Uma contribuição ao estudo das tensões residuais no fresamento

Abstract

Machining of moulds and dies has a promising potential of expansion and expressive economic importance. The milling process is widely used in the manufacture of mold cavities and can be a substitute to the process of EDM (EDM) and generate surfaces with better surface integrity. Residual stress may be produced in machining processes and they are the main causes of failure in structural components. This research experimentally measured the field, magnitude, depth and orientation of residual stress by using Hole Drilling Method after finishing milling of VP100 steel for moulds and dies with distinct hardness. The results where correlated with part surface microhardness, subsurface microstructure, specific cutting energy and chip-tool interface temperature. The milling tests were carried out in a CNC machining center by using 25 mm diameter endmill with two TiNAl coated carbides. The results showed residual stresses depend on cutting parameters. Tensile stress is yielded in annealed parts as the tool feed increases, whereas compressive one is generated in quenched workpieces as the cutting speed grows. Part surface hardness and cutting specific pressure presented inverse non-linear relationship with residual stress. Grains near milled surface may be deformed by mechanical action of cutting tool edge since they have preferential orientation regarding to maximum principal stresses.

A usinagem de moldes e matrizes possui grande potencial de expansão e expressiva importância econômica. O processo de fresamento é amplamente empregado na confecção de cavidades de moldes e pode ser um substituto ao processo de eletroerosão (EDM), gerando superfícies com melhor integridade superficial. Sabe-se que as tensões residuais podem ser geradas nos processos de usinagem e são apontadas como uma das possíveis causas de falhas em componentes, tendo como agravante o fato de na maioria das vezes permanecerem como incógnita, desde a fabricação até a falha. Este trabalho mediu experimentalmente o campo, a magnitude, a profundidade e a direção das tensões residuais pelo Método do Furo-Cego, após o fresamento de acabamento do aço para moldes e matrizes VP100 com durezas diferentes obtidas por meio de tratamento térmico de têmpera. Os resultados foram correlacionados com a microdureza superficial da peça, microestrutura subsuperficial, pressão específica de corte e temperatura na interface cavaco-ferramenta. Os ensaios foram conduzidos em um centro de usinagem vertical CNC, com fresa  25 mm e dois insertos revestidos de TiNAl. Os resultados mostraram que as tensões residuais dependem dos parâmetros de corte empregados no fresamento, e por meio de simulação mostrou-se que o dispositivo de fixação não interferiu na geração de tensões residuais. O aumento do avanço tende a gerar tensões trativas em peças beneficiadas, ao passo que o incremento da velocidade de corte resulta em tensões compressivas em peças temperadas. A microdureza superficial da peça e a pressão específica de corte apresentaram relação inversa e não linear com a tensão residual. Grãos próximos à superfície fresada podem ser deformados pela ação mecânica da aresta de corte da ferramenta desde que tenham orientação preferencial com a das tensões principais máximas.