Segundo Marinescu et al[3] a retificação é um processo de usinagem que utiliza um rebolo abrasivo rotacionando em alta velocidade para a remoção de volume de um material menos duro. Esta é uma tecnologia chave para a produção de produtos e superfícies avançadas em uma ampla gama de indústrias.

O processo de retificação é principalmente utilizado para a confecção de peças com alta qualidade, para garantir alta exatidão e com mínimas tolerâncias. É principalmente aplicada para garantir alta precisão e qualidade, segundo Gao et al[2]. Sendo uma das últimas etapas do processo de usinagem, ela necessita de grande precisão para um acabamento com o mínimo de defeitos possível.

Como mostram Gao et al[2] , o comportamento de qualquer processo de retificação é muito dependente do desempenho da ferramenta. Esse desempenho pode mudar de maneira significativa durante o processo de retificação e isso dificulta a previsão a respeito do comportamento do processo durante seu andamento. O rebolo, além de sofrer alterações durante o processo de retificação, pode perder suas condições ideais em seu próprio processo de fabricação.

Figura 1 – Dressagem de um rebolo por meio de um dressador de ponta única

Desse modo, os resultados da retificação estão diretamente relacionados com as condições topográficas da superfície de trabalho do rebolo. Estando essas condições alteradas, a operação de dressagem passa a ser fundamental ao processo.

A dressagem é o processo de condicionamento da superfície do rebolo visando sua remodelação quando o mesmo perdeu sua forma original pelo desgaste, como mostram Xue et al[6]. Marinescu et al[3] afirmam que a dressagem pode ser definida simplesmente como a operação conjunta de perfilamento e afiação dos rebolos convencionais.

Oliveira[4] mostra que as condições de dressagem podem provocar uma grande influência no desempenho da operação de retificação.

Para se ter uma ideia dessa influência, basta dizer que as forças de retificação podem variar cerca de 500%, apenas variando-se as condições de dressagem em um mesmo tipo de operação.

A ferramenta utilizada para a recuperação do rebolo é o dressador. Devido ao grande número de variáveis que influenciam o processo, existe um número muito grande de ferramentas (dressadores) que já foram desenvolvidas, e cada uma delas é responsável pela abrangência de um número limitado de casos.

Sendo o conhecimento a respeito da operação de dressagem pouco explorado, com bibliografias limitadas, ele ainda é considerado superficial. Para aprofundar este conhecimento acerca de um tipo específico de dressador, dentre os vários existentes, propõe-se neste trabalho a realização de ensaios monitorados com dressadores de ponta única, sendo o principal material de estudo o diamante CVD nacional.

A operação de dressagem

Entender os processos de mecanismos de dressagem de rebolos é crítico para a obtenção de um ótimo processo de retificação, segundo Marinescu et al[3]. A topografia e a forma macroscópica do rebolo são inicialmente geradas pela preparação, antes ou durante o processo de retificação, por meio da dressagem e perfilamento.

Do inglês truing, o perfilamento tem como objetivo dar forma concêntrica ao rebolo, podendo gerar também um perfil específico para ele. Marinescu et al [3] apontam que o processo é usado também para limpar cavacos e sujeiras que estejam no rebolo. Em outras palavras, segundo estes autores, o perfilamento deseja formar uma boa precisão para o rebolo.

Figura 2 – Esquematização da operação de dressagem

Já a dressagem (do inglês dressing) é o processo conjunto entre perfilar e afiar o rebolo. Afiar é um processo durante o qual ocorre a remoção do ligante entre os grãos abrasivos, segundo Marinescu et al[3]. Desse modo, a dressagem tem como objetivo restaurar a eficiência de corte da ferramenta.

O perfilamento é o responsável por ajustar a forma topográfica do rebolo. Nos rebolos superabrasivos, esta operação dever ser realizada além da dressagem. Já nos rebolos convencionais, o perfilamento pode ser desprezado devido ao fato de o ajuste topográfico ser adquirido no momento da dressagem.

Devido à friabilidade, as partículas abrasivas deveriam, teoricamente, se tornar automaticamente afiadas quando destacadas. No entanto, o que ocorre é que estas se desprendem do rebolo ou se fraturam, expondo novas partículas com novas arestas de corte. Para manter as características e funcionalidades do rebolo, é necessário que ocorra uma dressagem periódica. A dressagem produz uma superfície particular – dependendo do tipo e material do dressador – na superfície de corte do rebolo, onde cerca de 10% do rebolo é gasto no processo de usinagem e os demais 90% com a dressagem.

Figura 3 – Exemplo da forma de cálculo da área desgastada do diamante com a área da figura superposta representando o formato original do diamante

Dressagem e topografia

O número de arestas de corte é o que caracteriza a topografia do rebolo. Assim, essa topografia influencia na geometria do cavaco produzido e, posteriormente, no processo de retificação como um todo. Alterações na topografia ajudam na explicação dos efeitos do parâmetro de retificação no desempenho do processo e permite que sejam controlados. A fratura do grão, por sua vez, gera arestas de cortes mais afiadas, num fenômeno denominado de autoafiação do rebolo.

Pode-se considerar a retificação como um processo que envolve a dressagem e a própria retificação. Do ponto de vista de remoção do material, as propriedades estáticas mais importantes da topografia do rebolo são os parâmetros relacionados à aresta de corte e sua distribuição. Esses parâmetros são afiação, largura e densidade de arestas. Sendo largura e densidade relacionadas ao número de arestas de corte ativas por unidade de área da superfície do rebolo. A superfície do rebolo é gerada pela fratura do grão ou do ligante.

Figura 4 – Volume desgastado versus número de passes para a média e desvio padrão dos ensaios com o diamante CVD CDM

O número de arestas ativas irá depender das condições de dressagem impostas. À medida que o rebolo vai se desgastando, a força é aumentada, pois a área desgastada se torna maior na superfície do mesmo. Isso ocorre durante a retificação, devido aos grãos afiados desenvolverem arestas achatadas, enquanto os já achatados tornam o efeito do desgaste do rebolo mais acentuado e propiciam uma maior adesão de partículas. Dessa forma, o atrito se torna uma parcela importante do desgaste, responsável diretamente pelo aumento da força e cegamento dos grãos. Com base nisso, os benefícios do grão de CBN só podem ser extraídos conhecendo uma boa condição de dressagem.

Figura 5 – Imagens dos dressadores com diamante CVD CDD para os três ensaios após 20, 80 e 160 passes

 

Dressador de ponta única

O dressador de ponta única é mais utilizado e também a ferramenta de dressagem mais simples. Quando feita por um diamante de ponta única, a operação é conhecida também como dressagem mecânica. O dressador de ponta única carrega um único diamante, que deve formar um ângulo com o rebolo. O diamante de ponta única corta da periferia do rebolo e necessita de um ângulo de ataque limpo para que o processo de dressamento seja eficiente.

Se o diamante estiver perpendicular para dressar o rebolo, rapidamente ele ficará gasto. Se o ângulo do diamante for igual ao ângulo superficial da ponta do diamante irá gerar muito calor. As principais desvantagens do método de dressagem de ponta única são desgaste do diamante, perda de tempo de operação e aumento de custo por parada do processo para várias dressagens.

Numa dressagem de ponta única, o diamante deve receber certos cuidados. Ele deve ser rotacionado para que sofra o mesmo desgaste em volta de sua ponta. O diamante não deve sofrer impactos, quedas ou calor excessivo. Caso a ponta do diamante sofra lascamento ou distorções causadas pela falta de cuidados, a precisão do sistema estará criticamente danificada.

A dressagem de ponta única cria tensões nos grãos abrasivos e causa profundas trincas no material. Devido a essas tensões, ocorre perda de pedaços dos grãos, o que reduz o número de arestas efetivas. Dessa forma, a dressagem de ponta única não produz uma boa topografia no rebolo, não devendo ser usada para essa finalidade.

A operação de dressagem de ponta única (mecânica) produz superfícies compostas de macro e microefeitos, que são definidos como:

● macroefeitos: gerados a partir do formato do dressador, da profundidade de penetração do dressador e do passo da dressagem. Este fenômeno determina a posição em que as arestas dos grãos abrasivos estão localizadas na superfície do rebolo;

● microefeito: gerado pelo arrancamento dos grãos desgastados com baixa ancoragem na liga – e devido à fratura dos grãos que não se desgastaram por completo, quando novas arestas de corte são geradas pelo dressador.

No macroefeito, existe uma pequena parcela de grãos abrasivos que está ativa e que é responsável por remover grandes quantidades de material. Dessa forma, o esforço sobre cada grão deve ser grande fato esse que não impede o bom desempenho do processo – pelo fato de as reduções das perdas com deformações plásticas e elásticas do material na região de corte minimizarem a energia total envolvida no processo.

No microefeito, a agressividade das novas arestas formadas depende em grande parte da friabilidade do grão e das condições de dressagem.

Figura 6 – Volume desgastado versus número de passes para a média e desvio padrão dos ensaios com o diamante CVD CDD

Na dressagem fina, por exemplo, quando é baixa a profundidade de penetração e o avanço do dressador, ocorre a remoção ou fratura de grãos muito pequenos, o que proporciona a formação de planos de suas superfícies de corte tornando-os menos agressivos. Em contrapartida, na dressagem grossa, com altas taxas de penetração e avanço do dressador, uma ampla parte dos grãos abrasivos é quebrada, formando arestas maiores e mais afiadas.

Tabela 1 – Dados referentes ao volume desgastado pelo número de passes média e desvio padrão obtido pelos ensaios 1, 2 e 3 para o diamante CVD CDM

Na dressagem de rebolos convencionais, é usual a ferramenta de dressagem passar pelo rebolo rotacionando, como mostra a figura 1 (pág. 32).

Durante cada passada do dressador através do rebolo, é removida uma profundidade ad do raio do rebolo. Esse tipo de movimento de dressagem é análogo ao de torneamento. O avanço axial – do termo pitch do inglês – da ferramenta de dressagem por revolução é chamado de direção de dressagem, sd, e é dada por:

Sd = (π.ds.vd)/vs

Onde:

Vd [mm/s] é a velocidade de dressagem do dressador pelo rebolo;

 Vs [mm/s] é a velocidade de corte do rebolo;

Ds [mm] é o diâmetro do rebolo.

A figura 2 (pág. 33) representa um esquema de dressagem onde o parâmetro Sd pode ser visualizado facilmente.

Normalmente, entre dois e cinco passes de dressagem é o requerido para avivar o rebolo convencional. Logicamente, podem ser necessários mais passes para retirar cavacos e sujeiras de retificações passadas. Como etapa final, é necessário o spark-out ou centelhamento, durante o qual a ferramenta de dressagem deve passar pelo rebolo sem aumento da profundidade de dressagem. A cada passe dessa etapa final, é removido menos material e a topografia final do rebolo é aprimorada. O dressador de ponta única é usualmente instalado com um ângulo relativo entre a ferramenta e o rebolo de αd entre 10° e 15°.

Metodologia de experimentação

O trabalho experimental foi realizado no Laboratório de Usinagem por Abrasão (Lua) do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP, campus de Bauru). Para a realização dos ensaios foram utilizados seis dressadores de ponta única de dois tipos diferentes de diamantes sintéticos – com dimensões 0,5 x 0,5 x 6,0 mm –, três diamantes tipo CVD CDM e três diamantes tipo CVD CDD, uma retificadora plana fabricada pela Sulmecânica, modelo 1055E, uma câmera fotográfica digital tipo DSC-F717, da marca Sony, com lentes Carl Zeiss tipo Vario-Sonnar. Foram utilizados também dois rebolos fabricados pela empresa Norton, feitos de abrasivo convencional de óxido de alumínio, com ligante vitrificado, dureza L (média), granulometria 150 (muito fina) e estrutura com dimensões 355,6 x 25,4 x 127 mm.

Dentre os principais parâmetros de retificação e dressagem utilizados, a velocidade transversal do rebolo foi mantida constante para os ensaios dos três tipos de dressadores. A velocidade do inversor do motor da retificadora também foi constante para os ensaios, bem como a frequência. As- sim, a velocidade transversal foi igual a 3,45 mm/s, a velocidade do inversor igual a 450 rpm e a frequência foi de 60 Hz. A profundidade de dressagem (ad) foi constante e igual a 40 μm. O parâmetro de dressagem do grau de recobrimento (Ud) foi de 1.

Os ensaios consistiam em colocar um dressador de ponta única de um dos dois tipos de diamantes (CVD CDM ou CVD CDD) em contato com o rebolo e realizar a dressagem deste rebolo até completar 160 passes. A cada vinte passadas era tirada uma imagem por meio da câmara digital e era aumentado em 40 μm a profundidade de dressagem, iniciando novamente o ensaio.

Cada imagem era analisada por um software e calculada a área desgastada da figura para aquele determinado número de passes, conforme mostrado na figura 3 (pág. 33). Conhecendo as dimensões dos diamantes, bastava multiplicar pela altura e o volume gasto era conhecido. No total foram realizados três repetições de ensaios para cada diamante, dando um total de seis ensaios.

Figura 7 – Imagens dos dressadores com diamante CVD CDD para os três ensaios após 20, 80 e 160 passes

Resultados e discussões

Para o diamante CVD CDM foram obtidos os seguintes dados, conforme mostrado na tabela 1 (pág. 38).

Tabela 2 – Dados referentes ao volume desgastado pelo número de passes, média e desvio padrão obtido pelos ensaios 1, 2 e 3 para o diamante CVD CDD

A figura 4 (pág. 34) apresenta os valores médios de desgaste com seus respectivos desvios padrões para o diamante CVD CDM.

A figura 5 (pág. 34) mostra as imagens dos ensaios 1, 2 e 3 nos passes 20, 80 e 160, respectivamente, para o diamante CVD CDM.

Para o diamante CVD CDD, foram obtidos os seguintes valores de volume gasto a cada 20 passes, conforme mostrado na tabela 2. A figura 6 (pág. 37) apresenta os valores médios de desgaste com seus respectivos desvios padrões para o diamante CVD CDD.

A figura 7 (pág. 40) mostra as imagens dos ensaios 1, 2 e 3 nos passes 20, 80 e 160, respectivamente, para o diamante CVD CDD.

Figura 8 – Volume desgastado versus o número de passes para a média de volume desgastado para os diamantes CVD CDM e CVD CDD

Figura 9 – Volume desgastado versus número de passes para a média de desgaste dos diamantes CVD CDD e CVD CDM com suas respectivas curvas e tendências

A figura 8 apresenta os dados médios de volume desgastado para os diamantes CVD CDM e CVD CDD.

Observando-se as tabelas 1 e 2, bem como as figuras 2, 3, 4, 5 e 6, é possível ter uma visualização geral sobre o comportamento de desgaste para cada um dos dois diamantes testados e ensaiados neste trabalho. O diamante sintético CVD CDM foi o que maior desgaste apresentou. Já o diamante sintético CVD CDD apresentou os menores desgastes em todos os pontos.

O diamante sintético CVD CDM, de fabricação nacional, é principal mente utilizado em dressadores rotativos. Sua utilização em dressadores de ponta única está sendo analisada. Conforme os dados obtidos, esse diamante apresentou um desgaste maior que o diamante sintético CVD CDD, que é comercializado para o uso de dressagem de ponta única.

Conforme informações concedidas pelo fabricante, o diamante CVD CDM é utilizado para dressagem de rebolos usados em operações de alta remoção de material na retificação. O material CDM não apresenta ligante e oferece o benefício de uma alta resistência ao desgaste, alta estabilidade térmica e inércia química.

O diamante sintético CVD CDD é próprio para uso em dressadores de ponta única e apresentou os melhores resultados de volume desgastado neste trabalho. Pelas informações oferecidas pelo fabricante, o diamante CVD CDD foi especificamente desenvolvido para ter alta resistência abrasiva durante a dressagem.

A figura 9 apresenta um gráfico contendo os pontos de desgaste para os diamantes CVD CDD e CVD CDM com suas respectivas curvas e tendências.

Observando-se a figura 9, os pontos para o diamante CVD CDD se comportaram melhor na forma exponencial, com uma aproximação linear para a curva exponencial de R2 = 0,9864. Para o diamante CVD CDM, a curva que apresentou melhor aproximação (R2 = 0,9940) foi a de uma curva de potência.

O diamante CVD CDD, apesar de apresentar menor desgaste para todos os pontos quando comparado com o diamante CVD CDM, apresenta menor expectativa de vida útil para seu dressador, chegando, no máximo, a 210 passadas. Já o diamante CVD CDM apresentou um maior tempo de vida quando comparado ao dressador com o diamante CVD CDD, chegando a um máximo de 322 passadas.

O diamante CVD CDM apresentou uma duração de cerca de 43,78% a mais que o dressador com o diamante CVD CDD. Essa constatação bate com a definição encontrada na bibliografia para esse diamante, que tem como objetivo principal o trabalho de dressagem em rebolos com altas taxas de remoção de material e que, portanto, precisem de um tempo de vida útil maior para poderem remover o maior número possível de material para dressagens mais pesadas.

Conclusão

Com os dados obtidos e analisados nos itens anteriores, observa-se que o dressador com ponta única de diamante tipo CVD CDM apresentou desgastes maiores, enquanto o dressador de ponta única com o diamante tipo CVD CDD apresentou os melhores resultados para o desgaste, com os menores volumes perdidos durantes todos os ensaios, para todos os pontos observados e analisados. Realizando uma estimativa na expectativa de vida útil dos dressadores, o modelo com o diamante CVD CDD apresentou menor expectativa de vida quando comparado com o CVD CDM.

Portanto, conclui-se que, apesar do diamante CVD CDD apresentar menores desgastes que o diamante CVD CDM, o tipo CDM apresenta maior expectativa de vida útil, quando comparado com o CDD.

Referências

1] Dhar, N.; Islam, S.; Kamruzzaman, M.: Effect of Minimum Quantity Lubrication (MQL) on Tool Wear, Surface Roughness and Dimensional Deviation. Turning AISI-4340 Steel, G. U. Journal of Science, v. 20, p. 23-32, 2007.

2] Gao, R. X.: Monitoring Systems for Grinding Processes, Springer Series. Advanced Manufacturing, p. 83-107, 2007.

3] Marinescu, I. D.; Hitchiner, M.; Uhlmann, E.; Rowe, W. B.; Inasaki, I.: Handbook of machining with grinding wheels. 1a ed. Boca Raton, FL: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2007.

4] Oliveira, J. F. G.: Análise da ação do macroefeito de dressamento de rebolos no desempenho do processo de retificação. Tese de Doutorado USP, São Carlos, SP, Brasil, 1988.

5] Sahm, D.; Schneider, T.: The production without coolant is interesting and must be more known. Machines and Metals Magazine, ed. 367, p. 38-55, 1996

6] Xue, L.; Naghdy, F.; Cook, C.: Monitoring of wheel dressing operations for precision grinding. FIEEE International Conference on Industrial Technology, Bangkok, p. 1.296-1.299, 2002.


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