INFLUENCIAS DAS CONDIÇÕES DE USINAGEM NA INTEGRIDADE SUPERFICIAL DO AÇO INOXIDÁVEL AERONÁUTICO 15-5PH.

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1 INFLUENCIAS DAS CONDIÇÕES DE USINAGEM NA INTEGRIDADE SUPERFICIAL DO AÇO INOXIDÁVEL AERONÁUTICO 15-5PH. Luis Antonio Pereira, Amauri Hassui, Aristides Magri, ¹UNICAMP, Laboratório de Usinagem dos Materiais, Departamento de Engenharia de Manufatura e de Materiais da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas, Rua Mendeleyev 200, CEP: , Campinas, SP, Brasil. Resumo: O processo de fresamento consiste em operação na qual a peça a ser usinada é alimentada contra uma ferramenta cilíndrica rotativa com várias arestas de corte. No processo de usinagem o momento do corte pode ser definido como crítico, pois neste momento as variações de temperatura e força resultam em danos nas superfícies das peças, podendo comprometer o desempenho da peça. Com isso, vários estudos buscam alternativas que visam explicar as ocorrências de falhas das peças, esse campo é conhecido também como Integridade Superficial. Sendo assim este trabalho tem por objetivo avaliar as influências das condições de usinagem na integridade de superficial do aço inoxidável 15-5PH. Para isso foram feitos ensaios de fresamento utilizando fresa de facear com pastilhas redondas, geometria neutra e positiva, novas e em fim de vida. O fresamento foi o discordante, com dois níveis de avanço por dente (fz = 0,15 e 0,25 mm/dente) e dois de velocidade de corte (v c = 170 e 195 m/min). Posteriormente foi avaliada a rugosidade 3D, dureza e microscopia eletrônica da superfície e subsuperfície. Os resultados possibilitaram avaliar a influência das condições de usinagem na integridade da superfície gerada. Palavras-chave: usinagem, fresamento, aço inoxidável 15-5 PH, rugosidade 3D, integridade superficial 1 - INTRODUÇÃO. O fresamento é um dos processos de usinagem mais empregados na indústria atual, devido a aspectos como alta taxa de remoção de material e produção de formas com boa precisão dimensional e geométrica, além de ser um processo de elevada flexibilidade, podendo ser utilizado na fabricação de superfícies planas, contornos, ranhuras e cavidades, entre outras [Marcelino et al., 2004]. No processo de usinagem o corte pode ser definido como crítico, pois neste momento as variações de temperatura e força resultam em danos nas superfícies das peças, podendo comprometer o desempenho em trabalho da peça. Com isso, vários estudos buscam alternativas que visam explicar as ocorrências de falhas das peças, esse campo é conhecido também como Integridade Superficial. Integridade da superfície é a soma dos elementos que descrevem todas as condições existentes sobre a superfície de uma peça acabada. A superfície gerada pelo processo de usinagem, seja ele torneamento, fresamento ou outro processo de remoção de material sofre diversos mecanismos tais 5901

2 como: deformação plástica, ruptura, recuperação elástica, geração de calor, vibração, tensões residuais, reações químicas, etc. A ação de todos esses mecanismos (em conjunto ou não) pode ter efeitos diferentes na nova superfície. As superfícies usinadas possuem características subdividas em diferentes níveis, rugosidade, ondulações, marcas de avanço e falhas. Assim, o termo integridade superficial é usado para descrever a qualidade de uma superfície e, portanto, engloba um grande número de alterações sofridas por ela [MACHADO et al., 2009]. 2- PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS O material utilizado neste trabalho foi a liga de aço inoxidável martensítico endurecível por precipitação UNS S15500 (15-5PH), solubilizado (condição A conforme norma SAE-AMS5862), com uma dureza de Vickers [HV]. Este aço apresenta como principais elementos de liga em sua composição o cromo (15% em massa) e o níquel (5% em massa), o que lhe dá o código 15-5, além de poder passar pelo tratamento térmico de endurecimento por precipitação, o que lhe dá o código PH. [AK STEEL 2014]. A tabela 01, demonstra a composição química do aço inoxidável martensítico 15-5PH. [Bernardelli, at al 2006] Os equipamentos utilizados foram um centro de usinagem vertical marca Mori Seiki modelo SV-40 do Departamento de Engenharia de Fabricação da Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP, e um microscópio Óptico Noephot 32 do (DEMA) e Microscópio OLS4100 do Núcleo de Manufatura Avançada na EESC-USP. Os ensaios foram realizados com ferramentas e insertos fornecidos pela empresa Sandvik Coromant. Fresa: de topo Sandvik código R300-25T12-10L, com diâmetro de 25 mm, geometria neutra, fixação roscada no cone T (figura 1), com 2 insertos intercambiáveis redondos, indicada para altos avanços e condição de semi-acabamento. Figura 1. Fresa de Topo Código Sandvik R300-25t12-10l 5902

3 Insertos: de metal duro, redondos, códigos Sandvik R , sendo testadas duas classes e duas geometrias diferentes, novas e em fim de vida, conforme apresentado na figura 2. Figura 2. Características dos insertos de metal duro utilizados no trabalho Para a realização dos ensaios foi utilizado o fresamento discordante, com dois níveis de avanço por dente (f z = 0,15 e 0,25 mm/dente) e dois de velocidade de corte (v c = 170 e 195 m/min), totalizando 14 condições. Utilizando ferramentas novas e em fim de vida. Todos os ensaios realizados utilizaram fluido de corte miscível em água com base de óleo mineral Blaser B-Cool 655 com concentração média de 7%. A figura 3, ilustra a montagem experimental. Figura 3. Montagem experimental. 5903

4 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Com os valores obtidos da rugosidade 3D, foi possível avaliar os parâmetros de resposta obtidos. [CLEITON, 2013] Comenta que os parâmetros de amplitude "S", são diferentes do parâmetro de amplitude "R", pois considera o relevo de toda a área registrada pelo microscópio 3D. O parâmetro de amplitude "S" indica desvios significativos nas características de textura, sendo aplicado na análise de superfícies usinadas. As figuras 4a e 4b, apresentam os valores obtidos da rugosidade, utilizando ferramentas novas e fim de vidas. Figura 4a. Ferramentas novas. Figura 4b. Ferramentas em fim de vida. No ensaio de usinagem foi possível visualizar os defeitos gerados pela ferramenta, utilizando ferramentas novas e em fim de vida. Nessa primeira análise podese observar que ocorreu repasse da ferramenta como apresentado na figura 5a. Esse fenômeno decorre do fato de que f z >r e. Na figura 5b, ocorreu repasse da ferramenta e vibração. [Diniz et al. 2008; Sandvik, 2011], comenta que no fresamento discordante é propício o excessivo atrito, na entrada do dente, com consequente deformação plástica nessa região da peça. No início da operação de cada dente, a componente da força de usinagem perpendicular ao avanço tende a afastar a ferramenta da peça enquanto que, no fim da operação de um dente, a aresta cortante puxa a peça para o sentido inverso. Essa alternância da componente de força de usinagem produz vibrações indesejáveis, que prejudicam o acabamento superficial e a tolerância da peça fresada. [Diniz et al. 2008] descreve também que a fixação e/ou a rigidez deficiente da peça podem gerar vibrações que são produzidas na superfície da peça. 5904

5 Figura 5a. Imagem do Neophot32 Ferramenta nova. Figura 5b. Imagem do Neophot32 Ferramenta fim de vida. A figura 6 traz 04 exemplos de topografia 3D, nas imagens geradas pode-se avaliar a topografia das superfícies fresadas, utilizando ferramentas novas e em fim de vida. As regiões em vermelho são os picos mais altos chamados de Skewness (Ssk) e as regiões em azul são os vales mais profundos chamados de Kurtosis (Sku). Figura 06a - Ensaio 1 M-MM 2040 (Nova) Vc=170m/min e Fz= 0.15 m/dente Figura 06b - Ensaio 08 M-MM 2040 (Fim de vida) Vc=170m/min e Fz= 0.15 m/dente Figura 06c - Ensaio 07 E-MM S30T (Nova) Vc=195m/min e Fz= 0.25 m/dente Figura 06d - Ensaio 14 E-MM S30T (Fim de vida) Vc=195m/min e Fz= 0.25 m/dente 5905

6 4- CONCLUSÃO Foi possível verificar as alterações decorrentes no processo de fresamento, utilizando fresa de facear com pastilhas redondas, geometria neutra e positiva, novas e em fim de vida. As ferramentas novas e fim de vida tiveram os valores da rugosidade Sa bem próximas, devido ao desbalanceamento causado pelo sistema fixação e ferramenta, ocasionando vibrações e prejudicando a superfície usinada. O repasse da ferramenta gerados na integridade superficial é decorrente de quando f z >r e. A ferramenta fim de vida causa aumento dos parâmetros da rugosidade, bem como nas propriedades térmicas e mecânicas do material. Para os parâmetros de rugosidade, skewness e kurtosis, foi possível evidenciar os efeitos distintos dos parâmetros de usinagem no acabamento superficial, onde a força de avanço influencia diretamente na superfície usinada. A deflexão da ferramenta que se encontra em balanço no fresamento pode causar variações na usinagem e prejudicando assim o acabamento superficial. 5- REFERÊNCIAS Assis, C.L.F - Microfresamento de aços com grãos ultrafinos Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e Área de Concentração em Manufatura - Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, AK STEEL, Stainless steel, 2014 Disponível em < Acesso em 11 de junho de Bernardelli, E.A.; Reisdofer; D.B.; Borges, P.C. - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) - Efeito da temperatura no tratamento concomitante de nitretação e envelhecimento a plasma do aço inoxidável martensítico 15-5 PH, (17 CIBEMAT) Suyama, D.I, Efeitos do fresamento com alta velocidade de corte na integridade superficial de aços ferriticos com grãos ultrafinos UNESP-Ilha Solteira Dissertação de Mestrado. Diniz, A.D.; Marcondes, F.C.; Coppini, N.L. Tecnologia da usinagem dos materiais. 6st Ed. São Paulo: Artliber, Marcelino, A. P.; Domingos, D. C.; Campos D. V.; Schroeter R. B. Medição e simulação dos esforços de usinagem no fresamento de topo reto de ligas de alumínio tratável termicamente In: Congresso Estudantil De Engenharia Mecânica - Creem, 11., 2004, Nova Friburgo. Anais... Nova Friburgo: Instituto Politécnico da Universidade do Estado do Rio de Janeiro,

7 Machado, A. R. et al. Formação de cavacos. In: Teoria da usinagem dos materiais. São Paulo: Edgard Blücher, p v Sandvik Coromant, Tool Wear. In. Modern Metal Cutting. 1st English ed. Suíça: Tofters Tryckery AB,