Procedimento experimental dos ensaios da etapa 2.2: Comparação entre as diferentes classes de aços inoxidáveis

Esta etapa, por sua vez, ainda foi subdividida em mais duas etapas. A primeira foi definida como etapa de testes preliminares e a segunda de testes conclusivos, detalhadas a seguir.

3.4.6.1 Procedimento experimental dos testes preliminares

O objetivo dos testes preliminares foi fazer uma primeira abordagem do comportamento mecânico das três classes de aços inoxidáveis em estudo, considerando a análise das tensões, deformação, taxa de deformação, encruamento e temperatura na zona de cisalhamento primária, visando o levantamento e a relação dos parâmetros fundamentais do sistema de corte que possam ser fatores significativos para a modelagem do processo de usinagem.

Os resultados desta etapa também foram utilizados para fazer a comparação com os dados coletados nos testes de compressão e Barra de Hopkinson.

3.4.6.1.1 Ferramenta

As ferramentas de corte e o porta ferramenta utilizados nesta etapa foram os mesmos descritos anteriormente nos testes executados para a comparação do tipo de corte (ortogonal e semi-ortogonal).

3.4.6.1.2 Procedimento experimental

Os ensaios de torneamento dos testes preliminares foram executados também a seco na mesma máquina-ferramenta utilizada nos testes da etapa 2.1. A configuração dos ensaios foi obtida através de planejamento estatístico fatorial completo 23, variando-se velocidade de corte, avanço e material da peça de trabalho. Primeiramente, foi utilizado um planejamento para comparar as classes austenítica e martensítica, e as condições de corte; na sequencia foram comparados os aços inoxidáveis austenítico e duplex e, por fim, as classes martensítica e duplex,

totalizando três planejamentos 23_{, porém executando-se apenas 12 ensaios, uma}

vez que, puderam-se aproveitar os resultados dos ensaios do primeiro planejamento para compor os outros dois, acrescentando-se somente mais quatro ensaios referentes ao aço inoxidável duplex. A tabela 3.4 apresenta a configuração dos ensaios, destacando em cores diferentes os ensaios referentes a cada planejamento 23 executado. A profundidade de corte (ap) foi mantida constante em 2 mm, para que

fosse obtido um cavaco com largura suficiente para ser preparado para análises metalográficas. A velocidade de corte foi variada através de diferentes diâmetros das barras (70 e 45 mm), mantendo a rotação fixa em 710 rpm. O percurso de avanço (Lf) foi mantido constante em 10 mm e foi utilizada uma aresta de corte nova para

cada ensaio, para evitar influência do desgaste. Ainda foram consideradas duas réplicas dos testes executados para avaliação da reprodutibilidade dos resultados.

Tabela 3.4 – Configuração dos ensaios de torneamento. Vermelho: planejamento 23 considerando as condições de corte e os aços inoxidáveis V304UF e VSM13; verde: planejamento 23 _{considerando as}

condições de corte e os aços inoxidáveis V304UF e N4462; azul: planejamento 23 considerando as condições de corte e os aços inoxidáveis VSM13 e N4462.

Ensaio vc [m/min] f [mm/volta] Material

1 100,37 0,205 V304UF 2 156,14 0,205 V304UF 3 100,37 0,428 V304UF 4 156,14 0,428 V304UF 5 100,37 0,205 VSM13 6 156,14 0,205 VSM13 7 100,37 0,428 VSM13 8 156,14 0,428 VSM13 9 100,37 0,205 N4462 10 156,14 0,205 N4462 11 100,37 0,428 N4462 12 156,14 0,428 N4462

3.4.6.2 Procedimento Experimental dos Testes Conclusivos

O objetivo desta etapa foi ampliar mais a faixa de variação das condições de corte para possibilitar o levantamento de superfícies de resposta das saídas investigadas para as diferentes classes de aços inoxidáveis.

3.4.6.2.1 Ferramenta

As ferramentas de corte utilizadas nesta etapa corresponderam a insertos de metal duro da Sandvik, classe M25, com revestimento de nitreto de titânio (TiN), com especificação ISO TPUN 16 03 04 2025, os quais foram montados em porta ferramenta CTGPR 2525 M16 da Sandvik, para conferir um ângulo de inclinação (λs)

de 0°, ângulo de saída positivo ( γ0) de 6° e ângulo de posição ( χr) de 91°. A

especificação e a configuração das ferramenta e porta-ferramenta desta etapa são mostradas na Fig.3.13.

3.4.6.2.2 Procedimento experimental

Os testes de torneamento foram executados a seco em um torno principal de potência de 27 kW e rotação máxima no eixo-árvore de 3150 rpm, que foi adaptado para ser utilizado com o dinamômetro Kistler.

Figura 3.19 – Torno CNC TRAUB TND 360.

Foram utilizados três planejamentos estatísticos fatoriais completos 23_,

consistindo em duas variáveis quantitativas, velocidade de corte (vc) e avanço (f), e

uma variável qualitativa, material da peça de trabalho, totalizando 12 ensaios, uma vez que puderam ser utilizados os resultados do primeiro planejamento, que considerou os aços inoxidáveis austenítico e martensítico, para comparar cada uma das classes de aço inoxidável ao terceiro planejamento, necessitando, neste caso, apenas de mais quatro ensaios referentes à classe duplex. Foram mantidos constantes a profundidade de corte (ap) em 2 mm e o percurso de avanço (Lf) em

10 mm. Em cada ensaio foi utilizada uma aresta de corte nova para evitar influência do desgaste. Ainda foram consideradas duas réplicas dos testes executados para avaliação da reprodutibilidade dos resultados. A Tabela 3.5 apresenta a configuração geral das condições de usinagem para cada material, destacando em cores diferentes os ensaios referentes a cada planejamento 23.

Tabela 3.5 – Configuração geral dos ensaios de usinagem. Vermelho: planejamento 2 considerando as condições de corte e os aços inoxidáveis V304UF e VSM13; verde: planejamento 23 considerando as condições de corte e os aços inoxidáveis V304UF e N4462; azul: planejamento 23 considerando as

condições de corte e os aços inoxidáveis VSM13 e N4462.

Ensaio vc [m/min] f [mm/volta] Material

1 120 0,2 V304UF 2 280 0,2 V304UF 3 120 0,4 V304UF 4 280 0,4 V304UF 5 120 0,2 VSM13 6 280 0,2 VSM13 7 120 0,4 VSM13 8 280 0,4 VSM13 9 120 0,2 N4462 10 280 0,2 N4462 11 120 0,4 N4462 12 280 0,4 N4462

Concluída a análise de significância das variáveis do planejamento experimental citado acima, foi realizado um Planejamento Composto Central (PCC), com o objetivo de levantar superfícies de resposta de 2° ordem para mapear as variáveis de saída relacionadas ao comportamento mecânico do material em função das condições de corte, de forma a obter equações empíricas de previsão das variáveis de saída em função das condições de corte avaliadas. A Tabela 3.6 apresenta a configuração do PCC, contemplando cinco réplicas no centro, para ter uma cobertura mais ampla de condições de corte, ressaltando que foram realizados nove testes adicionas, referentes às condições extremas, (-α) e (+α), uma vez que as condições (+1) e (-1) foram realizadas pelo planejamento fatorial completo 23 descrito anteriormente.

Tabela 3.6 – Planejamento Composto Central.

Ensaios vc (m/min) f (mm/volta)

1 120 0,20 2 120 0,40 3 280 0,20 4 280 0,40 5(-α) 99 0,30 6(+α) 301 0,30 7(-α) 200 0,17 8(+α) 200 0,43 9 C 200 0,30 10 C 200 0,30 11 C 200 0,30 12 C 200 0,30 13 C 200 0,30