Aramcharoen e Mativenga (2009) comentam que a microusinagem de materiais de alta resistência torna-se desafiadora devido à sua imprevisibilidade, principalmente em relação ao desgaste da ferramenta. Desta forma, os autores sugerem que para que a usinagem atinja a alta qualidade usualmente requerida para fabricação de microcomponentes, é necessário que os parâmetros de corte sejam estudados para que se encontre um ponto ótimo.
Conforme já comentado, Aramcharoem e Mativenga (2009) estudaram o microfresamento do aço ferramenta H13 (43 HRC), com ferramentas de WC ultrafino de 900 µm de diâmetro, usinando com ap = 50 µm e 30 000 rpm. Em relação aos parâmetros de corte,
estes autores observaram que o tamanho da rebarba diminui com a razão entre a espessura de corte e o raio de aresta da ferramenta. Para razão igual a 0,2, 1,0 e 2,0 as alturas das rebarbas foram: 110 µm, 50 µm e 30 µm, respectivamente.
Em relação à rugosidade média (Ra), Aramcharoem e Mativenga (2009) concluem que existe um ponto ótimo que onde a razão entre o raio de aresta e a espessura de corte seja igual a 1. No trabalho destes autores, para esta razão igual a 1 a rugosidade Ra foi de 0,14 µm, para uma razão igual a 0,2 o Ra foi 0,2 µm para uma razão igual a 2 o Ra atingiu 0,25 µm. Os autores sugerem ainda que um ponto ideal para a usinagem seria com uma espessura de corte próxima ao raio da ferramenta.
Lekkala, et al. (2011) estudaram a formação de rebarbas em microcanais de aço inoxidável (ss-304), com ferramentas de 300 µm e 400 µm de diâmetro. As seguintes conclusões foram obtidas sobre as rebarbas: diminuir a velocidade de corte de 2 000 rpm para 4 000 rpm diminuiu o tamanho das rebarbas de 27 µm para 21 µm, a penetração de trabalho influenciou de maneira diferente, ao aumentar de 16 µm para 48 µm, as rebarbas diminuíram em média 2 µm, o aumento do diâmetro da microfresa também influenciou positivamente, gerando uma redução de 3 µm.
Dos Santos et al. (2015) estudaram o processo de microfresamento de aço inoxidável duplex UNS 32205 com microfresas de metal duro revestidas de TiN, com 381 µm de diâmetro. Os autores utilizaram dois valores para cada um dos seguintes parâmetros: avanço (2 µm/volta e 3 µm/volta), profundidade de corte (10 µm e 30 µm) e velocidade de corte (20 000 rpm e 30 000 rpm) resultando em oito ensaios. Dentre os fenômenos observados destacam-se as rebarbas. Segundo os autores, as rebarbas apresentaram dimensões elevadas, aproximadamente 70 µm, porém não apresentaram correlação com os parâmetros avaliados, o que os autores atribuem à complexidade do processo, Fig. 2.20.
Figura 2.20 – Imagens dos canais obtidas via MEV: a) ap = 30 µm, fz = 3 µm e n = 20 000 rpm;
b) ap = 30 µm, fz = 3 µm e n = 30 000 rpm; c) ap = 10 µm, fz = 3 µm e n = 20 000 rpm e d)
ap = 10 µm e fz = 3 µm e n = 30 000 rpm (DOS SANTOS et al., 2015).
Dos Santos et al. (2015) avaliaram também a rugosidade dos canais, praticamente não houve variação dos valores com a variação na velocidade de rotação, já em relação ao avanço por dente quando se aumentou o valor de 2 µm para 3 µm houve uma pequena redução na rugosidade Ra (entre 0,001 µm e 0,002 µm), a profundidade de corte foi o parâmetro que mais
Figura 2.21 – Efeito da rotação na rugosidade média (adaptado de GOLSHAN et al., 2017).
Bandapalli et al. (2017), estudaram a aplicação de redes neurais para controlar a rugosidade Ra de microcanais realizados em Ti-6Al-4V, com uma microfresa de 500 µm de diâmetro, rotação de 30 000 rpm, 60 000 rpm e 90 000 rpm, avanços em mm/s de: 2, 4, 6, 8, 12 e 18, e profundidades de corte de 20 µm, 40 µm e 60 µm. Seus resultados mostraram que é possível obter uma boa correlação entre a rugosidade da peça e a rugosidade gerada pela rede, em relação aos parâmetros de corte citados. Além disso, os autores concluíram que o parâmetro que tem maior influência na rugosidade Ra é a velocidade de avanço. Por exemplo: ao aumentar de 6 mm/s para 18 mm/s, com rotação 90 000 rpm, a rugosidade Ra aumentou de 0,15 µm para 0,90 µm. Os resultados obtidos variam em relação aos três parâmetros, mas os autores concluíram que o segundo maior fator de influência na rugosidade Ra é a profundidade de corte. Além disso, verificaram que a velocidade de corte exerce pouca influência, mas quando é avaliada separadamente é possível perceber que maiores velocidades geram superfícies com menores valores de rugosidade.
Quando o foco é o desgaste da ferramenta, a ordem dos fatores é alterada, a velocidade de avanço continua exercendo a maior influência, porém a profundidade de corte passa a influenciar menos que a velocidade de corte (Bandapalli et al., 2017). É possível inferir
ainda que todos estes fatores são mais significativos do que a presença de revestimentos como TiAlN.
Uma outra forma de melhorar a qualidade dos canais, em relação à rugosidade média Ra e reduzir o desgaste (de flanco) é a aplicação de fluido de corte. Segundo Li e Chou (2010) além de benefícios para qualidade do canal, a aplicação de fluido de corte reduz em cerca de 60% o desgaste de flanco para todas os parâmetros testados em seu trabalho, que foi de microfresamento de aço SKD61, com ferramentas de 600 μm de diâmetro, 20 000 rpm, 30 000 rpm e 40 000 rpm, avanços de 1,0 μm/volta, 1,5 μm/volta e 2,0 μm/volta.
Outra conclusão significativa de Li e Chou (2010) é que com a aplicação de fluido de corte, de base vegetal Bluebe LB-1, a diferentes taxas: 1,88 ml/h, 3,75 ml/h e 7,50 ml/h e pressão de 0,5 MPa os valores de rugosidade Ra ficaram baixos, menores que 0,2 µm, e não sofreram influência significativa dos parâmetros de corte, os valores a seco chegaram a 1,2 μm. Outra vantagem da aplicação de fluido de corte no microfresamento é o aumento da estabilidade dinâmica, reduzindo as vibrações (MITTAL et al., 2017).
Em outro estudo, Cheng e Huo (2008) avaliaram a qualidade do canal em função do material da ferramenta (metal duro e diamante), do avanço por dente e da velocidade de corte, Fig. 2.22, os resultados obtidos por estes autores mostram que o material da microfresa tem grande influência na qualidade superficial em termos de rugosidade Ra, conforme pode ser observado na Fig. 2.22, além disso, o avanço por dente se mostrou mais determinante que a velocidade de corte, sendo possível obter valores otimizados em função do Ra, principalmente para a microfresa de diamante.
Figura 2.22 – Influência do avanço por dente, da velocidade de corte e da microferramenta na rugosidade do canal, a) ferramenta de metal duro e b) ferramenta de diamante (adaptado de CHENG; HUO, 2008).
0,50 µm e 1,00 µm sempre com aplicação de fluido via técnica MQL.
Wang et al. (2016) quantificaram a formação de APC através de imagens da superfície do canal, em seguida correlacionaram este dado com os resultados de rugosidade e obtiveram um modelo estatístico que permite prever a rugosidade do canal a partir da quantização das arestas postiças de corte. Eles ressaltam ainda que a formação de APC é o maior responsável por deteriorar a qualidade da superfície microfresada.
Aurich et al. (2017) indicam a usinagem com inclinação da microfresa como uma forma de minimizar as rebarbas e melhorar a qualidade do canal, em termos de rugosidade Ra. Os parâmetros utilizados em sua pesquisa foram: ap = 5 µm, vc = 4,71 m/min, 30 000 rpm, com
uma ferramenta de 50 µm, para usinar titânio comercialmente puro e latão (CuZn39Pb2). Os autores comentam ainda que a influência do ângulo (tilt angle) na microusinagem é bem diferente da usinagem convencional em que ele é usado para gerar texturas na superfície. Como principal fator para esta diferença os autores indicam a elevada presença de plowing na microusinagem.
De acordo com Wu et al. (2017), o lado concordante do canal apresenta maiores rebarbas que o discordante, em geral as rebarbas com grandes dimensões são do tipo Poisson, causadas pelo escorregamento do material na parte inferior do raio da aresta de corte da ferramenta. Estes autores fizeram estas conclusões ao microfresar cobre livre de oxigênio, com ferramentas de PCD com diâmetro de 100 µm, profundidade de corte 10 µm e 20 000 rpm.
Schueler et al. (2010), ao microfresar Ti-6Al-4V com ferramentas próprias de metal duro, diâmetro de 48 µm e 60 000 rpm, verificaram que o lado do canal irá influenciar não apenas na dimensão da rebarba, mas também na qualidade do canal. O lado onde ocorre fresamento discordante é rugoso e apresenta fissuras, já o lado do fresamento concordante é em geral suave.