ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA APLICAÇÃO DO FLUIDO DE CORTE NO TORNEAMENTO DA LIGA DE ALUMÍNIO AA7075

UNESP Faculdade de Engenharia de Guaratinguet

Guaratinguet 2011

ESTUDO DA INFLUNCIA DA APLICAO DO FLUIDO DE CORTE NO TORNEAMENTO DA LIGA DE ALUMNIO AA7075

Trabalho de Graduao apresentado ao Conselho de Curso de Graduao em Engenharia Mecnica da Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet, Universidade Estadual Paulista, como parte dos requisitos para obteno do diploma de Graduao em Engenharia Mecnica.

Orientador: Prof. Dr. Marcos Valrio Ribeiro

Guaratinguet

2011

RAFAEL GONALVES DOS SANTOS

S237e

Santos, Rafael Gonalves dos Estudo da influncia da aplicao do fluido de corte no torneamento da liga de alumnio AA7075 / Rafael Gonalves dos Santos Guaratinguet: [s.n], 2011.

65 f: il. Bibliografia: f. 63-65

Trabalho de Graduao em Engenharia Mecnica Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinguet, 2011.

Orientador: Marcos Valrio Ribeiro

1. Usinagem 2. Alumnio I. Ttulo

CDU 621.9

DADOS CURRICULARES

RAFAEL GONALVES DOS SANTOS

NASCIMENTO 29.09.1988 TAUBAT / SP

FILIAO Haroldo Elias dos Santos

Maria Isabel Gonalves dos Santos

2006/2011 Curso de Graduao em Engenharia Mecnica, na Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet da Universidade Estadual Paulista.

De modo especial, minha famlia, que sempre me

apoiaram e me deram foras para continuar.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus, que me deu foras, sabedoria e sade para superar todas as adversidades encontradas ao longo do curso e da minha vida.

Aos meus pais, Haroldo e Maria Isabel, que apesar das dificuldades sempre incentivaram meus estudos.

Aos meus amigos de faculdade e amigos de repblica, que foram peas fundamentais nos questionamentos e dvidas das mais diversas ordens;

Ao meu orientador Prof. Dr. Marcos Valrio Ribeiro, pela pacincia e grande auxilio no desenvolvimento deste trabalho;

Aos professores e funcionrios da Faculdade pelos servios prestados. FAPESP, por todo o apoio fornecido para a realizao deste trabalho. E a todos aqueles que no foram mencionados neste texto, mas que com

certeza tm sua parcela de colaborao neste trabalho e na minha vida.

Este trabalho contou com apoio das seguintes entidades

- FAPESP atravs do contrato n 2009/01082-5

SANTOS, R. G. S. Estudo da influncia da aplicao do fluido de corte na usinagem da liga de Alumnio AA7075. 2011, 65 f. Trabalho de Concluso de Curso (Graduao em Engenharia Mecnica) Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguet, 2011.

RESUMO

Uma das maneiras de se minimizar os efeitos dos tempos improdutivos causados pelos desgastes das ferramentas, pode ser alcanada pela introduo, no processo, de sistemas de lubrificao e refrigerao eficientes. Porm, na ltima dcada as pesquisas tiveram como meta restringir ao mximo o uso de fluidos refrigerantes e/ou lubrificantes na produo metal-mecnica. Os fatores importantes que justificam esse procedimento incluem os custos operacionais da produo, questes ecolgicas, as exigncias legais de conservao do meio ambiente e a preservao da sade do ser humano. O objetivo do trabalho proposto o estudo da usinagem por torneamento com o enfoque na influncia causada pela aplicao de fluido de corte por diversas formas de aplicao (abundante e MQF) e tambm atravs da comparao com os resultados obtidos na usinagem sem a presena de fluido. Para tanto, os ensaios de torneamento foram realizados utilizando uma liga de alumnio (AA 7075). As variveis de resposta a serem analisadas seriam as rugosidades obtidas (Ra e Ry), os desgastes apresentados (VB) e suas respectivas progresses em relao ao comprimento de corte alcanado; o tipo dos cavacos formados, alm das variaes do grau de acabamento (rugosidade) apresentado pelas peas torneadas. Os resultados deste trabalho iro oferecer informaes mais detalhadas sobre a real influncia dos fluidos de corte no torneamento dessa liga, que se caracterizam pelas altas taxas de deformao quando da formao do cavaco prejudicando a sua usinagem e tambm a qualidade da superfcie gerada. Assim sendo, se espera apresentar subsdios para se promover a otimizao da usinagem desta liga tirando o mximo proveito do papel do fluido de corte.

PALAVRAS-CHAVE: Usinagem, Alumnio, Fluido de Corte.

SANTOS, R. G. S. Study of the influence of the application of cutting fluid in machining of aluminum alloy AA7075. 2011, 65 pp. Final Paper (Bachelors Degree in Mechanical Engineering) Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet, Universidade Estadual Paulista UNESP, Guaratinguet, 2011.

ABSTRACT

One of the ways to minimize the effects of unproductive time caused by tool wear can be achieved by introducing an efficient system of lubrication and cooling in the process. However, in the last decade the research had the goal to restrict the maximum use of refrigerants and / or lubricants in metal-mechanical production. The important factors that justify this procedure include the operational costs of production, ecological issues, and the legal requirements of environmental conservation and preservation of human health. The purpose of the proposed work is the study of machining by turning with the focus on the influence caused by the application of cutting fluid in several ways of application (abundant and MQF) and also by comparing the results obtained by machining without the presence of fluid . For this purpose, the turning tests are conducted using an aluminum alloy (AA 7075). The response variables to be analyzed were obtained from the roughness (Ra and Ry), the stresses presented (VB) and their progression in relation to the cutting length achieved, the type of chip formed, in addition to changes in the degree of finish (roughness) presented by the turned parts. The results of this study should provide more detailed information about the actual influence of cutting fluids in turning this alloy, which are characterized by high rates of deformation when the formation of damaging your chip machining and also the quality of surface generated. Therefore, it is expected to provide subsidies to promote the optimization of machining this alloy making the most of the role of cutting fluid.

KEYWORDS: Machining, Aluminum, Cutting fluid.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Representao da formao da aresta postia de corte (Diniz et AL., 1999). ............................................................................................................................. 29

Figura 2 - Geometria de uma pastilha de torneamento para alumnio (Diniz et. al, 1999) ................................................................................................................... 29

Figura 3 Relao de custos de fabricao associados ao uso de fluido de corte, (Novaski e Drr, 1999). .................................................................................... 33

Figura 4 - Esquema do ensaio de torneamento cilndrico externo de acabamento. ...... 36

Figura 5 - Fluxograma dos procedimentos de ensaio adotados para o estudo da usinagem da liga de Alumnio e anlise dos resultados. .............................. 37

Figura 6 - Representao do corpo de prova ..................................................................... 38

Figura 7 - Torno CNC ........................................................................................................... 40

Figura 8 - Microscpio ptico acoplado a um microcomputador ................................... 40

Figura 9 Montagem do rugosmetro porttil .................................................................. 41

Figura 10 - Resultados de rugosidade Ra em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 sob condio de fluido de corte abundante. ............................................................................................................................. 43

Figura 11 - Resultados de rugosidade Ry em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 sob condio de fluido de corte abundante. ............................................................................................................................. 44

Figura 12 - Resultados de rugosidade Ra em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 sem aplicao de fluido de corte. ................ 45

Figura 13 - Resultados de rugosidade Ry em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 sem aplicao de fluido de corte. ................ 46

Figura 14 - Resultados de rugosidade mdia Ra em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA7075 com uso do mtodo da Mnima quantidade de fluido (MQF). ........................................................................... 47

Figura 15 - Resultados de rugosidade total Ry em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 com uso do mtodo da Mnima quantidade de fluido (MQF). ........................................................................... 47

Figura 16 - Resultados de rugosidade mdia Ra em relao ao comprimento de corte Lc, dos vrios mtodos empregados na usinagem da liga AA7075 ............................................................................................................................. 48

Figura 17 - Resultados de rugosidade mdia Ra em relao ao comprimento de corte Lc, dos vrios mtodos empregados na usinagem da liga AA7075. ............................................................................................................................. 49



Figura 20 - Resultados de rugosidade total Ry em relao ao comprimento de corte Lc, dos vrios mtodos empregados na usinagem da liga AA7075 ........ 52




Figura 24 Desgastes das Ferramentas de corte usadas nos ensaios com fluido abundante ........................................................................................................... 55

Figura 25 Desgastes das Ferramentas de corte usadas nos ensaios sem fluido de corte .................................................................................................................... 56

Figura 26 Desgastes das Ferramentas de corte usadas nos ensaios com Mnima Quantidade de fluido (MQF) ........................................................................... 57

Figura 27 Imagem dos cavacos formados no processo de usinagem com fluido de corte abundante.................................................................................................. 59

Figura 28 Imagem dos cavacos formados nos processos de usinagem sem a utilizao de fluido de corte. ........................................................................... 60

Figura 29 Imagem dos cavacos formados nos processos de usinagem com mtodo da Mnima quantidade de fluido (MQF). ....................................................... 61

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Sistema de designao do Alumnio e suas ligas trabalhadas, segundo ASTM. ................................................................................................................ 21

Tabela 2 - Sistema de designao do Alumnio e suas ligas fundidas, segundo ASTM. ............................................................................................................................. 22

Tabela 3 - Propriedades do alumnio comparadas com as do ao a 20C. ...................... 24

Tabela 4 - Comparao da usinabilidade de uma liga de alumnio com outros materiais (Metals Handbook, 1989)................................................................................. 28

Tabela 5 - Elemento de liga e suas influncias na Usinabilidade do (Diniz et al., 1999). ............................................................................................................................. 30

LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS

AA Aluminum Alloy ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas Al Alumnio ALCAN Aluminum Canadian ALCOA Aluminum Company of America ap Profundidade de Usinagem (mm) ASM American Society for Metals ASTM American Society for Testing Materials Bi Bismuto CNC Controle Numrico Computadorizado Co Cobalto Cr Cromo Cu Cobre f Avano (mm/volta) Fe Ferro HB Hardness Brinell Lc Comprimento de Corte (m) Lf Comprimento de Usinagem (mm) Mg Magnsio Mn Mangans Mo Molibidnio MQF Mnima Quantidade de Fluido Nb Nibio Ni Nquel Pb Chumbo Ra Rugosidade Superficial Ry Rugosidade Mxima Si Silcio Sn Estanho Ti Titnio VB Desgaste de Flanco Vc Velocidade de Corte (m/min) Zn Zinco

Sumrio

1 INTRODUO ............................................................................................... 17 1.1 Objetivo .................................................................................................................... 18 2 REVISO BIBLIOGRFICA ........................................................................ 19 2.1 Alumnio e suas ligas .............................................................................................. 19

2.1.1 Classificao das ligas de alumnio ...................................................................... 20

2.1.2 Uso da liga de Alumnio 7XXX ............................................................................ 23

2.2 Generalidades da Usinagem das Ligas de Alumnio .......................................... 24

2.2.1 Densidade e condutividade trmica ...................................................................... 24

2.2.2 Coeficiente de dilatao trmica ........................................................................... 25

2.2.3 Mdulo de elasticidade ........................................................................................... 25

2.2.4 Fora de corte e potncia ........................................................................................ 26

2.2.5 Ponto de fuso ......................................................................................................... 26

2.2.6 Coeficiente de atrito do alumnio .......................................................................... 27

2.2.7 Usinabilidade ........................................................................................................... 27

2.2.8 Influncias dos microconstituintes presentes nas ligas de alumnio ................. 30

2.3 Mtodos para racionalizao de fluidos de corte ................................................ 31

3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ........................................................... 36

3.1 Ensaios de usinagem ............................................................................................... 37

4 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ................................................................. 38

4.1 Materiais ................................................................................................................... 38

4.1.1 Corpos de Prova ...................................................................................................... 38

4.1.2 Ferramentas .............................................................................................................. 39

4.1.3 Fluidos de corte ....................................................................................................... 39

4.2 Equipamentos .......................................................................................................... 39

4.2.1 Mquina-Ferramenta ............................................................................................... 39

4.2.2 Microscpio ptico ................................................................................................ 40 4.2.3 Rugosmetro ............................................................................................................. 41

5 RESULTADOS E DISCUSSO ..................................................................... 42

5.1 Anlise dos resultados da rugosidade em relao ao comprimento de corte ... 43

5.1.1 Fluido Abundante .................................................................................................... 43

5.1.2 Usinagem Seco ..................................................................................................... 45

5.1.3 Mnima Quantidade de Fludo (MQF) ................................................................. 46

5.1.4 Comparao dos Mtodos ...................................................................................... 48

5.2 Anlise do desgaste das ferramentas via microscopia ptica ............................ 54

5.3 Anlises dos cavacos formados durante o processo de usinagem .................... 58

6 CONCLUSES ............................................................................................... 62

7 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................. 63

17

1 INTRODUO

O alumnio, dentre os metais no ferrosos, se destaca por ter uma alta resistncia corroso e por apresentar um comportamento muito melhor a baixas temperaturas se comparado com os metais ferrosos. O alumnio e suas ligas tm grande importncia tcnica devido a sua baixa densidade, elevada relao resistncia/peso, endurecibilidade de muitas ligas, aparncia, fabricabilidade, possibilidade de tratamento superficial e propriedades fsicas e mecnicas. Devido a isso, muitas pesquisas tm sido feitas para avanar o uso desses materiais.

Desde o inicio do sculo empregado fluido de corte nos processos de usinagem, com o objetivo de resfriar a pea, lubrificar o processo de corte, aumentar a vida til da ferramenta, entre outros objetivos. Porm nos ltimos anos as pesquisas tiveram como meta restringir ao mximo o uso desses fluidos refrigerantes, devido aos altos custos operacionais, a questes ecolgicas, preservao da sade do ser humano, entre outros. Para isso foram desenvolvidas duas tcnicas que tem sido intensamente estudadas: o corte sem fluido(corte a seco) e o corte com minima quantidade de lubrificante (MQL).

18

1.1 Objetivo

O trabalho proposto visa o estudo da influncia das diferentes tcnicas de aplicao de fluido, tais como, com utilizao de fluido de corte abundante, com mnima quantidade de fluido (MQF) e usinagem sem aplicao de fluido, no torneamento da liga AA7075 em usinagem CNC, permitindo assim fazer uma comparao posterior entre os resultados das diferentes tcnicas de usinagem, oferecendo informaes mais detalhadas sobre o processo produtivo.

19

2 REVISO BIBLIOGRFICA 2.1 Alumnio e suas ligas

O alumnio possui uma combinao de propriedades que o tornou um dos metais mais versteis, econmicos e atrativos para inmeras aplicaes em diversos setores da engenharia (Hunsicker, 1992). utilizado tanto na forma de metal puro como na forma de ligas, combinado com outros elementos.

Segundo Sherve e Brink Jr. (1980), da ordem de 8,05% da crosta terrestre slida constituida de aluminio, o que o torna o metal mais abundante da crosta. Para efeito de comparao, o ferro, que o metal mais utilizado pela humanidade h mais de 3000 anos, existe na proporo de 5%. Por sua vez, o cobre, largamente empregado na confeco de utenslios e armamentos h mais de 6000 anos, apresenta-se na proporo de aproximadamente 0,007% da composio bsica dos elementos da Terra.

O alumnio e suas ligas tem grande importncia tcnica devido sua baixa densidade (2,6 a 2,8 g/cm3), elevada relao resistncia / peso, elevada resistncia corroso, endurecibilidade de muitas ligas, aparncia, fabricabilidade, possibilidade de tratamentos superficiais, propriedades fsicas e mecnicas e outras propriedades. O campo de aplicao do alumnio e suas ligas cada vez maior. Os maiores campos de aplicao so hoje a indstria de transportes como automveis, avies, bicicletas etc., a construo civil, a engenharia mecnica e eletrotcnica e a indstria de embalagens.

Em 1906 Alfred Wilm descobriu como endurecer uma liga Al-Cu atravs do tratamento de solubilizao, seguido de precipitao natural. Iniciou-se a utilizao em larga escala das ligas de alumnio, principalmente na indstria aeronutica, j que anteriormente a esta data o alumnio era apenas utilizado na forma pura.

Os principais elementos qumicos que formam ligas com o alumnio so,

normalmente, considerados em trs grupos, segundo seus comportamentos nos respectivos sistemas (Coutinho, 1980).

20

1 - Cobre, Magnsio, Zinco: que formam solues slidas de vrios percentuais, em temperaturas relativamente elevadas, com solubilidade quase nula temperatura ambiente, cabendo a maior percentagem ao zinco, que solubiliza 400C 82,8% de peso e 100C 4% aproximadamente.

2 - Silcio e Estanho: que formam eutticos. Com 12,6% de silcio, a fase rica em alumnio tem teores baixos de silcio em soluo. O estanho e o alumnio so, igualmente, insolveis temperatura ambiente.

3 - Ferro, Mangans, Nquel, Cromo e Titnio: So poucos solveis no

alumnio, formando determinadas fases ou compostos intermedirios, tais como Al3Fe, Al6Mn, Al3Ni, Al7Cr e Al3Ti, que produzem efeitos pronunciados nas propriedades mecnicas quando em pequenas quantidades.

Adies de cromo e titnio visam o refino de gro, enquanto adies de estanho, chumbo e bismuto, que so insolveis no alumnio, objetivam a usinagem ou corte fcil.

Historicamente, as ligas de alumnio foram desenvolvidas com a finalidade de aumentar a resistncia mecnica do alumnio puro, que apesar da elevada ductilidade e boa resistncia corroso apresenta baixas propriedades mecnicas (Mazzolani, 1995).

A tecnologia mundial desenvolveu at hoje quase um milhar de ligas de alumnio, muitas das quais permanecem em uso por causa das suas caractersticas excepcionais. Outras, com pequenas alteraes na composio ou pela adio de novos elementos crescem de importncia, enquanto muitas se tornaram obsoletas ante s modernas ligas desenvolvidas pela indstria aeronutica, como as ligas quaternrias Al-Zn-Mg-Cu da srie 7xxx, que foram desenvolvidas em grande escala para o uso em aplicaes industriais (Carvalho, 1999).

2.1.1 Classificao das ligas de alumnio

Segundo Bresciani Filho (1992), as principais normas de classificao do alumnio e suas ligas so: ASTM (American Society for Testing Materials), Alcoa (Alminum Company of America), ASM (American Society for Metals), Alcan

21

(Aluminum Canadian), Din 1712 e 1725 e da ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas).

Aqui iremos descrever o sistema de classificao segundo a ASTM, um sistema adotado internacionalmente.

As ligas de alumnio foram divididas em dois grupos, com base no processo de fabricao, ou seja, o grupo das ligas trabalhadas ou dcteis e o grupo das ligas fundidas (na forma de lingotes ou produtos). As ligas trabalhadas so aquelas que sofreram deformaes plsticas a quente e ou a frio, cuja composio e microestrutura diferem das ligas fundidas, o que caracteriza as diferenas de cada processo de fabricao (Zangrandi et al., 2008).

As tabelas 1 e 2 apresentam os critrios adotados pela ASTM para designao das ligas de Alumnio:

Tabela 1 - Sistema de designao do Alumnio e suas ligas trabalhadas, segundo ASTM.

ALUMNIO E SUAS LIGAS TRABALHADAS

Srie Liga e seus principais elementos

constituintes

1XXX Alumnio Puro, composio Controlada

(%Al>99,0) 2XXX Al-Cu

3XXX Al-Mn

4XXX Al-Si

5XXX Al-Mg

6XXX Al-Mg-Si

7XXX Al-Zn

8XXX Al-Li, Al-Sn, Al-Fe, etc.

9XXX Srie no utilizada

Para os grupos 2xxx at 7xxx, o grupo de ligas determinado pelo elemento de liga presente em maior percentagem mdia. Uma exceo pode ser feita com relao

22

s ligas da srie 6xxx, em que a proporo de magnsio e silcio disponveis para formar Mg2Si so predominantes.

O segundo digito indica uma modificao dos limites de impurezas para o alumnio do grupo 1xxx e uma modificao da liga original para os grupos de 2xxx a 8xxx.

A designao da srie 10xx usada para indicar composio de material puro, tendo somente impurezas naturais.

No caso do alumnio ligado, grupo 1000, os dois ltimos algarismos representam os centsimos do teor de alumnio em percentagem.

Para as ligas fundidas tambm usado um sistema de quatro dgitos, com o ltimo dgito separado dos trs primeiros por um ponto decimal, conforme a Tabela 2.

Tabela 2 - Sistema de designao do Alumnio e suas ligas fundidas, segundo ASTM.

ALUMNIO E SUAS LIGAS FUNDIDAS

Srie Liga e seus principais elementos

constituintes

1XX.X Alumnio Puro, composio Controlada

(%Al>99,0) 2XX.X Al-Cu

3XX.X Al-Mn

4XX.X Al-Si

5XX.X Al-Mg

6XX.X Al-Mg-Si

7XX.X Al-Zn

8XX.X Al-Li, Al-Sn, Al-Fe, etc.

9XX.X Srie no utilizada

Para a srie 1xx.x, o primeiro digito designa o alumnio no ligado (comercialmente puro), com composio controlada. Os dois dgitos seguintes (segundo e terceiro) indicam aproximadamente a porcentagem mnima de alumnio acima de 99% (Zangrandi et al., 2008).

O quarto dgito colocado aps o ponto decimal indica a forma do produto, ou seja, 1xx.0 (produto fundido) e 1xx.1 (lingote) (Davis, 2002).

23

Para as ligas fundidas das sries 2xx.x 8xx.x, o primeiro digito do sistema de identificao designa a srie qual pertence a liga e o seu principal elemento de liga, ou seja, aquele com a maior porcentagem mdia, exceto naqueles casos em que a composio de uma liga atual representa uma modificao de uma liga previamente registrada.

Se a maior porcentagem mdia for comum a mais de um elemento, quem determina qual srie pertencer liga o primeiro elemento na seqencia dos elementos.

Os dois dgitos seguintes (segundo e terceiro) que formam o nmero de identificao das ligas no tm nenhum significado especial e servem apenas para identificar diferentes ligas de uma mesma srie (Davis, 2002).

2.1.2 Uso da liga de Alumnio 7XXX

As ligas de alumnio da srie 7xxx foram desenvolvidas para ter um alto desempenho nas estruturas das aeronaves. Com a combinao de teores de elementos de ligas, de cobre, magnsio e principalmente zinco, formam a tradicional liga quaternria Al-Zn-Mg-Cu. Os elementos de liga Zn e MG, com as devidas razes de propores, so adicionados para formarem precipitados resistentes e , e produzir endurecimento por precipitao. O elemento Cu adicionado com a finalidade de melhorar a resistncia corroso. As ligas contendo teores de Zr e Cr combinam com o alumnio formando dispersides resistentes para retardar o processo de recristalizao (Carvalho, 1999).

Anterior a 1940 foram desenvolvidas as ligas Al-Zn-Mg-Cu, que permitiu a obteno de propriedades mecnicas mais uniformes e produtos relativamente finos, devido, em parte, ao considerado processo especial termomecnico da poca. Esta liga a que possui a maior resistncia mecnica entre as ligas de alumnio.

Em 1940 foi descoberta a liga 7075 que foi o primeiro produto a ser usado no avio B29 na condio T6, utilizado na Segunda Guerra Mundial.

24

2.2 Generalidades da Usinagem das Ligas de Alumnio

As propriedades mecnicas e trmicas do alumnio puro so fatores decisivos nas caractersticas de usinagem de suas ligas (Metals Handbook, 1989) e suas principais caractersticas esto na Tabela 3:

Tabela 3 - Propriedades do alumnio comparadas com as do ao a 20C.

Material Densidade (g/cm3)

Condutividade Trmica

(cal.cm/C.cm2.s)

Dilatao Linear (C-1)

Resistividade Eltrica,

p(ohm.cm) a 20C

Mdulo de Elasticidade

mdia, MPa a 20C

Ao (1040) 7,85 0,115 11,3x10-6 17,1x10-6 2,06x105

Ligas de Alumnio

2,7 0,4 22x10-6 3,5x10-6 6,86x104

Diferena entre os metais

Al = 1/3 Ao Al = 3 Ao Al = 2 Ao Al = 1/4 Ao Al = 1/3 Ao

A seguir sero abordas as propriedades mais importantes das ligas de alumnio no que diz respeito s caractersticas da usinagem dessas ligas.

2.2.1 Densidade e condutividade trmica

Com uma densidade trs vezes menor do que a dos aos e do lato, as ligas de alumnio permitem operaes com velocidades bem mais elevadas e com menor desgaste do equipamento. Como os esforos inerciais so menores, possvel realizar mudanas de velocidade e manobras rpidas com menor vibrao do conjunto, o que favorece a obteno de um bom acabamento superficial. O aproveitamento de material durante a usinagem trs vezes maior no caso do alumnio, sendo assim o custo de usinagem por pea de alumnio sempre inferior ao da usinagem do lato e em alguns casos, quando a velocidade de corte for essencial, por exemplo, o custo de usinagem do alumnio pode ser inferior ao custo de usinagem do ao.

As ligas de alumnio, por possurem alta condutividade trmica, atraem para a pea boa parte do calor gerado, ocasionando uma elevao na temperatura. Este fato

25

favorece a usinagem destas ligas, j que as mesmas possuem uma resistncia bastante reduzida em temperaturas elevadas (Diniz et al., 1999).

2.2.2 Coeficiente de dilatao trmica

O coeficiente de dilatao trmica do alumnio bastante elevado, maior que o do ao e do lato, isso pode gerar dificuldade de obteno de tolerncias apertadas devido alta taxa de calor gerada no atrito dos pares ferramenta-pea, ferramenta-cavaco, na operao de usinagem (Diniz et al., 1999). Isto se deve principalmente ao fato de que no decorrer do torneamento de peas cilndricas, a temperatura aumenta gradativamente conforme se processa a usinagem, fazendo com que a ferramenta de corte, que se desloca em trajetria retilnea, retire uma quantidade cada vez maior de material da superfcie da pea (devido a sua dilatao), dando mesma um formato cnico aps o resfriamento.

2.2.3 Mdulo de elasticidade

O mdulo de elasticidade do alumnio cerca de 1/3 do mdulo de elasticidade do ao e bem inferior ao mdulo de elasticidade do lato, o que torna necessrio certos cuidados para evitar ou minimizar distores e erros dimensionais nas peas. Basicamente estes cuidados consistem em:

- Usinar com avanos menores, reduzindo a carga de compresso sobre a pea e evitando a flexo da mesma.

- Quando a pea for muito comprida, utilizar apoios (suportes) ao longo do seu comprimento.

- Somente utilizar ferramentas com ngulos de corte agudos e bem afiadas, ou seja, com gumes bem acabados e polidos.

- necessrio tomar cuidado no controle do aperto de fixao, com o objetivo de evitar amassamentos e deformaes. A pea s deve ser fixada em suas sees mais

26

slidas ou mais espessas. Em caso de uso de mordentes hidrulicos em equipamentos automticos, geralmente dimensionados para trabalhar com aos, recomenda-se diminuir a presso de trabalho.

2.2.4 Fora de corte e potncia

O alumnio em geral pode ser facilmente usinado. A energia consumida por unidade de volume de metal removido muito baixa. Apenas o magnsio e usas ligas podem ser usinados com a mesma taxa de energia consumida (Diniz et al., 1999).

Tomadas como base s propriedades mecnicas do alumnio, a fora de corte, e por essa razo a potncia requerida para usinagem, menor do que a esperada para esses materiais. Embora algumas ligas de alumnio apresentem um limite de resistncia equivalente ao de alguns aos de baixo carbono a temperatura ambiente, em temperaturas elevadas essa resistncia bastante reduzida. Este fato favorece a usinagem dessas ligas, j que a elevao da temperatura inerente ao processo de usinagem e, as ligas de alumnio, por possurem alta condutividade trmica, atraem para a pea boa parte do calor gerado.

2.2.5 Ponto de fuso

A temperatura de fuso das ligas de alumnio, situada entre 650 e 700 C pode ser atingida na interface de contato pea-cavaco-ferramenta, o que pode levar soldagem por fuso do alumnio ferramenta, empastando a mesma. Neste caso devem ser usados recursos para reduzir o atrito e refrigerar a pea.

27

2.2.6 Coeficiente de atrito do alumnio

Comparado com o coeficiente de atrito do ao, o coeficiente de atrito do alumnio alto, o que resulta na reduo do ngulo de cisalhamento durante o corte, aumentando a energia de deformao necessria para que ocorra o destacamento do cavaco. Esse fenmeno se agrava quando o cavaco contnuo, ou seja, com intenso contato com a face da ferramenta. O uso de lubrificantes, de materiais de ferramenta com menor coeficiente de atrito e dispositivos de quebra de cavacos, permite reduzir o arrasto sobre a ferramenta, melhorando as condies de corte. Tambm necessrio um bom acabamento na afiao da ferramenta para reduzir o atrito.

2.2.7 Usinabilidade

Se comparada a usinabilidade de uma liga de alumnio com relao a outros materiais em condies especficas de usinagem, pode-se perceber a grande diferena que este material apresenta em relao aos demais, conforme a Tabela 4.

28

Tabela 4 - Comparao da usinabilidade de uma liga de alumnio com outros materiais (Metals Handbook, 1989)

Ligas Condies (a) Usinabilidade (b)

Liga de Alumnio 2017 STA 300 B1112 Ao ressulfurizado HR 100

1020 Ao Carbono CD 70

Ao 4340 A 45

Titnio A 40 302 Ao Inoxidvel A 35

Ti-5Al-2,5Sn A 30

Ti-6Al-4V A 22

Ti-6Al-6V-2Sn A 20

Ti-6Al-4V STA 18

HS25 (Base - Co) A 10 (a) STA = Tratado Por solubilizao e estabilizado; HR = Laminado a quente; CD =

Estirado a frio; A = Recozido. (b) Baseado em uma taxa de 100 para ao B1112

Com relao aos critrios de usinabilidade baseados na rugosidade da pea, em condies normais de usinagem, no se pode dizer que o alumnio tenha uma boa usinabilidade, pois o cavaco formado longo e o acabamento superficial obtido insatisfatrio. Porm, bons acabamentos superficiais podem ser obtidos se a velocidade de corte for suficientemente e a geometria da ferramenta for adequada (Diniz et al., 1999).

Para que se possa ter uma boa usinabilidade das ligas de alumnio necessrio que a dureza da liga seja maior que 80 HB, j que se a dureza for menor que este valor, a tendncia formao de aresta postia de corte muito alta e se torna muito difcil obteno de rugosidades baixas da pea em usinagem (Diniz et al., 1999).

A aresta postia de corte um fenmeno que ocorre na superfcie de contato entre o cavaco e a superfcie de sada da ferramenta. Uma camada de cavaco que, permanecendo aderente aresta de corte, modifica seu comportamento em relao fora de corte, acabamento superficial da pea e desgaste da ferramenta (Diniz et al., 1999). A aresta postia de corte tende a crescer gradualmente at que em certo momento rompe bruscamente, causando perturbao dinmica no sistema. Para evitar

29

a ocorrncia da aresta postia de corte e garantir um cisalhamento perfeito do cavaco, as ferramentas para corte de alumnio possuem aresta afiada (sem raio na aresta) com ngulos bastante positivos.

O material de ferramenta tpico para usinagem de ligas de alumnio (com exceo das ligas de alumnio-silcio) o metal duro classe K sem cobertura. A classe K recomendada, pois as temperaturas de corte so baixas e, por isso, a formao do desgaste de cratera via processo difusivo no um problema. Por outro lado, metais duros base de carbeto de titnio (classe P) so inadequados para usinagem de alumnio, devido a um acelerado desgaste, por difuso, da ferramenta de corte (Cunha, 2004).

Figura 1 Representao da formao da aresta postia de corte (Diniz et AL., 1999).

Figura 2 - Geometria de uma pastilha de torneamento para alumnio (Diniz et. al, 1999)

A ferramenta sem cobertura, pois no se necessita grande resistncia ao desgaste e, por outro lado, requer-se uma aresta bastante afiada, o que no fcil de ser obtido com espessas camadas de cobertura sobre a ferramenta.

30

De modo geral existe pouco conhecimento das vantagens que as ligas de alumnio podem oferecer com respeito a sua usinabilidade, principalmente porque estas ligas carregam um falso estigma de imprprias a esta operao. Entretanto, nota-se que se forem otimizadas, possvel obter timos resultados, tanto em termos de qualidade da pea final, quanto em termos de custos (Weingaertner, 1994)

2.2.8 Influncias dos microconstituintes presentes nas ligas de alumnio

As caractersticas de usinagem das ligas de alumnio podem ser afetadas pela variao de alguns fatores como elementos de liga, impurezas, processos de fundio e tratamentos aplicados ao metal. Na tabela 5 so mostrados alguns elementos utilizados na formao de ligas de alumnio e suas respectivas influncias na usinabilidade da liga.

Tabela 5 - Elemento de liga e suas influncias na usinabilidade do Alumnio (Diniz et al., 1999).

Elemento de liga Influncia na Usinabilidade

Sn, Bi, PB Atuam como lubrificantes e como fragilizadores do cavaco

Fe, Mn, Cr, Ni Combinam entre si ou com o alumnio e/ou com silcio, para formarem partculas duras, que favorecem a quebra do cavaco e que, em grande quantidade, tm efeito abrasivo sobre a ferramenta.

Mg Em teores baixos (cerca de 0,3%) aumenta a dureza do cavaco e diminui o coeficiente de atrito entre cavaco e ferramenta

Si Aumenta a abrasividade da pea a vida da ferramenta diminui com o aumento do tamanho da fase primria do silcio

Cu Forma o intermetlico CuAl2

Zn No exerce influncia na usinabilidade

31

2.3 Mtodos para racionalizao de fluidos de corte

Segundo Vilela (1988), uma das maneiras de otimizar a produo diria de peas diminuir os tempos de usinagem. Uma anlise do processo permite a reduo destes tempos, por meio da escolha correta da ferramenta, utilizao de avanos e profundidade de corte coerentes com a capacidade da mquina-ferramenta, utilizao adequada do fluido de corte, etc. O aumento da velocidade de corte tambm permite obter uma maior taxa de remoo de cavaco e, conseqentemente, reduzir o tempo de usinagem. Entretanto, o aumento da velocidade de corte tem efeito negativo sobre a vida da ferramenta. O que pode provocar aumento do tempo de fabricao, devido necessidade de trocas mais freqentes de ferramentas.

Uma das maneiras de se minimizar os efeitos dos tempos improdutivos causados pelos desgastes das ferramentas pode ser alcanada pela introduo de sistemas de lubrificao eficientes no processo (Cunha, 2004).

A utilizao de fluidos de corte na usinagem dos materiais foi introduzida por F.W. Taylor em 1890. Utilizando gua, ele concluiu que o recurso aumentava a vida da ferramenta. Depois de Taylor, diversas pesquisas desenvolveram novos tipos de fluidos alm da gua, j que esta, apesar de ter alto poder refrigerante, promove oxidao da pea, da ferramenta e da mquina e tem baixo poder lubrificante (Machado e Diniz, 2000).

Anteriormente os fluidos de corte no apresentavam caractersticas para satisfazer as necessidades de lubrificao, refrigerao e estabilidade qumica, que eram fundamentais para os processos de usinagem. Eles eram classificados como base de gua ou de leo, dependendo da sua constituio mdia. Atualmente com o desenvolvimento dos fluidos sintticos, os fluidos de corte so classificados como: leo puro, leo emulsionvel, fluido semi-sinttico e fluido sinttico (Machado e Diniz, 2000). Para evitar danos nos equipamentos devido gua presentes na emulso, empregam-se aditivos anticorrosivos, tais como o nitrito de sdio. Tambm so introduzidos biocidas e fungicidas, que inibem o crescimento de bactrias e fungos, devendo ser compatveis com a pele humana e tambm atxicos.

32

Porm, na ltima dcada as pesquisas tiveram como meta restringir ao mximo o uso de fluidos refrigerantes e/ou lubrificantes na produo metal-mecnica. Os fatores importantes que justificam esse procedimento incluem os custos operacionais da produo, questes ecolgicas, as exigncias legais de conservao do meio ambiente e a preservao da sade do ser humano (Machado e Diniz, 2000).

No princpio, os refrigerantes deveriam resfriar a pea, lubrificar o processo de corte e arrastar os cavacos gerados no corte de metais. Mas nos ltimos anos as operaes de fresamento, torneamento e mesmo as de furao esto cada vez mais sendo feitas sem refrigerao, tanto para minimizar o impacto ambiental e os danos para a sade quanto para reduzir os custos (Mason, 2001).

Os custos de refrigerao relacionados com o processo de usinagem so frequentemente relegados a um segundo plano. Mas importante que eles sejam observados ao lado dos custos fixos da instalao dos sistemas de refrigerao. Neles esto embutidos, por exemplo, os gastos feitos com fornecimento, tratamento e eliminao dos resduos nocivos ao meio ambiente.

Na Alemanha o custo com eliminao, incluindo a separao do lixo, queima, ou armazenamento dos resduos mais elevado do que os de fornecimento. Alm disso, no se pode menosprezar a manuteno dos sistemas de armazenamento dos fluidos e o consumo de energia associado, necessrio, por exemplo, para o resfriamento.

Nas operaes de corte de metais, os custos de aquisio dos refrigerantes, o seu uso e o descarte podem ser de 1,5 at 4 vezes o custo das ferramentas de desgaste usadas na operao (Mason, 2001).

Em um processo de usinagem os gastos relacionados com a ferramenta representam apenas de 2 a 4%, contra 17% em refrigerao. Adicionalmente, na usinagem com refrigerao ocorre a necessidade de se separar os cavacos, o que ocasiona mais desembolso (Novaski e Drr, 1999).

33

Figura 3 Relao de custos de fabricao associados ao uso de fluido de corte, (Novaski e Drr, 1999).

Ao substituir parte dos processos que utilizam fluidos de corte por processos de usinagem a seco, tem-se um ganho relativo de custos de fluidos e um acrscimo nos custos da ferramenta. Porm, no geral, o custo total fica reduzido, representando um ganho no s financeiro como, tambm, ambiental, (Granger, 1994, Cselle, 1995; Hyatt, 1997.b, Heine, 1997).

De acordo com Silva et al. (2001), Mason, (2001) e Heisel et al. (1998), apesar das insistentes tentativas de eliminar completamente os fluidos refrigerantes, em muitos casos a refrigerao ainda essencial, para se obter vidas econmicas de ferramentas e as qualidades superficiais requeridas. Isto particularmente vlido quando h exigncia de tolerncias estreitas, e alta preciso dimensional e de forma ou quando se trata de usinagem de materiais crticos, de corte difcil, como por exemplo, no caso das superligas.

Para que a utilizao do fluido de corte seja minimizada, duas tcnicas tm sido intensamente experimentadas: o corte completamente sem fluido (corte a seco) e o corte com mnima quantidade de fluido (MQF), ou seja, quase a seco.

Para a primeira tcnica (corte a seco), fundamental que se tenha materiais de ferramentas e condies de usinagem adequadas, para que no ocorra uma queda drstica da vida da ferramenta ou a perda da qualidade da pea. Com relao aos materiais para ferramentas, os desenvolvimentos apontam para utilizao do metal duro com novas camadas duras de cobertura, principalmente as de TiCN, TiAlN e AlTiN e diamante. Tambm o cermet e o material cermico so opes quando se

34

pensa em corte sem fluido. Tais ferramentas possuem as caractersticas necessrias para esse fim citadas anteriormente, e muitas delas, como o cermet e classes de cermico, nem devem ser utilizadas com fluido de corte, devido baixa resistncia ao choque trmico (Novaski e Drr, 1999).

A otimizao das condies de corte para torn-las mais adequadas ao corte a seco realizada atravs do aumento do avano e da diminuio da velocidade de corte. Com isso, pode-se manter o volume de cavaco removido na unidade de tempo constante (e com isso, obter-se o mesmo tempo de corte por pea) e, assim aproximadamente a mesma quantidade de calor gerado na unidade de tempo. Porm, devido ao maior avano, tem-se uma maior rea da ferramenta em contato com o cavaco, maior rea para receber o calor gerado e, conseqentemente, menor temperatura da ferramenta. Esse procedimento deve aumentar a rugosidade da pea e, portanto, necessrio tambm se aumentar o raio de ponta da ferramenta para se manter rugosidades similares s que se tinha antes da mudana das condies de usinagem. O aumento do raio de ponta aumenta o comprimento de contato da aresta da ferramenta com a pea e, assim ajuda ainda mais a distribuio do calor gerado, o que facilita ainda mais a utilizao do corte a seco (Diniz et al., 1999).

Algumas vezes, a usinagem a seco promove a substituio de alguns processos. Por outro lado, operaes crticas, como a furao de alumnio ou ao, no permitem a eliminao total da refrigerao. Nestes casos, podemos utilizar a tcnica de Mnima Quantidade de Fluido (MQF).

Segundo Mason (2001), a idia da usinagem quase sem fluido de corte borrifar uma quantidade mnima de refrigerante e/ou lubrificante sobre a aresta de corte, tcnica denominada Mnimina Quantidade de Fluido (MQF). Freqentemente, uma mistura ar-leo bombeada atravs da ferramenta diretamente na zona de corte. As vantagens incluem o baixo consumo de lubrificante, cavacos secos, e ar mais limpo. A grande desvantagem est associada necessidade de sistemas de exausto de ar junto s mquinas, com o objetivo de proteger a sade dos operadores, em funo dos danos que a nvoa produzida pelos sistemas pode provocar.

Os resultados para o sistema MQF so encorajadores, e tm-se obtido bons resultados com essa tcnica. Machado e Wallbank (1997) utilizaram essa tcnica no

35

torneamento de ao mdio carbono e concluram que, em alguns casos, a mistura ar + gua ou ar + leo solvel mostrou-se melhor que a aplicao abundante de leo solvel.

Um dos melhores exemplos da aplicao com sucesso da MQF a furao de ligas de alumnio. Devido alta ductibilidade do alumnio, logo nos primeiros furos sem fluido de corte, o cavaco adere aos canais helicoidais da broca, provocando o entupimento destes canais. Isto, na maior parte das vezes, causa a quebra da broca. Braga et all (1999) realizaram diversos ensaios de furao em liga de alumnio-silcio (7% de silcio), utilizando brocas inteirias de metal duro e comparando a utilizao do leo solvel abundante com a mnima quantidade de fluido (10 ml/h de leo em um fluxo de 4,5 bars de ar). Em todos os ensaios por eles realizados, o desgaste da ferramenta quando se utilizou MQF no foi maior que quando da utilizao do leo solvel e os parmetros de qualidade da pea, como tolerncia dimensional e de forma (circularidade do furo) e rugosidade, tambm no se deterioraram com a introduo da MQF.

36

3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Foram realizados ensaios de torneamento cilndrico externo (Figura 5), com parmetros de usinagem tpicos de acabamento (baixos valores de avano e profundidade de usinagem) em corpos de prova que foram obtidos a partir de tarugos de liga de Alumnio AA 7075. O processo de usinagem foi realizado com a utilizao de ferramentas de metal duro, sem cobertura, com mecanismo de quebra-cavaco.

Figura 4 - Esquema do ensaio de torneamento cilndrico externo de acabamento.

O desempenho de uma ferramenta de corte normalmente expresso em termos de sua vida. A vida usualmente baseada em certos critrios de desgaste. Geralmente o desgaste de flanco o mais considerado, uma vez que com o seu aumento afeta a estabilidade da aresta de corte e consequentemente as tolerncias dimensionais da pea usinada so ultrapassadas. Alm do desgaste de flanco, a superfcie final da pea usinada tambm pode ser usada como indicador do desempenho da ferramenta.

Assim sendo, foram avaliados, com o auxilio de microscopia ptica, os tipos e a intensidade dos desgastes sofridos pela ferramenta durante a operao de corte, alm da variao da rugosidade superficial ou mdia (Ra) e rugosidade mxima (Ry) apresentada pelas peas produzidas, que foi quantificada utilizando-se um rugosmetro porttil.

37

3.1 Ensaios de usinagem

Para os ensaios com a liga de Alumnio AA 7075 foram realizados os procedimentos mostrados no fluxograma da Figura 5:

Figura 5 - Fluxograma dos procedimentos de ensaio adotados para o estudo da usinagem da liga de Alumnio e anlise dos resultados.

Os parmetros de usinagem utilizados para os ensaios iniciais foram: velocidade de corte (vc) de 400 e 300 m/min, profundidade de usinagem (ap) de 0,5 mm e avano (f) de 0,4 e 0,2 mm/volta. Aps cada operao de usinagem foi medida a qualidade da superfcie gerada nos testes, por meio do rugosmetro e tambm foram observados desgastes, por meio de uma lupa. Os ensaios foram realizados aplicando os dois mtodos de aplicao de fluido (Abundante e MQF), e tambm sem a aplicao do fluido (Corte a seco). Com os valores obtidos foram construdos os grficos de Rugosidade "Ra" x Comprimento de corte "Lc", e Rugosidade "Ry" x Comprimento de corte "Lc".

38

4 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

4.1 Materiais

4.1.1 Corpos de Prova

O material utilizado para a realizao dos ensaios foi liga de Alumnio AA 7075 de uso aeronutico, obtida junto Alcoa Alumnio S/A, o qual foi utilizado na forma de barras cilndricas das quais foram confeccionados os corpos de prova, que possuam dimetros variando entre 47 e 48 mm, sendo usinados com uma velocidade de corte (Vc) de 400 m/min at atingirem um dimetro de 36 mm, a partir disto usinava-se o material com uma velocidade de 300 m/min at atingir o dimetro de 30 mm. Foi feito um rebaixamento em uma das extremidades para que o corpo de prova fosse preso ao torno sem ocorrncia de variao do comprimento de usinagem "Lf" durante os ensaios, conforme esquematizado na Figura 6. Os corpos de prova foram confeccionados por torneamento na oficina mecnica do Departamento de Materiais e Tecnologia (DMT - UNESP- Campus de Guaratinguet), e possuam um comprimento de usinagem variando entre 221 e 229 mm .

Figura 6 - Representao do corpo de prova

39

4.1.2 Ferramentas

Nos ensaios iniciais foram utilizadas as pastilhas de geometria CCGT09T304F-AL KX de metal duro sem cobertura, juntamente com o suporte SCLCR2020K09.

4.1.3 Fluidos de corte

Para os ensaios com aplicao de fluido de corte em abundncia o fluido utilizado foi o Lubrax OP 38 EM, fluido de base semi-sinttica produzida pela empresa Petrobrs.

Porm, para os ensaios realizados com mnima quantidade de fluido de corte utilizou-se o lubrificante LB 1000, fluido de base vegetal fabricado pela empresa ITW Chemical Products Ltda.

4.2 Equipamentos

Para a realizao dos ensaios foram utilizados os seguintes equipamentos:

4.2.1 Mquina-Ferramenta

Torno CNC (Figura 8), marca Romi, modelo Centur 30S, comando MACH 9, rotao mxima 3500 RPM, potncia de 10 KW, do Laboratrio de Estudo da Usinagem do Departamento de Materiais e Tecnologia (DMT/UNESP- Guaratinguet).

40

Figura 7 - Torno CNC

4.2.2 Microscpio ptico

Microscpio ptico metalrgico da marca NIKON, modelo EPIPHOT 200 com aumento ampliao de 50x equipado com um software de anlise de imagens "SPOT" acoplado em um computador, utilizando o software ImageJ (Figura 9). Quanto s fotografias digitais dos cavacos, estas foram feitas por meio da cmera digital Sony Cyber-shot 5.1 MP, com lentes Carl Zeiss.

Figura 8 - Microscpio ptico acoplado a um microcomputador

41

4.2.3 Rugosmetro

As medidas de rugosidade foram realizadas com o auxlio de um rugosmetro porttil Surftest 301 da Mitutoyo (com apalpador mecnico tipo estilete e raio de ponta de 5 m ), conforme montagem da Figura 10.

Figura 9 Montagem do rugosmetro porttil

42

5 RESULTADOS E DISCUSSO

Como o objetivo do trabalho realizar uma anlise da influncia da utilizao de diferentes tcnicas de usinagem no torneamento da liga de Alumnio AA 7075, isso se realizou atravs de diferentes testes de torneamento nos quais se variou a estratgia de aplicao do fluido de corte com a variao das condies de usinagem.

Foram realizadas operaes de usinagem nas quais variou-se a velocidade de corte e o avano, com aplicao de fluido de corte em abundncia, sem aplicao de fluido de corte, e tambm com a tcnica de mnima quantidade de fluido (MQF), sendo observados durante os testes, os tipos de desgaste apresentados e tambm medida a intensidade destes, alm da medio dos nveis de rugosidade da superfcie dos corpos de prova, pois esperado que os mecanismos de desgaste atuantes na ferramenta variem em funo das modificaes no processo.

Devido alta deformao no processo de usinagem, a formao do cavaco ocorre num tempo muito curto, ao mesmo tempo, uma grande quantidade de material cisalhado sofre deformao plstica, alta presso e alta temperatura tambm acompanham e influenciam no processo de formao do cavaco. O material da pea usinada ao redor da aresta de corte submetido a grandes tenses e pode sofrer algumas mudanas metalrgicas.

Durante o processo de usinagem, o material da pea usinada sofre uma grande deformao plstica por causa da movimentao entre a ferramenta e a pea, onde so observadas duas regies especficas do cavaco que podem ser formadas. Estas regies so denominadas zonas ou bandas de cisalhamento primrio e secundrio.

Amostras de cavaco foram colhidas aps algumas operaes de usinagem, tanto nas operaes a seco, quanto para as operaes usinagem com fluido de corte, e posteriormente foram tiradas as fotos dos cavacos no final dos ensaios para uma primeira anlise das caractersticas dos cavacos formados.

A anlise dos desgastes sofridos pela ferramenta de corte foi realizada em microscpio ptico acoplado a um microcomputador, onde foi possvel a anlise de suas imagens para medio dos desgastes.

43

5.1 Anlise dos resultados da rugosidade em relao ao comprimento de corte

5.1.1 Fluido Abundante

Os grficos a serem apresentados so referentes aos ensaios realizados com a aplicao do fluido de corte em abundncia, a partir dos quais foi analisado o comportamento da rugosidade "Ra" e Ry em relao ao comprimento de corte, a velocidade de corte e o avano, estes ltimos foram os parmetros variados.

Figura 10 - Resultados de rugosidade Ra em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 sob condio de fluido de corte abundante.

44

Figura 11 - Resultados de rugosidade Ry em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 sob condio de fluido de corte abundante.

Como se observa nas Figuras 9 e 10, podemos perceber que tanto a rugosidade mdia, Ra, como a rugosidade total, Ry, no sofrem grande influncia da velocidade de corte, pois para as velocidades de corte de 300 e 400 m/min, as rugosidades mdias e totais obtidas apresentaram valores bem prximos uma da outra. Observam-se apenas pequenas variaes da curva no decorrer dos ensaios, porm a amplitude dessas oscilaes explicada atravs do fenmeno de vibrao do sistema mquina-ferramenta-dispositivo de fixao-pea que, dependendo da velocidade de corte, pode ser mais forte ou mais fraca, de acordo com a rigidez do sistema.

Porm quando analisadas as curvas que possuem a mesma velocidade, mas para diferentes avanos pode-se verificar que os resultados demonstram uma grande diferena com relao aos valores de rugosidade obtidos. O corpo de prova submetido ao menor avano (f = 0.2 mm/volta) registrou os menores valores de rugosidade como se era de esperar, pois possui um valor de avano tpico de operaes de acabamento, que visa obter superfcies com um bom acabamento superficial.

45

5.1.2 Usinagem Seco

Abaixo se encontram os grficos referentes aos ensaios realizados sem a aplicao do fluido de corte, onde tambm analisado o comportamento da rugosidade "Ra" e Ry em relao ao comprimento de corte, quando se varia a velocidade de corte e o avano.

Figura 12 - Resultados de rugosidade Ra em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 sem aplicao de fluido de corte.

46

Figura 13 - Resultados de rugosidade Ry em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 sem aplicao de fluido de corte.

Assim como nos ensaios realizados com fluido abundante pode-se observar atravs das Figuras 11 e 12, que os ensaios realizados sem fluido tambm no apresentam variao das rugosidades mdia e total com a velocidade, porm apresentam grande variao da rugosidade quando variamos o avano.

5.1.3 Mnima Quantidade de Fludo (MQF)

As Figuras 13 e 14 so referentes s rugosidades obtidas nos ensaios quando aplicado o mtodo da Mnima quantidade de fluido (MQF), onde se pode notar que algumas curvas apresentam pequenas variaes no decorrer dos ensaios, porm isto se deve ao fenmeno de vibrao do sistema mquina-ferramenta-dispositivo.

47

Figura 14 - Resultados de rugosidade mdia Ra em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA7075 com uso do mtodo da Mnima quantidade de fluido (MQF).

Figura 15 - Resultados de rugosidade total Ry em relao ao comprimento de corte Lc, da usinagem da liga AA 7075 com uso do mtodo da Mnima quantidade de fluido (MQF).

Por meio destes grficos nota-se que assim como nos ensaios com fluido abundante, e sem fluido, o mtodo da mnima quantidade possui interferncia do

48

avano nas rugosidades obtidas, e apresenta uma rugosidade ligeiramente menor do que a obtida pelos outros mtodos, como ser demonstrado a seguir.

5.1.4 Comparao dos Mtodos

As Figuras 16 e 17 apresentam os grficos com as Rugosidades mdias Ra e total Ry pelo comprimento de corte Lc, quando comparados os trs mtodos utilizados neste trabalho, os quais se deseja analisar como influenciam a liga em questo.

Figura 16 - Resultados de rugosidade mdia Ra em relao ao comprimento de corte Lc, dos vrios mtodos empregados na usinagem da liga AA7075

49

Figura 17 - Resultados de rugosidade mdia Ra em relao ao comprimento de corte Lc, dos vrios mtodos empregados na usinagem da liga AA7075.

Como se pode perceber nas Figuras 16 e 17, quando utilizado um avano de 0,4 mm/volta, a tcnica de mnima quantidade de fluido (MQF) se mostrou mais eficaz, tanto para a velocidade de 300 como de 400 m/min. A tcnica de fluido abundante se mostrou melhor que a no utilizao do fluido, apesar de em alguns pontos elas apresentarem quase os mesmos valores para rugosidade.

50


A Figura 18 mostra que durante o processo de usinagem usando Vc 400m/min e avano de 0,2mm/volta, houve uma certa variao da rugosidade, fato este que provavelmente se deve ao fenmeno de vibrao do sistema mquina-ferramenta-dispositivo. Porm assim como nas Figuras 16 e 17 ele demonstra a maior eficcia do mtodo da mnima quantidade de fluido (MQF), que apresenta os melhores valores de rugosidade quando so comparados os trs mtodos estudados.

51


J na Figura 19, quando utilizados os parmetros Vc = 300 m/min, avano = 0,2

mm/min, pode-se perceber que os mtodos fornecem quase os mesmos resultados para

rugosidade mdia, porm o mtodo que utiliza fluido abundante apresenta valores

ligeiramente melhores.

52

Figura 20 - Resultados de rugosidade total Ry em relao ao comprimento de corte Lc, dos vrios mtodos empregados na usinagem da liga AA7075


Nas Figuras 20 e 21, possvel perceber que, quando no se utiliza o fluido de corte, a rugosidade total Ry bem superior aos mtodos que utilizam fluidos.

53

Quando se compara os mtodos de mnima quantidade de fluido e o com fluido abundante pode-se perceber que eles fornecem valores bem prximos para a rugosidade total, o que demonstra que o mtodo MQF tem suas vantagens, j que utiliza uma menor quantidade de fluido.


54


Ao se analisar as Figuras 22 e 23, novamente percebe-se que ao no utilizar fluido de corte obtm-se rugosidades maiores do que ao utilizar os outros dois mtodos em estudo neste trabalho. E tambm se percebe que o mtodo da mnima quantidade de fluido (MQF) apresenta valores bem prximos do mtodo de fluido abundante quando utilizado uma Vc = 400 m/min, e um avano de 0,2 mm/volta. J ao se analisar as rugosidades obtidas com uma Vc = 300 m/min e uma avano de 0,2 mm/volta, percebe-se que com fluido abundante foram obtidos rugosidades relativamente melhores do que ao utilizar o MQF.

5.2 Anlise do desgaste das ferramentas via microscopia ptica

Quando analisadas as ferramentas utilizadas nos ensaios, notou-se que as ferramentas tm pouco ou quase nenhum desgaste na aresta de corte mesmo tendo sido utilizadas para um comprimento de corte de quase 1000 m. Isto reflete a grande taxa de usinabilidade por grandes perodos de tempo na usinagem desta liga de alumnio.

55

Porm, na superfcie principal de sada foi possvel notar um desgaste de cratera, causado pelo atrito entre ferramenta e cavaco. As figuras 24, 25 e 26 apresentam os desgastes gerados nas ferramentas para os diferentes mtodos e parmetros utilizados.

Porm como se pode observar na Figura 19 (Vc = 300m/min; f = 0,4mm/volta) houve um depsito de material da pea de alumnio na ferramenta, provavelmente devido afinidade do material da ferramenta com o material usinado, que esta demonstrada pela parte cinza encontrada na ponta da ferramenta.

Vc = 400 f = 0.4 mm/volta. Vc = 300 f = 0.4 mm/volta.


Figura 24 Desgastes das Ferramentas de corte usadas nos ensaios com fluido abundante

56



Figura 25 Desgastes das Ferramentas de corte usadas nos ensaios sem fluido de corte

57



Figura 26 Desgastes das Ferramentas de corte usadas nos ensaios com Mnima Quantidade de fluido (MQF)

58

5.3 Anlises dos cavacos formados durante o processo de usinagem

Neste trabalho foram analisados os tipos de cavacos formados durante os processos de usinagem, nas condies de fluido abundante, sem aplicao de fluido e tambm pelo mtodo da Mnima Quantidade de Fluido (MQF), e as provveis causas da formao daqueles. Como se observa nas Figuras 27, 28 e 29, pode-se perceber que as velocidades utilizadas nestes ensaios no influenciaram nos tipos de cavacos obtidos uma vez que so velocidades bem prximas uma da outra 400 e 300m/min.

Porm, quando analisado a influncia dos avanos, possvel notar que este parmetro interfere na forma dos cavacos, pois em todos os ensaios realizados seja com ou sem fluido ouve diferena na forma de dos cavacos devido variao do avano.

Como pode-se ver nas Figuras 27, 28 e 29, quando utilizado um alto valor de avano (f = 0,4 mm/volta), que corresponde a um valor tpico de operaes de desbaste, foram obtidos cavacos do tipo fita tendendo ao helicoidal; porm so quebradios, provavelmente devido s altas foras de corte geradas pelo uso de um alto valor de avano.

J quando utilizados um avano menor (f = 0,2 mm/volta) que corresponde a valores tpicos de avanos utilizados para operaes de acabamento, foram obtidos cavacos do tipo helicoidal, menos quebradios.

Tambm foi possvel notar que para as operaes sem fluido e utilizando MQF, os cavacos so mais quebradios (Vc =300 m/min; f = 0,4mm/volta), provavelmente devido s altas temperaturas na regio de formao do cavaco.

59

Vc = 400 m/min, f = 0.4 mm/volta. Vc = 300 m/min, f = 0.4 mm/volta.


Figura 27 Imagem dos cavacos formados no processo de usinagem com fluido de corte abundante.

60



Figura 28 Imagem dos cavacos formados nos processos de usinagem sem a utilizao de fluido de corte.

61



Figura 29 Imagem dos cavacos formados nos processos de usinagem com mtodo da Mnima quantidade de fluido (MQF).

62

6 CONCLUSES

Com relao aos ensaios realizados podemos ressaltar que a velocidade de corte no demonstrou grande influncia sobre a rugosidade superficial das peas. Pois quando variamos as velocidades de corte, obtivemos rugosidades mdias e totais com valores bem prximos uma da outra, onde apresentam uma pequena oscilao que pode ser explicada atravs do fenmeno de vibrao do sistema mquina-ferramenta-dispositivo de fixao-pea que, dependendo da velocidade de corte, pode ser mais forte ou mais fraca, de acordo com a rigidez do sistema.

Por outro lado, tambm foi possvel observar, como era de se esperar, que o avano tem uma grande influncia sobre a rugosidade superficial, e tambm exerce influncia na forma dos cavacos.

Conforme j mostrado neste trabalho, por meio da analise dos dados retirados de processos de usinagem, com a utilizao de trs mtodos diferentes de aplicao de fluido, o mtodo com fluido abundante, a mnima quantidade de fluido, e sem aplicao de fluido de corte, foi possvel concluir que os mtodos com fluido (abundante e MQF) forneceram valores bem mais satisfatrios do que os valores fornecidos pelo mtodo sem a utilizao de fluido.

Cabe ressaltar que o mtodo MQF forneceu valores de rugosidades mdia e totais bem prximas e muitas vezes melhores do que o mtodo com fluido abundante, o que nos remete ao fato de que esta tcnica pode ser muita vantajosa j que utiliza uma quantidade de fluido bem menor, acarretando vantagens financeiras e ambientais.

63

7 BIBLIOGRAFIA

AA Aluminum association, 2001. Aluminum offers Structural Strength at Decreased Weight. Disponvel: site URL: www.aluminum.org

ABAL Associao Brasileira do Alumnio, 2000. Produo e reciclagem de latas. Disponvel: site ABAL. URL: www.abal.org.br

Bresciani Filho, E. Seleo de Metais no Ferrosos. Campinas SP: Editora da UNICAMP, 1992.

Bresciani Filho, E. e Gomes, M. R. propriedades e usos de metais no-ferrosos. So Paulo: Associao brasileira de metais (ABM). dile servios grficos e Editora Ltda, 1976.

Camargo, J. A. M. Propagao de trinca por fadiga na liga de alumnio 7475-T761 submetida a carregamentos de amp - DM 1995.

Carvalho, A. L. M. Comportamento mecnico das ligas de alumnio7010-T74 e 7050-T7451 de aplicao aeronutica. Guaratinguet - SP: Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinguet: FEG - UNESP, 1999. Dissertao (mestrado).

Coutinho, T.A. Metalografia de no-ferrosos: Anlise e prtica. So Paulo: Editora Blutcher, 1980.

Cunha, E. A. (2004). Estudo da usinagem por torneamento da liga ASTM AA-7050 T7451. Lorena: Faculdade de Engenharia Qumica de Lorena FAENQUIL. 84p.

Davis, J. R. (Ed.) Properties of aluminum and aluminum alloys. In: ASM specialty handbook: Aluminum and Aluminum alloys. Metals park, Ohio: Asm International, 2002.

Diniz, A. E., Marcondes, F. C., Coppini N. L., 1999. Tecnologia da usinagem dos materiais. So Paulo: Editora M.M.

64

Dutra, C. A. M. Estudo da corroso das ligas Al 2024 e Al 7050 em solues de NaCl contendo nitrato e nitrito - DM 2002

Ferraresi, D. Fundamentos da Usinagem dos Metais. 1 ed.; So Paulo: Editora Edgard Blcher, 1977.

Guimares, V. A. Estudo comparativo da deformao a frio sobre as propriedades mecnicas de uma liga de alumnio - DM 1994.

Hatch, John E. Aluminum: properties and physical metallurgy

Heisel, U.; Lutz, D.; Wassmer, R.; Walter, U. (1998). A tcnica da quantidade mnima de fluidos e suas aplicaes nos processos de corte. Revista Mquinas e Metais, n 386, p. 22-38.

Hunsicker, H. Aluminum. In: BOYER, H. E.; GALL, T. L. Metal handbook. Desk ed. Metals Park, Ohio: ASM, 1992

Kaufman, J. G. (John Gilbert), 1931- Properties of aluminum alloys

Machado, A.R.; Diniz, A.E. Corte a seco, com mnima quantidade de fluido e com fluido em abundncia: uso, aplicaes, vantagens e desvantagens. Usinagem 2000. Feira e Congresso. Anais em CD, setembro de 2000.

Mason, F. Usinando a seco... ou quase a seco. Revista Mquinas e Metais, So Paulo, vol. 37, n. 424, pp 160-173, mai. 2001.

Mazzolani, F.M. Aluminum Alloy Structures, London: E & FN, 2ed, 1995.

Metals Handbook. Ninth Edition, v16, 1989.

Novaski, O. e Drr, J. Usinagem sem refrigerao. Revista Mquinas e Metais, So Paulo, vol. 35, n. 398, p 18-27, mar. 1999.

65

Pereira, M. C. Efeito do tratamento trmico na resistncia corroso das ligas de alumnio 7010, 7050 e 74 - DM 2002.

Ribeiro, M.V.; Moreira, L.T.S. e Santos, R.G. The influence of coolant application on AA7075 turning. In: European Congress on Aluminium Alloys ECAA 2011, Bremen/Alemanha, out. 05-07, 2011, ECAA-2011 Program and Abstract pp. 231. DGM.

Shreve, R. N.; Brink Jr., Indstrias eletroliticas. In: Indstrias de processos quimicos. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1980.

Weingaertner, W. L., Schroeter, R. B., Barba Junior, D. J. e Kish, M. Qualidade superficial e formao de cavacos na usinagem de Al e Cu. Mquinas e Metais, p.82-89, Maio 1994.

Weingaertner, W.L.; Schroeter, R.B. Tecnologia de usinagem do alumnio e suas ligas. 2.ed. So Paulo: Alcan Alumnio do Brasil, 1991.

Zangrandi, A. Aluminio e suas ligas: fundamentos metalrgicos e tecnolgicos. Lorena: Instituto Santa Teresa, 2008.

Documents

ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA APLICAÇÃO DO FLUIDO DE CORTE NO TORNEAMENTO DA LIGA DE ALUMÍNIO AA7075