Usinagem do ferro fundido vermicular com ferramenta de metal duro e cerâmicas de Al2O3 + Cr2O3 e Al2O3 + MgO

Abstract

A crescente utilização do ferro fundido vermicular ou Compacted Graphite Iron (CGI), para aperfeiçoamento dos motores diesel tem o objetivo de aumentar a eficiência energética, reduz o peso do motor e os níveis de emissão de poluentes. O ferro fundido vermicular possui a desvantagem de possuir baixa usinabilidade, se comparado ao ferro fundido nodular e cinzento, motivando pesquisas de aprimoramento das técnicas de usinagem e desenvolvimento dos materiais das ferramentas. Este trabalho teve como objetivo analisar o processo de torneamento sem fluído de corte do ferro fundido vermicular utilizando três tipos de ferramentas de cortes, sendo duas ferramentas cerâmicas experimentais e uma ferramenta de metal duro comercial. A ferramenta de metal duro possui código SNMA 120408 comercial TK1001, marca Seco Tools, com revestimentos pelo processo de deposição química de vapor (chemical vapor deposition – CVD) possuindo duas camadas, uma de cabonitreto de titânio e outra de óxido de alumínio (TiNC + Al2O3) e ferramentas experimentais cerâmicas a base de óxido de alumínio dopadas com óxido de magnésio (Al203 + MgO) e óxido de cromo (Al2O3 + Cr2O3) com código SNMN 120408. Utilizou-se como planejamento experimental o método fatorial completo com as seguintes condições: velocidade de corte (100 e 400 m/min), avanços (0,05 e 0,25 mm/volta) e duas profundidades de corte (0,25 e 1,00 mm). Para a análise do desempenho das ferramentas foram adquiridas as seguintes variáveis respostas: potência de usinagem, desgaste das ferramentas, qualidade superficial das peças usinadas, sinais de emissão acústica e vibração do processo, tipos de desgastes e mecanismos. Também foram realizadas as análises dos tipos e formas dos cavacos gerados durante os ensaios e dureza do material usinado. Após a realização do projeto de experimento, a melhor condição para as três ferramentas ensaiadas foi velocidade de corte de 400 m/min, avanço de 0,05 mm/volta e profundidade de 0,25 mm. No ensaio de vida a ferramenta metal duro Tk1001 TiCN + Al2O3 obteve-se um comprimento de 5km, a cerâmica Al2O3 + MgO com um comprimento de 4,7 km e a cerâmica Al2O3 + Cr2O3 com comprimento de 3,9 km. Em todas as ferramentas foram observadas que ocorreu o desgaste de flanco, sendo a ferramenta de metal duro a que apresentou o menor desgaste. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade do desenvolvimento de ferramentas cerâmicas, e que o sucesso na usinagem do ferro fundido vermicular pode estar na combinação de propriedades mecânicas e físicas, aliada aos parâmetros de usinagem.

The increasing use of vermicular cast iron or Compacted Graphite Iron (CGI), for the improvement of diesel engines has the objective of increasing energy efficiency, reducing engine weight and pollutant emission levels. Vermicular cast iron has the disadvantage of having low machinability, when compared to nodular and gray cast iron, motivating research to improve machining techniques and development of tool materials. This work aimed to analyze the process of turning without cutting fluid of the vermicular cast iron using three types of cutting tools, being two experimental ceramic tools and a commercial carbide tool. The carbide tool has SNMA code 120408- commercial TK1001, Seco Tools brand, with coatings by the chemical vapor deposition (CVD) process having two layers, one of titanium cabonitride and the other of aluminum oxide (TiNC + Al2O3 ) and ceramic experimental tools based on aluminum oxide doped with magnesium oxide (Al203 + MgO) and chromium oxide (Al2O3 + Cr2O3) with code SNMN 120408. The complete factorial method with the following conditions was used as experimental design: cutting speed ( 100 and 400 m / min), feeds (0.05 and 0.25 mm / turn) and two depths of cut (0.25 and 1.00 mm). For the analysis of the performance of tools, the following variables were acquired: machining power, tool wear, surface quality of machined parts, signs of acoustic emission and process vibration, types of wear and mechanisms. Analyzes of the types and shapes of the chips generated during the tests and hardness of the machined material were also carried out. After carrying out the design of the experiment, the best condition for the three tools tested was a cutting speed of 400 m / min, an advance of 0.05 mm / revolution and a depth of 0.25 mm. In the life test the Tk1001 TiCN + Al2O3 carbide tool obtained a length of 5 km, the ceramic Al2O3MgO with a length of 4.7 km and the ceramic Al2O3 + Cr2O3 with a length of 3.9 km. In all tools, flank wear was observed, with the carbide tool having the least wear. The results obtained demonstrate the feasibility of developing ceramic tools, and that the success in machining vermicular cast iron may be in the combination of mechanical and physical properties, combined with machining parameters.