Otimização das condições de corte e simulação da confiabilidade da ferramenta no torneamento do aço ABNT 52100 Endurecido

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: SOUZA, Luiz Gustavo Paes de
• Orientador(a): FERREIRA, João Roberto
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia de Produção
• Departamento: IEPG - Instituto de Engenharia de Produção e Gestão
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Torneamento duro; Altas velocidades de corte; Otimização multiobjetivo; Confiabilidade da ferramenta; Qualidade da peça usinada
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4144

A usinagem em altas velocidades é reconhecida como uma das principais tecnologias de fabricação para alcançar maiores taxas de produtividade e custos reduzidos. Nesse contexto, a otimização das condições de corte emerge como uma alternativa para a sua viabilização. Adicionalmente, várias estratégias de otimização da rugosidade têm sido propostas na área do torneamento duro. No entanto, embora os efeitos do desgaste da ferramenta sobre a rugosidade da peça podem ser conhecidos, esse efeito é negligenciado pela maioria das estratégias propostas. Consequentemente, a capacidade do processo de reproduzir na prática o resultado da solução ótima é adversamente afetada, pois a rugosidade das peças usinadas por uma mesma aresta de corte desvia de seu valor esperado com a progressão do desgaste. Complementarmente, a análise da confiabilidade das ferramentas de corte na usinagem é fundamental para decidir o momento adequado para substituí-las, evitando a sua troca precoce ou tardia. Considerando os cenários apresentados, o presente trabalho propõe uma estratégia de otimização multiobjetivo para a maximização da vida da ferramenta e minimização do desvio aritmético médio (Ra), do tempo de corte, do tempo e custo total de usinagem para a avaliação do desempenho da ferramenta de cerâmica mista durante o torneamento a seco do aço rolamento ABNT 52100 endurecido, sob altas velocidades de corte. A Metodologia de Superfície de Resposta foi utilizada para obtenção dos modelos quadráticos das respostas avaliadas. O efeito do desgaste da ferramenta sobre Ra foi estabelecido durante os ensaios de vida. Como resultado, definiu-se o momento do estado da ferramenta que gera os maiores valores de Ra, os quais corresponderam os valores de rugosidade obtido com a condição experimental. A redução da dimensionalidade do problema multiobjetivo foi realizada por meio da Análise Fatorial. Os escores dos fatores rotacionados mantidos na análise foram utilizados para obter as funções do Erro Quadrático Médio dos Fatores, os quais representaram as funções objetivos da otimização. A otimização multiobjetivo foi realizada por meio da aplicação do método de Interseção Normal a Fronteira. Os setups ótimos definidos pela otimização foram capazes de alcançar valores de Ra entre 0,28 a 1,05 μm, vida entre 11 a 19 min, tempo de corte de 0,23 a 0,41 min, tempo total de usinagem de 0,91 a 1,10 min, e custo de usinagem por peça entre R$3,55 a 5,01. A variância da vida da ferramenta foi obtida aplicando a regressão de Poisson ao quadrado dos resíduos do modelo obtido pelo método dos Mínimos Quadrados Ordinários. Adicionalmente, foi proposto um método econômico para a simulação da confiabilidade da ferramenta de corte para viabilizar a sua aplicação. De posse da média e da variância da vida, os parâmetros de forma (β) e de escala (δ) da distribuição de Weibull são estimados por meio de um método simples de otimização com restrição proposto. Experimentos de confirmação foram realizados, os quais validaram a eficácia da otimização e da simulação da confiabilidade da ferramenta.