2. TEORI OG LITTERATUR
2.3 P RESISJON VED VERDIVURDERINGER
Como foi descrito no item 5.7, devido à diferença entre os materiais e aos erros geométricos intrínsecos a qualquer processo de usinagem, cada furo medido neste trabalho apresenta quatro (4) valores de diâmetro associados, sendo: diâmetro máximo e mínimo da liga de titânio e diâmetro máximo e mínimo da liga de alumínio.
O ANEXO 1 mostra gráficos de linhas com os quatro valores de diâmetro medidos furo a furo para cada uma das condições de usinagem testadas. Estes gráficos foram construídos para que seja possível ao leitor verificar o comportamento do diâmetro ao longo da realização dos ensaios, principalmente quando as condições de usinagem menos convencionais (alta rotação e baixa velocidade de avanço, ou alta velocidade de avanço e baixa rotação) foram utilizadas.
A Tabela 11 mostra um resumo dos diâmetros máximo, mínimos e médio, obtidos em cada um dos materiais utilizados e condições de usinagem.
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Tabela 11 – Resumo dos diâmetros medidos nos ensaios para ambas as ligas
Ti6Al4V 2024T3
Rot I Vel.Av Diâmetro
Máximo Diâmetro Mínimo Diâmetro Médio Diâmetro Máximo Diâmetro Mínimo Diâmetro Médio Variação diâmetral Máxima 500 / 22,4 4,988 4,939 4,966 5,049 4,992 5,015 0,110 1000 / 22,4 4,991 4,948 4,962 5,049 4,976 5,007 0,101 2000 / 22,4 5,073 4,954 5,010 5,085 5,001 5,048 0,131 500 / 90,0 4,986 4,939 4,958 5,028 4,954 4,983 0,089 1000 / 90,0 4,99 4,949 4,966 5,023 4,969 4,991 0,074 2000 / 90,0 5,005 4,953 4,978 5,069 4,971 5,009 0,116 500 / 250 4,991 4,936 4,959 5,059 4,961 4,991 0,123 1000 / 250 4,977 4,939 4,959 5,018 4,952 4,981 0,079 2000 / 250 4,986 4,953 4,968 5,031 4,974 4,995 0,078
Da análise da Tabela 11 é possível perceber a grande variação diametral medida nas análises decorrente dos diferentes parâmetros utilizados. Se analisados todas as condições testadas encontrou-se um variação de 0,149 mm (um décimo e meio de milímetro) considerado bastante alto para um processo de furação de precisão.
A Tabela 11 também permite verificar que para todas as condições testadas o diâmetro medido na liga de alumínio apresentou diâmetro sempre superior aos valores obtidos na liga de titânio. Este resultado já poderia ser esperado, visto o comportamento dos sinais de força de corte, aceleração e emissão acústica abordados anteriormente. Além disso, atribuem-se este resultado a menor dureza e menor resistência à abrasão deste material sendo que, com o atrito do cavaco contra a parede do furo, há cisalhamento da superfície de material alterando a sua dimensão.
Para facilitar a visualização e comparação entre parâmetros de corte utilizados, foi construída a Figura 39 que mostra a média e desvio padrão dos valores de diâmetro para todas as condições de usinagem testadas.
Da análise Figura 39, nota-se que, para uma mesma velocidade de avanço, o diâmetro médio nas amostras apresentou tendência a ficar maior com o aumento da rotação, sendo que para algumas condições a diferença foi bastante significativa, como é verificado na condição mais a esquerda da figura, onde a utilização da rotação de 2000 rpm causou um grande degrau nos valores do gráfico.
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Figura 39. Média dos valores do diâmetro dos furos para as diferentes condições de usinagem testadas
Em relação à velocidade de avanço, é possível verificar que para algumas condições houve decréscimo no valor do diâmetro médio com o aumento da velocidade de avanço se comparadas, as mesmas rotações. Em outras, os valores se mantiveram praticamente iguais. Além disso, o diâmetro apresentou maiores valores quando utilizada a velocidade de avanço de 22,4 mm/min. Atribui-se este fenômeno ao longo e fino cavaco, em forma de fita, formado nesta condição. Este cavaco dobra-se muito facilmente apresentando assim dificuldade em deixar o interior do canal da ferramenta atritando com a parede do furo.
Mais uma vez vale destacar, que as condições de corte escolhidas para o ensaio provocaram considerável diferença nos valores de diâmetro, sendo que os menores valores medidos estão na casa de 4,940 mm e os maiores da ordem de 5,070 mm. Para a realização do trabalho, esta variação é bastante positiva uma vez que permite avaliar o comportamento das redes frente a elas.
Utilizando as arquiteturas descritas na seção 5.10 foram realizados os testes com as redes neurais. As figuras 40 a 43 mostram o comportamento das redes na determinação do diâmetro mínimo e máximo de cada um dos materiais.
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Figura 40. Rede neural aplicada à determinação do diâmetro mínimo na liga de titânio
Figura 41. Rede neural aplicada à determinação do diâmetro máximo na liga de titânio
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Figura 42. Rede neural aplicada à determinação do diâmetro mínimo na liga de alumínio
Figura 43. Rede neural aplicada à determinação do diâmetro máximo na liga de alumínio
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A análise das Figuras 40 a 43 mostra que as arquiteturas propostas obtiveram comportamento bastante satisfatório frente às oscilações de diâmetro ocorridas no processo. Essa afirmação baseia-se no fato de que é possível perceber que o comportamento da rede sempre esteve acompanhando os aumentos e decréscimo do processo, sendo que de certa forma chega a lembrar o traço de linhas médias nos diferentes patamares do gráfico, sendo ela insensível a variações bruscas no processo.
Para obter a eficiência do sistema, foram calculados os erros do processo através da comparação dos valores de diâmetro máximo e mínimo de cada um dos materiais estimados pela rede com os valores reais medidos com instrumento. A partir destas diferenças foram calculados os erros mostrados na Tabela 12. O Erro médio relativo foi determinado pela média do módulo da diferença entre o valor estimado pela rede e o valor de diâmetro medido com instrumento. Esta diferença quando dividida pelo valor do diâmetro médio resultou no erro médio absoluto.
Tabela 12 – Valores de erros médios apresentados pelas redes na determinação do diâmetro dos furos
Erro Médio Absoluto (%)
Erro Médio Relativo (mm)
Ti6Al4V - Diâmetro Mínimo 1,36E-03 0,0068
Ti6Al4V - Diâmetro Máximo 1,47E-03 0,0073
2024T3 - Diâmetro Mínimo 1,68E-03 0,0084
2024T3 - Diâmetro Máximo 1,79E-03 0,0090
Média 1,58E-03 0,0079
Avaliando o valor de erro médio absoluto é possível afirmar que a forma apresentada para determinação do diâmetro dos furos a partir de sensores e redes neurais artificiais é eficaz para quase que a totalidade dos processos industriais, uma vez que erros da ordem de 0,008 mm podem ser considerados pequenos ou desprezíveis para a maior parte destes processos. Como exemplo pode-se citar a indústria aeronáutica, onde os furos de maior precisão tem sua tolerância geralmente em torno de 0,050 mm sendo que o erro apresentado poderia facilmente ser incorporado por um processo, desde que ele não apresentasse valores marginais a norma.
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A média apresentada na Tabela 12 apesar de ser um bom indicativo da eficiência do processo de determinação de furos não permite uma análise clara do comportamento da rede para cada furo.
Para possibilitar esta análise, foram construídos os gráficos das Figuras 44 e 45 que mostram os erros dos diâmetros máximos e mínimo de cada um dos materiais separados em classes.
A análise destas figuras reafirma o que foi dito acerca da eficiência do processo. Nota- se que para a liga de titânio quase metade dos valores apresentam erros inferiores a 0,005 mm. Considerando a resolução do equipamento utilizado para a medição do diâmetro dos furos, também de 0,005 mm, podemos afirmar que para estas amostras, a rede acertou o valor do diâmetro medido, uma vez que, dada a resolução do equipamento, não se pode afirmar com certeza o valor do diâmetro dentro desta margem de erro.
Figura 44. Distribuição de amostras em classes de erro (estimação do diâmetro) Material Ti6Al4V
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Figura 45. Distribuição de amostras em classes de erro (estimação do diâmetro) Material 2024T3
Para a liga de alumínio, o percentual relativo a esta faixa de erro desprezível é um pouco menor, contudo nota-se que para ambas as ligas, a maior parte dos erros é inferior a 0,012 mm, sendo que na liga de titânio mais de oitenta e três por cento (83%) dos valores apresentaram erros inferiores a 0,012 mm e na liga de alumínio este valor atingiu mais de setenta e dois por cento (72%) das amostras.
Estes valores demonstram aplicabilidade do método empregado em controle de processos industriais. É animador imaginar uma linha onde milhares de furos são produzidos a cada dia, poder contar com um sistema que, sem gastar tempo e mão de obra para medir, determine o diâmetro de mais de setenta por cento (70%) dos furos produzidos com uma precisão inferior a 0,012 mm.
A aplicação de um sistema como esse em um campo industrial provavelmente não permitirá detectar com precisão uma possível falha pontual, mas certamente acusará a tendência a perda de tolerância de um processo evitando que milhares de furos sejam feitos fora de padrão estipulado, e ocorra um descarte ou retrabalho de grande escala.
Os dados apresentados neste trabalho são, contudo, apenas um estudo pioneiro sobre a aplicação de sensores e redes neurais artificiais utilizados na determinação do diâmetro dos furos produzidos. Para aumentar a confiabilidade no método utilizado, verificar sua
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abrangência e mesmo melhorar ainda mais os resultados aqui apresentados outros trabalhos nesta área devem ser conduzidos.