Ensaios de vida de ferramenta com desbaste do material com “casca”

Sucessivos passes foram dados no material em bruto conforme descrito no item 3.2. Ao contrário do que se esperava, no início dos ensaios a vida das pastilhas nestas condições foi bem maior com a usinagem a seco, e as arestas em que se tentou utilizar fluido de corte, não cortaram mais do que 60mm de comprimento do material, ocorrendo predominantemente a quebra por lascamento (considerando a classe até o momento estudada GC2015).

O início do desgaste, em todas as arestas observadas, se iniciou pela formação de um entalhe ao longo da aresta principal e distante aproximadamente 4mm da ponta, coincidindo desta forma, com o ponto em que a aresta principal de corte mais entrou em contato com a casca do material. Este fenômeno foi ainda mais pronunciado quando se utilizou fluido de corte e este entalhe inicial se desenvolveu em forma de lascamento da aresta principal de corte, conforme Figura 37. O corte do material com casca assemelha-se em alguns momentos, a um corte interrompido, pois esta possui irregularidades da ordem de milímetros e faz com o contato entre o material e a peça não seja constante em alguns pontos da aresta principal. Esta situação faz com que freqüentemente ocorram choques térmicos no inserto e as quebras prematuras podem ser justificadas por este fato. Outro fator importante é que a classe 2015 é a menos tenaz dentre as utilizadas neste item e logo deve ser a mais frágil quando solicitada desta forma.

Figura 37 – Aresta de corte com utilização de fluido refrigerante, classe 2015, geometria MM, vc=80m/min, f=0,25mm/v e ap=4mm

Diversos critérios podem ser adotados para decidir o fim de vida de uma ferramenta. Dentre eles cita-se (DINIZ, 1989):

- Os desgastes atingem proporções tão elevadas que se receia uma quebra da aresta cortante;

- Os desgastes chegam a valores em que a temperatura do gume cortante se aproxima da temperatura na qual a ferramenta perde o fio de corte;

- Devido ao desgaste da superfície de folga da ferramenta não é mais possível manter as tolerâncias exigidas na peça;

- O acabamento superficial da peça usinada não é mais satisfatório;

- O aumento da força de corte, proveniente dos desgastes elevados da ferramenta, interfere no funcionamento da máquina;

Um valor bastante utilizado por pesquisadores na atualidade considera o fim de vida para ferramentas que trabalham em operações de acabamento, quando o desgaste VB chega à 0,3mm ou quando chega a 0,8mm para operações de desbaste.

O critério de fim de vida considerado nos ensaios escolheu o valor de 0,8mm como desgaste máximo permitido na aresta principal, e mostrou-se estar realmente muito próximo do fim de vida da pastilha. Um entalhe desta ordem gera rebarbas enormes e causa excessiva vibração e aumento da potência de corte. Quando algum ponto da aresta atingiu este valor (inclusive o entalhe) a pastilha foi inutilizada. A Figura 38 ilustra uma rebarba de quase 20mm, formada durante os ensaios, e usinada com uma pastilha com um entalhe de 0,8mm.

Figura 38 – Rebarba formada com usinagem de pastilha com entalhe de 0,8 mm sem fluido de corte, com classe 2015, geometria MM, vc=80m/min, f=0,25mm/v e ap=4mm

A Figura 39 mostra uma aresta com entalhe de aproximadamente 0,8mm.

Figura 39 – Aresta com desgaste aproximado de 0,8mm causado pela usinagem sem fluido de corte, com classe 2015, geometria MM, vc=80m/min, f=0,25mm/v e ap=4mm

Com a execução dos ensaios com os parâmetros ilustrados na Tabela 5, as seguintes observações foram feitas:

- Para a geometria MM, a velocidade de corte de 110m/min, fez com que ocorresse desgaste mais uniforme ao longo da aresta, enquanto que com a velocidade de 80m/min, houve aumento de aresta postiça de corte em praticamente todos os trechos usinados. Inclusive em uma pastilha houve o “caldeamento” do material usinado na superfície de saída, conforme ilustra a Figura 40;

- A pastilha com esta classe (GC 2015) não conseguiu usinar utilizando fluido de corte. O fluido junto com as irregularidades do material em bruto podem ter aumentado a incidência de choques térmicos na ferramenta, e como esta classe é a menos tenaz de todas as utilizadas neste trabalho, ocorreu o lascamento da aresta;

- Algumas arestas apresentaram lascamento prematuro logo no primeiro trecho do material. O choque do encontro da ferramenta com a casca em bruto do material, deve ter ocasionado o lascamento prematuro, condenando a posterior usinagem do trecho de 30mm. Neste caso uma solução a ser utilizada é mudar o ângulo de posição da ferramenta, porém esta variável não faz parte do escopo deste trabalho, e esta pastilha/suporte, foi escolhido por permitir desbaste de peças que apresentem rebaixos (bastante comum na fabricação de eixos com este material);

Figura 40 – Micrografias de uma pastilha com material aderido, de classe 2015, com geometria MM, vc=80m/min, f=0,25mm/v e ap=4mm e ampliação de 250X

Segundo Sarwar, Zhang e Gillibrand (1997) melhorias na vida da ferramenta e na performance desta podem ser obtidas combinando um revestimento com alta resistência ao desgaste e um substrato duro e tenaz. Neste sentido, e observando os resultados conseguidos para esta classe, que apesar de não ter um número suficiente de corpos de prova para uma análise estatística, demonstrou tendências para nortear o estudo, optou-se por utilizar uma nova classe de pastilhas (GC 2035), que possui características de revestimento e substrato diferentes da anterior, conforme citado no item 3.1.1. A Tabela 12 mostra alguns dados de vida dos ensaios com as duas classes. As seguintes observações, desta parte dos ensaios podem ser feitas:

- Apesar de mais tenaz, o fim de vida da pastilha GC2035 também foi definido pelo lascamento da aresta principal;

- Esta classe (apesar de não ter ocorrido quebra prematura das arestas no início dos trechos) não apresentou ganhos significativos com relação à classe utilizada

Aresta _(m/min)Vc Fluido de _corte Pastilha Compr. de peça usinado [mm] Volume de material removido [cm³] Volume de material removido em função

do tempo [cm³/min] de corte [min]tempo total 1 80 não 2015-MR 420 438,1 80,0 5,48 2 110 não 2015-MR 360 375,5 110,0 3,41 3 80 sim 2015-MR 30 31,3 80,0 0,39 4 110 sim 2015-MR 60 62,6 110,0 0,57 5 80 não 2015-MM 420 438,1 80,0 5,48 6 110 não 2015-MM 360 375,5 110,0 3,41 7 80 não 2035-MM 180 187,7 80,0 2,35 8 80 sim 2035-MM 150 156,5 80,0 1,96 9 80 sim 2035-MM 180 187,7 80,0 2,35 10 80 sim 2035-MM 150 156,5 80,0 1,96

anteriormente sem a utilização de fluido de corte, aliás, em geral, usinou comprimentos menores. Com a utilização de fluido de corte o rendimento foi melhorado.

Tabela 12 – Vida da ferramenta para a usinagem do material com casca

A Figura 41 apresenta o desgaste nas pastilhas, em função do comprimento usinado. Vale a pena lembrar que os resultados aproximados foram obtidos conforme relatado em materiais e métodos e não houve repetições para os ensaios, uma vez que a quantidade de material disponibilizado necessitaria ser maior.

Desgaste & Comprimento usinado

-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 ₆₀ 120 180 240 300 360 420 Comprimento usinado [mm] D es g as te [ m m ] Vc=80m/min ; 2015-MM sem fluido Vc=110m/min ; 2015-MM sem fluido Vc=80m/min ; 2015-MM com fluido Vc=110m/min ; 2015-MM com fluido Vc=80m/min ; 2015-MR sem fluido Vc=110m/min ; 2015-MR sem fluido Vc=80m/min ; 2035-MM sem fluido Vc=80m/min ; 2035-MM com fluido

Figura 41 – Desgaste nas pastilhas em função do comprimento usinado

Considerando que a aresta foi verificada de 30 em 30mm, que a pastilha (principalmente quando da não utilização de fluido de corte) teria um tempo para ser resfriada até mesmo podendo atingir a temperatura ambiente, e que este fenômeno poderia influenciar notoriamente o estudo em questão, que até o momento teve maior rendimento sem a utilização do fluido de corte, optou-se por realizar alguns ensaios com trechos de desbaste maiores, sem interrupção para verificação das arestas.

Desta forma a usinagem ficaria mais próxima da utilização prática da usinagem neste material, porém só se teve um controle do desgaste ao longo do comprimento usinado em um trecho grande de material. O trecho considerado como inicial foi de 200mm, onde a aresta foi verificada e depois a ferramenta deveria cortar +150mm, totalizando assim o comprimento de um corpo de prova. Os parâmetros utilizados e os resultados estão apresentados na Tabela 13. As pastilhas que apresentaram comprimento usinado = 350mm, chegaram ao fim proposto em condições aceitáveis ainda de utilização. As ferramentas com valor menor não atingiram o objetivo, devido à aparente quebra de ponta/aresta, ou parada da máquina devido ao excessivo

Aresta _(m/min)Vc Fluido de _corte Pastilha Compr. de peça usinado [mm] Volume de material removido [cm³]

tempo total de corte [min] Desgaste no final do curso [mm] 11 80 não 2035-MM 280 292,0 3,65 - 12 80 sim 2035-MM 350 365,1 4,56 1,00 13 80 não 2015-MM 200 208,6 2,61 - 14 80 sim 2015-MM 100 104,3 1,30 - 15 80 não 2025-MM 350 365,1 4,56 0,60 16 80 sim 2025-MM 200 208,6 2,61

Vida desbastando "casca" com corte contínuo

0 50 100 150 200 250 300 350 400 Classes C o m p r. u si n ad o [m m ] _{2035-MM (sem fluido)} 2035-MM (com fluido) 2015-MM (sem fluido) 2015-MM (com fluido) 2025-MM (sem fluido) 2025-MM (com fluido)

torque a que esta foi submetida. Nesta parte dos ensaios uma nova classe de pastilhas foi inserida (GC 2025) que segundo o fabricante faz parte de uma geração de insertos mais nova e pode ser mais eficiente que as 2 anteriores testadas.

Tabela 13 – Valores utilizados para usinagem com casca ininterrupta

A Figura 42 apresenta os gráficos de vida para as pastilhas ensaiadas.

Figura 42 – Vida das arestas das ferramentas para usinagem com casca ininterrupta

As observações nesta parte dos ensaios foram:

- A classe GC 2015 aparentemente não suporta as altas temperaturas (apesar de sistematicamente não investigada) geradas no processo e teve a ponta da ferramenta quebrada/caldeada, na usinagem sem fluido de corte;

- A classe 2035 apresentou melhor desempenho que as demais quando usinou com fluido de corte;

- A classe 2025 apresentou os melhores resultados nesta série dos ensaios quando comparada com as outras classes sem utilização de fluido de corte;

Pode-se concluir com os experimentos realizados até esta parte do trabalho (considerando os parâmetros de corte utilizados) que:

- Quando o comprimento a ser usinado for pequeno, e com isso a temperatura da pastilha não deverá atingir valores altos durante grande período de tempo, a usinagem a seco aumenta a vida da ferramenta, e a classe preferencial para o trabalho com estas características é a 2015, conforme Figura 41, que mostra os dados dos ensaios, onde houve tempo para resfriamento da pastilha.

- Para comprimentos intermediários (~200mm) também se deve evitar o uso de fluido de corte e a classe 2025 apresentou melhores resultados;

- Para comprimentos grandes, é recomendada a utilização do fluido de corte, e a classe 2035, teve um desempenho melhor, considerando que não foi possível testar a classe 2025 sob grandes comprimentos.

No documento Contribuição ao estudo da integridade superficial de um aço inoxidável super-duplex... (páginas 89-99)