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Avanços no desenvolvimento de um porta-ferramenta com sistema interno de transferência de calor com fluido em mudança de fase

Processo: 12/05610-9
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de maio de 2012
Vigência (Término): 31 de outubro de 2012
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Processos de Fabricação
Pesquisador responsável:Luiz Eduardo de Angelo Sanchez
Beneficiário:Renan Luis Fragelli
Instituição-sede: Faculdade de Engenharia (FE). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Bauru. Bauru , SP, Brasil
Assunto(s):Refrigeração   Fluido de corte   Torneamento   Usinagem

Resumo

Em Projeto de Iniciação Científica Fapesp (2008/50918-6) já concluído, foi desenvolvido o protótipo de um porta-ferramenta refrigerado internamente por meio de um fluido em mudança de fase. O conceito básico desse sistema de refrigeração está baseado na extração mais eficiente do calor durante a transformação do fluído em vapor, promovido na região imediatamente abaixo da ferramenta de corte onde se desenvolvem as maiores temperaturas de usinagem. Para que a mudança de fase do fluido ocorra com maior facilidade é usado um fluido refrigerante cujo ponto de saturação situa-se próximo da temperatura ambiente, como é o caso do Freon 11® (R-11) e Suva 123® (R-123). Construtivamente, o porta-ferramenta conta com uma cavidade abaixo da pastilha, por onde o fluido refrigerante passa e percorre toda a extensão interna do corpo do porta-ferramenta. Separando a cavidade e a pastilha foi colocada uma placa de cobre para dissipação mais eficiente do calor para o fluido. Após a vaporização, o fluido é recalcado até um condensador onde retorna ao estado líquido e depois é levado ao interior do porta-ferramenta estabelecendo um ciclo fechado. No torneamento de um aço de difícil usinabilidade (SAE XV 8), obteve-se resultados promissores quanto à vida de ferramenta, sendo alcançados valores próximos à operação com fluido de corte semi-sintético, e claramente superior à usinagem a seco. No entanto, problemas relacionados ao desenho do porta-ferramenta e às características da máquina-ferramenta foram verificados. Especificamente, constatou-se que as deficiências estão na baixa rigidez dinâmica do torno, que em rotações mais altas provocaram avarias oriundas das excessivas vibrações da máquina. Outra limitação relacionou-se ao projeto do porta-ferramentas, que não tinha a geometria da cavidade que facilitasse o escoamento de fluido vaporizado sem causar possíveis aprisionamentos de vapor na interface da placa de cobre com o fluido no estado líquido, especialmente nos cantos agudos. Em função dos problemas encontrados e na tentativa de avançar no desenvolvimento de um sistema de refrigeração no qual seja possível abolir o uso do fluido de corte, mesmo que em algumas condições específicas de usinagem, busca-se nesse Projeto a otimização do porta-ferramenta por meio de soluções mais adequadas para a troca de calor mais eficiente, agora utilizando um torno CNC, obtido em Auxílio de mesmo tema (2011/23600-8), capaz de utilizar os corpos de prova em velocidades de corte constantes sem perturbações dinâmicas advindas da falta de rigidez da máquina.