John Verhoeven Experimentos Afiacao

5/10/2018 John Verhoeven Experimentos Afiacao - slidepdf.com

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Experimentos em afiação de facas

John D. VerhoevenEmeritus ProfessorDepartment of Materials Science and Engineering

Iowa State UniversityAmes, IA

Traduzido por Arnaldo Gonçalves ( Manolita ) à pedido de Marcos Cabete em outubro de 2006.

IntroduçãoExperimentos com o equipamento de afiação de facas Tru HoneExperimentos com açosAfiação manual com pedras lisas e tiras de couroExperimentos com o equipamento TormekExperimentos com rodas de polimentoExperimentos com aços carbonoExperimentos com polimento de compostos diamantadosSumário e conclusõesReferencias

Apêndice 1- Medição de ângulos de arestas com um dispositivo a laserApêndice 2-O equipamento de afiação TormekApêndice 3-O equipamento de afiação Tru Hone



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Introdução

Este relatório relata os resultados de umasérie de testes feitos considerando váriosaspectos na afiação de facas. É dividido emseções devotadas a cada aspecto. Cadaseção se encerra com um conjunto deconclusões e um Sumário destas conclusõesé apresentado no final deste relatório.

Este trabalho se concentrou na avaliação daefetividade de várias técnicas de afiação defacas, examinando as arestas afiadas dasfacas em um microscópio de varredura de

elétrons (SEM-Scanning Electron Microscope). Aprende-se muito examinandoa aresta da faca afiada com uma lupa deaumento ou um microscópio ótico,particularmente com o microscópioconvencional. Entretanto, o microscópioótico apresenta uma severa limitação. Aprofundidade do seu campo torna-seextremamente pequena quando mais seaumenta a sua magnitude. Devido àcurvatura inerente da aresta afiada da faca,

as imagens óticas perdem a sua utilidade emmagnitudes por volta de 50x ou mais. OSEM contorna esta dificuldade. Uma desuas características é que a profundidade docampo é muito melhor que o microscópioótico, da ordem de 300x. Assim, o SEM écapaz de fornecer imagens claras da arestade facas afiadas em magnitudes de até10000 x.

Formação de rebarbas

A Figura 1 mostra três imagens geradas pelo SEM, da região da aresta da lâmina de umbarbeador comercial de aço inoxidável. A lâmina tinha uma espessura de 0,027”(0,68mm) e uma dureza Rockwell (HRC=60). Na imagem de topo a lâmina é orientada noSEM para produzir uma imagem que vê a aresta da lâmina por cima, isto é, a aresta éorientada a um ângulo reto em relação à linha da visão. As duas imagens inferioresvêem a lâmina apoiadas em cada um dos seus lados, denominados face Superior (Upface) e face inferior (Down face). As faces superior e inferior são identificadas na vistada imagem de topo. Em todas as imagens a aresta foi girada para se posicionar nadiagonal da imagem, maximizando assim o comprimento da aresta mostrada.. A linhahorizontal logo abaixo da indicação de 10 microns fornece o comprimento da lâmina.(25 microns=0,001”). A imagem da aresta foi tirada com uma ampliação de 600x e asduas vistas laterais a 2000x. Este jogo de imagens ilustra um fato importante sobre a



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qualidade das arestas de facas no SEM. Se examinarmos somente a face superior dalâmina pode parecer que a aresta estava excelente, muito lisa ao longo de seucomprimento sem rebarbas significativas. Entretanto, o lado reverso da lâmina, a faceDown (inferior), revela uma rebarba significativa.. Portanto, para se caracterizar ageometria da aresta com o SEM deve-se observar ambas as faces da lâmina , assim

como a vista da aresta de um ângulo reto ,que fornece a medição da espessura da arestade corte.

A Figura 2 mostra as vistas esquemáticas daseção transversal das arestas de corte. Os croquissuperiores (A) superpõem-se às linhas pontilhadasque definem um ponto afiado da aresta. Se aafiação for perfeita, sem rebarbas ou

arredondamentos na aresta, deverá mostrar esteformato. As vistas das arestas obtidas pelo SEMmostram a aparência na parte inferior da Figura 2e permitem medir a espessura da aresta,denominada de EW (edge width-largura daaresta). A vista da aresta na Figura 1 mostra que ovalor de EW varia ao longo da lâmina e o valorpróximo do centro da imagem é identificado pelacota EW.

Para este autor, dois mecanismos geram aformação de rebarbas ao longo da aresta durante oprocesso de afiação.(1) Depósito de cavacos O polimento e o desbaste

nas faces metálicas da lâmina durante aafiação produzem uma ação abrasiva depolimento. Pode-se imaginar esta ação comomilhares de partículas abrasivas que semovem ao longo da superfície removendo cavacos (partículas de metal), que se

encontram em sua trajetória. Se a direção da abrasão tiver a direção A na Figura 3,então os cavacos serão depositados ao longo da aresta na face oposta à face sendotrabalhada.Se a direção de abrasão tiver a direção I na Figura 3 ,não se espera oacúmulo de cavacos ao longo da aresta pois neste caso são arrastados para longe damesma.Entretanto,como será visto posteriormente ,existe um acúmulo de cavacospela abrasão na direção I ,embora em menor extensão.Deve existir um sutilmecanismo de deposito de cavacos ao longo da aresta,talvez envolvendo algum tipode redemoinho reverso na aresta.

(2) Tombamento do fio de corte A largura da lâmina na aresta de corte e logo abaixo éextremamente fina. Assim, a força contra a aresta, pelo meio abrasivo, irá acarretargrandes tensões, força por unidade de área, na mesma, que podem levar a um fluxo

de deformação plástica (tombamento do fio).



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(nota: pequenos relevos paralelos à aresta, como os dois mostrados na face Up daFigura 1, resultam de um pequeno fluxo de deformação na mesma não observados aolho nu).

A combinação do tombamento do fio e doacúmulo das partículas forma um cavaco no lado

da aresta localizado no lado oposto ao do meioabrasivo. Os cavacos que dobram em volta daaresta podem ser chamados de “cavacostombados” e têm uma variedade de formatoscomo os dois exemplos mostrados na Figura 2(B).Os cavacos das arestas na Figura 2(A) mostrampouco sobremetal e aparentemente são arestas queforam simplesmente arredondadas durante aafiação.Entretanto ,tais arestas imperfeitas serãochamadas aqui de “cavacos de aresta”,paraindicar um tipo de aresta formada pela afiação

que difere de uma aresta com “fio tombado”.

Livros que discutem a afiação de lâminas de aço[1-3, ver página] consistentemente recomendam adetecção de “fios tombados” como um guia parauma técnica de boa afiação.A formação de um cavaco uniforme ao longo daaresta afiada indica que a face afiada se estendeuuniformemente sobre toda a aresta.A formação do cavaco é facilmente detectada porum olho bem treinado ou pelo uso da unha dosdedos e serve como um bom guia para determinarquando virar a lâmina e desbastar a face oposta.

Ângulos de afiação – Muitas facas são afiadas usando dois ângulos distintos de afiação,conforme ilustrado na Figura 4. O ângulo de afiação para a face maior é chamado de alfa, a, eo ângulo final da aresta da faca é chamado de beta, ß. Para a afiação de talhadeiras (cinzel) écomum usar somente o ângulo de afiação a.Muitas facas são afiadas com uma arestasimétrica, que significa que a afiação com o uso de um rebolo, ou de uma pedra lisa, é feita

com a troca intercalada dos lados da lâmina. Assim, o ângulo final formado na aresta dalâmina é duas vezes ß,ou 2ß.A menos que se utilize um dispositivo para assegurar os ângulosde afiação, é necessária muita habilidade manual para manter os ângulos de afiaçãoconstantes. Os especialistas em afiação de facas [2} ensinam que a manutenção de um ângulode afiação constante é um dos mais importantes requisitos para a produção de facas eferramentas afiadas.Neste estudo todas as afiações foram feitas com o uso de um dispositivopara manter o ângulo de afiação constante. Além disso, foram utilizados dois tipos deequipamentos nos quais o ângulo de afiação é automaticamente mantido constante.

Na ausência de rebarbas, a força necessária para pressionar o material é dependente dosângulos de afiação e da espessura da lâmina. A força é reduzida na medida em que os ângulos

de afiação e a espessura da lâmina diminuem. Estes fatores poderiam indicar que se desejamanter o menor ângulo de afiação possível e a menor espessura de lâmina



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possível.Entretanto, existe um fator contraditório que deve ser considerado.Quando aespessura da lâmina e o ângulo de afiação diminuem ,aumentam em contrapartida as tensõesmecânicas (força por unidade de área) na região da aresta da lâmina na operação de corte.Istopode levar à deformações ,isto é, dobramento localizado ( tombamento), na aresta decorte.Assim, é necessário se estabelecer um compromisso, e os ângulos de afiação e a

espessura da lâmina são menores em ferramentas de corte para materiais macios do queaquelas usadas para materiais mais duros ou para operações de corte não delicadas como deum facão ou machado. A Tabela I mostra alguns ângulos aproximados usados para váriasaplicações. Não aparece haver nenhuma publicação com uma regra rígida e rápida de umângulo exato para cada aplicação. Por exemplo, Leonard [1] recomenda que o ângulo 2ß parafacas usadas para aplicações como, cortar cordas, apontar estacas de barracas, seja no mínimo25º e preferivelmente 30º. Se utilizada para escalpe lamento (skinning) e filetamento umângulo de 15º seria adequado. O autor observou que um ângulo 2ß de 10º-12º em uma faca deuso normal de cozinha com Rc= 60 leva a uma rápida deterioração da aresta de corte. Valoresde 20 a 30º são mais aceitáveis.

Tabela 1-Alguns ângulos aproximados de aresta

Outro fator de interesse é o efeito do ângulo final da aresta, 2ß, nas características da afiação.Quando 2ß torna-se muito pequeno, como na faixa de 10 a 15º, a força aplicada contra orebolo, roda de desbaste ou de polimento, pode produzir tensões suficientes (força porunidade de área) na região da aresta para causar não somente o dobramento da aresta(tombamento do fio), como também a sua fratura. O tombamento do fio irá aumentar a

formação de rebarbas, enquanto a fratura irá produzir o desprendimento de lascas ou trincasna aresta. Este ultimo problema torna-se mais evidente em lâminas com dureza extremamentealta,como as lâminas japonesas que contem uma tira central de alto teor de carbono na faixade 64-65 HRC. Os aços nesta faixa de dureza recebem pouco ou nenhum alívio de tensões(revenimento) após a tempera e são extremamente quebradiços. Tais arestas são facilmentelascadas durante a afiação.

Neste trabalho os ângulos de afiação foram medidos em algumas lâminas cortando-astransversalmente, montando e polindo-as usando os métodos padrão de metalografia. Osângulos da aresta foram então medidos com microscópio de alta ampliação, escaneados paraum computador e medidos com um software de computação gráfica. Na maioria das

lâminas,entretanto, os ângulos foram medidos com um feixe de luz laser.O feixe édirecionado para a aresta de corte e da posição dos pontos do feixe defletida de ambos os

Lâmina 2a 2ßLâminas para barbear (*) 11-12º 15-19º

Facas para cozinha (*)e facas para filetamento

3-10º 20-30º

Facas utilitárias 13-20º 30ºFacas de impacto [1] 30-60º

Cinzéis para madeira [3] a =20-25º ß = 25-30º



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lados das arestas se medem os ângulos.A Cutlery &Allied Trades ResearchAssociation,CATRA, de Sheffield Inglaterra fabrica um dispositivo comercial muito bompara medição dos ângulos de arestas chamados de goniômetros a laser.Neste trabalho foiconstruído um dispositivo caseiro conforme descrição no Apêndice I. Este forneceu mediçõesde 2a e 2ß que coincidiram com os valores metalográficos dentro de +/- ½ º.

Materiais de facas estudados – A maioria dos experimentos foi feita com lâminas de navalhade aço inoxidável usados na indústria de empacotamento de carne. As lâminas são fabricadasem aço inoxidável Udeholm AEB-L e tratadas com uma dureza de 60 HRC. A Figura 5mostra a vista seccionada das lâminas.As lâminas foram fornecidas com afiação conforme ageometria mostrada à esquerda na Figura 5 e definidas como extremidade de aresta T. Oângulo a é 17º e os ângulos ß1 e ß2 são ambos 22º dando um total de 2ß igual a 44º.Aslâminas foram fornecidas com comprimento de 3,8” (96,52 mm). A Figura 1 foiconfeccionada de acordo com uma das lâminas recebidas.. Em alguns experimentos foidesbastada uma aresta simétrica no lado aposto da aresta T , identificado na Figura 5 comoextremidade de aresta A.

Alguns experimentos foramfeitos em lâminas de aço carbonotendo a geometria da seçãotransversal conforme a Figura 6.

As lâminas foram preparadas pelo fabricante de facas Benchmade onde as faces a foramdesbastadas em máquina. O ângulo de aresta final 2ß foi desbastado aqui conforme descrito.Estas extremidades de arestas serão denominadas como extremidade B conforme a esquerdana Figura 6. Três diferentes aços carbono foram estudados conforme a lista na Tabela 2. Osaços foram tratados termicamente com a durezamostrada na referida tabela por tempera e revenimentoantes do desbaste feito pela Benchmade.

Máquinas de afiação – Além das pedras manuais deafiação padrão com o auxílio de um dispositivo para manter um ângulo de aresta constante,



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foram utilizadas duas diferentes máquinas para preparar as arestas afiadas. A operação destasmáquinas e os métodos desenvolvidos para ajustar os ângulos de afiação de cada uma delassão descritas nos Apêndices 2 e 3.

Padrões para lâminas de navalha

Dois tipos de lâminas de navalha foram utilizados para estabelecer um padrão que pudessecomparar as lâminas produzidas nestes experimentos. A primeira foi uma lâmina Gillette deaço inox de arestas de corte duplas produzida no início dos anos 80, quando as lâminas dearesta duplas eram ainda usadas em barbeadores descartáveis. A Figura 7 mostra amicrografia SEM desta lâmina nas três orientações discutidas na Figura I. A análise da largurada aresta (EW) foi feita em três pontos aleatórios da aresta em ampliações de 3000 a 10000x eos valores de EW variaram entre 0,35 e 0,45 microns (µm). As setas na vista da aresta no topoda Figura 7 ilustram esta faixa. ( Nota: O equipamento SEM mostra uma linha nas

micrografias do tamanho correspondente a ampliação. Por exemplo, o texto vertical na Vistada Aresta mostra uma linha à esquerda de x3000. Verticalmente acima de x300 observa-se 10

µm, que especifica que a linha vertical tem comprimento de 10 microns. A marca 10 µm à

esquerda de x3000 foi adicionada pelo autor, mas nas micrografias futuras esta marcaçãoserá omitida uma vez que pode ser encontrada verticalmente acima do valor x). As duasvistas da face tem uma linha reta superposta a direita da aresta afiada para permitir umamedição da planicidade da aresta. O ângulo da aresta, 2ß, foi medido com o dispositivo a laserno Apêndice I com 17º e o ângulo da face 2a com 12º. Estes valores coincidem com aquelesdivulgados pelas lâminas de navalha Wilkinson em 1978 [4]. Embora aquela publicaçãoreporte valores de EW mais finos ,os valores medidos por este autor (0,3 µm)no microscópioSEM são próximos.(Nota: Para mudar entre as três vistas no SEM é necessário remover a

lâmina do posicionador e reorientá-la. Foi feita uma pequena marca próxima a aresta comomarca de referência.Isto permitiu localizar as três marcas na mesma região ao longo da

aresta,mas não exatamente no mesmo ponto.Isto significa que as faces Superior e Inferior da

Figura 7 se localizam próximo,mas não exatamente nas faces Superior e Inferior na Vista da Aresta(Topo).Portanto, nas fotos SEM as rebarbas observadas nas três diferentes vistas não

serão necessariamente as mesmas).

Mr. Willian Dauksch tem usado uma navalha retahá décadas. A lâmina é de aço inox fabricada pela

Solingen Co. na Alemanha. Conforme mostradona vista na Figura 8 a lâmina tem uma superfície desbastada vazada (hollow) de navalhasretas, que asseguram que a afiação com correia de couro irá manter a superfície da aresta emum ângulo de abrasão constante com a superfície da correia. Conforme mostrado na figura alâmina Solingen irá automaticamente se afiar para gerar um ângulo 2ß na aresta com 17º.

Após a afiação com a correia de couro a amostra foi levada ao SEM e apresentou-se como na

Figura 9. As medições da largura da aresta tiveram uma média de 0,4 µm, que eraessencialmente a mesma encontrada na lâmina da Gillete na Figura 7. As duas vistas da face



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mostram que a planicidade ao longo da aresta está excelente, muito similar à lâmina Gillette.Entretanto, existe uma pequena aspereza na navalha reta, que aparece mais claramente nasfotos de maior ampliação,não mostradas aqui.É interessante que ambas as lâminas tem umângulo de aresta 2ß de 17º. Estas duas lâminas serão usadas aqui como padrão paracomparação com as lâminas afiadas neste estudo, com relação a: (1) largura da aresta, (2)

planicidade ao longo da aresta, (3) aspereza ao longo da aresta, e (4) suavidade na superfícieda face.

Experimentos com a máquina de afiação de facas Tru Hone

O Apêndice 3 apresenta uma descrição razoavelmente detalhada da máquina de afiação TruHone usada nestes experimentos. As lâminas de aço inox foram afiadas em grupos de 4usando um posicionador/fixador especial mostrado na Figura A10. Este garantiu que aslâminas fossem mantidas verticalmente entre os jogos de rodas de afiação e que a pressão parabaixo pudesse ser mantida essencialmente constante nas 4 lâminas. O botão de controle davelocidade é calibrado de S=1 a 10(do mais lento ao mais rápido). O procedimento geralusado foi passar as lâminas para frente e para trás com a maior velocidade, de 5 a 10 vezescom uma leve pressão manual. Para o acabamento com a menor velocidade possível, com 1 a2 passes com o peso da lâmina somente para frente e para trás. O ângulo de afiação foiajustado para os valores desejados usando o procedimento descrito no Apêndice 3. A menosque especificado de outra maneira o trabalho foi feito simplesmente reafiando a extremidade

T das lâminas, mostrado na Figura 5, para um ângulo 2ß de 39-41º.

As lâminas desbastadas com rebolos de óxido de alumínio com granas 100, 220, 400, e 600foram feitas a seco. Os rebolos com grana 1000 foram usadas com o uso de água. Estesrebolos parecem ser mais macios que os rebolos de óxido de alumínio, como se as partículasde óxido ficassem presas no material resinado. Eles sempre foram usados após o desbastecom os rebolos de óxido de alumínio com grana 600. O angulo 2ß foi aumentado em poucosgraus ( de 38,8 a 41,3º) para garantir que somente a região da extremidade fosse afiada.

As Figuras 10 e 12 mostram um jogo de micrografias SEM das lâminas como foram

desbastadas. Não aparenta ter uma diferença significativa nas lâminas desbastadas com orebolo 220 versus 600. Ambas tem rebarbas significativas na aresta desbastada e ambas



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apresentam arestas ásperas nas vistas das faces acompanhadas de marcas (riscos) abrasivas aolongo das superfícies. O rebolo de grana 1000 produz uma melhoria significativa nassuperfícies desbastadas. As vistas das faces mostram riscos de tamanho bem menor devido àação abrasiva e as arestas se apresentam bem mais suaves. A vista da aresta mostra que umapequena rebarba distinta ocorre na aresta tendo uma largura de aresta que foi medida em

várias lâminas com uma média de 1 a 1,5 microns.

Pensou-se que devido aos rebolos da máquina girarem em direção ao fio durante a afiação queas partículas abrasivas fossem arrastadas para fora do fio e, portanto muito pouca rebarbaseria formada ao longo da aresta (fio). Este não é claramente o caso, especialmente para asgranas 600 e mais grossas. Deve existir algum tipo de mecanismo que deposita partículas aolongo da aresta, mesmo com a rotação em direção ao fio. Talvez envolva partículas que se

prendem rebolos e se depositam novamente quando a aresta da lâmina encontra o rebolonovamente.

CATRA produz uma máquina de afiação similar à máquina Tru Hone já que emprega amesma geometria dos rebolos e a orientação das facas conforme mostrado na Figura A11.Esta máquina emprega um sistema de travamento espiral especial nas rodas de desbaste.

A comparação das lâminas desbastadas nestas máquinas com as máquinas Tru Hone, ambascom rebolos de grana 220, não revelaram nenhuma diferença significativa nas imagens SEMconforme a Figura 10.



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A Tru Hone recomenda que o último passo no processo de afiação de facas deve ser feitogirando o botão de controle do espaçamento dos rebolos de afiação em uma seqüênciaespecífica de marcas coloridas gravadas no próprio botão. Foi determinado de tal maneira queo ângulo 2ß aumenta em incrementos de cerca de 3,5 º em cada um dos últimos dois jogos depasses. Um experimento usando o rebolo de grana 1000 foi feito para examinar o efeito doincremento do ângulo de afiação 2ß no passo final. Um jogo de lâminas de controle foidesbastado no rebolo 600, com um ângulo de aresta 2ß de 38,8 º. Foram então afiados comgrana 1000 com um ângulo de aresta 2ß de 41,3 º com a última etapa consistindo de trêspasses de ida e volta com pressão manual (pressão muito baixa) na mínima velocidade daroda, S=1. A taxa de avanço através das rodas foi estimada em 2 a 3” por segundo. A vista daaresta da lâmina está mostrada à esquerda da Figura 13. Na lâmina no centro da Figura 13imprimiu-se uma pressão manual a baixas velocidades em idas e voltas com o ângulo 2ßaumentado em 2,2 º. A lâmina à direita na Figura 13 foi feita com passe adicional único como angulo aumentado em 7,2 º.

O exame das micrografias da Figura 13 demonstra algumas coisas interessantes. Primeiro,pode-se observar claramente as regiões ao longo das arestas desbastadas pelo passe final deida e volta. Este resultado mostra que mesmo um simples passe de ida e volta com baixa

pressão remove uma porção significativa da superfície da lâmina.Segundo, a rebarba da arestaproduzida pelo pequeno aumento do ângulo2ß aparentemente não se reduz emtamanho.Portanto, aparentemente não existe uma vantagem significativa em um pequenoaumento no ângulo da aresta para o desbaste final.

Uma série de experimentos foi feita com o equipamento Tru Hone com o ângulo 2ß reduzidopara 30 e 20 º. Quando o ângulo diminui a sobreposição dos rebolos torna-se menor equalquer não uniformidade no raio da roda causa ondulação para cima e para baixo na arestada faca quando passa pelo jogo de rodas. As ondulações verticais por sua vez produzem

variação no ângulo de desbaste e na retilineidade da aresta. Mesmo com um rebolo “dressado”o ângulo de aresta de 20º foi muito pequeno para gerar uma qualidade de aresta razoável. A



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30º os resultados foram somente nominalmente aceitáveis. Mas acima de 35º obteve-se bonsresultados.

Conclusões

1. As rodas de lixa (ou rebolos) de grana 1000 produzem uma superfície muito lisa compequenas rebarbas ao longo da aresta. A largura da rebarba conforme observada no SEM seapresenta consistentemente na faixa de 1 a 1,5 microns. A formação das rebarbas aparenta seruma característica inerente a ação de afiação no equipamento Tru Hone. Não pode serreduzida em tamanho empregando afiações adicionais de baixa pressão e ângulos2ß ligeiramente maiores. Baixas velocidades parecem ser melhores para uma afiaçãouniforme, mas a variação das velocidades finais entre 1 e 2 não tiveram um efeitoestatisticamente observável na largura da rebarba.

2. As rodas de lixa (ou rebolos) de granas 600 e 200 produziram superfícies que foram

difíceis de separar. Em ambos os casos as marcas de abrasão na face foram significativamentemaiores e os rebarbas da aresta mais largas e mais enroladas que aquelas observadas na grana1000. Além disso, as vistas da face das arestas apresentaram-se mais ásperas e menos retasque as tratadas com grana 1000. Entretanto,as arestas produzidas por grana 600 e 200 sãobastante finas,com uma largura da aresta na ordem de 2 a 3 microns para a grana 600, e 2 a 4microns para a grana 200.Do ponto de vista prático, as arestas são bastante afiadas,sendocapazes de cortar os pêlos do braço tão bem quanto as de arestas com a grana 1000. Nenhumacorta pêlos como uma navalha. Isto provavelmente é devido ao menor ângulo da aresta dasnavalhas que é de 17º (2ß) versus 40 º.

3. A formação ótima das arestas requer concentricidade dos rebolos com o eixo de rotação detal maneira que não haja movimento da superfície do rebolo durante a rotação. Se existir,talmovimento produz ondulações ao longo do comprimento da aresta.O efeito de ondulação émais pronunciado quando se usa os rebolos com pequena sobreposição ,típico dos pequenosvalores de 2ß.As ondulações observadas neste experimento foram menores em valores de 2ßde 35 a 45 º.Entretanto, para valores de 2ß iguais ou menores de 30º as ondulações tornaram-se muito severas para permitir uma afiação satisfatória.

[3] Experimentos com aço

Os aços são largamente usados para removerrebarbas após a afiação com pedras. Juranitch [2]apresenta uma boa discussão sobre o uso de aços.Suas principais recomendações são:

(1) Mantenha sempre o ângulo constantedurante os passes.

(2) Use uma pressão muito leve e uniforme.(3) Use um aço com superfície suave ao invés

de um aço com acabamento irregular.



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As experiências com uso do aço foram feitas usando ambos os aparatos com haste de aço lisoapresentados na Figura 14. Os afiadores de aço fornecidos pela Tru Hone vêm com uma molae o ângulo 2ß entre as hastes varia quando se pressiona a aresta da lâmina contra as mesmas.Neste trabalho as hastes de aço foram reguladas com o ângulo 2ß desejado usando umcalibrador e fixados naquela posição para garantir um ângulo constante. O aparato “Razor

Edge” teve o par de hastes fixado em um ângulo desejado, e primeiro um lado da lâmina foipassado ao longo da haste esquerda e o outro lado ao longo da haste direita. Em ambos oscasos tentou-se manter ao máximo as lâminas na posição vertical ao passar pelas hastes. Amaioria do trabalho com as hastes de aço foi feita com o afiador Tru Hone, com umexperimento final feito com o aparato “Razor Edge” para comparação.

Experimentos com lâminas desbastadas com rebolos Tru Hone de grana 1000 Osexperimentos iniciais foram feitos com lâminas de aço inoxidável desbastadas em reboloscom grana 1000 no equipamento Tru Hone conforme descrito na seção anterior. Foramestudados três jogos de quatro lâminas e a Figura 12 representa uma destas lâminas. Duasvariáveis foram examinadas.

(1) O número de passes nas hastes de aço. Três níveis de passes foram estudados, 15passes de ida e volta versus 2 de ida e volta, e então com 2 passes de ida e volta.

(2) O efeito do ângulo 2ß regulado para as hastes de aço. A lâmina de controle tinha 2ß=41,3º e as lâminas afiadas nas hastes de aço usaram valores de 2ß aumentados para afaixa de 45 a 70º.

Foram examinadas 12 lâminas onde se estabeleceu os efeitos das variáveis. As tendênciasobservadas nas micrografias SEM foram razoavelmente consistentes. Consequentemente, osresultados de somente uma das lâminas será apresentado na discussão a seguir.

O efeito de se diminuir o número de passes de ida e volta de 15 para 2 pode ser observadocomparando as Figuras 15 e 16. O uso de 15 passes de ida e volta foi claramente mais severo.Em todas as lâminas testadas o processo de afiação com aço produziu uma série de riscosparalelos a aresta de corte.Com os 15 passes de ida e volta, estes riscos se estendem maisdistante da aresta que com os 2 passes de ida e volta.Também se observou muito comumenteo lascamento de saliências ao longo da aresta de corte,conforme mostrado claramente na vistada face superior(Up face) na Figura 15. A vista da aresta de corte, à esquerda, na Figura 15revela uma região bem onde houve um lascamento da saliência do material. A redução donúmero de passes para 2 reduziu dramaticamente a densidade das saliências lascadas na arestade corte, assim como o tamanho destas saliências. Em ambas as faces apresentadas na Figura16 não se observou lascamento e a retilineidade da aresta é muito boa, não melhor, entretanto

que a lâmina original mostrada na Figura 12. A vista da aresta na Figura 16 mostra a regiãono canto inferior direito onde ocorreu o lascamento. Em regiões onde não ocorreu olascamento, como no canto superior esquerdo na Figura 16, a largura da aresta se apresentaem torno de 1,5 microns, que é o que foi observado nas lâminas de controle antes da afiaçãocom hastes de aço. As lâminas examinadas após 5 passes apresentaram resultadosintermediários entre as de 15 e 2 passes, mas mais próximas daquelas com 2 passes. Emresumo, o efeito do número de passes foi claro, o menor número de passes estudados ,2passes, produziu as melhores arestas.Entretanto,mesmo neste caso, não se observou umamelhoria em relação as lâminas afiadas com grana 1000 da Figura 12, e algum efeitoprejudicial foi encontrado com lascamento ocasional ,conforme ilustrado na Figura 16.Os efeitos de se mudar o ângulo 2ß estão ilustrados comparando a lâmina da Figura 17que

tinha 2ß =70º com a Figura 16 onde 2ß =50º. Em ambos os casos se usou passes de 2 idas e



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voltas.O maior ângulo produziu nitidamente mais lascamento ao longo da aresta,um efeitoque foi confirmado com o aumento dos 3 valores estudados,50, 60 e 70º.



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Experimentos em lâminas afiadas com equipamento Tru Hone com rebolo de grana 600 Umavez que se deduziu nos estudos com a grana 1000 que a afiação com aço com poucos passes érecomendada para a formação da aresta, os estudos subseqüentes se restringiram ao uso de umou dois passos. Foi preparado um jogo de 7 lâminas de controle, usando rebolos de óxido dealumínio, com um ângulo 2ß de 38,8º. A Figura 11 apresenta a micrografia SEM de umadestas lâminas antes da afiação por hastes de aço.

Foi feita a afiação nos equipamentos com valores 2ß de 50.60 e 70º e as micrografias SEMdas lâminas de 50 e 70º são mostradas nas Figuras 18 e 19, respectivamente. Comparando aFigura 18 com a lâmina da Figura 11 pode se observar uma melhoria dramática na

retilineidade e aspereza da aresta em ambas as faces. A vista de topo da aresta mostra umalargura da aresta da ordem de 1,5 a 2 microns. O aumento dos ângulos de 50,60 e 70º não têmmuito efeito na retilineidade, aspereza, ou largura da aresta de corte, como foi encontrado nasgranas 1000, comparando as Figuras 18 e 19. A Figura 19 mostra uma rebarba relativamentegrande produzida pela grana 600 que envolveu (envelopou) e se achatou em um dos lados daaresta pela ação da afiação com hastes de aço. Comparando as duas vistas da face pode seobservar a rebarba que envolveu e se achatou na vista da face superior(Up face) no centro dafigura. Na Figura 18 o efeito é menos visível, mas a rebarba remanescente pousa sobre a faceinferior da lâmina. O principal efeito observado em aumentar o ângulo 2ß foi um pequenoaumento na largura da aresta.



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Duas das lâminas desbastadas com grana 600 foram afiadas com o aparato de afiação RazorEdge mostrado na Figura 14 com ângulos de 50,60 e 70º e os resultados são apresentados na

Figura 20. Neste caso as lâminas foram passadas pelas hastes de aço com somente um passeem uma direção. As lâminas da Figura 18 e 19 foram passadas 2 idas e voltas sobre o aparatode afiação Tru Hone, assim cada lado passou quatro vezes sobre a superfície de afiação, doisem uma direção e dois em outra. Esta diferença no processo de afiação aparentemente produzum efeito diferente no “envelopamento” da rebarba remanescente ao longo da aresta dalâmina afiada. A rebarba remanescente na Figura 20 apresentou “envelopamento ecompactação” não tão severos quanto como foram encontrados com o equipamento Tru Hone.Este mesmo resultado foi aparente nas lâminas 70º feitas com o aparato Razor Edge nãomostrado aqui.Portanto, os experimentos feitos aqui com o aparato Razor Edge não gerasubsídios para se decidir sobre os méritos relativos entre usar a afiação cruzada versus ashastes separadas de aço.É provável que ambos os métodos produzam os mesmos resultados

de “envelopamento e compactação” da rebarba se cada um empregar o mesmo número depasses. O que os experimentos Razor Edge verificam é que a afiação por hastes de aço



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realmente “envelopa” a rebarba em um dos lados da lâmina. Provavelmente o lado para o quala rebarba irá tombar é definido pela primeira haste que contacta a aresta de corte nesteprocesso de afiação.A única diferença significante nos dois processos ,fora a facilidade deuso, é o intervalo de tempo entre contato com as hastes nas faces direita e esquerda da lâmina.

Conclusões

1. Estes experimentos confirmam a recomendação de Juranitch [2] que a formação ótimada aresta no processo de afiação com aço requer somente poucos passes com baixa

pressão. O uso de mais de 2 passes de ida e volta levou a uma aspereza da aresta decorte devido ao lascamento de saliências ao longo da mesma. 2. O processo de afiação com aço não oferece uma melhoria na qualidade da aresta de

corte com respeito à retilineidade da aresta, aspereza ou largura sobre aquela obtidacom grana 1000 no equipamento Tru Hone, e é levemente prejudicial.

3. Com rebolos de grana 600 de óxido de alumínio (e presumivelmente mais grossas) aafiação produz uma melhoria dramática na aspereza e retilineidade e uma pequenamelhoria na largura da aresta de 2 -3 microns a 1,5 -2 microns.

4. As micrografias SEM mostram que a ação de afiação com aço nas lâminasdesbastadas com grana 600 é responsável pelo “envelopamento” da rebarba formadapela lixa em um dos lados da aresta deformando-a contra a face. O resultado é uma

aresta ligeiramente mais reta com uma redução na aspereza das faces a uma largura daaresta mais uniforme e levemente mais finas.

5. Com as lâminas afiadas com grana 600 não foi observado um efeito significativo emmudar o ângulo de aresta de afiação com aço de 50 para 70º em lâminas desbastadascom um ângulo de 39º.

6. O trabalho nas lâminas de grana 1000 que apresentaram lascamento com o aumentodo número de passes apresenta forte evidência que a aresta de uma lâmina é muitosusceptível a fraturas, assim como a deformação plástica no processo de afiação comhastes de aço. Esta conclusão é bastante razoável quando se percebe como é fina aaresta de corte da lâmina.

7. Todas as lâminas estudadas aqui tinham um ângulo 2ß próximo de 40º. Nas lâminasonde o ângulo da aresta é reduzido para valores menores, como 20 ou 30 º, as tensõescriadas pelo processo de afiação com aço na aresta será mais alta devido às larguras da



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aresta mais finas abaixo da aresta principal. É provável que para evitar a fratura daaresta ao longo da aresta nestes casos seria necessário somente alguns passes muitoleves, com um ângulo 2ß de não mais de 10º acima do ângulo da aresta conformedesbastada.

8. É provável que a dureza das lâminas tenha um efeito significativo na ocorrência de

lascamentos da aresta durante a afiação com aço. Durezas com 60 HRC podemaumentar a ocorrência de lascamentos acima do que foi encontrado aqui e valoresabaixo de 60 HRC podem reduzir a sua ocorrência.

[4] Afiação manual com pedras planas e tiras de couro

Todos os experimentos foram feitos com lâminas de aço inoxidável conforme a Figura 5 coma extremidade T reafiada no equipamento Tru Hone usando rebolos com grana 600 ou 1000.Este processo,já descrito anteriormente produziu um ângulo 2ß de essencialmente 39º nosrebolos de grana 600 e 41º para os rebolos de grana 1000.As lâminas foram afiadas a mãoconforme os meios descritos abaixo com a ajuda de um fixador de afiação Razor Edge

conforme a Figura 21.

O valor do ângulo 2ß foi controlado ajustando a distância da lâmina estendida dentro dofixador. O valor foi medido com um transferidor e verificado nas lâminas com o dispositivo alaser descrito no Apêndice 1.O fixador Razor Edgefoi ajustado para produzir um ângulo 2ß de 48º,gerando um ângulo de aresta 9º maior que osângulos conforme desbastados no rebolo de grana600 e 7º maiores que as no rebolo com grana1000.Este aumento em 2ß assegurou que a ação deafiação manual ocorreu uniformemente ao longo daaresta de corte das lâminas desbastadas.Após algumas experimentações adotou-se o métodode afiação manual mostrado na Figura 22.

Foi usado um ciclo de 4 passes alternados. No primeiro passe a lâmina desliza contra a pedraou a tira de couro á direita com a orientação A. Gira-se então o fixador no lado oposto da

lâmina com a orientação B para a direita. Repete-se então o procedimento com as orientaçõesC e D com os passes agora na direção à esquerda. Esteprocedimento alternou a ação abrasiva entre os ladosopostos das faces e em cada face produziu abrasão emdireções alternadas. Em todos os casos para a afiaçãocom a tira de couro o passe moveu a lâmina a favor daaresta, direção A na Figura 3. Para a afiação manualcom pedras, entretanto, a direção dos passes em relação àaresta da lâmina, ambas as direções A ou I da Figura 3,variaram conforme discussão abaixo.

Experimentos feitos na afiação com pedras Vários experimentos foram feitos com as lâminasde aço inoxidável afiadas com as seguintes pedras e rebolo de diamante:



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1. Suehiro Deluxe 6000-3, uma pedra dágua com grana 6000.2. Kitayama Super Polish Stone, uma pedra dágua de grana 8000.3. Ultra fine hone da Razor Edge, uma pedra a seco.4. DMT SuperHone Kit, um afiador de diamante.

As duas primeiras pedras são japonesas e foram utilizadas com água após o uso da pedraNagura seguindo as recomendações fornecidas. A 3º pedra é uma pedra cerâmica usada a secoconforme recomendação do fornecedor Razor Edge. O afiador de diamante é do tipo comdiamantes incrustados em uma matriz de níquel em uma placa perfurada de aço.

Pedras japonesas seguidas de assentamento com tira de couro Aproximadamente 10 lâminasde cada foram afiadas nas pedras dágua de grana 6000 e 8000. Metade em lâminaspreparadas no rebolo de grana 600 Tru Hone e a outra metade em rebolos com grana 1000.Amenos que especificado ao contrário o procedimento usado foi 10 ciclos de 4passes.Observou-se este número de passes desbastou as arestas obtidas na afiação preliminarde tal maneira que todas as rebarbas originais desapareceram.Consequentemente ,os

resultados obtidos pelas pedras foram independentes da afiação inicial, tanto com grana 600como 1000.Os experimentos iniciais usaram 10 ou 4 passes com quatro ciclos cada.Observou-se que o tratamento de 4 ciclos não foi adequado para assegurar que as rebarbasremanescentes do desbaste inicial pudessem ser removidas.

O propósito destes experimentos foi caracterizar a natureza das arestas produzidas com aspedras dágua de afiação e então examinar os efeitos do assentamento com couro sobre aqualidade da aresta. A opinião do autor no início dos experimentos que uma tira de courolimpo poderia conter níveis suficientes de abrasivos naturais adequados para produzirmelhorias significativas na qualidade da aresta. Portanto inicialmente os experimentos foramfeitos com tiras de couro limpo. Em seguida foi experimentado a adição de uma fina camadade composto de polimento.O composto usado aqui foi o Micro Fine Honing Compound,fornrcido sob a forma de uma barra de cera impregnada com a cor verde.O abrasivo da barrade cera é o óxido de cromo de 0,5 microns.A menos que especificado este foi o compostoutilizado nos experimentos subseqüentes.A maioria dos experimentos usou uma tira de courocomercial , a Butz Strop, que foi fornecida fixada em uma tábua de madeira.Entretanto,osexperimentos iniciais foram feitos com tiras de couro limpo comprados em uma loja dereparos de calçados e coladas em uma placa de madeira.Foram obtidos resultados similaresusando as faces macia ou dura do couro, assim como com a tira Butz.

A Figura 23 mostra imagens SEM de uma lâmina desbastada com grana 1000 e afiada com

pedra dágua e grana 6000. O processo de afiação utilizou 10 sessões do ciclo de 4 passescom uma pequena pressão descendente e com a direção de movimento da lâmina na superfícieda pedra pela aresta de corte.As duas vistas com uma ampliação de 800x mostra que oprocesso de afiação removeu metal de uma região uniformemente fina ao longo da aresta decorte desbastada . A vista de topo da lâmina mostra que a pedra dágua de afiação produziuuma rebarba fina ao longo da aresta com uma largura de aresta da ordem e 0,5 microns.



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A Figura 24 mostra micrografias da lâmina da Figura 23 após ter sido o assentamento na tirade couro Butz na condição limpa. O procedimento de assentamento usou o mesmo ciclo de 10sessões de 4 ciclos cada.A ação de assentamento na tira de couro limpa não parece ter tidomuito efeito na lâmina desbastada.A rebarba mostrada na vista de topo da lâmina é um poucomenor ,mas tem pouco efeito.Os riscos abrasivos ao longo das faces aparentemente forampouco afetados pela ação do assentamento.Este resultado é típico com o que foi encontradonos experimentos adicionais usando a segunda tira de couro limpa.

Os experimentos com tiras de couro limpas em lâminas preparadas nos rebolos de grana 600mostrou que as mesmas não foram efetivas em remover as rebarbas maiores formadas nosrebolos de grana 600.

Os resultados em usar as tiras de couro impregnadas do composto de óxido de cromo versuscouro limpo está mostrado comparando a lâmina das Figuras 25-26 com aquelas nas Figuras



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23-24. A lâmina da Figura 25 foi afiada na pedra com grana 6000 usando a mesma técnica dalâmina da Figura 23, sendo a única diferença que lâmina da Figura 25 foi afiada no rebolo TruHone de grana 600 comparada com a lâmina da Figura 23 afiada com grana 1000. A rebarba

original na lâmina de grana 600 da Figura 25 é consideravelmente maior que as lâminas degrana 1000. Compare as Figuras 11 e 12 para estimar a diferença da largura e retidão da arestaconforme desbaste. Podem-se verificar pelas Figuras 23 e 25 que as pedras dágua de grana6000 produziram arestas que são bastante similares as condições da lâmina afiadas.O efeito de impregnar a tira de couro com o composto de óxido de cromo antes doassentamento é mostrado comparando as Figuras 24 e 26. O abrasivo oxido de alumínio comousado na lâmina da Figura 26 produziu uma redução dramática no tamanho dos riscosabrasivos remanescentes na face da lâmina. Conforme a Figura 26 a largura da rebarba é daordem de 0,4 a 0,5 microns. Comparando a largura da aresta e retilineidade com os padrões dalâmina de navalha das Figuras 7 e 8, pode-se ver que a qualidade da aresta da Figura 26 épróxima dos padrões. Conforme será mostrado na próxima seção, entretanto, a a afiação da

lâmina com o ângulo 2ß da aresta de corte de navalhas, 17º, é mais difícil que uma lâmina deângulo de aresta 2ß igual a 40º.



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Conforme discutido acima, pensou-se inicialmente que uma tira de couro limpa poderiaconter material abrasivo natural suficiente para produzir uma melhoria na qualidade da aresta.Com isto em mente, vários experimentos iniciais foram feitos com tiras de couro limpasincluindo um experimento com 3 ciclos alternados de quatro assentamentos mais uma afiaçãosimples com pedra dágua de grana 6000. Em todos os casos o assentamento com tiras decouro limpas foi ineficaz em comparação com a melhoria encontrada no assentamento comóxido de cromo agregado à tira de couro ilustrado na Figura 26.

Em todas as afiações feitas com pedras moveu-se a lâmina ao longo da pedra na direçãocontra a aresta de corte causando o afastamento das partículas da aresta. A teoria é que omovimento nesta direção poderia reduzir o tamanho da rebarba na aresta evitando que aspartículas ficassem depositadas ao longo da mesma. Para verificar se esta teoria é suportadapor evidências foi feito um experimento com pedra dágua de grana 6000 com 10x4 passessessões com a aresta de corte movendo-se a favor da superfície da pedra, ao invés de contra asuperfície. Os resultados são mostrados na Figura 27.Comparando as figuras 25 e 27 pode-seperceber que o movimento da aresta a favor da superfície da pedra ,como na Figura 27 ,

produz realmente rebarbas maiores do que movimentando a aresta de corte contra a superfícieda pedra conforme a Figura 25. A rebarbas maiores são acompanhadas por um aumento daaspereza da aresta, mostrados nas duas vistas.

Foi feito uma série completa de experimentos similares às lâminas da figura 23 e 26 usando apedra dágua de grana 8000. Os resultados foram essencialmente os mesmos como mostradonas figuras 23 e 26 e, portanto, micrografias adicionais não foram apresentadas aqui.Surpreendentemente, uma comparação cuidadosa da qualidade da aresta feita com as duaspedras indicou que os riscos abrasivos para a pedra dágua de grana 6000 eram ligeiramente

mais finos que com a grana 8000. Os resultados indicam que a propaganda de granas mais



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finas na faixa de 6000 a 8000 não necessariamente se convertem em uma ação abrasiva maisfina.

Comparação entre as pedras 3 e 4 Uma lâmina desbastada com grana 600 foi afiada usando apedra Ultra fine fornecida pela Razor Edge. Esta pedra é uma pedra convencional de

granulação fina ,provavelmente de óxido de alumínio. O método de afiação na pedra foiidêntico aquele usado pelas pedras dágua, Figuras 23 e 26. A Figura 28 mostra que a pedraUltrafine Razor não produziu uma abrasão uniforme ao longo de ambos os lados da aresta, vermicrografia do topo de aresta, que é ampliada em somente 800x comparada com 3000x nasFiguras 23 e 26. Aparentemente a pedra de cerâmica convencional não expulsa o metal tão

rápido quanto às pedras dágua água. A aresta desdentada e cheia de rebarbas mostrada naface superior no centro da Figura 28 pode ser resultado em parte devido ao menor índice deabrasão que não removeu material adequado das rebarbas produzidas pelas lâminas de grana600. Embora as pedras dágua aparentemente sejam superiores as pedras convencionais, pode

ser necessário fazer experimentos adicionais para confirmar esta conclusão. Pode ser que as



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pedras convencionais simplesmente necessitam de uma abrasão mais extensiva que requeremas pedras dágua.

O kit de diamante DMT é fornecido com um dispositivo para prender a lâmina com umângulo pré-fixado para a afiação. Este dispositivo foi usado para o experimento da afiaçãocom diamante ao invés do fixador Razor Edge da Figura 21. Como com o fixador RazorEdge, os experimentos foram ajustados para produzir o mesmo ângulo 2ß de 48º. Duas daslâminas afiadas com grana 1000 foram afiadas com a pedra dágua de diamante usando 2 e 6passes por lado com a direção de abrasão com a aresta de corte da lâmina contra a superfícieda pedra. Infelizmente o número de passes foi significativamente menor que o usado nosexperimentos sendo a comparação direta limitada.A Figura 29 mostra 2 vistas da lâminaafiada com dois passes por lado e 1 vista da lâmina afiada com 6 passes por lado. O menornúmero de passes de afiação desbastou uma região mais estreita quando comparada com aspedras d agua. Além disso, os resultados mostram que a pedra dágua de diamante de grana

1000 produziu maiores riscos abrasivos nas faces da lâmina e resultou em uma aresta maisáspera do que com as pedras dágua.

Conclusões

1. As pedras dágua japonesas na faixa de granas 6000 a 8000 produziram uma arestaexcelente nas lâminas de aço inox com dureza HRC=60 com um ângulo de desbasteda aresta de mais ou menos 40º. As pedras dágua produziram arestas lisas e retasconforme vista de topo. A largura da rebarba remanescente observada foi pequena , naordem de 0,5 microns.A qualidade da aresta é independente do tamanho das rebarbasdo desbaste original com os rebolos 600 ou 1000.As rebarbas originais com grana 600e as rebarbas mais finas com grana 1000 foram ambas substituídas por geometriasimilar de aresta.

2. A aspereza da aresta e o tamanho da rebarba produzida com a pedra cerâmica e apedra dágua de diamante foram maiores que as encontradas com as pedras dágua.Entretanto, seria necessário fazer experimentos adicionais com estas ultimas para umacomparação quantitativa.

3.

O assentamento das lâminas após a afiação com as pedras dágua, com tiras de courolimpas agregaram pouco efeito na geometria das lâminas. Os riscos abrasivos nasfaces e o tamanho da rebarba ao longo da aresta não foram significativamentemodificados. As rebarbas nas lâminas pré-afiadas com grana 600 não foramefetivamente removidas.Aparentemente, os abrasivos naturais no couro limpo, emambas as faces (macia ou dura), não é adequada para produzir uma abrasãosignificativa na superfície.

4. O assentamento das lâminas afiadas com pedras dágua, nas tiras de couro impregnadocom óxido de cromo, produziu uma mudança significativa na geometria das arestasdas lâminas. Os riscos abrasivos oriundos da afiação com as pedras dágua foramalisados significativamente. A largura da rebarba da aresta não se reduziu abaixo dos

0,5 microns da afiação pelas pedras dágua ,mas foram talvez um pouco maisuniformes ao longo da aresta.Entretanto, as rebarbas das lâminas pré-afiadas com



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grana 600 reduziram significativamente,ao mesmo nível daquelas lâminas pré-afiadaspelas pedras dágua.A geometria geral das arestas assentadas se comparamfavoravelmente aos padrões de navalhas.

5. Na discussão do mecanismo da formação de rebarbas na página 3 especulou-se que aafiação da lâmina com a aresta movendo-se contra a superfície da pedra, chamada de

direção I, produziria menos rebarbas que no caso de mover a lâmina a favor da pedra,a direção A. Os experimentos com afiação manual concordam com esta especulação,vide a discussão na Figura 27.

[5] Experimentos com o equipamento Tormek

O equipamento de afiação Tormek está descrito no Apêndice 2. A máquina gira 2 rodas embaixa velocidade, 90 rpm, uma roda de 10 “de cerâmica e outra de 8,75” de couro. A máquinaé fornecida com um rebolo de óxido de alumínio de grana 220 e uma roda japonesa dáguacom grana 4000. Estes experimentos podem ser divididos em três estudos. (1) No primeiro

foram feitas comparações entre as lâminas afiadas no rebolo de óxido de alumínio e norebolo de pedra dágua com um ângulo 2ß de 40º. (2) Os experimentos na seção préviademonstrou vantagens de usar o composto de polimento de óxido de cromo nas tiras de couro.Portanto o uso da roda de couro na máquina Tormek foi usada com a impregnação de óxidode cromo.O couro foi coberto com óleo mineral ,aplicou-se a cera na roda de giro paraproduzir uma camada pesada não uniforme no couro e então alisou-se esta camada para umaespessura mais fina com a aresta da faca na roda de giro.Os experimentos neste segundo estudo compararam o efeito da roda de couro nas lâminasafiadas com a roda de pedra dágua e a roda de óxido de alumínio mais grosseira. (3) Todosos experimentos prévios utilizaram lâminas preparadas pela máquina Tru Hone e, portantoforam restritas a um ângulo de 40º. Entretanto, neste terceiro estudo as lâminas de aço inoxforam reafiadas para ângulos 2ß de 20 e 40º e foi feita a comparação entre as lâminas comesses dois ângulos.

Comparação das superfícies conforme afiadasOs estudos iniciais foram feitos em lâminas desbastadas com ângulo 2ß de 40 º. Todo otrabalho até este momento foi feito na extremidade T das lâminas inoxidáveis. Conformemostrado na Figura 5, esta extremidade não coincide com o centro da lâmina. Não se esperavaque esta diferença de centros poderia ter algum efeito nas características da afiação.Entretanto, para confirmar esta expectativa foi feito um estudo em várias lâminas que foramdesbastadas no lado oposto não desbastado para dar a simetria geométrica reconhecida na

Figura 5 como a extremidade A. As extremidades A foram desbastadas com um ângulo 2ß de40º usando a máquina Tru Hone com grana 100 para assegurar que a extremidade ficassecentrada e então foram reafiadas com o mesmo ângulo na máquina Tormek com uma grana220. Foi feita então uma comparação na qualidade das arestas de corte das lâminas em ambasas extremidades A e T , e como esperado não se encontrou nenhuma diferença significativaentre ambas. Portanto todos os dados de experimentos apresentados aqui para 2ß=40º são paralâminas afiadas com extremidade T.

As figuras 30 e 31 comparam a qualidade das arestas das lâminas afiadas na máquina Tormekcom rebolo 220 e rebolos de pedra dágua respectivamente. As lâminas foram passadas ida evolta várias vezes usando pressão muito leve no dispositivo fixador usado para assegurar um

ângulo constante de desbaste. A direção dos rebolos foi contra a aresta de corte em todos osexperimentos. Ambos os rebolos produziram uma rebarba proeminente e as Figuras 30 e 31



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mostram resultados típicos paras duas diferentes rodas. A rebarba produzida pela grana 220,Figura 30 consiste de uma tira fina de metal aderida na aresta dobrando-sepredominantemente, mas não exclusivamente em um lado da lâmina. A rebarba produzidapela pedra dágua, Figura 31, é mais claramente uma rebarba dobrada em um lado da lâmina.Em geral, a aspereza da lâmina, como visto nas vistas das faces, produzida pelo rebolo de

grana 220 era maior que aquela produzida pelo rebolo de pedra dágua. Interessante, que arebarba formada pelo rebolo de grana 220 aparentemente resulta no mecanismo deDobramento discutido na página 3, enquanto que o formado pelo rebolo de pedra dágua foiformado pelo mecanismo de Depósito de Partículas.



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Assentamento com roda de couro As lâminas foram assentadas na roda de couroimpregnada com óxido de cromo ajustando-se o ângulo 2ß ,primeiramente para combinar como ângulo de afiação de 40º. Várias lâminas foram assentadas com um ângulo 2ß aumentadopara 45-46º. Embora o aumento do ângulo de assentamento aparentemente não tenha mudadomuito a suavidade ou a retilineidade da lâmina, produziu uma largura de aresta de corte

menor. Assim, os experimentos com assentamento com couro apresentados aqui foram feitoscom o ângulo 2ß de assentamento ajustado para 5 ou 6º maior que o ângulo 2ß de afiação das

lâminas. O assentamento com couro foi feito com leve pressão. As lâminas foram passadasem movimentos alternados de ida e volta pelos rebolos a um índice baixo de 1 polegada porsegundo. Foi dado um total de 4 a 6 passes de ida e volta alternadamente nas lâminas.Experimentos com um aumento da pressão não produziram resultados significativos. Asfiguras 32 e 33 apresentam a micrografia SEM das lâminas da Figura 30 e 31 após a operaçãode assentamento. Um aumento no número de passes de 10 para 12 não produziu mudanças

significativas.



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As Figuras 32 e 33 ilustram que o assentamento com óxido de cromo impregnado na tira decouro produz arestas com excelente qualidade nas lâminas desbastadas tanto no rebolo degrana 220 como nas rodas com pedras dágua. Em ambos os casos a suavidade da face éexcelente e a aspereza e retilineidade da aresta é também muito boa. Observa-se que a largurada aresta de corte das lâminas afiadas com grana 220, Figura 32, é ligeiramente maior que a

lâmina afiada com pedra dágua. A Figura 33 inclui uma ampliação da aresta com 10000xsuperposta na vista de topo da aresta. Como mostrado, a largura da aresta de corte é da ordemde 0,35 microns (Nota: Em arestas afiadas, os elétrons secundários que formam a imagem dasmicrografias SEM tendem a escapar dos lados das arestas devido à penetração do feixe

primário Isto resulta em um alargamento da aresta, tal que a posição real da aresta é escondidadentro desta região alargada. Portanto a real largura da aresta será um pouco menor que aimagem da aresta alargada total vista nas ampliações muito grandes). A qualidade da aresta dalâmina da Figura 33 se compara muito favoravelmente com a qualidade da aresta da lâmina denavalha das Figuras 7 e 9. A largura da aresta de corte da lâmina com grana 220 da Figura 32é significativamente maior que aquela da lâmina de pedra dágua da Figura 33. Mede mais oumenos o dobro da largura, por volta de 0,8 microns, e a vista de topo da Figura 32 indica queuma minúscula rebarba persiste ao longo da aresta de corte.. Entretanto, comparando a Figura32 com o estado inicial desta lâmina mostrado na Figura 30, é surpreendente como a ação deassentamento com couro melhorou a aresta da lâmina.

A Figura 34 apresenta micrografias de assentamento com couro de uma lâmina que havia sidoafiada com um ângulo 2ß de 40º na máquina Tru Hone usando um rebolo de grana 220. Denovo, observa-se que o assentamento com couro produziu arestas muito retilíneas e lisas ; Avista de topo destas lâminas mostra uma largura de aresta muito fina,mas contem tambémalgumas regiões mais largas.A rebarba das lâminas conforme afiadas no rebolo de grana 220na Tru Hone mostrado na Figura 10 aparenta ser de uma geometria ligeiramente diferente doque aquela produzida pelo rebolo Tormek ,compare a Figura 30.Talvez isto conte para aaresta de corte mais fina vista ao longo do comprimento da lâmina Tru Hone na Figura 34.



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Efeito da mudança do ângulo de aresta 2ß de 40º para 20º As Figuras 35 e 36 mostram asarestas das lâminas afiadas com um ângulo 2ß de somente 20 º. Assim como os ângulos dearesta de 40 º das Figuras 3º e 31 o rebolo 220 produz arestas significativamente maisgrosseiras nas vistas das faces que aquelas com rebolos de pedras dágua. A diferença naslâminas assentadas com couro mostradas nas Figuras 37 e 38 é similar a aquelas obtidas com

as lâminas 40º da Figura 32 e 33. Somente que agora aparenta que a retilineidade da aresta,enfatizada na comparação pela superposição das linhas retas nas vistas da Figura 37 e 38, ésignificativamente inferior nas lâminas de grana 220. De novo, as lâminas de grana 220mostram uma largura de aresta duas vezes maior que as lâminas de pedras dágua. A largurada aresta da lâmina de pedra dágua, embora tão fina como as lâminas de 40º da Figura 33,contem regiões onde a largura aumenta de cerca 0,35 microns para cerca de 0,6 microns.

Estes resultados indicam que se o ângulo de aresta 2ß cai de 40 para 20 º torna-se mais difícilafias as lâminas com a mesma qualidade das arestas de corte.. Isto provavelmente resulta da

espessura reduzida da lâmina em locais logo abaixo da aresta de corte. Esta redução de



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espessura irá aumentar as tensões de flexão na operação de afiação que podem levar aotombamento e quebra do metal ao longo da aresta de corte.. Assim, a ação abrasiva maisSuave das pedras dágua sobre os rebolos 220 tornam-se mais uma vantagem em ângulos 2ßmais baixos.

Conclusões

1. Na condição da lâmina desbastada ambos os equipamentos Tormek com rebolo 220 eos rebolos de pedras dágua produzem rebarbas tombadas claramente visíveis nasvistas das faces, com as rebarbas muito maiores com o rebolo 220. O assentamentocom óxido de cromo impregnado nas tiras de couro foi muito efetivo em melhorar aqualidade da aresta das lâminas afiadas em ambas os rebolos. Após o assentamento , adiferença na qualidade das duas lâminas era muito menos aparente.

2. O raio da vista de topo das lâminas assentadas tinha um valor máximo médio de cercade 0,4 microns, para os rebolos de pedras dágua como para os rebolos 220 Tru Hone.



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Este raio aumentou para 0,8 microns para os rebolos Tormek.Rebarbas tombadasocasionais são aparentes nas vistas das lâminas com a máquina Tormek com grana220 que produzem o máximo raio nas vistas de topo. Tais rebarbas foram raramentevistas nas lâminas de pedras dágua e ocasionalmente nas lâminas com a máquina TruHone com grana 220. A qualidade em geral das lâminas afiadas com pedras dágua e

assentadas com tiras de couro foi equivalente com o padrão de lâminas de navalhas daFigura 7 e 9 em todos os aspectos avaliados aqui: largura da aresta, retilineidade daaresta de corte, aspereza da aresta de corte, e superfície lisa.

3. Reduzir o ângulo 2ß de 40 para 20º teve um efeito pequeno na qualidade das lâminasafiadas com pedras d agua e assentadas com couro. As lâminas afiadas com rebolo220 mostraram mais ou menos o mesmo aumento na largura da aresta de corte queencontrados com as lâminas de 40º, de cerca de 0,4 para 0,8 microns. Entretanto, paraos ângulos de 20º, a retilineidade das arestas das lâminas 220 não foram tão boascomo foram as lâminas de pedras dágua , com a aresta mostrando uma pequena masdistinta ondulação ,ver Figura 37.Parece improvável que o pequeno aumento naondulação e máximo raio teria um efeito significativo no desempenho de corte para a

maioria das aplicações.A qualidade da aresta de corte de ambas as lâminas é muitoboa.

[6] Experimentos com Rodas de Polimento Rodas de polimento são comumente usadaspara dar acabamento ao processo de afiação das facas. Portanto, foi feito um estudo em que aslâminas de aço inox foram acabadas com rodas de feltro e de tecidos. A operação depolimento foi executada pelo Máster Bladesmith, Alfred Pendray de Williston, FL. Asextremidades T das lâminas de inox fora reafiadas para um ângulo 2ß de 40º usandoprogressivamente a maquina Tru Hone com rebolos 220, 400, e 600. Além disso foramproduzidas lâminas com a geometria de extremidade A da Figura 5 usando o mesmoprocedimento.Foi feito um dispositivo para prender firmemente as lâminas nas rodas depolimento utilizando os quatro procedimentos de polimento mostrados na tabela 3 para asextremidades T e A.O composto de polimento 555 é um produto da Brownells,Inc.Ocomposto é aplicado em uma barra de cera similar ao composto de óxido de cromo usado nastiras ou rodas de couro para assentamento.O abrasivo é óxido de alumínio , e o Branco temum tamanho de partícula de menos de 1 mícron ,enquanto o Preto em uma faixa de 1 -5microns.

A olho nu, todas as amostrasapresentaram uma aparênciabrilhante da ação de polimento,

mas o efeito foi maispronunciado na lâmina noprocedimento 4. As lâminasforam examinadas por duas técnicas. Na primeira a seção de 1 “da lâmina foi cortada comserra refrigerada a água e a aresta de corte foi examinada no SEM.. Na segunda, foi cortadoum pedaços de comprimento 1/8” de cada lado que sobrou do corte anterior Estes doispedaços foram montados em uma plaqueta de plástico e polidos com diamante de 1 mícronconforme as técnicas de polimento e metalografia. Após a montagem,as amostras foramdesbastadas com papel de grana 50 para remover quaisquer rebarbas geradas no corte comserra. As seções polidas foram examinadas para revelar o formato das seções transversais.

Estudo SEM das arestas polidas As fotos SEM neste estudo forma tiradas das lâminassomente na vista de topo da aresta. A vista de topo da aresta de uma lâmina na condição



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afiada, mas não polida é mostrada na Figura 39. A comparaçãodas micrografias das lâminas polidas com esta permitirá aavaliação do efeito da operação de polimento.Todas as 8arestas das lâminas polidas da Tabela 3 ( 4 lâminas cada comarestas tipo A ou T) foram examinadas no SEM e a Figura 40

apresenta micrografias representativas de três desta lâminas.Adesignação A ou T nas micrografias refere-se ao tipo da arestada lâmina examinada..Por exemplo,2T significa a aresta tipo Tda lâmina 2 da Tabela 3 e 3A significa a aresta tipo A dalâmina 3 da Tabela 3.Após o polimento as arestas das lâminasse mostraram lisas e brilhantes , e a Figura 40 mostra que osriscos abrasivos produzidos pelas rodas de grana 600 forambastante removidas na operação de polimento.

Encontrou-se de maneira consistente uma pequena rebarba em todas as lâminas e mediu-se alargura das arestas em cada uma delas usando as micrografias SEM. A Tabela 4 apresenta umsumário da faixa encontrada das larguras de aresta de corte encontradas nas 8 lâminas.Doisresultados bastante claros foram observados. (1) A aresta tipo T das lâminas apresentaramrebarbas mais finas que as arestas tipo A. Além disso, as rebarbas ao longo da aresta tipo Tforam mais uniformes que as de tipo A.. Este resultado pode ser visto comparando a lâmina2T com a lâmina 3 A na Figura 40. (2) O uso daoperação de polimento de dois passos, produziu deforma consistente rebarbas mais finas que qualqueroutra com a operação de um único passo usadas naslâminas 1 a 3. As variações nos procedimentos depolimento com as lâminas 1 a 3. ver Tabela 3, não

produziram qualquer mudança significativa naqualidade da aresta de corte.



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A operação de polimento de dois passos consistiu no uso de um composto de grana maisgrosseira para o primeiro passo na roda de tecido, seguido por um composto na roda de feltro.É prática comum na metalografia o polimento de metais começar com um abrasivo maisgrosseiro e depois um mais fino.Tem sido experiência do autor que o emprego este tipo

progressivo de polimento é mais efetivo em produzir superfícies finais mais lisas.Igualmenteaqui, ocorre este tipo de efeito,com o uso de polimento de dois passos progressivo capaz dereduzir as rebarbas da aresta de corte mais efetivamente que o uso de um único compostoabrasivo.Seriam necessários experimentos adicionais para avaliar esta ultima possibilidade.Arazão do porque o tamanho das arestas de corte tipo A foram significativamente maiores queas de tipo T é desconhecida..Também aqui, seria necessário experimentos adicionais paradeterminar a fonte desta variação.

Contornos das seções transversais As imagens óticas das seções transversais das lâminasforam coletadas digitalmente. As imagens foram então processadas em um PC para superporuma linha branca ao longo das superfícies externas das lâminas ,como mostrado para as duas

lâminas na Figura 41.A extensão dos contornos até o ponto de cruzamento permite umaestimativa razoável do contorno original das lâminas antes do polimento.A geometria originalda aresta da lâmina era conhecida das seções das lâminas ainda não polidas.É aparente naFigura 41 que se pode estimar destas micrografias quanto se perdeu de no ângulo de afiaçãodevido a operação de polimento.

A distância de retração da ponta das linhas extrapoladas foi medida para cada par de seçõesdas lâminas e os resultados são apresentados nas 3 colunas à esquerda da Tabela 5 para as

arestas tipo A distância de retração media é 73 e 42 microns para as lâminas 1 A e 4 A, e 25 e39 microns para as lâminas 2 A e 3 A respectivamente. Poder-se-ia esperar mais retração naslâminas 1 e 4 porque elas tiveram 4passes a mais que as outras lâminas,e os dados são consistentes com estaexpectativa. Os resultadoscorrespondentes para as seções Tnão são fáceis de interpretar. Ocontorno da lâmina original foiajustado ao das lâminas polidassuperpondo as imagens. Se o

polimento removeu materialsignificativo das faces de topo e da



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base aparecendo nas micrografias ,então o contorno se moveria um pouco mais à direita oque deveria.Isto teria o efeito de reduzir a distância de contração da verdadeira posição daponta.A distância média de retração para as lâminas 1T e 4T é (38+54)/2=46microns,comparado com (51+54)/2=52,5 microns para as lâminas 2T e 3T ,que nãoconsistente com o maior número de passes nas lâminas 1 e 4.Talvez esta inconsistência

resulte da superposição(ajuste de imagens). De qualquer maneira, os dados realmentemostram que as arestas de corte tipo T retraíram no mínimo 40 a 55 microns durante opolimento.

Os dados deste estudo mostram claramente que qualquerrebarba na ponta oriunda da operação de afiação deve serremovida pela operação de polimento. Por exemplo, osdados da Tabela 5 mostram que a ponta original recuoupelo menos 25 microns na aresta de corte tipo A polidalevemente e no mínimo de 40 a 50 microns na aresta de corte tipo T.O tamanho da rebarbanas lâminas finais estão na faixa de 1 a 5 microns , e na condição original, afiada somente,

não eram maiores que 7 microns.Olhando para a Figura 41 observa-se que a ação depolimento está removendo uma quantidade razoável de metal da região da ponta,muitomaiores que o tamanho de rebarbas envolvido na afiação das lâminas..Assim, é aparente quequalquer rebarba nas lâminas polidas foi produzida pela ação de polimento propriamente. Naconclusão desta fase do estudo de polimento talvez a formação de rebarbas na operação depolimento possa ser minimizada com aplicação de pressões de polimento mais leves e estaafirmação leva ao próximo estudo.

Estudo de polimento em aço inoxidável Para investigar os efeitos de usar uma pressão depolimento mais leve, e expandir o estudo para as lâminas de aço inoxidável, Al Pendraypreparou um jogo de 3 lâminas feitas de aço 52100 austemperado. A dureza das lâminas é deHRC=56. A Figura 42 ilustra o formato da lâmina. A extremidade marcada CL foi presa emum grampo e o lado oposto das lâminas foi afiado com uma lixadeira de cinta usando lixas3M Trizact A-65, A-30, A-16, e A-6, que correspondem a 280, 700,1200 e 2000respectivamente. As lâminas entram em contato com a cinta após esta sair da polia criandoum efeito um efeito no desbastechamado de “ slack belt”-afrouxamento da cinta.Após aoperação de desbaste na cinta as

lâminas foram levemente polidase/ou assentadas no couro conformea Tabela 5.

A Figura 43 apresenta as micrografias SEM da lâmina AP-1. As duas faces da lâmina sãorazoavelmente lisas indicando que a combinação das cintas de grana 2000 e o polimentoforam efetivas em fornecer uma superfície bem polida. Entretanto, existe uma rebarbadominante ao longo da aresta de corte e a micrografia da Vista de Topo 3000x indica alargura da rebarba da aresta de corte com cerca de 1 a 1,2 microns.A rebarba se enrolou emtorno da face inferior mostrada a direita da Figura 43.



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A Figura 44 apresenta a micrografia das lâminas AP-3. A sua preparação diferiu das AP-1pela cinta final que era de grana mais grosseira, 700 vs. 2000, e a roda de polimento de feltro

ao invés de tecido. Comparando as Figuras 44 com a 43 observa-se que a face da roda defeltro efetivamente removeu as marcas de abrasão mais grosseiras que devem ter sidoproduzidas pela cinta de lixa de grana 700 usada na lâmina AP-3.Contudo, a rebarbaproduzida pelas rodas de feltro é mais dominante, sob a forma de uma rebarba grande dobradasobre a vista da face inferior, que é ilustrada na micrografia (Down Face) da Figura 44 e notopo direito da micrografia de topo ( Edge View).

O experimento de assentamento com couro limpo empregou uma tira de couro fixada a umatábua. O experimento foi similar aquela da seção [4].p.19,exceto que foi feito por Al Pendrayem sua oficina, ao invés do autor em laboratório.Como no estudo da seção [4] ,observou´seque a operação de assentamento com couro limpo teve pouco efeito na suavidade dasuperfície ou na geometria da rebarba.Para economizar espaço as micrografias das lâminas



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AP-2 não foram apresentadas.As suas aparências são muito similares a Figura 43 ,com aadição de alguns riscos de tamanho pequeno produzidos pela operação de polimento.

Conclusões

1. Estes resultados sugerem que o polimento com rodas e feltro ou tecido não são omelhor método para o acabamento das lâminas de facas. Aparentemente mesmo umaleve ação de polimento remove uma quantidade significativa de metal próximo à finaaresta de corte gerando uma rebarba ao longo da aresta de corte que éconsistentemente maior que a rebarba formada pelo assentamento ourebolos..Entretanto,um simples experimento com uma operação de polimento de doispassos ,o primeiro com um composto mais grosso e em seguida o mais fino, produziuresultados melhorados e estudos adicionais deste método podem indicar que éequivalente ao polimento final com couro.

2. O experimento com assentamento com couro limpo confirma o experimento prévio.

Os abrasivos naturais presentes no couro limpo não são adequados para removerrebarbas da aresta ou riscos abrasivos de superfície.

[7] Experimentos com aços carbono

Uma série de experimentos foi feita com lâminas de aço carbono tendo uma geometriamostrada na Figura 6 e a composição e dureza mostrados na Tabela 2. O principal propósitodeste estudo foi avaliar o efeito de reduzir a dureza dos aços de HRC=60 até o nível eHRC=40. Os aços convencionais, 52100 e 1086, foram tratados termicamente para umadureza final conforme a Tabela 2 por tempera e revenimento. O aço Damasco era um aço com1,6 % de carbono do tipo de Damasco genuíno [6] que foi temperado a óleo abaixo da suatemperatura crítica para produzir o valor de dureza HRC=40.É um aço perlítico,enquanto osoutros aços são martensíticos.temperados e revenidos.

Experimentos com a máquina Tru Hone Estes experimentos utilizaram rebolos de grana 1000com a máquina Tru Hone para afiação final após uma afiação inicial com grana 600. Osexperimentos iniciais foram feitos com um ângulo 2ß de 38º usando o mesmo procedimentousado nas lâminas de aço inox exceto que os ângulos 2ß em ambas as granas 600 e 1000 foidiminuído em 3 graus. A Figura 45 apresenta vistas da face de três aços com HRC variandode 40 a 60. Os resultados mostram que a com a dureza reduzida de HRC=40 existe um

aumento no grau de aspereza da aresta de corte.



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Estas lâminas de carbono foram usadas com a máquina Tru Hone procurando reduzir o ângulo2ß aos menores valores possíveis. Os experimentos iniciais foram feitos com 2ß de 20º. Comeste ângulo o operador pôde sentir um movimento de pulsação vertical quando as lâminaspassam pelos rebolos. Com 20º os rebolos da máquina Tru Hone têm uma sobreposiçãomuito pequena.Assim, qualquer variação na concentricidade do rebolo leva a uma pulsaçãopara cima e para baixo significativa quando a lâmina passa pelos rebolos.Esta ação produzcom resultado arestas não retilíneas.

Concluiu-se que o ângulo de 2ß de 20º é muito pequeno para uma boa afiação, e a série delâminas foi feita com o que pareceu o menor ângulo adequado para a máquina Tru Hone,2ß=30º. Os perfis das três lâminas afiadas com este ângulo estão mostrados na Figura 46.Observa-se que a variação da aspereza da aresta de corte com dureza é similar àquela

mostrada na Figura 45.



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Experimentos com a máquina Tormek Experimentos adicionais foram feitoscom aços carbono usando o rebolo de cerâmica da máquina Tormek. Foram afiadas lâminasde aço 1086 com dois níveis de dureza a uma ângulo 2ß de 40º. As vistas das faces estãomostradas na Figura 47.Pode-se comparar diretamente as duas vistas da face do materialmais duro à esquerda que aquele à direita.Como com os experimentos nos rebolos de grana

1000 observou-se que o material mais mole produz uma aresta mais áspera apósafiação.Também, se compararmos a aspereza da aresta dos materiais mais duros dos aços daFigura 45 a 47 com as lâminas de aço inox ,que também tinham valores de dureza próximosde 60 ,observou-se que a qualidade da aresta é similar.

Conclusões

1. A aspereza das lâminas de aço afiadas com o rebolo 1000 na máquina Tru Hone e com o

rebolo 200 na máquina Tormek mostram a mesma dependência na dureza do aço. Em ambosos casos a aspereza da aresta de corte é significativamente maior para as lâminas com durezaHRC=40 do que para as lâminas de HRC=60.

2. Para o nível de dureza de HRC-60 a aspereza da aresta dos aços 1086 e 52100 éessencialmente a mesma para os aços inox AEB-L.

[8] Experimentos com composto de polimento diamantado

O autor tem considerável experiência com polimento padrão para metalografia de aços. Osestágios finais de polimento empregam rodas de polimento horizontais cobertas com algum

tipo de tecido coberto com materiais abrasivos finos.Era tradicional utilizar abrasivos finos abase de alumina(Al2O3) ,mas nas ultimas décadas os abrasivos a base de diamante têm se



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tornado comercialmente disponíveis.Inicialmente estes abrasivos a base de diamante eramdisponíveis somente com uma pasta a base de óleo ,mas atualmente eles são definíveis emspray.de aerossol.Estes abrasivos diamantados são comumente disponíveis em tamanhos 6 e1 mícron. O autor observou que para aços duros o polimento com diamante é muito maisrápido que com alumina, e o composto de 1 mícron produz uma superfície que parece ser

livre de riscos na maior ampliação útil no microscópio ótico (1000x). Portanto um conjuntofinal de experimentos foi feito em que as lâminas foram polidas nos rebolos de couro damaquina Tormek usando abrasivos diamantados assim os abrasivos de oxido de cromo.

Neste trabalho 3 rebolos diferentes de couro foram usados para o polimento final1. uma roda coberta com abrasivo de oxido de cromo como descrito acima.2. uma roda coberta com spray aerosol de diamante 6 microns.3. uma roda coberta com spray aerosol de diamante 1 mícron.

Os compostos de diamante usados aqui são produtos da Buehler, chamados de “Metadi”. Ocomposto foi aplicado na roda simplesmente aplicando o spray na roda até que ficasse

molhada.. Como cima, as lâminas de comprimento 3.8 polegadas foram passadas ida e voltanas rodas de couro várias vezes, mantendo o ângulo de afiação maior que aquele da lâminapré-afiada por uma pequena diferença chamada ? ß,após o que os centros das lâminas foramobservados no SEM.

Todos os experimentos foram feitos em lâminas de aço inox. Três jogos de lâminas forampré- afiadas como segue. Cada jogo consistiu de 4 a 8 lâminas afiadas com a extremidadeT(ver Figura 5) com a maquina Tru Hone usando (jogo1) rebolos de grana 220, (jogo 2)rebolos de grana 600, e (jogo3) rebolos de cerâmica, todos com ângulo 2 ß por volta de 40º.

Neste trabalho a analise SEM foi modificada para dar uma avaliação estatística melhor dalargura da aresta (EW); Para cada lâmina foram tiradas 3 fotos da vista de topo da aresta comampliação de 3000x. A lâmina foi aleatoriamente analisada e a primeira foto foi tirada.Emseguida, a lâmina foi sendo movida gradualmente ao longo da aresta com incrementos de 1mm e as 2 micrografias finais foram tirada com 3000x. A largura mínima e máxima da arestafoi medida em cada micrografia e a media dos 3 mínimos máximos valores foram registradase relatadas aqui. Este procedimento foi adotado para evitar avaliação tendenciosas peloobservador e dar uma media estatística melhor das larguras da aresta de corte.

Resultados experimentais O principal objetivo desta fase de estudo foi determinar osvalores mínimos de largura da aresta (EW) que poderiam ser obtidos com o composto de

polimento a base de diamante. A tabela 6 apresenta os resultados dos valores ótimosobtidos.Estas lâminas tinhamsido pré-afiadas com grana 600na maquina Tru Hone comângulos de aresta 2ß de 40º.Asmedias dos valores na parteinferior desta tabela fornecemuma medida valores ótimos deEW encontrados para umpolimento com composto dediamante de 1 mícron. Os

números ± seguindo os valoresdas medias são desvios padrão



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sobre as 4 medições. O polimento em primeira instancia com CrO ou compostos de diamantede 6 microns não produziram resultados significativos.A lâmina Gillette usada como padrão acima foi também analisada com o mesmoprocedimento da Tabela 6 e deu os resultados mostrados na parte inferior da tabela. Assim, osvalores da largura da aresta obtidos aqui são comparáveis com a lâmina de barbear. (Nota: Os

valores EW obtidos aqui para a lâmina Gillette foram um pouco menores que aqueles dadosna pagina 6, onde a media de Ew=0,40. Esta diferença está, entretanto, dentro do desviopadrão de ± 0,06 microns relatado na Tabela 6.

Comparando os valores de EW medidos nas lâminas pré-afiadas com as rodas 220 ou 1000com os resultados das lâminas pré-afiadas com as rodas 600 na Tabela 6 não se encontraramdiferenças significativas, condicionada ao numero de passes ida e volta dados.. As lâminasexaminadas após diferentes números de passes de ida e volta revelaram que um numeromínimo de 12 a 15 passes foram necessários para produzir faces lisas que removeram amaioria dos riscos abrasivos estendendo-se até a aresta de corte.A Figura 48 ilustra o efeitode aumentar o numero de passes de 4 para 10 na lâmina pré-afiada com grana 600. O

resultado para o CrO ou compostos de diamante foi essencialmente o mesmo, um mínimo de12 a 15 passes foi melhor para remover os riscos abrasivos mais profundos até a aresta decorte.

Algumas lâminas foram polidas com o composto CrO somente, e outras com diamante 6microns somente. Em ambos os casos encontraram-se valores de EW maiores que aqueles daTabela 6 por volta de 0,1 a 2,2 microns.Um jogo de 2 lâminas foi polido em ambos as rodas de diamante 1 mícron e o CrO com osângulos de polimento aumentados em relação ao ângulo de pré-afiação, ?ß, modificados de 3º para 5-6 º. Os resultados deste estudo se alinham com aquele apresentado na seção 5, ouseja, valores de ?ß=5-6 graus geraram valores de largura de aresta de corte (EW) ligeiramentemenores que aqueles com ?ß=3 graus.



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Conclusões

1. O uso de composto para polimento de diamante 1 mícron para a roda de couro Tormekgerou resultados excelentes. Contudo, a qualidade da largura da aresta de corte e dasuavidade da face só foi levemente superior àquela obtida com o composto de CrO. Aslarguras de aresta ótimas nas lâminas pré-afiadas com ângulos 2ß e 40º foram de 0,2-0,4 microns com o diamante, comparadas com 0,3-0,5 com o CrO. Estes valores delargura de aresta de corte foram obtidos com uma amostragem estatística melhoradasobre aquele feito na seção anterior.

2. Não se encontrou redução significativa nos valores de EW para o processo de 2estágios de polimento indo do CrO para o diamante 1 mícron ou do diamante 6

microns para o diamante 1 mícron.3. Um aumento no ângulo de polimento para o polimento final de ?ß=5 a 6 º foi melhorque 3, em concordância com os resultados apresentados na seção 5.

4. Foi necessário um mínimo de 12 a 15 passes de ida e volta na roda de couro pararemover os riscos abrasivos mais grosseiros nas lâminas pré-afiadas com grana 600.Este resultado foi obtido com o uso dos abrasivos diamante 1 mícron e CrO.

[9] Sumários e Conclusões

Estes experimentos foram dirigidos para avaliar a qualidade da aresta de corte do processo de

afiação com relação ás seguintes propriedades: 1) Largura do topo da aresta, 2) Retilineidadee aspereza da aresta vista da face da lâmina, e 3) Suavidade da lâmina. Todas estas três



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propriedades foram avaliadas pelas micrografias SEM tiradas das vistas das faces e da arestadas lâmina afiadas.

O grande volume experimentos foi feito com as lâminas de aço inox AEB-L com uma durezade 60 HRC. Um pequeno numero de experimentos comparativos foi feito com aços carbono,

1086, 52100, e Damasco genuíno, a durezas de 60 a 40 HRC.

A maioria das lâminas foi afiada com a maquina de afiação Tru Hone, ver Apêndice 3, ou amaquina Tormek, ver Apêndice 2. Um numero limitado de lâminas foi afiado com pedrasplanas com um dispositivo para manter um ângulo de afiação constante.

Dois ângulos foram definidos para caracterizar a aresta de corte afiada.. A Figura 4 mostra osdois ângulos: o ângulo de aresta, 2ß e ângulo da face, 2a. Estes ângulos são medidos com ogoniômetro a laser descrito no Apêndice 1, ou por seccionamento metalográfico seguido pormedições em microscópio ótico, vê Figuras 41 e A13.

A afiação foi feita com rebolos de cerâmica ou de granas 220, 600, e 1000, com rebolo dediamante de grana 1200, com uma pedra dágua de oxido fino de alumínio, e com pedrasdágua de 6000 e 8000 ou ainda com rebolo de pedras dágua de grana 4000.

O polimento final foi feito com três diferentes métodos:(1) Assentamento com aços de superfície lisa.(2) Polimento com couro, tanto “in natura” (limpo) como impregnado com compostos deoxido de cromo ou de diamante. O polimento com couro foi feito tanto com couro planocomo com rodas de couro na maquina Tormek. Em todos os casos o ângulo da aresta depolimento foi cuidadosamente controlado para valores ligeiramente maiores que os ângulosde afiação por uma incremento chamado de ?ß.(3) Polimento feito com rodas de feltro e/ou tecidos impregnadas com composto de oxido dealumínio.

Conclusão Principal

Os especialistas em afiação de facas [1,2] ensinam que para um dado ângulo de aresta de corte2ß e ângulo da face 2a, deveriam ser formados por pedras ou cintas de lixa mantendo umângulo fixo de afiação, verificando quando a face da aresta é afiada até o centro (teórico) daaresta detectando uma rebarba ao longo da mesma Este estudo se dirige a questão de qualtécnica de polimento final é a melhor para remover a rebarba e alisar a face da aresta de corte.

A principal conclusão deste estudo é que dos três métodos usados ,o melhor método parremover as rebarbas e ajustar o ângulo de aresta é o polimento final em couro com umcomposto de oxido de cromo ou de diamante. A qualidade da aresta comparou-se ao padrõesde lâminas de barbear: Larguras de aresta de corte de 0,3 a 0,5 microns, retilineidade de aresta(essencialmente qualidade de linha reta), pouca ou nenhuma aspereza na vista lateral e muitoboa suavidade na face.

Conclusões secundárias

1. A roda de couro da Tormek oferece um excelente método para polimento final de

lâminas. Os experimentos foram feitos usando compostos abrasivos de oxido decromo e “sprays” de 6 e 1 microns de diamante. O abrasivo de diamante 1 mícron



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gerou larguras de aresta ótimas de 0,3 microns ,enquanto o abrasivo CrO gerouvalores de EW levemente maiores,cerca de 0,4 microns. Ambos os abrasivosproduziram excelente suavidade das faces e retilineidade das arestas após 12 a 15passes de ida e volta sobre a roda de couro.

2. Um polimento final em um aço liso produziu uma melhoria dramática na aresta comrebarbas originárias da afiação com lixa 600 ou mais grossas. Como definido porJuranitch [2], foi definido que somente poucos passes deveriam ser usados com poucapressão a um ângulo pré estabelecido.A necessidade de assentamento da lâminaresulta do dobramento da aresta de corte e a deformação plástica (achatamento) paraum dos lados.O acabamento ( aspereza) e a retilineidade da aresta de corte foramdramaticamente melhorados e se obtiveram larguras de aresta na faixa de 1,5 a 2microns. A melhoria na qualidade da aresta se mostrou largamente independente doaumento do ângulo de assentamento da aresta sobre o ângulo de afiação original. Afaixa de aumento do ângulo de assentamento da aresta foi de 10 a 30º.

3. O acabamento final nas rodas de polimento produziu superfícies muito lisas.Entretanto, embora o processo de polimento, mesmo com uma leve pressão tenharemovido a rebarba da operação original de afiação, acabou substituindo aquelarebarba por outra criada pelo próprio processo.Assim, o processo de polimento acabouproduzindo arestas ligeiramente mais que o polimento com couro,com uma largura dearesta por volta de duas vezes o tamanho, ou seja, 0,8 a 1 mícron.

4. Os experimentos com as pedras planas e rebolos que compararam as arestas afiadasem rebolos de óxidos cerâmicos com as pedras dágua japonesas, mostraram que aspedras dágua produziram rebarbas menores e geralmente mais uniformes. Após opolimento final no couro a qualidade da aresta se mostrou similar com relação aoacabamento (suavidade) da face, acabamento da aresta (aspereza), e retilineidade daaresta. Contudo, as larguras das arestas das lâminas com as pedras dágua foramgeralmente menores que as lâminas com cerâmica por fator por volta de 2, comumentepor volta de 0,4 microns para s lâminas preparadas com pedras dágua comparadascom 0,8 microns das lâminas preparadas com cerâmica.

5. Os dois jogos de experimentos independentes usando o assentamento em couro limpomostraram resultados similares. A ação de assentamento não é efetiva em remover asrebarbas das lâminas afiadas ou as marcas de abrasão na superfície.Aparentemente osabrasivos naturais no couro limpo não são adequados para produzir um polimento

efetivo.6. Quando se reduz o ângulo de aresta de corte 2ß torna-se mais difícil se manter a

qualidade da aresta. Os experimentos feitos com os ângulos 2ß de 20 e 40º mostraramque as rebarbas feitas formadas pelos ângulos de 20º foram maiores. Após o polimentofinal com couro nas lâminas feitas nas pedras dágua a qualidade da aresta de corte foiequivalente para ambos os ângulos. Contudo, as lâminas de 20º preparadas em rebolosde grana 220 quando comparados com as lâminas preparadas com pedra dágua,apresentaram arestas de corte mais ásperas e menos retilíneas, além de um aumento dalargura da aresta de corte da conclusão 3.

7. É possível na operação de afiação nas pedras cerâmicas ou pedras dágua mover aaresta de corte em direção contra a aresta de corte, I, ou favor da aresta de corte, A,



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ver Figura 3. O mecanismo de formação de rebarbas discutido na página 3 conclui quea direção I produz rebarbas menores. Os experimentos com afiação manual compedras dágua (Figura 27) também concluíram que a afiação na direção I produzmenos rebarbas que na direção A, e, portanto todas as afiações neste estudo foramfeitas nesta direção. Contudo, com o composto impregnado,seja couro ou rodas de

polimento o polimento deve ser na direção A.

8. O polimento final com diamante de grana 1200 tendo o diamante incrustrado emmatriz de níquel numa placa de aço produziu surpreendentemente marcas abrasivasgrandes na superfície, conforme figura 29.

9. Os rebolos de grana 1000 especial fornecido pela Tru Hone produziram arestas quasetão boas quanto às arestas polidas com couro com respeito à retilineidade da aresta,acabamento (aspereza) e suavidade da face. As larguras das arestas de corte foramsignificativamente mais altas, contudo, na faixa de 1 mícron versus 0,3 microns paraas superfícies polidas com couro.

10. O jogo de experimentos nos aços 52100 e 1086 à mesma dureza dos estudos com açoinox, HRC=60, mostraram que a qualidade das arestas formadas nestes aços forambastante similares ás arestas dos aços inox.

11. Foi feito um estudo em três aços carbono, 52100, 1086, e Damasco genuíno quecompararam a qualidade das arestas das lâminas nas durezas HRC de 40 e 60. Aslâminas de dureza HRC= 60 produziram consistentemente qualidade de aresta de cortesuperior após a afiação com pedras cerâmicas e pedras dágua.

A habilidade de uma faca cortar facilmente um material é alterada significativamente se aação de cortar for modificada de uma simples pressão em um sentido, como empregado no atode barbear, para uma ação de serrar para frente e para trás com uma faca serrilhada. A rebarbaformada pelas pedras dágua de afiação realmente produz uma aresta grosseira e pode atéreduzir a força requerida para algumas operações do tipo serrar. Contudo, a rebarba produzum aumento substancial na largura da aresta de corte e para ação de corte envolvendo ummínimo de movimento de serrilhar a rebarba pode ser prejudicial. O autor não familiarizadode nenhum estudo que tenha levado em conta a questão de quando, se existe uma aresta comrebarba poderia ser superior para cortar. Este estudo foi dirigido na melhor maneira pararemover as rebarbas de afiação.

Referências

1. L. Leonard, The Complete Guide to Sharpening, The Tauton Press, Newtown, CT(1995).

2. J. Juranitch, The Razor Edge Book of Sharpening, Warner Books, New York, NY(1995).

3. I. Kirby, Sharpening with Waterstones, Cambium Press, Bethel, CT (1998).4. J.F.Sackman, A Close Shave,Physics in Technology,vol.9, 208-213 (1978).5. E. Kiesler,personal communication,Technical Services,Brownells,Inc. (2004).



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6. J.D. Verhoeven,A.H.Pendray,W.E.Dauksch, The key role of impurities in ancientDamascos steel blades,Journal of Metals,vol. 50, 58-64(1998).www.tms.org/pubs/journals/JOM/9809/Verhoeven-9809.htlm



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Apêndice 1

Medições de angulo de aresta com laser

Foi construído um dispositivo grosseiro, mas efetivo para medir os ângulos de aresta 2a e 2Usando um feixe de laser. Uma ponta simples de laser, vendida como dispositivo parafacilitar palestras foi montada como mostrado na Figura A1. O diagrama mostra como o feixede laser é refletido nos dois lados da aresta da faca.O feixe defletido se projeta em uma réguatransversal calibrada com posições especificas, que pode ser visualizada em uma salailuminada.Os riscos em uma lâmina causam no ponto do feixe de laser uma mancha.Aprecisão dos pontos defletidos em uma sala escura foram úteis para avaliar a suavidade daaresta.O dispositivo permitiu o ajuste da distância da régua transversal à aresta da lâmina paramanter um valor fixo de X. A distância do ponto defletido do ponto zero de deflexão do feixelaser ,chamada de d , em relação ao ângulo da face a é definida como:

a 1 = [arctangente (d(a 1) /X)] /2, onde 2a = a 1+ a 2

Usando esta equação foi fixada na régua transversal uma escala calibrada. Os valores de 4

ângulos, ß 1, a 1, a 2, e ß 2 podem ser lidos diretamente da escala.



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Apêndice 2

A Máquina de Afiação Tormek

A Tormek Supergrind 2000 foi usada para afiar aslâminas neste estudo. Este sistema, divulgadovirtualmente em todos os catálogos de trabalhoscom madeira, gira com um rebolo de cerâmica de10 “e uma roda de polimento de couro de 8,75” nomesmo eixo a uma rotação baixa de 90 RPM, com aparte inferior do rebolo de cerâmica mergulhada emágua. Fornece dispositivos simples para manter umângulo constante de afiação, e o dispositivo parafacas longas foi o escolhido para fixar nas lâminasneste trabalho.A Figura A2 apresenta um croqui

geral da afiação da lâmina da faca no rebolorotativo de afiação.

O ângulo de afiação é definido aqui como beta, ß, e a Figura A2 ilustra que é o ângulo médiosobre a face curvada sendo afiada da lâmina. Quando a espessura da lâmina se torna menor aface afiada se torna mais plana e o ângulo ß se aproxima mais de uma reta na aresta afiada. Acurvatura do rebolo irá diminuir o valor de ß de um pequeno valor chamado ?ß, onde a letragrega delta, ? , é usada para denotar “a mudança em”. Geralmente ? ß é pequeno e serádesconsiderado aqui, para ser avaliado no final deste apêndice.

Rebolos de Cerâmica

Neste trabalho foi feito um esforço especialpara controlar os ângulos de afiação para osvalores desejados fixados. Em consonância,foram determinados métodos para permitirque os ângulos de afiação desejados fossemprevistos dado uma determinada preparaçãoda máquina Tormek, e estes métodos serão

detalhados aqui. A Figura A3 mostra umcroqui geral da geometria da máquina Tormekcom o ângulo 2ß girado 180º para o leitorconforme a Figura A2. A lâmina da faca éfixada no dispositivo fornecido pela Tormek,Figura A4, que permite o operador fazerpequenos ajustes na distância chamada deL.Esta é a distância da ponta da lâmina à basedo dispositivo fixador que se apóia na em umabarra.A barra do fixador pode ser ajustadapara cima e para baixo ,e a distância do topo

da barra de fixação ao topo da estrutura damáquina é chamada de X.A equação foi



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derivada por Roger Homer, um emérito professor do Departamento de Matemática daUniversidade do Estado de Iowa, que avalia o ângulo de afiação ß,como segue:

ß = arccosseno ((R²+L²-Y²-h²) / (2*R*L))-90 equação 1

Existem 4 variáveis de precisam ser especificadas para estabelecer o valor de ß. Dois delessão fixados pela máquina e 2 estabelecidos pelo operador.

Variáveis da máquina:

R é o raio do rebolo, 127 mm para o rebolo SG fornecido com a máquina.Y é à distância do centro do rebolo ao plano vertical à barra do fixador, definido como -53mm.L deve ser medido para cada preparação.X é à distância do topo da carcaça da máquina ao topo da barra de fixação e deve ser medidopara cada preparação (set-up). O valor de h é calculado por:

h = X+26,5mm equação 2

A geometria do fixador da faca

O dispositivo fixador da faca émostrado na Figura A4. Existem umpar de características que definelimites no seu uso. Limite 1: àdistância L é ajustável de duasmaneiras (1) à distância Y que alâmina se projeta para fora e (2) oajuste fornecido girando-se amanopla. Os valores de L entre 12 e16 cm são geralmente adequados.Limite 2: o ângulo ß não pode ser

reduzido abaixo de um valormínimo que é formado quando adistância w se aproxima de zero,porque isto causa a projeção da

porca para baixo atingindo orebolo. O mínimo ß dependemais sensivelmente da distânciaY.A Tabela 1 fornece alguns números para o valor mínimo de beta calculado pela equação 1,medindo o valor de X necessária para reduzir w ao valor de 1 mm. Assim, para lâminas maislargas nós podemos afiar ângulos ß menores ,mas para facas estreitas ,como facas de aparas, ovalor mínimo é limitado em 11º.

Existe outro problema com o fixador de facas Tormek. Quando os lados alternados da lâminasão afiados o manípulo visto na Figura A4 será posicionado tanto para cima como parabaixo.O fundido que compõe o corpo do fixador é aparentemente um pouco assimétrico, tal



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que o ângulo formado entre estas duas posições são um pouco diferentes.Experimentosmostram que o ângulo afiado no lado quando o manípulo está para cima, é maior que quandoo manípulo está para baixo.A diferença medida pelo goniômetro a laser é de cerca de 3,2º ,oque significa que existe uma assimetria de mais ou menos 1,6 º quando o fixador éinvertido.O lado afiado da lâmina orientada oposta ao manípulo tem o ângulo maior em cerca

de 3,2 º.

Equação 1 aplicada para rebolos de cerâmica

Os valores teóricos de ß previstos pela equação 1 foram verificados medindo-o pelogoniômetro a laser. Observou-se que as previsões foram 7º mais baixo quando váriosparâmetros foram mudados.Portanto a equação corrigida 3 fornece uma excelente previsãopara os ângulos reais formados. Pensou-se que talvez um erro sistemático na medição dosparâmetros de entrada pudessem ser responsáveis por esta discrepância. Entretanto, oscálculos que examinaram os possíveis erros sistemáticos não consideram este o caso. AEquação 3 foi considerada como uma excelente estimativa de ângulo ß formado para um dadoconjunto de parâmetros controláveis. A Figura A5 apresenta os resultados da Equação 3 emum gráfico útil para o caso de 3 valores convenientes de L, 13, 14, e 15 cm.

Rodas de polimento de couro

A Equação 1 também pode ser usada para calcular o ângulo ß para polimento na roda decouro. Neste caso não foi possível verificar o ângulo de polimento real com o laser porque aação macia da roda de polimento de couro não irá mudar o ângulo original de afiação.Entretanto, foi possível estimar o ângulo ß usando o dispositivo fornecido pela Tormek paraestimar o ângulo de afiação. O dispositivo é posicionado na lâmina e a roda de couro para umdado conjunto de X e L e fornece uma estimativa do ângulo ß .A geometria da preparaçãopara a roda de couro está mostrada na Figura A6.Para este caso os parâmetros foram medidos

como



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H= X+81,6 mmY = 45,5 mm

Estes parâmetros poderinseridos na Equação 1para gerar ß em função de X.Após isto ter sido feito e acomparação feita para osvalores de ß medidoscom o dispositivo,observou-se que osvalores de ß eram muitopequenas, cerca de 2º.

Portanto a Equação 1 foimodificada de acordo com a forma:

ß = arccosseno (R²+L²-Y²-h²) / (2*R*l))-88 Equação 4

Um gráfico desta equação usando os valores da roda de couro acima para h e Y são mostradosna Figura A7 junto com os valores reais medidos com o dispositivo de medição de ângulos daTormek. O dado rotulado como CorRog é aquele calculado pela Equação 4 , e o dado rotuladocomo Measured é aquele medido com o dispositivo de medição de ângulos Tormek.Observa-se que se obtêm uma concordância razoavelmente boa.

Uma das limitações do dispositivo Tormek é não pode ser usado para valores de ß menoresque 15 º. Portanto os gráficos da Figura A7 são bastante úteis para extrapolar para valoresmenores que 15º.

Após afiar a lâmina no rebolo de cerâmica deve-se levar em conta a assimetria quando

prepará-la para o polimento na roda de couro. Geralmente é desejável ter um ângulo umpouco maior na roda de couro.Chamando este aumento no ângulo de sobre-ângulo,AO. É



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desejável tê-lo igual em ambos os lados das faces afiadas. Assim, deve-se assegurar em fixara lâmina no fixador usando a mesma orientação empregada para a afiação inicial no rebolo decerâmica. É uma boa idéia marcar a face da lâmina orientada em direção ao manípulo naafiação inicial com rebolo de cerâmica para evitar problemas.

Efeito da curvatura do rebolo e afiação no ângulo de afiação,

Conforme discutido acima o efeito da afiação côncava(hollow) produzido pela roda circular irá causar umadiminuição no ângulo de aresta abaixo do ângulo médiode afiação, que neste apêndice é chamado de ß.Esteefeito pode ser explicado com o auxílio da Figura A8.Se a lâmina neste croqui fosse afiada em uma pedraplana a superfície afiada da lâmina cairia ao longo dalinha horizontal pontilhada. O ângulo na aresta afiadaseria dado por ß .É aparente que a curvatura do rebolo,

mostrada aqui como o raio D/2 causaria a diminuiçãodo ângulo de aresta em ?ß mostrada na figura. Pode-seobservar pelo diagrama que quando a espessura T dalâmina diminui, o valor de ß também diminui,masquando o diâmetro do rebolo torna-se menor, os valoresde ?ß tornam-se maiores.É um problema geométrico relativamente simples mostrar que ?ßé relativo à espessura da lâmina, T, e o diâmetro do rebolo,D, como segue:

?ß = arcseno [T/ (D x seno (ß))] Equação 5

As previsões desta equação são mostradas na Figura A9 para o rebolo de cerâmica de 10 “naslâminas com uma espessura de T= 1/8, 1/4, e ½”.

Pode-se ver que os valores de ?ß tornam-se razoavelmente significativos para as condiçõescomuns de afiação usada emcinzéis, com ângulos de 20 a 40 e

espessuras de lâminas de 1; 8 a 1;4”. Contudo, se tais cinzéis sãoacabados em uma pedra plana,como é comumente feito emcinzéis afiados côncavos [1,3] oângulo da aresta retorna para ovalor de ß.

Na afiação de facas osexperimentos feitos aqui com amáquina Tormek o ângulo final ß

foi afiado nas lâminas com umângulo a prévio. Os valores de a



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são mostrados nas Figuras 5 e 6. Assim, o ß se estendeu da aresta de corte somente umapequena distância e a espessura efetiva da lâmina em contato com o rebolo não foi mais que0,1 mm. Sob estas condições o valor de ?ß foi menor que 0,1º, uma magnitude desprezível.

Apêndice 3

A máquina de Afiação Tru Hone

A segunda máquina usada para afiação delâminas neste estudo foi a Tru Hone fabricada

pela Tru Hone Corp em Ocala, FL. A FiguraA10 apresenta uma foto da máquina com umdispositivo especial de fixação da lâmina feita naoficina da Engenharia Mecânica da Universidadedo Estado de Iowa para se ajustar ao topo damáquina. Esta máquina emprega 2 jogos derebolos interpenetrantes localizados em frente aFigura A10.A Figura A11 apresenta a vistafrontal de 4 rebolos à esquerda e na vista de topoà direita.Como mostrado à esquerda os rebolosgiram em direção às arestas da lâmina.Existeuma cobertura de plástico que foi removida paramostrar claramente os rebolos na Figura A10. Acobertura contém uma cuba que permite que os rebolos possam trabalhar molhados, se

desejado.Foram usados quatro rebolos de óxido de alumínio a seco nas granas 100,220,400,e600.Um rebolo de cerâmica de grana 1000 de diâmetro ligeiramente reduzido trabalhoumolhado em uma solução aquosa fornecida pela Tru Hone para uso neste modelo.Odesempenho foi melhorado com o uso deste líquido.Os ajustes da máquina permitem variação

da rotação e a distância entre os rebolos.Quatro das lâminas de 3,8 “ de aço inox puderam serpresas no fixador e afiadas na mesma operação.O fixador tem uma ajuste vertical na



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extremidade que garante o alinhamento horizontal da barra do fixador , medida com o nívelno centro superior da barra.

A Figura A11 à esquerda mostra que o ângulo 2ß da aresta de corte depende do número desobreposições, O, entre os rebolos. Uma arruela de bronze de fixação é usada no lado externo

dos rebolos. É possível medir o diâmetro das arruelas, WD, e a distância entre estas arruelas,d, precisamente com um paquímetro. O diâmetro dosrebolos,2R, pode também ser medido precisamente com opaquímetro.Conhecendo estas dimensões pode-se calcular ovalor teórico do ângulo de afiação 2ß ,combinando as equaçõesmostradas à esquerda inferior na Figura A11 e inferior deA12.Obtêm-se como resultado a equação 6 abaixo:

2ß = 2 arccosseno [(d-WD) /2R] Equação 6

Devido à pequena, mas significante diferença nos diâmetros nos diâmetros dos rebolos paracada uma das granas, o cálculo deve ser feito para cada tipo de rebolo.

Experimentos foram feitos sistematicamentevariando a sobreposição dos rebolos emedindo os ângulos reais 2ß obtidos naafiação, comparando estes dados com asprevisões da equação. O estudo inicial foifeito nas extremidades T das lâminas de açoinoxidável mostrado na Figura 5. As arestaspré-afiadas foram re-afiadas com um rebolode grana 220 usando 5 passes por lâmina. Aslâminas foram então seccionadas em um disco de corte refrigerado a água e duas partes daporção central de cada lâmina foi montada em plásticos padrão usados na metalografia, epolidas em diamante de 6 microns.Foram feitas imagens digitais destas secções e examinadasem um programa de computação gráfica para determinar os ângulos ß e a mostrados naFigura A13.Foram feitos experimentos emcinco tipos diferentes de sobreposiçãovariando das posições 1 a 5 na manopla decontrole da máquina. O valor médio do

ângulo a foi encontrado na faixa de 16,6 a17,1 º, e a média da metade do ângulo ßfoi encontrada variando com asobreposição como mostrado na FiguraA14.À primeira vista a queda abrupta doângulo ß medido abaixo do valor teóricoque ocorre por volta de 18º estimado.Lembre-se, entretanto, que o valor medidode ß destas lâminas é por volta de 17º, que é provavelmente um pouco menor que o ângulo apré-afiado das lâminas. Quando se estabelece o ângulo ß abaixo do ângulo a , um dos rebolos

irá desbastar ao longo do comprimento total da face original a da lâmina. Isto irá reduzirbastante o índice no qual o ângulo da ponta irá mudar , e é razoável esperar que com somente



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5 passes de afiação cairia abaixo do valor teórico porque não haveria afiação feita suficientepara mudar o ângulo do valor teórico.Os resultados mostram um ponto prático interessante,que é óbvio talvez, após umaavaliação mais cuidadosa. Sese tenta simplesmente a

reafiação da extremidade T deuma destas lâminas de aço inoxa sobreposição deveria serajustada para ter ß combinandocom o ângulo original a oupara ser ligeiramente maior queeste ângulo. Para contornareste problema com o índice deafiação dependente do ângulode superfície pré-afiado, foramfeitos experimentos em que a

aresta foi afiada no lado não afiado das lâminas de aço inox, mostrado como a aresta A naFigura 1. Estas arestas foram afiadas com rebolos de grana 100 e foram necessários cerca de150 passes para produzir uma aresta totalmente afiada. Foram usados quatro valores desobreposição, O, e as lâminas foram seccionadas. montadas, e polidas como acima e osângulos de dos valores médios dos ângulos de ponta foram medidos e apresentados na FiguraA15. Observou-se que os ângulos medidos e calculados desviaram ligeiramente por umamagnitude constante sobre a faixa total de experimentos. Os resultados mostram que amudança nos valores calculados com mudança na sobreposição é uma combinação próximaaos dados medidos, mas os valores de ângulos de ponta reais aparentemente sãoconsistentemente menores que os valores calculados em cerca de 0,8 a 1,2 º. Este resultadofinal mostra que os ângulos de ponta medidos se aproximam razoavelmente dos valorescalculados. Assim, a equação para calcular os ângulos de ponta fornecem uma boa estimativa,para que se afie as lâminas adequadamente.

Em vários dos experimentos feitos com a máquina Tru Hone a afiação do ângulo 2ß foi feitacom um ângulo ligeiramente aumentado da afiação subseqüente para assegurar que a afiaçãofinal se restrinja somente para a afiação final da aresta. Como o rebolo de grana 1000 tem umdiâmetro menor ,e como os rebolos tiveram que ser trocados antes desta afiação final , aequação para calcular o ângulo de ponta foi muito útil. O aumento desejado no ângulo deponta foi usado para calcular adistância requerida entre rebolos.

Isto é, a dimensão d. As análisesfeitas nas pontas afiadas no SEMmostraram que o ajuste dasobreposição deste modo foimuito efetivo em fornecer umpequeno aumento no ângulo deponta, de tal maneira quesomente a região da ponta foiafiada na operação final.

A Figura A16 apresenta o

cálculo para a redução no ângulode aresta (Equação 5) com o



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rebolo de 3” usado na máquina Tru Hone. A curva T= 0,68 mm se aplica às lâminas de açoinox para as extremidades A. Assim o ângulo de aresta nestas lâminas afiadas com ângulo 2ßde 40º deveria ser reduzido em 3º. A curva T=0,1 mm dá uma redução máxima esperada naafiação de lâminas com um ângulo a pré-existente, as extremidades T. Os valores esperadosespera-se, serão somente uma fração de graus.

Documents

John Verhoeven Experimentos Afiacao