Usinabilidade do aço SAE 4340 Endurecido no processo de torneamento utilizando ferramentas cerâmicas óxidas

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de ferramentas cerâmicas óxidas dopadas com óxido de magnésio (Al2O3 + MgO) e com óxido de cromo (Al2O3 + Cr2O3), na usinagem a seco do aço SAE 4340 endurecido. A pesquisa buscou analisar a viabilidade técnica dessas ferramentas como alternativa às ferramentas convencionais de alto custo, como CBN e diamante, utilizadas no torneamento de materiais de elevada dureza. Foram realizados ensaios experimentais em torno CNC, com variação dos parâmetros de corte de velocidade e avanço, e analisadas as variáveis de saída potência consumida, vibração, emissão acústica, rugosidade média (R_a), rugosidade total (R_t) e desgaste específico de flanco (VB/LC). A análise estatística dos resultados foi conduzida por meio de análise de variância (ANOVA) e gráficos de efeitos principais e de interação, com nível de confiança de 95%. Os resultados mostraram que o avanço foi o fator de corte mais influente em praticamente todas as variáveis analisadas. Na comparação entre as ferramentas, a composição dopada com MgO apresentou melhor desempenho na maioria dos critérios avaliados, com menor potência consumida, menor vibração, menor rugosidade total e menor desgaste específico, indicando maior eficiência energética, estabilidade dinâmica e resistência ao desgaste. A ferramenta dopada com Cr2O3 apresentou melhor desempenho apenas na emissão acústica, enquanto não foram observadas diferenças estatisticamente significativas na rugosidade média. De modo geral, as ferramentas cerâmicas óxidas mostraram-se adequadas para o torneamento a seco de aços endurecidos, oferecendo ainda menor impacto ambiental pela eliminação de fluidos de corte. Conclui-se que a ferramenta Al2O3 + MgO apresentou o melhor desempenho, sendo uma alternativa tecnicamente viável para processos industriais de usinagem em materiais de elevada dureza.

The present work aimed to evaluate the performance of oxide ceramic tools doped with magnesium oxide (Al2O3 + MgO) and chromium oxide (Al2O3 + Cr2O3) in the dry machining of hardened SAE 4340 steel. The research sought to analyze the technical feasibility of these tools as an alternative to conventional high-cost tools, such as CBN and diamond, commonly used in the turning of high-hardness materials. Experimental tests were carried out on a CNC lathe, varying the cutting parameters of speed and feed, and analyzing the output variables cutting power, vibration, acoustic emission, average roughness (R_a), total roughness (R_t), and specific flank wear (VB/LC). Statistical analysis of the results was performed using analysis of variance (ANOVA) and main effect and interaction plots, with a confidence level of 95%. The results showed that feed was the most influential cutting parameter in almost all analyzed variables. In the comparison between tools, the composition doped with MgO showed better performance in most evaluated criteria, with lower power consumption, lower vibration, lower total roughness, and lower specific wear, indicating higher energy efficiency, dynamic stability, and wear resistance. The tool doped with Cr2O3 showed better performance only in acoustic emission, while no statistically significant differences were observed in average roughness. Overall, oxide ceramic tools proved suitable for the dry turning of hardened steels, also providing a lower environmental impact due to the elimination of cutting fluids. It was concluded that the Al2O3 + MgO tool presented the best performance, being a technically feasible alternative for industrial machining processes involving high-hardness materials.