Figura 1 – O processo de superacabamento tem sido aplicado nas indústrias automotiva, aeronáutica e de mancais de roletes para prolongar a vida útil, reduzir o consumo de energia e diminuir os níveis de ruído

Pequenas causas, grandes efeitos – mesmo desvios mínimos em relação à superfície ideal fazem com que uma peça acabada apresente vibrações, distribuição não homogênea do lubrificante e outros efeitos indesejados. Em casos extremos, a natureza não otimizada da superfície leva à falha de todo um sistema. Portanto, é necessário alcançar a qualidade superficial correta.

Contudo, os processos clássicos de retificação e de acabamento possuem limitações em função das condições específicas de seus processos. Por sua vez, o assim chamado superacabamento constitui um processo tecnologicamente independente, o qual, por meio de etapas de processamento otimizadas, particularmente de retificação, geralmente alcança um resultado melhor.

Antecedentes técnicos

Conforme a norma técnica DIN 8589 T14, o processo de superacabamento pertence à família de processos de usinagem com aresta de corte geometricamente indefinida, sendo também designado como brunimento de curso curto (figuras 1 pág. 26 e 3). Pode-se assumir que os mecanismos da formação de cavaco e de remoção de material sejam os mesmos que ocorrem durante a retificação. Ocorre escorregamento, riscamento e abrasão, podendo-se assumir que os dois últimos efeitos dominam o processo de formação dos cavacos.

O processo de superacabamento encontra-se posicionado no final da cadeia de produção. Ele é precedido por processos nos quais a região em que a ferramenta está em contato com o componente que está sendo processado se apresenta na forma de ponto (furação, fresamento e brochamento) ou de linha (retificação). No processo de superacabamento, por sua vez, a região de contato se apresenta na forma de um plano.

Um aspecto adicional desse processo é o fato da ferramenta ser pressionada contra a superfície da peça em processamento sob força controlada. Dessa forma, há uma compensação da remoção de material e do desgaste.

O fluido refrigerante é introduzido no processo na forma de jato ou por um sistema de mínima quantidade de lubrificante (MQL). Além disso, outras aplicações sem o uso do fluido para lubrificação/ refrigeração já foram implantadas com sucesso.

Como se pode facilmente imaginar, as vibrações decorrentes desse processo se transferem de forma mais direta para pequenas zonas de contato do que para superfícies de contato maiores. Principalmente, pelo fato de que, entre a ferramenta de acabamento e a peça, há o fluido lubrificante que, em função de suas características hidrodinâmicas, contribui para amortecer as vibrações.

As vibrações introduzidas no sistema ferramenta/peça atuam

 

Figura 2 – Superfície do tipo platô como resultado da aplicação do processo de superacabamento

de forma negativa sobre a qualidade da peça, particularmente em termos da circularidade e características superficiais. Isso faz com que as estruturas afetadas levem a consideráveis perdas por atrito e emissões de ruído, o que está em contradição com os atuais requisitos de aumento da eficiência e de redução de emissões (tanto de agentes nocivos como de ruído).

As ondulações produzidas pelas vibrações em componentes

Figura 3 – Representação esquemática do processo de superacabamento

como mancais de deslizamento perturbam a formação da cunha hidrodinâmica de lubrificante que suporta a carga, uma vez que elas prejudicam o fluxo laminar do fluido. Isso leva ao surgimento de atrito misto ou sólido que decorre do rompimento do filme de lubrificante e, consequentemente, a um maior desgaste, ou mesmo à falha do mancal.

No caso de componentes de mancais de rolamento, essas ondulações produzem vibrações, desgaste e perdas por atrito. Isto, por sua vez, tem como consequência consideráveis emissões de ruído e redução da vida útil dos componentes.

O processo de superacabamento altera a superfície e a forma da peça de maneira tal que a ondulação é reduzida, ou melhor, completamente removida, sendo produzida uma superfície na forma de platô (figura 2) com uma textura do tipo retificação cruzada. A redução das

Figura 4 – Parâmetros de qualidade influenciados de forma positiva

ondulações nas direções periférica e longitudinal da peça em processamento e a alteração da estrutura superficial melhoram suas propriedades tribológicas.

Em função da capacidade de corte relativamente pequena (baixa taxa de remoção de metal), este processo praticamente não gera calor na zona de contato durante a usinagem. Portanto, pode-se afirmar que se trata de um “processo frio”.

Além disso, em função desse fato, e dadas as suas condições de corte e de formação de cavacos, o processo de superacabamento gera tensões residuais de compressão. De forma geral, pode-se afirmar que as peças submetidas ao processo de superacabamento promovem redução de atrito e desgaste no sistema em que são usadas o que, por sua vez, reduz as emissões de agentes tóxicos e de ruído, bem como o custo total de propriedade, além de elevar a eficiência energética.

Parâmetros de usinagem

Foram definidos os seguintes parâmetros e velocidades para o processo de superacabamento:

● velocidade periférica vu – definida pela rotação da peça em processamento;

● velocidade de oscilação vosz/ amplitude de oscilação – definida pela oscilação sob alta frequência da ferramenta ou da peça, na direção axial da peça e perpendicularmente à velocidade periférica. A sobreposição das velocidades periférica e de oscilação faz com que a peça em processamento apresente uma linha de deslocamento com formato senoidal;

● velocidade de avanço vs – necessária quando a dimensão da peça ou da ferramenta não mais permite a usinagem em profundidade. Neste caso, o processo ocorrerá com a ferramenta ou a peça sob uma velocidade de avanço definida;

● força de compressão/pressão de contato – corresponde à superfície de contato e aos requisitos do processo;

● grau de sobreposição da ferramenta/superfície de contato – selecionada de acordo com os requisitos do processo e das relações geométricas da peça.

Categorias de ferramenta

As ferramentas usadas no processo de superacabamento basicamente se subdividem em duas categorias: ferramentas com base flexível (sobre substrato flexível) e ferramentas com ligante. As ferramentas com base flexível, também chamadas de fitas ou filmes para superacabamento, são constituídas por uma base (poliéster, tecido, papel), grãos para corte (óxido de alumínio, carbeto de silício, coríndon sinterizado, nitreto cúbico de boro (CBN), diamante), bem como ligante. As fitas são pressionadas contra a superfície da peça por meio de uma ferramenta de pressão (rolos de contato, sapatas de pressão).

Já as pedras para superacabamento, de forma análoga aos discos para retificação, são constituídas de grãos abrasivos (óxido de alumínio, carbeto de silício, coríndon sinterizado, CBN, diamante), ligante (cerâmica ou resina artificial) bem como, eventualmente, um agente impregnante (enxofre, cera).

Para cobrir todos os aspectos associados a este assunto, também

Qualidade

 

são citados aqui os processos e ferramentas para polimento. Esses processos, que apresentam as mesmas condições cinemáticas, mas que usam como ferramentas grãos e feltro soltos, constituem etapas convencionais finais de acabamento que têm por objetivo produzir superfícies com alto brilho.

Influência na qualidade

Parâmetros essenciais de qualidade são positivamente influenciados pelo processo de superacabamento. A figura 4 (pág. 30) e a tabela 1 ilustram as diferenças em relação ao torneamento/retificação de peças endurecidas.

Ocorre, por exemplo, melhoria na circularidade: o contato superficial entre a ferramenta e a peça permite suavizar ondulações sobre toda a superfície externa da peça e, dessa forma, eliminá-las parcialmente ou até mesmo de forma total. As ondulações com maior frequência (“marcas de vibração” ou “facetas”) sobre a superfície externa da peça são removidas com mais facilidade, bem como as que apresentam menor frequência (“polígonos”).

Contudo, o primeiro tipo de ondulação apresenta maior influência sobre a qualidade do produto, uma vez que é responsável pela geração de ruído nos contatos entre os corpos rolantes e pela perturbação do filme hidrodinâmico de lubrificante, bem como pelo desgaste nos mancais de deslizamento.

Isso também vale para a retilineidade. Ou seja, as ondulações sobre a geratriz na direção axial também serão reduzidas por meio da sobreposição superficial em combinação com o deslocamento oscilante. O projeto da ferramenta também per mite que se produza uma forma na seção transversal definido pelo superacabamento. Isto significa que, se o processo de retificação permite apenas a confecção de uma geratriz reta, o superacabamento pode, por exemplo, gerar uma forma convexa. Isto pode ser necessário quando o dispositivo para dressagem não possibilita uma afiação do rebolo conforme a requerida pelo processo.

O processo de superacabamento produz superfícies com baixa rugosidade e com característica de platô. Isso decorre do fato da elevada área de contato material que atua no sentido de reduzir o desgaste, em combinação com um volume de retenção de óleo que torna o componente efetivamente à prova de falhas. Em função dos movimentos sobrepostos é gerada uma textura do tipo retificação cruzada sobre a superfície, com características excelentes do ponto de vista tribológico.

Conclusão

Com o processo de superacabamento é possível alcançar novas dimensões de parâmetros físicos de qualidade para componentes altamente solicitados. Isto é obtido por meio das características tecnológicas únicas do superacabamento, as quais não podem ser reproduzidas de forma sistemática por nenhum outro processo.

Os parâmetros otimizados de qualidade conseguidos pelo superacabamento servem como base para um progresso significativo em diversos aspectos, tais como aumento da eficiência energética, redução de tamanho, elevação da eficiência dos sistemas, diminuição das perdas por atrito, proteção ao meio ambiente – devido à menor geração de agentes nocivos e ruídos –, bem como redução do custo total de propriedade pela elevação da vida útil dos componentes.