PROCESSO DE RETIFICAÇÃO

1 - CLASSIFICAÇÃO E DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS

Os processos de retificação podem ser classificados em:

a) Retificação Cilíndrica

a1) Externa - entre pontas - de mergulho

- longitudinal

- sem centros

a2) Interna

b) Retificação Plana - tangencial

- frontal

c) Retificação de Perfis

A seguir passar-se-á a descrever resumidamente cada um destes processos.

1.1 - Retificação Cilíndrica Externa entre Pontas

Pode ser de mergulho ou longitudinal. Nos dois casos, tanto a peça, quanto o rebolo possuem

movimento de rotação obtidos por meio de dois motores independentes. Na retificação longitudinal

(figura 1), o avanço paralelo ao eixo da peça, pode ser efetuado através do movimento da mesa da

retificadora ou através do movimento do rebolo. O avanço em profundidade é discreto e realizado no fim

de cada avanço longitudinal (quando o rebolo chega ao fim da peça). Na retificação de mergulho (figura

2), também chamada de retificação com avanço de penetração, o rebolo executa movimento de avanço

numa direção perpendicular à superfície retificada. Em geral a peça possui somente movimento de

rotação podendo, no entanto, apresentar um pequeno movimento longitudinal. O rebolo, em geral, é mais

largo que o comprimento da peça e o processo é mais rápido e econômico que o anterior. Pode-se fazer a

retificação de várias superfícies simultaneamente. Neste caso os diversos rebolos são montados um ao

lado do outro separados por anéis (figura 2b). O processo de retificação de mergulho também permite a

retificação de perfis variados, bastando para isso dar a forma adequada ao rebolo (retificação de perfis -

figura 3).

Utilizando-se os mesmos movimentos relativos entre peça e rebolo da retificação cilíndrica

longitudinal, é possível se retificar uma superfície cônica, bastando para isso posicionar os contra-pontos

conforme mostrado na figura 4a, ou o cabeçote porta-rebolo conforme a figura 4b.

1.2 - Retificação Cilíndrica Externa sem Centros

Uma peça cilíndrica, comprida e fina, se for centrada pelos dois contra-pontos numa retificadora

normal cilíndrica, tende a fletir devido à pressão exercida pelo rebolo durante o passo de trabalho. Uma

peça também cilíndrica, mas curta, torna difícil a retificação entre centros, devido à proximidade dos

contra-pontos, o que dificulta a aproximação e movimentação do rebolo. Para casos como estes foi

desenvolvido o processo de retificação cilíndrica sem centros (também chamado de retificação

"centerless"), realizado em máquinas especialmente construídas para este tipo de processo. A retificação

é mais fácil, mais rápida, porém menos precisa e, é lógico, não pode ser feita em peças com muitos

escalonamentos.

A figura 5 mostra um esquema deste processo. A peça C é apoiada (não fixada) na lâmina A, de

aço duríssimo ou de liga dura; o rebolo operador B roda velozmente e faz pressão sobre a peça

retificando-a. Esta rola sobre si mesma devido ao atrito gerado pelo rebolo de arraste D, o qual roda no

sentido indicado pela seta. Para se obter uma boa retificação, a peça deve constantemente tangenciar as

três superfícies dos elementos A, B e D.

O rebolo operador B tem diâmetro de 400 a 600 mm, largura de 100 a 250 mm e velocidade

periférica de 20 a 30 m/s. O rebolo de arraste tem diâmetro entre 300 e 350 mm, largura igual à do

rebolo operador e velocidade periférica entre 8 e 50 m/s.

Os eixos dos rebolos não são paralelos e sim levemente inclinados, com um ângulo de inclinação

de 1 a 3 graus, para possibilitar o arraste da peça. Muitas vezes, duas ou mais retificadoras sem centros

são colocadas em série, de tal maneira que a peça passa por vários processos de retificação

consecutivamente, sem interrupção.

1.3 - Retificação Cilíndrica Interna (figura 6)

Normalmente a peça fica presa ao cabeçote da máquina, com movimento de rotação. O

movimento de avanço pode ser realizado pelo cabeçote ou pelo rebolo. Este movimento é axial de ida e

volta. Quando na volta do rebolo este sai da peça, acontece um pequeno movimento de penetração, para

que uma nova camada de material seja retirada no próximo avanço da ferramenta. Geralmente são

necessárias diversas passadas do rebolo para se retirar todo o sobremetal. Existem algumas retificadoras

que não tem movimento de rotação no cabeçote porta-peça e o rebolo tem movimento planetário.

O fato da retificação interna exigir que o rebolo fique em balanço, causa maior imprecisão no

processo, devido à deflexão do eixo porta-rebolo. Também a necessidade de se ter um rebolo com

diâmetro pequeno para poder entrar no furo, faz com que sua rotação tenha que ser bastante alta (por

volta de 15000 RPM) para que se possa obter velocidades periféricas similares às da retificação externa.

1.4 - Retificação Plana

Costuma-se distinguir entre a retificação plana tangencial e frontal. Na retificação plana

tangencial (figura 7) o eixo do rebolo é paralelo à superfície retificada. . O movimento da mesa porta-

peças pode ser retilíneo ou circular. No primeiro caso, a mesa executa um movimento de avanço

alternativo e um movimento de avanço transversal, enquanto o rebolo executa o movimento em

profundidade. Na retificação plana frontal (figura 8) o eixo do rebolo é perpendicular à superfície

retificada. Em geral o diâmetro do rebolo é maior que a largura da peça, dispensando o avanço

transversal. Muitas vezes nestes casos o diâmetro do rebolo é bem maior que a peça, o que possibilita a

usinagem de diversas peças simultaneamente, aumentando em muito a produtividade do processo.

2 - CARACTERÍSTICAS E SELEÇÃO DO REBOLO

Os elementos que caracterizam uma ferramenta abrasiva, isto é, os elementos que precisam ser

especificados na escolha de um rebolo, são:

- natureza do abrasivo;

- tamanho do grão;

- dureza da ferramenta;

- estrutura;

- tipo de liga.

A seguir estão alguns comentários sobre cada um destes elementos.

A) Natureza do Abrasivo

Os abrasivos podem ser naturais ou artificiais. Os abrasivos naturais são o quartzo, o esmeril, o

corindon, o diamante, etc. Este tipo de abrasivos somente são empregados em ferramentas específicas

como lixas, por exemplo. Os abrasivos artificiais tem uma utilização muito mais abrangente. Os

principais abrasivos artificiais são o óxido de alumínio e o carboneto de silício, e também são

empregados os chamados superabrasivos, como o nitreto de boro cúbico (CBN) e o diamante

policristalino (PCD).

A seguir segue uma descrição de alguns tipos destes abrasivos:

Óxido de alumínio (Al2O3) - indicado para a retificação de materiais de alta resistência à tração tais

como aço carbono, ligas de aço, aço rápido, ferro fundido maleável, ferro fundido nodular e outros

metais similares. É classificado nos seguintes tipos:

- Óxido de Alumínio Comum (A) - é denominado pela firma Carborundum de Aloxite A e pela

Norton por Alundum 19A (Norton e Carborundum são duas fabricantes de rebolos). Apresenta 96 a 97%

de Al2O3 cristalizado e a dureza é de 2000 Knoop. Utilizado em operações de desbaste e retificações

cilíndricas em geral, exceto em aços de elevada dureza e sensíveis ao calor.

- Óxido de Alumínio Branco (AA) - também chamado de Aloxite AA pela Carborundum e

Alundum 38 pela Norton, é uma forma mais refinada do óxido de alumínio comum, chegando a ter 99%

de Al2O3. Possui alta dureza e friabilidade (contrário de tenacidade) e é utilizado principalmente em

usinagens leves onde seja preciso evitar o aquecimento superficial.

- Óxido de Alumínio Rosa - é obtido através da adição de Cr2O3 em porcentagens que variam de

0.2 até 2.5%. Possui dureza levemente superior ao branco e alta friabilidade.

- Óxido de Alumínio Zirconado - utilizado em rebolos com ligas resinóides especialmente para

desbastes de lingotes de aços especiais, particularmente os inoxidáveis. Contém óxido de zircônio em

teores de 10 a 40%. Apresenta alta tenacidade.

Carboneto de Silício (SiC) - indicado para a retificação de materiais de alta dureza como o ferro fundido

cinzento, materiais não ferrosos (principalmente o metal duro) e não metálicos. Seus prinicpais tipos são:

- Carboneto de Silício Comum - é denominado de Carborundum C pela Carborundum e

Crystolon 37 C pela Norton. Utilizado nas retificações em geral dos materiais citados acima.

- Carboneto de Silício Verde - é uma variedade do anterior, indicado especialmente para o

trabalho em pastilhas de metal duro. É denominado de Carborundum GC pela Carborundum e Crystolon

39 C pela Norton. Por ser uma forma cristalina mais pura que a do SiC comum, apresenta mais

facilidade de ruptura dos seus cristais.

Como já citado acima, além destes dois tipos de abrasivos existem ainda o diamante artificial,

usado para a retificação de materiais não ferrosos (ferramentas de metal duro, peças cerâmicas,

porcelana, vidro e corte de pedras) e o nitreto de boro cúbico (CBN), utilizado principalmente para

materiais ferrosos (ferros fundidos e aços de extrema dureza). O CBN se apresenta em dois tipos. O

primeiro, com recobrimento de 60% em peso de níquel, recomendado para ferramentas com ligante

resinóide, e uma outra qualidade sem recobrimento, para ligas vitrificadas e metálicas. Os diamantes

podem ser revestidos com uma quantidade de níquel ou cobre de até 50 a 60% em peso, o que limita a

transmissão de calor para a liga e melhora a adesão grão-liga, além de prover alguma proteção contra o

ambiente. São utilizados em rebolos com ligas resinóides (para cortar metais duros e/ou para operações

de precisão com ou sem fluido de corte) ou com ligas metálicas (para trabalhos com exigências de

manutenção do perfil do rebolo, sempre com fluido de corte, para corte de pedras, cerâmicas ou vidros).

As características do diamante artificial usado como grão abrasivo variam desde o grão

policristalino de forma irregular, fraco e friável (ou frágil) até o grão monocristalino com forma regular e

tenaz. Os grãos mais frágeis são aplicados principalmente para a retificação de metal duro com rebolos

com liga resinóide, tendo os grãos recobertos com níquel. Os grãos monocristalinos e mais fortes e

tenazes são usados principalmente com liga metálica para cortar cerâmicas, pedras, vidros e outros

materiais duros e frágeis.

Em comparação com o diamante, uma importante vantagem do CBN é sua estabilidade térmica.

Normalmente ele resiste à oxidação até temperaturas da ordem de 1300o C, enquanto o diamante é

estável termicamente até 800oC. Uma consequência importante deste fato é a possibilidade de se usar o

CBN em um rebolo com liga vitrificada. Rebolos de CBN com liga vitrificada incendeiam-se em uma

temperatura muito mais alta que o diamante.

Recordando algumas consequências das características do grão abrasivo, alta tenacidade implica

que o grão abrasivo dificilmente fratura-se cada vez que impacta contra a peça, enquanto um grão mais

friável (menos tenaz) regenera suas arestas abrasivas através da fratura (auto-afiação) a medida que o

grão .perde a afiação durante o uso. Em geral, grãos menores do mesmo material são menos friáveis, já

que que eles são produzidos pela moagem de grãos mais grossos. Grãos mais duros e mais friáveis são

aplicados geralmente para operações de precisão, enquanto grãos mais tenazes de tamanhos maiores são

mais adequados para cortes mais pesados.

A tabela 1 apresenta algumas propriedades dos materiais abrasivos.

Tabela 1 - Algumas Propriedades de Materiais Abrasivos usados na Retificação

Óxido de

Alumínio

Carboneto de

Silício

Nitreto Cúbico de

Boro

Diamante

Estrutura

Cristalina

Hexagonal Hexagonal Cúbica Cúbica

Densidade

(g/cm3)

3.98 3.22 3.48 3.52

Ponto de Fusão

(oC)

2040 ~2830 ~3200 a 105 kbar ~3700 a 130 kbar

Dureza Knoop

(kg/mm2)

2100 2400 4700 8000

B) Tamanho do Grão

O tamanho do grão é representado por um número que corresponde ao número de malhas por

polegada linear da peneira de classificação. Um grão 60, por exemplo, irá passar livremente numa

peneira de 60 malhas por polegada linear, mas ficará retido em uma peneira com 61 ou mais malhas.

Estes números classificam-se segundo a escala granulométrica mostrada na tabela 2.

Para a seleção do tamanho de grão, as seguintes regras devem ser obedecidas:

- Grãos grossos devem ser escolhidos:

a) para materiais moles, dúteis ou fibrosos, como aços moles ou alumínios;

b) para remoção de grande volume de material (desbaste);

c) onde não se exige boa qualidade superficial;

d) para grandes áreas de contato.

- Grãos finos devem ser escolhidos:

a) para materiais duros ou quebradiços, como metal duro ou vidro;

b) quando se deseja bom acabamento superficial;

c) para pequenas áreas de contato;

d) para manutenção de bordas e perfis de pequenas dimensões.

Tabela 2 - Escala Granulométrica

Muito Grosso Grosso Médio Fino Muito Fino Pó

6 16 36 100 280 600

8 20 46 120 320 700

10 24 54 150 400 800

12 30 60 180 500 1000

14 70 220 1200

80 240 1600

90

C) Dureza

A dureza de uma ferramenta abrasiva representa o grau de coesão dos grãos com o

aglomerante. É portanto um índice da resistência com que o grau abrasivo é retido no

material aglutinante. Se esta coesão for grande, capaz de resistir aos esforços de

retificação que procuram retirar o grão do rebolo, o mesmo é classificado como dura. Em

caso contrário tem-se uma liga mole. Segundo a ABNT, a dureza dos rebolos é classificada

em ordem crescente por letras que vão de E a V, a saber:

E - F - G rebolos muito moles

H - I - J - K rebolos moles

L - M - N - O rebolos de dureza média

P - Q - R rebolos duros

S - T - U - V rebolos muito duros

D) Estrutura

.Indica a concentração volumétrica de grãos abrasivos no rebolo. A estrutura de um rebolo é

representada pela série de números inteiros a partir de 1, sendo:

de 1 a 4 - rebolo com bastante abrasivos- fechado

de 5 a 7 - estrutura média

de 8 a 12 - estrutura aberta

acima de 12 - rebolos com poucos grãos (pouco abrasivos)

Uma estrutura mais aberta de grãos idênticos, em geral dá um acabamento mais grosseiro que

uma estrutura mais fechada. Por outro lado, conforme os grãos abrasivos cortam a peça, deve-se procurar

um meio de retirar os cavacos da zona de retificação. Os vazios da estrutura do rebolo fornecem o meio

para rápida remoção do cavaco. .

E) Ligas

A liga é o componente do rebolo que mantém os grãos abrasivos unidos. Os principais tipos de

ligas são:

- Vitrificada - é a liga mais comum para retificações de precisão. Sua rigidez facilita a

manutenção do perfil do rebolo, permitindo trabalhos com maior precisão. Não resiste a grandes

impactos ou pressões e não é afetada pela água, óleos ou ácidos. Trabalham normalmente com

velocidade periférica de 33 m/s. No entanto, operações a 60 m/s são comuns atualmente e ligas especiais

foram desenvolvidas para atender a esta necessidade. Seu símbolo na identificação do rebolo é a letra V.

- Resinóide - composta por resinas orgânicas, são ligas de elevadas resistência e resiliência.

Dependendo da construção do rebolo podem operar até a 100 m/s. Utilizada para operações de desbaste

pesado, cortes e operações que exijam alto nível de acabamento. Seu símbolo na identificação do rebolo

é a letra B.

Como esclarecido no exposto acima, cada característica do rebolo é representada por uma letra

ou número. Assim, um exemplo de especificação de um rebolo pode ser:

A 60 L 6 V 10W

Tipo de

Abrasivo

Granulometria Dureza Estrutura Liga Identificação

da liga

Quando se trata de rebolos superabrasivos, 2 dígitos extras são incluídos, quais sejam:

- Dígito de Concentração - vem logo após a letra referente à dureza do rebolo e indica a

quantidade de abrasivo contida no rebolo. O número da concentração é baseado numa escala

proporcional, onde tal número dividido por 4 é igual à porcentagem volumétrica de grãos contidos no

rebolo (por exemplo, uma concentração 100 significa 25% de grãos no volume total rebolo + liga).

Concentrações típicas para ligas resinóides ou metálicas variam de 50 a 150. As ligas superabrasivas

requerem uma concentração maior, o que torna o rebolo mais caro.

- Dígito de Profundidade do Abrasivo - o último dígito de especificação de um rebolo

superabrasivo é a profundidade de penetração do abrasivo, já que neste tipo de rebolo somente a casca

externa do rebolo contém liga e abrasivo.Normalmente este número está em polegadas ou milímetros.

2.1 - Fatores de Influência na Seleção das Características do Rebolo

Durante o ítem anterior, por diversas vezes foram dadas sugestões de critérios para a escolha de

cada característica do rebolo. Neste ítem, procura-se juntar todas estas sugestões e mais algumas, a fim

de que o leitor possa ter uma maior compreensão dos fatores que afetam a seleção de um rebolo. Estes

fatores são, principalmente:

A) Material da Peça

O material de peça influi na escolha do tipo de abrasivo, do tamanho do grão e da dureza do

rebolo.

Aços em geral e suas ligas devem ser retificados usando o óxido de alumínio como abrasivo ou,

se a escolha recair sobre os superabrasivos, o nitreto de boro cúbico. Já o carboneto de silício é

apropriado para a retificação do ferro fundido, metais não ferrosos (principalmente o metal duro) e não

metálicos.

Com relação ao tamanho do grão, materiais duros e frágeis, que tendem a formar cavacos curtos,

devem ser retificados com rebolos de grãos finos e a retificação de materiais moles e dúteis, que tendem

a formar cavacos longos, deve ser feita com rebolo de grãos grossos.

Materiais duros que já receberam o tratamento térmico final, devem ser retificados com rebolo

de baixa dureza, que geram menos calor e, por isso, fazem com que o risco de se danificar a estrutura

superficial da peça seja menor. Materiais moles, nos quais o dano gerado pelo calor é pequeno e não

causa perda do tratamento térmico, devem ser retificados com rebolos duros.

B) Volume de Material Removido e Acabamento Superficial da Peça

O volume de material removido da peça, que está diretamente ligado ao seu acabamento

superficial, influi na seleção das seguintes características do rebolo:

- Tamanho do Grão - quanto maior o grão, maior a remoção de material da peça e pior o

acabamento superficial. Então, rebolos com grãos grossos são recomendados para operações de desbaste,

enquanto rebolos com grãos finos, para operações de acabamento.

- Liga - a liga vitrificada deve ser utilizada quando se deseja um acabamento médio da peça,

enquanto a liga resinóide se presta para acabamentos de alta qualidade. Para se obter muito bom

acabamento superficial, necessita-se de grande velocidade periférica do rebolo, que somente pode ser

obtida com rebolos resinóides. Os rebolos resinóides, por outro lado, também podem ser usados em

operações onde se deseja retirar grande quantidade de material.

C) Fluido de Corte

A existência ou não do fluido de corte afeta na seleção da dureza do rebolo. Operações

refrigeradas eficientemente permitem o uso de rebolos com dureza mais elevada sem "queimar" a peça.

O uso de refrigerantes e durezas mais elevadas permitem um incremento na produtividade do rebolo.

D) Velocidade do Rebolo

A velocidade de um rebolo é limitada pela resistência da liga aglomerante. Ligas vitrificadas

trabalham normalmente até 33 m/s e algumas ligas vitrificadas especiais, até 45 ou 60 m/s. Acima disso,

torna-se insegura a utilização do rebolo. Já os rebolos resinóides operam normalmente até 48 m/s, sendo

que alguns tipos especiais podem chegar até 80 m/s.

Como vai ser visto posteriormente neste trabalho, quanto maior a velocidade periférica do

rebolo, mais duro será seu comportamento.

E) Área de Contato

Quanto maior a área de contato rebolo-peça, maior deve ser o grão e o rebolo deve ser mais

macio e mais poroso. A explicação para este fato se encontra posteriormente neste trabalho.

F) Potência da Máquina

Rebolos duros, que resistem às forças de usinagem e não soltam os grãos do rebolo, fazendo

com que os mesmos percam sua agressividade e, portanto, fazendo com que as forças de corte

aumentem, devem ser especificados para máquinas de alta potência.

3 - PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO

Para que se possa entender alguns fenômenos do processo de retificação como o desgaste do

rebolo e as forças de usinagem que agem no processo, necessário se faz a definição de alguns parâmetros

de importância para a retificação. São eles:

A) Diâmetro Equivalente (De)

Parâmetro criado por Hahn, 1971, a fim de representar a conformidade entre as superfícies da

peça e do rebolo. De outro modo, pode-se entender o diâmetro equivalente como sendo aquele que o

rebolo deve ter para proporcionar a mesma geometria de corte de uma operação plana tangencial.

Ele é dado pela equação (1):

Ds

De = ( mm ) ( 1 )

Ds

1

Dw

onde : De = diâmetro equivalente;

Ds = diâmetro do rebolo (mm);

Dw = diâmetro da peça (mm).

O sinal positivo refere-se à operação cilíndrica externa e o sinal negativo à operação cilíndrica

interna. A figura 9 mostra um exemplo do conceito de diâmetro equivalente. Trata-se portanto de um

parâmetro de interrelação entre operações distintas como retificação plana tangencial e retificação

cilíndrica e que é muito utilizado em estudos cinemáticos do processo.

B) Comprimento de Contato (Lc)

A figura 10 mostra uma retificação plana tangencial (diâmetro do rebolo = diâmetro

equivalente). O arco formado entre A e B pode ser aproximado pela reta AB', pois:

senLc/(De/2) e = arco AB/(De/2)

Quando o ângulo é pequeno (menor que 5 graus), sen. Portanto:

Lc/(De/2) = arco AB/(De/2) Lc = arco AB

No triângulo AB'C tem-se: AC= De/2; CB' = (De/2) - a; AB' = Lc

Por Pitágoras e cancelando-se os valores desprezíveis, chega-se a:

(mm)

de onde se conclui que o diâmetro equivalente tem influência direta no comprimento de contato (Lc),

que é co comprimento de corte de cada grão abrasivo durante o processo.

Figura 10 - Representação Esquemática da Zona de Corte

C) Espessura de Corte Equivalente (heq)

Este parâmetro foi definido por Peters e Decneut, 1975, a partir do estudo de diversas teorias

sobre retificação que vêm sendo desenvolvidas desde o início do século, com a intenção de oferecer uma

ferramenta prática que permita otimizar as condições de trabalho, sem que haja a necessidade de lançar

mão de recursos como ábacos e gráficos. Fisicamente pode-se entender tal parâmetro como a espessura

da camada de material que é removida pelo rebolo, com a velocidade periférica deste, e cuja taxa de

remoção específica equivale à taxa de material que é retirada da peça no tempo. Em outras palavras,

trata-se da espessura que teria uma fita de cavaco caso fosse possível retirá-la na retificação, conforme

pode ser visto na figura 11.

Tal parâmetro é definido pela equação:

4 - MECANISMO DE FORMAÇÃO DE CAVACO NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO

A formação do cavaco no processo de retificação se dá de uma maneira diferente dos demais

processos de usinagem. A retificação é um processo abrasivo e, portanto, a abrasão é fator fundamental

na retirada de cavaco. O rebolo é uma ferramenta com uma quantidade muito grande de arestas de corte

distribuídas de forma aleatória. Cada grão, ao entrar em contato com a peça, possibilita a formação de

um cavaco muito pequeno. Devido à natureza frágil dos materiais abrasivos, estes formam arestas de

formas e tamanhos aleatórios quando são fraturados durante a dressagem. Em geral, apenas partes mais

salientes dos grãos formam arestas de corte ativas. Estas são em grande número, suas geometrias são

completamente diversas e variam ao longo do tempo, conforme a ferramenta trabalha. Sendo assim é

praticamente impossível estabelecer-se uma forma geométrica segura e definida para uma ferramenta.

Pode-se estabelecer uma forma hipotética de aresta de corte que possibilita o desenvolvimento

de diversas teorias sobre a remoção de cavaco na retificação. O fato de haver uma superfície plana na

superfície de folga das arestas, a qual tem área variável, é modelado pelo raio de ponta que aparece na

aresta hipotética. Esta forma hipotética é mostrada na figura 12. Pode-se definir hcu como sendo a

profundidade prevista de penetração do grão abrasivo sobre a peça. Define-se ainda a grandeza "grau de

afiação" como a relação entre hcu/s (onde s é o raio de ponta do grão, estimado estatisticamente).

Figura 12 – Forma hipotética de um grão abrasivo

Com esta forma definida de aresta de corte, pode-se agora formular uma teoria sobre sua

interação com a peça a ser usinada, sem no entanto se esquecer de que as arestas de corte que agem

simultaneamente são em grande número, de distribuição aleatória na superfície do rebolo e com

profundidades de atuação diferentes. Quando uma aresta interage com o material da peça seguindo a

trajetória do movimento do rebolo, três regiões podem ser definidas, conforme mostra a figura 13.

Figura 13 – Mecanismo de formação do cavaco na retificação

Região I - Nesta região a aresta do grão abrasivo age na peça com um ângulo de incidência e

uma velocidade Ve. Devido à elasticidade da peça, do grão abrasivo e principalmente da liga, nesta etapa

só existem deformações elásticas. A energia é gasta em deformações e atrito da face de folga da aresta

com o material da peça.

Região II - Seguindo a trajetória, a aresta do grão aumenta a interação com a peça. A deformação

aumenta atingindo o limite plástico do material. Nesta etapa, embora ocorram tanto deformações

elásticas como deformações plásticas, ainda não há formação do cavaco, Apenas o material é deformado

formando rebarbas laterais ou simplesmente perdendo a parcela de deformação elástica e escoando de

volta à posição normal, atritando com a superfície de folga da aresta do grão abrasivo. Uma parcela a

mais de energia é dispendida na deformação plástica e em atrito nas superfícies laterais e de folga da

aresta.

Região III - Conforme a aresta do grão abrasivo prossegue em sua trajetória, aumenta a

deformação do material até um valor Tu e a pressão atinge um valor Pc, chamada pressão crítica de

corte. Esta pressão é a mínima necessária para que ocorra ruptura do material no processo de corte. A

partir deste ponto é que se inicia o corte e consequentemente a formação do cavaco. A partir deste ponto

os fenômenos de escoamento e cisalhamento do material ocorrem simultaneamente. Devido à parcela de

deformação elasto-plástica resultante das primeiras fases, apenas parte da profundidade de corte hcu é

realmente cortada, sendo esta parte chamada hcuef.

A força de retificação medida através de dinamômetros, na verdade é o resultado do somatório

das forças exercidas em cada uma das arestas ativas dos grãos da face do rebolo. Dada a fenomenologia

da formação do cavaco mostrada acima, a força de retificação exercida por um grão é composta de 3

parcelas: atrito, riscamento e remoção de cavaco e, por sua vez, a força total de retificação é formada do

somatório das forças exercidas por cada uma das arestas ativas, dentro das 3 regiões do micro-fenômeno

de remoção do cavaco. Da mesma forma o volume total de material removido na operação de retificação

resulta do somatório do volume removido em cada aresta com profundidade hcuef. Para que o processo

de retificação tenha maior rendimento a relação hcuef/hcu deve ser a maior possível, isto é, as

deformações elásticas e plásticas das regiões I e II devem ser as menores possíveis. Para que isto

aconteça é necessário que o grão apresente alto grau de afiação.

Este tipo de formação de cavaco, aliado à alta velocidade dos grãos abrasivos (cerca de dez vezes

maior que a velocidade em processos como o torneamento), geram os seguintes fatos:

- As forças normais (radiais) são bem superiores às forças tangenciais, pois o atrito prevalece

sobre a força de corte;

- Altas temperaturas de corte são desenvolvidas (1000 a 16000 C) - como o tempo de exposição

à esta temperatura é muito curto (da ordem de milésimos de segundo), é possível ao material atingir e

superar sua temperatura de fusão sem se fundir.

- A energia total requerida para o processo de retificação é da ordem de 2 a 20 vezes maior que

para outros processos de usinagem, para o mesmo volume de cavaco removido na unidade de tempo.

Como em outros processos, quase toda esta energia se transforma em calor;

- Em números médios, 85% deste calor gerado vai para a peça, 5% para o cavaco e 10% para o

rebolo. O calor que vai para o rebolo não causa efeito danoso considerável, pois o rebolo é de material

refratário, na maioria das vezes é bem grande e tem bastante área para receber o calor. O calor que vai

para o cavaco também não causa preocupações. O problema maior está no calor que vai para a peça, já

que esta recebe a maior parcela de calor. Tal calor pode determinar mudanças estruturais na superfície da

peça, que na maioria das vezes já recebeu o tratamento térmico e gerar erros de forma e dimensão na

peça, o que é muito grave, pois, em geral, a retificação é o último processo de usinagem de uma

superfície, aquele que proporciona as dimensões finais da peça, isto é, determina sua qualidade. Por isso,

existe uma necessidade de utilização de fluido de corte de uma maneira abundante e eficiente. Também,

as condições de usinagem e as características do rebolo devem ser tais que minorem este problema.

5 - DRESSAGEM, DESGASTE E VIDA DO REBOLO

A) Conceitos sobre Dressagem

A operação de afiação de rebolos, comumente conhecida como dressagem, visa restaurar a

capacidade de remoção de material da ferramenta, restabelecer sua concentricidade e, em algumas

operações, a forma da superfície do rebolo. A dressagem pode ser efetuada de várias maneiras

dependendo do tipo de dressador.

Os dressadores podem ser divididos em 2 grandes grupos: dressadores estáticos (só possuem

movimento de avanço) e dressadores rotativos (possuem movimento de rotação).

Os tipos mais comuns de dressadores rotativos são o rolo dressador e o disco dressador. Em

geral são constituídos de material metálico impregnado com grãos de diamante. Durante a dressagem

possuem movimento rotativo próprio e são colocados em contato com a superfície de trabalho do rebolo.

Devido à diferença de velocidades entre as superfícies de ambos ocorrem choques que promovem a

quebra ou extração dos grãos abrasivos desgastados do rebolo. O rolo dressador possui, em geral, a

mesma largura do rebolo, não necessitando portanto de movimento axial, o que não acontece com o

disco dressador que deve ser movimentado lateralmente. O disco dressador é mais utilizado no

perfilamento de rebolos para operações de forma, pois seu perfil de atuação é bastante uniforme. A

grande utilização do rolo dressador é em dressagens contínuas, isto é, durante a operação de retificação,

principalmente em "creep-feed" (operação de retificação com altos valores de profundidade de corte e

baixa velocidade de avanço).

Os dressadores estáticos recebem este nome por não trabalharem com movimento na direção

tangencial do rebolo. Trabalham de maneira semelhante ao torneamento onde a peça a ser torneada é o

rebolo. O dressador pode ser constituído de vários pequenos grãos de diamante aglomerados por uma

liga metálica (bastão dressador, placa, etc.) ou então de uma única ponta de diamante .

Além destes tipos de dressadores já tradicionais e bastante utilizados, novas ferramentas e

processos de dressagem tem sido desenvolvidos ultimamente, tais como: rolo de crushing, jato abrasivo

e dressagem a laser.

A1) Cinemática da Operação de Dressagem

O dressador escolhido para este estudo é o dressador estático de ponta única, porque apresenta

perfil geométrico de atuação definido e também é o mais utilizado na retificação de precisão.

O mecanismo cinemático da operação de dressagem consiste em deslocar o dressador

transversalmente ao rebolo, enquanto este perfaz seu movimento de rotação. A penetração do dressador a

uma determinada profundidade de dressagem (ad), implica numa largura de atuação de dressagem (bd)

(figura 14) valor este que pode ser determinado medindo-se a ponta do dressador com um projetor de

perfis. Pode-se aproximar a largura de atuação bd pela expressão:

onde rp é o raio médio da ponta do dressador.

Figura 14 – Esquema do dressador estático de ponta única

Desta forma, ao deslocar-se o dressador com um determinado passo de dressagem (Sd) o rebolo

será dressado removendo-se grãos abrasivos equivalentes à área de dressagem (Asd). A largura real de

atuação (bdr) do dressador é determinada por:

A área Asd aumenta com o valor de Sd, desde que bdr seja maior que Sd, e com o valor da

profundidade de dressagem. A quantidade de material removido a cada rotação do rebolo cresce portanto

com o aumento da profundidade de dressagem e do passo de dressagem até o limite Sd = bd.

A operação de dressagem provoca o corte e a fratura dos grãos abrasivos pelo dressador, além de

gerar uma hélice (rosca) na superfície do rebolo por onde passa o dressador. Desta operação surgem 2

efeitos que são classificados por:

- Macroefeito - a sua formação é função do formato do dressador, da sua profundidade de

penetração e do passo de dressagem. Este fenômeno determina a posição em que as arestas dos grãos

abrasivos estão localizadas na superfície do rebolo. Pode-se dizer também que o macroefeito é a rosca

que o dressador faz na superfície do rebolo. Tal efeito provoca uma diminuição na densidade dos grãos

ativos de um rebolo.

- Microefeito - é formado pelo arrancamento dos grãos desgastados e fratura dos grãos que não

se desgastaram por completo, onde novas arestas de corte são geradas pelo dressador. O grau de afiação

das arestas depende das condições de dressagem e da friabilidade do grão abrasivo (capacidade de formar

novas arestas cortantes quando fraturado). O fenômeno do microefeito está relacionado com o tipo de

aresta que é formada nos grãos abrasivos durante a operação de dressagem, podendo tornar o rebolo mais

agressivo ou não.

Pode-se afirmar que para dressagens grosseiras (ad e Sd grandes), partes grandes dos grãos são

quebradas e maiores arestas afiadas se formam. Por outro lado, para dressagens finas (ad e Sd pequenos)

há a formação de planos na superfície dos grãos tornando-os pouco agressivos. Isto ocorre devido à

remoção ou fratura de partículas muito pequenas de cada grão abrasivo.

Em dressagens grossas portanto, o macroefeito torna a superfície do rebolo mais agressiva, pela

diminuição da densidade de grãos ativos e o microefeito também causa um acréscimo da agressividade,

pelo aumento do grau de afiação das arestas. Desta forma o rebolo se torna duplamente agressivo,

proporcionando um aumento significativo de sua capacidade de remoção de material. Para dressagens

finas o macroefeito é quase inexistente, não exercendo influência alguma e o microefeito é pouco

agressivo.

O macroefeito pode ser representado pelas ondulações Wt formadas na superfície do rebolo, que

podem ser determinadas teoricamente pela expressão:

Conclui-se portanto que as ondulações (e, consequentemente, o macroefeito) são proporcionais

ao quadrado do passo de dressagem, inversamente proporcionais ao raio de ponta do dressador e não

dependem da profundidade do dressador (desde que Sd seja menor que bd).

A figura 15 mostra quantitativamente o macro e o microefeitos produzidos por mecanismos de

dressagem em 2 rebolos com granulometria diferentes. Observa-se nesta figura que quando se tem

rebolos com granulometria grossas, dressados grosseiramente (ad e Sd grandes) a amplitude do

macroefeito é mais próxima da amplitude do microefeito. Já no caso de rebolos com granulometria fina

com dressagens grossas, a amplitude do macroefeito predomina sobre o microefeito. Nesse caso a ação

do macroefeito também é maior que a do microefeito. Nas dressagens finas (ad e Sd pequenos) a única

ação agressiva é do microefeito.

Figura 15 – Macro e micro efeitos de dressagem para rebolos com granulometria diferentes

Antes de se terminar este ítem é importante se definir o parâmetro "grau de recobrimento" (Ud)

segundo a expressão abaixo:

Um grau de recobrimento grande representa uma dressagem fina e um grau de recobrimento

pequeno uma dressagem grosseira.

A2) Influências das Condições de Dressagem na Formação do Cavaco

Através da dressagem pode-se alterar o grau de afiação e consequentemente a contribuição de

cada região de formação do cavaco (descritas no ítem 4) para o gasto total de energia na remoção de

cavacos. Uma operação de dressagem agressiva deve proporcionar também uma menor densidade de

grãos ativos (pela ação do macroefeito) com arestas mais pontiagudas. A menor densidade de grãos

ativos proporciona uma maior profundidade de corte por aresta, o que diminui as perdas percentuais com

atrito e riscamento, levando a uma força por grão maior, mas a uma força total de retificação menor. Isto

ocorre porque o somatório das forças dispendidas com atrito e riscamento será menor. Da mesma forma,

as arestas mais pontiagudas significam um menor raio de ponta, ou seja, o grau de afiação do grão é

maior e a pressão crítica ocorre antes, assim como o início da região III. Ambos os fatores contribuem

para que a energia gasta na remoção de cavacos seja menor. A deformação do material é menor

aumentando hcuef. Deste modo, a maior parcela de energia gasta durante a formação de cavacos é

aplicada na região III, aumentando-se a eficiência do processo.

O contrário ocorre com a dressagem fina (ad e Sd pequenos) ou com o desgaste dos grãos, onde

se tem altas densidades de grãos ativos, pela minimização do macroefeito e pela formação de grandes

raios de ponta.

A3) Influência da Dressagem no Desempenho do Processo

A figura 16 apresenta a relação obtida entre o grau de recobrimento e a agressividade do rebolo

(medida por um método semelhante ao teste da esfera retificada, descrito no ítem 6 deste trabalho) para 2

tipos de rebolos. Três aspectos básicos podem ser observados na figura: o aumento da agressividade com

a diminuição do grau de recobrimento, o ponto de máximo da agressividade no grau de recobrimento

igual a um e o espalhamento das curvas quando Ud = 1. Estes resultados estão de acordo com o que se

discutiu

Figura 16 – Agressividade do rebolo com diferentes graus de recobrimento de dressagem

anteriormente: para graus de recobrimento menores e profundidades de dressagem maiores, o caráter

agressivo do microefeito é somado ao macroefeito resultando numa superagressividade do rebolo.

Observa-se também na figura 16 um decréscimo da agressividade para valores de Ud menores

que 1. Isto ocorre pois nesta região o passo de dressagem é maior que a largura de atuação do dressador,

ficando um patamar não dressado no rebolo

Outro fato digno de nota nesta figura é que quando Ud cresce (para valores maiores que Ud = 1)

a influência de ad na agressividade do rebolo diminui, tornando-se inexistente para valores de Ud

maiores que 3.5, principalmente para rebolo fino (grana 80).

Outra questão que surge com a observação da figura 16 é quanto o macroefeito tem influência no

aumento da agressividade para Ud próximo de 1. A partir das condições de dressagem usadas no ensaio

desta figura e do raio de ponta médio medido no dressador, determina-se que as ondulações Wt passam a

ter valores significativos para Ud < 3.5. A variação da agressividade para Ud > 3.5 pode então ser

atribuída exclusivamente ao microefeito.

A figura 17 mostra a relação entre a altura das ondulações (Wt) e a agressividade do rebolo.

Fixando-se um valor para Wt fica determinada uma geometria do macroefeito, uma vez que o desgaste

sofrido pelo dressador durante os testes não é suficiente para mudar de maneira considerável sua

geometria. O espalhamento das curvas desta figura se deve então à ação do microefeito de dressagem, de

acordo com a profundidade ad utilizada. Isto confirma a hipótese de que o microefeito é mais agressivo

quanto maior a profundidade pois, quanto maior a parte fraturada dos grãos, mais afiadas e agudas são as

arestas de corte resultantes.

Ainda na figura 17, observa-se para cada curva o aumento da agressividade com o acréscimo da

altura das ondulações. Este acréscimo se deve à ação agressiva do macroefeito que tem seu valor

máximo na altura Wt correspondente a Ud = 1. Isto confirma a teoria a respeito das variações da

densidade de grãos devido ao macroefeito. Outro resultado importante é a possibilidade de se obter em

um rebolo com granulometria fina submetido a dressagens agressivas, agressividade semelhante a um

rebolo com grãos mais grossos (o que também pode ser visto na figura 16).

No ítem A2 deste trabalho foi mostrado porque quando se tem um menor número de arestas

ativas se tem uma maior força por grão, mas uma menor força total de corte. De acordo com a teoria lá

explicada, superfícies de corte mais agressivas contam com profundidades de penetração maiores para

cada grão. Isto acarreta um aumento da profundidade dos sulcos de rugosidade da peça. Os resultados

mostrados na figura 18 comprovam isto. Nela pode-se observar o aumento da rugosidade superficial em

condições de dressagem agressivas e também o ponto de máximo das curvas em Ud = 1.

Figura 17 – Agressividade do rebolo contra ondulações do rebolo

Figura 18 – Rugosidade da peça (Ra) contra grau de recobrimento de dressagem

A figura 19 apresenta resultados típicos das forças específicas tangencial e normal para 2 tipos

de rebolos. Observa-se a grande diminuição da força de retificação na região de formação do

macroefeito.

Com estes resultados as ações do macro e micro efeito de dressagem podem ser entendidas. Os 2

fenômenos caracterizam bem a influência da profundidade de dressagem e do grau de recobrimento nas

características topográficas do rebolo e, por consequência, nos resultados da retificação. Com relação à

utilização do grau de recobrimento da dressagem como parâmetro único para a o estabelecimento dos

parâmetros de dressagem, pode-se acrescentar que:

- para valores altos de Ud o maior número de choques ocorridos anulam o efeito de tamanho das

arestas resultantes da fratura na agressividade das mesmas. Este número de colisões é igual ao valor de

Ud. Por este motivo o grau de recobrimento é um parâmetro importante para caracterizar as baixas

agressividades do rebolo que ocorrem neste caso;

Figura 19 – Forças normal e tangencial contra grau de recobrimento do rebolo

- nas situações em qua a largura de atuação do dressador e o passo de dressagem proporcionam

um menor número de colisões entre o grão e a ponta do dressador (valores menores de Ud), a influência

da profundidade de dressagem na agressividade se torna mais significativa.

Com relação à influência da profundidade de dressagem na agressividade, a medida que ela

aumenta, a camada de rebolo retirada compreende maior parcela do tamanho do grão. Isto aumenta a

possibilidade de formação de arestas mais pontiagudas que levam a uma maior agressividade da face de

trabalho. Conforme a profundidade vai crescendo, atinge-se um valor a partir do qual o acréscimo da

agressividade não é mais significativo. Este valor é denominado "profundidade limite de dressagem

(adlim)". A figura 20 mostra os resultados obtidos em 2 rebolos submetidos a testes para obtenção de

adlim. Observa-se que para todos os passos de dressagem, que definem as dimensões do macroefeito

juntamente com o perfil do dressador, o valor de estabilização da agressividade foi praticamente o

mesmo (em torno de 0.04 mm).

Figura 20 – Agressividade do rebolo contra profundidade de dressagem

A determinação de adlim é ponto fundamental para a especificação das condições ótimas de

dressagem para uma operação de retificação. A utilização de valores de ad maiores que adlim implica em

desperdício de rebolo já que um volume maior de rebolo está sendo retirado sem um correspondente

aumentos de rendimento da operação.

B) Desgaste e Vida da Ferramenta de Retificação

Dois fenômenos distintos, que dizem respeito à vida do rebolo, acontecem durante sua

utilização, quais sejam:

- Desgaste Volumétrico - quantidade de rebolo consumida durante um determinado ciclo da

operação, causando perda volumétrica ou diametral do rebolo;

- Perda de Afiação - decorrente do arredondamento das arestas cortantes e/ou do entupimento

das poros do rebolo.

Um rebolo pode sofrer desgaste volumétrico sem perder sua afiação (ou agressividade) e vice-

versa. Quando o grão sofre o atrito inerente ao processo, ele pode se fraturar e depois se desprender do

rebolo, causando o desgaste, ou simplesmente ter suas arestas arredondadas, causando a perda da afiação.

O acontecimento de um outro fenômeno depende principalmente da dureza do rebolo, das condições de

retificação e das características da peça. Um rebolo duro consegue segurar o grão por mais tempo e, com

isso, a perda da afiação acontece mais rapidamente. Um rebolo macio não consegue suportar as tensões

geradas pelo processo e solta o grão, gerando o desgaste volumétrico. Quando o desgaste volumétrico do

rebolo é nulo, logo ele perderá a afiação. Quando o desgaste é grande, ele sempre se encontra agressivo.

É conveniente, então, ter-se desgaste volumétrico na retificação? Com a usinagem, os grãos vão

se desgastando, o rebolo vai perdendo a agressividade, as forças crescem, até que os grãos se

desprendem dando lugar a novos grãos afiados. Isto seria o ideal, mas frequentemente são encontrados

rebolos que perdem a afiação, mas o aumento da força não é suficiente para arrancar os grãos e, para não

haver "queima" da peça e/ou prejuízo no acabamento superficial, o rebolo tem que ser dressado. Nos

dois casos (desgaste ou dressamento), a perda diametral do rebolo tem que ser compensada,

reposicionando-se o rebolo.

As transformações topográficas que o rebolo sofre ao longo da operação pode provocar

mudanças nos níveis de qualidade da peça de tal maneira que estes ultrapassem os seus limites, gerando

a necessidade de dressagem do rebolo (fim da vida do rebolo). Os limitantes da vida do rebolo são:

- Integridade Superficial da Peça - A temperatura no contato rebolo-peça cresce com a perda da

agressividade. Tal acréscimo de temperatura pode provocar transformação da estrutura do material da

peça, o aparecimento de queimas ou trincas na superfície da peça ou até a elevação nas tensões residuais;

- Erros de Forma - o aumento da temperatura no contato rebolo-peça, associado à falta de

homogeneidade do material e rigidez não uniforme do sistema máquina-ferramenta-peça-dispositivo

resultam em variações na profundidade de corte que levam aos erros de forma. Os erros de forma

também podem ocorrer, nas operações de mergulho, devido ao desgaste volumétrico do rebolo. Estes

erros ocorrem de forma mais acentuada nos cantos do rebolo e em pequenos raios de curvatura;

- Vibração - A vibração do sistema peça-dispositivo está relacionada com os fenômenos de auto-

excitação que ocorrem. Tais fenômenos acontecem mais facilmente quando a força de retificação

aumenta. O rebolo girando a altas rotações e sofrendo desgaste diferenciado ao longo de seu perímetro

devido à falhas de fabricação, provoca também variações da força de corte ao longo de uma volta do

rebolo. Tais variações dinâmicas excitam o sistema que começa a vibrar. A vibração pode chegar a tais

níveis que inviabiliza a continuidade da operação, sendo necessária uma nova dressagem;

- Acabamento Superficial da Peça - Em operações de mergulho a perda de agressividade, que

leva ao acréscimo de temperatura, provoca um maior fluxo lateral do material durante a passagem do

grão abrasivo. Este fenômeno gera um crescimento da rugosidade superficial da peça. Nas operações de

passagem, como é o caso da retificação sem centros de passagem, o desgaste volumétrico do rebolo

provoca mudanças na geometria da área de trabalho, que faz com que a rugosidade aumente.

- Erros Dimensionais - A dressagem pode ser feita como uma forma de se ter um

referenciamento da superfície de corte do rebolo. Isto é muito comum em retificadoras de comando

numérico, onde o conhecimento preciso da posição da superfície de corte é necessário;

- Forças Elevadas no Fim da Vida - Apesar de não ser uma grandeza normalmente utilizada

como critério de fim de vida de um rebolo, a força de retificação é a causadora de diversos problemas

que levam à dressagem do rebolo. Algumas máquinas especiais são equipadas com um sistema de

monitoramento da potência que podem ser utilizados para determinar o momento de dressagem do

rebolo. Os acréscimos de força chegam a ser tão significativos que a energia necessária para a operação

pode ultrapassar a disponível na máquina.

Resumindo, no desgaste volumétrico (também chamado de desgaste frágil) o comportamento do

rebolo é mole e do grão é mais friável e pode provocar: erros de forma em operações de mergulho,

aumento na rugosidade superficial em operações de passagem e variações dimensionais significativas na

peça. A perda de afiação ou agressividade (também chamada de desgaste dúctil) provoca acréscimo nas

forças de corte, aumento na temperatura de corte, aumento na rugosidade e nos erros de forma,

aparecimento de queima superficial e erros dimensionais devido às deformações excessivas do sistema

máquina-ferramenta-dispositivo-peça.

Normalmente os desgastes dúctil e frágil ocorrem simultaneamente, mas com intensidades

diferentes. Quando o fim da vida é marcado por características do desgaste dúctil e frágil

simultaneamente, diz-se que o desgaste é híbrido. Para se entender melhor o comportamento do desgaste

híbrido, deve-se primeiro entender o conceito de agressividade de estabilização.

Os grãos abrasivos estão sujeitos a dois tipos de forças durante o processo: a força de corte entre

o grão e o material da peça e a força de retenção entre o grão e a liga do rebolo. No desgaste frágil, uma

pequena perda de agressividade faz com que a força de corte passe a ser maior que a de retenção,

ocasionando a liberação ou ruptura de grãos abrasivos. Neste caso, a rugosidade e a força mantém-se

constante após um período curto de tempo, independente das condições de dressagem utilizadas. A

agressividade atingida nesta condição é a agressividade de estabilização.

Se a agressividade de estabilização for maior que a necessária para realizar a operação sem danos

de origem dúctil, o fim da vida será decorrente de erros causados pela perda volumétrica do rebolo,

independente da condição de dressagem que é utilizada. Quando o desgaste é dúctil o fim da vida é

atingido antes que a força de corte seja maior que a força de retenção dos grãos abrasivos. Desta forma

a agressividade de estabilização será menor que a necessária, causando problemas de origem dúctil,

como queima e vibrações, sem que o rebolo tenha um desgaste volumétrico significativo.

A otimização da vida de um rebolo deve ser obtida pela mudança nas condições de trabalho e

nas características do rebolo, de forma a fazer coincidir, no fim da vida do rebolo, os desgastes dúctil e

frágil. Neste caso a agressividade de estabilização é a ideal e o desgaste é considerado híbrido. Esta

condição é normalmente difícil de ser atingida, pois é muito difícil se obter a dureza do rebolo e as

condições de trabalho com tanta precisão.

O ponto de dressagem deve ser determinado criteriosamente para evitar que a dressagem seja

feita após este ponto. Neste caso são reduzidas peças com queima superficial, trincas, rugosidade

indesejada, etc.. Se a dressagem for feita antes deste ponto haverá perda de rebolo e tempo, já que ainda

existe capacidade de corte disponível na ferramenta.

B1) Mecanismos de Desgaste do Rebolo

O desgaste gerado pelo atrito que causa a perda da afiação do grão (desgaste dútil) é um

fenômeno tanto de natureza química, quanto mecânica. O desgaste de natureza química é mais

significante quando o abrasivo é muito mais duro que a peça como um todo ou qualquer uma de suas

fases. Quando o grão abrasivo interage com a peça nas elevadas temperaturas da zona de retificação,

inúmeras reações químicas podem ocorrer envolvendo o abrasivo, o material da peça, o aglomerante,a

atmosfera e o fluido de corte.

Este é o caso do diamante, que apesar da sua extrema dureza, não é adequado para a retificação

da maioria das ligas ferrosas. Esta comportamento pode ser atribuído principalmente à transformação do

diamante em grafite. Esta degradação do diamante parece ser mais rápida na presença do ferro não

saturado com carbono, devido à sua afinidade com o carbono. Isto explica porque o diamante é usado

com sucesso na retificação de alguns ferros fundidos de alto teor de carbono. O nitreto cúbico de boro,

embora muito mais mole que o diamante, é mais estável quimicamente em altas temperaturas e desgasta-

se muito menos na retificaçãoda maioria dos metais ferrosos.

Os abrasivos de carboneto de silício são muito mais duros que os de óxido de alumínio (ver

tabela 1), mas normalmente são inferiores àqueles na retificação da maioria dos metais ferrosos. Isto é

explicado pela tendência do carboneto de silício de reagir e aderir ao ferro em elevadas temperaturas. A

principal reação química é a dissociação do carboneto de silício e também pode ocorrer na retificação de

titânio e outros metais não ferrosos. A dissociação do carboneto de silício em elevadas temperaturas é

comandada pela sua afinidade com a peça. Portanto, o carboneto de silício tende a trabalhar melhor que

o óxido de alumínio em alguns metais ferrosos com excesso de carbono, o que é uma situação análoga

ao qua acontece com o diamante.

Além da atividade química, fatores mecânicos também contribuem significativamente para o

desgaste do rebolo. Para a maioria dos aços carbono ou aços liga, o parâmetro G normalmente é muito

menor quando se retifica o material no estado temperado do que em seu estado recozido, o que sugere

um efeito mecânico. Mas a dureza, por si só, não é necessariamente um indicativo da "retificabilidade"

dos materiais, incluindo aqueles cujas fases mais duras são mais moles que o óxido de alumínio.

Uma situação muito diferente acontece quando se retifica aços rápidos. As fases de carbonetos

dispersas nestes materiais são duras o suficiente para cortar ou quebrar o óxido de alumínio e causar um

valor de G muito pequeno, o que faz com que os rebolos de CBN sejam muito mais eficientes na

retificação destes materiais que os óxidos de alumínio. Os carbonetos mais duros de aços rápidos são os

de tungstênio, molibdênio e vanádio. Os carbonetos de tungstênio e molibdênio tem durezas similares ao

óxido de alumínio e o carboneto de vanádio tem dureza maior. Fica claro, que quanto maior a quantidade

de carbonetos no aço rápido, mais difícil se torna a retificação.

Além da quantidade de carbonetos presentes no aço, o desgaste do rebolo é também afetada pela

morfologia do carboneto. De particular interesse é o aço rápido produzido por metalurgia do pó, que

resulta numa distribuição muito fina e uniforme de carbonetos. Partículas pequenas e duras tendem a ser

menos abrasivas que as grandes, o que faz com que os rebolos se desgastem menos e tenham um

parâmetro G maior quando da retificação de aços rápidos com alto teor de vanádio produzido por

metalurgia do pó.

B2) Fluidos de Retificação e Lubrificação

Muitas operaçãos de retificação são realizadas com o auxílio de um fluido de corte, que

geralmente tem dois papéis principais: refrigeração e lubrificação. Os fluidos de corte são geralmente

chamados de refrigerantes, mas a função de lubrificação é frequentemente mais importante.

A maioria dos fluidos de corte podem ser classificados em óleos de corte ou óleos solúveis.

Óleos de corte são fluidos minerais com adição de materiais graxos para fins de lubrificação e

molhabilidade e, usualmente, enxofre e/ou cloretos para auxiliar na redução do desgaste. Óleos solúveis

são fluidos ricos em água contendo emulsões de óleo e vários outros ingredientes, como materiais

graxos, sabão, enxofre e cloreto para lubrificação, inibidores de corrosão, condicionadores da água e

germicidas.

Geralmente os óleos de corte são melhores lubrificantes que os óleos solúveis, produzindo um

valor de G maior, menores forças de corte e melhores qualidades superficiais. A presença de água pode

ter um efeito adverso na resistência do grão abrasivo e da liga, promovendo o desgaste frágil quando se

utilizam óleos solúveis, mas a performance superior dos óleos de corte parece estar relacionada

principalmente à sua habilidade de reduzir o desgate dútil, reduzindo a formação da área plana no topo

do grão.

O efeito de refrigeração geralmente não é efetivo na diminuição da temperatura da zona de

retificação, com exceção da retificação com "creep-feed". Havendo lubrificação e redução da perda de

afiação do grão, as forças de corte são reduzidas, reduzindo portanto a temperatura da zona de corte e a

ocorrência de danos térmicos à peça. Estas considerações parecem pesar fortemente em favor da

utilização de óleos de corte ao invés de óleos solúveis.

Na prática, porém, os óleos solúveis são mais utilizados que os óleos de corte. Uma vantagem do

óleo solúvel como refrigerante é sua habilidade de controlar a temperatura de toda a peça, o que pode

reduzir as variações dimensionais associadas às deformações térmicas, mas este parece ser um fator

secundário em favor da utilização dos óleos solúveis. Os óleos de corte tendem a ser menos utilizados

devido à poluição gerada por eles e devido à considerações de segurança. Eles geram vapor e fumaça na

atmosfera e podem apresentar risco de incêndio. Equipamentos e precauções especiais muitas vezes são

necessárias quando se retifica com óleo de corte.

C) Influência da Dressagem na Vida de Rebolos

A seguir são apresentados alguns resultados obtidos em pesquisas realizadas no Laboratório de

Máquinas Ferramentas da Escola de Engenharia de São Carlos (USP) sobre a influência das condições de

dressagem na vida de 4 pares rebolo-peça submetidos à retificação com fim de vida no modo dúctil. Em

operações de retificação de precisão as tolerâncias dimensionais e de forma são apertadas e o rebolo tem

que ter capacidade de reter os grãos abrasivos para não sofrer variações de dimensão.

C1) Ação nas Forças de Corte

A variação das forças de corte ao longo da vida apresentam 2 comportamentos típicos,

dependendo da granulometria do rebolo utilizado. A figura 21 mostra uma curva típica de força normal

de retificação versus número de passadas para a retificação plana do aço ABNT 1045 (endurecido a 50

HRc) com o rebolo 38A 46LVS.

Pode-se entender melhor a forma da curva obtida através da análise de 3 regiões distintas. A

primeira abrange desde o valor da força na primeira passada até o instante imediatamente anterior à

curva se transformar em uma reta paralela ao eixo de número de passadas (constante com o tempo).

Nesta região a rosca do rebolo formada na dressagem (macroefeito) se desfaz à medida que o volume de

metal removido vai crescendo. No início, com rebolo recém dressado, a superfície de trabalho possui

uma baixa densidade de arestas ativas e os poros totalmente livres. Nesta situação cada aresta remove

uma quantidade maior de material que dispende maior força de usinagem por aresta. Mesmo assim o

somatório das forças atuantes em todas as arestas é menor que na situação inversa, onde a maior

densidade de arestas faz com que a quantidade de cavaco removido por grão seja menor e,.

consequentemente, as perdas em cada grão por atrito, deformação elástica e plástica do metal e geração

de calor tenham um valor resultante significativo em relação à energia total necessária para a remoção do

cavaco. Portanto, a primeira região é caracterizada pela perda do macroefeito, imposta pela alta força de

corte em cada grão abrasivo que é resultado da baixa densidade de grãos ativos.

A segunda região se inicia com um microefeito agressivo e com alta densidade de arestas ativas.

A força sobre cada grão abrasivo é menor que na primeira região, sendo então mais difícil a fratura ou

extração destes. Somente as arestas dos grãos abrasivos sofrem desgaste. Todos estes fatores levam a um

comportamento uniforme mais prolongado do rebolo, com forças maiores, mas constantes.

Figura 21 – Força normal de retificação contra número de passadas do rebolo

O início da terceira região é caracterizado pela baixa agressividade do microefeito, onde os grãos

abrasivos já estão gastos. Os poros da estrutura do rebolo já se acham entupidos pela aglomeração de

cavacos, o que leva à dificuldade cada vez maior de saída destes. Nesta região o processo apresenta

grande tendência à queima e a força sofre um grande aumento.

O mesmo comportamento pode ser observado em todas as curvas das figuras 22 e 23 além de se

perceber também a grande variação que o grau de recobrimento de dressagem provoca no número de

passadas que o rebolo pode realizar em sua vida. Com Ud = 1, em ambos os casos, o número de

passadas possíveis é significativamente maior do que com Ud = 5 (cerca de 4 vezes mais em ambos os

casos). As curvas apresentam o mesmo formato mas diferenciam-se em função do grau de recobrimento.

Para valores pequenos de Ud, tanto o macroefeito quanto o microefeito são agressivos e, portanto, as 3

fases de desgaste descritas ocorrem. Para valores de Ud maiores, não há macroefeito e o microefeito

provoca

Figuras 22 e 23 – Força normal de retificação ao longo da vida do rebolo para diferentes graus de

recobrimento (Figura 22 – Aço 1020; Figura 23 – aço 1045 endurecido)

apenas o surgimento da segunda e da terceira fases de desgaste. Para valores de Ud acima de 3 o rebolo

já parte gasto, quase sem macroefeito e o microefeito tem caráter pouco agressivo, devido ao pequeno

volume fraturado em cada grão pelo impacto do dressador. Concluindo, valores menores de Ud

proporcionam vidas maiores do rebolo quando este tiver grãos grandes ou médios (como é o caso do

grão com grana 46 utilizado nos experimentos das figuras 22 e 23).

As figuras 24 e 25 mostram o crescimento da força normal com o número de passadas na

retificação plana dos aços ABNT 1020 sem tratamento térmico e 1045 endurecido a 50 HRc com rebolo

38A 120 LVS (a única diferença deste rebolo para aquele utilizado nas figuras 22 e 23 é o tamanho do

grão, que agora é muito menor - grana 120). Neste caso observa-se o crescimento quase linear das forças

de corte. Tal comportamento pode ser atribuído ao fato de que em rebolos com granulometria fina a

amplitude do macroefeito proporciona uma redução no número de arestas atuantes significativamente

maior do que o microefeito obtido na dressagem. Portanto, estas curvas correspondem somente à

primeira região da curva obtida com rebolo grana 46, onde o macroefeito predomina para a diminuição

do número de arestas na remoção do metal. Neste tipo de rebolo o número de arestas ativas cresce muito

rapidamente com a remoção do metal, provocando aumento das forças de corte até o instante em que o

entupimento dos poros do rebolo eleve as forças de retificação ao limite de força estabelecido para o

ensaio. Quanto menos agressivo é dressado o rebolo, isto é, quanto maior é Ud, mais a curva de força é

inclinada, uma vez que, com Ud alto, o macroefeito deixa de existir e a densidade de grãos já parte muito

alta. Nesta situação, o fator entupimento das porosidades com cavaco acentua a taxa de crescimento das

forças de retificação. Então, também para rebolos com grãos finos, uma dressagem agressiva (Ud

pequeno) também é vantajosa em termos de vida do rebolo.

C2) Ação na Rugosidade da Peça

Em dressagens grossas, onde o valor de Ud e o número de arestas atuantes são pequenos, a

profundidade dos sulcos gerados na peça pelo grão abrasivo é maior, o que gera valores maiores de

rugosidade. Se a dressagem for fina (maior Ud), um número maior de arestas de corte divide os esforços

e cada grão abrasivo penetra menos na peça, gerando menores valores de rugosidade.

O comportamento da rugosidade com o tempo de retificação está relacionado com o aumento da

área plana do topo do grão, que provoca o aumento da largura do sulco gerado pelo grão durante o corte.

Tal aumento da área de contato provoca também um aumento da temperatura local, o que faz com que o

material da peça fique mais mole e se prenda mais facilmente nos poros do rebolo. O material preso

risca

Figuras 24 e 25 - Força normal de retificação ao longo da vida do rebolo para diferentes graus de

recobrimento (Figura 24 – Aço 1045 endurecido; Figura 25 – aço 1020)

a peça incentivando ainda mais o aumento da rugosidade. Tal comportamento da rugosidade pode ser

comprovado nas figuras 26 e 27.

Observando estas figuras, nota-se que a rugosidade média e a rugosidade

máxima apresentaram comportamento muito semelhante. Além disso, tanto a

agressividade do rebolo (Ud) quanto a velocidade da peça influenciaram na

rugosidade. A influência do grau de recobrimento da dressagem na rugosidade da

peça no início da vida do rebolo foi marcante. O menor Ud, ou seja um rebolo mais

agressivo, no início da vida, gerou rugosidades inicialmente bem maiores que

quando se utilizou Ud maior. Porém, à medida que o rebolo se desgastava,

enquanto a rugosidade da peça usinada pelo rebolo mais agressivo (Ud menor)

ficou constante ou até caiu, com rebolo menos agressivo (Ud maior) esta teve

tendência de crescimento. O alto valor inicial da rugosidade bem como a sua

queda com a utilização do rebolo, deve-se ao macro efeito de dressagem e sua

perda ao longo do ensaio. Em outras palavras, como já citado anteriormente, um

rebolo dressado com Ud baixo e grão abrasivo pequeno tem macro efeito

acentuado. Assim, pelo menos inicialmente, o número de arestas ativas do rebolo é

menor, fazendo com que cada aresta remova mais material, o que causa um maior

valor de rugosidade. À medida que o rebolo é utilizado, ocorre a perda do macro-

efeito, o número de arestas ativas aumenta e a rugosidade cai. O contrário ocorreu

para os ensaios cujo rebolo foi dressado de maneira mais fina (Ud maior). Os

valores de rugosidade começaram mais baixos, devido ao maior número de grãos

ativos. Porém, dado ao alto valor de Ud e ao pequeno tamanho de grão utilizado,

mesmo o micro-efeito de dressagem já estava atenuado. Assim, logo em seguida o

grão apresentava áreas planas e a rugosidade subia.

A influência da velocidade da peça (vw) na rugosidade média obtida quando o

rebolo estava recém dressado, foi menor, quase inexistente. Pode-se perceber,

porém, dois comportamentos distintos, à medida que o volume de cavaco

removido crescia. Com Ud maior, ou seja, um rebolo menos agressivo, as

rugosidades no início da vida do rebolo são praticamente iguais e, ao fim do

ensaio, com o grão abrasivo já bastante desgastado, a rugosidade da peça

retificada com velocidade maior é cerca de 2 vezes maior do que a rugosidade

daquela retificada com a menor velocidade. Por outro lado, com Ud menor, a

rugosidade permanece igual para as duas condições de vw por um determinado

período alcançando uma diferença da casa de 33% com o desgaste do rebolo e um

volume específico de cavaco removido de aproximadamente 740 mm3/mm.

Novamente, a menor rugosidade com o rebolo desgastado ocorreu quando foi

utilizada uma velocidade da peça baixa. Então, a influência da velocidade da peça

somente se deu à medida que o desgaste do rebolo ocorria. Nos ensaios efetuados,

triplicou-se a velocidade das peças, mas manteve-se constante o avanço por volta,

ou seja, triplicou-se também a velocidade de avanço. Como o avanço por volta

permaneceu constante, o mecanismo de remoção de cavacos é o mesmo para as

duas situações. A diferença está no tempo gasto em cada uma das condições, ou

seja, velocidades maiores da peça implicam em menor tempo para remoção da

mesma quantidade de sobremetal. Isso implica, provavelmente, numa condição

mais severa de retificação, haja vista, que haverá maior taxa de geração de calor

bem como de deformação na região de corte. Esse fenômeno vai fazer com que a

taxa de desgaste do rebolo seja maior para velocidades maiores da peça e,

conseqüentemente, a rugosidade média obtida nesta condição também deve

apresentar níveis piores com o decorrer do processo. A tendência mais acentuada

de crescimento da rugosidade, bem como a perda de macro-efeito mais rápida

com a velocidade da peça mais alta pode estar relacionada com a remoção da

camada superficial dos grãos abrasivos, danificada durante a dressagem,.

C3) Resumo das Influências das Condições de Dressagem no Processo

Resumindo o que foi apresentado até aqui, pode-se propor um procedimento para a escolha das

condições de dressagem. De acordo com o que se deseja da operação (desbaste ou acabamento) escolhe-

se o grau de recobrimento a ser utilizado. Tendo-se o valor do adlim,, determina-se o valor de bd para ad

= adlim. Com os valores de Ud e bd, calcula-se Sd encontrando-se as condições de dressagem da

operação. Tudo isto deve ser feito tendo-se em mente tudo o que foi discutido com relação à dressagem e

que está sumarizado na tabela 3.

Tabela 3 – Resumo da Influência das Condições de Dressagem no Processo

1 < Ud < 2.5 2.5 < Ud < 4 4 < Ud < 6

- Agressividade Máxima - Agressividade Menor - Agressividade Baixa

- Rugosidade Alta e Uniforme - Rugosidade Menor e Variável - Rugosidade Baixa e Variável

- Vida Máxima - Vida Média - Vida Baixa

Figura 26 – Rugosidade da peça (Ra) ao longo da vida do rebolo para diferentes graus de recobrimento e

velocidades da peça (material da peça – aço 52100 endurecido)

Figura 27– Rugosidade da peça (Ry) ao longo da vida do rebolo para diferentes graus de recobrimento e

velocidades da peça (material da peça – aço 52100 endurecido)

D) Quantificação do Desgaste do Rebolo

Define-se um parâmetro (G) que relaciona o volume de material usinado (Zw) e volume de

rebolo desgastado (Zs). Este parâmetro dá uma idéia da resistência ao desgaste do rebolo.

G = Zw/Zs

Quando a espessura equivalente (heq) diminui, G aumenta. Por isto é bom ter-se heq pequeno.

Para isto pode-se ter a velocidade da peça (Vw) pequena e/ou a velocidade do rebolo (Vs) alta.

Normalmente se utiliza a maior velocidade do rebolo que a liga aglomerante pode suportar.

A influência de heq no valor de G, pode ser dada pela expressão:

Onde G1 e -g são constantes. A faixa de valores típicos do expoente g para retificação de

precisão varia entre 0.1 a 0.5.

O parâmetro G pode variar numa faixa muito larga. Em aços rápidos ricos em vanádio, um valor

de G menor que a unidade pode ser obtido, o que significa que maior quantidade de rebolo do que de

peça está sendo consumida. Em outro extremo, valores de G da ordem de 60000 já foram obtidos na

retificação interna de anéis de rolamentos usando rebolos de CBN.

Em alguns processos de retificação, não é o desgaste em toda a superfície do rebolo que é de

interesse, mas sim o desgaste localizado nos cantos do rebolo e, as vezes, algumas saliências

protuberantes no perfil do rebolo que determinam a necessidade de dressagem do mesmo. O desgste no

canto do rebolo é especialmente importante quando se faz uma retificação de um canal com retificação

cilíndrica de mergulho. Desgastes não uniformes através da superfície do rebolo ocorrem em todas as

operações com movimento transversal. O exemplo mais simples é a retificação cilíndrica longitudinal

mostrada na figura 28. No começo da retificação, quando a superfície do rebolo é plana, virtualmente

todo o material é removido pela parte do rebolo mais adiantada na direção do avanço, durante a primeira

volta daquela determinada porção da peça em contato com o rebolo (a parte desgastada do rebolo é

menor que o avanço por volta st). Mas a medida que a primeira secção do rebolo se desgasta, parte do

material a ser removido na profundidade a é deixado para trás para ser removido pela próxima secção

de comprimento st e seu desgaste deixa para trás material a ser removido pela secção subsequente, etc..

Desta maneira, uma série de degraus é formada na superfície do rebolo, tendo uma altura que não excede

a profundidade de corte.

BIBLIOGRAFIA

1) Oliveira, J. F. G., 1988, "Análise da Ação do Macroefeito de Dressagem de Rebolos no Desempenho

do Processo de Retificação", Tese de Doutoramento, EESC-USP, São Carlos.

2) Micheletti, G. F., 1977, "Tecnologia Mecânica 1 - Il Taglio dei Metalli" - Seconda Edizione, Unione

Tipografico-Editrice Torinese.

3) Nussbaum, G. C., 1988, "Rebolos e Abrasivos", Ícone Editora, São Paulo.

4) Sanfelice, M. V. M., 1989, "Como Selecionar a Especificação de um Rebolo", Apostila de Palestra

Técnica na SOBRACON, São Paulo.

5) Retificação - Apostila da Disciplina "Usinagem Aplicada" do curso de Engenharia Mecânica da

UNICAMP, Campinas.

4) Hassui, A. - Estudo da Vibração durante o corte e centelhamento na retificação cilíndrica de

mergulho, 2002. . Tese (Doutorado), Engenharia Mecânica, FEM/UNICAMP