ANÁLISE DAS VARIÁVEIS DE ENTRADA NOS PARÂMETROS DE RUGOSIDADE EM UM PROCESSO DE TORNEAMENTO DE ACABAMENTO A SECO DO AÇO AISI 420C

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1 ANÁLISE DAS VARIÁVEIS DE ENTRADA NOS PARÂMETROS DE RUGOSIDADE EM UM PROCESSO DE TORNEAMENTO DE ACABAMENTO A SECO DO AÇO AISI 420C Guilherme Cortelini da Rosa, guilherme.cortelini@ufrgs.br 1 André João de Souza, ajsouza@ufrgs.br 1 Kelly Fu, kellyfu_@hotmail.com² Daniel Writzl, writzl_@hotmail.com² 1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Departamento de Engenharia Mecânica (DEMEC), Rua Sarmento Leite, nº 425 Cidade Baixa CEP Porto Alegre, RS. 2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Departamento de Engenharia de Produção e Transportes (DEPROT), Avenida Osvaldo Aranha, nº 99 5 andar Centro CEP Porto Alegre, RS. Resumo: Visando melhorias de qualidade nos processos de usinagem, atua-se constantemente nas variáveis de entrada do processo (parâmetros de corte, geometria de ferramentas, material, etc.) para que isto seja possível. Neste trabalho buscou-se realizar uma análise das ferramentas com geometria alisadora (wiper) e convencional (standard) no torneamento de acabamento a seco do aço AISI 420C. Para tanto, foram mensurados os parâmetros de rugosidade média e total sob diferentes parâmetros de corte. Para a realização dos experimentos com as duas geometrias, utilizaram-se faixas de valores recomendados pelo fabricante, mantendo-se a velocidade de corte constante (290 m/min), seis valores de avanço (0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25 e 0,3 mm/volta) e três valores de profundidade de corte (1,0; 2,0 e 3,0 mm) combinados através da metodologia de Projetos e Análise de Experimentos. Em cada tratamento, obtiveram-se quatro medições de rugosidade a fim de compor a matriz dos valores necessários à análise. Objetivou-se com isso identificar os efeitos das geometrias alisadora e convencional sobre a rugosidade gerada na peça e assim, gerar a combinação adequada para os parâmetros de rugosidade. Tal avaliação de textura gerada no torneamento do AISI 420C permite uma caracterização comparativa do desempenho dos dois insertos no corte deste material. Palavras-chave: ferramenta wiper, ferramenta standard, projeto de experimentos, rugosidade, aço inox AISI 420C 1. INTRODUÇÃO O torneamento de acabamento é a operação final, sendo em alguns casos a única operação, onde a prioridade é a qualidade final da superfície e as tolerâncias dimensionais da peça. Devido a crescente exigência de maior eficiência e comprometimento dos processos de usinagem, vêm sendo desenvolvidos estudos cada vez mais específicos para gerar uma superfície técnica requerida no menor tempo possível eliminando-se principalmente, operações futuras de acabamento. Quando o assunto é textura e integridade da peça, existe a necessidade de redução de custos e tempos sem que haja redução da qualidade do produto final. Sabendo-se que em um processo de usinagem a rugosidade é um dos efeitos mais estudados, uma vez que, em procedimentos de remoção de material busca-se minimizar a presença de imperfeições na superfície da peça. Por fim, o objetivo deste artigo é avaliar comparativamente as ferramentas wiper (alisadora) e standard (convencional) no processo de torneamento de acabamento a seco do aço inoxidável martensítico AISI 420C, além dos parâmetros de processo como avanço (f) e profundidade de corte (a p ). Como metodologia de análise, pretende-se verificar através de um projeto de experimentos, a combinação de fatores estudados que minimizem as imperfeições na superfície tais como rugosidades média (R a ) e total (R t ) geradas no corpo de prova Aço Inoxidável Martensítico A composição básica do aço AISI 420C é ferro, carbono, cromo, manganês, níquel silício e todo aço que possui pelo menos 10,5% de cromo em sua composição química é considerado inoxidável, pois o cromo é o elemento de liga que confere aos aços inoxidáveis sua capacidade de alta resistência à corrosão (Ssina, 1995). O AISI 420C configura um material ideal para a fabricação de peças de alta precisão, como utensílios para cutelaria, instrumentos cirúrgicos, dentários, eixos, peças de bombas e válvulas, moldes para plásticos e indústria de

2 vidros. É um dos aços inoxidáveis mais comumente encontrados no mercado, tendo as mais variadas aplicações, tais quais discos de freio, turbinas, cutelaria e equipamentos cirúrgicos. Atualmente, o aço inoxidável martensítico do tipo AISI-420 é muito utilizado na confecção de ferramentas cirúrgicas. A considerável boa usinabilidade do AISI-420 facilita a fabricação destas delicadas ferramentas cirúrgicas. (Nassif, 2013) Ferramentas Standard e Wiper Juntamente com o avanço das pesquisas em usinagem está atrelada a evolução dos materiais para ferramentas de corte, que é um fator a se considerar para qualquer pesquisa relacionada à usinagem, onde cada vez mais se encontram ferramentas de corte aperfeiçoadas para melhorar o desempenho no processo de usinagem. O longo tempo decorrido entre o surgimento do aço-ferramenta e sua evolução ao aço-rápido contrapõe-se ao grande salto de qualidade e produtividade após a descoberta do metal duro e novos lançamentos no mercado. As pastilhas wiper possuem geralmente três ou mais raios de ponta (podendo chegar a nove), conferindo uma diferente interação com a superfície da peça e consequente mudança no acabamento da superfície usinada. Isso aumenta o comprimento de contato das pastilhas e o efeito das faixas de avanço de modo positivo. A redução nos tempos de corte com estas pastilhas gira em torno de 30% por conseguirem atuar em altas faixas de avanço gerando ainda boa rugosidade e boa quebra de cavaco. Considerando a influência da geometria da ferramenta, este estudo avalia a relação dos parâmetros de corte (profundidade de corte a p e avanço f) com o raio de ponta r em duas situações distintas de geometria: convencional (standard) e alisadora (wiper). De acordo com Sandvik, (2012), as pastilhas wiper são capazes de tornear com altas faixas de f, sem perder a capacidade de gerar bom acabamento superficial. O r da ferramenta wiper proporciona uma menor altura do perfil na aresta de corte da superfície gerada, o que tem efeito de alisamento na superfície torneada. A ferramenta alisadora (wiper) possui uma geometria com r modificado. Esta pequena alteração em sua geometria proporciona que f [mm/volta] possa ser dobrado sem prejudicar o acabamento superficial. Em comparação com a ferramenta standard a qual possui apenas um único r, a ferramenta wiper possui mais de um raio (r e r ω ), além de suas faces planas, permitindo que os picos da superfície gerada, que seriam deixados para trás em função da utilização da geometria convencional, sejam eliminados, o que proporciona ganho produtivo com qualidade superficial superior. Na Figura 1a é possível identificar os raios e as superfícies planas que compõe a ferramenta wiper comparados com um único raio que compõe a ferramenta standard. Na Figura 1b é possível comparar o perfil de rugosidade que será gerado durante a usinagem com as duas ferramentas, onde a menor amplitude (entre pico e vale) será registrada para ferramenta wiper devido ao seu r modificado (Mello et al., 2012). (a) Standard (b) Wiper Figura 1. Geometria da ferramenta: (a) raios (r e r ) e faces planas na ponta do inserto wiper, (b) comparação entre as geometrias standard e wiper Mello, et al., (2012) Textura da Superfície Usinada O estudo do acabamento superficial torna-se importante nos casos em que se exige uma precisão no ajuste entre peças unidas e naqueles em que a precisão dimensional e a de forma não são satisfatórias para garantir a funcionalidade do conjunto. A rugosidade superficial é a topografia microscópica deixada pela usinagem e é mais influenciada pelo processo que pela máquina. O acabamento superficial, representado principalmente pela rugosidade e geralmente especificado em projetos mecânicos, consiste em um conjunto de irregularidades que tendem a criar um padrão, ou seja, uma textura em uma determinada superfície. Tais irregularidades estão presentes em todas as superfícies reais, por mais perfeitas que aparentem ser e na maioria das vezes ocorrem devido ao método empregado na obtenção desta (Machado et al., 2009). São considerados parâmetros de rugosidade os procedimentos adotados para avaliar a textura da superfície de um componente usinado e dentre os existentes, o mais utilizado é a rugosidade média (R a ), o que se deve à sua facilidade de medição (Mesquita, 1992). A superfície obtida pelo processo de torneamento é afetada pelas condições da máquina, peça, dispositivo de fixação da ferramenta e principalmente pelo avanço f [mm/volta] e o raio de ponta r ε [mm] da ferramenta de corte. (Diniz et al., 2008; Machado et al., 2009; Kalpakjian e Schmid, 2010). O parâmetro R a consiste da média aritmética dos valores absolutos das ordenadas do perfil efetivo (medido) em relação à linha média em um comprimento de amostragem (Agostinho et al., 1990; Pereira, 2006). Além de R a, outro parâmetro internacional de rugosidade reconhecido universalmente é a rugosidade total (R t ). O parâmetro R t consiste da soma da maior altura de pico e da maior profundidade de vale do perfil efetivo (medido) em relação à linha média no

3 comprimento de avaliação. R t é empregado quando é desejável (ou necessário) especificar a altura máxima da rugosidade, pois é diretamente influenciado por qualquer defeito ou irregularidade na superfície (Machado et al., 2009). A Figura 2 mostra a representação gráfica dos parâmetros de rugosidade R a e R t. Na figura, L é a extensão da amostra, x é a abscissa da curva do perfil P(x) e LM é a linha média. Figura 2. Rugosidades R a e R t em um perfil de superfície P(x) (Mello et al., 2012) Projeto e Análise de Experimentos Os pontos experimentais foram determinados com o auxílio da metodologia de Projetos e Análise de Experimentos (PAE) ou Design of Experiments (DOE). Campos et al. (2011) relatam que os PAEs foram desenvolvidos entre 1926 e 1935 por Ronald A. Fisher, sendo posteriormente difundidos pelo mundo. Para Vasconcelos et al., (2003), DOE é um método de otimização estatística que visa trabalhar de forma simultânea na obtenção dos melhores níveis em um conjunto de fatores que exerçam influência sobre determinado processo. Este artifício vem sendo significativamente usado em processos industriais, auxiliando na determinação de quantidades e condições para a coleta dos dados que comporão a análise. Montgomery e Kowalski, (2011) ensinam que os experimentos fatoriais são úteis para estudar os efeitos principais dos fatores estudados sobre as variáveis de respostas de interesse, bem como as interações entre fatores. Observa-se a existência de uma interação entre fatores quando o efeito de um fator sobre a resposta depende do nível em que se encontram os demais fatores. Cabe destacar que a detecção de interações é prerrogativa de experimentos estatisticamente planejados em que os fatores são variados simultaneamente, não sendo passiveis de serem detectadas em experimentos tradicionais que variam um fator por vez, mantendo os demais fixos. 2. METODOLOGIA Para realização dos ensaios utilizou-se como corpo de prova uma barra de seção cilíndrica do AISI 420C conforme Fig. 3a cuja geometria, formada pela execução de rasgos, proporcionou a utilização de até doze amostras (combinações de f e a p ). Então, uma vez que se pôde utilizar o mesmo corpo de prova para diversos experimentos, variando-se apenas os parâmetros para cada um destes, foram realizados dezoito combinações (para cada ferramenta de corte). Desta forma, o experimento consistiu em se determinar as rugosidades R a e R t, variando-se apenas os valores de a p e f conforme limites estabelecidos pelo fabricante das ferramentas à velocidade de corte constante fixada em 290 m/min. A máquinaferramenta utilizada para os referidos ensaios foi um Torno CNC Mazak modelo Quick Turn Nexus 100-II (Fig. 3b). Figura 3a. Dimensões do corpo de prova [mm]. Figura 3b. Torno CNC Mazak QTN 100-II. Após a operação de acabamento foi verificada a rugosidade da superfície usinada de cada intervalo, por meio da utilização de um rugosímetro portátil Mitutoyo modelo SJ-201, com resolução de 0,01 µm, empregando um cut-off de 0,8 mm. Então, realizou-se uma demarcação na seção transversal da barra, objetivando quatro leituras a 90 cada e

4 assim traçar o perfil de rugosidade em função das combinações de avanço e profundidade de corte. A Figura 4 mostra detalhes do sistema de medição e do corpo de prova após a usinagem. Figura 4. Medição de rugosidade com rugosímetro SJ-201. Torna-se importante ressaltar que para os ensaios realizados com cada uma das ferramentas de corte, as condições de usinagem foram mantidas a fim de evitar que tais variáveis interferissem direta ou indiretamente nos efeitos de vibração do sistema (variação de rigidez) e pudessem influir prejudicialmente no resultado final Caracterização do corpo de provas Utilizou-se o aço inoxidável martensítico AISI 420C na forma de barra cilíndrica recozida com 76 mm. A composição química foi obtida no Laboratório de Metalurgia Física (LAMEF/UFRGS) através métodos instrumentais com a utilização do Spectrolab Analytical Instruments LVFA18B, equipamento para análise de metais por meio de um sistema de leitura óptica. A Tabela 1 mostra os resultados encontrados. Tabela 1. Composição química do aço inoxidável martensítico AISI 420C. Elemento Fe Cr C Mn Ni Si S Outros Peso [%] 85,8 12,95 0,329 0,326 0,234 0,176 0,0098 0,185 Foi realizado um ensaio metalográfico com amostras de material que foram submetidas a ataques de reagentes químicos Marble e Ácido Oxálico (Fig. 5), e observou-se sua microestrutura no Microscópio Óptico Olympus BX51M do LAMEF/UFRGS a fim de confirmar se a barra forjada havia passado por algum processo de recozimento prévio. (a) Figura 5. Microestrutura do AISI 420C: (a) carbonetos esferoidizados ataque com reagente Marble; (b) ataque com reagente de ácido oxálico. A dureza do material esferoidizado foi determinada no LAMEF/UFRGS a partir da média de cinco medições realizadas em escala Brinell através de um Durômetro Wolpert (carga de 187,5 kgf), cujo resultado foi 170 HB. De acordo com Callister (2012), este valor pode variar de 170 a 220 HB. (b)

5 2.2. Caracterização das Ferramentas de Corte Para o presente trabalho utilizou-se duas ferramentas com características distintas na ponta, porém ambas com geometria triangular e quebra cavacos para torneamento de acabamento. As duas possuem formato básico negativo (Tmax P), raio de ponta r = 0,4 mm e cobertura MTCVD (Medium Temperature Chemical Vapor Deposition) TiCN/Al 2 O 3 /TiN. O sistema de fixação do inserto no suporte é do tipo cunha-grampo, que minimiza a vibração. O porta-ferramentas MTJNL 2020K utilizado possui ângulo de posição r = 93. (a) TNMX WF (b) TNMG MF Figura 6. Ferramentas utilizadas: (a) geometria wiper; (b) geometria standard. As duas ferramentas selecionadas possuem variações semelhantes de seus parâmetros de corte que diferem ligeiramente de acordo com as especificações recomendadas pelo fabricante (Tab. 2). Geometria Especificação do Inserto Tabela 2. Especificações dos insertos. Parâmetros de Corte v c [m/min] f [mm/volta] a p [mm] wiper TNMX WF 290 ( ) 0,20 (0,08 0,30) 1,00 (0,20 3,00) standard TNMG MF 290 ( ) 0,15 (0,05 0,30) 0,40 (0,10 1,50) 2.3. Análise Estatística Para este trabalho, planejou-se um experimento fatorial completo, composto pelos três fatores anteriormente mencionados: dois tipos de geometria de ferramenta (standard e wiper), três níveis de profundidade de corte (a p = 1,0; 2,0 e 3,0 mm) e seis níveis de avanço (f = 0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25 e 0,30 mm/volta), resultando em 36 amostras (ou tratamentos). Foram realizadas quatro medições de rugosidade para cada tratamento, resultando em 144 pontos experimentais ensaiados. Montgomery e Kowalski (2011) citam que o projeto fatorial completo tem a capacidade de identificar tanto os efeitos do tipo de geometria de ferramenta, de a p e de f individualmente, como possíveis interações entre esses fatores. As variáveis de resposta consideradas foram os níveis de rugosidade média (R a ) e total (R t ). As variáveis de resposta serão as características de qualidade rugosidade total e média, do tipo menor é melhor. Para rugosidade média, o limite de trabalho está na faixa R a = (1,875 ± 0,625) µm. Para a rugosidade total, não foram utilizados parâmetros de especificação. Como ruído (fatores não controláveis) identificou-se alterações no ambiente, tal como a temperatura, para minimizar o possível efeito da mesma, a temperatura foi monitora, ficando entre 20,3 e 21,8 C. Os fatores controláveis foram codificados conforme a Tab. 3. Os gráficos das variáveis de resposta foram obtidos com auxílio do software Minitab 15. Tabela 3. Codificação dos fatores controláveis. Ferramenta (fator A) Profundidade de corte a p (fator B) Real Codificado Real Codificado Standard -1 0,05-1 Wiper 1 0,1-0,6 Avanço f 0,15-0,2 1-1 (fator C) 0,2 0, ,25 0, ,3 1

6 ap [mm] ap [mm] Y1 (Ra [µm])] Y1 (Rt [µm])] V I I I C o n g r e s s o N a c i o n a l d e E n g e n h a r i a M e c â n i c a, 1 0 a 1 5 d e a g o s t o d e , U b e r l â n d i a - M i n a s G e r a i s Foi realizada uma aleatorização dos ensaios a fim de evitar a influência de ordem. Esta aleatorização foi aplicada aos 36 tipos de ensaio. As repetições das medições de rugosidade, entretanto, foram realizadas sequencialmente, na ocasião de cada ensaio, por motivo de facilidade das quatro primeiras repetições. Devido à quantidade de ensaios necessários, haveria esforço demasiado na tentativa de aleatorizar também as repetições. 3. RESULTADOS Através destes experimentos, obtiveram-se os seguintes valores para ambas as variáveis de resposta, os quais estão apresentados nas Tab. 4 e Tab. 5 para as ferramentas wiper e standard respectivamente. Tabela 4. Valores medidos de R a e R t na usinagem do AISI 420C para a ferramenta alisadora (wiper). a p [mm] f [mm/volta] Y1 (R a [µm]) Y2 (R t [µm]) 1 0,05 0,35 0,36 0,39 0,4 3,84 3,63 5,58 4,26 1 0,10 0,33 0,37 0,31 0,29 3,57 4,06 3,13 2,95 1 0,15 0,88 0,81 0,7 0,84 7,81 8,66 6,29 8,84 1 0,20 0,83 0,73 0,87 0,63 8,96 7,1 8,82 7,28 1 0,25 1,17 1,14 1,2 1,25 8,55 10,2 10,52 10,31 1 0,30 2,71 2,67 2,53 2,56 12,42 13,59 12,9 13,64 2 0,05 0,65 0,4 0,76 0,54 5,2 3,13 3,76 4,07 2 0,10 0,39 0,52 0,53 0,66 4,32 4,45 5,35 6,98 2 0,15 0,65 0,82 0,7 0,89 6,86 7,35 6,87 7,76 2 0,20 0,76 0,84 0,82 0,8 7,12 7,45 8,5 7,77 2 0,25 0,93 1,01 1,15 0,98 6,44 8,19 9,76 9,89 2 0,30 1,59 1,6 1,79 1,83 10,78 9,5 10,1 10,49 3 0,05 1,49 1,69 1,54 1,55 13,41 12,33 13,87 16,3 3 0,10 1,58 1,27 1,51 1,3 15,91 13, ,95 3 0,15 1,01 1,17 1,61 1,06 7,76 10,84 6,99 11,12 3 0,20 1,15 1,6 1,18 1,64 8,19 12,82 10,65 12,44 3 0,25 2,51 2,16 2,93 2,32 18,29 21,76 21,68 17,36 3 0,30 2,53 2,92 2,86 2,49 16,16 20,16 19,78 16,57 3,00 20,00 2,50 2,00 15,00 1,50 10,00 1,00 0,50-0,05 0,1 0,15 0,2 f [mm/volta] 0,25 1 0,3 3 5,00-0,05 0,1 0,15 0,2 f [mm/volta] 0,25 1 0,3 3 Figura 7. Gráficos das superfícies de resposta para ferramenta wiper: (a) Y1; (b) Y2. Uma análise de variância dos dados foi feita, considerando-se todas as repetições, tanto na variável Y1 (rugosidade média R a Fig. 7a), como na variável Y2 (rugosidade total R t Fig. 7b), e mostram todos os fatores e todas as interações como significativas, inclusive a interação tripla. Sendo assim, os fatores mais significativos são, para Y1 (R a ), em ordem decrescente de significância: 1º) a geometria da ferramenta a ser utilizada (fator A); 2º) o nível de avanço escolhido (fator C); 3º) a interação entre geometria e avanço (fator AC);

7 ap [mm] ap [mm] Y2 (Ra [µm])] Y2 (Rt [µm])] V I I I C o n g r e s s o N a c i o n a l d e E n g e n h a r i a M e c â n i c a, 1 0 a 1 5 d e a g o s t o d e , U b e r l â n d i a - M i n a s G e r a i s 4º) a profundidade de corte (fator B); 5º) as demais interações (AB, BC, ABC), as quais ficaram consideravelmente mais próximas da não rejeição da hipótese nula. Para Y2 (R t ), os fatores significativos em ordem decrescente de significância são: 1º) a geometria da ferramenta a ser utilizada (fator A); 2º) o nível de avanço escolhido (fator C); 3º) a profundidade de corte (fator B); 4º) a interação entre geometria e avanço (fator AC); 5º) e as demais interações (AB, BC, ABC), as quais também ficaram consideravelmente mais próximas da não rejeição da hipótese nula. A menor rugosidade é obtida com a ferramenta wiper utilizando o avanço de 0,1 mm/volta e a profundidade de corte interpolada entre 1,0 e 2,0 mm, mais próxima de 1,0 mm, em uma estimativa de 1,14 mm de profundidade sendo o valor ótimo para a consideração conjunta das variáveis. Para a consideração individual da variável mais relevante, Y1 (R a ), a menor rugosidade é obtida com a mesma configuração dos fatores A (ferramenta) e C (profundidade), mas a profundidade ótima fica um pouco maior: também entre 1,0 e 2,0 mm, e mais próxima de 1,0 mm, mas com uma estimativa de 1,32 mm. Tabela 5. Valores medidos de R a e R t na usinagem do AISI 420C para a ferramenta convencional (standard). a p [mm] f [mm/volta] Y1 (R a [µm]) Y2 (R t [µm]) 1 0,05 0,64 0,76 0,75 0,71 4,92 5,33 5,08 5,66 1 0,10 1,21 1,1 1,19 1,22 9,88 10,75 10,6 9,67 1 0,15 1,7 1,67 1,69 1,74 7,91 9,35 8,76 10,02 1 0,20 2,57 2,79 2,67 2,67 12,05 13,82 12,58 11,9 1 0,25 4,15 4,32 4,14 4,25 20,15 18,91 18,46 19,59 1 0,30 7,19 6,99 6,91 6,63 31,57 31,13 33,44 29,65 2 0,05 0,69 0,56 0,57 0,54 3,25 3,39 3,81 3,63 2 0,10 0,9 0,83 0,88 0,98 7,86 5,73 7,82 8,92 2 0,15 1,84 1,91 1,89 2,19 12,01 10,52 12,05 12,99 2 0,20 3,18 2,97 3,13 2,85 18,27 16,91 19,2 18,3 2 0,25 4,72 4,6 4,89 4,31 24,34 24,5 25,5 21,95 2 0,30 8,15 8,2 8,23 7,78 38,52 37,03 35,76 37,85 3 0,05 1,18 0,87 1 1,05 13,74 8,69 8,77 12,28 3 0,10 2,64 2,27 3,02 2,6 24,9 17,3 21,86 21,42 3 0,15 2,28 2,2 2,36 2,29 14,38 18,39 15,81 15,69 3 0,20 3,98 3,74 3,63 4,22 21,68 20,66 17,75 21,94 3 0,25 5,95 5,91 6,36 5,91 29,29 27,48 29,25 28,71 3 0,30 8,4 8,04 7,98 8,49 27,8 38,15 36,02 37,81 10,00 40,00 8,00 6,00 4,00 2,00-0,05 0,1 0,15 0,2 f [mm/volta] 0,25 1 0,3 3 30,00 20,00 10,00-0,05 0,1 0,15 0,2 f [mm/volta] 0,25 1 0,3 3 Figura 8. Gráficos das superfícies de resposta para ferramenta standard: (a) Y1; (b) Y2.

8 (a) Rugosidade Média (Y1) (b) Rugosidade Total (Y2) Figura 9. Gráficos das interações entre os fatores do projeto de experimentos utilizando o software Minitab 15 para as variáveis de resposta: (a) Y1; (b) Y2. Para as questões de faixas de tolerância entre os níveis dos fatores, a comparação múltipla de médias é utilizada. Para o fator A (geometria da ferramenta) é desnecessária uma comparação de médias, uma vez que se trata de um fator de dois níveis. Para o fator B (profundidade de corte), para ambas as variáveis de resposta, os três níveis são significativamente distintos. Para o fator C (avanço), na variável Y1 (R a ) todos os níveis são distintos, e na variável Y2 (R t ) apenas os níveis 0,10 e 0,15 mm/volta não apresentam diferença significativa entre si. Com relação à tolerância dentro da interação mais significativa, a interação AC (ferramenta versus avanço), encontrou-se oito níveis de diferenciação em Y1 (R a ), dos quais a melhor escolha se refere às seguintes combinações destes fatores, sendo que nenhuma delas tem diferença significativa entre si: a) ferramenta wiper, avanço f = 0,10 mm/volta; b) ferramenta standard, avanço f = 0,05 mm/volta; c) ferramenta wiper, avanço f = 0,05 mm/volta; d) ferramenta wiper, avanço f = 0,15 mm/volta. O valor do grupo seguinte também pode ser utilizado sem grandes perdas de qualidade, embora seja considerado estatisticamente diferente apenas da opção (a), sendo ele: e) ferramenta wiper, avanço f = 0,20 mm/volta. Para Y2 (R t ) estes grupos de melhor diferenciação são os mesmos. As opções (d) e (e) representam o resultado final do experimento. Uma vez que as ferramentas não possuem diferença de preço, no fator avanço priorizam-se as possibilidades com maior avanço possível, a fim de elevar a velocidade do processo de corte. 4. CONCLUSÕES A Análise de Variância (ANOVA) mostrou que todos os fatores e todas as interações são significativos. A Tabela 6 apresenta as oito melhores combinações as quais minimizam a rugosidade através da comparação múltipla de médias. Tabela 6. Melhores combinações. Fator A (ferramenta) Fator B (a p [mm]) Fator C (f [mm/volta]) Rugosidade Media (R a [µm]) Rugosidade Total (R t [µm]) wiper 1 0,10 0,33 3,43 wiper 1 0,05 0,38 4,33 wiper 2 0,10 0,53 5,28 standard 2 0,05 0,59 3,52 wiper 2 0,05 0,59 4,04 standard 1 0,05 0,72 5,25 wiper 2 0,15 0,77 7,21 wiper 1 0,20 0,77 8,04

9 Através das análises realizadas confirma-se a informação encontrada na literatura de que as pastilhas wiper são capazes de tornear com altas faixas de avanço, sem perder a capacidade de gerar bom acabamento superficial (Sandvik, 2012). Pelo gráfico da interação AC, ferramenta versus avanço, verifica-se que tanto a rugosidade média (R a ) como a total (R t ) apresenta aumento menor com o aumento do avanço para a ferramenta wiper. Como economicamente não há diferença de custo entre as ferramentas, escolhe-se a ferramenta wiper, pois permite trabalho em uma maior faixa de valores nos parâmetros de entrada. Assim, o conjunto de fatores escolhidos que fornece a menor rugosidade (R a = 0,33 µm e R t = 3,43 µm) no torneamento do aço inoxidável martensítico AISI 420C é: ferramenta wiper, velocidade de corte v c = 290 m/min, profundidade de corte a p = 1,0 mm e avanço f = 0,10 mm/volta. 5. RESPONSABILIDADE AUTORAL Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo deste trabalho. 6. REFERÊNCIAS Agostinho, O. L.; Rodrigues, A. C. S.; Lirani, J., 1990, Tolerâncias, Ajustes, Desvios e Análise de Dimensões, Edgard Blücher, São Paulo, 295 p. Callister, W. D., 2012, Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, 8.ed, LTC, Rio de Janeiro, 817p. Campos, P. H. S.; Ferreira, J. R.; Paiva, A. P.; Balestrassi, P. P., 2011, Modelagem da rugosidade (R a, R t, R z, R q e R y ) no torneamento do aço ABNT endurecido utilizando cerâmica mista com geometria wiper. Anais do VI Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação (COBEF), Caxias do Sul, RS, Brasil, 8p. Diniz, A. E., Marcondes, F. C., Coppini, N. L., 2008, Tecnologia da Usinagem dos Materiais, 6.ed, Artliber, São Paulo, 262 p. Kalpakjian, S. and Schmid, S.R., 2010, Manufacturing Engineering and Technology, 6.ed., Pearson Prentice-Hall, Upper Saddle River, 1176 p. Machado, A. R., Abrão, A. M., Coelho, R. T., da Silva, M. B., 2009, Teoria da Usinagem dos Materiais, Edgard Blücher, São Paulo, 371 p. Mello, M. S., Souza, A. J., Geier, M., 2012, Determinação empírica dos parâmetros de rugosidade R a e R t aplicando ferramenta alisadora no torneamento a seco de acabamento do aço AISI 4140, 7º Congresso Nacional de Engenharia Mecânica (Anais do VII CONEM), 31 Jul - 03 Ago., São Luís, MA. Mesquita, N. G. M., 1992, Avaliação e escolha de uma superfície segundo sua função e fabricação, Florianópolis, Tese (Doutorado), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UFSC, 142p. Montgomery, D. C. and Kowalski, S. M., 2011, Design and Analysis of Experiments: MINITAB Companion. 7.ed., John Wiley & Sons, Hoboken, 128p. Nassif, F. B.; Rosa, G. C; Souza, A. J., Analysis of the resulting machining forces by using standard and wiper tools in dry finish turning of AISI 420, 22 nd international Congress of Mechanical Engineering (COBEM 2013), 3-7 Nov., Ribeirão Preto, SP, Brasil. Pereira, J. C. C., 2006, Determinação de modelos de vida de ferramenta e rugosidade no torneamento do aço ABNT endurecido utilizando a metodologia de superfície de resposta (DOE), Itajubá, Dissertação (Mestrado), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UNIFEI, 140p. Sandvik, 2012, Manual Técnico de Usinagem, Sandvik Coromant, São Paulo. Ssina, 1995, Designer handbook: stainless steel for machining. Specialty Steel Industry of North America, Washington, D.C., 9p. Disponível em: Acesso em Acesso em: 11.Out Vasconcelos, E. C.; Paiva, A. P.; Balestrassi, P.P., 2003, Determinação de valores objetivos em matrizes QFD usando delineamento de experimentos, Anais do XXIII Encontro Nacional de Engenharia de Produção (ENEGEP), Ouro Preto, MG, Brasil, 8p.

10 ANALYSIS OF THE MACHINING PARAMETERS INFLUENCE ON THE ROUGHNESS GENERATED BY DRY FINISH TURNING OF AISI 420C Guilherme Cortelini da Rosa, 1 André João de Souza, 1 Kelly Fu, Daniel Writzl, 1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Departamento de Engenharia Mecânica (DEMEC), Rua Sarmento Leite, nº 425 Cidade Baixa CEP Porto Alegre, RS. 2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Departamento de Engenharia de Produção e Transportes (DEPROT), Avenida Osvaldo Aranha, nº 99 5 andar Centro CEP Porto Alegre, RS. Abstract. The input variables of the process (cutting parameters, tool geometry, workpiece material etc.) are constantly modified to improve the quality in machining processes. This paper made an analysis of the cutting tools with wiper and conventional (standard) geometries in the dry finish turning of stainless steel AISI 420C. For this, the average and total roughness parameters were measured under different cutting conditions. To perform the experiments with the two geometries, ranges of values recommended by the manufacturer were used. The cutting speed was kept constant (290 m/min). Six feed rates (0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 and 0.3 mm / rev) and three values of depth of cut (1.0, 2.0 and 3, 0 mm) were combined through the methodology of Design of Experiments. In each treatment, four samples of average and total roughness were measured in order to compose the matrix of values necessary for analysis. This procedure aimed to identify the effects of standard and wiper tool geometries on the surface roughness generated in the workpiece and thus generate the appropriate combination for roughness parameters. This texture evaluation generated in dry finish turning of AISI 420C allows a comparative characterization of both inserts in the cutting of this material. Keywords: wiper tool, standard tool, design of experiments, roughness, stainless steel AISI 420C