AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS DE CORTE DA FURAÇÃO DO FERRO FUNDIDO FE 45012

Transcrição

1 XXII Congresso Nacional de Estudantes de Engenharia Mecânica 19 a 23/10/ Campos dos Goytacazes RJ AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS DE CORTE DA FURAÇÃO DO FERRO FUNDIDO FE Fabiano Cardoso; Jairo Nunes; Giovani Conrado Carlini; Fernando Henrique Gruber Colaço; Alexandre Galiotto. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina; Rua dos Imigrantes, 445 Rau CEP Jaraguá do Sul Santa Catarina Brasil. galiotto@ifsc.edu.br RESUMO: Nesse trabalho foi avaliada a influência dos parâmetros de usinagem e revestimentos de brocas na furação do Ferro Fundido Nodular classe FE Além disso, o tempo de vida das ferramentas foi verificado através da variação da corrente do motor e perda de massa das brocas usinadas. Utilizou-se brocas de aço rápido (HSS) com diâmetro de 12 mm sem revestimento, brocas com tratamento termoquímico de boretação sólida e com revestimento comercial de nitreto de Titânio (TiN). Os ensaios de furação foram realizados em um centro de usinagem utilizando velocidade de corte de 35 m/min e 20 m/min, avanço de corte de mm/rot e mm/rot. Utilizou-se barras de Ferro Fundido Nodular classe FE45012 para as furações. O programa CNC foi realizado de forma a aproveitar grande parte da superfície da barra, a profundidade de furação foi de três vezes o diâmetro da broca com furação contínua. As furações foram realizadas sem lubrificação e refrigeração. Os resultados mostraram que o aumento da velocidade de corte foi determinante na redução de vida da ferramenta e o revestimento de Nitreto de Titânio influenciou positivamente na resistência ao desgaste da broca de aço rápido. Palavras-Chave: Desgaste, Parâmetros de Corte, HSS. ABSTRACT: In this study we evaluated the influence of machining parameters and drills coverings in class drilling Cast Iron Nodular FE Furthermore, the lifetime of the tools has been verified by the motor current and the variation of weight loss machined drill. We used High speed steel drills (HSS) in uncoated 12 mm diameter drill bits thermochemical treatment and commercial solid boriding coating of titanium nitride (TiN). Drilling tests were performed in a machining center using cutting speed of 35 m / min and 20 m / min Cutting feed 0.2 mm / rev to 0.1 mm / rev. It used ductile iron bars FE45012 class for drilling. The CNC program was carried out in order to seize much of the bar surface, the drilling depth was three times the diameter of the drill with continued drilling. The perforations were made without lubrication and cooling. Results showed that increased cutting speed was instrumental in reducing the tool life and titanium nitride coating positively influenced the wear resistance of the high-speed steel drill. Keywords: Wear, Cutting Parameters, HSS. INTRODUÇÃO Na indústria, a procura por novos materiais está relacionado com o custo e a eficiência da produção. O ferro fundido tem sido muito utilizado por apresentar estas características, além de apresentar elevada resistência ao desgaste, a fadiga, boa tenacidade e usinabilidade (Klocke et al, 2007). Sua empregabilidade na indústria manufatureira vai de carcaças de máquinas, blocos de motor, indústria agrícola, automobilística, de máquinas e equipamentos, hidráulica, pneumática, etc. Na fabricação de peças, a grande maioria das operações de usinagem envolve processo de furação (DINIZ; Marcondes &Coppini, 2013). Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência dos parâmetros de usinagem e revestimentos de brocas na furação do Ferro Fundido Nodular classe FE METODOLOGIA O material utilizado para a realização dos ensaios de furação foi o ferro fundido FE com a composição química descrita conforme a Tabela 1, fornecido em barras com formato retangular nas dimensões de 510 mm de comprimento, 200 mm de largura e 60 mm de espessura.

2 Tabela 1. Composição química do ferro fundido nodular FE Composição Quimia (%) C Si Mn P S Cr Cu Mg 3,3 3,5 2,9 3,1 0,044 0,054 0,01 0,013 0,05 0,05 0,035 0,045 Foram realizadas furações nas faces superior e inferior da barra utilizando brocas de aço rápido M2 com diâmetro de 12 mm e profundidade de corte de 3 vezes seu diâmetro. Os furos foram realizados com distância entre centros de 2 vezes o diâmetro da broca utilizando o centro de usinagem Romi D600. Antes da realização das furações, as barras foram faceadas por fresamento para retirar possíveis imperfeições de fundição. Para a avaliação das condições de usinagem na furação, utilizou-se brocas de aço M2 sem nenhum revestimento, brocas de aço M2 com revestimento de TiN (nitreto de titânio) e brocas de aço M2 com um revestimento de boro. Foram realizadas 40 furações para cada condição utilizando os parâmetros de velocidades de corte de 20 m\min e 35 m\min, avanços de e mm\rev sem a utilização de algum fluido lubrificante, estas condições são mostradas na Tabela 2. Utilizou-se ar comprimido para retirada dos cavacos na furação. Tabela 2. Identificação das condições de corte Condições Vc m/min f mm/rev Revestimento H.B1 20 H.A1 35 H.B2 20 H.A2 35 N.B1 20 N.A1 35 N.B2 20 N.A2 35 B.B1 20 B.A1 35 B.B2 20 B.A2 35 HSS Sem revestimento HSS TiN HSS Boretação sólida Para a determinação da perda de massa, as brocas passaram por limpeza e pesagem no início e fim dos ensaios de furação utilizando uma balança analítica modelo AUX 220, com precisão de 0,01mg. Foram realizadas 3 medidas de massa para minimizar os erros em condições controladas de temperatura (23,2ºC) e umidade (64%) conforme a Figura 1. Para a determinação do desgaste através de imagens foi utilizado um microscópio estereoscópio modelo Stemi 2000-C. Sendo realizadas imagens de topo, das laterais e com ângulo de 58º das brocas antes e após as furações.

3 Figura 1. Medição de massa das brocas Para a determinação do desgaste por variação da corrente do motor, utilizou-se o equipamento analisador de qualidade de energia marca Fluke, conforme mostrado na Figura 2, realizou o monitoramento da corrente dos motores durante todas as furações. Figura 2. Dispositivo de medição de dados de tensão e corrente do motor As medições de corrente e tensão foram realizadas na entrada do dispositivo de comando do CNC utilizando um alicate amperímetro e ponteiras de tensão. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados de desgaste medidos através da diferença de massa antes e após as furações são apresentadas na Tabela 3. Na apresentação dos resultados os valores negativos são referente às brocas que tiveram ganho de massa durante a usinagem. Os campos em que não apresentam valores são as condições que houve quebra das brocas durante a furação.

4 Tabela 3. Desgaste medido através de perda de massa das brocas Desgaste / Perda de Massa Condição Média (mg) Desvio padrão H.B H.A ,6259 H.B H.A2 0, N.B1 0, N.A1 0,0567 0,0478 N.B2 0,0115 0,0139 N.A2 0,0575 0,0900 B.B B.A ,0874 B.B2-0, B.A2 - - Efeito do avanço no desgaste das brocas Avaliando os efeitos do avanço de corte na furação é possível verificar que, na Figura 3, somente na condição de velocidade de corte de 35 m/min houve variação significativa nas medidas de massa com o aumento do avanço de corte. a) Medição de Desgaste por Medição de Massa Tipo de Brocas, HSS - Sem revestimento 0,70 0, ,50 Vc 20 m/min Vc 35 m/min f mm/rev f mm/rev b) Tipo de Brocas, Avanço, HSS mm/rev - TiN 5 0-0,05-0 Vc 20 m/min Vc 35 m/min f mm/rev f mm/rev c) Tipo de Brocas, Avanço, HSS mm/rev - Boro 0,35 0 Vc 20 m/min 0,05-0 f mm/rev f mm/rev Vc 35 m/min Avanço, mm/rev Figura 3. Efeito do avanço no desgaste das brocas de aço rápido para os 3 tipos superfície

5 Isso pode estar relacionado com a severidade do parâmetro, ou seja, um avanço e uma velocidade de corte com maiores valores proporciona um maior valor de desgaste da ferramenta de corte. A Figura 4 mostra o desgaste ocorrido nas arestas de corte da broca usinada com a condição H.A1 comparada com a H.A2. Um acúmulo de material na aresta transversal de corte da broca usinada com a condição H.A1 também é possível verificar na Figura 4. Figura 4. Desgaste das arestas de corte das brocas usinadas com os parâmetros a) H.A2 e b) H.A1 Este acúmulo de material reduz a eficiência do corte necessitando maior potência do motor do equipamento. Na Figura 5 é possível verificar o aumento da corrente do motor em aproximadamente 1 Ampere (A) e que durante o período da furação o valor da corrente do motor aumenta a partir da metade da furação. Figura 5. Valores de corrente do motor para as condições H.A1 e H.A2, respectivamente

6 Efeito do tipo de revestimento no desgaste das brocas A Figura 6 mostra o efeito do tipo de superfície das brocas na furação do ferro fundido com os diferentes valores de avanços e velocidades de corte. a) Medição de Desgaste por Medição de Massa Velocidade de Corte, Vc - 20 m/min 0, ,30 HSS Sem HSS TiN HSS Boro f mm/rev f mm/rev b) Velocidade Tipo de de revestimento Corte, Vc - 35 m/min 0,60 0,30 0,00-0,30-0,60 HSS Sem HSS TiN HSS Boro f mm/rev f mm/rev Tipo de revestimento Figura 6. Efeito do tipo de superfície no desgaste das borcas É possível verificar que não houve diferenças significativas para valores de avanço de mm/rev. indiferente da velocidade de corte. Porém para as condições de corte com avanço de mm/rev pode-se perceber que, com velocidade de corte de 20 m/min, as brocas sem revestimento apresentaram ganho de massa em comparação com as revestidas com nitreto de titânio, conforme apresentado na Figura 7. Figura 7. Acúmulo de material na broca para condição H.B2 As brocas revestidas com nitreto de titânio não apresentaram este comportamento de acúmulo de material da barra na aresta transversal de corte para qualquer condição de usinagem. A medição da corrente do motor apresentou valores entre 2,8 A a 3 A para as condições H.B2 e N.B2. Efeito da velocidade de corte no desgaste das brocas Na Figura 8 é possível analisar os resultados da influência da velocidade de corte das brocas no desgaste medido através da diferença de massa.

7 a) Medição de Desgaste por Medição de Massa Avanço de Corte, f - mm/rev b) 0,60 0,30 0,00-0,30-0,60 Vc 20 m/min Vc 35 m/min Avanço Velocidade de Corte, de Corte, f - mm/rev m/min HSS Sem HSS TiN HSS Boro ,30 Vc 20 m/min Vc 35 m/min HSS Sem HSS TiN HSS Boro Velocidade de Corte, m/min Figura 8. Efeito da velocidade de corte no desgaste das borcas Pode-se verificar, na Figura 8 a), que não houve varição significativa nas medidas de massa para as condições de corte com avanço de mm/rev. Porém os valores da broca sem revestimento apresentaram um desvio padrão bastante elevado para a velocidade de corte de 35 m/min. Este comportamento é justificado pela condição H.A1 apresentar desgaste e acúmulo de material na broca. Na Figura 8 b) é possível verificar que as brocas sem revestimento usinadas com velocidade de corte de 20 m/min apresentaram um ganho de massa com o aumento da velocidade de corte para 35 m/min. Microdureza das brocas A Figura 9 mostra os valores de microdureza Vickers (HV) medidas no núcleo e na borda das brocas sem revestimento, revestidas com nitreto de titânio e revestidas pelo processo de boretação sólida. Dureza das brocas Microdureza Vickers, HV Núcleo Posição das indentações Borda HSS SEM HSS TiN HSS BORO Figura 9. Microdureza das brocas Nesta figura é possível verificar a diferença significativa na microdureza entre a borda e o núcleo das brocas em todos os revestimentos. Observando as brocas sem revestimento a borda da broca apresentou dureza menor em relação ao núcleo promovendo uma característica melhor de absorção de impacto. Já para as brocas revestidas com nitreto de titânio a borda é mais dura comparada com o núcleo. Nas brocas revestidas com Boro a borda apresenta dureza em torno de 23% maior em relação ao núcleo da broca e mais de 30% em relação ao aço rápido sem revestimento. Esta microdureza elevada ocorre devido ao tratamento térmico realizado para aplicação do revestimento, causando a fragilização das brocas revestidas com boro.

8 CONCLUSÃO Concluiu-se na execução deste trabalho que: O desgaste das brocas sem revestimento e com revestimento de Boro foi mais intenso com aumento da velocidade de corte. O aumento do avanço na usinagem das brocas sem revestimento e com revestimento de Boro apresentou maior desgaste somente com velocidade de corte de 35 m/min. A melhor condição de corte foi observada nas brocas revestidas com nitreto de titânio usinadas com velocidade de corte de 20 m/min e avanço de mm/min. A pior condição de corte foi observada nas brocas revestidas com Boro usinadas com velocidade de corte de 35 m/min e avanço de mm/min. O acúmulo de material na aresta transversal causou um aumento da corrente do motor mostrando um maior esforço de corte. A medição do desgaste das brocas por diferença de massa e corrente do motor não foi eficiente para prever o fim de vida da ferramenta com a quantidade de furos realizadas. A dureza na borda das brocas variou com o tipo de revestimento sendo maior para as brocas de boro. A maior dureza das brocas de boro causou a quebra nas condições de usinagem mais severas. A medição da corrente do motor não foi efetiva para a quantidade de furos executados para avaliar a vida da ferramenta. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao IFSC pelo suporte financeiro e infraestrutura para a execução do trabalho. REFERÊNCIAS Klocke, F.; Klöppe, C.; Lung, D. and Essig, C., 2007, Fundamental Wear Mechanisms when Machining Austempered Ductile Iron (ADI), CIRP vol. 56, pp DINIZ, Anselmo Eduardo; MARCONDES, Francisco Carlos; COPPINI, Nivaldo Lemos. Tecnologia da Usinagem dos Materias. 8ª edição. São Paulo: Artliber, p DECLARAÇÃO DE RESPONSABILIDADE Os autores são os únicos responsáveis pelo material impresso contido neste artigo.