Estudo de Caso - Lapidação

1. INTRODUÇÃO

A lapidação é um processo vastamente utilizado na indústria no acabamento de faces de peças fabricadas em metal, cerâmicas e até mesmo polímeros. Nesse processo a superfície da peça a ser usinada desliza face a face com o disco de lapidação, em geral feito em ferro fundido, enquanto uma suspensão feita com óleo e grãos abrasivos permeia toda a superfície do disco e se infiltra na “fenda de trabalho” que existe entre face da peça e a face do disco de lapidação. A remoção de material dá-se então por um processo abrasivo de 3 corpos (Figura 1).

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Figura 1. Elementos principais e mecanismo de um processo de lapidação.

Na figura 2 podemos ver um equipamento convencional de um processo de lapidação plana. Nele as peças a serem trabalhadas são posicionadas no interior dos anéis de contenção, com as faces a serem usinadas voltadas para o disco de lapidação, enquanto o mesmo gira e as peças deslizam por sobre ele de forma livre, sendo somente impedidas de girarem solidárias ao disco pelos anéis. A superfície do disco de lapidação recebe durante todo o processo suspensão contendo material abrasivo, de modo a nunca estar seco.

[pic 2]

Figura 2. Máquina convencional de lapidação plana

Como pode-se esperar, o processo de lapidação envolve baixas taxas de remoção de material, e, portanto, tempos de usinagem elevados, contudo permite grande precisão dimensional e geométrica para as superfícies trabalhadas, sendo empregado em casos onde as tolerâncias de montagem são muito justas, ou mesmo em situações que em se necessita de vedação (planicidade entre superfície). Todavia, em geral seria desejável obter as vantagens do processo de lapidação associadas a um tempo de operação reduzido.

Uma aplicação da lapidação é durante a manutenção de válvulas pneumáticas ABDX do sistema de freios de locomotivas, na qual lapida-se algumas faces de peças chamadas gavetas, feitas em bronze, que deslizam nas sedes dessas válvulas permitindo a comunicação e vedação entre canais dentro do sistema. Tal operação é necessária pois, qualquer arranhão que haja na face dessa peça pode gerar uma comunicação entre canais que deveriam estar vedados, ao mesmo tempo que devem possuir alto nível de planicidade, o que garante um deslizamento adequado e sem vazamentos na sede da válvula.[pic 3]

Figura 3. (a) Válvula ABDX montada. (b) Corte em seção da válvula ABDX mostrando os canais. Em destaque nos retângulos 1 e 2 estão as gavetas.

Tendo em vista a necessidade de se diminuir o tempo de operação de corte, a única saída viável seria aumentar a taxa de remoção de material, dada para o caso da lapidação, em µm/h. É nesse sentido que esse estudo de caso será direcionado.

1. OBJETIVO

Reduzir tempo de lapidação das gavetas das válvulas do sistema de freio de vagões através da ampliação da taxa de remoção de material, tendo em vista atender de forma mais ágil e possibilitar uma melhor cadência produtiva de uma linha de manutenção desses componentes em uma empresa do ramo ferroviário em Belo Horizonte.

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E DESENVOLVIMENTO

Vários fatores podem afetar a taxa de remoção de material em um processo de lapidação. São alguns:

∙   Cinemática do processo (velocidade relativa e tipos de movimentos);

∙   Ferramenta (Disco) de lapidação (material e erros de forma);

• Material dos grãos abrasivos;
• Morfologia dos grãos abrasivos;

∙     Mistura de lapidação (características do abrasivo e tipo de líquido ou pasta);

• Pressão aplicada a peça;

Ao alteramos a quantidade ou material dos grãos abrasivos, haveria um impacto direto no custo de operação, uma vez que o material utilizado atualmente no processo é um dos mais baratos (Al2O3), e dificilmente outro material mais barato possuirá maior taxa de remoção, por não terem morfologia controlada nem dureza maior. Do mesmo modo, um aumento na vazão de fluido de lapidação não garantirá maior taxa de remoção (Xiaobin Le, 1999).

Considerando que o buscamos uma alternativa mais simples, alterar a cinemática do processo não foi uma alternativa viável, porquanto envolve alteração dos suportes das peças, dos anéis de contenção, distribuição das pelas no disco e velocidade do disco de lapidação.

A troca do material do disco poderia ser uma alternativa viável, por ser uma solução que exige apenas um único investimento e mantém todo o restante dos parâmetros de processo iguais, poderia se apresentar como uma alternativa viável. Contudo, busca-se aqui a alternativa mais simples e barata, ou de melhor modo, com investimento nulo.

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