Análise de estratégias de retificação de virabrequins automotivos forjados utilizando rebolos de CBN vitrificados em altas velocidades

• Main Author: Silva, Eraldo Jannone da
• Other Authors: Oliveira, João Fernando Gomes de
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2004
• Subjects: Alta velocidade; CBN; Crankshaft; Grinding; High speed; Rebolo; Retificação; Virabrequim; Wheel
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18135/tde-13102015-145649/

O objetivo deste trabalho foi a análise de estratégias de retificação de virabrequins automotivos forjados utilizando rebolos de CBN vitrificados em altas velocidades. As estratégias analisadas foram: a retificação de mergulho (estratégia A) e a retificação axial (estratégia B). Foi proposta uma nova estratégia de retificação, denominada estratégia C - retificação axial múltipla, sendo esta inédita. Nesta subdividi-se o espelho do virabrequim em trechos, retificando-se o sobremetal radial do espelho em múltiplos estágios. Os aspectos teóricos das estratégias foram determinados, apresentando-se uma formulação matemática para o cálculo da taxa de remoção de material específica ao longo do perfil do rebolo utilizado. Testes comparativos foram realizados em que os principais aspectos para uma retificação eficiente foram determinados. Primeiramente verificou-se a necessidade de uma operação de dressagem efetiva, a fim de se obter uma agressividade na face do rebolo necessária para evitar o empastamento do mesmo e a queima do espelho. Para tanto, além da escolha correta da configuração e dos parâmetros de dressagem verificou-se a necessidade de um sistema de monitoramento que permita a detecção e a avaliação de possíveis não-conformidades. A utilização de um sistema de fluido de corte e de limpeza a alta pressão eficientes contribuíram para a redução dos cavacos alojados na porosidade do rebolo, evitando assim seu empastamento prematuro. Com base no modelo teórico proposto foi possível determinar-se a região de máxima solicitação do rebolo em função das estratégias adotadas, possibilitando o planejamento e a adoção das condições de usinagem mais favoráveis na redução do desgaste do rebolo e, por conseqüência, os desvios geométricos da peça usinada. Nos testes comparativos entre as estratégias verificou-se a possibilidade de utilização de todas. Porém, cada qual apresentando suas particularidades. Considerando-se o mesmo tempo de corte, a retificação de mergulho (estratégia A) apresenta a menor taxa de remoção de material específica e a mais ampla região de máxima solicitação do rebolo, sendo esta fixa e igual ao sobremetal no espelho. Neste caso a área sujeita ao desgaste na ferramenta é maior. De forma oposta, a estratégia B (retificação axial) apresenta a menor região de solicitação da ferramenta, sendo esta igual ao avanço axial por volta. Todavia nesta estratégia a taxa de remoção de material específica é máxima, sendo função do sobremetal radial da peça, diferença entre os raios máximo e mínimo do espelho. Nesta, a área desgastada será mínima, porém, esta região sofrerá a máxima solicitação e maior desgaste, com risco de empastamento do rebolo e queima da peça. A adoção da retificação axial múltipla (estratégia C) permite combinar a flexibilidade da alteração da região de máxima solicitação do rebolo com variações na taxa de remoção de material específica para cada estágio, reduzindo a tendência de queima e empastamento do rebolo, caracterizando-se como uma solução intermediária entre a retificação de mergulho e a axial. Verificou-se que a variação no número de estágios tem influência direta no volume de material removido e no desgaste radial do rebolo. Uma simulação foi desenvolvida para o desgaste radial do rebolo para cada estratégia testada. === The aim of this study was the analysis of grinding strategies for high speed grinding of forged automotive crankshaft using vitrified CBN wheels. The grinding strategies tested were: the plunge grinding (strategy A) and the face grinding (strategy B). A new grinding strategy was proposed, the multi-steps face grinding, which is innovative. In this strategy, the sidewall is divided into circular regions, removing the sidewall stock into multiple steps. The theoretical aspects of each strategy were determinate and the mathematic formulation for the specific material removal rate calculation along the wheel profile is presented. Comparative tests were performed in which the main aspect for an efficient grinding operation were determinate. First of all, the necessity of a high efficient dressing operation was detected, in which the achieving the adequate sharpness of the dressed wheel sidewall is mandatory to avoid the wheel loading and the workpiece sidewall burning. For that, besides the correct configuration and selection of the dressing parameters, it was noticed that a monitoring system is essential for the detection of non-adequate dressing operations. The adoption of an improved cutting fluid application system and scrubbers (high pressure nozzles) leaded to chips clogging reduction and premature wheel loading. Based on the proposed theoretical model it was possible to determine the region of the maximal wheel strength due to the adopted grinding strategy, allowing the process design, including the most favorable cutting conditions for the workpiece geometrical errors avoidance. In the comparative test among the strategies, it was possible to verify that all strategies can be adopted, although each of them with their particularities, which must be taken into account. Considering the same cutting time, the plunge grinding strategy (strategy A) presented the lowest specific material removal rate and the widest affected wheel region, which is fixed and equal to the sidewall stock. In this situation, the worn area is the widest. On the other hand, the face grinding strategy (strategy B) presented the narrowest affected area, with width equal to the axial infeed. Although in this strategy, the specific material removal rate is maximal, depending on the radial stock of the sidewall. The worn region is the narrowest, but the with greatest wheel wear values will be observed in this region. The wheel loading and the workpiece burn can easily occur. The adoption of the multi-steps face grinding (strategy C) allows the combination between the flexibility of changing the width of the affected wheel region and the specific material removal rate for each step, reducing the occurrence of workpiece burn and wheel loading. It is an alternative between the plunge grinding and face grinding. It was possible to verify that the number of steps has a direct influence on the volume of removed material and on the wheel wear. A simulation was developed for the wheel wear for each strategy.