Desenvolvimento de um sistema sem fio para o monitoramento da vibração na operação de fresamento
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Igor Cézar Pereira
Antonio Augusto Torres Maia
Antonio Augusto Torres Maia
Resumo
O processo de usinagem possui particularidades vantajosas como o bom
acabamento superficial da peça e a possibilidade de produção de pequenos lotes se comparado
com as operações de fundição e conformação mecânica, por exemplo. Devido a essas e outras
qualidades, a usinagem é muito presente nos processos de fabricação mesmo que represente
um alto custo de produção devido ao elevado tempo de fabricação e à alta taxa de desperdício
de material em forma de cavaco. Dentre as operações de usinagem destaca-se o fresamento
pela alta taxa de remoção de material, versatilidade e produção de peças com geometrias
complexas. Uma das aplicações do fresamento é a usinagem de aços ferramentas para a
produção de matrizes para conformação mecânica. Como o custo de usinagem é alto, é
necessário um rígido controle das variáveis do processo para que as tolerâncias sejam atendidas
com o mínimo de perdas possível. Para que as dimensões, tolerâncias e qualidade superficial
do produto após a usinagem sejam aceitáveis, a inspeção das arestas de corte da ferramenta é
fundamental. Considerando os avanços tecnológicos e a implementação da Indústria 4.0, este
trabalho propõe um método de monitoramento do desgaste de ferramentas de corte a partir do
espectro da vibração durante o fresamento do aço ferramenta ABNT H13 revenido com
pastilhas de metal duro por meio de um acelerômetro de baixo custo conectado a uma rede sem
fio. O acelerômetro pode captar a aceleração nos três eixos com auxílio do microcontrolador,
cujo hardware possui conexão integrada à internet, pode ser conectado a um servidor local por
meio da rede wifi. Para validar a funcionalidade do sistema proposto foram realizados testes
com variação dos parâmetros de corte (velocidade de corte, avanço e profundidade de
usinagem) e teste de vida da ferramenta a fim de verificar a sensibilidade do sensor quanto às
variações nos esforços de corte e quanto à progressão do desgaste da aresta de corte. Os
resultados mostraram que o sensor responde bem à variação dos parâmetros de corte, sendo
que a velocidade de corte e a profundidade de usinagem apresentam a maior influência nas
amplitudes de vibração na primeira frequência de trabalho. Quanto ao desgaste, não foi possível
afirmar com respaldo estatístico que o sensor é sensível à variação do desgaste das arestas de
corte até o nível mensurado (𝑉𝐵𝐵≈ 0,3mm).
Abstract
Some of machining processes qualities are good surface finish at the component and the possibility of small batches production in contrast to casting and forming. Machining processes are relevant and widely used in industrial manufacture due to these features, despite their high production cost and large amount of chips produced. Milling stands out due to its high material removal rate and complex geometry production capability. Manufacture of dies and molds is one well known application of milling. As the production cost increases, the need to a tougher process control parameter is required in order to guarantee a desirable product tolerance and quality and to reduce material losses. Tool wear must be constantly supervised to assure acceptable product dimension and surface finish. Taking into account Industry 4.0 and technology advance in software communication, this study presents a wear monitoring method based on tools vibration signal during milling of annealed AISI H13 tool steel with WC inserts using a low-cost accelerometer and a microcontroller connected via wi-fi. Experimental tests were conducted to validate its functionality. Varying cutting speed, feed rate and depth of cut order to verify the sensor sensibility on tool wear evolution and cut parameters variation. The results shown that the low-cost sensor presents satisfactory response to cutting parameters variations and cutting speed and depth of cut are the most influent in the first harmonic spectral amplitudes. On the other hand, wear increasement was not statistically responsive to wear level measured (𝑉𝐵𝐵≈ 0,3mm).
Assunto
Engenharia mecânica, Fresagem (Trabalhos em metal), Vibração, Aço, Desgaste mecânico, Acelerômetros
Palavras-chave
Monitoramento, Fresamento, Aço ABNT H13, Vibração, Desgaste, Acelerômetro