Otimização robusta multi-objetivo do processo de fresamento do aço ABNT H13 endurecido utilizando ferramentas de topo esférico

Abstract

O projeto e a manufatura de superfícies complexas, como moldes e matrizes, representam um importante aspecto de toda cadeia produtiva, pois muitas das peças fabricadas atualmente, são feitas por processos que requerem estes ferramentais. O cenário da concorrência de mercado requer a constante inovação tecnológica das empresas do setor, exigindo destas uma produção com maior qualidade e exatidão, com menores tempos de entrega e custos de produção. O fresamento com altas velocidades utilizando ferramentas de topo esférico é uma operação clássica para o acabamento de superfícies complexas de moldes e matrizes. O presente trabalho tem por fim a otimização robusta multi-objetivo do processo de fresamento do aço ABNT H13 endurecido utilizando ferramentas de topo esférico. Foram realizados experimentos seguindo um planejamento composto central combinando variáveis de controle (avanço por dente, profundidades axial e radial de corte e velocidade de corte) e variáveis de ruído (comprimento em balanço da ferramenta, ângulo de inclinação da superfície usinada, desgaste da ferramenta e estratégia de corte). As características de interesse avaliadas foram a rugosidade da superfície usinada, a força de usinagem e a taxa de remoção de material. Foram aplicadas as metodologias de superfície de resposta, de projeto de parâmetro robusto, do erro quadrático médio, da análise fatorial e da interseção normal à fronteira. Assim, foram analisados e discutidos os efeitos das variáveis de controle e de ruído, bem como as interações destas sobre as características de interesse. O desgaste da ferramenta foi a variável que mais influenciou a rugosidade e a força de usinagem. O ângulo de inclinação da superfície usinada foi a variável que mais influenciou a taxa de remoção de material. Os valores obtidos para a rugosidade Ra variaram entre 0,208 e 3,013 μm. A força de usinagem variou entre 3,1 e 112,0 N, e a taxa de remoção de material variou entre 23,2 e 175,7 mm3/min. A otimização da média e da variância de cada característica de interesse foi realizada, bem como a otimização do erro quadrático médio. Verificada a existência de correlação entre as características de interesse, três fatores ortogonais e independentes entre si foram extraídos e a otimização robusta multi-objetivo foi realizada. Assim, 54 soluções Pareto-ótimas foram obtidas, contribuindo para a melhoria da qualidade e da produtividade na fabricação de moldes e matrizes. Experimentos de confirmação foram realizados e confirmaram a robustez da rugosidade Ra e da força de usinagem em relação às variáveis de ruído. Ensaios de vida da ferramenta de topo esférico foram realizados e indicaram uma vida superior à 100 min.