Otimização Robusta Multi-objetivo do processo de Fresamento Helicoidal do Aço AISI H13 endurecido pelo método da Restrição Normal.

Abstract

O fresamento helicoidal consiste em um processo de usinagem para obtenção de furos e abertura de cavidades no qual a fresa realiza avanço helicoidal concomitante à rotação em torno do próprio eixo. Este processo apresenta vários benefícios como obtenção de furos de diâmetros distintos com a mesma fresa, menores esforços de corte, facilidade na evacuação de cavacos e na lubri-refrigeração, furos acabados em uma operação, etc. O fresamento helicoidal pode ser aplicado na furação de materiais de difícil usinabilidade, como os materiais endurecidos da indústria de moldes e matrizes. Para avaliar este processo experimentalmente é importante empregar métodos de modelagem robusta e otimização multi-objetivo com a finalidade de obter os melhores resultados do processo. A presente tese apresenta a otimização robusta multi-objetivo do fresamento helicoidal do aço AISI H13 endurecido. Ensaios foram realizados seguindo um planejamento composto central combinando variáveis de processo, os avanços axial e tangencial por dente, além da velocidade de corte, e variáveis de ruído, comprimento em balanço, dureza do material e altura medida na superfície do furo. Foram aplicados a metodologia de superfície de resposta, o projeto de parâmetro robusto, a otimização do erro quadrático médio e o método da restrição normal normalizado. Foram discutidos os efeitos das variáveis de controle e ruído nas respostas de força, rugosidade e forma. Foram obtidos modelos para média e variância em função das variáveis de processo. Para as respostas de forças, foram obtidos modelos no sistema de coordenadas da ferramenta e da peça. A otimização de média e variância foi realizada, além da otimização do erro quadrático médio para minimizar o viés e variância. A resposta taxa de remoção de material também foi avaliada para garantir a produtividade do processo. A otimização multi-objetivo foi realizada considerando respostas de força, forma, rugosidade e produtividade. Nos casos para três e quatro objetivos o método da restrição normal normalizado com a matriz pay-off transformada foi aplicado para garantir uma melhor exploração do trade-off entre as respostas. Soluções Pareto ótimas filtradas foram obtidas e as fronterias de Pareto plotadas. Ensaios de confirmação foram realizados para testar a robustez das respostas. Ensaios de vida foram conduzidos para avaliar os mecanismos de desgaste e a formação de rebarba na saída dos furos.