L’ économie mondiale en 2011 et les perspectives pour 2012

As forças na usinagem podem ser, muitas vezes, relacionadas à qualidade superficial obtida, principalmente em operações de acabamento. A relação entre estes fatores já foi analisada por diversos pesquisadores da área de usinagem de ultraprecisão, principalmente na usinagem de metais não ferrosos, como ligas de cobre e alumínio, por exemplo. Entretanto, para a usinagem de materiais duros e frágeis com diamante monocristalino, dentre os quais estão enquadrados os cristais infravermelhos abordados neste trabalho, são encontrados poucos resultados de pesquisa sobre este tema. A dificuldade para medição de forças em níveis como os que ocorrem na usinagem de ultraprecisão destes materiais, aliada a uma importância secundária que tais materiais desempenharam no campo da fabricação de ultraprecisão até há poucos anos, em comparação com os materiais metálicos, podem ser considerados entre os principais motivos para que este assunto não tenha tido um maior destaque. O desenvolvimento de um sistema de medição de forças na usinagem com alta sensibilidade, com a conseqüente possibilidade de medição das componentes de força na usinagem de ultraprecisão também de cristais infravermelhos, em boa parte do espectro das condições de usinagem de acabamento, permite preencher em parte esta lacuna.

De acordo com Spenrath [1] e Kroos [13], maiores componentes dinâmicas na força de corte levam a maiores níveis de vibração na máquina-ferramenta, o que por sua vez pode levar a uma piora na qualidade superficial da peça gerada. Uma análise dinâmica do modelo de corte realizada por Lin e Chen [142] também mostra que as vibrações na usinagem de ultraprecisão estão relacionadas, entre outros fatores, ao comportamento dinâmico das forças de corte e da estrutura da máquina-ferramenta, de modo que forças na usinagem podem assim influir sobre a qualidade superficial obtida. Já segundo um

modelo teórico desenvolvido para a previsão das forças na usinagem por Lo-A-Foe et al [78], as alterações na força durante a usinagem de ultraprecisão têm pouca influência sobre a qualidade superficial, mas uma influência relativamente alta sobre os erros de forma. Tal conclusão é confirmada por Iwata et al [8], segundo os quais a energia consumida durante o processo de corte e, conseqüentemente, a temperatura na região de corte, é diretamente proporcional ao nível de forças de corte. Desta forma, maiores forças de corte podem causar problemas de dilatação térmica na peça usinada, com conseqüente inlfuência sobre a qualidade final de forma.

Em ensaios de usinagem de ultraprecisão realizados por Masuda et al [154] em ligas de alumínio, verificou-se que as forças passivas abaixo de um valor de 0,5 N apresentam uma forte correlação com a qualidade superficial. Para menores valores de força passiva, que ocorrem para ferramentas novas, a rugosidade apresenta maiores valores, enquanto que para ferramentas com um certo nível de desgaste e, conseqüentemente, onde ocorre um aumento na componente passiva da força de usinagem, são obtidas superfícies com melhor qualidade superficial. Este fato é explicado pelo efeito de amassamento dos picos de rugosidade que ferramentas com um maior nível de desgaste podem favorecer. Estes resultados contradizem em parte as afirmações de outros autores, que relacionam os aumentos das forças na usinagem com uma progressiva deterioração da qualidade superficial da superfície gerada. Segundo Sugano et al [146], ensaios de usinagem de ultraprecisão em ligas de alumínio mostram que o aumento das forças passivas está ligado ao desgaste de flanco da ferramenta, e que com o aumento das forças passivas verifica-se também uma maior dispersão nos valores de rugosidade. Neste sentido deve- se observar, entretanto, que tais resultados são verificados para ferramentas já com um avançado estado de desgaste do gume.

Em uma análise do comportamento das forças de usinagem que ocorrem na usinagem de materiais duros e frágeis, como germânio e silício, por exemplo, Brinksmeier [158] observa que em regiões onde a usinagem destes materiais ocorre no regime dúctil o nível de forças passivas é sempre superior ao nível das forças de corte. Tal conclusão é confirmada pelos ensaios de usinagem realizados nos cristais infravermelhos analisados neste trabalho. A análise comparativa entre os resultados de força e de qualidade superficial realizados em sulfeto de zinco, Cleartran e germânio mostra que, nas condições

de ensaio nas quais foram obtidas superfícies com qualidade óptica, ou seja, nas quais supostamente ocorre com sucesso a usinagem em regime dúctil, as forças passivas apresentam normalmente valores superiores às forças de corte. Esta condição deve ser encarada, entretanto, apenas como condição necessária para o sucesso da usinagem dúctil na maioria dos casos observados, porém não suficiente, visto que principalmente para o germânio verifica-se que mesmo quando a superfície gerada apresenta baixa qualidade superficial pode ocorrer o domínio das forças passivas sobre as forças de corte.

Através dos ensaios realizados, é possível também verificar que não apenas a relação entre a força de corte e a força passiva, mas também o nível de força específica passiva exerce um importante papel sobre a qualidade superficial. Para menores avanços e menores profundidades de corte, assim como para maiores raios de quina e maiores ângulos negativos de saída, todos casos onde as forças específicas passivas assumem valores bastante altos, a rugosidade é normalmente menor. Neste casos também a ocorrência de danos superficiais é menos freqüente ou até insignificante, o que pode ser explicado pela teoria da usinagem dúctil de materiais duros e frágeis, que afirma ser a usinagem dúctil apenas possível em regiões onde o estado de tensões de compressão é elevado. Este estado é, por sua vez, favorecido por maiores forças passivas específicas. Forças passivas muito superiores às forças de corte, entretanto, podem ser freqüentemente relacionadas a uma deterioração na qualidade superficial da peça usinada, que por sua vez deve ser relacionada a um avançado estado de desgaste do gume da ferramenta. Conforme abordado anteriormente, principalmente as forças passivas sofrem fortes incrementos à medida que progride o desgaste do gume da ferramenta, na usinagem de ultraprecisão.