo realizada (DUARTE et al, 2003).

Quando as forças de excitação são constantes, os níveis de vibrações medidos da

máquina também permanecem constantes. A partir do momento que o nível de

vibrações do sistema muda, o espectro de frequência também muda. Com a

comparação do espectro de frequência de um sistema danificado com um espectro de

frequência de um sistema sem problemas, a natureza e a localização das falhas podem

ser detectadas (CUNHA, 2005).

Segundo Dimla (2000), na usinagem as vibrações são conseqüências das

variações cíclicas das componentes dinâmicas da força de corte. Normalmente, estas

Tempo

31

vibrações começam como pequenas trepidações (chatter), responsáveis pelo aspecto

ondulado na superfície usinada e também por irregularidades na espessura do cavaco e,

posteriormente, progridem para a vibração propriamente dita.

As vantagens da utilização das medições de vibração está na sua simples

implantação, pois o sensor pode ser instalado no eixo-árvore sem realizar modificações

na máquina e na fixação da peça. Além disso, o sinal de vibração na direção axial e

radial não é alterado durante o corte, mantendo-se em uma frequência constante

(JANTUNEN, 2002).

El-Wardany, Gao e Elbestawi (1996) estudaram as características do sinal de

vibração no monitoramento do desgaste de ferramenta no processo de furação com

brocas de HSS de 6 mm de diâmetro em placas de ferro fundido nodular. Os autores

utilizaram dois sensores de vibração, um na direção axial e outro na direção radial do

eixo árvore, e simularam diferentes condições de desgaste de flanco (VBB) e de guia (H)

para ferramenta. Os parâmetros de corte foram constantes (vc = 12 m/min e f = 0,15

mm/rot). A Figura 15 apresenta o espectro de frequência de vibração para o

monitoramento na direção axial.

Figura 15 – Espectro de frequência na direção axial para diferentes condições de

desgaste (EL-WARDANY, GAO e ELBESTAWI, 1996).

Frequência (kHz) H = 0,28 mm


Frequência (kHz) VBB = 0,62 mm


d) c)

b) a)

32

Os itens a e b, mostram os resultados para duas condições de desgaste de guia da

ferramenta. Ocorreu um aumento da amplitude de vibração na frequência aproximada

de 3,5 kHz. Os itens c e d apresentam o espectro de frequência para duas condições de

desgaste médio de flanco. Também ocorreu um aumento da amplitude de vibração com

o aumento do desgaste, porém na frequência aproximada de 4,0 a 5,5 kHz.

A Figura 16 apresenta o espectro de frequência para o monitoramento na direção

radial do eixo árvore.

Figura 16 – Espectro de frequência na direção radial para diferentes condições de

desgaste (EL-WARDANY, GAO e ELBESTAWI, 1996).

Os itens a e b, mostram que existem picos de vibração com o aumento do

desgaste de guia na frequência de 4,0 kHz a 5,0 kHz. Para o desgaste de flanco (itens c e

d) ocorre um aumento da amplitude na frequência aproximada de 4,0 kHz.

El-Wardany, Gao e Elbestawi (1996) comentam que o sinal de vibração é

sensível ao desgaste de flanco e de guia no processo de furação, principalmente na

direção radial. Com o aumento do desgaste a amplitude do sinal começa a crescer e

imediatamente antes da quebra apresenta picos de amplitude independente das

condições de corte utilizadas.





a) b)

c) d)

33

Análises dos sinais de vibração no domínio do tempo também são eficientes,

pois com o aumento do desgaste da ferramenta, a amplitude do sinal cresce e

imediatamente antes da quebra, o sistema apresenta impulsos de vibração. A Figura 17

apresenta os resultados de monitoramento no domínio do tempo durante a usinagem de

ferro fundido cinzento com uma broca de HSS com 3 mm de diâmetro, vc= 29 m/mim e

f = 0,25 mm/rot.

Figura 17 – Sinais de vibração no domínio do tempo na direção radial

(EL-WARDANY, GAO e ELBESTAWI, 1996).

Tempo (segundos)

Tempo (segundos)

Tempo (segundos)

Quebra

a) Broca sem desgaste

b) Broca desgastada

c) Quebra da ferramenta

34

A Figura 17, item a, apresenta o sinal de vibração de uma broca no estado inicial

de usinagem. No item b, a ferramenta apresenta desgaste nas guias e nas arestas de corte,

aumentando a amplitude de vibração. No item c, na eminência da quebra da ferramenta,

existem impulsos de vibração que aumentam até ocorrer o evento.

2.3.2 Monitoramento através da emissão acústica

Diversos pesquisadores investigam a aplicação dos sinais de emissão acústica

(EA) no monitorando das condições do desgaste da ferramenta e na detecção de quebra.

Porém, a maioria das publicações se referem ao monitoramento e supervisão dos

processos de torneamento e fresamento (HERMANN, 2003). Emissão acústica é

convencionalmente definida como ondas resultantes da rápida liberação de energia

durante a deformação plástica, fratura ou mudanças internas da estrutura de um material

(DONG, 1994).

O sinal de EA pode ser classificado em dois tipos (BLUM e INASAKI, 1990):

Sinal contínuo e sinal de pico (transiente). O sinal contínuo está associado à deformação

da peça ou do cavaco, ao atrito da peça com a ferramenta. O sinal de pico, conforme

mostra a Figura 18, possui uma maior energia que o sinal contínuo, devido a eventos

localizados como trincas, quebra ou lascamento da ferramenta, podendo ser

diferenciado facilmente durante o processo de corte (CALDEIRANI FILHO, 1998).

Figura 18 - Caracterização de um sinal de emissão acústica (LI, 2002).

As ondas de Emissão Acústica não são audíveis, pois sua faixa de frequência é

de aproximadamente 50 kHz a 1000 kHz (BLUM e DORNFELD, 1990). A Figura 19

apresenta a faixa de frequência do sinal de EA comparando com as frequências de

diversas ondas.

Tempo (segundos)

35

Figura 19 – Comparação da faixa de frequência da onde da EA com as demais ondas.

(BLUM e DORNFELD, 1990).

A maioria das pesquisas realizadas com o sinal de emissão acústica utiliza o

voltímetro RMS devido à sua relativa facilidade de processamento. Ele transforma o

sinal de entrada, de alta frequência, em um sinal de saída em RMS, normalmente com

um taxa de amostragem de 0,0002 segundos. Isto é normalmente necessário porque as

placas Analógico/Digital (A/D), em geral, não têm velocidade de amostragem suficiente

para armazenar estes sinais. Além disso, a alta frequência dificulta o armazenamento do

sinal digitalizado durante o processo. Por exemplo, um sinal com freqüência de 500 kHz

deve ser digitalizado a uma freqüência de pelo menos 1000 kHz, para que o sinal

amostrado seja representativo do sinal real, e isto significa 1000000 de pontos em 1

segundo de tempo de corte (CALDEIRANI FILHO, 1998).

Dimla (2000) faz uma revisão dos tipos de sinais utilizados para monitorar o

desgaste de ferramenta. O autor comenta que a EA gerada durante o corte é bem menor

que a EA gerada quando ocorrem trincas e quebras na ferramenta. Sendo assim, uma

das principais deficiências da aplicação do sinal de emissão acústica está na dificuldade

de indicar às condições intermediárias de desgaste da ferramenta. Porém, pode ser

utilizada com eficiência para evitar quebras durante a usinagem.

Konig, Kutzner e Schehl (1992) realizaram monitoramento do desgaste com

sinais EA em brocas de diâmetros menores que 6 milímetros, adotando como critério de

final de vida VBBmáx = 0,28mm. A Figura 20 apresenta os sinais obtidos em 4 brocas.

100 102

104 106 108 1010 1012 10

14 1016 F (Hz)

Som

Ondas de rádio

Micro ondas

Infravermelho

Luz visível

Ultra-violeta

Raio X

Emissão acústica

36

Figura 20 – Sinal de EA para brocas com 2 milímetros de diâmetro: a) Broca 1;

b) Broca 2; c) Broca 3 e d) Broca 4 (KONIG, KUTZNER e SCHEHL, 1992).

Constatou-se um aumento de intensidade do sinal apenas no final da vida das

ferramentas. Os autores explicam que a vibração torcional que exita os sinais de EA não

tem a mesma intensidade para cada broca, devido ao desgaste não ser simétrico, sendo

assim, existem amplitudes diferentes do sinal no final de vida de cada ferramenta.

Konig, Kutzner e Schehl (1992) apresentam uma estratégia de monitoramento

utilizando o sinal de EA definindo um valor de tensão pré-estabelecido (threshold)

sobre o valor de tensão original de EA. Foi observado que a amplitude do sinal aumenta

significativamente no instante em que ocorrem trincas ou quebra da ferramenta, neste

caso o valor threshold é violado e o sistema pode gerar um alarme ou interromper a

operação. A Figura 21 exemplifica esta estratégia.

Broca: HSS d=2 mm vc = 30 m/min f = 0,1 mm/rot L= 10 mm Material = Ck53 N

Número de furos Número de furos

d) c)

a) b)

37

Figura 21 – Detecção de quebra de ferramenta com o sinal de EA

(KONIG, KUTZNER e SCHEHL, 1992).

As características dos sinais de emissão acústica no processo de furação com

brocas de HSS foram estudadas por Dong et al (1994). O sinal RMS de EA apresentou

uma grande sensibilidade à variação da profundidade e do diâmetro do furo. Segundo o

autor, em furos com pequenas profundidades o cavaco escoa facilmente pelos canais da

ferramenta, consequentemente o sinal EA neste estágio é gerado principalmente pelo

esforço de corte. Quando a profundidade aumenta, o cavaco tem dificuldade para escoar

e gera atrito com a superfície do furo, resultando em ondas de vibração que aumentam

significativamente o sinal EA detectado. Dong et al (1994) conclui que o processo de

furação é muito dinâmico e o atrito entre o cavaco e a superfície do furo usinado

contribui significativamente para a variação do sinal RMS de EA.

A influência do desgaste da ferramenta no sinal de EA é comentado por

Calderani Filho (1998). Segundo o autor, com o crescimento do desgaste de flanco a

área de contato peça/ferramenta aumenta, consequentemente aumenta o atrito,

resultando em um crescimento do sinal de EA ao longo do tempo.

A vantagem de utilizar o sinal EA está no fato do mesmo se propagar através da

peça, assim a localização do sensor próximo ao processo não é crucial, permitindo uma

fácil implantação em qualquer aplicação do processo de furação. Além disso, o sinal de

EA é de alta freqüência, o que facilita a identificação de sinais oriundos de falhas e

avarias no processo (ELBESTAWI, DUMITRESCU e EU-GENE, 2006).

Tempo (ms)

Quebra

38

2.3.3 Monitoramento através dos parâmetros elétricos do motor

Segundo Ferraresi (1970), medir os parâmetros elétricos do motor da máquina é medir

os esforços de corte. Quando o motor da máquina fornece potência mecânica necessária para

executar uma operação de usinagem, consome corrente elétrica em uma quantidade

diretamente proporcional à potência e a força de corte gerada. Porém, existem perdas devido

ao atrito e a inércia do sistema, sendo assim nem toda potência elétrica gerada no processo é

transformada em potência mecânica, como pode ser visto na equação 9. Como nem toda

potência elétrica consumida é transformada em potência mecânica, há uma perda de precisão

no sistema de monitoramento.

η

PmecPel = (9)

Onde:

Pel= Potência elétrica;

Pmec= Potência mecânica;

�= Rendimento de motor.

Em uma máquina com motor de corrente contínua, a potência elétrica gerada é

proporcional à corrente e à tensão, conforme a equação 10:

Pel=U.i (10)

Onde:

U= Tensão;

i= Corrente elétrica.

Sabendo-se que:

Pmec= Fc.vc e Fc= Ks.ap.f (11) e (12)

Onde:

Fc= Força de corte;

Ks = Pressão específica de corte;

ap= Profundidade de corte.

Substituindo (10), (11) e (12) em (9) e concluir que:

U

vfaKsi

cp

.

...

η= (13)

39

Analisando uma situação onde os parâmetros de corte (vc, ap e f) são constantes,

conclui-se que a corrente elétrica consumida pelo motor da máquina será proporcional à força

de corte executada pela ferramenta.

Costa (2003) cita as vantagens que este método de monitoramento apresenta em

relação aos demais:

• É um método muito pouco intrusivo, pois os sensores que captam os sinais ficam

distantes da área de corte;

• Os sensores utilizados são simples, o que reduz bastante o custo deste método, sendo

que em alguns equipamentos são fornecidos de fábrica com esse instrumento instalado.

• O choque de entrada da ferramenta na peça não possui grande influência no valor da

corrente elétrica consumida pelo motor, tornando este sistema de monitoramento mais

eficiente em operações de corte intermitente.

Caldeirani Filho (1998) realizou um trabalho de monitoramento, adquirindo o sinal de

corrente elétrica e emissão acústica no processo de fresamento frontal. Segundo o autor, a

evolução do sinal de corrente elétrica se apresentou melhor que a emissão acústica no

acompanhamento do desgaste da ferramenta, mostrando bons resultados para o

estabelecimento automático e indireto da vida da ferramenta de fresamento frontal.

Li e Tso (1999) monitoraram o desgaste de flanco no processo de furação com os

sinais da corrente elétrica do eixo árvore e do eixo de avanço, com brocas de HSS com

diâmetro de 9,6 mm, vc = 18,09 m/min e f = 0,15 mm/rot, em corpos de prova de aço 1045.

Verificou-se que a amplitude da corrente aumenta com o desgaste de flanco, associado com a

fricção entre a ferramenta e o corpo de prova. A corrente do motor do eixo de avanço se

mostrou mais sensível ao desgaste de flanco. A Figura 22 mostra que a corrente elétrica

aumenta linearmente com o aumento do desgaste de flanco.

Figura 22 - Efeito do VBBmax nos sinais de corrente (LI e TSO, 1999).

VBBmáx (mm)

� Corrente média do motor do eixo árvore. � Corrente média do motor de avanço.

40

Li e Tso (1999) também estudaram a influência do diâmetro da ferramenta na corrente

elétrica da máquina e concluíram que o motor do eixo de avanço possui uma variação

praticamente linear com a alteração do diâmetro, conforme Figura 23.

Figura 23 - Efeito do diâmetro nos sinais de corrente (LI e TSO, 1999).

Adamczyk (1998) correlacionou o desgaste de flanco e de guia de uma broca com os

sinais de corrente do eixo de avanço e rotação. Em ambos os casos houve a variação da

corrente com o aumento do desgaste.

2.3.4 Sistemas de monitoramento

Um sistema de monitoramento do estado da ferramenta de corte (TCM - Tool

Condition Monitoring) consiste, na maioria das vezes, de uma seqüência de subsistemas para

a condução dos dados, desde a detecção dos sinais até o diagnóstico do estado da ferramenta.

Segue a seqüência de subsistemas:

• Aquisição de sinais;

• Condicionamento de sinais;

• Tratamento de sinais;

• Reação ou tomada de decisão.

a) Aquisição de sinais: a aquisição dos sinais de estado da ferramenta em sistemas de

monitoramento é realizada por métodos indiretos (sinais de sensores), que acompanha e avalia

uma grandeza física que pode ser correlacionada com o desgaste da ferramenta durante o

processo (CISNEROS et al, 2003). Segundo Sick (2002) a medição da força de corte pelo

método indireto pode ser realizada com sensores acoplados na ferramenta, no cone de fixação,

na peça ou em anéis acoplados no eixo árvore.

� Corrente média do motor do eixo árvore. � Corrente média do motor de avanço.

Diâmetro ferramenta (mm)

41

b) Condicionamento do sinal: A dificuldade de se aplicar as tecnologias de

sensoriamento em chão-de-fábrica está no alto nível de ruído de diversas naturezas do

ambiente industrial. Os sinais adquiridos precisam ser devidamente configurados visando

gerar características significativas às condições de usinagem. Os sinais de saída dos sensores

geralmente são amplificados, filtrados, convertidos de analógico para digital e armazenados

na memória do computador, para uma posterior análise ou para controle do processo

(ALEXANDRE, 2005). Um sinal é dito analógico quando varia continuamente no tempo,

também chamado de tempo contínuo, estabelecendo a marcação de infinitos valores dentro de

um intervalo, como representado na Figura 24, item a. Um sinal é digital quando varia

bruscamente no tempo, também chamado de tempo discreto, sendo que esta variação discreta

estabelece a marcação de uma quantidade finita de valores dentro de um intervalo qualquer,

como pode ser observado na Figura 24, item b (SILVEIRA E SANTOS, 2007).

Figura 24 – Sinal A/D: a) Sinal de tempo contínuo;

b) Sinal de tempo discreto (SILVEIRA E SANTOS, 2007).

c) Tratamento de sinais: após o condicionamento, é realizado um processo para extrair

as informações dos sinais com a máxima confiabilidade. Isto caracteriza o processo de

identificação de falhas da ferramenta, já que os sinais captados são usados por um sistema

discriminante de informações com o intuito de representar a condição da ferramenta. O

objetivo é encontrar um modelo que represente fielmente o sistema de interesse, capaz de

ressaltar as características da evolução da vida da ferramenta. Devido à aleatoriedade dos

sinais, a análise e a interpretação podem apresentar dificuldades, pois não podem ser descritos

por equações matemáticas, a não ser com grandes simplificações.

a) b)

42

d) Reação ou tomada de decisão: a partir de informações obtidas através dos níveis de

vibração, por exemplo, pode-se detectar alguma falha no processo, desgaste ou quebra da

ferramenta, sendo que o sistema pode tomar as seguintes decisões (ALEXANDRE, 2005):

• Indicar alguma informação no monitor do equipamento (ativar um alarme);

• Diagnosticar o problema e sugerir solução;

• Parar imediatamente o processo na eminência de uma quebra;

• Substituir a ferramenta desgastada automaticamente.

Segundo Dolinsek e Kopac (1999), após a aquisição dos sinais deve-se aplicar

métodos de processamento de sinal e técnicas de inteligência artificial para facilitar na

identificação de correlações entre os parâmetros de usinagem e os sinais adquiridos. Portanto,

o sistema de monitoramento consiste de aquisição, processamento, extração das

características relevantes, aplicação de um algoritmo que irá estimar as condições do processo,

conforme mostrado na Figura 25.

Figura 25 - Representação de um sistema de monitoramento (DOLINSEK E KOPAC, 1999).

2.3.5 Técnicas de análise de sinais

De um modo geral, as técnicas de análise de sinais podem ser divididas de acordo com

o domínio em que o sinal é tratado. Estas técnicas podem ser baseadas no domínio do tempo e

no domínio da frequência.

43

2.3.5.1 Análise no domínio do tempo

As técnicas de análise no domínio do tempo são de simples aplicação, sendo a análise

do nível de RMS, pico, número de picos, desvio padrão, fator de crista, curtose e assimetria os

mais utilizados (DIMLA, 2000; JANTUNEN, 2005; LI, 2006 e SOUTO, 2007).

a) RMS (VRMS): é a raiz quadrada da média do quadrado da tensão do sinal, que

permite avaliar a energia contida no mesmo. Segundo Teti e Dornfeld (1989) apud Souto

(2007), o valor RMS do sinal de EA pode ser expresso de acordo com a equação 14:

�∆

∆=

T

RMS dttVT

V0

2 ))(1

(14)

Onde:

V(t) = Função do sinal;

�T = Constante de tempo.

Como significado destas grandezas para análise de sinais, de acordo com Mitchell

(1993), o valor do nível de tensão RMS do sinal fornece uma estimativa do conteúdo de

energia presente no sinal, indicando a severidade da vibração proveniente do sistema

analisado. O valor RMS aumenta com o aumento do valor e do número de picos no sinal. A

Figura 26 ilustra o valor RMS de um sinal.

Figura 26 - Valor RMS de um sinal. (MEOLA, 2005).

44

b) Pico (Pico): o valor de pico indica níveis máximos de sinais transientes da amostra.

Este parâmetro é sensível a impulsos de sinais, como por exemplo, uma quebra de ferramenta

(LI, 2006).

c) Número de picos: é o número de vezes que o sinal ultrapassa um valor de tensão

pré-estabelecido (threshold (Vs)), conforme Figura 27.

Figura 27 - Representação esquemática do Número de Picos (BEATTIE, 1983 apud

CALDEIRANI FILHO, 1998).

d) Desvio padrão (σ ): mede a dispersão dos dados em relação à média aritmética e é

calculado pela equação 15.

�=

=

−=

Ni

i

i

N

xx

1

2)(σ (15)

Onde:

N = Número de amostras da distribuição.

e) Fator de crista (FC): o parâmetro fator de crista é a razão entre o valor do pico e o

valor RMS da amostra, conforme equação 16.

RMSV

PicoFC = (16)

45

O fator de crista indica se a onda é homogênea ao longo do tempo. Grandes valores

para o fator de crista indicam a presença de algum pico destacado no sinal (CUNHA, 2005),

conforme ilustra Figura 28.

Figura 28 – a) Sinal homogêneo; b) Sinal com picos destacados.

Quando a ferramenta apresenta desgaste excessivo, aumenta o valor de pico e

consequentemente o valor RMS do sinal. O fator de crista consegue identificar esta variação,

conforme ilustra a Figura 29. Grandes valores do fator de crista podem estar associados a

lascamento ou eminência de quebra da ferramenta.

Figura 29 - Influência da variação dos valores de pico e RMS no fator de crista

(MEOLA, 2005).

f) Curtose (K): mede a dispersão da função probabilidade. Um valor de curtose maior

que 3 indica uma pequena dispersão dos pontos e um valor menor que 3 indica uma grande

dispersão dos pontos. Curtose é calculado pela equação 17.

( )�=

=

−=

Ni

i

i xx

NK

122

4)(1

σ (17)

Onde:

N = Número de amostras da distribuição;

2σ = Variância em torno da média da distribuição.

a) b)

Ferramenta com desgaste

Ferramenta com desgaste Inicial

Inicial

46

A Figura 30 ilustra a variação da curtose.

Figura 30 - Valores da curtose para alguns sinais (MACÁRIO, 2006)

El-Wardany, Gao e Elbestawi (1996) verificaram que, no processo de furação, quando

aumenta o desgaste da ferramenta o valor de curtose diminui, devido o aumento do número de

picos no sinal, conforme apresenta a Figura 31.

Figura 31 – Variação da curtose: a) Sinal com 2 picos; b) Sinal com 20 picos.

(EL-WARDANY, GAO e ELBESTAWI, 1996).

g) Assimetria (S): mede a simetria da função de probabilidade em torno da média. Um

valor de assimetria negativo indica que a maior parte dos pontos encontram-se à esquerda da

média, enquanto que um valor de assimetria positivo indica que a maior parte dos pontos

encontram-se a direita da média. A assimetria é definida como o momento normalizado de

terceira ordem da distribuição, é calculado pela equação 18 (KANNATEY-ASIBU e

DORNFELD, 1986).

( )�=

=

−=

Ni

i

i xx

NS

1 2

32

3)(1

σ

(18)

Tempo (s) Número de picos =2; Curtose = 33,95

Tempo (s) Número de picos = 20; Curtose = 6,94

47

Onde:

N = Número de amostras da distribuição;

2σ = Variância em torno da média da distribuição;

A Figura 32 ilustra a variação da assimetria.

Figura 32 - Assimetria da distribuição (MACÁRIO, 2006).

Quando o valor de assimetria é zero o sinal do sistema apresenta uma distribuição

gaussiana e quando a função de probabilidades não segue mais uma distribuição gaussiana, os

valores de assimetria são alterados. Segundo Macário (2006) valores de assimetria distantes

de zero podem estar relacionados com falhas no sistema ou problemas na aquisição dos sinais.

2.3.5.2 Análise no domínio da frequência

A dificuldade de monitorar máquinas e processos está no fato dos sinais coletados

serem fortemente dependentes das funções de resposta em frequência da região onde a

medição está sendo realizada (DUARTE et al, 2003), pois os sinais podem ser influenciados

pela variação do material da peça usinada e pela estrutura da máquina (ELBESTAWI,

DUMITRESCU e EU-GENE, 2006 e JANTUNEN, 2002).

Cada elemento do sistema gera frequências identificáveis no espectro de frequência,

onde é possível detectar mudanças na frequência do sinal causadas, por exemplo, pelo

desgaste da ferramenta, definindo uma faixa do espectro correspondente ao fenômeno

(ELBESTAWI, DUMITRESCU e EU-GENE, 2006).

A técnica mais usual de transformar o sinal de vibração do domínio do tempo para

frequência é utilizando a Transformada Rápida de Fourier ( Fast Fourier Transform - FFT). O

espectro de frequência é um gráfico de amplitude de resposta pela frequência. A dedução e as

propriedades da FFT podem ser encontradas em Boyce e Diprima (2002).

48

Para verificar a utilização da FFT, considera-se um sinal onde os dados foram

adquiridos com uma taxa de aquisição de 1000 Hz, com as frequências notáveis em 50 Hz e

120 Hz, conforme a equação 19.

f(t) = sen (2�(50t)) + sen (2�(120t)) (19)

O sinal da equação 19 plotado no domínio do tempo está ilustrado na Figura 33.

Figura 33 – Sinal no domínio do tempo da equação 19.

É difícil identificar as frequências analisando o sinal no domínio do tempo.

Convertendo para o domínio da frequência utilizando a FTT, verifica-se claramente os picos

de amplitude nas frequências de 50 Hz e 120 Hz na Figura 34.

Figura 34 - Espectro de frequência da equação 19.

Tempo (s)

Frequência (Hz)

49

2.3.6 Considerações sobre os tipos de sensores

2.3.6.1 Sensor de vibração

Existem vários modelos de sensores de vibração. Além das dimensões e da massa, a

sua escolha recai sobre sua sensibilidade. Estes equipamentos podem ser uni, bi ou tri axial,

além de possuírem diversas frequências de observação.

a) Acelerômetro de vibração piezoelétrico:

O transdutor mais utilizado para medir a vibração é o acelerômetro piezoelétrico.

Possui amplas faixas de frequência, com boa linearidade em todas as faixas. É relativamente

robusto e de confiança, de modo que suas características se mantêm estáveis por muito tempo.

Além disso, o acelerômetro piezoelétrico é auto-gerador, de modo que não necessita de uma

fonte de energia externa. Não tem peças móveis, que se desgastam e, finalmente, sua saída é

proporcional a aceleração e pode ser integrada de modo a fornecer sinais proporcionais à

velocidade e ao deslocamento.

O acelerômetro piezoelétrico é composto de uma pastilha de material piezoelétrico,

geralmente de cerâmica artificialmente polarizado, que apresenta o efeito piezoelétrico típico.

Quando submetido à pressão mecânica, quer por tensão, compressão ou cisalhamento, gera

uma carga elétrica nas faces, a qual é proporcional à força aplicada.

Possuem alta sensibilidade e larga faixa de trabalho quando comparados com os

demais modelos de acelerômetros. Existem acelerômetros hermeticamente selados para

aplicações em ambientes industriais (BRÜEL & KJAER, 2007).

b) Acelerômetro de vibração piezo-resistivo:

Estes acelerômetros consistem de uma massa presa por uma mola. À medida que o

artefato é acelerado, uma força (força = massa x aceleração) é desenvolvida e afeta a mola

sustentadora. Resistores piezelétricos situados no artefato, onde a massa encontra o suporte

(local onde o esforço é maior) podem ser usados para detectar a aceleração (KRELLING,

2006). Uma representação esquemática do acelerômetro piezo resistivo pode ser observado na

Figura 35.

50

Figura 35 - Esquema de acelerômetro piezo resistivo (KRELLING, 2006).

c) Acelerômetro de vibração capacitivo:

Capacitores são componentes elétricos que armazenam carga. Um capacitor simples é

formado dispondo-se duas placas paralelamente uma à outra. A capacitância deste

componente é dada pela equação 20:

0x

eAC = (20)

Onde:

e = constante do material entre as placas do capacitor;

A = área das placas do capacitor;

x0= distância entre placas do capacitor.

A capacitância é inversamente proporcional à distância entre as placas. É possível

utilizar esta técnica para medir pequenos deslocamentos com alta precisão, porém a

instrumentação requerida para medir a variação da capacitância é eletronicamente complexa

(KRELLING,2006).

2.3.6.2 Sensor de emissão acústica

Os sinais de EA podem se basear em vários princípios físicos, como dispositivos

eletromagnéticos , microfones capacitivos e dispositivos piezelétricos, sendo o último o mais

utilizado, pois podem ser instalados em ambientes agressivos, como altas temperaturas,

grandes volumes de fluidos de corte e cavaco. (CISNEROS, 2006).

51

Os sensores de emissão acústica são dispositivos que geram um sinal elétrico quando

estimulados por uma onda de emissão acústica, que pode ser plotado em um gráfico tensão x

tempo (CALDERANI FILHO, 1998). Um esquema de um sensor EA é apresentado na Figura

36.

Figura 36 - Esquema de um sensor EA (CISNEROS, 2006).

2.3.6.3 Sensor de corrente

O efeito Hall é a tensão induzida em um material semi-condutor gerada pela passagem

de um campo elétrico (DORNFELD, 2001). O efeito Hall foi descoberto quando um condutor

elétrico foi submetido a um campo magnético perpendicular à direção da corrente elétrica e

verificou-se que uma diferença de potencial elétrico aparecia nas laterais deste condutor na

presença do campo magnético.

Os sinais de corrente elétrica são adquiridos pelo sensor de efeito Hall, que é instalado

circulando o cabo condutor da corrente elétrica, que libera um sinal diretamente proporcional

a corrente elétrica do equipamento (CALDEIRANI FILHO, 1998).

52

3 MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA

Este capítulo tem como objetivo descrever os materiais, equipamentos e a metodologia

adotada neste trabalho. A partir destes, obtiveram-se resultados que serviram de base para as

análises e discussões dos testes realizados.

3.1 MATERIAL UTILIZADO

Foram utilizados blocos de motor de ferro fundido vermicular de uma linha de

usinagem de produção em série. A composição química base dos blocos de ferro fundido

vermicular utilizados encontram-se dentro das faixas recomendadas na literatura (ASM, 1996),

apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2 – Composição química do ferro fundido vermicular (ASM, 1996).

C[%] Si[%] Mn[%] P[%] S[%] Mg[%] Cueq[%]

3,1 a 4,0 1,7 a 3,0 0,1 a 0,6 máx 0,060 0,007 a 0,012 0,08 a 0,14 0,6 a 1,5

Onde o cobre equivalente (Cueq) representa a quantidade de elementos formadores de

perlita e é definido pela equação 21:

Cueq = Cu + 10.Sn + 0,5.Mn + 1,2.Cr [%] (21)

Em produção, os materiais são caracterizados através da análise microestrutural do

lote produzido. De cada lote de peças é retirada uma amostra, onde é avaliado os tipos de

grafita (porcentagem de grafita nodular e vermicular). A mesma amostra é utilizada na

quantificação das porcentagens de perlita e grafita, após ataque com nital 2%. A Figura 37

apresenta a micrografia de um dos lotes utilizados, obtida ao microscópio óptico, com

aumento de 100x.

53

a) b)

Figura 37: Micrografias do ferro fundido vermicular: a) Sem ataque; b) Com ataque

de nital 2%. Aumento de 100x.

A especificação de dureza e resistência mecânica do material são as seguintes:

• Dureza: 215 a 265 HB;

• Resistência a tração: 420 MPa mínimo;

• Limite de escoamento: 310 MPa mínimo;

• Alongamento: 1,0 % mínimo;

• Módulo de elasticidade: 140 GPa mínimo.

A face do bloco utilizada para realizar as furações foi a face do carter fresada em

acabamento e com rugosidade Rz = 10 m. Em cada bloco foram realizadas 10 furações,

conforme apresenta a Figura 38.

Figura 38 – Face do carter com furações.

1 2 3 4 5

10 9 8

7 6

54

As características dimensionais dos furos realizados estão ilustradas na Figura 39.

Figura 39 – Características do furo monitorado.

3.2 FERRAMENTAS UTILIZADAS

Foram utilizadas 5 brocas escalonadas de canal reto de metal-duro, com revestimeno

de nitreto de titânio alumínio (TiNAl) conforme Figura 40.

a) Foto de uma das brocas utilizadas nos ensaios.

b) Características dimensionais das brocas.

Figura 40 – Representação das brocas utilizadas nos ensaios.

O 0,5

55

Os principais ângulos das brocas utilizadas são:

• Ângulo de ponta: � = 140 º;

• Ângulo de incidência: � = 13 º;

• Ângulo da aresta transversal: � = 3 º.

Cada broca foi fixada em um mandril térmico ISO-40. O batimento máximo tolerado

após a montagem da ferramenta é de 0,04 mm em relação ao cone de fixação, conforme

indicado na Figura 41.

Figura 41 – Montagem da broca escalonada fixada no mandril térmico ISO-40.

3.3 MÁQUINA-FERRAMENTA

Os ensaios de furação foram realizados em um Centro de Usinagem Horizontal (CUH)

Heller MC-16 ISO-40, com comando GE-Fanuc – 180i, rotação máxima de 10.000 rpm e

potência disponível de 30 kW.

3.4 PARÂMETROS DE PROCESSO

Os parâmetros de corte empregados foram definidos de acordo com os valores

utilizados na linha de produção de ferro fundido vermicular: vc = 90 m/min e f = 0,25

mm/rotação. Foi utilizado fluido de corte emulsionável, com concentração de 5 a 7%.

56

b) a)

3.5 FIXAÇÃO DAS PEÇAS

Os blocos de motor foram fixados em um dispositivo hidráulico com pressão de

fixação de 60 bar, localizados por dois guias de manufatura da peça. Esta fixação garante

estabilidade, rigidez e precisão na realização dos ensaios. A Figura 42 apresenta o dispositivo

de fixação e da peça fixada.

Figura 42 – a) Dispositivo de fixação; b) Peça fixada no dispositivo.

3.6 AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DOS FUROS

Para avaliar a qualidade dos furos foram controladas as seguintes características com

os respectivos equipamentos:

• Profundidade máxima de 22 mm:

Frequência: 100 %.

Meio de medição: Calibrador de profundidade por atributo “passa/ não–passa” (PNP).

• Posicional de 0,5 mm do furo usinado em relação aos guias de manufatura da peça.

Frequência: 100 %.

Meio de medição: Máquina de medição por coordenada Mitutoyo Beyond A1212.

Guias do dispositivo

57

Caso alguma das características controladas do produto fosse reprovada, os sinais dos

sensores eram descartados e as furações eram refeitas e controladas. Os sinais eram

armazenados quando todas as características estavam aprovadas.

3.7 CRITÉRIO DE FIM DE VIDA UTILIZADO

O critério de fim de vida da ferramenta foi o desgaste de flanco máximo (VBBmáx),

pois este gera tensões que atuam na superfície de folga da ferramenta decorrentes do aumento

do atrito entre a peça e a ferramenta (TRENT, 1991), podendo causar excitações nos sinais

dos sensores. Foram medidos os desgastes de flanco (VBBmáx ) das duas arestas de corte da

broca, sendo o maior valor representativo para os resultados.

Como ponto de referência para a medição dos desgastes VBBmax foi utilizado a aresta

principal da ferramenta, conforme indicado na Figura 43. Para medição foi utilizado um

Microscópio Estéreo Olympus SZ61 com uma câmera de vídeo da Media Cybernetics,

modelo Evolution LC Color, acoplada e o software Image-Pro Express 6.3 instalado em um

computador para auxiliar na aquisição de fotos.

Figura 43 – Medição de desgaste de flanco em uma broca

(SCHROETER et al, 1999).

Os estados de desgaste foram nomeados da seguinte forma:

1) Estado 1: Ferramenta sem desgaste.

• VBBmax = 0 mm.

2) Estado 2: Ferramenta com desgaste intermediário.

• VBBmax = 0,2 a 0,3 mm.

3) Estado 3: Ferramenta com desgaste elevado (fim de vida).

• VBBmax = 0,4 a 0,7 mm.

Aresta principal

58

No estado 1, as ferramentas tiveram sua geometria inspecionada para verificar

eventuais erros de fabricação como trincas ou lascamento, pois qualquer alteração

dimensional e/ou angular causam respostas distintas do material da peça sobre a aresta de

corte da ferramenta (TEXEIRA, 2005).

3.8 SENSORES UTILIZADOS

Os três sensores utilizados estão listados a seguir:

• Sensor de vibração:

Tipo: Acelerômetro piezoelétrico;

Modelo: 8341 da Brüel & Kjaer

Faixa de frequência: 0,5 a 50000 Hz;

Temperatura de operação: -50 ºC a 100 ºC;

Massa: 41 g.

• Sensor de emissão acústica:

Tipo: Sensor emissão acústica piezoelétrico;

Modelo: 8152B da Kistler

Faixa de frequência: 50 a 400 kHz;


Massa: 29 g.

• Sensor de corrente:

Tipo: Transdutor de corrente;

Modelo: HAS200-S da LEM;

Corrente nominal (RMS): 200 A;

Faixa de medição de corrente: 200 ± 600 A;


Massa: 60 g.

59

A Figura 44 ilustra os sensores de vibração, emissão acústica e corrente utilizados

neste trabalho.

a) b) c)

Figura 44 – a) Sensor de vibração; b) Sensor de emissão acústica; c) Sensor de corrente.

Foi acoplado no eixo árvore do centro de usinagem um anel de aço 1020, onde

foram fixados os sensores de vibração e emissão acústica. O anel é bi-partido, fixado por dois

parafusos M12, para facilitar a desmontagem do mesmo no caso de manutenção do eixo

árvore. A Figura 45 apresenta a montagem do anel.

Figura 45 –Fixação dos sensores de vibração e emissão acústica.

Os sensores de vibração e emissão acústica foram fixados no anel acoplado ao eixo

árvore, posicionados na direção radial do eixo árvore, seguindo as instruções técnicas dos

fabricantes. O sensor de vibração foi fixado no anel por uma rosca ¼” x 28 UNF e o sensor de

emissão acústica foi fixado por um parafuso M6 x 25mm, conforme ilustra a Figura 46.

Local onde os sensores foram instalados

Anel de aço 1020

Cabo de saída dos sinais dos sensores de vibração e EA

60

Figura 46 - Fixação dos sensores: a) Sensor de vibração; b) Sensor de emissão acústica.

O sensor de corrente foi acoplado no cabo de alimentação elétrica do motor de

avanço do CUH. A Figura 47 apresenta o sensor instalado.

Figura 47 – Sensor de corrente instalado.

Furo de travamento

a)

Graxa de silicone

b)

Sensor de corrente instalado

Painel elétrico do CUH

61

3.9 AQUISIÇÃO DOS SINAIS

O sinal de vibração foi adquirido com uma taxa de aquisição de 50 kHz.

O sinal de emissão acústica foi conectado a um condicionador de sinais com a

constante de integração ajustada em 0,0002 segundos (sinal RMS), gerando uma taxa de

aquisição de 5 kHz. O condicionador transforma o sinal bruto de entrada em um sinal RMS de

saída devido a dificuldade de processamento de sinais de alta freqüência (400 kHz). Segundo

Caldeirani Fillho (1998), com este processo a análise não será feita no sinal bruto, o que

inviabiliza uma análise espectral, pois o sinal RMS elimina freqüências presente no sinal

bruto.

O sinal de corrente elétrica foi adquirido com um sensor de efeito Hall ligado ao cabo

da corrente elétrica do motor de avanço do eixo “z” da máquina, onde a calibração de

medição da corrente foi executada de modo que 1A = 100mV. A taxa de aquisição foi de 5

kHz.

O tempo de usinagem de cada furo foi de 1,26 segundos, de acordo com os parâmetros

de processo utilizados (vc = 90 m/min, f = 0,25 mm/rot, furo com diâmetro de 6,8 mm e

profundidade de 22 mm), sendo assim temos para cada furo monitorado as seguintes

quantidades de pontos:

• Sinal de vibração: Taxa aquisição = 50 kHz � 63000 pontos por furo;

• Sinal emissão acústica: Taxa aquisição = 5 kHz � 6300 pontos por furo;

• Sinal de corrente: Taxa aquisição = 5 kHz � 6300 pontos por furo.

Os sinais adquiridos pelos sensores foram enviados para uma placa de aquisição de

dados A/D da National Instruments, modelo NI cRIO-9002, que possui freqüência de

aquisição de 200 MHz, para posteriormente serem armazenados na memória do computador.

A Figura 48 ilustra o sistema.

62

Figura 48 - Representação esquemática da montagem do sistema.

Conforme apresenta a Figura 48, os sensores de vibração e emissão acústica foram

fixados no anel acoplado ao eixo arvore e enviam seus sinais para placa A/D. O sensor de

corrente foi acoplado ao cabo da corrente elétrica do motor de avanço e também envia seus

sinais para a placa A/D. Posteriormente, os três sinais foram enviados para o computador

onde foram visualizados pelo software LabVIEW.

Ferramenta

Eixo árvore

Sensor

corrente

Placa A/D

Computador

LabVIEW

Cabo corrente

elétrica do motor

Sensor

vibração

Sensor emissão

acústica

SENSORES FIXADOS NO

ANEL

63

3.10 METODOLOGIA

Em cada estado de desgaste da ferramenta (estado 1, 2 e 3) foram adquiridos os sinais

de vibração, emissão acústica e corrente de 10 furos para cada broca. Como foram utilizadas 5

ferramentas, em cada estado de desgaste tem-se os sinais de 50 furos monitorados (10 de cada

ferramenta).

A metodologia de aquisição dos sinais para uma broca está ilustrada na Figura 49.

Figura 49 - Representação esquemática da metodologia de aquisição dos sinais.

Para extrair informações dos sinais foram aplicados como filtros os parâmetros

estatísticos RMS, curtose, assimetria e fator de crista para cada furo monitorado (50 em cada

estado de desgaste) utilizando o software MATLAB 7.0. Os parâmetros estatísticos

selecionados foram citados por Kannatey-Asibu e Dornfeld (1986), El-Wadarny, Gao e

Elbestawi (1996), Dimla (2000), Jantunen (2005) e Li (2006) como métodos eficientes para

análise de sinais de ferramentas de corte no domínio do tempo.

CONDIÇÃO DE CORTE vc = 90 m/min

f = 0,25 mm/rot

ESTADO DE DESGASTE DA FERRAMENTA (VBBmax)

VBBmax = 0 mm

Estado 1

VBBmax = 0,2 a 0,3 mm

Estado 2

VBBmax = 0,4 a 0,7 mm

Estado 3

Medição VBBmax Medição VBBmax

AQUISIÇÃO DOS SINAIS DE 10 FUROS NO ESTADO 1

• Vibração • Emissão acústica • Corrente





5 brocas � 50 furos 5 brocas � 50 furos 5 brocas � 50 furos

64

Com os resultados da aplicação dos parâmetros estatísticos nos sinais, foi empregada

uma ferramenta estatística presente no software Minitab 5, o boxplot. Também conhecido

como diagrama em caixas, o boxplot condensa um grande número de informações referentes à

distribuição de um conjunto de dados e é recomendado para analisar dados que possam conter

valores discrepantes.

O boxplot é representado por um retângulo que é dividido no valor correspondente à

mediana (md), que avalia o centro de um conjunto de dados, deixando 50 % dos menores

valores de um lado e 50 % dos maiores valores do outro lado. O primeiro quartil ou quartil

inferior (qi) é o valor que delimita os 25 % dos menores valores. O terceiro quartil ou quartil

superior (qs) é o valor que separa os 25 % dos maiores valores (BARBETTA, REIS e

BORNIA, 2004).

O desvio interqualitico (dq = qs-qi) é utilizado como uma medida de dispersão. Quanto

mais dispersa a distribuição maior será o valor de dq. Caso existam valores discrepantes (além

de 1,5 dq), a linha é traçada até o último valor não discrepante e os valores discrepantes são

indicados por pontos. Eventuais pontos com discrepância além de 3 dq são indicados por

símbolos diferentes para serem bem destacados. A Figura 50 representa a construção de um

diagrama boxplot (BARBETTA, REIS e BORNIA, 2004).

Figura 50 - Construção de um diagrama boxplot

(BARBETTA, REIS e BORNIA, 2004).

Valor máximo

qs + 1,5dq

Quartil superior (qs)

Mediana (md)

Quartil inferior (qi)

Valor mínimo

.°

25 % dos valores

25 % dos valores

25 % dos valores

25 % dos valores

65

Além disso, também pode-se observar outras informações estatísticas no gráfico boxplot

(MEOLA, 2005):

• Quando existem grandes dispersões de valores nos resultados, a mediana é

recomendada para análise ao invés da média, pois a primeira é menos sensível a valores

extremos;

• Valores discrepantes estão normalmente associados a problemas na aquisição de

dados.

• A dispersão dos resultados pode ser avaliada pela diferença entre o comprimento do

quartil superior e inferior.

Aplicando esta ferramenta é possível visualizar o quanto cada parâmetro estatístico

varia quando comparado com outro estado de desgaste. Espera-se que os resultados de um

dado parâmetro estatístico, em um determinado estado de desgaste, sejam diferentes de um

conjunto de resultados de um mesmo parâmetro estatístico em um outro estado de desgaste.

Os sinais brutos de vibração e corrente também foram analisados utilizando o espectro

de frequência, através da FFT do software MATLAB 7.0, com objetivo de detectar mudanças

na frequência dos sinais causadas pelo desgaste da ferramenta, conforme comentado por

Elbestawi, Dumitrescu e Eu-Gene (2006). O sinal de EA não foi analisado no domínio da

frequência porque foi adquirido em RMS, o que elimina várias frequências presentes no sinal

bruto, conforme comenta Caldeirani Filho (1998).

Para os sinais de vibração e corrente foram plotados 5 espectros de frequência, um

para cada ferramenta, analisando os sinais correspondentes aos 10 furos monitorados em cada

estado de desgaste. As bandas consideradas mais sensíveis foram aquelas que apresentaram

maior distinção entre as curvas de desgaste do estado 1, 2 e 3, ou as menos sobrepostas

possíveis.

Após encontrar uma banda sensível ao desgaste, os parâmetros estatísticos RMS,

curtose, assimetria e fator de crista foram determinados novamente para os 50 furos de cada

estado de desgaste (10 de cada ferramenta), analisando sua sensibilidade ao desgaste com

gráficos boxplot.

66

Os sinais foram adquiridos, armazenados, tratados e analisados conforme a Figura 51.

Aquisição de sinais no processo de furação

• Sinal bruto de vibração (taxa aquisição de 50 kHz);

• Sinal RMS de emissão acústica (taxa aquisição de 5 kHz);

• Sinal bruto de corrente (taxa aquisição de 5 kHz);.

Tratamento do sinal no domínio do tempo

Extração dos parâmetros estatísticos dos sinais de

vibração, emissão acústica e corrente (50 furos

em cada estado de desgaste):

• RMS, curtose, assimetria e fator de crista.

Verificação da sensibilidade dos parâmetros

estatísticos

Análise dos gráficos boxplot, verificando a

variação dos resultados obtidos entre os estados

de desgaste 1,2 e 3.

Conclusão

Definição dos parâmetros estatísticos que

apresentaram maior sensibilidade ao estado de

desgaste da ferramenta para os sinais de vibração,

emissão acústica e corrente.

Conclusão

Definição dos parâmetros estatísticos que

apresentaram maior sensibilidade ao estado

de desgaste da ferramenta para os sinais de

vibração e corrente.

Figura 51 – Metodologia dos ensaios realizados.

Os valores de dureza dos lotes das peças usinadas nas quais foram adquiridos os

sinais e o número de peças usinadas em cada estado de desgaste foram registrados.

Tratamento dos sinais no domínio da frequência

Análise espectro de frequência dos sinais de vibração e corrente.

Verificação da sensibilidade dos parâmetros

estatísticos

Análise dos gráficos boxplot, verificando a

variação dos resultados obtidos entre os estados

de desgaste 1,2 e 3.

Tratamento dos sinais na banda de frequência

Extração dos parâmetros estatísticos dos sinais

(50 furos em cada estado de desgaste):

• RMS, curtose, assimetria e fator de crista.

67

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS

Este capítulo apresenta os resultados obtidos empregando-se a metodologia

descrita no capítulo 3.

4.1 RESULTADOS DE DESGASTE DAS FERRAMENTAS

A Tabela 3 apresenta as condições iniciais de batimento e o resultado da

inspeção da geometria das ferramentas.

Tabela 3 – Condição inicial de batimento das ferramentas.

Ferramenta Batimento Inspeção inicial

Broca 1 0,016 OK

Broca 2 0,017 OK

Broca 3 0,008 OK

Broca 4 0,009 OK

Broca 5 0,011 OK

A Figura 52 apresenta a condição da broca 1 durante a inspeção a inicial. A

mesma foi aprovada na inspeção.

a) b)

Figura 52 – Inspeção broca 1: a) Guia da ferramenta; b) Arestas de corte.

68

A Tabela 4 apresenta os valores de desgaste de flanco máximo das ferramentas

em cada estado de desgaste, no momento que foram adquiridos os sinais de vibração,

emissão acústica e corrente.

Tabela 4 – Condição de desgaste das ferramentas utilizadas.

Estado 1 Estado 2 Estado 3 Ferramenta

VBBmáx = 0 mm VBBmáx = 0,2 a 0,3 mm VBBmáx = 0,4 a 0,7 mm

Broca 1 - 0,23 0,42

Broca 2 - 0,25 0,51

Broca 3 - 0,20 0,47

Broca 4 - 0,27 0,62

Broca 5 - 0,30 0,52

A Figuras 53 apresenta a condição da broca 4 no estado 3.

Figura 53 – Broca 4: a) Vista de topo; b) Medição do desgaste de flanco máximo.

A Tabela 5 apresenta a dureza do lote das peças usinadas quando o estado de

desgaste 1, 2 e 3 estipulado foi atingido e os sinais dos sensores foram coletados. A

especificação de dureza do produto é de 215 a 265 HB.

b) a)

VBBmax = 0,62 mm

69

Tabela 5 – Dureza do lote das peças usinadas.


Dureza (HB) Dureza (HB) Dureza (HB

Broca 1 222 222 227

Broca 2 226 222 226

Broca 3 227 227 222

Broca 4 226 226 223

Broca 5 223 223 226

Média 224,8 224 224,8

Desvio

padrão 2,17 2,35 2,17

A Tabela 6 apresenta o número de peças usinadas quando as ferramentas

atingiram o estado de desgaste 1, 2 e 3. As ferramentas usinaram em média 209 peças

quando o critério final de vida útil foi alcançado.

Tabela 6 – Números de peças usinadas


Nº peças usinadas Nº peças usinadas Nº peças usinadas

Broca 1 1 100 197

Broca 2 1 103 217

Broca 3 1 103 217

Broca 4 1 100 217

Broca 5 1 88 197

Média 1 98,8 209

Desvio

padrão 0 6,22 10,95

A Tabela 7 apresenta os resultados das medições realizadas no último furo

usinado de cada broca (10º furo) em cada estado de desgaste, com o objetivo de

verificar a qualidade dos mesmos. Todos os furos estavam dentro do especificado.

70

Tabela 7 – Controle dimensional dos furos monitorados.

Estado 1 Estado 2 Estado 3

Ferramenta Profundidade

máx. 22 mm

Posicional

|0,5|

Profundidade

máx. 22 mm

Posicional

|0,5|

Profundidade

máx. 22 mm

Posicional

|0,5|

Broca 1 OK 0,033 OK 0,033 OK 0,092

Broca 2 OK 0,045 OK 0,052 OK 0,076

Broca 3 OK 0,060 OK 0,067 OK 0,020

Broca 4 OK 0,035 OK 0,023 OK 0,035

Broca 5 OK 0,021 OK 0,075 OK 0,101

4.2 RESULTADOS OBTIDOS COM SINAL DE VIBRAÇÃO

A Figura 54 apresenta o comportamento do sinal de vibração durante a usinagem

de um furo, que possui duração de 1,26 segundos.

a) b)

Figura 54 – Sinal de vibração no intervalo de 1,26 segundos da broca 1:

a) Ferramenta no estado 1; b) Ferramenta no estado 3.

71

Devido à taxa de aquisição de 50 kHz, não é possível visualizar as características

do sinal no intervalo de 1,26 segundos, sendo assim o sinal foi plotado no intervalo de

0,1 segundos, conforme ilustra a Figura 55.

a) b)

Figura 55 – Sinal de vibração no intervalo de 0,1 segundos da broca 1:


É possível observar na Figura 55 que o número de picos no sinal aumentou com

o desgaste da ferramenta. Esta característica se repetiu nas 5 ferramentas utilizadas.

Segundo Dimla (2000), durante a usinagem primeiramente os sinais apresentam

pequenos impulsos e posteriormente progridem para a vibração propriamente dita,

devido ao crescimento do desgaste da ferramenta que aumenta valor das componentes

da força de corte e consequentemente aumenta o número de picos presentes no sinal.

A seguir são avaliados os parâmetros RMS, curtose, assimetria e fator de crista.

a) Parâmetro RMS: Figura 56 apresenta o resultado de RMS para o sinal de

vibração.

72

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Figura 56 – Parâmetro RMS para o sinal de vibração.

O parâmetro RMS apresentou sobreposição dos quartis dos grupos que

representam os estágios de desgaste 1, 2 e 3. A mediana apresentou um distanciamento

entre os estados 1 e 2, sendo que no estado 3 revelou-se como um interessante critério

para a diferenciação dos demais estados desgaste.

A variação do sinal RMS com o desgaste da ferramenta indica que o mesmo

possui uma boa sensibilidade, pois consegue captar a energia do sistema proveniente da

variação do estado de desgaste da ferramenta. O valor do nível de tensão RMS

apresenta a quantidade de energia presente no sinal, indicando a severidade da vibração

(MITCHELL, 1993).

b) Parâmetro curtose: Figura 57 apresenta o resultado de curtose para o sinal de

vibração.

73

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Figura 57 – Parâmetro curtose para o sinal de vibração.

O valor de curtose apresentou sobreposição entre os quartis dos grupos que

representam os estágios de desgaste 1 e 2. O estado 3 apresentou diferenciação quando

comparado com os demais estados. As medianas apresentaram um distanciamento em

todos os estados.

El-Wardany, Gao e Elbestawi (1996) comentam que o valor de curtose diminui

quando aumenta o número de picos no sinal. Portanto, a diminuição do parâmetro

curtose indica que o número de picos presentes no sinal de vibração aumentou com o

aumento do desgaste da ferramenta. O crescimento do número de picos à medida que

aumenta o desgaste da ferramenta pode estar relacionado com o fato do desgaste não ser

simétrico nas arestas de corte, aumentando o valor da vibração do sistema e

consequentemente o número de picos.

c) Parâmetro assimetria: Figura 58 apresenta o resultado de assimetria para o

sinal de vibração.

74

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Figura 58 – Parâmetro assimetria para o sinal de vibração.

Em todos os estados analisados existe sobreposição dos quartis. Os resultados de

assimetria ficaram próximos de zero, o que indica que os sinais dos estados 1, 2 e 3 se

comportaram como uma curva normal. Este parâmetro não se mostrou sensível com

variação do desgaste.

d) Parâmetro fator de crista: A Figura 59 apresenta o resultado do fator de crista

para o sinal de vibração.

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Figura 59 – Parâmetro fator de crista para o sinal de vibração.

75

Para o fator de crista, houve uma sobreposição dos quartis dos grupos que

representam os estados 1, 2 e 3. A mediana apresentou um bom distanciamento entre os

estados de desgaste. Conforme Cunha (2005), o aumento do fator de pico indica que

aumentou a presença de picos destacados no sinal, principalmente no final da vida da

ferramenta.

Os resultados dos parâmetros estatísticos RMS, curtose e fator de crista

analisados apresentaram sensibilidade ao desgaste VBBmax quando se analisa a mediana.

Analisando os quartis inferiores e superiores, ou os valores mínimo e máximo do

gráfico boxplot, observou-se que existe sensibilidade entre os estados 1 e 3 destes

parâmetros, porém não existe diferenciação com o estado 2, dificultando a definição do

estado intermediário de desgaste.

O parâmetro assimetria não apresentou sensibilidade com a variação do desgaste,

porém indica que os sinais adquiridos seguem uma curva normal que, segundo Macário

(2006), isto significa que não houve problemas ou ruídos durante a aquisição dos dados.

Os sinais de vibração também foram analisados no domínio da frequência.

Verificaram-se em quais bandas de frequência os sinais apresentam sensibilidade à

evolução do desgaste. As bandas consideradas mais sensíveis foram aquelas em que

existe maior distinção entre as curvas de desgaste, de fácil identificação e as menos

sobrepostas possíveis.

A Figura 60 apresenta os espectros de frequências das 5 brocas utilizadas, do

sinal de vibração. Os espectros estão dentro da faixa de frequências de 0 a 25 kHz.

76

a) Broca 1 b) Broca 2

c) Broca 3 d) Broca 4

e) Broca 5

Figura 60 – Espectro de frequências de 0 a 25 kHz:

77

Foram feitas aproximações dentro da faixa de frequência de 0 a 25 kHz para

facilitar a visualização das bandas consideradas mais sensíveis. A Figura 61 apresenta

detalhes dos espectros dentro da faixa de frequência de 4,5 a 9,0 kHz.

Figura 61 – Espectro de frequências na banda de 4,5 a 9,0kHz:



e) Broca 5

6,0 a 6,5 kHz 6,0 a 6,5 kHz

6,0 a 6,5 kHz 6,0 a 6,5 kHz

6,0 a 6,5 kHz

78

Percebe-se que nas 5 ferramentas analisadas, dentro da faixa de frequência de

6,0 a 6,5 kHz existe distinção entre as curvas de desgaste e as mesmas não estão

sobrepostas. Esta banda de frequência é próxima da encontrada por El-Wardany, Gao e

Elbestawi (1996) para o desgaste médio de flanco, onde concluíram que a frequência de

4,0 kHz é sensível ao desgaste analisando os sinais de vibração na direção radial do

processo de furação.

Com a definição da banda de frequência foi verificada a sensibilidade dos

parâmetros estatísticos RMS, curtose, assimetria e fator de crista na faixa de 6,0 a 6,5

kHz para os 50 furos de cada estado de desgaste (10 de cada ferramenta), e

posteriormente verificada a sensibilidade dos parâmetros com gráficos boxplot.

a) Parâmetro RMS: Figura 62 apresenta o resultado de RMS para o sinal de

vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.

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Figura 62 – Parâmetro RMS para o sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.

Para o parâmetro RMS não houve sobreposição dos quartis dos grupos que

representam os estados de desgaste. A mediana também apresentou um distanciamento

entre os estados 1, 2 e 3.

A variação do sinal RMS com o desgaste da ferramenta na banda de 6,0 a 6,5

kHz indica que sinal de vibração consegue diferenciar de maneira mais clara a energia

do sistema proveniente da variação do estado de desgaste intermediário da ferramenta,

79

melhorando a sensibilidade deste sinal quando comparado com a análise em todas as

faixas de frequência.

b) Parâmetro curtose: Figura 63 apresenta o resultado de curtose para o sinal de

vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.

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Figura 63 – Parâmetro curtose para o sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.

O valor de curtose não apresentou sobreposição entre os quartis dos grupos que

representam os estágios de desgaste 1, 2 e 3. As medianas apresentaram uma variação

aproximadamente linear com o aumento do desgaste, melhorando os resultados

encontrados através da análise em todas as faixas de freqüência.

c) Parâmetro assimetria: Figura 64 apresenta o resultado de assimetria para o

sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.

80

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Figura 64 – Parâmetro assimetria para o sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.

Os resultados de assimetria ficaram mais próximos de zero, o que indica que os

sinais dos estados 1, 2 e 3 se comportaram como uma curva normal.

e) Parâmetro fator de crista: A Figura 65 apresenta o resultado do fator de crista

para o sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.

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Figura 65 – Parâmetro fator de crista para o sinal de vibração na banda de 6,0 a 6,5 kHz.

81

Comparando os estados de desgaste 1, 2 e 3, houve sobreposição dos quartis,

porém a mediana apresentou sensibilidade entre os estados de desgaste.

Os resultados dos parâmetros estatísticos dentro da faixa de frequência de 6,0 a

6,5 kHz mostraram melhores resultados quando comparados com a análise em toda

faixa de frequência.

Analisando os resultados dos parâmetros estatísticos utilizados, o valores de

RMS e curtose apresentaram novamente sensibilidade aos estados de desgaste através

da análise das medianas e dos quartis. O fator de crista conseguiu diferenciar o estado

intermediário de desgaste da ferramenta através da mediana. Quando se analisa estes

parâmetros considerando os valores mínimo e máximo do gráfico boxplot dos estados

de desgaste 1, 2 e 3, ainda não existiu distinção total do estado 2 com os demais estados

de desgaste 1 e 3.

Os resultados de assimetria ficaram mais próximos de zero, indicando que os

sinais adquiridos seguem uma curva de distribuição normal.

Os resultados encontrados analisando os parâmetros RMS e curtose foram

similares aos apresentados por El-Wardany, Gao e Elbestawi (1996), onde os mesmos

mostraram sensibilidade com os estados de desgaste da ferramenta, devido ao aumento

do número e dos valores de pico no sinal de vibração.

As Tabelas 8 e 9 apresentam uma síntese dos resultados obtidos com os sinais de

vibração.

Tabela 8 – Resultados com sinais de vibração no domínio do tempo.

Parâmetro estatístico

Comportamento do parâmetro

Método análise Significado

RMS Aumentou entre os estados de desgaste

Mediana Aumentou a energia

do sinal

Curtose Diminuiu entre os

estados de desgaste Mediana

Aumentou o número de picos no sinal

Assimetria Não variou e ficou próximo de zero

Mediana e quartis

Não houve interferência de

ruídos

Fator de crista Aumentou entre os estados de desgaste

Mediana Aumentou o número de picos destacados

no sinal

82

Tabela 9 – Resultados com sinais de vibração no domínio da freqüência 6,0 a 6,5 kHz.




RMS Aumentou entre os estados de desgaste

Mediana ou quartis

Aumentou a energia do sinal

Curtose Diminuiu entre os

estados de desgaste Mediana ou

quartis Aumentou o número

de picos no sinal


Mediana e quartis


ruídos

Fator de crista Aumentou entre os estados de desgaste

Mediana Aumentou o número de picos destacados

no sinal

4.3 RESULTADOS OBTIDOS COM SINAL DE EMISSÃO ACÚSTICA

A Figura 66 mostra o comportamento do sinal de emissão acústica durante o

processo de furação no decorrer do tempo. O sinal foi plotado no intervalo de 0,20

segundos para permitir a visualização das características do mesmo, porém cada furação

possui duração de 1,26 segundos.

a) b)

Figura 66 – Sinal de EARMS no domínio do tempo da broca 1:


83

Percebe-se a presença de picos de amplitude com o aumento do desgaste da

ferramenta. Esta característica se repetiu nas 5 ferramentas utilizadas. Dimla (2000)

comenta que a amplitude dos sinais de emissão acústica gerada durante o corte é menor

que a amplitude gerada quando ocorre um desgaste excessivo ou trincas na ferramenta.

Konig, Kutzner e Schehl (1992) também observaram a presença de picos de amplitude

apenas no final da vida útil da ferramenta, o que pode dificultar o acompanhamento do

estado intermediário de desgaste.

a) Parâmetro RMS: A Figura 67 apresenta o resultado de RMS para o sinal de

EARMS.

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Figura 67 – Parâmetro RMS para o sinal de EARMS.

Os parâmetros RMS apresentaram sobreposição entre os quartis dos estados 1 e

2, porém no estado 3 os valores RMS apresentaram diferenciação em relação aos

demais. A mediana do estado 3 também apresentou distanciamento das demais.

Konig, Kutzner e Schehl (1992) explicam que o valor do sinal de EA aumenta

significativamente apenas no final da vida útil, pois o desgaste excessivo da ferramenta

aumenta a frequência de vibração do sinal.

b) Parâmetro curtose: A Figura 68 apresenta o resultado de curtose para o sinal

de EARMS.

84

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Figura 68 – Parâmetro curtose para o sinal EARMS.

Os parâmetros de curtose apresentaram sobreposição entre os quartis 1 e 2 e

nenhuma sobreposição quando analisado o estado 3. As medianas do estado 1 e 2 são

praticamente iguais, porém têm um grande distanciamento para o estado 3. O

achatamento da distribuição aumenta no estado 3.

O valor de curtose obteve uma grande diferenciação no estado 3, indicando que

aumentou o número de picos no sinal EA, oriundos do desgaste excessivo da ferramenta.

c) Parâmetro assimetria: A Figura 69 apresenta o resultado de assimetria para o

sinal de EARMS.

85

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Figura 69 – Parâmetro assimetria para o sinal EARMS.

Os parâmetros de assimetria apresentaram sobreposição entre os quartis de todos

os estados de desgaste. Os resultados ficaram próximos de zero, o que indica que os

sinais dos estados 1, 2 e 3 se comportaram como uma curva normal.

d) Parâmetro fator de crista: A Figura 70 apresenta o resultado de fator de crista

para o sinal EARMS.

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Figura 70 – Parâmetro fator de crista para o sinal EARMS.

86

Os valores de fator de crista mostraram sobreposição entre os quartis dos estados

1, 2 e 3. Existe um aumento deste parâmetro no estado 3, indicando a presença de picos

destacados no sinal.

Aplicando os parâmetros estatísticos no sinal de EARMS pode-se perceber que

existe sensibilidade dos parâmetros RMS e curtose apenas no final de vida da

ferramenta, através da análise das medianas e dos quartis. O parâmetro de fator de crista

também apresentou sensibilidade no final da vida da ferramenta, porém somente através

da mediana. Analisando estes parâmetros estatísticos considerando os valores mínimo e

máximo do gráfico boxplot, não existiu uma distinção total entre os estados de desgaste

1, 2 e 3.

Dimla (2000) comenta que a EA aumenta consideravelmente quando a

ferramenta está no final da vida, com desgaste elevado. Sendo assim, uma das principais

deficiências da aplicação da emissão acústica está na dificuldade da interpretação das

condições intermediárias de desgaste, porém possui grande sensibilidade para indicar o

final de vida e a eminência de quebra da ferramenta durante a usinagem.

A Tabela 10 apresenta uma síntese dos resultados obtidos com os sinais de

emissão acústica.

Tabela 10 – Resultados com sinais de emissão acústica no domínio do tempo.




RMS Aumentou no estado 3 Mediana ou

quartis Aumentou energia

do sinal

Curtose Diminuiu no estado 3 Mediana ou

quartis Aumentou número de picos no sinal


Mediana e quartis


ruídos

Fator de crista Aumentou no estado 3 Mediana Aumentou o número de picos destacados

no sinal

87

4.4 RESULTADOS OBTIDOS COM SINAL DE CORRENTE

A Figura 71 apresenta o comportamento do sinal de corrente durante o processo

de furação. Cada furação possui 1,26 segundos, porém o sinal foi plotado no intervalo

de 0,20 segundos para facilitar a visualização das características do mesmo.

a) b)

Figura 71 – Sinal de corrente no domínio do tempo da broca 1:


Neste caso, existe um pequeno aumento da amplitude do sinal com o desgaste da

ferramenta. Esta característica se repetiu nas 5 ferramentas utilizadas. O aumento da

amplitude do sinal de corrente indica que existe um aumento da pressão de corte, que

consequentemente gera um aumento da potência consumida pelo motor do centro de

usinagem.

a) Parâmetro RMS: A Figura 72 apresenta o resultado de RMS para o sinal de

corrente.

88

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Figura 72 – Parâmetro RMS para o sinal de corrente.

Os parâmetros de RMS apresentaram sobreposição entre todos os quartis. As

medianas também apresentam um baixo distanciamento. Isto significa que o valor RMS

do sinal de corrente não possui sensibilidade com o desgaste.

b) Parâmetro curtose: A Figura 73 apresenta o resultado de curtose para o sinal

de corrente.

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Figura 73 – Parâmetro curtose para o sinal de corrente.

89

Os parâmetros de curtose apresentaram sobreposição entre os quartis de todos os

estados. As medianas também apresentaram um baixo distanciamento. Senso assim,

curtose não apresentou sensibilidade ao desgaste.

c) Parâmetro assimetria: A Figura 74 apresenta o resultado de assimetria para o

sinal de corrente.

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Figura 74 – Parâmetro assimetria para o sinal de corrente.

Os parâmetros de assimetria mostraram sobreposição entre os quartis. As

medianas não apresentaram linearidade com o desgaste. Os resultados ficaram próximos

de zero, o que indica que os sinais adquiridos se comportaram como uma curva normal.

d) Parâmetro fator de crista: A Figura 75 apresenta o resultado de fator de crista

para o sinal de corrente.

90

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Figura 75 – Parâmetro fator de crista para o sinal de corrente.

Os parâmetros de fator de crista mostraram sobreposição entre os quartis de

todos estados de desgaste, indicando que não houve picos de amplitude no sinal de

corrente com o aumento do desgaste.

Os parâmetros utilizados para analisar o sinal de corrente não apresentaram

sensibilidade com o desgaste da ferramenta. Verificou-se que a broca utilizada no teste

(diâmetro 6,8mm) consome 16 % potência disponível na máquina (potência disponível

= 30 kW e potência consumida pela ferramenta = 5 kW). Sendo assim, não acontecem

grandes variações na corrente elétrica durante a usinagem, decorrentes do aumento do

desgaste da ferramenta.

Konig, Kutzner e Schehl (1992) utilizaram o sinal de corrente para monitorar o

desgaste e também não houve diferenciação da corrente com o aumento do desgaste. Os

autores concluíram que medições da corrente do motor não são suficientemente

sensíveis para monitorar o desgaste quando o processo consome uma pequena parte da

potência disponível pela máquina.

O sinal de corrente também foi analisado no domínio da frequência com o

objetivo de verificar a presença de uma banda de frequência sensível ao desgaste da

ferramenta. A Figura 76 apresenta os espectros de frequências das 5 brocas utilizadas,

dentro da faixa de frequências de 0 a 2,5 kHz.

91



e) Broca 5

Figura 76 – Espectro de frequências de 0 a 2,5 kHz:

92

Nos gráficos da Figura 76 não foram encontradas bandas sensíveis à evolução do

desgaste. As curvas de desgaste não apresentaram clara distinção em nenhuma faixa de

frequência e existe sobreposição das mesmas.

A baixa potência consumida da máquina durante a usinagem dos furos

monitorados não são suficientemente sensíveis para alterar o espectro de frequência

com o aumento do desgaste, portanto não foram empregados os parâmetros estatísticos

em uma banda de frequência.

A Tabela 11 apresenta uma síntese dos resultados obtidos com os sinais de

corrente.

Tabela 11 – Resultados com sinais de corrente no domínio do tempo.




RMS Não houve variação significativa

- -

Curtose Não houve variação significativa

- -


Mediana e quartis


ruídos Fator de crista Não houve variação

significativa - -

93

CONCLUSÕES

a) Sinal de vibração

• A análise do sinal de vibração no domínio do tempo mostrou que os valores

de RMS, curtose e fator de crista possuem sensibilidade com a evolução do desgaste

através da mediana.

• Analisando o espectro de frequência do sinal, existiu distinção entre as

curvas de desgaste dentro da banda de frequência de 6,0 a 6,5 kHz, principalmente dos

parâmetros RMS e curtose que, neste caso, conseguiram diferenciar os estados de

desgaste através da mediana e dos quartis.

• Quando os valores mínimo e máximo do gráfico boxplot foram analisados no

domínio do tempo e da frequência, não foi possível diferenciar totalmente o estado

intermediário de desgaste.

• Sendo assim, o sinal de vibração apresentou linearidade para indicar o estado

de desgaste e o final de vida da ferramenta.

b) Sinal de emissão acústica

• Aplicando os parâmetros estatísticos no sinal de EARMS no domínio do

tempo, foi observado que existe sensibilidade dos parâmetros RMS e curtose no final de

vida da ferramenta através da mediana e dos quartis foram analisados.

• Analisando os resultados através dos valores mínimo e máximo do gráfico

boxplot, não existiu uma distinção total entre os estados de desgaste.

• O sinal EARMS possui sensibilidade para indicar o final de vida ou a

eminência de quebra da ferramenta.

c) Sinal de corrente

• Os parâmetros estatísticos utilizados para analisar o sinal de corrente não

apresentaram sensibilidade com o desgaste da ferramenta no domínio do tempo e da

frequência. Verificou-se que as brocas utilizadas no teste consomem 16 % da potência

disponível na máquina, portanto não acontecem grandes variações na corrente elétrica

do motor e consequentemente não varia os sinais de corrente.

94

• O sinal de corrente não apresenta sensibilidade à evolução do desgaste de

para as condições de usinagem aplicadas neste estudo.

d) Sistema de monitoramento

• Com a instalação de um sistema de monitoramento do desgaste da

ferramenta, também pode ser detectada outras falhas durante a usinagem, como por

exemplo, problemas na refrigeração e folgas nas guias e rolamentos da máquina-

ferramenta. Estas falhas proporcionam vibrações que comprometem uma condição de

usinagem ótima e o sistema pode emitir uma mensagem para o operador.

• A implantação de um sistema de monitoramento deve aumentar a vida útil

da ferramenta, reduzindo os custos de fabricação da peça. Além disso, deve-se

considerar como redução de custo a prevenção da quebra da ferramenta, que evita

retrabalhos e paradas de máquina.

• Com o acesso em tempo real das informações do processo, o sistema pode

apresentar informações referentes aos tempos de ciclo por ferramenta, número de peças

produzidas, eficiência da operação e taxa de produtividade.

95

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

• Expandir este trabalho analisando os sinais dos sensores em outras operações

de usinagem, como fresamento, rosqueamento e mandrilhamento.

• Verificar a aplicação do sinal de corrente no acompanhamento de desgaste

de ferramenta em operações que consomem uma maior energia durante o processo,

como por exemplo furação profunda e fresamento.

• Empregar um software de inteligência artificial utilizando os sinais dos

sensores vibração, emissão acústica e corrente simultaneamente em um sistema de

monitoramento.

• Estudar a viabilidade econômica da instalação de um sistema de

monitoramento, visando aumentar a vida útil e eliminando quebras de ferramentas.

96

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ADAMCZYK, Z. Transient states in drilling process as a source of tool wear

knowledge for intelligent tool condition monitoring system. IX Workshop on

Supervising and Diagnostics of Machining Systems Manufacturing Simulation for

Industrial Use. Vol. 69, 1998. p. 195-204.

ASM. Speciality handbook: Cast irons. Estados Unidos: ASM International, 1996, p.

33-267.

ALEXANDRE, R.P. Redes neurais – Aplicação no monitoramento da vida da

ferramenta de corte. Ilha Solteira, 2005. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia

Mecânica) - Departamento de Engenharia Mecânica, Faculdade de Engenharia de Ilha

Solteira.

ANDRADE, C.L. Análise da furação de ferro fundido vermicular com brocas de

metal-duro com canais retos revestidas com TiN e TiAlN. Florianópolis, 2005. 133 f.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Departamento de Engenharia

Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina.

BARBETTA, P.A.; REIS, M.M e BORNIA, A.C. Estatística para cursos de

engenharia e informática. São Paulo. Editora Atlas. 2004.

BEATTIE, A.G. Acoustic emission, principles and instrumentation. Journal of

Acoustic Emission, vol.2, pp. 95-128. 1983.

BLUM, T. and DORNFELD, D.A. Grinding process feedback using acoustic

emission. 4th International Grinding Conference. Detroit, Michigan. 1990.

BLUM, T.and INASAKI, I. A study on acoustic emission from the orthogonal

cutting process. Journal of Engineering for Industry. vol. 112, pp. 203-211, 1990.

97

BORK, C.A. Otimização de variáveis de processo para a furação do aço inoxidável

austenitico DIN 1.4541. Florianópolis, 1995. 127 f. Dissertação (Mestrado em

Engenharia Mecânica) – Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal

de Santa Catarina.

BOYCE, W.E and DI-PRIMA, R. C. Equações diferenciais elementares e problemas

de valores de contorno. 7. ed.Ed., Rio de Janeiro: LTC.2002.

BROCH, J.T. Mechanical vibration and shock measurements. Denmark. 1984.

BRÜEL & KJAER. Vibration transducers. Disponível em <www.bksv.com> Acesso

em: 20 de dezembro de 2007.

CALDEIRANI FILHO, J. Estudo e monitoramento do processo de fresamento

frontal com fresas de insertos intercambiáveis. 1998. Tese de Doutorado,

Universidade Estadual de Campinas, Campinas, SP.

CASTILLO, W.J.G. Furação profunda de ferro fundido cinzento GG25 com brocas

de metal-duro com canais retos. Florianópolis, 2005. 134 f. Dissertação (Mestrado em

Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Santa Catarina.

CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. 7.ed. SAO PAULO: ABM.2005.

CISNEROS, C.A.F.; MURANAKA C.S. e BATALHA, G. F. . Contribuição da

emissão acústica no processo de fresamento. Máquinas e Metais, São Paulo, p. 86 -

101, 01 dez. 2005.

CISNEROS, C.A.F. et al. Melhorias na instrumentação no sistema de

monitoramento de desgaste de uma fresa de topo por emissão acústica. In: 2º

Congresso brasileiro de engenharia de fabricação. Uberlândia. 2003.

98

CISNEROS, C.A.F. Uma contribuição à instrumentação para o monitoramento do

processo de fresamento de topo. São Paulo, 2006. 115 f. Tese de Doutorado em

Engenharia Mecânica. Universidade de São Paulo.

COSTA, A.R. Otimização do processo de fresamento de cavidades com fresas de

insertos intercambiáveis. 2003. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de

Campinas, Campinas, SP.

CUNHA, R.C. Análise do estado de conservação de um redutor de velocidade

através da técnica de partículas de desgaste no óleo lubrificante auxiliada pela

análise de vibração. Ilha Solteira, 2005. 156 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia

Mecânica) - Departamento de Engenharia Mecânica, Faculdade de Engenharia de Ilha

Solteira.

DAWSON, S.; WÜRTENBERG, J. M. von. Experiências Práticas com Ferro

Fundido de Grafita Compactada Como Material para Componentes Automotivos.

IN: 26º Simpósio internacional sobre tecnologia automotiva e automação – ISATA,

1993, Aachen. Anais. Aachen: 1993.

DIMLA , D.E. Sensor signals for tool-wear monitoring in metal cutting operations

– A review of methods. International Journal of Machine Tools & Manufacture. pp.

1073-1098, 2000.

DINIZ, A.E.; MARCONDES, F.C. e COPPINI. N.L. Tecnologia da usinagem dos

metais. São Paulo: MM Editora, 2006.

DOLINSEK, S. and KOPAC, J. Acoustic emission signals for tool wear identification.

Elsevier Wear. 225- 229, p. 295-303, 1999.

DONG, W.P. et al. Characteristics of acoustic emission in drilling. Butterworth-

Heinemenn. p 169-170. 1994.

99

DORNFELD, D. Principles of sensors in manufacturing. Sensors applications. USA.

2001. p 6-23.

DUARTE, M.A.V. et al. Monitoramento do processo de furação em uma fresadora

CNC utilizando sinais de vibração mecânica. In: 2º Congresso brasileiro de

engenharia de fabricação. Uberlândia. 2003.

ELBESTAWI, M.A.; DUMITRESCU, M. and EU-GENE, N. Tool condition

monitoring in machining. Condition Monitoring and Control for Intelligent

Manufacturing. Springer London. 2006. p 55 -82.

EL-WADARNY, T.I. and GAO, D.; ELBESTAWI, M.A. Tool condition monitoring

in drilling using vibration signature analyses. International Journal of Machine Tools

& Manufacture. 36 (6), p. 687-711, 1996.

FERRARESI, D. Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Editora Edgard

Blücher Ltda., 1970.

FERRER, J.A.G. Uma contribuição ao fresamento frontal de superfícies irregulares

de ferro fundido cinzento. 2006. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de

Campinas, Campinas, SP.

FRANCO JR., A.R. Obtenção de revestimentos dúplex por nitretação a plasma e

PVD-TiN em aços ferramenta AISI D2 e AISI H13. São Paulo, 2003. p.80, Tese

(Doutorado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais) – Departamento de Engenharia

Metalúrgica e de Materiais, Universidade de São Paulo.

GUESSER, W.L. Ferro fundido de grafita compactada. In: Metalurgia & Materiais.

p. 404-405. 2002.

GUESSER, W.L. e GUEDES, L.C. Desenvolvimentos recentes em ferros fundidos

aplicados à indústria automobilística. In: IX Simpósio de Engenharia Automotiva,

AEA, São Paulo, 1997.

100

HERMANN, G. Application of neural network based sensor fusion in drill

monitoring. 1st Slovakian Hungarian Joint Symposium on Applied Machine

Intelligence. 2003.

JANTUNEN, E. A summary of methods applied to tool condition monitoring in

drilling. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2002.

______. Dynamic effects influencing drill wear monitoring. In: Proceedings of

MFPT 58th Meeting. USA. 2004. p 51-60.

______. Indirect multisignal monitoring and diagnosis of drill wear. Technical

Research Centre of Finland, VTT Publications. 2005.

KANNATEY-ASIBU, E. JR and DORNFELD, D.A. A study of tool wear using

statistical analysis of metal - cutting acoustic emission. Wear. Vol. 76, no. 2, pp. 247-

261. 1986.

KENNAMETAL. Cast iron turning guide. Latrobe, PA: Kennametal Inc.,2003, 98p.

KONIG, W; KUTZNER, K and SCHEHL,U. Tool monitoring of small drills with

acoustic emission. Tools Manufacturing. Vol. 32. No. 4, p.487-493. 1992.

KRELLING, P.C.L. Concepção de um inclinômetro foto-mecânico para controle

geodésico de estruturas. Tese de Doutorado, Universidade Federal do Paraná. Curitiba,

2006.

LI, C.J. Signal processing in manufacturing monitoring. Condition Monitoring and

Control for Intelligent Manufacturing. Springer London. 2006. p 245 -265.

LI, X. and TSO, S.K. Drill wear monitoring based on current signals. Elsevier

Wear. 172–178. 1999.

101

LI, X. A Brief Review: Acoustic emission method for tool monitoring during

turning. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 42, pp. 157-165, 2002.

MACÁRIO, C. C. L. Utilização de filtros adaptativos para detecção de falhas em

mancais de rolamentos. Uberlândia, 2006. 134 f. Dissertação (Mestrado em

Engenharia Mecânica) - Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal

de Uberlândia.

MACHADO, A.R. e DA SILVA, M.B. Usinagem dos metais. Apostila Didática, 8ª

edição, Editora da UFU, 2004.

MEOLA, T. Monitoramento em tempo real da qualidade de sinais de vibrações,

utilizando inteligência artificial. 2005. Dissertação de Mestrado, FEMEC –

Universidade Federal de Uberlânida, Uberlândia, MG.

MITCHELL, J. S. Machinery analysis and monitoring. Oklahoma: Penn Well Books,

U.S.A., 1993.

MOCELLIN, F. Estudo da usinabilidade do ferro fundido vermicular em ensaios de

furação. Florianópolis, 2002. 94 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) -

Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina.

REUTER, Ulrich, et al. The wear process of CGI cutting and machining

developments. In: Compacted Graphite Iron – Machining Workshop, 2000. Darmstadt,

Germany.

SCHROETER, R. B. et al. Otimização do processo de furação e acabamento de

guias de válvulas. Florianópolis: UFSC, 2003. 86 p. (1º Relatório – Projeto Verde –

Amarelo).

______. Estudo comparativo de desempenho de brocas DIN338. Florianópolis, 1999.

32 p.

102

SICK, B. On-line and indirect tool wear monitoring in turning with artificial

neural networks: A review of more than a decade of research. Mechanical Systems

and Signal Processing. p. 487–546. 2002.

SILVEIRA, P.R e SANTOS, W. E. Automação e controle discreto. 9. ed. São Paulo.

Editora Érica. 2007.

SINTERCAST. Compacted graphite iron. Catálogo de produtos. SinterCast S.A, 2001.

SOUTO, U. B. Monitoramento do desgaste de ferramenta no processo de

fresamento via emissão acústica. Uberlândia, 2007. 168p. Tese (Doutorado em

Engenharia Mecânica). Universidade Federal de Uberlândia.

STEMMER, C. E. Ferramentas de corte I. 4. ed. Florianópolis: Editora da UFSC,

1995. 250 p.

______. Ferramentas de corte II. 2. ed. Florianópolis: Editora da UFSC, 1995. 314 p.

TEIXEIRA, C. R. Influência dos erros geométricos de afiação nas brocas helicoidais

de aço rápido na qualidade dos furos produzidos. Dissertação de Mestrado em

Engenharia Mecânica - Universidade Federal de Santa Catarina, 1995.

TETI, R. and DORNFELD, D.A. Modeling and experimental analyses of acoustic

emission from metal cutting. Int. Journal of Engineering for Industry. Vol. III, pp.

229-237, 1989.

TRENT, E.M. Metal Cutting. 3th Edition, Butterworths – Heinemann. 1991.

VIANA, R. Desempenho de brocas de HSS revestidas na furação de ligas de Al-Si.

Uberlândia, 2004. 81f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade

Federal de Uberlândia.

103

YUHARA, D. A. Aplicação de revestimentos PVD em ferramentas de Corte. 2000.

Disponível em <www.brasimet.com.br/artigos.> Acesso em: 13 Junho. 2006.

YUHARA, D. A e VENCOVSKY P. K. Aplicação de revestimentos PVD em

ferramentas de conformação de chapas. Disponível em

<www.brasimet.com.br/artigos.> Acesso em: 13 Junho. 2006.

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