Entreprenøranes motivasjon

Vibração é definida como o movimento de um sistema dinâmico em torno de sua posição estática. Para que um sistema mecânico vibre é necessário, e suficiente, que o mesmo tenha capacidade de armazenar energia cinética (que tenha inércia), energia potencial elástica (que seja flexível) e uma excitação externa dependente do tempo. Conseqüentemente, na prática é muito difícil evitar a vibração. Geralmente ela ocorre devido à efeitos dinâmicos de tolerâncias de fabricação, folgas, contatos, o atrito entre peças de uma máquina e, principalmente, devido ao efeito de forças dinâmicas desequilibradas de componentes rotativos e alternativos de máquinas (DUARTE, 2005).

Em usinagem as vibrações são produzidas por variações cíclicas nas componentes dinâmicas das forças. Usualmente, esses movimentos vibracionais começam como

pequenas trepidações devido aos pequenos serrilhamentos na superfície da peça e irregularidades na espessura do cavaco, e o seu progresso leva ao que é chamado de vibração propriamente dita. Vibrações mecânicas são geralmente resultado de movimentos periódicos de ondas. Medições diretas de vibração são difíceis de serem conseguidas devido à dificuldade de se determinar seu aspecto característico, pois o modo de vibração é dependente da freqüência. Conseqüentemente, parâmetros relacionados como a taxa com que as forças dinâmicas mudam por unidade de tempo (aceleração) são medidas e as características de vibração derivadas desses padrões obtidos (DIMLA, 2000).

Costa (1995) apresentou resultados de seu trabalho em que relacionou o sinal de vibração ao desgaste de ferramentas de corte durante o torneamento de um aço laminado 4340 em um torno CNC Romi Cosmos 30, utilizando ferramentas de metal duro com revestimento triplo de TiC, Al2O3 e TiN. Para tanto, o autor variou a velocidade de corte e o

avanço. Contudo, ele não encontrou uma relação significativa entre o aumento do desgaste e o valor RMS do sinal de vibração, mostrando que a vibração não é sensível à perda de cobertura e ao conseqüente aumento da taxa de desgaste. Além disso, não foi possível estabelecer um nível de vibração que determinasse o fim de vida da ferramenta, pois as condições de corte de usinagem exercem bastante influência nos valores de vibração.

Alonso e Salgado (2008) utilizaram dois acelerômetros, posicionados o mais perto possível da ferramenta, durante uma operação de torneamento de um aço C45. Foram variadas as condições velocidade de corte, avanço e profundidade de corte. Medições periódicas do sinal de vibração foram realizadas ao longo da vida da ferramenta e o sinal foi correlacionado com o desgaste de flanco (VB). Os dados estatísticos extraídos do sinal foram introduzidos em uma rede neural artificial (RNA) com o objetivo de obter como resposta o estado de desgaste da ferramenta (nova, em condição de uso e gasta). Através do treinamento da rede foi feito a estimativa de valores de desgaste de flanco que a ferramenta possuía. Ao final do trabalho, os autores chegaram à conclusão que a RNA conseguiu estimar com bastante exatidão os valores do desgaste das ferramentas, contudo devem-se utilizar freqüências mais altas. Fato muito interessante desse trabalho é que foram escolhidas aquelas ferramentas cujos dados estatísticos adquiridos do sinal possuiam maior correlação com o desgaste para efetuar o treinamento da rede, essa etapa foi realizada com o intuito de reduzir de forma significativa as chances de a rede neural fazer de forma errada a detecção da condição da ferramenta.

O principal motivador de outro trabalho foi o fato de que o desgaste pode provocar distorções na dimensão das peças acabadas, às vezes aumentando o nível de sucata e provocando custos adicionais e desnecessários (DIMLA; LISTER, 2000). Dessa forma, o intuito foi desenvolver um sistema de monitoramento do desgaste utilizando sinais de

vibração e força. O método foi baseado em uma análise multivariada dos dados adquiridos durante o torneamento com duas ferramentas revestidas de metal duro (P15 e P25). De acordo com as análises realizadas é possível identificar tendências de mudanças nos sinais à medida que a ferramenta vai se desgastando, muito provavelmente devido a menor resistência mecânica da ferramenta nessa direção o que proporcionou resultados melhores ao estudo. O melhor resultado aparente está relacionado à componente vertical de força e vibração, em que seus dados parecem ser mais sensíveis ao desgaste da ferramenta. Além disso, é possível notar diferenças nos sinais quando comparados em diferentes condições de corte, como utilizado no trabalho.

Dimla (2004) estudou o impacto das condições de corte nas forças e vibrações produzidas durante o torneamento de um aço (EN8 BS 970) como resultado do desgaste de ferramentas. Para tanto, o autor utilizou ferramentas novas e desgastadas (metal duro – P10) em diferentes condições de corte (profundidade, avanço e velocidade de corte) e o domínio do tempo e da freqüência para avaliar a natureza exata das mudanças nos sinais devido às alterações das condições de corte. Os resultados dos experimentos demonstraram que tanto as vibrações quanto as forças são afetadas por alterações nas condições de corte, em especial velocidade de corte e avanço, que apresentaram variações mais complexas, ao contrário da profundidade de corte, como pode ser visto na quantidade de energia e na amplitude dos espectros dos sinais. Além disso, é possível perceber que há uma diferença entre os espectros de uma ferramenta nova e outra gasta em todas as condições de corte avaliadas, sendo assim, pode-se presumir que é possível realizar a identificação da condição de uma ferramenta através dos sinais de força e vibração.

Ghani, Choudhury e Husni (2002) avaliaram o comportamento de três parâmetros (vibração, acabamento superficial e desgaste) durante a usinagem de um ferro fundido nodular através de uma ferramenta cerâmica mista (Al2O3 + TiC). Além de estudar cada

parâmetro individualmente, eles os compararam. A primeira conclusão a que chegaram foi que esse tipo de ferramenta não é adequada para a usinagem desse tipo de material e que o acabamento não foi afetado com o aumento do desgaste, mas somente com as variações de condições de corte (velocidade de corte, avanço e profundidade). Contudo, os resultados relacionados à vibração mostraram que aparentemente o aumento da velocidade tende a fazer com que o processo de corte fique mais estável, ou seja, o nível de vibração é maior em menores velocidades de corte. Dessa forma, a partir desse fato, é de se esperar que o aumento da velocidade de corte conduza a uma tendência menor de identificação entre os níveis de desgaste de uma ferramenta de corte, já que a amplitude de vibração é reduzida com o aumento da velocidade de corte.

No monitoramento da usinagem via sinal de vibração, é também muito importante conhecer o comportamento dinâmico da máquina-ferramenta. Sousa (1998) realizou um mapeamento dos locais mais apropriados para o acoplamento dos acelerômetros em uma fresadora CNC Romi Interact 4. Para isto, ele determinou 80 possíveis locais de acoplamento do sensor na fresadora. A partir daí, foi realizado uma análise de sensibilidade utilizando-se Funções de Resposta em Freqüência (FRF). Após esta análise, o autor verificou que muitos dos locais de acoplamento apresentavam características dinâmicas muito semelhantes, permitindo reduzir os possíveis pontos a vinte e nove, sendo a maioria próxima do mancal inferior do eixo porta fresa e na mesa de trabalho e uma na própria peça a ser usinada.

O monitoramento via vibração é muito importante também em áreas que não sejam a usinagem como, por exemplo, em desgaste de rolamentos em que é possível prever com relativa certeza os problemas que podem ocorrer antes que eles tragam prejuízos, muitas vezes incalculáveis ao processo em que o rolamento está contido. Al-Ghamd e Mba (2006), por exemplo, apresentaram um estudo em que utilizam sinais de emissão acústica e análise de vibrações para identificar e estimar o tamanho do defeito contido em rolamentos.