Fundamentos de retificação de metal:origens, ação de corte e insights do setor

Neste artigo discutiremos sobre:- 1. Introdução à retificação 2. Origem da retificação 3. Ação de corte na retificação 4. Mecânica da ação de corte na retificação 5. Temperatura na retificação 6. Características de autoafiação do rebolo 7. Tensões residuais na retificação 8. Causas do desgaste muito rápido do rebolo 9. Causas do envidraçamento do rebolo 10. Condições de operação e outros detalhes. 

Conteúdo:

1. Introdução à retificação
2. Origem da moagem
3. Ação de corte na retificação
4. Mecânica da ação de corte na retificação
5. Temperatura na moagem
6. Características de autoafiação do rebolo
7. Tensões residuais na retificação
8. Causas do desgaste muito rápido das rodas
9. Causas do envidraçamento das rodas
10. Condições Operacionais
11. Uso de fluidos de corte durante o desbaste
12. Segurança na retificação
13. Falhas de retificação
14. Efeitos térmicos da moagem
15. Fatores que afetam a rugosidade superficial na operação de retificação
16. Solução de problemas na retificação

1. Introdução à moagem:

A retificação também pode ser considerada um processo de usinagem, ou seja, processo de remoção de metal, mas comparativamente em menor volume. Moer significa ‘desbastar’, desgastar por ‘fricção’ ou ‘afiar’. Na retificação, o material é removido por meio de um disco abrasivo giratório. A ação do rebolo é muito semelhante à de uma fresa.

O rebolo é composto por um grande número de ferramentas de corte constituídas por partículas abrasivas projetadas no rebolo. Lascas de metal alongadas definidas, variando em tamanho de 0,4 a 0,8 mm, podem ser vistas examinando o material removido ao microscópio.

Hoje em dia, a retificação é utilizada principalmente para os seguintes fins:

(i) Remover uma quantidade muito pequena de metal da peça de trabalho para trazer suas dimensões dentro de tolerâncias muito estreitas após todas as operações de acabamento áspero e tratamento térmico terem sido realizadas. É, portanto, basicamente um processo de acabamento empregado para produzir precisões dimensionais e geométricas próximas.

(ii) Às vezes é utilizado para obter melhor acabamento superficial.

(iii) Às vezes, é usado para usinar superfícies duras que, de outra forma, seriam difíceis de serem usinadas por ferramentas de aço rápido ou fresas de metal duro.

(iv) Também é utilizado para afiar ferramentas de corte.

(v) Também é utilizado para retificar roscas para obter tolerâncias estreitas e melhor acabamento.

(vi) Às vezes também é aplicado para maiores taxas de remoção de material (usinagem abrasiva).

A retificação é um dos processos de extrema importância no trabalho de produção. Possui certas vantagens sobre outros processos de corte.

Algumas das vantagens são:

(i) É muito adequado para cortar aços endurecidos, etc. Peças que requerem superfícies duras são primeiro usinadas para obter a forma recozida, restando apenas uma pequena quantidade para retificação, dependendo do tamanho, formato e tendência do material a deformar durante a operação de tratamento térmico.

(ii) O acabamento extremamente liso desejável nas superfícies de contato e de apoio pode ser produzido apenas pela operação de retificação devido ao grande número de arestas de corte no rebolo.

(iii) Não há marcas de alimentação, pois a roda tem largura considerável.

(iv) Dimensões muito precisas e acabamento superficial mais liso podem ser alcançados em um tempo muito curto.

(v) Perfis complexos podem ser produzidos com precisão com modelos de alinhamento relativamente baratos.

(vi) Neste processo é necessária muito pouca pressão, permitindo assim a sua utilização em trabalhos muito leves que, de outra forma, tenderiam a saltar da ferramenta. Esta característica permite a utilização de pedaço magnético para fixação da peça em diversas operações de retificação.

(vii) Os abrasivos possuem dureza muito elevada; são menos sensíveis ao calor em comparação com outros materiais e podem suportar altas temperaturas. Assim, estes podem ser trabalhados em velocidades de corte mais altas. Os rebolos têm propriedades autoafiantes devido à liberação de grãos opacos e à exposição de novos grãos afiados.

(viii) A retificação é o método conveniente de remoção de material após o endurecimento.

(ix) A retificação, ao contrário da usinagem convencional, não precisa cortar a pele dura das peças forjadas, etc.

2. Origem da Moagem:

Nos estágios iniciais, o ‘cinzel’ era considerado a ferramenta mais conveniente para remover metal. No cinzel há apenas uma aresta de corte e mais material pode ser removido por ele, mas com acabamento muito ruim. Para obter melhor acabamento nos materiais o homem passou a usar lima. No arquivo, existem várias arestas de corte.

Com ele o material removido é menor, mas é possível obter melhor acabamento. Com o avanço da tecnologia, o cinzel foi substituído por uma ferramenta de corte de ponta única para ter a remoção controlada do metal e a operação de remoção do metal é realizada em diversas máquinas-ferramentas como tornos, modeladores, fresadoras etc.

Da mesma forma, para controlar a remoção de metal e obter melhor acabamento com a ferramenta multicorte, utiliza-se a retificação. O processo de retificação resulta em uma melhoria na precisão geométrica de uma peça (± 0,02 mm) e uma melhoria no acabamento superficial (0,1 µm Ra).

3. Ação de corte na retificação:

Será observado na Figura 20.1 que um rebolo consiste em partículas abrasivas, material de ligação e vazios. As partículas abrasivas projetadas agem como pontas de ferramentas de corte e removem metal. Um rebolo devidamente selecionado exibe ação autoafiável.

À medida que o corte avança, as partículas abrasivas na aresta de corte tornam-se cegas e, eventualmente, fissuram ao longo dos planos de clivagem devido à resistência oferecida pelo material da peça que resiste à ação de corte. Assim são produzidos novos pontos de corte que realizam ações de corte adicionais.

Este processo continua até que os grãos abrasivos se desgastem até o nível de ligação. Neste ponto, a ligação permite que o restante dos grãos desgastados seja arrancado do disco, expondo novos grãos que estavam anteriormente abaixo da superfície do disco e os novos grãos realizam uma ação de corte adicional.



Dois problemas frequentemente encontrados pela seleção errada do rebolo ou por condições de corte inadequadas são o envidraçamento e a carga do rebolo. O envidraçamento da roda refere-se à condição em que os grãos estão desgastados até o nível de aderência e mantidos por muito tempo para um corte eficiente. Isto ocorre devido ao uso de um rebolo duro (rebolo com forte resistência de adesão e grãos muito finos).

O problema pode ser resolvido trocando a roda e, às vezes, alterando as condições de corte. O carregamento da roda ocorre quando os cavacos da peça ficam embutidos na face de corte da roda, reduzindo assim a taxa de corte porque a profundidade de penetração é reduzida. Ocorre devido a vazios muito pequenos e pode ser curado aumentando a velocidade da roda ou mesmo usando rodas diferentes.

Assim a seleção do rebolo para corte correto, contínuo e eficiente exige a seleção correta do tipo de abrasivo, do tamanho dos grãos, do tipo de agente de ligação e sua resistência, e do tamanho dos vazios. Além disso, o comportamento do rebolo é afetado pelo material da peça, velocidade de corte, profundidade de corte e taxa de avanço.

Embora o diamante seja o material mais duro, devido ao seu alto custo, suas aplicações são restritas. Al2O3, SiC e B4C possuem alta dureza em comparação ao aço endurecido e, portanto, podem ser utilizados para remoção de metal por deformação plástica. Pode-se mencionar que o material da ferramenta de corte deve ser mais duro para a remoção do material por deformação plástica e também para manter a sua forma e para menor desgaste.

Como não é possível fazer a forma habitual da ferramenta de corte com estes materiais, utiliza-se deles na forma de grãos, forma em que estão disponíveis na forma natural. Os grãos desses materiais (abrasivos) são colados com algum material de ligação em forma de roda. Os grãos abrasivos na superfície do disco atuam como arestas de corte. Eles são distribuídos aleatoriamente e orientados aleatoriamente.

4. Mecânica da Ação de Corte na Retificação:

A Figura 20.2 (a) mostra a ação de corte dos grãos em um processo de moagem. Para simplificação, todos os grãos podem ser considerados idênticos.



A Figura 20.2 (b) mostra a visão elaborada do esquema de formação de cavacos durante a retificação superficial. A seção transversal do cavaco não cortado é aproximadamente triangular, com espessura t e largura w. No entanto, a espessura e a largura não cortadas variam e permitem que seus valores máximos sejam tmax e wmax. O valor médio pode ser metade destes. O comprimento médio do cavaco l =D/2 x θ (D =diâmetro do rebolo e θ é muito pequeno)



Se f for o avanço (o valor típico é de 0,2 a 0,6 m/s) e W =largura de corte em mm, volume total de material removido por unidade de tempo =fdW

Volume médio de um chip =f(1/6) wmax tmax l.

Se N for o rpm do rebolo, ρ =densidade superficial em grãos/mm2, então o número de grãos ativos no limite do rebolo e, portanto, o número de cavacos produzidos por unidade de tempo =πNDW ρ.



Será visto a partir daqui que o disco parecerá mais macio, se N, D ou ρ diminuir, ou f ou d aumentar, porque o valor de Fav aumentará e causará um deslocamento mais frequente dos grãos abrasivos. Na operação de retificação superficial, força radial FR =2F. (Consulte a Figura 20.3)

5. Temperatura na moagem:

Uma temperatura muito alta é atingida pela ponta da partícula abrasiva durante o corte. No entanto, não ocorre nenhum aquecimento grave da roda porque essa temperatura elevada dura apenas um período muito curto e o gradiente de temperatura nos grãos de corte é muito acentuado.

A temperatura média teórica aproximada da interface chip/ferramenta é dada por:



∴ Para retificação fina, a temperatura do cavaco/ferramenta pode ser reduzida diminuindo a velocidade do rebolo e a espessura do cavaco.

Para retificação normal, a temperatura pode ser reduzida diminuindo a velocidade do rebolo, mas não diminuindo a espessura dos cavacos. Na verdade, podem ocorrer danos térmicos em cortes leves de acabamento.

Ao usar fluido na retificação, não apenas a temperatura da peça diminui e o desgaste do rebolo diminui, mas o rebolo fica menos carregado, o que reduz a frequência de dressagem do rebolo. No entanto, o fluido não consegue evitar danos à superfície da peça devido à alta temperatura momentânea.

6. Características de autoafiação do rebolo:

Em um rebolo, as ferramentas de corte (pontas) têm formato irregular e são distribuídas aleatoriamente. As arestas vivas na periferia da roda participam do processo de remoção de material e gradualmente tornam-se rombas, ou seja, desgastadas (opacas). Devido às maiores forças sobre eles durante a usinagem, eles fraturam e apresentam uma nova aresta de corte afiada ou ficam alojados e novos grãos abaixo deles ficam expostos e participam da remoção de material.

Este processo confere aos rebolos a característica de autoafiação. Percebe-se que a força de ligação (chamada de grau) decide a força máxima que um grão abrasivo pode suportar e esta é uma característica importante do rebolo. Uma roda com uma ligação forte é chamada de dura.

Os cavacos pequenos e quentes produzidos na operação de retificação têm tendência a soldar no rebolo ou na peça de trabalho. Além disso, um grande número de grãos pode ter um grande ângulo de inclinação negativo devido à orientação aleatória do grão, e estes, em vez de cortar, podem esfregar. Esses fatores fazem com que o processo de moagem seja ineficiente e consuma alta energia específica.

7. Tensões residuais na retificação:

A temperatura na interface grão-cavaco durante a moagem atinge valores muito elevados (em torno de 1500°C). Devido à alta temperatura, as alterações microestruturais podem ocorrer devido ao rápido aquecimento e têmpera (devido ao fluido de corte). Os efeitos térmicos e mecânicos podem afetar a superfície do solo até uma profundidade de cerca de 0,2 mm.

Isto resultaria no desenvolvimento de tensões residuais de tração elevadas e, se estas atingirem valores elevados, poderão ocorrer fissuras superficiais. A Figura 20.7 mostra como a tensão residual pode ocorrer em várias profundidades com diferentes velocidades do rebolo em uma peça após o desbaste superficial. A temperatura de moagem pode ser considerada proporcional à energia gasta por unidade de área superficial do solo,



Assim, a temperatura e os defeitos causados pela alta temperatura de moagem podem ser reduzidos diminuindo d, D, ρ ou N, ou aumentando f.

O tempo durante o qual um grão permanece em contato com o cavaco:



que é da ordem de 0,0001 seg.

A temperatura da interface do chip de grão é:



onde V =velocidade da superfície da roda

R =condutividade térmica do material de trabalho

ρc =calor específico de volume do material de trabalho.

8. Causas do desgaste muito rápido das rodas:

eu. Roda muito macia

ii. Face da roda muito estreita

iii. Velocidade muito lenta da roda

iv. Velocidade de trabalho muito rápida

v. Aglomeração da roda

vi. Presença de furos ou ranhuras na obra.

9. Causas do envidraçamento da roda:

eu. Roda muito dura

ii. Grão muito fino

iii. Velocidade da roda muito rápida

iv. Velocidade de trabalho muito lenta

v. Roda carregada com cavacos

10. Condições Operacionais:

A seleção adequada das diversas condições operacionais é muito importante para o sucesso de qualquer operação de retificação.

As diversas condições operacionais e seus efeitos na operação de retificação são fornecidas abaixo:

(i) Velocidade da roda:

O aumento na velocidade do rebolo (com taxa de avanço constante) resulta na redução do tamanho do cavaco removido por um único grão abrasivo, reduzindo assim o desgaste do rebolo. A velocidade mais alta do rebolo é limitada pelo design do rebolo, tipo de ligante, operação de retificação, potência e rigidez da retificadora, etc. A velocidade do rebolo normalmente varia entre 20 a 40 m/s dependendo do tipo de ligante e das diferentes operações de retificação.

(ii) Velocidade de Trabalho:

O aumento da velocidade de trabalho aumenta o desgaste do rebolo, mas diminui o calor produzido. A alta velocidade de trabalho é limitada pelo desgaste prematuro da roda e pelas vibrações induzidas pelo desgaste. A baixa velocidade de trabalho resulta em superaquecimento local, que deforma/revende a peça endurecida e afeta suas propriedades mecânicas.

Para diminuir o desgaste das rodas, a velocidade de trabalho deve ser reduzida. Se o calor produzido for maior, ocorre entupimento, principalmente com rodas duras, a velocidade de trabalho deve ser aumentada. Para operação de desbaste a velocidade de trabalho varia de 11 a 50 m/min e para operação de acabamento de 6 a 30 m/min no caso de retificação cilíndrica. A velocidade de trabalho para retificação interna varia entre 15 a 30 m/min e para retificação superficial entre 8 a 15 m/min.

(iii) Alimentação:

A taxa de remoção de material é aumentada aumentando a taxa de avanço ou avanço, mas o resultado é maior desgaste do rebolo e acabamento ruim, afetando assim a precisão dimensional e geométrica.

O aumento do avanço transversal ou cruzado aumenta o desgaste do rebolo e produz uma superfície pobre. Normalmente seu valor é ajustado para 2/3 a 3/4 da largura do rebolo no caso de retificação de aço e 3/4 a 5/6 da largura do rebolo no caso de peças de ferro fundido.

(iv) Área de Contato de Moagem:

Quando a área de contato é grande (como no caso de retificação interna, superficial e com diâmetros maiores de trabalho com rebolo de pequeno diâmetro), a pressão da unidade é baixa e para ação de corte livre contínuo é utilizado um rebolo de classe macia. Grão mais grosso é usado para fornecer folga adequada entre os grãos abrasivos. Discos de granulação mais fina e mais duros são usados ​​quando a área de contato é pequena.

11. Uso de fluidos de corte durante a retificação:

Muito calor é gerado no contato entre o rebolo e a peça durante a operação de retificação, a maior parte do qual é transferida para a peça. Os fluidos de retificação ajudam a prevenir o aquecimento excessivo da peça de trabalho e a lavar o rebolo.

Os fluidos de retificação contendo aditivos de enxofre ou cloro ajudam a reduzir a força de corte e a melhorar o acabamento superficial e a aumentar a vida útil do rebolo. Normalmente são utilizadas emulsões à base de água e óleos de moagem em grandes quantidades (15-20 litros/min para uma retificadora normal de tamanho médio).

O fluido é direcionado para a interface entre o rebolo e a peça de trabalho para que possa criar uma película de baixa resistência ao cisalhamento entre o rebolo e a peça. O fluido é fornecido sob pressão por meio de bicos especiais, para que a película de ar ao redor da superfície da roda penetre devido à alta velocidade. Para evitar entupimento do rebolo devido a partículas finas, o fluido de moagem é filtrado finamente.

12. Segurança na retificação:

Quaisquer práticas inseguras na retificação podem ser perigosas para a operação e merecem atenção cuidadosa.

Vários aspectos importantes são:

(i) Montagem de rebolos:

A roda deve estar corretamente montada no fuso e protegida por uma proteção. O furo da roda não deve ficar bem ajustado à bucha.

(ii) Velocidade da roda:

A velocidade máxima do rebolo é determinada pela resistência máxima ao rompimento do rebolo e depende do abrasivo usado, tamanho do grão, ligação, estrutura, grau, formato e tamanho do rebolo. Seu valor é especificado pelos fabricantes e nunca deve ser ultrapassado.

(iii) Inspeção da Roda:

As rodas antes da montagem devem ser verificadas quanto a danos durante o transporte, rachaduras e outros defeitos. O teste de toque é bom o suficiente para ligação vitrificada. Rodas sólidas, quando batidas levemente a 45° da linha vertical com um martelo de plástico, soam como um anel metálico transparente, mas a roda rachada não toca.

As rodas, quando não estiverem em uso, devem ser armazenadas em local seco e colocadas nas bordas em racks.

(iv) Protetores de roda:

Estes devem ser sempre usados durante o desbaste e ajustados periodicamente para compensar o desgaste do rebolo.

(v) Coleta de poeira e precauções de saúde:

Ao lixar a seco, deve-se tomar providências para extrair o pó de moagem. As tampas protetoras da máquina nunca devem ser removidas enquanto a máquina estiver em uso. O operador deve usar dispositivos de segurança para proteger os olhos e o corpo contra partículas abrasivas e poeira.

(vi) Operação da roda:

A potência adequada é essencial em retificadoras. Se a potência não for adequada, as rodas irão desacelerar e desenvolver pontos planos, fazendo com que a roda fique desequilibrada.

Durante a retificação úmida, o rebolo não deve ficar parcialmente imerso, pois isso desequilibraria seriamente o rebolo.

13. Falhas de retificação:

Duas falhas comuns devido à escolha incorreta do rebolo ou à condição incorreta de retificação são:

(i) Carregamento e

(ii) Vidros.

O carregamento ocorre quando os espaços entre os grãos abrasivos ficam obstruídos com partículas do metal que está sendo retificado. Como tais grãos não se projetam suficientemente para promover um corte eficiente. Ocorre devido à retificação de metais macios com rebolo de estrutura aberta. O envidraçamento é facilmente reconhecido pela aparência brilhante na face da roda.

Isso ocorre porque os grãos abrasivos ficam opacos e não se desprendem da ligação. Isso acontece quando as rodas são muito duras para o material que está sendo retificado. O envidraçamento pode ser reduzido aumentando a velocidade da roda ou de trabalho.

O acabamento superficial e os requisitos específicos de potência também podem ser incorporados para avaliar o desempenho geral do rebolo. Nesse caso, a taxa de retificação é igual à relação entre a quantidade de material retificado pela quantidade de desgaste do rebolo e o produto do poder específico de retificação e do acabamento superficial da peça de teste.

14. Efeitos térmicos da moagem:

Durante o processo de retificação, muito calor é gerado entre a ferramenta de corte e a peça. A maior parte do calor é dissipada na peça e o restante é retido pelo rebolo.

Dois efeitos térmicos da moagem são:

1. Efeito no rebolo:

Devido à geração de calor, desenvolvem-se fissuras que são chamadas de fissuras de retificação. As rachaduras são perpendiculares às marcas de moagem.

2. Efeito na peça de trabalho:

(a) Descoloração:

A oxidação das superfícies ocorre a 200°C produzindo óxido metálico. Esses óxidos têm cores diferentes, diferentemente do metal original. Em outras palavras, podemos dizer que isso leva à descoloração da peça. A geração de calor se deve aos grãos opacos que podem causar queimaduras na superfície.



(b) Danos Mecânicos:

Devido à nitidez dos grãos, formam-se riscos na superfície metálica.

(c) Danos Metalúrgicos:

Devido à geração de calor, formam-se fissuras frágeis na superfície.

(d) Danos Químicos:

Devido à geração de calor, formam-se óxidos químicos.

15. Fatores que afetam a rugosidade superficial na operação de retificação:

A rugosidade da superfície na retificação depende do rebolo (diâmetro, abrasivo, dureza, dressagem, desgaste) e das condições de retificação (velocidade do rebolo, velocidade da peça, avanço longitudinal, diâmetro da peça). Figos. 20.14 mostra a variação da rugosidade superficial na retificação com alteração em vários parâmetros.



16. Solução de problemas na retificação:

Várias falhas que podem ser encontradas durante a retificação e várias soluções para superá-las são fornecidas abaixo:

(i) Desgaste rápido da roda:

Isso pode ser resolvido por:

(a) Usando uma roda mais dura,

(b) Aumentar a velocidade da roda,

(c) Reduzindo a taxa de deslocamento e a velocidade de trabalho e diminuindo ligeiramente a profundidade de corte.

(ii) Vidros das Rodas:

Isso ocorre devido ao dressamento incorreto, seleção errada do rebolo e uso de deslocamento lento e alta velocidade de trabalho. Isso pode ser resolvido mantendo o rebolo afiado, usando rebolo mais macio ou granulação mais grossa, reduzindo a velocidade do rebolo e avanço rápido, utilizando maior profundidade de avanço e aumentando a profundidade de corte.

(iii) Marcas de Chatter:

Isso pode ser resolvido por:

(a) Equilibrar adequadamente a roda,

(b) Usando ferramenta de dressagem adequada,

(c) Usando granulação mais macia ou granulação mais grossa,

(d) Reduzir as vibrações da máquina verificando os rolamentos e fundações e ajustando os rolamentos do fuso,

(e) Polia de aperto,

(f) Utilizar suportes ou grampos adequados para trabalhos grandes.

(iv) Acabamento Grosso:

Isso pode ser devido ao uso de rebolo muito grosso ou rebolo muito macio.

(v) Carregamento da roda:

Isso pode ser resolvido usando uma roda de estrutura mais macia ou porosa; usando um dressador mais afiado, usando uma quantidade abundante de líquido refrigerante limpo. Marcas irregulares de diferentes comprimentos e larguras podem ocorrer devido a líquido refrigerante sujo. Marcas irregulares profundas ocorrem devido a flanges de rodas soltas.

(vi) Superaquecimento da peça:

Isto ocorre devido à seleção errada da roda. Para superá-lo, deve-se usar uma roda mais macia e usar líquido refrigerante suficiente.