ESTUDO DA USINAGEM DE UM EIXO APÓS A RECUPERAÇÃO POR SOLDAGEM A ARAME TUBULAR

Transcrição

1 ESTUDO DA USINAGEM DE UM EIXO APÓS A RECUPERAÇÃO POR SOLDAGEM A ARAME TUBULAR COF Resumo: Usinagem é definida por um processo simples e complexo ao mesmo tempo. Complexo devido as dificuldades em se determinar as imprevisíveis condições ideais de corte. Simples porque, uma vez determinadas essas condições o cavaco se forma corretamente, dispensando qualquer tipo de intervenção do operador. Uma das aplicações dos processos de usinagem está vinculada ao processo de recuperação de eixos por soldagem. Muitos desses elementos quando sofrem falhas são soldados e posteriormente, usinados. Muitas vezes a seleção dos parâmetros de usinagem e das ferramentas de corte segue o fator intuitivo do operador, sem considerar os possíveis desgastes das ferramentas devido as alterações microestruturais presentes em virtude da ação dos ciclos térmicos de soldagem. E ainda, como as propriedades sofrem mudanças, as dimensões iniciais de projeto do eixo podem não oferecer a confiabilidade necessária, o que pode acarretar em um novo dimensionamento do eixo com as condições posteriores a recuperação. O presente estudo visa analisar os parâmetros de usinagem para elementos mecânicos que sofreram alterações na sua microestrutura após passarem por um processo de soldagem de manutenção. O desenvolvimento foi a partir de corpos de prova que foram soldados e posteriormente torneados, possibilitando a avaliação do desgaste da ferramenta. Para determinar os parâmetros de usinagem foram feitos ensaios de dureza ao longo da peça soldada, medição de rugosidade e análise do desgaste da ferramenta. Foi possível determinar a velocidade de corte e assim os parâmetros de usinagem. Palavras-chave: Usinagem, Parâmetros de usinagem, Soldagem de manutenção 1. INTRODUÇÃO A soldagem de manutenção é um meio ainda muito utilizado para prolongar a vida útil das peças de máquinas e equipamentos. Ela promove economia para as indústrias, pois reduz as paradas das máquinas e diminui a necessidade de se manter grandes estoques de reposição. Uma situação crítica pode ser citada quando alguns equipamentos são retirados de linha ou deixam de ser fabricados. Situações problemáticas como essas são resolvidas pela soldagem de manutenção que tem como objetivo principal agir com rapidez e eficiência para que peças danificadas voltem a funcionar, garantindo a produção. A primeira etapa do processo de recuperação de peças é a soldagem a qual, na maioria das vezes, é feita através do processo a eletrodo revestido, seguido da usinagem das peças (Marques, 2006). Usinagem se define por um processo simples e complexo ao mesmo tempo, no qual se produzem peças removendo-se o excesso de material na forma de cavacos. Sendo o cavaco a porção de material retirada pela ferramenta caracterizando-se por apresentar forma irregular É um processo complexo devido as dificuldades em determinar as imprevisíveis condições ideais de corte. E simples porque, uma vez determinadas essas condições, o cavaco se forma corretamente, dispensando qualquer tipo de intervenção do operador (Machado, 2012). De acordo com Black (1995), a imprevisibilidade da usinagem se deve ao fato de esse ser o único processo de deformação plástica cuja única restrição é oferecida pela ferramenta de corte (Machado, 2012). Umas das principais operações de usinagem convencional executada com ferramenta de geometria bem definida é o torneamento. O torno é uma máquina-ferramenta que permite usinar peças de forma geométrica de revolução. Nesse caso a peça gira no eixo do torno enquanto a ferramenta de corte realiza os movimentos de avanço longitudinal e/ou transversal. O torno é uma máquina operatriz extremamente versátil utilizada na fabricação ou acabamento em peça Para isso utiliza-se de placas para fixação da peça a ser trabalhada. Essas placas podem ser de três castanhas, se a peça for cilíndrica ou quatro castanhas se o perfil for retangular. É importante salientar que todas as operações realizadas no torno podem ser subdivididas em acabamento e desbaste (Machado, 2012). A manutenção e o manuseio das ferramentas constituem fatores de grande importância na obtenção de resultados satisfatórios. O desgaste excessivo aumenta o risco de quebra, prejudica o acabamento superficial e a tolerância da peça. As pastilhas gastas em operações de acabamento podem ser utilizadas posteriormente em operações de desbaste, pois admitem um desgaste maior.

2 2. MOTIVAÇÃO E OBJETIVOS A motivação para esse trabalho surgiu durante um trabalho realizado no DMEC - UFS o qual visava o desenvolvimento de uma solução para aplicação industrial. O trabalho constituiu na soldagem de um pequeno eixo de SAE 4340 de 0,027 m de diâmetro, sendo em seguida usinado. Este é um aço para beneficiamento de alta resistência mecânica, elevada temperabilidade, alta tenacidade e baixa usinabilidade. É destinado principalmente à fabricação de eixos, bielas, virabrequins e peças com alta solicitação mecânica. O desafio era verificar o desgaste sofrido pela ferramenta de usinagem após trabalho na peça soldada. A Figura (1) mostra o tipo mais comum de desgaste em ferramentas, o desgaste frontal. O uso da velocidade de corte inadequada para a realização da operação e a tenacidade elevada da pastilha também ocasionam esse tipo de desgaste Figura 1 - Desgaste frontal em ferramenta de torneamento Geralmente este tipo de problema é resolvido reduzindo a velocidade de corte ou modificando o tipo de ferramenta por uma classe que tenha maior resistência ao desgaste. Não foi encontrado nenhum tipo de trabalho que discuta com profundidade o assunto. A rotação da máquina tem papel principal no controle do processo, uma vez que é uma função dependente da velocidade de corte. Desta forma o objetivo desse trabalho foi analisar os parâmetros de usinagem para elementos mecânicos que sofreram alterações na sua microestrutura após passarem por um processo de soldagem de manutenção. O desenvolvimento foi a partir de corpos de prova que foram soldados e posteriormente torneados, possibilitando a avaliação do desgaste da ferramenta. Foi possível determinar a velocidade de corte e assim os parâmetros de usinagem. Foi analisada também a modificação da dureza do material após a soldagem de manutenção, esse aumento foi localizado na ZAC com grãos grosseiros. 3. METODOLOGIA Os ensaios de usinagem constituíram-se em usinar corpos de prova de aço SAE 4340, em formatos cilíndricos, Fig. (2), que foram recuperados por soldagem. Figura 2 - Corpo de Prova

3 O torno mecânico utilizado foi o Torno Universal ROMI T 240, com motor de 5592,75 Watts, diâmetro de barramento 0,455 m e com faixas de velocidades de 44 a 2400 rpm. Em todo processo de torneamento foi utilizada a ferramenta ISCAR Metal Duro IC5005. Os ensaios de soldagem foram realizados com arame tubular básico E71T-5C e com composição química de 0,04% de C e 0,5% de Si. A Figura (3) mostra o corpo de prova montado para a realização da soldagem. Figura 3 - Ensaio de Soldagem Todo o processo de usinagem foi realizado com velocidade de corte que variou entre 45 a 68 m/min. Foram desenvolvidos corpos de prova no formato de pequenos eixos, conforme Fig. (1) e os mesmos foram submetidos a soldagem do tipo arame tubular básico do tipo E71T-5C que deposita metal de solda com características similares a de um eletrodo revestido básico E7018. Após essa etapa os corpos de prova foram novamente usinados em torno mecânico convencional. O corpo de prova foi cortado e submetido a limpeza através de água e agente tensoativo. Os eixos foram cortados e lixados com lixas de granulometria até 600. Em seguida foi traçado um perfil de dureza que partiu do centro do eixo e foi até a superfície, a carga de 1kg foi aplicada durante 10 segundos. Foram analisados ainda, os desgastes nas ferramentas de corte para associar às regiões mais endurecidas da região da solda. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1. Soldagem do Eixo A soldagem para recuperação de componentes mecânicos alterou significativamente a microdureza do material, elevando-a de forma significativa sendo possível observar nitidamente na Figura (4) a modificação causada pela soldagem. A primeira etapa desse trabalho é verificar os possíveis desgastes sofridos na ferramenta e determinar, para essa condição de usinagem empregada, os parâmetros adequados. Desta forma não houve preocupação, nesse momento, com a qualidade da solda realizada.

4 Figura 4 - Macrografia do Corpo de Prova A região 4 é determinada pelo metal de base, o aço carbono SAE A região demarcada pelo número 3 é configurada como a zona termicamente afetada pelo calor liberado pelo processo de soldagem (ZAC). A ZAC apresenta uma região com grãos grosseiros, mais próxima da zona fundida e representada pelo número 3 na Fig. (4). Nesse tipo de material essa região pode apresentar martensita. Ainda na ZAC foi possível observar na macrografia uma região mais clara, marcada na Fig. (4) pelo número 2. Essa região sofreu recristalização dos grãos devido aos passes subsequentes de solda, o que, segundo Lancaster (1999) pode provocar um refino localizado dos grãos, conforme pode ser observado na Figura (5). Figura 5 Região recristalizada da ZAC influência dos passes de soldagem A região 1 é o cordão de solda que apresentou uma dureza ligeiramente superior ao metal de base. Essa dureza superior é comum, uma vez que o cordão deve ter resistência superior a peça, obedecendo assim a regra que a falha nunca deve acontecer no cordão de solda. Uma análise microestrutural mais detalhada desse eixo soldado será desenvolvida em outro trabalho Perfil de Microdureza Para a realização do perfil de microdureza, o eixo foi cortado longitudinalmente a fim de verificar variações de dureza em função da influência térmica provocada pelo processo de soldagem para manutenção. O perfil de microdureza e a relação entre esta e as fases encontradas na análise metalográfica está apresentado na Figura (6).

5 Figura 6 - Perfil de microdureza, MB: metal base, ZAC-GF: zona afetada pelo calor grão-fino, ZAC-GG: zona afetada pelo calor grão-grosseiro, MS: metal de solda 4.3. Desgaste na Ferramenta de Usinagem Em muitas aplicações o desgaste das ferramentas é causado por uma série de fatores. A resistência ao desgaste é geralmente em função da natureza da ferramenta, da composição da liga ou do tipo de carbonetos (Silva, 2006). A progressão do desgaste é influenciada, principalmente, pela velocidade de corte, depois pelo avanço e por último pela profundidade. A análise do desgaste foi feita através da macrográfia da ferramenta usada no desbaste do corpo de prova. A mesma apresentou dois principais defeitos comuns em usinagem de materiais duros. Como podemos ver na Figura (7) foi verificado o desgaste lascamento de ponta. Figura 7 - Lascamento de ponta Esse problema observado na Fig. (7) pode ser causado quando a ferramenta for frágil, por vibrações entre a peça e a ferramenta ou quando a classe do material usinado for muito dura. Para compreender o que ocorreu foi observado o perfil de microdureza do material usinado (FIG. 6). Observou-se que comparando-se a dureza do MB com a dureza da ZAC-GG, houve um aumento desta, passando de 300 HV para 700 HV. O fabricante da ferramenta utilizada recomenda essa ferramenta para a usinagem de aço carbono com a dureza aproximada no metal de base empregado, porém, após a

6 soldagem essa dureza terminou extrapolando o limite recomendado, na região da ZAC, o que pode ter levado ao desgaste observado. As soluções para que esse tipo de desgaste não ocorra são: melhorar a estabilidade da ferramenta, empregar uma classe mais tenaz, empregar uma pastilha com aresta mais resistente ou diminuir o avanço. Dentre as soluções apresentadas é aconselhável que o operador diminua o avanço pois é a solução mais rápida e barata para o problema apresentado. A segunda complicação apresentada pela ferramenta aconteceu na outra aresta. O desgaste, conhecido como desgaste frontal, Fig. (8) é comum quando se aplica altas velocidades de corte ou quando a pastilha é feita de um material muito tenaz. Figura 8 - Desgaste frontal A recomendação para solucionar esse tipo de desgaste é reduzir a velocidade de corte ou empregar uma classe de ferramenta mais resistente ao desgaste. Esse trabalho ainda encontra-se em andamento onde serão levantadas outras análises que interliguem esse desgaste da ferramenta às regiões do eixo recuperado por soldagem, pois a ferramenta fica sujeita a diferentes durezas provenientes do metal de adição, da ZAC e do metal de base do eixo, isso numa mesma operação de corte. 5. CONCLUSÃO Com base no perfil de dureza traçado na peça foi possível detectar o motivo da ferramenta ter um desgaste maior e inclusive, determinar as regiões do corpo de prova que ocasionaram o desgaste da ferramenta. A ferramenta de corte apresentou desgaste frontal e lascamento de ponta, esse tipo de desgaste corrobora para o fato do aumento de dureza na ZAC afetar na escolha da ferramenta para a usinagem do eixo base bem como sobre a determinação dos parâmetros de usinagem. 6. AGRADECIMENTOS À Universidade Federal do Espírito Santo - UFES, pelo apoio nos ensaios de soldagem e usinagem, em especial ao Prof. Dr. Temistócles de Souza Luz. Ao professor Dr. Sandro Griza, do Laboratório de Caracterização do Departamento de Engenharia de Materiais da UFS pelo suporte dado na realização dos ensaios metalográficos. À Nardelli Usinagem que possibilitou o auxílio com as ferramentas de corte. 7. REFERÊNCIAS Lancaster, J.F., 1999, Metallurgy of Welding. Woodhead Publishing Limited, 6 th Edition, Cambridge, England. Machado, A.R., 2012, Teoria da Usinagem dos Materiais. Edgard Blücher Ltda., São Paulo, Brasil. Marques, P.V. & Modenesi, P.J. Introdução aos Processos de Soldagem. Belo Horizonte. Fevereiro, Silva, R. B. da, 2006, Desempenho de diferentes materiais de ferramentas de corte no torneamento de acabamento da liga de titânio Ti-6Al-4V com a tecnologia de aplicação de fluido de corte à alta pressão. Tese de doutorado, Universidade de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Mecânica, Programa de pós-graduação em Engenharia Mecânica, 2006.

7 8. DIREITOS AUTORAIS Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho. STUDY OF A MACHINING AN AXIS AFTER WELDING WIRE TUBE RECOVERY Marcos Menino de Macedo Filho, marcosmeninomacedo@gmail.com¹ Alessandra Gois Luciano de Azevedo, aglazevedo@hotmail.com¹ Adam Andrade Araújo, andrade.adam.a@gmail.com¹ Genilto Aquilino dos Santos Neto, genilto_neto@hotmail.com ¹ Sandro Griza, sandro.griza@gmail.com ¹ ¹ Universidade Federal de Sergipe, Av. Marechal Randon S/N, Bairro Roza Elze, São Cristovão-SE Abstract: Machining is defined by a simple and complex process at the same time. Complicated because of the difficulties in determining the unpredictable ideal cutting conditions. Simple because once certain these conditions the splinter is formed correctly, avoiding any operator intervention. One of the applications of machining processes is linked to the axis recovery by the welding process. Many of these elements when they suffer failures are soldiers and subsequently machined. Often the selection of machining parameters and cutting tools follows the intuitive factor of the operator, without considering the possible wear of the tools due to the microstructural changes present of the action of thermal welding cycles. And yet, as the properties undergo changes, the initial dimensions of shaft design may not provide the necessary reliability, which can lead to a new sizing of the axle with the conditions subsequent a recovery. This study aims to analyze the machining parameters for mechanical elements that have changed in their microstructure after undergoing a maintenance welding process. The development was from specimens that were welded and then turned, allowing the evaluation of the tool wear. To determine the machining parameters hardness tests were made along the welded part, roughness measurement and analysis of tool wear. It was possible to determine the cutting speed and thus the machining parameters. Palavras-chave: Machining, Machining parameters, Maintenance welding