ANÁLISE DOS ESFORÇOS E RUGOSIDADE QUANDO ALTERADOS AVANÇO E VELOCIDADE DE CORTE NO FRESAMENTO FRONTAL DO AÇO SAE 8640

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1 ANÁLISE DOS ESFORÇOS E RUGOSIDADE QUANDO ALTERADOS AVANÇO E VELOCIDADE DE CORTE NO FRESAMENTO FRONTAL DO AÇO SAE 8640 C. L. dos Santos; D. U. Braga; F. O. Neves; A. S. C. da Silva Avenida Santos Dumont, 75 Vila Santa Terezinha São João del-rei MG Cep.: , camilo_santos@ufsj.edu.br Universidade Federal de São João del-rei RESUMO O aço SAE 8640 possui boas características mecânicas e metalúrgicas, sua dureza pode alcançar 57 HRC temperado, sendo amplamente utilizados. Para avaliar sua usinabilidade, propôs-se um planejamento estatístico DOE para ensaios de fresamento frontal utilizando-se fresa de metal duro com 2 arestas e diâmetro 20 (mm) e fixados a espessura de corte (ae) de 19 (mm), o volume de cavaco removido com consequente variação do ajuste (ap). Variou-se dois níveis de velocidade de corte (vc), três níveis de avanço por dente (fz), dois níveis de meio lubro-refrigerante e três replicas, totalizando 36 ensaios. Os corpos de prova de seção quadrada de 40 (mm) foram fixados a um dinamômetro piezoelétrico para aquisição dos esforços de usinagem. Também foram avaliadas as rugosidades da superfície. Pôde-se observar uma variação significativa dos esforços de corte e avanço quando aumentada a velocidade de corte e avanço por dente para a mesma produção de cavaco. Palavras-chave: Fresamento frontal, SAE 8640, Rugosidade, Esforços. 1. INTRODUÇÃO Os processos de usinagem ocupam uma posição de destaque dentre os demais processos utilizados na fabricação de peças e componentes automotivos e industriais. 6470

2 Dentre estes variados processos, o fresamento se caracteriza por uma ferramenta chamada fresa provida de arestas cortantes dispostas simetricamente em torno de um eixo. O movimento de corte é proporcionado pela rotação da fresa ao redor do eixo, o movimento de avanço e feito pela peça que está fixada na mesa da máquina (DINIZ, MARCONDES, COPPINI, 2008). A taxa de remoção de material é elevada devido ao fato de se ter um grande número de dentes fixados nas extremidades das fresas. O fresamento é usado para a produção de formas curvadas, cavidades, superfícies planas, rasgos de chaveta, etc. Em função da posição da árvore da máquina, a mesma se se classifica em horizontal, vertical ou inclinado (FERREIRA, 2011). O aço SAE 8640, após usinagem, permite obter precisão dimensional e qualidade da superfície que são requisitos fundamentais exigidos pelas indústrias. Ele é um aço de baixa liga que alia resistência mecânica, média usinabilidade, baixa soldabilidade e temperabilidade elevada. Na indústria automotiva e agrícola, peças como eixos, pinos, rolamentos e virabrequins são obtidas através da usinagem do aço SAE 8640 na condição de laminado a quente ou tratado termicamente. No fresamento frontal, é muito importante minimizar as forças de corte, já que é um processo intermitente que pode levar a vibrações indesejáveis, resultando em acabamento superficial deficiente, impacto e choques mecânicos (LIU et al., 2002 apud FERREIRA, 2011). As ferramentas de metal duro combinam dureza a alta temperatura e tenacidade, devido a sua variação de composição. Aliadas aos diversos tipos de revestimento, como TiN, TiNC, TiAlN e AlTiN, esta se encontra protegida do desgaste direto, diminuindo o atrito entre a ferramenta e a peça. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização dos experimentos foram fabricados corpos de prova na seção quadrada de 40 (mm) na quantidade de 36 peças numerados para manter a ordem dos experimentos. A preparação dos corpos de prova e os ensaios de fresamento foram realizados no Laboratório de Fabricação do GRUFAB/DEMEC/UFSJ. Utilizou-se para os ensaios de usinagem, um Centro de usinagem DISCOVERY 560 ROMI. Para aquisição dos esforços de corte foi utilizado um dinamômetro piezoelétrico estacionário de quatro canais da Kistler 9272 em interface com o 6471

3 amplificador de sinais Kistler 5070ª acompanhado com o software de DinoWare também fornecido pela Kistler interligados num computador desktop para aquisição e estudo dos dados de esforços aquisitados. Na fig. 2 é ilustrado todo sistema de aquisição utilizado. Fig. 2 Sistema de aquisição de esforços Foi fabricado um dispositivo de fixação para o corpo de prova em aço SAE 1045 com a geometria necessária para montagem no dinamômetro projetado para garantir a rigidez necessária afim de não comprometer a aquisição dos esforços de corte conforme mostrado na fig.3. Fig. 3 Dispositivo de fixação do corpo de prova. A medição da rugosidade superficial foi realizada com o Rugosímetro Mitutoyo Surftest modelo SJ400 conforme a fig. 4, utilizando um cut-off de 0,8 efetuando-se a medição em três pontos diferentes da peça usinada, anotando os valores extraídos em R a e R z para estudo estatístico. Fig. 4 Rugosímetro Mitutoyo Surftest. 6472

4 A ferramenta utilizada foi adquirida pela Sandivik Coromant com o código R T3 04M-PM 530 fixada no suporte cilíndrico com diâmetro de 20 (mm) sendo 2 arestas de corte, preso na máquina através de porta pinça com padrão cone ISO BT 40 conforme a fig. 5. Fig. 5 Ferramenta e pastilhas utilizadas nos ensaios. A cada experimento foi verificado a integridade da pastilha com auxílio de lupa e a cada 5 ensaios consecutivos a mesma foi levada a um microscópio Mitutoyo para validação de sua integridade e mesmo não havendo desgaste foram substituídas por pastilhas novas após 18 ensaios mantendo o mesmo processo de verificação. Os fatores de controle (variáveis de entrada) utilizados, bem como seus respectivos níveis, foram o avanço por dente (três níveis) e a velocidade de corte (dois níveis) mantidas constantes a mesma taxa de remoção de material fixando a espessura de corte (a e ) de 19 (mm) com consequente variação do ajuste na profundidade de corte (a p ), repetindo estas condições para ensaios com emulsão (5%) e a seco. As condições e parâmetros utilizados são mostrados na tab. 1. Tab. 1 Variáveis de entrada para o experimento. Emulsão (5%) e seco. v c (m/min) Avanço por dente f z Foi configurado no software DinoWare o tempo e sua frequência de aquisição afim de conseguir o maior número de amostragem dos esforços (força de avanço, força de corte e momento) durante a passagem da ferramenta no fresamento do 6473

5 corpo de prova. Para cada ensaio foi gerado um gráfico dos esforços e os dados exportados para os trabalhos estatísticos de análise dos resultados obtidos. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES De acordo com o experimento realizado e análise dos dados obtidos verificouse uma queda nos esforços de corte (força de avanço. força de corte e momento) quando aumentou a velocidade de corte (v c ) e avanço por dente (f z ), podendo ter relação direta com a queda da penetração (a p ), que variou-se para um menor valor proporcionalmente quando aumentou a velocidade de corte e o avanço por dente onde podemos observar nos gráficos constantes na fig. 6. A troca da condição sob emulsão de 5% e a seco não interferiram nos resultados de esforços. Fig. 6 Gráfico de Momento. Na figura 10 relacionado ao gráfico de força de avanço mostra a mesma tendência do gráfico de momento (fig. 7) quando aumenta a velocidade de corte (v c ) mantendo o avanço por dente (fz) acontecendo o mesmo quando aumenta o avanço por dente (fz) para uma mesma velocidade de corte (v c ) os esforço diminuem. Fig. 7 Força de Avanço. 6474

6 A mesma alteração verificada nos esforço de momento e força de avanço acontece para análise da força de corte como ilustra a fig. 8. Fig. 8 Força de Corte Na medição de rugosidade não houve considerações fora de uma análise convencional, onde que, quando se mantém a velocidade de corte, a rugosidade aumenta de acordo com o aumento do avanço por dente, quando fixa-se o avanço por dente a rugosidade aumenta à medida que diminui a velocidade de corte tanto para R a quanto para R z. Quando variou-se a emulsão houve um leve decréscimo da rugosidade para a condição à seco no menor valor de avanço por dente, para os outros valores não houve variação significativa. 4. CONCLUSÃO A partir da análise dos resultados do fresamento frontal do Aço SAE 8640 utilizando dois nível de velocidade de corte de 200 e 250 (m/min) e três níveis de avanço por dente 0,05 e 0,075 e 0,1 (mm/dente) nas condições com emulsão abundante em 5% e a seco, utilizando pastilha de metal duro fixados em suporte de duas pastilhas, pode-se concluir que: - Não houve interferência nos esforços de corte (força de avaço (Ff), força de corte (Fc) e momento torsor (Mt) quando usinados nas condições de emulsão a 5% e a seco. - A velocidade de corte influenciou diminuindo os esforços (força de avanço, força de corte e momento torsor) quando aumentou a velocidade de corte. - A variação do avanço por dente (f z ) também influenciou diminuindo os esforços à medida que aumentava o avanço. 6475

7 - De acordo com o resultado observado mostra-se que a penetração de corte pode ser o fator que mais influência no aumento dos esforços no fresamento frontal sugerindo aqui este estudo para trabalhos futuros. 5. AGRADECIMENTOS Agradeço ao Professor Doutor Durval Uchôas Braga a esta oportunidade, atenção e orientação dispensada para a realização desta pesquisa, ao DEMEC, a FAPEMIG e a SANDVIK pela concessão das ferramentas. 6. REFERÊNCIAS ASSIS, C. L. F.; Efeito do fresamento com alta velocidade de corte na usinabilidade de aços ferríticos com grãos ultrafino. 122f Dissertação (Mestrado), Faculdade de Engenharia, UNESP, Ilha Solteira. COSTA, A. R.; Otimização do processo de fresamento de cavidades com fresas de insertos intercambiáveis f. Dissertação (Mestrado) Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas-Unicamp, Campinas. de LIMA, D. R. F.; O aço SAE 8640 é um aço de alta resistência mecânica, boa usinabilidade, alta tenacidade, elevada temperabilidade e baixa soldabilidade f. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRS, Porto Alegre. DINIZ, A. E. MARCONDES, F. C., COPPINI, N. L,; Tecnologia da Usinagem dos Materiais, 5a Ed., São Paulo: Editora Artliber., p. dos SANTOS, E.C.; Fresotorneamento com ferramentas de cbn do Aço ABNT 8620 Endurecido f. Dissertação (Pós-graduação). Universidade Nove de Julho, São Paulo. FERREIRA, M.; Avaliação do desgaste da ferramenta de metal duro revestida com TiN no fresamento do aço ABNT4140 a seco e com fluido sintético 8% em água f. Dissertação (Mestrado). Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais - PUCMINAS, Belo Horizonte. JÚNIOR, J. R. B.; Analise de tensões residuais, integridade superficial e forças de usinagem no fresamento de topo de aço SAE 4340 endurecido f. Dissertação (Mestrado). Centro Universitário da FEI, São Bernardo. 6476

8 MACHADO, A. R., DA SILVA, M. B., 2004,; Usinagem dos metais, Apostila 8ª. Versão, Editora da Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, Brasil, 257p. MARCELINO, A. P.; DOMINGOS, D. C.; CAMPOS D. V.; SCHROETER R. B.; SAE - SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS - HANDBOOK V.1., Materials, Fuels, Emissions and Noise SAE J404, Chemical compositions of SAE alloy steels, Warrendale, pp. 3, SANDVIK COROMANT; Catálogo principal. Catálogo. São Paulo, p. SOUZA JÚNIOR, A. M.; Estudos da Utilização de PCBN e Cerâmica Mista no Fresamento de Blocos de Motores de Ferro Fundido Cinzento p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) PUCMINAS, Belo Horizonte. ANALYSIS OF FORCES AND RUGOSITIES WHEN ALTERED FEED AND SPEED MILLING CUTTING IN FRONT OF STEEL SAE 8640 ABSTRACT The SAE 8640 steel has good mechanical and metallurgical characteristics, can achieve hardness 57 HRC toughened, being widely used. To evaluate its machinability, proposed a statistical DOE planning for face milling tests using carbide mill with two edges and diameter 20 (mm) and fixed thickness of cut (ae) 19 (mm), the volume of chips removed with consequent variation adjustment (ap). Was varied two levels of cutting speed (vc), three levels of feed per edge (fz), two levels of emulsion and three replicas, totaling 36 trials. The test pieces of square section 40 (mm) were fixed to a piezoelectric dynamometer for machining acquisition forces. The surface roughness were also evaluated. Could observe a significant variation of the cutting forces and advances increased when the cutting speed and feed per edge for the same chip production. Keywords: Front milling, SAE 8640, The surface roughness, Cutting forces. 6477