Vida de Ferramenta

Vida de Ferramenta

Juliano Aparecido de OliveiraEngenharia Mecânica – UFSJ

Usinagem

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Caso prático para Torneamento

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Determinação de Modelos de Vida de Ferramenta e Rugosidade no Torneamento do Aço ABNT 52100 Endurecido Utilizando a Metodologia de Superfície

de Resposta (DOE).

Autor: Jean Carlo Cescon Pereira

Orientador: Prof. Dr. João Roberto Ferreira2 - 35


PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL• Os experimentos constantes do presente trabalho foram

desenvolvidos no Laboratório daAutomação da Manufatura (LAM) da Universidade Federal de Itajubá.

• A preparação dos corpos de prova ocorreu nas instalações do Laboratório de Tecnologia Mecânica (LTM).

• Os ensaios foram realizados em um Torno CNC Nardini Logic 175, com projeto mecânico convencional, ou seja, com mancais de rolamento e guias de escorregamento, potência máxima de eixo de 7,5 CV; rotação máxima de 4000 rpm; torre com oito posições e torque máximo de 200 Kgf.m.

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Ferramentas de Corte• O suporte e o inserto utilizados para a

usinagem dos corpos de prova durante todos os ensaios estão descritos a seguir:

• Insertos: insertos intercambiáveis de cerâmica mista (Al2O3 + TiC), Sandvik, classe GC 6050, recoberta com uma camada de Nitreto de Titânio (TiN), com geometria ISO CNGA 12 04 08 S01525, chanfrado para evitar grandes choques e quebra de ferramenta.

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Material Usinado• Os corpos de prova utilizados nos ensaios

foram confeccionados a partir do aço ABNT 52100 (Villares), utilizando-se um torno mecânico Romi modelo S40 e posteriormente, tratados termicamente para aumento de dureza, nas instalações da Imbel – Indústria Bélica.

• A Tabela seguinte apresenta a composição química do aço ABNT 52100.

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Parâmetros de Usinagem• Nos ensaios realizados foram adotados dois

níveis de variação para cada um dos parâmetros de usinagem estudados.

• A Tabela a seguir apresenta os três fatores: velocidade corte, avanço e profundidade de usinagem e seus respectivos níveis de variação.

• Os níveis foram especificados em função de dados recomendados pelo catálogo do fabricante das ferramentas (Sandvik, 2003).

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RESULTADOS E DISCUSSÃO• O presente trabalho tem por objetivo estudar no

processo de torneamento do aço ABNT 52100 endurecido, a influência da variação dos parâmetros velocidade de corte, avanço e profundidade de usinagem na vida da ferramenta de cerâmica mista e na rugosidade da peça.

• Para atingir este objetivo, foi utilizada a metodologia de projeto de experimentos, através da qual foram gerados modelos matemáticos para a vida da ferramenta e para a rugosidade média da peça.

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Modelo de Vida da Ferramenta• Através da elaboração de um arranjo fatorial

completo com quatro center points proceder-se-á à análise dos dados obtidos experimentalmente.

• A Tabela a seguir apresenta os resultados da vida (T) em minutos da ferramenta de cerâmica mista para as oito condições ensaidas necessárias à obtenção dos factorial points, seguidos de suas respectivas réplicas mais os center points.

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• Nestes ensaios foram variados os parâmetros de usinagem, adotando-se a velocidade de corte (Vc) entre os níveis 200 m/min e 240 m/min, avanço de usinagem (f) entre os níveis 0.05 mm/v e 0,10 mm/v e profundidade de usinagem (ap) entre os níveis 0,15 mm e 0,30 mm.

• Em todos os ensaios foram utilizadas pastilhas cerâmicas mistas recobertas com Nitreto de Titânio.

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• A Figura a seguir apresenta a vida em minutos da ferramenta cerâmica para cada uma das condições ensaiadas e suas respectivas réplicas.

• Sua análise mostra que os experimentos foram coerentes, principalmente no tocante à repetitividade, visto que o tempo de vida da ferramenta de cerâmica mista no torneamento do aço ABNT 52100 endurecido, apresentou valores bastante próximos nos ensaios e em suas respectivas réplicas, fato este que evidencia a consistência dos ensaios realizados, o que será de grande importância para o bom andamento do presente estudo.

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Conclusões• Os fatores velocidade de corte (Vc), avanço (f) e

profundidade de usinagem (ap), exercem influência significativa no tempo de vida da ferramenta, sendo que o aumento de cada um deles contribui para a redução da vida da ferramenta de corte;

• Dentre os fatores analisados, a maior influência exercida sobre o tempo de vida da ferramenta, para as condições ensaidas, foi devida ao avanço de corte; seguido da profundidade de usinagem, velocidade de corte e das interações entre velocidade-avanço de corte; e entre avanço-profundidade de usinagem;

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Caso prático para Fresamento

EFEITO DO NÚMERO DE INTERRUPÇÕES PARA MEDIR DESGASTE NA VIDA DA FERRAMENTA NO

TORNEAMENTO

Janaína Aparecida Pereira,

Sérgio Abrão Retes Junior,

Álisson Rocha Machado,

Marcos Antônio de Souza Barrozo,

Universidade Federal de Uberlândia17 - 35

Caso prático para FresamentoAo realizar ensaios de vida em ferramentas de corte na forma de insertos intercambiáveis quadrados de metal duro ISO P35, revestidos com TiCN/Al2O3/TiN no torneamento a seco de um aço microligado DIN 38MnSiVS5, verificou-se variações nos resultados, que poderiam estar relacionados com a taxa de monitoração do desgaste durante os testes.

Para elucidar a questão, foi proposta uma investigação onde o número de interrupções dos ensaios para monitoramento dos desgastes fosse a principal variável.

Após conhecer o tempo de vida médio dos insertos em condições de corte fixa, onde o número médio de interrupções para se medir o desgaste dos insertos foi 11, realizou-se outros ensaios, mas com o número de paradas para se medir o desgaste programadas para 5, 3 e 2 vezes.

Além dos testes originais, foram feitas duas réplicas a fim de se obter confiabilidade estatística. A análise dos dados obtidos foi feita utilizando-se o software Statistica 7.0, através da ferramenta diferença entre médias com uma confiabilidade estatística de 95% e com uma significância de 5%.

O resultado das análises indicou, para a faixa de confiabilidade indicada, que existe uma tendência clara à diminuição do tempo médio de vida da ferramenta à medida que diminui a quantidade de vezes que se interrompe a usinagem para medição do desgaste.

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• Foram utilizados como corpos de prova barras de sessão circular de aço microligado DIN 38MnSiVS5, de dureza média 256 HV com 450 mm de comprimento (L) e 100 mm de diâmetro, fabricado pela Aços Villares S.A..

• A composição do material pode ser visualizada na Tabela a seguir, através das porcentagens mínimas e máximas de cada elemento que podem ser encontrados na sua matriz.

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CONCLUSÕES• A primeira e imediata conclusão que se pode tirar, analisando os

testes, é a de que, embora os testes de vida de ferramenta sejam demasiadamente onerosos, uma vez que demandam grande quantidade de hora-máquina, material, ferramentas, energia elétrica, entre outros, é fato que uma maior quantidade de réplicas dos testes melhora significantemente a confiabilidade dos resultados, pois a repetibilidade dos ensaios diminuem os grandes desvios que foram encontrados nos testes deste trabalho.

• Pôde-se concluir também que, nas condições de corte utilizadas nos experimentos o número de vezes que se interrompe o teste para fazer a medição do desgaste tem influência na vida da ferramenta, reduzindo-a a medida que a quantidade de paradas diminui, muitas vezes com significância estatística, com confiabilidade de 95%.

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Caso prático para Furação

FIM-DE-VIDA DAS FERRAMENTAS NO PROCESSO DE FURAÇÃO DO AÇO VP50IM –

32 E 40 HRC EM RELAÇÃO AO AÇO DIN 1.2711

Marcelo V. de Carvalho e Daniel F. Freitas

ITA, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Departamento de Engenharia Mecânica

Aeronáutica26 - 35


Introdução• Este trabalho foi proposto para substancialmente

analisar o desempenho do aço VP50 IM (40 HRC) em relação ao aço DIN 1.2711 (40 HRC) e com o similar VP50 IM, no entanto, numa dureza menor de 32 HRC.

• Esses aços são tipicamente aplicados no chão-de-fábrica de ferramentarias.

• Para tal, realizaram-se testes de furação, operação considerada “gargalo” em ferramentarias, com uma determinada condição de corte, recomendada pelo fabricante de ferramentas Titex Plus, em comum-acordo com o ITA.

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Objetivos• O objetivo principal era estudar a usinabilidade desses três distintos

aços de desenvolvimento da empresa Villares Metals. Os parâmetros avaliados foram a vida de ferramenta e a formação de cavaco.

• O processo de furação está sujeito a uma variedade de influências, tais como escolha dos parâmetros de corte, aplicação de fluido de corte, geometria de ferramenta, desgaste de ferramenta, etc.

• Portanto, somente um número limitado de variáveis poderia ser investigado no escopo (tempo e recursos disponíveis) deste trabalho.

• O parâmetro variado foi o material da peça.• Este projeto foi coordenado pelo Prof. Jefferson Gomes e contou

ainda com o suporte tecnológico da AIM, tendo a Empresa associada Titex Plus (ferramentas de corte), como parceiro de suporte.

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Metodologia• Antecipadamente aos ensaios, foram preparadas folhas de

registro de dados em uma seqüência prédefinida.• Cada folha de registro de dados foi exclusiva para uma

ferramenta, uma combinação de condições de usinagem e um critério de fim de vida.

• O suporte de fixação da ferramenta de corte foi mantido sempre na mesma posição, de modo a assegurar o mesmo balanço de ferramenta para todas as situações.

• Antes da troca de cada ferramenta de corte, foi garantida a limpeza do assento do suporte, assegurando desta forma um posicionamento adequado da ferramenta.

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Testes de vida: • Utilizando um microscópio óptico, foram verificadas as condições iniciais em que

se encontravam as ferramentas de corte, bem como os valores dos ângulos que compõe a sua geometria.

• Qualquer defeito que fosse observado no gume, flanco ou face da ferramenta, esta seria desconsiderada para o ensaio. Não foram constatados defeitos.

• Foi adotado como critério de fim de vida do gume, um desgaste de flanco médio (VB) equivalente a 0,2 mm, ou até que ocorresse uma falha catastrófica. Este valor está baseado de modo a garantir a repetibilidade dos resultados.

• O desgaste de flanco médio foi obtido pela média de três pontos ao longo do gume.

• As medições de desgaste foram realizadas, dentro do possível, de acordo com a norma ISO 3685-1977, com intervalos de tempos regulares, sendo realizadas medições de um (1) em um (1) minuto, para cada variação de patamar de desgaste e de três (3) em três (3) minutos, nos pontos de estabilização do gume

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Testes de Vida:• A Figura a seguir mostra os resultados de vida

de ferramenta em termos de desgaste do flanco em função do comprimento usinado. Para o aço VP50 IM (32 HRC), os ensaios foram interrompidos devido à limitação de material para os experimentos (final de vida de 35 m).

• Evidencia-se que este aço possui uma usinabilidade significativamente melhor que os demais, como era de se esperar.

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• Evidenciou-se uma usinabilidade significativamente melhor (27 m) do aço VP50 IM (40 HRC) em relação ao aço DIN 1.2711 (13 m). Esse comportamento pode ser caracterizado pelo maior número de carbonetos do Aço DIN 1.2711 e o maior percentual de enxofre do aço VP50 IM.

• Desse modo, o efeito abrasivo sobre a ferramenta de corte do aço DIN 1.2711 é substancialmente maior.

• Em todos os testes caracterizou-se um desgaste progressivo do flanco sempre maior do que o degaste de quina, o que caracterizou uma boa escolha de afiação de ponta para a ferramenta de corte.

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Conclusões

1. A vida da ferramenta de corte para o aço VP50 IM (32 HRC) é significativamente maior em comparação ao mesmo com dureza superior (40 HRC). Nas mesmas condições de experimento, a vida da ferramenta para o aço VP50 IM (32 HRC) apresentou desgaste de flanco pronunciado, após usinados 35 m., enquanto que o material com dureza superior (40 HRC) apresentou uma vida de 27 m.

2. A vida da ferramenta de corte (27 m) para o aço VP50 IM (40 HRC) é significativamente maior (13m) em comparação ao aço DIN 1.2711 (40 HRC). Esse comportamento pode ser creditado a maior presença de carbonetos do aço DIN 1.2711 e a maior concentração de enxofre do aço VP50 IM.

3. A forma de cavaco entre as diferentes durezas do aço VP50 IM não se mostrou significativa. Essa diferença se mostrou pronunciada em relação ao aço DIN 1.2711, que apresentou cavacos mais oxidados e com variação de tamanho, caracterizando maior vibração de processo.

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Obrigado!

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