Atualmente madeiras provindas de florestas plantadas dos gêneros Pinus e Eucalyptus vêm substituindo o uso de madeiras nativas nos mais variados setores da indústria madeireira e moveleira.
No Brasil o gênero Pinus vêm sendo plantado há bastante tempo, tendo sido, inicialmente, introduzido para fins ornamentais. Somente a partir de 1950 o gênero começou a ser plantado em escala comercial para produção de madeira. Sua principal utilização é como fonte de matéria-prima para as indústrias de madeira serrada e laminada, chapas, resina, celulose e papel.
Por serem materiais de fácil usinabilidade comparada a outros materiais, como metais e cerâmicas, talvez por isso há busca em melhorar os processos de fabricação que envolve essas espécies não é tão grande comparado a outros tipos de materiais. No entanto, com a crescente expansão do setor e da maior utilização dessas espécies, torna-se importante estudar e conhecer as interações e efeitos dos parâmetros que envolvem o processo de lixamento, correlacionando-os com a qualidade final do produto. O conhecimento do processo de lixamento e as variáveis que o cercam contribuem para um aproveitamento racional da matéria-prima gerando maiores lucros e contribuindo para o fortalecimento do setor industrial madeireiro. Convém ressaltar que ainda é insuficiente o número de pesquisadores, em nível mundial, que vêm buscando compreender o processo de lixamento de madeiras e as variáveis que o cercam. Processo este, que apresenta inúmeras variáveis que influenciam na qualidade do componente fabricado.
Em madeiras, o lixamento torna-se extremamente necessário sempre que se realiza o corte perpendicular às fibras, pois estas se rompem prejudicando o acabamento. Em muitas indústrias ainda há o conceito de que as lixas têm a função de corrigir os defeitos de processos que antecedem o lixamento. Na realidade, as lixas devem corrigir somente defeitos da usinagem que tenham surgidos por causa da própria madeira e não por defeito na ferramenta de corte. O lixamento deve remover pequenas impurezas que se incrustam na madeira durante o manuseio ou uma remoção de material para ajuste das dimensões. Pouco se conhece sobre os parâmetros que envolvem o lixamento de madeiras. Utilizam-se muitos conceitos práticos sem um conhecimento das melhores condições que envolvem esse processo.
Pesquisadores estudaram o lixamento utilizando uma lixadeira de banda larga, onde houve a variação de alguns parâmetros do equipamento com intuito de obter um melhor acabamento superficial, menor consumo de potência e observar o tempo de vida de dois tipos de abrasivos no lixamento paralelo as fibras. Foi observado que a redução no tamanho dos grãos melhora o acabamento superficial; com o aumento da profundidade de corte foi observado uma piora no acabamento superficial; a taxa de remoção de material apresentou um crescimento conforme se aumentou a velocidade da lixa para mesma profundidade de corte. Com relação à eficiência dos abrasivos testados observou-se que a taxa de remoção de material ao longo do tempo se manteve mais eficiente para o carbeto de silício em relação ao óxido de alumínio. Esse melhor desempenho está atribuído a maior dureza do carbeto de silício. Para o consumo de potência foi observado que aumentando a velocidade de alimentação e a velocidade da lixa tem-se um maior consumo de potência.
O monitoramento do processo ou de uma máquina específica pode ser realizado por meio de inspeção humana, no qual é verificado o estado do processo ou ferramenta em determinados períodos de tempo, ou através de sensoriamento onde o tempo de resposta é muito mais ágil e preciso. Com o aumento da produção nas empresas e a necessidade de garantia de qualidade nos produtos fabricados houve a substituição do monitoramento feito pelo homem pelo sensoriamento do processo que garante uma resposta mais rápida e precisa em tempo real.
O sistema de monitoramento é uma composição de sensores, amplificadores de sinais, cabos e receptores. Diferentes tipos de sensores existem no mercado (sensores para medir força, torque, potência, vibração, emissão acústica, câmeras, laser etc.) bem como suas aplicações específicas para cada tipo de monitoramento desejado.
O processo de lixamento envolve a mudança da topografia da superfície da madeira pela ação de um material abrasivo. O processo de remoção de material por abrasivo produz pequenas partículas (cavacos), que são provenientes da remoção das fibras da madeira, onde devido à variabilidade do material madeira podem ocorrer falhas neste local, sendo de suma importância o conhecimento das características anatômicas, físicas e químicas da madeira para o entendimento do mecanismo de lixamento.
Tem-se então no processo de lixamento variáveis controladas e não controladas. As variáveis não controladas são aquelas relacionadas ao material usinado e ao processo, onde devido sua variabilidade característica são difíceis de serem dimensionadas e irão influenciar no resultado final, sendo necessário executar o experimento com máxima aleatoriedade para a distribuição dessas influências. Exemplos dessas variáveis são: material anisotrópico (madeira), variação da densidade etc. As variáveis controladas também irão influenciar no processo de lixamento, sendo possível estipular seus valores e mantê-los fixos em determinadas faixas e verificar sua influência sobre o resultado final. Exemplos de variáveis controladas durante o processo de lixamento são: umidade da madeira, pressão aplicada, velocidade de corte, velocidade de alimentação, tipo de abrasivo, granulometria do abrasivo etc.
A importância da escolha do abrasivo correto se deve a sua dureza. Materiais mais duros são usualmente mais friáveis, e com isso sofrem uma maior quebra de seus grãos abrasivos. O óxido de alumínio possui uma dureza Knoop de 2100 e o carbeto de silício de 2800.
Existe um efeito das características anatômicas da madeira sobre o processo de lixamento como: Anéis de crescimento, madeira anormal, proporção entre madeira de cerne e alburno, textura, extrativos etc., que são características que devem ser consideradas. A proporção de anéis de crescimento e madeira de cerne e alburno varia com a posição de corte na árvore, e suas proporções iram influenciar na força de lixamento e no resultado da qualidade da superfície lixada.
Esse trabalho teve como objetivo avaliar as condições de lixamento da madeira de dois tipos de lixa, óxido de alumínio e carbeto de silício, com três formas de desgaste dos grãos abrasivos e três granulometrias diferentes (80, 100 e 120 mesh) analisando a força de corte, potência de corte e sua rugosidade final.
MATERIAL
Para a realização dos ensaios foram confeccionados corpos de provas Pinus elliotti nas dimensões de 54x30x23mm.
Dimensões dos corpos de provas ensaiados.
Esses corpos de prova tiveram seu teor de umidade estabilizado em aproximadamente 15 % depois da estabilização, e foram devidamente climatizados de acordo com a norma NBR 07190/1997 para “classe de umidade 1 - 12% UE” em uma câmara climática .
Para a realização dos ensaios utilizou-se lixadeira plana. O suporte para fixação do corpo de prova e adição de massas para pressão e foi confeccionado em aço ABNT 1010 que possui uma chapa basculante para a fixação da célula de carga com o suporte para o corpo de prova. Esse suporte é de fixação lateral à lixadeira.
Os ensaios foram realizados variando 3 velocidades de corte, utilizando dois tipos de grãos abrasivos e três tempos de degastes desses grãos abrasivos.
Foram pré-determinadas três tipos de condições para o desgaste dos grãos abrasivos, a primeira condição é sem o grão sofrer nenhum desgaste, a segunda condição são 30 segundos de desgaste e a terceira condição são 70 segundos de desgaste e este foi realizado através do lixamento de um aço 1020 pelo tempo pré determinado. Isso se deve ao motivo de acelerar o desgaste da lixa que seria demorado quando usando madeiras.
Com o desgastes há a quebra dos grãos abrasivos, friabilidade. A friabilidade dos grãos diminui com a sua espessura e dimensão, diminuindo a taxa de remoção do material. Nesse período a rugosidade se torna mais baixa, o nível de desgaste dos grãos abrasivos atinge seu máximo e depois disso permanece constante (a textura constante da lixa é igual à abrasividade do grão). Isso induz a estabilização da taxa de remoção do material. Nesse momento, a rugosidade superficial depende somente da textura da lixa e consequentemente a rugosidade se torna constante.
Para a captação dos esforços de lixamento (força e potência) utilizou-se uma célula de carga para captação da força de lixamento e um Transdutor de corrente alternada monofásico para captação da potência consumida do motor durante o lixamento.
A célula de carga teve que ser calibrada para a obtenção dos seus esforços em N. Essa calibração foi feita através de massas conhecidas e depois traçada uma curva para se achar a equação de calibração. Já a potência consumida foi convertida através de curvas de calibração fornecidas pelo fabricante
Todos os dados foram aquisitados por uma placa de dados que tem a função de receber os sinais analógicos dos sensores e transformá-los em sinais digitais para ser interpretado pelo software no microcomputador.
Rugosímetro
Com base nos dados obtidos e trabalhados foram obtidos os resultados apresentados a seguir.
Pode-se perceber que os valores de força de corte tendem a diminuir conforme o maior desgaste da lixa. Isso se dá pela diminuição das arestas de corte do grão abrasivo que se fraturou com o desgaste. Com isso o grão passa a compactar o material ao invés de removê-lo com isso os esforços de força de corte diminuem, pois, o material é compactado nas irregularidades superficiais ao invés de ser removido. Além do mais com a diminuição das arestas de corte há uma diminuição de área de corte, isso também influencia na diminuição dos valores de força de corte.
Nota-se que nos ensaios com as condições 2 e 3 de desgaste na lixa de 120 mesh de óxido de alumínio são maiores do que na condição com carbeto de silício com lixa 120. Porém são ensaios com um valor de desvio padrão muito elevados e com isso nas menores forças de corte obtidas. Essas variações tão altas de desvio padrão são devido à alta heterogeneidade da madeira, esta que pode ter variação de espessura de anéis de crescimento, madeira juvenil e adulta, nós etc.
A dureza depende da friabilidade (capacidade do grão abrasivo se fraturar) e do tamanho do grão abrasivo. Quanto maior for o tamanho do grão abrasivo, ou quanto maior for sua friabilidade, maior é a facilidade em fratura-lo, sugerindo um menor grau de dureza para o disco abrasivo. Nota-se que em sua maioria as forças de corte da lixa de carbeto de silício em sua maioria foram sempre maiores que as forças obtidas com o óxido de alumínio. Isso se deve devido a dureza do carbeto ser maior que a do óxido de alumínio (2500 e 2100 knoop, respectivamente). Bianchi já havia estudado a dureza de grãos abrasivos em discos de corte e percebe-se que a dureza do disco abrasivo influencia diretamente na força tangencial de corte necessária para se executar uma operação de corte com discos abrasivos. Neste caso, quanto maior o grau de dureza do disco abrasivo, maior o respectivo valor médio da força tangencial de corte. Novamente os valores que fogem essa tendência estão relacionados com a heterogeneidade da madeira, isso é notado pela grande variação da força de corte durante as repetições do ensaio e com isso um desvio padrão muito alto.
Ao observar o resultado nota-se que em geral as menores potências de corte foram obtidas com a lixa de carbeto de silício e ainda nesse tipo de lixa a tendência da potência de corte cair com o desgaste dos grãos abrasivos. A lixa de óxido de alumínio obteve apenas um valor menor que a de carbeto de silício na última condição da lixa de gramatura de 100 mesh, porém se for levar em consideração o desvio padrão os ensaios tem uma potência de corte parecida.
Nota-se também que nos ensaios com o de óxido de alumínio o único que segue a tendência do outro abrasivo é a de 100 mesh, porém a maioria dos valores obtidos têm um elevado desvio padrão, novamente vale ressaltar a grande heterogeneidade da madeira, e que apesar de todos os corpos de prova terem passado por uma caracterização do material ainda assim há uma grande heterogeneidade, assim como a variação de densidade entre corpos de prova devido a mudança de anéis de crescimento e até mesmo por causa da madeira adulta e juvenil.
Os valores de rugosidade obtidos foram em sua maioria valores muito próximos entre lixas. Nota-se que há uma diminuição significativa nos valores que foram obtidos através do desgaste das lixas e sendo que a lixa com grãos abrasivos de carbeto de silício foram as que sofreram melhor ganho nos valores de rugosidade após serem desgastadas, sendo que inicialmente sem desgaste o carbeto de silício sempre obteve valores maiores que os grãos de óxido de alumínio, e depois do desgaste obteve valores menores que os de óxido de alumínio.
Outro ponto que vale ressaltar que não há muita diferença entre os valores de rugosidade na condição inicial, sem lixamento, e depois de lixados. Isso devido os corpos de prova terem sido produzidos em plaina desengrossadeira com facas afiadas o que proporciona bom acabamento. Contudo nota-se uma acentuação dos valores depois do lixamento sendo que sem lixamento os desvios padrões, principalmente do carbeto do silício que até extrapola o eixo indo para a direção dos valores negativos, são extremamente altos. Mais uma vez a responsável grande variação desse dado é a heterogeneidade da madeira, o ideal seria uma caracterização mais a fundo e não a olho nu. Mas esse tipo de caracterização é demorada e dispendiosa tornando-se impossível a sua aplicação em tempo real numa linha de produção.
Com este trabalho pode-se concluir que:
- As forças de corte tendem a decrescer com o desgaste dos grãos abrasivos da lixa, isso se deve à diminuição de arestas de corte e consequentemente a menor superfície de contato do grão com a peça devido a friabilidade e com o isso uma maior acomodação do material existente ao invés do corte. O grão abrasivo vai se tornando plano quando desgastado melhorando o acabamento.
- Nota-se que a lixa de carbeto de silício sofre uma melhora na rugosidade de mais de 50% na rugosidade par lixas desgastadas. Esse ganho na lixa de óxido de alumínio é de cerca de 30%.
- O processo de lixamento em madeiras é extremamente indicado quando há a necessidade de um acabamento superficial mais fino para aplicação de tintas e vernizes. Esse processo é de suma importância devido a homogeneização da superfície lixada, sendo que peças processadas com uma plaina ou desengrossadeiras possuem um boa qualidade superficial, mas essa varia muito ao longo da peça.
Autores
Francisco Mateus Faria De Almeida Varasquim, , Manoel Cleber de Sampaio Alves, Luiz Fernando Frezzatti Santiago, Marcos Tadeu Tiburcio Gonçalves - engenheiros, FEG - UNESP |
