Critério de avaliação e predição da qualidade de corte de ágata por jato abrasivo de água

Abstract

A avaliação da qualidade da superfície resultante do processo de corte a jato de água abrasiva (AWJ), bem como sua predição com base nos parâmetros de processo, têm motivado diversos estudos ao longo dos últimos 30 anos. Neste trabalho, aborda-se a investigação da influência dos parâmetros de processo AWJ na qualidade resultante associada ao corte de ágata, material gemológico de grande volume de produção no Estado do Rio Grande do Sul. A literatura especializada apresenta diferentes abordagens para a classificação da qualidade do corte associado ao processo AWJ, mas verifica-se que não há consenso entre os pesquisadores sobre a forma de classificar esta qualidade. Neste trabalho, apresenta-se um novo método para a classificação da qualidade, denominado critério de qualidade de percepção visual (Qv), que representa, em termos percentuais, a quantidade da porção de superfície suavizada em relação à espessura total da peça. A partir desta definição, foram realizados quatro grupos de experimentos, onde se buscou medir a influência da velocidade de avanço, vazão mássica de abrasivo, pressão de trabalho e distância de afastamento da tubeira (variáveis de entrada) sobre a qualidade de percepção visual, largura de fenda, desvio de perpendicularidade, rugosidade e tempo de perfuração (variáveis de saída) em chapas finas e grossas de ágata através do processo AWJ Os experimentos foram planejados a partir de um projeto central compósito, o que possibilitou a realização de análises de variância e a obtenção de modelos de regressão para todas as variáveis envolvidas. Os principais resultados indicam que, para chapas grossas de ágata, a influência dos parâmetros de processo é maior do que a observada em chapas finas, devido à maior interação entre o jato e o material causado pelo aumento da espessura da peça. Ainda, verifica-se que os fatores de processo que apresentam maiores mudanças sobre as variáveis de saída são a velocidade de avanço e a vazão mássica de abrasivo. Os modelos de regressão foram implementados em rotina computacional para facilitar sua utilização prática. De maneira geral, acredita-se que o critério de qualidade de percepção visual Qv traz ganhos para a avaliação prática do processo, facilitando a sua classificação e possibilitando melhor compreensão entre os setores envolvidos.

The evaluation of the surface quality resulting from the abrasive water jet cutting process (AWJ), as well as its prediction methods based on the process parameters, have motivated several studies over the last 30 years. In the present paper, it is offered an investigation of the influence of AWJ process parameters on the resulting quality associated to the agate cutting, a gemological material of great volume of production at Rio Grande do Sul. The specialized literature presents different approaches for the classification of the quality of cut performed with AWJ process, but it turns out that there is no consensus among researchers on how to classify such quality. In this work, a new method for the classification of quality is presented, called quality criterion of visual perception (Qv). This parameter represents, in percentage terms, the portion of the smoothed surface in relation to the total thickness of the piece. From this definition, four groups of experiments were carried out to measure the influence of traverse speed, abrasive mass flow rate, working pressure and afastamento da tubeira distance (input variables) on the quality of visual perception, kerf width, perpendicularity deviation, surface roughness and drilling time (output variables) in thin and thick plates of agate through the AWJ process The experiments were designed from a central composite design which made possible the analysis of variance and the obtaining of regression models for all variables involved. The main results indicate that, for the thicker agate plates, the influence of the process parameters is higher than that observed in thin plates. It is due to the greater interaction between the jet and the material caused by the increased thickness of the piece. Also, it is observed that the process factors that most affected the output variables were the traverse speed and the abrasive mass flow rate. The regression models were implemented in a computational routine to facilitate their practical use. In general, it is believed that the quality criterion of visual perception (Qv) brings gains for the practical evaluation of the process, facilitating its classification and enabling better understandingt among the involved sectors.