Aplicação de ferramenta de corte à base de alumina dopada com óxido de magnésio no torneamento de ferro fundido nodular

Abstract

O desenvolvimento e aprimoramento de diversos materiais têm gerado diversas demandas no contexto da usinagem, onde, em um mercado altamente competitivo, é crucial priorizar a qualidade dos processos de fabricação, visar a máxima produtividade, a redução de custos e dar atenção à sustentabilidade. Dentro desse cenário, surge a necessidade de aprimoramentos do processo de usinagem de um material cada vez mais utilizado na indústria automotiva: o ferro fundido nodular. Uma das ferramentas de corte que tem ganhado notoriedade na usinagem desse material é a cerâmica à base de alumina, especialmente devido às suas propriedades únicas, como inércia química, alta resistência ao desgaste e dureza a quente. Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho da ferramenta cerâmica à base de alumina (Al2O3) dopada com óxido de magnésio (MgO), fabricada em escala laboratorial, no torneamento à seco do ferro fundido nodular de matriz ferrítica/perlítica. Os parâmetros de corte empregados foram velocidade de corte entre 350, 450 e 550 m/min, avanço de 0,10, 0,15 e 0,20 mm/rev e profundidade de corte de 0,25, 0,5 e 0,75 mm. Através de um arranjo ortogonal de Taguchi como planejamento experimental, investigou-se os efeitos dos parâmetros de corte (Vc, f, ap) nas variáveis de saída de rugosidade Ra e Rt, desgaste de flanco (Vb), potência média e máxima, vibração média e máxima, e emissão acústica média e máxima. Em geral, a ferramenta de corte apresentou melhores desempenhos na velocidade de corte mais elevada de 550 m/min sendo a condição ideal, em relação ao desgaste de flanco de Vc=550 m/min, f=0,15 mm/rev e ap=0,25 mm, resultando em Vb de 0,083 mm. O desgaste predominante foi de flanco, com alguns casos de entalhe, sendo o mecanismo de desgaste abrasivo o mais expressivo. A ferramenta cerâmica utilizada demonstrou um desempenho superior em relação às variáveis de resposta analisadas no mais alto nível de velocidade de corte (550 m/min) e apresentou Ra médio de 1,14 µm, e Rt médio de 9,53 µm.

The advancement and refinement of different materials have created various requirements in machining. In a highly competitive market, it is vital to focus on the quality of manufacturing processes, strive for maximum productivity, reduce costs, and ensure sustainability. In this context, there is a need to enhance the machining process of nodular cast iron, which is increasingly being used in the automotive industry. Alumina-based ceramics have gained notoriety in machining due to their unique properties, such as chemical inertness, high wear resistance, and hot hardness. This study aimed to evaluate the performance of a laboratory-scale manufactured ceramic tool made of alumina (Al2O3) doped with magnesium oxide (MgO) during dry turning of nodular cast iron with a ferritic/pearlitic matrix. The cutting parameters used were cutting speed between 350, 450, and 550 m/min, feed of 0.10, 0.15, and 0.20 mm/rev, and depth of cut of 0.25, 0.5, and 0.75mm. An Taguchi’s orthogonal arrangement was used as an experimental design to study the influence of different cutting parameters (Vc, f, ap) on various output variables such as roughness (Ra and Rt), flank wear (Vb), average and maximum power, vibration average and maximum, and average and maximum acoustic emission. In general, the cutting tool performed better at the highest cutting speed, being the ideal condition of Vc=550 m/min, f=0.15 mm/rev, and ap =0.25 mm, resulting in tool flank wear Vb of 0.083 mm. The predominant wear was on the flank, with some cases of notching, with the abrasive wear mechanism being the most significant. The ceramic tool utilized demonstrated better performance regarding the analyzed response variables at the highest level of cutting speed (550 m/min) and anifested a mean Ra of 1.14 µm and a mean Rt of 9.53 µm.