Modelagem e simulação do fresamento externo excêntrico de virabrequins

Abstract

O virabrequim é um dos componentes de grande importância num motor automotivo, cuja função é a transformação do movimento linear alternado dos pistões em movimento rotativo. Este componente apresenta geometria complexa, tornando necessário, para a sua fabricação, o emprego de vários processos, desde furação até a aplicação de processos especiais como torno-brochamento (Drehräumen) e fresamento periférico externo circunferencial excêntrico de mergulho (Aussenfräsen). O fresamento externo, aplicado na usinagem dos munhões do virabrequim, torna-se uma operação complexa por se tratar de uma usinagem fora de centro, onde o centro de giro do virabrequim não coincide com o centro de giro de usinagem, que neste caso é o centro do munhão. Para o estudo experimental do processo e a otimização dos resultados de trabalho seria necessária a execução de um grande número de ensaios, impossibilitando técnica e financeiramente o trabalho. Uma possibilidade para a otimização desse processo pode ser alcançada empregando o método da simulação em computador. A técnica de simulação é um método amplamente empregado nas áreas de pesquisa científica, tecnológica e industrial, para representar um fenômeno real devido às vantagens que podem oferecer em termos de redução de custos e tempo para conclusão de um projeto. Simular um processo de usinagem consiste em representá-lo, com o auxílio de um modelo matemático próximo do real, e analisá-lo com auxílio de uma ferramenta matemática computacional. A partir da simulação da cinemática do processo, com a determinação da trajetória entre dois gumes sucessivos e da espessura de usinagem, pode-se estimar os esforços que ocorrem durante o processo de corte utilizando modelos de força relacionadas ao processo de formação do cavaco. O conhecimento das componentes das forças de usinagem permite um maior domínio do processo e uma conseqüente otimização do mesmo. O presente trabalho tem por objetivo modelar e simular a seção do cavaco teórico no processo de fresamento externo e estudar a influência da variação da espessura de usinagem na força de usinagem e no mecanismo de desgaste da ferramenta. Esta análise tem enfoque na cinemática do processo, de forma a obter o comprimento de contato da ferramenta durante o corte, a espessura de usinagem e a maior espessura de usinagem para o fresamento externo concordante e discordante, e posterior análise das forças através da aplicação do modelo clássico de força proposto por Kienzle.