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Dissertação

Projeto de dispositivo de refrigeração para processo de usinagem por torneamento para micros e pequenas empresas com foco em desenvolvimento sustentável

Curso: Mestrado Profissional em Gestão e Tecnologia em Sistemas Produtivos

Linha de Pesquisa: Gestão da Inovação Tecnológica e Sustentabilidade

Autor: Vitor Marcelo Costa Halcsik

Orientador: Prof. Dr. Alexandre Formigoni

Data de Apresentação: 27/08/2022

Contato: mestrado@cps.sp.gov.br


BANCA

Prof. Dr. Alexandre Formigoni - CEETEPS

Prof. Dr. Jorge Luiz Rosa - UNIFATEA

Prof. Dr. Francisco Tadeu Degasperi - CEETEPS


RESUMO

HALCSIK, V. M. C. PROJETO DE DISPOSITIVO DE REFRIGERAÇÃO PARA PROCESSO DE USINAGEM POR TORNEAMENTO PARA MICROS E PEQUENAS EMPRESAS COM FOCO EM DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL. 72 f. Dissertação de Mestrado Profissional em Gestão e Tecnologia em Sistemas Produtivos. Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza, São Paulo, 2022.

O torneamento é uma operação de usinagem convencional fundamentada na retirada de parte do material na forma de cavaco, por meio do cisalhamento provocado pela aresta de corte de uma ferramenta mais dura que o material da peça.

Durante este processo ocorre deformação plástica do material para a formação do cavaco e grande parte da energia mecânica fornecida pela máquina (mais de 90%) transforma-se em calor. Esta elevação do calor produz uma concentração de energia térmica em uma pequena região no contato cavaco-ferramenta que no caso do aço ABNT 1045, utilizado nos corpos de prova, pode chegar acima dos 1000ºC, dependendo dos parâmetros de usinagem.

O calor gerado facilita a remoção do cavaco permitindo menor esforço no cisalhamento do material, porém a alta temperatura sobre a ferramenta de corte atua como um catalisador dos mecanismos de desgaste, diminuindo assim sua vida útil, podendo inclusive alterar as características macro e micro dimensionais de uma peça. Por isso, torna-se necessário o controle da temperatura, na forma da aplicação de fluido de corte (FC) ou fluidos refrigerantes (FR) na região da zona de corte (ZC).

Sabe-se que a utilização incorreta dos FC ou FR podem gerar impactos ambientais e a saúde do operador, para evitar isso, técnicas como a usinagem a seco, refrigeração pela técnica da mínima quantidade de lubrificante (MQL) e sistemas de refrigeração criogênica vem sendo testados com êxito. Porém algumas delas não são possíveis em função da criticidade da operação ou possuem alto custo de aquisição tornando-se inviáveis para micro e pequenas empresas. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um dispositivo de baixo custo para a refrigeração híbrida onde a técnica MQL se alia a aplicação de ar comprimido resfriado, chamada de minimum quantity cooling lubrication (MQCL) ou mínima quantidade de líquido refrigerado, e avaliar o efeito da sua utilização na rugosidade da peça e na vida útil da ferramenta.

O dispositivo projetado e fabricado alcançou durante a fase preliminar de testes temperaturas tão baixas quanto -5 ºC. Para esta pesquisa foram realizados ensaios de usinagem em um corpo de prova de uma barra cilíndrica de aço ABNT 1045 com 100 mm de diâmetro, comparando a utilização do sistema MQCL com o sistema por inundação (aqui chamado de Jorro) utilizando insertos de metal duro. Para realização dos experimentos foi utilizado um planejamento experimental fatorial completo de 23, baseado em Design of Experiments (DOE), com três fatores e dois níveis, para os fatores de vc (188 e 298 m/min), velocidade do avanço (0,125 e 0,251 mm/rev) e uso de refrigeração (Jorro e MQCL), totalizando 8 condições diferentes. As variáveis de saída foram a Rugosidade Ra, a morfologia do cavaco e o desgaste de flanco dos insertos. Os resultados dos experimentos mostram uma pequena variação entre as rugosidades encontradas para os dois sistemas de refrigeração quando se compara Jorro e MQCL, o uso das MQCL resultou em uma menor rugosidade, 4,7% até 8,8% para vc mais baixa, entretanto os resultados não se mantiveram no uso da velocidade mais alta, o que exigirá estudos posteriores.


PALAVRAS-CHAVE
aço ABNT 1045, refrigeração MQCL, rugosidade, DOE, Projeto de Produto