Bancada para ensaios com vistas à modelagem e similação de forças no brochamento

Abstract

O conhecimento do comportamento das forças de corte em processos de usinagem é de suma importância para a previsão da eficiência dos mesmos. Para o brochamento, cuja ferramenta tem projeto e construção onerosa, além de custo elevado, tem como questão crítica a resistência aos esforços presentes durante o processo. Este processo possui características peculiares em relação aos outros processos de usinagem, como as baixas velocidades de corte e a impossibilidade de alteração dos parâmetros de usinagem durante o processo, já que são características construtivas da brocha. Ensaios de torneamento ortogonais têm sido realizados visando simular o comportamento da força específica de corte para vários processos de usinagem, entretanto geralmente as condições de tais ensaios não se assemelham ao brochamento principalmente pelas velocidades de corte, normalmente mais altas do que as utilizadas no processo real. Para contornar tal problema, esse trabalho propõe o uso de um torno CNC para a realização de corte do material, no qual, com o movimento de translação do torno, tipicamente utilizado para a movimentação do porta-ferramentas durante a usinagem, realiza-se o corte do material com velocidades de corte inferiores a 10m/min. A medição das forças deste processo foi feita utilizando de uma plataforma piezelétrica sendo os resultados analisados com emprego do software LABVIEW®. Assim, foi possível reproduzir o processo de brochamento de maneira bastante fiel, obtendo-se valor de força específica de corte similar ao ocorrido no processo real, com as velocidades de corte usuais do brochamento. Estes ensaios permitem um incremento no nível de conhecimento acerca das características do processo em estudo, essencial na modelagem e simulação do brochamento. Assim, a validação de modelos existentes ou em fase de elaboração pode ser realizada, bem como otimizações em projetos de novas brochas. Os resultados obtidos comprovaram uma variação na força específica de corte com a variação somente da faixa de velocidade utilizada. Essa variação, mantendo os outros parâmetros de usinagem inalterados, aumentou em 50 % a força específica de corte, ao se utilizar velocidades compatíveis com o brochamento, em relação ao torneamento. Outras peculiaridades do brochamento, como atritos no gume e flanco secundários, e perfis dos dentes também puderam ser mensurados, apresentando influência respectivamente crescente. Tais resultados podem compor fatores de correção para modelos matemáticos de força de corte em brochamento.<br>

Abstract: The knowledge of the behavior of cutting forces in machining processes is of main importance for the prediction of its effectiveness. In broaching, whose design and construction of the tool is costly, besides high cost, has how critical issue the resistant to all efforts present during the process. This process has unique characteristics compared to other machining processes such as low cutting speed and the impossibility of changing the parameters during the machining process, as they are constructive characteristics of the broach. Orthogonal turning tests have been conducted to simulate the behavior of the specific cutting force for various machining processes, though generally the conditions for such tests do not resemble the broaching primarily by cutting speed, usually higher than those used in the real broaching process. To solve this problem, this paper proposes the use of a CNC turn to perform cutting of the material, in which the translational movement of the lathe, typically used for moving the tool holder during machining achieves the cutting tools with cutting speeds of less than 10m/min. The measurement of forces in this process was made using a piezoelectric platform with results analyzed software LABVIEW ®. So, was possible to reproduce the process of broaching quite accurate, obtaining values of specific cutting force similar to those experienced in the real process with the usual cutting speeds broaching. These tests allow an increase in the level of knowledge about the characteristics of the process under study, essential in modeling and simulation of broaching. Thus, the validation of existing models or in preparation can be performed as well as optimized designs of new broaches. The obtained results showed a variation in specific cutting force variation with only the speed range used. This variation, keeping the other machining parameters unchanged, increased by 50% the specific cutting force, when using compatible broaching speeds in relation to turning. Other peculiarities of broaching such as friction in edge and side edge, and profiles of the teeth could also be measured, showing growing influence respectively. Such results can compose correction factors for mathematical models of cutting force in broaching.