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Máquinas e Metais

Um projeto nacional de baixo custo para acabamento superficial nanométrico

Publicado em 01 setembro 2011

O pesquisador Arthur Alves Fiocchi entrou com pedido de patente para um processo abrasivo de ultraprecisão que atinge rugosidades superficiais na casa dos nanômetros, utilizando um rebolo como disco abrasivo. Denominado lapidorretifícação, o sistema visa atender a demanda da indústria por componentes metálicos planos e lisos a um custo inferior ao das máquinas de mercado. Dentro do Laboratório de Tecnologia da Usinagem (Latus), da Faculdade de Engenharia da Unesp/Bauru (SP), Fiocchi teve como referência algumas operações compostas por discos abrasivos de grãos fixos e cinemática de lapidação utilizadas para acabamento superficial. Entre elas, incluem-se o brunimento plano, a nanorretificação, a retificação e a lapidação auxiliadas pela técnica denominada Elid de eletrolytic in-process dressingj, ou dressagem eletrolítica em processo contínuo.

Apesar de considerada a melhor tecnologia abrasiva para usinagem de materiais cerâmicos ultraduros, a técnica Elid não é empregada por muitas empresas, em virtude da pequena oferta dos principais insumos necessários para a sua utilização (fluido de corte eletrolítico e rebolo diamantado de ligante metálico, por exemplo). Além disso, a sua instalação em máquinas lapidadoras ou retificadoras tem um custo alto.

Na lapidorretifícação, a peça fica apoiada em um sistema de fixação (o porta-peça), que realiza movimento radial (eixo X) e perpendicular à superfície do rebolo (eixo Z). Ela rotaciona em volta de seu próprio eixo a uma velocidade de corte relativa próxima de 2 m/s. Por isso, a operação exige que a movimentação relativa entre a superfície do rebolo e a superfície da peça gere uma cinemática planetária que descreva as curvas de trajetórias cicloidais executadas pelo conjunto superfície peça-superfície abrasiva.

O processo ainda agrega a operação de dressagem, também empregada na retificação convencional, que restabelece as condições de corte ao produzir novas arestas de corte (microefeitos) junto ao perfil da superfície do rebolo (macroefeito). Por isso, o mesmo rebolo pode realizar as operações de desbaste e acabamento. Dessa forma, a lapidorretifícação tem suas condições de corte diretamente influenciadas pela operação de afiação do rebolo.

Outras vantagens da lapidorretifícação destacadas pelo seu criador são a possibilidade de controle da taxa de remoção de material, limpeza e planeza da peça, acabamento de ultraprecisão, redução do tempo de usinagem, baixa geração de energia térmica, monitoramento por meio de emissão acústica, baixo consumo de fluido de corte e qualidade superficial com o mesmo tipo e diâmetro médio equivalente do abrasivo.

De acordo com Fiocchi, a qualidade superficial obtida pela lapidorretifícação possibilita que a indústria metalmecânica a utilize, em alguns casos, como substituta das etapas de lapidação e polimento.

A máquina

O protótipo da máquina lapidorretificadora projetado por Fiocchi tem capacidade para peças de 30 mm de espessura e 150 mm de diâmetro, cinco graus de liberdade (translação dos eixos X,Y eZ, rotação do rebolo e do porta-peças), comando numérico computadorizado, monitoramento embarcado da potência de corte e rebolo de carbeto de silício (SiC) para usinagem de peças metálicas planas. Para garantir a afiação do rebolo, principal aspecto do processo de lapidorretificação, é empregada a operação de dressagem com dressador de ponta única de diamante (e diferentes graus de recobrimento da dressagem) em sua face plana.

A comercialização da máquina ainda depende de futuras parcerias com as indústrias do segmento de máquinas-ferramenta. Segundo Fiocchi, com o auxílio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), foram investidos R$ 60 mil reais na máquina, custo bem inferior ao das máquinas importadas para realizar operações similares - de aproximadamente R$ 230 mil.