A rugosidade da superfície de uma peça é um requisito técnico que mede a qualidade do processamento da superfície da peça. Isso afeta significativamente o ajuste da peça, a resistência ao desgaste, a resistência à corrosão e o desempenho da vedação. Os fatores que afetam a rugosidade da superfície incluem principalmente o material da peça, os parâmetros de corte, o desempenho da máquina-ferramenta e o material da ferramenta e os parâmetros de geometria.

Durante o processo de usinagem real, a profundidade de corte, a taxa de avanço e a velocidade do fuso são predeterminadas e mantidas constantes durante todo o processo de corte. Portanto, é essencial otimizar a combinação de fatores que afetam a rugosidade da superfície para obter o valor ideal da qualidade da superfície. Este artigo começa com a fórmula de cálculo da rugosidade da superfície e sua relação com a espessura do cavaco. Ele explora ainda mais a relação entre rugosidade da superfície, profundidade de corte e taxa de avanço. Além disso, examina o impacto de vários fatores na rugosidade da superfície por meio de experimentação.

Mecanismo de Geração de Rugosidade Superficial

Mecanismo de Geração de Altura Residual

Na usinagem de superfícies curvas, a altura residual é formada principalmente pelo movimento da ferramenta ao longo do caminho da ferramenta e deixando o material na superfície da peça de trabalho não removido. Conforme mostrado na Figura 1, os seguintes parâmetros são definidos: P como o ponto de contato da ferramenta, R como o raio da superfície curva, θ como o ângulo entre duas linhas de raio e n como o vetor normal no ponto P. A distância de passo lateral é representado por d, e está intimamente relacionado com a altura residual h. Com base na Figura 2(a), podemos derivar a seguinte relação:

Na equação: r representa o raio da ferramenta e kh representa a curvatura normal da superfície de usinagem ao longo da direção do avanço de corte.

 

 

Ao usar o método de plano seccional para gerar caminhos de ferramenta, calcular a curvatura normal (kh) pode ser um desafio. Na usinagem prática, uma aproximação é freqüentemente usada, onde um plano aproxima a superfície entre dois caminhos de ferramentas adjacentes, conforme mostrado na Figura 2(b). A distância de passagem é considerada a distância normal entre os planos seccionais. Neste caso, a altura residual (h) pode ser descrita pela seguinte equação:

1.2 Cálculo da Rugosidade da Superfície

Devido à presença de altura residual, a superfície da peça após a usinagem mecânica terá muitos picos e vales irregulares. Essa forma geométrica microscópica é conhecida como rugosidade da superfície, conforme mostra a Figura 3. O parâmetro Ra é definido como a rugosidade da superfície, que é dada por:

Na equação, L representa o comprimento da amostragem.

Ampliando a Figura 3, obtemos a Figura 4. Quando h' é menor que Y et, podemos deduzir:

6

 

Quando h” é maior que Y et, podemos deduzir:

Na equação, E representa a área da região. Como y_a precisa garantir que a área acima e abaixo da linha central seja igual, ou seja,

Na equação (6), p' e p” são fatores de ponderação. p está intimamente relacionado com a espessura do cavaco h. Após uma série de derivações, podemos obter

a expressão da área de amostragem é a seguinte

Na expressão:

Substituindo as equações (4) e (5) na equação (8), obtemos:

Depois de substituir a equação (7) na equação (9) e simplificar por meio de cálculos, a relação entre a área de amostragem da rugosidade da superfície e a espessura do cavaco é obtida da seguinte forma:

De acordo com a equação acima, pode-se ver que existe uma relação muito simples entre a rugosidade da superfície e a espessura do cavaco. Ao fresar com uma fresa de ponta esférica, o avanço por dente é constante, enquanto a espessura do cavaco varia continuamente com base na profundidade de corte e taxa de avanço.

 

Dados Experimentais e Análise

Condições experimentais

Sob condições de corte de estado estacionário, variando a profundidade de corte e taxa de avanço, os valores de rugosidade da superfície são medidos para diferentes combinações de parâmetros. A microtopografia das superfícies usinadas é observada usando um perfilômetro tridimensional, e a influência dos parâmetros de corte na rugosidade da superfície é analisada.

A experiência é realizada na peça de borda mostrada na Figura 5, usando uma máquina de centro de usinagem de precisão FANUC. O material da peça é aço 45#, e uma fresa de aço de alta velocidade com um diâmetro de 12,5 mm é selecionada como ferramenta de corte. A velocidade do fuso é ajustada em 800 r/min, e a profundidade de corte varia de 1mm a 6mm. Diferentes taxas de avanço são usadas para cortar em profundidades de 1 mm, 2 mm, 4 mm e 6 mm, conforme ilustrado na Figura 6.

 

Medição de dados

Depois de concluir a usinagem da peça, os pontos de medição são selecionados na seção curva da peça mostrada na Figura 5. Para cada conjunto de condições experimentais, os dados nesses pontos de medição são medidos duas vezes e o valor médio é considerado o valor experimental . Os dados experimentais são apresentados na Tabela 1

 

 

 

Análise de dados

A partir dos dados experimentais, pode-se observar que ao usinar a peça com fresa esférica e mantendo o avanço constante, a rugosidade da superfície aumenta com o aumento da profundidade de corte (ver Figura 7). Em profundidades de corte mais baixas, os valores de rugosidade da superfície são menores, mas profundidades de corte excessivamente pequenas resultam em tempos de corte mais longos e menor eficiência de processamento.

Embora haja certa diferença entre os valores experimentais e os valores teóricos neste estudo, eles são relativamente próximos. Assim, a fórmula de cálculo fornecida neste estudo pode ser adotada. Para a peça selecionada neste estudo, a rugosidade ideal da superfície é alcançada quando a profundidade de corte é de 2mm e a taxa de avanço é de 700mm/min.

 

 

 

3conclusão

O estudo investigou a influência de vários parâmetros de usinagem na rugosidade da superfície durante o processo de fresamento da peça. O impacto teórico da rugosidade da superfície na qualidade da superfície da peça de trabalho foi explorado e uma fórmula de cálculo teórico para a rugosidade da superfície foi derivada com base em seu mecanismo de geração.

Usando o método de usinagem experimental e diferentes combinações de dados de parâmetros, a rugosidade da superfície das peças usinadas foi medida usando um perfilômetro tridimensional. Os valores teóricos calculados a partir da fórmula foram então comparados com os valores experimentais.

A pesquisa demonstrou que tanto a fórmula de cálculo quanto o método de usinagem são viáveis e eficazes na previsão e controle da rugosidade da superfície durante o processo de fresamento.