Aplicação de ferramentas cerâmicas experimentais à base de alumina no fresamento do aço ABNT 4340 endurecido

Abstract

O processo de usinagem se constitui como um dos mais importantes processos de fabricação utilizados na indústria, sendo que a maior parte dos produtos industrializados em alguma de suas etapas de produção passa por algum processo de usinagem estando assim, presente em vários segmentos industriais. O estudo avaliou o desempenho de dois tipos de ferramentas de corte em material cerâmico a base de óxido de alumínio com óxido de magnésio (Al2O3 + MgO) e a base de óxido de alumínio com óxido de zircônio (Al2O3 + ZrO2), para o fresamento do aço ABNT 4340 endurecido. Utilizou-se como parâmetros (dados de entrada): três velocidades de corte (Vc) 200; 300 e 400 m/min, três avanços (f) 0,05; 0,10 e 0,15 mm/rev.) além de duas profundidades (ap) 0,10 e 0,20 mm. Os fatores de respostas (dados de saída) foram a potência consumida, a emissão acústica, a vibração, as rugosidades (Ra) e (Rt) da peça usinada, o desgaste (VB) e ensaios de vida dos insertos de cerâmica. A potência consumida é maior com o aumento da velocidade, do avanço e da profundidade de corte. O valor de potência de 241,4 W para o inserto de Al2O3 + MgO foi inferior ao de 279,2 W para o fresamento com o inserto de Al2O3 + ZrO2. Os valores de emissão acústica diminuíram com o aumento da velocidade de corte (0,166 V; 0,151V e 0,145V para 200 m/min; 300 m/min e 400 m/min respectivamente). Verificou-se que aumentando a profundidade de corte ocorre o aumento dos valores de emissão acústica, obteve-se um valor de 0,148 V para 0,1mm e de 0,160 V para 0,20 mm de profundidade. Com a aumento da velocidade, do avanço e da profundidade de corte, os valores de vibração diminuíram obtendo-se: 4,860 mm/s para a velocidade de 200 m/min, 4,462 para 300 m/min. e 3,920 para 400 m/min. O valor de vibração com o inserto de Al2O3 + ZrO2 foi de 3,780 mm/s e com o inserto de Al2O3 + MgO foi mais elevado (5,047 mm/s). O valor de rugosidade (Ra) é maior com o aumento do avanço e da profundidade de corte. Com o inserto de Al2O3 + MgO foi de 0,753 µm, inferior a 0,957 µm, obtido com o inserto de Al2O3 + ZrO2. Os valores médios da rugosidade (Rt) aumentaram com a aumento das velocidades, do avanço e da profundidade de corte. A rugosidade (Rt) com o inserto de Al2O3 + MgO foi de 5,57 µm, que é inferior a 6,88 µm que foi obtido com o inserto de Al2O3 + ZrO2. Os resultados encontrados no fresamento sem retificação do aço ABNT 4340 endurecido, indicam que as ferramentas de corte de cerâmica tanto as de alumina com adição de oxido de magnésio (Al2O3 + MgO ) quanto com adição de óxido de zircônio (Al2O3 + ZrO2 ), podem ser aplicadas pois a qualidade da superfície obtida com as duas ferramentas foram compatíveis com as normalmente esperadas para acabamento nas operações de fresamento e retificação.

The machining process constitutes as one of the most important manufacturing processes used in industry and most industrialized products in some of its production stages go through some machining process, being present in several industrial segments. The study has evaluated the performance of two types of cutting tools in ceramic material: based on aluminum oxide and magnesium oxide (Al2O3 + MgO) and based on aluminum oxide and zirconium oxide (Al2O3 + ZrO2), for milling machining of hardened ABNT 4340 steel. The following cutting parameters (input data) has been used: three cutting speeds (Vc) 200; 300; 400 m/min, three feeds (f) 0.05; 0.10; 0.15 (mm/rev) and two cutting depths (ap) 0.10 and 0.20 mm. The response factors (output data) have been power consumed, acoustic emission, vibration, roughness (Ra) and (Rt) of the machined part, the wear (VB) and tool life tests of ceramic inserts. The power consumed is greater with increasing cutting speed, feed and depth. The power value of 241.4 W for the Al2O3 + MgO insert has been lower than 279.2 W for milling with Al2O3 + ZrO2 insert. Acoustic emission values have decreased with the increase in the cutting speed (0.166 V; 0.151V and 0.145 V for 200 m/min; 300 m/min and 400 m/min respectively). It has been found that increasing the depth of cut increases the acoustic emission values, a value of 0.148 V to 0.1 mm and 0.160 V to 0.20 mm depth has been obtained. With the increase in cutting speed, feed and depth, the vibration values have decreased, obtaining: 4.859 mm/s for the speed of 200 m/min, 4.462 for 300 m/min. and 3.920 for 400 m/min. Vibration value with Al2O3 + ZrO2 insert has been 3.780 mm/s and with the Al2O3 + MgO insert it has been higher (5.047 mm/s). Roughness value (Ra) is greater with increasing feed and depth of cut. With Al2O3 + MgO insert it has been 0.753 µm, less than 0.957 µm obtained with the Al2O3 + ZrO2 insert. Average values of the roughness (Rt) have increased with the increase of the cutting speeds, the feed and the depth of cut. The roughness (Rt) with the Al2O3 + MgO insert has been 5.57 µm, less than 6.88 µm obtained with the Al2O3 + ZrO2 insert. Results found in machining by dry milling and without grinding the hardened ABNT 4340 steel, indicate that the ceramic cutting tools both those of alumina with addition of magnesium oxide (Al2O3 + MgO) and with addition of zirconium oxide (Al2O3 + ZrO2), can be applied, since the surface finish obtained with the two tools have been compatible with the one expected.