Post on 27-Feb-2021
MELHORIA EM UMA RETIFICADORA PLANA TANGENCIAL
Divisão TemáticaDT 4 - Processos produtivos, tecnologias e tendências para o presente e o futuro
Autores: S. V. CRUZ1; G. C. CARLINI2; C. DA SILVA3. [espaço simples]
Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC)
Resumo:Esta pesquisa propõe o desenvolvimento de uma melhoria em uma retificadora plana tangencial no sentido de obter um controle numérico inexistente, da velocidade de avanço longitudinal, do avanço transversal e do controle de vazão do fluido de refrigeração. O equipamento a ser controlado localiza-se no laboratório de máquinas operatrizes do Campus Jaraguá do Sul – Rau, sendo supervisionado por um sistema incluindo interface homem-máquina (IHM), plataforma micro processada Arduino®, sensores de posição indutivos e sensor de vazão instalados no equipamento. A implementação deste sistema tem como principal objetivo, medir e informar a velocidade de avanço da mesa de trabalho no sentido longitudinal e transversal e da velocidade periférica da ferramenta, além, de verificar a vazão do fluido de refrigeração proporcionada por uma bomba hidráulica. Estes dados serão utilizados para um melhor controle das usinagens, possibilitando coleta de dados confiáveis para pesquisa e ensaios diversos. Os resultados foram aquisição dos materiais de consumo, o desenvolvimento da linguagem de programação na plataforma, construção do protótipo e respectivos testes. Pretende-se realizar a montagem dos sensores, motor de passo e inversor de frequência para finalização do projeto e construção da interface IHM da melhoria.
Palavras-chave: retificação plana tangencial; controle de velocidades; Arduino.
Introdução
A retificação é um processo de usinagem usado na indústria metal
mecânica em operações de acabamento de componentes de precisão, tais como
os virabrequins de motores de combustão interna, que são retificados para
atender às rígidas tolerâncias requeridas. Outros exemplos seriam os
barramentos e prismas de precisão das próprias máquinas operatrizes, que são
1 Aluno [técnico em eletrotécnica/Campus Rau]) silasjogador07@gmail.com2 Professor [Campus Rau/ Fabricação mecânica] giovani.carlini@ifsc.edu.br3 Professor [Campus Rau/ Fabricação mecânica] cristiano.silva@ifsc.edu.br
acabados em suas medidas finais por retificadoras planas e cilíndricas (SANTOS,
2007).
Segundo Malkin apud Bianchi et al.(1996), a velocidade da peça (Vw) é
coincidente com a velocidade da mesa da máquina retificadora. Esta velocidade
está relacionada aos impactos que os grãos abrasivos provocam na peça.
Quando a velocidade da peça é baixa e a penetração é grande, os impactos dos
grãos abrasivos do rebolo sobre a peça são pequenos e os cavacos são
alongados. O tempo de contato grão/peça e o número de grãos ativos são
maiores.
Quando a velocidade da peça é alta e a penetração do rebolo é pequena,
os impactos dos grãos abrasivos do rebolo sobre a peça são grandes e os
cavacos são curtos. O tempo de contato grão/peça e o número de grãos ativos
são menores, gerando uma força por grão abrasivo grande e por pouco tempo.
Os grãos tendem a se fraturar e a se desprender da superfície de corte do rebolo.
Neste caso, as forças totais de corte tendem a uma estabilização pela troca
constante de grãos abrasivos. O desgaste do rebolo tende a ser maior que no
caso anterior (MALKIN, 1989).
A queima na retificação ocorre durante o processo de corte, quando a
quantidade de energia gerada na zona de contato produz um aumento na
temperatura suficientemente elevada para provocar uma mudança de fase no
material usinado. Esse fenômeno tem sido investigado principalmente na
retificação de carbono puro e ligas de aço, embora seja também um problema
com alguns outros materiais metálicos. A queima superficial da peça influencia na
alteração da microestrutura do material retificado. Através da análise da
distribuição de microdureza em peças que apresentam queima visível, nota-se
que estas apresentam reaustenitização. Um aço endurecido, retificado sem
queima, apresenta uma pequena diminuição de dureza na superfície devido ao
revenimento (MALKIN, 2007).
O desenvolvimento de um sistema de monitoramento e controle em tempo
real é de fundamental importância para automação do processo de usinagem, de
modo que seja possível estabelecer o momento da troca de uma ferramenta,
realizar mudanças nos parâmetros de operação e, portanto, visar a otimização do
processo (AGUIAR, 2009).
Segundo Inasaki (1999), existem três importantes objetivos no
monitoramento do processo de retificação: detectar problemas que ocorrem
durante o processo, fornecer informações para otimizar o processo e contribuir
com o estabelecimento de um banco de dados. São necessários múltiplos
sensores para o monitoramento e controle do processo de retificação, tomando
como exemplo a determinação da vida do rebolo.
Para tanto, foi desenvolvida uma melhoria observando os aspectos de
controle das velocidades de avanço longitudinal e transversal, da velocidade de
corte e controle de vazão do fluido lubri refrigerante por intermédio de um sistema
micro controlador e desenvolvimento de uma interface homem máquina (IHM),
para a melhor produtividade do processo de retificação, observando um controle
para a otimização dos parâmetros envolvidos.
Metodologia
A metodologia desta pesquisa tem como principal objetivo realizar uma
melhoria no controle de uma retificadora plana tangencial. Este equipamento está
disponível no laboratório de máquinas operatrizes do Campus Rau em Jaraguá do
Sul/SC, evidenciado pela figura 1.
Figura 1 – Retificadora plana
Fonte: Elaborado pelo autor.
Podemos observar na Figura 1 (A) uma visão geral do equipamento e no detalhe
(B) o painel de comando standard da retificadora plana. Este modelo de equipamento
possui o controle transversal acionado por motor elétrico trifásico com controle por
potenciômetro (C) e o acionamento do sentido longitudinal de avanço por sistema
hidráulico e controle das velocidades por meio de uma válvula de controle de fluxo (D).
Foi criado um fluxograma atendendo as possibilidades e recursos para o
desenvolvimento deste trabalho, tendo como possibilidades de realizar ou não as
melhorias, conforme demonstra a figura 2.
Figura 2 – Fluxograma metodológico
Fonte: Elaborado pelo autor.
A partir do fluxograma apresentado, utilizou-se uma possível lista de
materiais necessários para o desenvolvimento do sistema de melhoria, entre os
principais materiais, podemos descrever: o inversor de frequência para o controle
da rotação do rebolo, motor de passo aplicado no eixo de deslocamento
transversal e o sistema de microprocessamento responsável em realizar as
operações lógicas entre os sensores e atuadores implementados no
equipamento.
Foi construído uma programação de lógica no microprocessador para a
leitura simultânea da frequência atribuída ao motor principal, dos sensores
indutivos dispostos no eixo transversal e no eixo longitudinal e em relação ao
motor de passo, indicados conforme a figura 3.
Figura 3 – Mapeamento dos principais recursos da melhoria
Fonte: Elaborado pelo autor.
A fase posterior do projeto consistiu na montagem do protótipo em uma
placa protoboard para o desenvolvimento final da programação e ensaios
relativos aos movimentos realizados pela retificadora. Utilizou-se uma
microprocessador Arduino®, modelo MEGA 2560 para desenvolvimento da lógica
juntamente com quatro sensores indutivos, sendo dois dispostos no equipamento
(detalhe da figura 3), complementando como motor de passo NEMA 34 com 42
kgf/cm acoplado no eixo transversal e um sensor de fluxo com rosca NPT ¾”.
Foram utilizados outros componentes complementares para o
desenvolvimento da montagem do protótipo, dentre eles, potenciômetros de 10KΩ
resistores cerâmicos variados, botões de pulso e interface LCD TFT 2,4”.
Até a presente produção foram desenvolvidas as lógicas para a cinemática
das melhorias planejadas, realizados os novos suportes para os sensores e a
confecção da base do motor de passo que substitui um motor de indução.
Considerações finais
Para o desenvolvimento de uma tecnologia com uma ampla dificuldade,
não torna-se trivial o planejamento e a construção de um determinado sistema.
Observou-se a quantidade de parâmetros de entrada possíveis para um processo
de retificação, desta forma foi desenvolvida uma lógica que atendesse
cientificamente e financeiramente desafios de uma melhoria para melhor
qualidade de controle deste equipamento.
Dentre as etapas concluídas, podemos citar o desenvolvimento da
programação lógica e funcionamento no protótipo montado na plataforma
Arduino®, aquisição dos materiais de consumo para instalação na retificadora.
Desenvolvimento e crescimento tanto pessoal quanto cognitivo do aluno bolsista
contemplado para o desenvolvimento do desafio.
Futuras etapas do projeto compreendem a instalação do inversor de
frequência no motor principal, confecção e montagem do painel de interface junto
ao painel de controle do equipamento, montagem do sensor de fluxo na linha de
passagem do sistema de refrigeração da retificadora e substituição do motor de
indução pelo motor de passo no eixo transversal.
Após finalização das etapas não concluídas, o equipamento possuirá
condições de pesquisa nos fenômenos relativos às variações dos parâmetros de
entrada do processo de retificação plana tangencial, bem como, estudos de
desgastes nas ferramentas de aplicação, estudos de melhoria na topografia de
peças sujeitadas a retificação e ensaios de otimização em processos de
retificação.
Agradecimentos
Agradecemos ao Instituto Federal de Santa Catarina pelo apoio financeiro através do edital 02/2017/PROPPI - edital universal.
Referências
Aguiar, P. R. et al,; Monitoring the dressing operation in the grinding process.
International Journal of Machining and Machinability of Materials, pp 3–22,
2009.
BIANCHI, E. C., SANCHES, L. E. A., FERNANDES, O. C., MOGAMI, O., SILVA
JR, C. E. & AGUIAR, P. R., Análise do Comportamento de Rebolos
Convencionais na Retificação de Aços Frágeis, Congresso Norte Nordeste de Engenharia Mecânica, IV, Recife/PE, pp. 335-340, 1996a.
INASAKI, I. Sensor Fusion for Monitoring and Controlling Grinding Processes. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 1999, pp. 730-
736.
MALKIN, S. Grinding Mechanisms e Grinding Temperatures and Thermal Damage., In: MALKIN, S. Grinding Technology: theory and applications of
machining with abrasives. 1.ed. Chichester, Ellis Horwood Limited, 1989.
MALKIN, S.; GUO, C. Thermal Analysis of Grinding. CIRP Annals -
Manufacturing Technology, v. 56, n. 2, p. 760-782, jan 2007.
SANTOS, M.; CARVALHO, E. L. M.; MACHADO, M. F. PICCIININI, M. S. A indústria Brasileira de máquinas-ferramenta. BNDES Setorial, Rio de Janeiro,
n. 26, p. 81-100, 2007.