Lubrirrefrigeração por tubeira tipo sapata na retificação creep feed de aço ferramenta sinterizado temperado e revenido com rebolo de óxido de alumínio

Abstract

Na retificação profunda (creep feed) o limite da taxa de retificação é ditado pela temperatura de retificação e/ou pela potência instalada na retificadora. Na retificação creep feed de uma haste de inserção (denominação industrial: lamela) fabricadas em aço ferramenta sinterizado, temperado e revenido, a taxa de retificação limite empregando lubrirrefrigeração por jato é atingida para uma velocidade de avanço de 70 mm/min, tanto para a limitante \"temperatura\", como também para a potência da retificadora. Com o objetivo de diminuir a temperatura de retificação, neste trabalho se emprega a lubrirrefrigeração por tubeira do tipo sapata, temática amplamente estudada no LMP da UFSC em parceria com o IWF da ETH Zürich, na Suíça. Na retificação creep feed as espessuras de cavaco são muito pequenas em comparação com a retificação pendular. Embora a força de corte por gume seja menor que na retificação pendular, a pressão específica sobre os gumes é elevada, acarretando um aumento no consumo de energia elétrica por componente fabricado. Como o tempo de retificação na retificação pendular é muito maior, a retificação creep feed resulta em menor tempo de fabricação em relação ao processo pendular. Com o objetivo de explorar a diminuição da pressão específica de corte pelo aumento da espessura de usinagem na retificação creep feed, a diminuição da temperatura obtida pela lubrirrefrigeração por sapata é explorada até o novo limite da taxa de retificação, pelo aumento da velocidade de avanço. Verifica-se que na retificação creep feed da lamela com lubrirrefrigeração por jato, um aumento da velocidade de avanço de 70 para 80 mm/min leva a um aumento da temperatura acima da temperatura crítica e a peça apresenta a superfície fortemente oxidada (queima por retificação - grinding burn). As distorções geométricas da peça, devido ao aumento da temperatura, levam a um aumento local da taxa de retificação, atingindo o limite da potência instalada da retificadora. Baseados nos modelos de sapata de lubrirrefrigeração projetados por Weingärtner e Macedo, foi desenvolvida uma tubeira do tipo sapata, com configuração geométrica adaptada à geometria da lamela. Na primeira configuração da tubeira do tipo sapata, denominada tubeira protótipo, verifica-se que a velocidade de avanço pode ser aumentada para 175 mm/min, sem que se verificassem quaisquer danos térmicos nos componentes retificados e sem que atingisse a potência limite instalada na retificadora. Para permitir uma troca rápida da tubeira tipo sapata na retificadora, esta foi reprojetada, num conceito modular, para atender os diversos modelos de lamela que são fabricados naquela ferramentaria. Com esta nova concepção da tubeira de lubrirrefrigeração do tipo sapata os ensaios iniciais foram repetidos e aumentou-se a taxa de retificação até atingir os limites que ocorriam no emprego da lubrirrefrigeração por jato livre. Verifica-se que um aumento da velocidade de avanço até 325 mm/min não gera danos térmicos por queima de retificação e a máquina-ferramenta opera dentro de seus limites de potência. O aumento da potência de retificação verificado é significativamente inferior que o aumento da velocidade de avanço, decorrente da diminuição do trabalho de corte com o aumento da espessura de usinagem, como também é verificado nos processos de usinagem com ferramentas de geometria definida (equação de Kienzle). Em decorrência, o consumo de energia por componente retificado nesta etapa é reduzido de 0,63 kWh/peça para 0,18 kWh/peça. Além disto, verifica-se que o aumento da velocidade de avanço de 70 para 325 mm/min não afeta significativamente o desgaste do rebolo, permanecendo este abaixo dos valores usualmente removidos no rebolo por dressamento no final de cada processo de retificação. A rugosidade ao longo do comprimento da peça se mostra uniforme, permitindo concluir que o mecanismo dominante de desgaste ao longo do ciclo de retificação de uma lamela é o microdesgaste, o que indica que os efeitos positivos obtidos pelo emprego da lubrirrefrigeração com tubeira do tipo sapata poderiam ser mais explorados, caso a retificadora tivesse maior potência disponível.

Abstract: In creep feed grinding the feed rate limit is determined by the grinding temperature and/or the power installed in the grinding machine. In creep feed grinding of insertion blades (industrial denomination: lamella) made of quenched and tempered sintered tool steel, the limit grinding rate employing jet nozzle lubri-refrigeration is achieved at a feed rate of 70 mm / min for both limiting temperature, as well as the power of the grinding machine. In order to decrease the grinding temperature, in this work is employed shoe nozzle lubri-refrigeration, a theme widely studied at LMP of UFSC in partnership with IWF of ETH in Zürich, Switzerland. In creep feed grinding the chip thicknesses are very small compared to the pendulum grinding. Although the cutting force per cutting edge is lower than in pendular grinding, the specific cutting edge pressure is higher, leading to an increase in power consumption per component manufactured. As the grinding time in pendulum grinding is much longer, creep feed grinding results in shorter manufacturing time compared to the pendulum process. In order to explore the decrease in specific cutting pressure by increasing the machining thickness in creep feed grinding, the decrease in temperature achieved by shoe nozzle lubri-refrigeration is explored to the new grinding rate limit by increasing the feed rate. It is verified that in creep feed grinding of the lamella with jet nozzle lubri-refrigeration , an increase in feed rate from 70 to 80 mm / min leads to a temperature rise above the critical temperature and the workpiece has a strongly oxidized surface (grinding burn). The geometric distortions of the workpiece due to the increase in temperature lead to a local increase of the grinding rate, reaching the limit of the grinding machine installed power. Based on the shoe nozzle lubri-refrigeration models designed by Weingärtner and Macedo, a shoe nozzle type was developed, with geometric configuration adapted to the geometry of the lamella. In the first configuration of the shoe nozzle lubri-refrigeration, called the prototype nozzle, it is verified that the feed rate can be increased to 175 mm / min, without any visible thermal damage to the ground components and without reaching the limiting power installed in the grinding machine. To allow a fast change of the shoe nozzle in the grinding machine, it has been redesigned, in a modular concept, to meet the various lamellas models that are manufactured in that tool shop. With this new conception of shoe nozzle lubri-refrigeration the initial tests were repeated and the grinding rate was increased until achieve the limits that occurred in the use of jet nozzle lubri-refrigeration. It is verified that an increase in feed rate up to 325 mm / min does not cause thermal damage by grinding burn and the grinding machine operates within its power limits. The increase in grinding power observed is significantly lower than the increase in feed rate, due to the decrease of cutting work with the machining thickness increase, as also seen in machining processes with defined geometry tools (Kienzle equation). As a result, the power consumption per ground component in this step is reduced from 0.63 kWh / ground part to 0.18 kWh / ground part. In addition, it is verified that the feed rate increase from 70 to 325 mm / min does not significantly affect grinding wheel wear, which remains below the values usually removed from the grinding wheel at the end of each grinding process. The roughness along the length of the workpiece has a uniform behavior, allowing concluding that the dominant mechanism of wear along the lamella grinding cycle is micro-wear, this indicates that the positive effects obtained through the use of shoe nozzle lubri-refrigeration could be further explored if the grinding machine had more power available.