COMPARAÇÃO ENTRE FERRAMENTA ALISADORA E FERRAMENTA CONVENCIONAL NO TORNEAMENTO DE ACABAMENTO PARA AÇOS BAIXO CARBONO E BAIXA LIGA

6º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 6 th BRAZILIAN CONFERENCE ON MANUFACTURING ENGINEERING 11 a 15 de abril de 2011 Caxias do Sul RS - Brasil April 11 th to 15 th, 2011 Caxias do Sul RS Brazil COMPARAÇÃO ENTRE FERRAMENTA ALISADORA E FERRAMENTA CONVENCIONAL NO TORNEAMENTO DE ACABAMENTO PARA AÇOS BAIXO CARBONO E BAIXA LIGA Martin Geier, martin.geier@ufrgs.br 1 Marcelo Souza de Mello, marcelo.souza@ufrgs.br 1 André João de Souza, ajsouza@ufrgs.br 1 1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS, Departamento de Engenharia Mecânica DEMEC, Rua Sarmento Leite, 425 Centro CEP: 90050-170 Porto Alegre, RS. Resumo: Os processos de usinagem de alto desempenho procuram associar os parâmetros ótimos de corte e a máxima taxa de remoção de material com ferramenta mais adequada, controlando do estado da superfície usinada. Neste trabalho, avalia-se de maneira comparativa a rugosidade gerada por ferramentas de corte convencionais (standard) e alisadoras (wiper) no torneamento de acabamento dos aços SAE 1020, SAE 1045 e SAE 4140. Utilizam-se diferentes combinações com os materiais e os parâmetros de corte sem aplicação de lubrirrefrigerante, de forma a determinar a melhor combinação destes parâmetros visando uma máxima taxa de remoção de material com menor rugosidade da superfície usinada. Os resultados experimentais comprovam a eficácia da ferramenta alisadora em gerar excelente acabamento superficial, indicando que seu uso permite aumentar significativamente a taxa de remoção de material sem alterar a rugosidade superficial em operações com altas taxas de avanço. Palavras-chave: ferramenta alisadora, acabamento superficial, taxa de remoção de material, torneamento 1. INTRODUÇÃO Nos processos de usinagem, as tolerâncias dimensionais e geométricas, bem como a rugosidade superficial, têm influência significativa sobre a qualidade final do produto. A taxa de remoção de material, a vida da ferramenta e o tipo de máquina-ferramenta são fatores que estão relacionados direta ou indiretamente com os parâmetros do processo e com a qualidade final da superfície usinada. Parâmetros escolhidos erroneamente geram falhas como desgaste prematuro ou quebra da ferramenta, além de perdas econômicas com tempos ociosos, peças não-conformes ou redução na qualidade da rugosidade superficial (Thomas, 1982). As irregularidades na superfície usinada, especialmente vales ou sulcos, são concentradores de tensão que favorecem o surgimento e propagação de trincas, podendo levar a ruptura do material. Desta forma, uma superfície técnica com baixa rugosidade limita o risco de inicialização e, conseqüentemente, a propagação de trincas, aumentando a vida útil da peça ou componente (Davim, 2008). Além disso, a crescente miniaturização de componentes tem proporcionado um aumento da razão entre a área da superfície usinada e o volume da peça; deste modo, a superfície e sua integridade assumem importância crescente, independente do material utilizado (Byrne et al., 2003). Kopač e Bahor (1993) estudaram as alterações na rugosidade superficial em função das condições de corte para aços no estado temperado AISI 1060 e AISI 4140, observando a velocidade de corte como o fator mais dominante se os parâmetros de corte forem selecionados de maneira aleatória. Também relataram que para ambos os aços, as ferramentas de corte com maior raio de quina (r ) geraram menores valores de rugosidade. Estudos similares foram conduzidos por Yuan et al. (1996) e Eriksin (1999). Gökkaya et al. (2004) apud Gökkaya e Nalbant (2006) investigaram os efeitos do recobrimento da ferramenta, da velocidade de corte e do avanço na rugosidade da superfície usinada do aço AISI 1040. Concluíram que os menores valores de rugosidade foram obtidos com uma ferramenta de corte recoberta com TiN. Uma melhoria de 176% na rugosidade foi gerada pela redução de 80% do avanço e uma melhoria de 13% na rugosidade foi obtida por um aumento de 200% da velocidade de corte. Gökkaya e Nalbant (2006) estudaram a influência das ferramentas de corte com diferentes raios de quina e materiais de revestimento para o torneamento do aço AISI 1015. Concluíram que uma melhoria de 26% na rugosidade foi conseguida ao reduzir em 33% o avanço, enquanto que um aumento em 310% da velocidade de corte melhorou a rugosidade superficial em 69%. Concluíram também que o valor médio do coeficiente de fricção do material do revestimento da ferramenta de corte exerce influência na rugosidade da superfície usinada. Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2011

Dentre os recentes avanços tecnológicos para maximizar a produtividade e atender as especificações do produto usinado, pode-se destacar o desenvolvimento e a aplicação das ferramentas de corte alisadoras (wiper). Comparada a uma ferramenta com raio de quina convencional (standard), existem muitas vantagem em se usar uma ferramenta wiper: maior produtividade, melhor acabamento usinado (Sandvik, 2005; Seco, 2000) e maior vida da ferramenta (Fleming, 2004 apud He et al., 2006). Grzesik e Wanat (2006) apresentaram um estudo comparativo sobre o acabamento gerado em processos de torneamento duro utilizando insertos convencionais (standard) e alisadores (wiper). Os resultados mostram que as superfícies usinadas apresentam valores similares de rugosidade para ambas as geometrias ao se utilizar avanço f igual a 0,10 mm/volta para ferramentas standard e 0,20 mm/volta para ferramentas wiper. Recentemente, Correia e Davim (2011) também investigaram o desempenho de ferramentas de geometria convencional e alisadora no processo de torneamento de acabamento do aço AISI 1045. Verificaram que para uma ferramenta wiper de raio de quina 0,8 mm e avanço 0,25 mm/volta, foi possível obter superfícies usinadas com valores de rugosidade média R a (do inglês Roughness Average) inferiores a 0,8 µm. Afirmam também que, dependendo da situação, o uso de ferramentas alisadoras torna possível a obtenção de qualidades superficiais em peças de mecânica de precisão sem a necessidade de operações de retificação cilíndrica. Levando-se em consideração a taxa de remoção de material e o acabamento da superfície usinada, os valores adotados para os parâmetros de corte podem ser grandes ou pequenos, dependendo da necessidade e da disponibilidade de materiais e/ou ferramentas. Assim, as operações de corte nos diferentes processos de usinagem são de desbaste e/ou de acabamento. Em operações de desbaste não se tem muita preocupação com o acabamento superficial, pois o objetivo é uma alta taxa de remoção de material durante uma dada vida da ferramenta. Já em operações de acabamento, o objetivo é obter qualidades superficial, dimensional e geométrica da peça. Como regra geral para acabamento, a combinação de um avanço mínimo possível e de uma pequena profundidade de corte com uma alta velocidade de corte faz com que se tenha a geração de uma quantidade razoável de cavaco na unidade de tempo sem que haja influência da vibração na remoção do sobrematerial da peça (Diniz et al., 2008). Em virtude da carência de informações sobre o desempenho de ferramentas com geometria alisadora (wiper), o presente estudo tem como objetivo avaliar de maneira comparativa a rugosidade gerada pelo inserto com esta geometria em comparação com a gerada com a geometria convencional no torneamento de acabamento dos aços SAE 1020, SAE 1045 e SAE 4140. Serão utilizadas diferentes combinações de parâmetros de corte com vistas a obter a maior taxa de remoção de material possível em operações de corte para a geração de baixos valores de rugosidade. 2. RUGOSIDADE DA SUPERFÍCIE USINADA Acabamento é um termo coloquial largamente usado para designar a qualidade geral de uma superfície usinada. O objetivo da usinagem é obter uma superfície técnica que apresente fatores superficiais (textura) e sub-superficiais (integridade) apropriados, a fim de garantir segurança, confiabilidade e longa vida ao componente fabricado principalmente quando vidas humanas estão em jogo (Mesquita, 1992). O acabamento não está especificamente ligado à textura ou padrão característico da superfície técnica, nem a valores específicos de rugosidade. Contudo, um bom acabamento implica baixos valores de rugosidade, e vice-versa (Risbood et al., 2003). Assim, a habilidade de uma operação de usinagem em produzir um acabamento específico depende da ferramenta de corte, das características da peça, do processo de usinagem, dos parâmetros de corte e do fluido lubrirrefrigerante (Bralla, 1986). A textura está relacionada com as irregularidades presentes na superfície de materiais sólidos e com as características dos instrumentos de medição; é definida em termos de rugosidade, ondulação, marcas e falhas (Kalpakjian e Schmid, 2010). A Figura (1) mostra o perfil de uma superfície. Figura 1. Terminologia e simbologia padrão para descrição da rugosidade e acabamento superficial (adaptado de Kalpakjian e Schmid, 2010)

A rugosidade é gerada apenas pelo método de usinagem, sendo mais influenciada pelo processo do que pela máquina. Conforme Machado et al. (2009), os fatores que podem contribuir com a rugosidade gerada são: marcas da quina da ferramenta ou de fragmentos da mesma, os quais podem apresentar natureza periódica para alguns processos e aleatória para outros; geração de rebarba do material durante a operação de usinagem; restos de aresta postiça de corte de uma ferramenta na superfície usinada; forma do quebra-cavaco na quina da ferramenta. A ondulação pode ser atribuída a características de uma máquina específica (desbalanceamento do eixo, irregularidades do mecanismo de avanço, baixa rigidez, entre outros). Demais informações sobre desvios de forma em superfícies técnicas podem ser obtidas através da norma DIN 4760 (1982). Erros de forma são geralmente causados por: forma do quebra-cavaco na ponta da ferramenta. rigidez insuficiente no sistema de posicionamento e fixação (deformação do material de trabalho em função das forças de corte); irregularidade no barramento utilizado para guiar a peça ou no carro principal; alívio de tensões residuais remanescentes no material oriundas de processos tecnológicos anteriores (tratamento térmico, conformação mecânica, fundição, soldagem). Neste estudo, o parâmetro para avaliar a textura da superfície usinada é a rugosidade média R a que, conforme a Norma ISO 4287 (1997), é o parâmetro internacional de rugosidade reconhecido universalmente. Segundo tal norma, R a corresponde graficamente à área entre o perfil de rugosidade e sua linha central (Fig. 2), ou matematicamente à integral do valor absoluto da altura do perfil de rugosidade ao longo comprimento (L) da amostra (Eq. 1). Figura 2. Rugosidade média R a de um perfil de superfície P em uma amostra de comprimento L (Kopač e Bahor, 1999) Ra 1 L L 0 P( x) dx (1) Já quando avaliada a partir de dados digitais, Kopač e Bahor (1999) explicam que a integral é normalmente aproximada pela regra trapezoidal (Eq. 2): 1 Ra n n i1 P( x) (2) onde R a é o desvio médio aritmético da linha média, L é a extensão da amostra e x é a ordenada da curva do perfil. O parâmetro R a pode ser usado em superfícies em que o acabamento apresenta sulcos de usinagem bem orientados (torneamento, fresamento etc), situações que exigirem controle contínuo da rugosidade nas linhas de produção, e em superfícies de pouca responsabilidade, como no caso de acabamentos com fins apenas estéticos (Rebrac, 2011). A textura de uma superfície usinada é a mesma dentro de uma região proporcionalmente grande, desde que as condições de corte sejam respeitadas, as quais devem ser constantes para cada operação específica (passe) na medida do possível. Assim, se o perfil da rugosidade for avaliado em dois locais paralelos da superfície examinada, então apenas pequenas diferenças podem ser observadas entre estes locais, os quais diferem entre si em pequenos detalhes (Kalpakjian e Schmid, 2010). Isto permite o controle e otimização dos processos de usinagem visando uma textura superficial especificada através da medição de características específicas da superfície usinada. Os instrumentos de medição de rugosidade são projetados para detectar os espaçamentos das irregularidades inferiores a um determinado valor denominado ponto de corte (em inglês, cutoff). Em alguns casos, onde a área de contato efetiva entre duas superfícies é importante, o maior cutoff possível deverá ser utilizado. Em outros, onde a superfície está sujeita a falhas por fadiga, apenas irregularidades de pequena extensão serão importantes, e valores mais significativos serão obtidos quando um menor cutoff for aplicado. Nas situações onde são identificadas marcas de usinagem na superfície da peça, as informações são necessárias apenas nas irregularidades muito espaçadas e, para essas medições, o valor do cutoff deve ser grande, assim como o raio do apalpador utilizado (Oberg et al., 2000).

2.1. Influência da Geometria de Ferramenta no Acabamento da Superfície Usinada A rugosidade média R a [m] obtida em processos de torneamento é afetada pelas condições da máquina, da peça, do dispositivo de fixação da ferramenta e, principalmente, pelo avanço f [mm/volta] e pelo raio de quina r ε [mm] da ferramenta de corte. No caso de insertos convencionais (standard), a Eq. (3) mostra a relação entre estas grandezas (Machado et al., 2009). 1000 f Ra 18 3 r f 32, 075 r 2 2 (3) Aas ferramentas para torneamento com geometria wiper possuem em seu raio de quina arestas alisadoras, as quais ficam tangentes a superfície, onde melhora o acabamento durante a rotação da peça. Uma comparação gráfica para a rugosidade R t (do inglês Total Roughness) gerada pelos insertos com geometria standard e wiper é apresentada na Fig.(3). O parâmetro de rugosidade R t é a altura total do perfil, ou seja, a soma da maior altura de pico e da maior profundidade de vale do perfil no comprimento de avaliação. Figura 3. Rugosidade teórica, em termos de R t, para insertos standard e wiper Na Figura (3), a rugosidade teórica obtida através dos insertos com geometria convencional (standard) e alisadora (wiper) é expressa pelos parâmetros R ts e R tw respectivamente. A maior amplitude entre pico e vale registrada pelo parâmetro R ts é dependente do raio de quina do inserto r r std, do ângulo de posição r e do avanço f da ferramenta (Diniz et al. 2008). Entretanto, para o inserto wiper, além dos fatores de processo supramencionados, a maior amplitude entre pico e vale apontada por R tw será também dependente do raio de quina modificado r wiper e por isso, R tw R ts. 3. MATERIAIS E MÉTODOS Para verificar a relação entre a rugosidade média (R a ) e taxa de remoção de material (Q) para as ferramentas com geometria convencional e alisadora, foram utilizados corpos de prova em aços SAE 1020, SAE 1045 e SAE 4140, obtidos de barras trefiladas a frio com as dimensões especificadas na Fig. (4). Estes materiais foram selecionados em função da grande aplicação na indústria metal mecânica, principalmente na confecção de pinos, eixos e engrenagens. Figura 4. Geometria dos corpos de prova utilizados nos testes (dimensões em [mm]) A composição química dos três materiais em estudo conforme Norma SAE J404 é apresentada na Tab. (1) e as suas principais propriedades mecânicas usuais são indicadas na Tab. (2).

Tabela 1. Composição química (SAE J404) Aço SAE % C % Mn % P (Máx.) %S (Max. ) % Cr % Mo % Si 1020 0,18 0,23 0,30 0,60 0,040 0,050 - - - 1045 0,34 0,50 0,60 0,90 0,040 0,050 - - - 4140 0,38 0,43 0,75 1,00 0,030 0,040 0,80 1,10 0,15 0,25 0,15 0,35 Tabela 2. Propriedades mecânicas típicas para os materiais utilizados (Matweb, 2010; Sommer, 2010) Aço SAE esc [MPa] Dureza [HB] 1020 370 127 1045 515 176 4140 610 210 Os insertos standard e wiper utilizados para esta investigação (Fig 5) apresentam geometria triangular com formato básico negativo (T-Max P), quebra-cavacos para torneamento de acabamento (PF e WF) e cobertura MTCVD de TiCN- Al 2 O 3 -TiN (GC4215). Foi considerado para ambas raios de quina r 0,4 mm. O sistema de fixação do inserto no suporte é do tipo cunha-grampo (minimiza vibrações). A ferramenta de corte possui ângulo de posição r 93º. (a) TNMG (b) TNMX Figura 5. Fotos dos insertos utilizados: (a) convencional (standard); (b) alisadora (wiper) Os insertos standard e wiper apresentam intervalos de utilização similares de parâmetros de corte (velocidade de corte v c, avanço f e profundidade de corte a p ) recomendados pelo fabricante. Todavia, diferem levemente nos valores de operação, de forma a manter o tempo de vida preestabelecido, geralmente estimado pelos mesmos em 15 minutos, conforme mostra a Tab. (3). Tabela 3. Especificações das ferramentas utilizadas Porta Ferramenta Inserto Especificação ISO MTJNL 2020K 16M1 Standard Wiper TNMG 16 04 04 PF 4215 TNMX 16 04 04 WF 4215 Operação Parâmetros Recomendados v c 515 mm/min f 0,15 mm/volta a p 0,40 mm v c 475 mm/min f 0,20 mm/volta a p 1,0 mm Intervalo de Utilização (415 575) (0,07 0,30) (0,25 1,50) (415 570) (0,08 0,30) (0,20 3,00) Em função das informações supracitadas, foram escolhidas duas velocidades de corte (475 m/min e 515 m/min), dois avanços (0,15 mm/volta e 0,30 mm/volta) e duas profundidades de corte (0,50 mm e 1,0 mm) para os três materiais ensaiados (SAE 1020, 1045 e 4140) com as duas ferramentas (standard e wiper), totalizando com isso 48 combinações. A Figura (6) mostra a foto da máquina-ferramenta utilizada nos experimentos (CNC Mazak Quick Turn 10). A operação de corte consistiu do torneamento longitudinal externo com um comprimento usinado de 50 mm (vide Fig. 4). Para cada material avaliado com cada ferramenta (as oito combinações possíveis dos parâmetros v c, f e a p ) foi utilizada uma das seis arestas de corte do inserto. Após cada passe, o corpo de prova foi cuidadosamente removido do

torno para posterior medição da rugosidade com um rugosímetro portátil Mitutoyo modelo SJ-201 com resolução de 0,01 m (Fig. 7). O aparelho foi devidamente calibrado para correção do erro sistemático. (a) Figura 6. Foto do torno CNC utilizado nos ensaios: (a) Mazak Quick Turn 10; (b) peça fixada para realização da operação de corte Na medição da rugosidade (Fig. 7b), estabeleceu-se um cutoff de 0,8 mm e foram feitas duas leituras em oito diferentes planos defasados de 45º (totalizando dezesseis leituras) para cada corpo de prova. (b) (a) Figura 7. Foto do sistema de medição de rugosidade: (a) rugosímetro portátil Mitutoyo modelo SJ-201; (b) rugosímetro em operação 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Dos resultados obtidos na avaliação comparativa entre as ferramentas com geometria convencional (standard) e alisadora (wiper) na usinagem dos três materiais, três situações distintas foram analisadas: Os valores de rugosidade R a correspondentes à maior taxa de remoção de material (Q 154,5 cm 3 /min). A taxa de remoção correspondente ao menor valor de R a (Q 38,6 cm 3 /min). Os parâmetros de corte que geram valores similares de R a (2,0 0,5 m). Estas situações foram as que melhor evidenciaram as diferenças de desempenho entre as duas geometrias consideradas neste estudo. 4.1. Comparação dos valores de R a para Q = 154,5 cm 3 /min A Figura (8) apresenta os valores de rugosidade média R a [m] obtidos para a combinação de parâmetros de corte que propiciou a maior taxa de remoção de material (v c 515 m/min, f 0,3 mm/volta e a p 1 mm) para os três materiais (SAE 1020, 1045 e 4140) e as duas geometrias de inserto (standard e wiper). Analisando os materiais SAE 1020 e SAE 1045 com os dois tipos de ferramenta (Fig. 8), observam-se resultados muito semelhantes com relação à rugosidade R a aproximadamente 7,5 μm e 1,7 μm para insertos standard (std.) e wiper, respectivamente. Nota-se que o aço SAE 4140 apresentou valores levemente menores para a rugosidade. A provável explicação para esta constatação seria a presença em pequena quantidade dos elementos de liga Cr, Mn, Mo e Si, os quais promovem aumento na dureza e favorecimento da quebra de cavaco (Diniz, 2008; Machado, 2009). Já em (b)

relação ao tipo de ferramenta, observa-se que a rugosidade média (R a ) obtida com o inserto wiper ficou 380% menor que a rugosidade obtida com o inserto standard. Figura 8. Valores de R a obtidos para a combinação de parâmetros de corte que propicia a maior taxa de remoção para cada material e cada ferramenta experimentados 4.2. Comparação dos valores de R a para Q = 38,6 cm 3 /min A Figura (9) apresenta os valores de rugosidade obtidos para a combinação de parâmetros de corte que propiciou o melhor acabamento da superfície usinada: v c 515 m/min, f 0,15 mm/volta e a p 0,5 mm (Q 38,6 cm 3 /min). Figura 9. Valores de R a obtidos para a combinação de parâmetros de corte que propicia o melhor acabamento da superfície usinada para cada material e cada ferramenta experimentados Ao se analisarem as combinações de materiais e ferramentas, observam-se valores semelhantes de rugosidade R a para os três materiais investigados, aproximadamente 2,0 m e 0,52 m para insertos standard (std.) e wiper, respectivamente. Para esta combinação de parâmetros, foi possível afirmar que os materiais utilizados não exerceram influência significativa na rugosidade gerada. Entretanto, nota-se novamente a superioridade da ferramenta wiper sobre a standard: a rugosidade média R a obtida foi 270% menor. Ao se avaliar a maior taxa de remoção de material (Fig. 8) e a menor rugosidade média (Fig. 9) geradas a partir da combinação dos parâmetros de corte selecionados, é possível constatar que, com a redução de 300% em Q, o valor de R a diminui de 7,5 m para 2,0 m (cerca de 280%) usando inserto standard e de 1,7 m para 0,52 m (cerca de 230%)

usando inserto wiper. Entretanto, mesmo com esta redução de Q, o inserto standard não foi capaz de gerar valores de R a menores que os valores obtidos com o inserto wiper para Q 154,5 cm 3 /min. 4.3. Comparação dos parâmetros de corte para valores de R a (2,0 0,5) m A Figura (10) apresenta os valores similares de rugosidade para combinações distintas de parâmetros de corte: standard (std.): v c 515 m/min, f 0,15mm/volta, ap 0,5 mm, Q 38,6 cm 3 /min; wiper: v c 475 m/min, f 0,30 mm/volta, ap 1,0 mm, Q 142,5 cm 3 /min. Figura 10. Valores de R a obtidos para diferentes combinações de parâmetros de corte que propiciam acabamentos similares para cada material e cada ferramenta experimentados Nesta análise foram considerados os valores de R a (2,0 0,5) m gerados pelas duas ferramentas na usinagem dos três diferentes materiais. Primeiramente vale destacar que se conseguem valores similares de rugosidade com o inserto wiper (pela Fig. 10 pode-se dizer que são até menores) em relação ao inserto standard utilizando simultaneamente o dobro do avanço e o dobro da profundidade de corte. Isto requer máquinas altamente rígidas e potentes, já que a taxa de remoção de material passaria de 38,6 cm 3 /min para 142,5 cm 3 /min (um aumento de 269%). Com o inserto wiper a v c 515 m/min, os valores de R a foram aproximadamente 15% menores que os apresentados. Realça-se a importância da avaliação do tempo de vida da ferramenta wiper e a influência dos desgastes e avarias da mesma na rugosidade da superfície usinada. Os valores apresentados no gráfico da Fig. (10) foram obtidos com uma confiança de 95,45% para um mensurando variável. Pode-se observar nitidamente a maior dispersão de valores de rugosidade gerados pelo inserto standard, a qual poderia ser associada a sua geometria de quebra-cavaco, visto que os desgastes gerados não foram significativos; uma análise minuciosa dos cavacos gerados seria uma forma de averiguar esta hipótese. 5. CONCLUSÕES Neste trabalho foi apresentada uma análise da geometria do raio de quina de ferramentas visando uma ótima relação entre taxa de remoção de material o acabamento superficial da superfície em processos de torneamento de acabamento dos aços SAE 1020, SAE 1045 e SAE 4140. Os resultados obtidos confirmaram as relações já bem conhecidas entre rugosidade e parâmetros de corte, especialmente para o avanço. Entretanto, foi salientada a grande influência do raio de quina da ferramenta alisadora (wiper) frente à convencional (standard). O potencial da ferramenta wiper para operações de alto desempenho foi constatado, podendo ser relacionado nos itens que se seguem: sem alterar os parâmetros de corte, o valor da rugosidade R a reduziu de cerca de 380%; para uma mesma taxa de remoção de material Q, a rugosidade R a apresentou um desempenho superior a 270%; para a geração de superfícies com valores semelhantes de R a foi possível obter um aumento em Q de 269%; os resultados informaram que o fator material experimentado não apresentou influência significativa nos resultados obtidos, sendo os fatores ferramenta e avanço os mais significativos. Os autores estão cientes de que a presente análise não considerou os cavacos gerados, os esforços de corte, o desgaste de ferramenta e as respectivas influências na rugosidade gerada. Para futuros trabalhos, não é descartada a expansão da análise para avaliar os esforços de corte e o desempenho da rugosidade superficial ao longo do tempo de vida das ferramentas investigadas.

6. AGRADECIMENTOS Ao professor Dilson J. A. de Souza (UNISINOS), aos técnicos Ronaldo e Adriano (UNISINOS) e ao Sr. Marcelo (COROFERGS) no apoio para a realização dos experimentos. 7. REFERÊNCIAS Bralla, J.G., 1986, Handbook of product design for manufacturing: a practical guide to low-cost production. McGraw- Hill, New York, 1138p. Byrne, G., Dornfeld, D., Denkena, B., 2003, Advancing cutting technology, CIRP Annals: Manufacturing Technology, Vol. 52, n. 2, pp. 483-507. Correia, A.E., Davim, J.P., 2011, Surface roughness measurement in turning carbon steel AISI 1045 using wiper inserts, Measurement, doi: 10.1016/j.measurement.2011.01.01 /aguardando publicação/ Davim, J.P., 2008, Machining: fundamentals and recent advances, Springer-Verlag, London, 361p. DIN 4760, 1982, Form deviations, concepts, classification system, German National Standard, 2p. Diniz, A.E., Marcondes, F.C., Coppini, N.L., 2008, Tecnologia da usinagem dos materiais, 5.ed., Artliber, São Paulo, 262p. Eriksen, E., 1999, Influence from production parameters on the surface roughness of a machined short fiber reinforced thermoplastic, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 39, No. 10, pp. 1611-1618. Fleming, M., 2004, Tooling concepts for gear turning with PCBN, Industrial Diamond Review, Vol. 64, No. 3, pp. 24 29 apud He et al. (2006). Gökkaya, H., Sur, G. and Dilipak, H., 2004, Experimental investigating of the effect of cemented carbide cutting tools coated by PVD and CVD on surface roughness according to machining parameters, Teknoloji, Vol.7, No. 3, pp. 473-478 apud Gökkaya and Nalbant (2006). Gökkaya, H., Nalbant, M., 2006, The effects of cutting tool coating on the surface roughness of AISI 1015 steel depending on cutting parameters, Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, Vol. 30, pp. 307-316. Grzesik, W., Wanat, T., 2006, Surface finish generated in hard turning of quenched alloy steel parts using conventional and wiper ceramic inserts, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 46, No. 15, pp. 1988-1995. He, X., Wu, S., Kratz, H., 2006 Forces in hard turning of 51CrV4 with wiper cutting tool, Tsinghua Science and Technology, Vol. 11, No. 5, pp. 501-506. ISO 4287, 1997, Geometrical product specifications (GPS), surface texture: profile method, terms, definitions and surface texture parameters, International Organization for Standardization, 25p. Kalpakjian, S. and Schmid, S.R., 2010, Manufacturing engineering and technology, 6.ed., Pearson Prentice-Hall, Upper Saddle River, 1176 p. Kopač, J., Bahor, M., 1999, Interaction of the technological history of a workpiece material and the machining parameters on the desired quality of the surface roughness of a product, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 92-93, No. 30, pp. 381-387. Machado, A.R., Abrão, A.M., Coelho, R.T., Silva, M. B., 2009, Teoria da usinagem dos materiais, Edgard Blücher, São Paulo, 371p. Matweb, 2010, Online materials information resource, Disponível em: <www.matweb.com>, Acesso em: 25 out. 2010. Mesquita, N.G.M., 1992, Avaliação e escolha de uma superfície segundo sua função e fabricação. Florianópolis, Tese (Doutorado) POSMEC, UFSC, 142p. Oberg, E., Jones, F.D., Horton, H.L., Ryffell, H.H., 2000, Machinery's handbook, 26.ed., Industrial Press, New York, 2640p. Rebrac, 2011, Instrumentos de Medição, Disponível em <www.rebrac.com.br/downloads/rugosidade%20- par%c3%a2metros-.pdf>, Acesso em 09 fev. 2011. Risbood, K.A., Dixit, U.S., Sahasrabudhe, A.D., 2003, Prediction of surface roughness and dimensional deviation by measuring cutting forces and vibrations in turning process. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 132, No. 1-3, pp. 203-214. Sandvik, 2005, Manual técnico de usinagem, Sandvik Coromant, São Paulo, 600 p. Seco, 2000, Guia técnico, Seco Tools Indústria e Comércio Ltda., São Bernardo do Campo, 256 p. Sommer, Dr. Sommer Werkstofftechnik GmbH, Disponível em: <www.werkstofftechnik.com>, Acesso em: 22 out. 2010. Thomas, T. R., 1982, Rough surface, Longman, London, 261p. Yuan, Z. J., Zhou, M., Dong, S., 1996, Effect of diamond tool sharpness on minimum cutting thickness and cutting surface integrity in ultraprecision machining, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 62, No. 4 pp. 327-330.

COMPARISON BETWEEN WIPER AND STANDARD CUTTING TOOLS IN FINISH TURNING OF LOW-CARBON AND LOW-ALLOY STEELS Martin Geier, martin.geier@ufrgs.br 1 Marcelo Souza de Mello, marcelo.souza@ufrgs.br 1 André João de Souza, ajsouza@ufrgs.br 1 1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS, Departamento de Engenharia Mecânica DEMEC, Rua Sarmento Leite, 425 Centro CEP: 90050-170 Porto Alegre, RS. Abstract. High-performance machining processes aims to associate optimal cutting parameters and maximum material removal rate with the most appropriate tool while controlling the machined surface state. In this work, the generated surface roughness by standard and wiper cutting tools in finish turning operation of steels SAE 1020, SAE1045 and SAE4140 is assessed in a comparative way. Experiments are conducted for different combinations of materials and cutting parameters without coolant, in order to determine the best combination of these parameters for maximum removal rate and lower surface roughness. Experimental results proved the effectiveness of wiper tools to generate excellent surface finish, indicating that its use allows a significantly enhancing of the material removal rate without changing surface roughness at high feed rate operations. Keywords: wiper cutting tool, surface roughness, material removal rate, turning