MONITORAMENTO DO PROCESSO DE FURAÇÃO
R. B. Schroeter (1), T. B. Klein (1), R. R. Meda (1) e A. J. Souza (1).
(1) Departamento de Engenharia Mecânica, Laboratório de Mecânica de Precisão, Universidade Federal de Santa Catarina, Caixa Postal 476 - EMC, Campus Universitário, Trindade, Florianópolis, SC, CEP 88040-970
Palavras-chave: Monitoramento, Furação, Falhas na Broca
Resumo
No desenvolvimento dos processos de usinagem as excessivas paradas para troca de ferramentas (tempos mortos) são cada vez mais dispendiosas nas áreas de fabricação. Aliado a isto, tem-se ainda o desenvolvimento de materiais de difícil usinagem e de novas e caras ferramentas de corte. Para minimizar os fatos acima busca-se uma otimização do processo de corte através da aplicação de sistemas de monitoramento.
A presente linha de pesquisa visa a geração de uma metodologia para quantificação do estado da broca durante um processo de furação (momento mais adequado para a troca) através do monitoramento indireto das falhas geradas na ferramenta (desgastes e/ou avarias). O sistema proposto caracteriza-se por correlacionar o desgaste médio de flanco da ferramenta (VB) com os sinais da força de avanço (Fz), momento torçor (Mz) e emissão acústica (EA). A aplicação de múltiplos sensores proporciona uma maior confiabilidade nos resultados, já que a informação de um sensor pode complementar as deficiências do outro.
A medição direta de VB é feita através de uma câmera CCD Pulnix modelo T7-CN, os sinais de Fz e Mz são captados através de uma plataforma piezelétrica KISTLER modelo 9263 e condicionados por amplificadores de carga KISTLER modelo 5006. O sinal de EA é captado através de um sensor (com pré-amplificador) PROMETEC que trabalha numa faixa de freqüência de 100 a 800 kHz. Adotou-se na aquisição de sinais uma freqüência de amostragem de 100 pps (pontos por segundo) durante 4 segundos.
Objetivando-se a reutilização da broca por reafiação, adotou-se como critério de fim de vida da ferramenta o valor de VBmáx ³ 0,6 mm (a partir da medição e cálculo especificados pela figura 1), dado obtido na literatura e em testes preliminares como sendo um valor onde a reafiação é ainda viável.
Para a realização dos ensaios utilizaram-se 3 brocas helicoidais DIN 338 de aço rápido com diâmetro f10 mm. As brocas foram desgastadas na furação de um aço SAE 4340 temperado e revenido com dureza de 40 HRC. Porém, devido às limitações de força na plataforma piezelétrica, realizou-se a aquisição dos sinais no aço SAE 1040 recozido. Todos os ensaios foram realizados com fluido de corte alimentado externamente - emulsão 6% com vazão de 3,75 l/min. Foram usados velocidade de corte de 10 m/min e avanço de 0,06 mm/rot.
As figuras 2 e 3 mostram os valores de m (média aritmética), A ((Xmáx+Xmin)/2) e RMS (raiz média quadrática), respectivamente para Fz e Mz em função de VB, obtidos a partir da média dos 3 ensaios de fim de vida na taxa de amostragem citada.
Na figura 1, observa-se que não houve dispersão considerável nos valores medidos de Fz, já que Fm, FA e FRMS são praticamente coincidentes. Pôde-se também visualizar uma progressão acentuada do desgaste de flanco nos primeiros 0,15 m usinados, onde VB atingiu 0,1 mm. Como adotou-se VBmáx ³ 0,6 mm, a partir de VB ³ 0,3 mm, nada se pode afirmar na relação de Fz com VB. No caso de Mz, a figura 2 mostra uma diminuição na dispersão de valores com o aumento de VB em MA. Já os valores de MRMS e Mm são praticamente iguais. Nota-se uma acentuada variação (queda) de ambos os sinais (Fz e Mz) com valores de VB próximos a 0,2 mm. Com 3 brocas analisadas, não é possível tirar conclusões com relação ao comportamento dos sinais de Fz e Mz em função de VB. Com isso, a aplicação da EA juntamente com tais sinais torna-se atrativa.
Assim, propõe-se a implementação do sistema utilizando o sensor de EA numa posição a mais próxima possível da fonte de sinais, já que o mesmo é extremamente sensível às micro-deformações plásticas do material, e assim, o número de interfaces entre a geração de sinais e o sensor devem ser minimizadas para evitar uma atenuação do sinal. O posicionamento deste diretamente no corpo de prova ou, ainda, no cabeçote da fresadora CNC ROMI Polaris F400 utilizada nos ensaios está em fase de estudos. Além disso, pretende-se efetuar posteriormente a fusão destes sinais (Fz, Mz e EA) através de redes neurais, que possibilitariam um processamento paralelo de informações e resultados altamente confiáveis.
Referências:
Brinksmeier, E. - Prediction of Tool Fracture in Drilling. Annals of the CIRP, vol.39, p.97-100, 1990.
Christoffel, K. - Werkzeugüberwachung beim Bohren und Fräsen. Doktor-Ingenieurs genehmigte Dissertation, Fakultät für Maschinenwesen der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, 1984.
Liu, T.; Anantharaman, K. S. - Intelligent classification and measurement of drill wear. ASME Journal of Engineering for Industry, v.116, n.3, p.392-397, 1994.
Pereira, I. C. - Monitoramento da furação com brocas helicoidais inteiriças de metal duro. Dissertação (Mestrado), Departamento de Engenharia Mecânica, UFSC, 1996.