Programa de Ensaios de Maquinagem

Os ensaios de maquinabilidade realizados tiveram como principal objetivo a determinação da influência da geometria do quebra-aparas nas componentes das forças de corte, aparas obtidas e rugosidades da superfície, com especial interesse nas ferramentas em PCD.

Um dos principais entraves à realização de todos os ensaios na mesma máquina ferramenta (torno CNC) prendeu-se essencialmente com a instrumentação de medição de forças de corte, células de carga piezoelétricas. Estas apenas poderiam ser utilizadas no torno paralelo convencional, o que limitava a gama de velocidades de corte a aplicar.

Desta forma, devido à necessidade de instrumentação contraposta com velocidades de corte elevadas os ensaios de maquinagem foram subdivididos em dois grupos:

 Ensaios de maquinagem realizados no torno paralelo, que permitiram a obtenção de forças de corte, avaliação da forma das aparas obtidas e da rugosidade superficial dos provetes;

 Ensaios de maquinagem realizados no torno CNC, que permitiram a utilização de velocidades de corte mais elevadas e a avaliação da forma das aparas obtidas e da rugosidade das superfícies maquinadas.

5.4.2.1 Programa de ensaios para o torno convencional

Uma característica do torno paralelo convencional prende-se com a variação escalonada da velocidade de rotação. Tal facto impossibilita a utilização de uma velocidade de corte constante ao longo de todos os ensaios realizados e para cada pastilha de corte, apresentando portanto uma desvantagem em termos de estudos de maquinagem face ao torno CNC.

Como forma de contornar a situação, decidiu-se que cada pastilha previamente selecionada seria submetida a uma mesma sequência de maquinagem, permitindo desta forma que a comparação dos resultados entre cada uma destas, fosse efetuada para os mesmos parâmetros de corte.

Um outro fator importante, ainda relacionado com as características construtivas da máquina-ferramenta, prende-se com a gama de velocidades de avanço possíveis, para uma dada gama de velocidades de rotação. Desta forma foram selecionadas duas velocidades de rotação 2500 e 900 rpm, três profundidades de corte, 0.25, 0.5 e 1.5 mm, para avanços de 0.05, 0.14, 0.25 mm/rot.

A gama de avanços e profundidades de corte foram estabelecidas tendo em conta os parâmetros indicados pelo fabricante das ferramentas PCD (Figura 72) e ainda, segundo o material disponível (no caso da profundidade de corte) e dependendo da gama disponibilizada pelo torno convencional para a gama de velocidades de rotação pretendida (no caso do avanço).

Figura 72 - Gama de parâmetros de corte indicados por fabricantes para pastilhas PCD e intervalo de parâmetros onde se inserem os utilizados.

A sequência de ensaios, realizada para cada pastilha pode ser visualizada na Tabela 23. Importa realçar que para cada pastilha de corte foi utilizado um novo provete, sendo que o diâmetro final do mesmo, aproximadamente de 28 mm. Este diâmetro final resulta de uma relação entre ajuste de parâmetros de corte e necessidade de evitar as zonas mais internas dos provetes, uma vez que, pela análise da microestrutura, verificou-se que são zonas com elevada probabilidade de aparecimento de porosidade, devido essencialmente ao processo de solidificação do material. Esta porosidade nas zonas internas colocaria a estabilidade do ensaio em causa e consequentemente a obtenção de resultados válidos para o processo de corte.

Tabela 23 - Parâmetros de corte dos ensaios de maquinagem efetuados no torno paralelo

2500 0,25 0,05 432 0,25 0,14 428 0,25 0,25 424 0,5 0,05 420 0,5 0,14 412 0,5 0,25 404 1,5 0,05 397 1,5 0,14 373 1,5 0,25 350 900 0,25 0,05 117 0,25 0,14 116 0,25 0,25 115 0,5 0,05 113 0,5 0,14 110 0,5 0,25 107 1,5 0,05 105 1,5 0,14 96 1,5 0,25 88

Todos os ensaios realizados foram efetuados sem fluido de corte, embora na prática industrial tal não aconteça, seria mais uma variável a considerar, que aumentaria o número de ensaios a realizar, para além claro, de exigir uma maior proteção de equipamentos de instrumentação utilizados. No entanto, a maquinagem da liga de Alumínio considerada neste estudo suporta a maquinagem a seco.

Na apresentação de resultados utilizou-se, normalmente, as velocidades reais do ensaio. Contudo, em alguns casos, refere-se a gama de velocidades, 400 m/min e 100 m/min, apesar de não serem as reais, sendo valores representativos das duas frequências de rotação. Tal designação prende-se com a facilidade de apresentação de resultados e uma vez que, a sequência de ensaios é exatamente a mesma para cada pastilha, os resultados retirados da comparação das mesmas, pressupondo o mesmo avanço e profundidade de corte, na mesma gama de velocidades, são efetuados para a mesma velocidade de corte, sendo desta forma válidos.

A comparação entre etapas consecutivas do ensaio, para a mesma pastilha é que terá de ser efetuada tendo em conta também a variação de velocidade de corte, que embora reduzida terá sempre alguma influência nos resultados obtidos.

5.4.2.2 Programa experimental para o torno CNC

O torno CNC utilizado, capaz de atingir uma velocidade máxima de rotação de 5000 rpm, e com a vantagem de manter a velocidade de corte constante, permitiu a seleção de uma velocidade de 690 m/min na realização da primeira sequência de ensaios, o que levou à obtenção de velocidades de corte substancialmente mais elevadas, comparativamente ao torno convencional.

Desta forma, foram adotadas duas velocidades de corte, a primeira de 690 m/min, que correspondia à velocidade máxima de rotação da máquina para o diâmetro mais reduzido obtido na sequência de ensaios, e uma velocidade substancialmente mais reduzida, 300 m/min, adotada como base de comparação entre as duas máquinas ferramentas.

A sequência de ensaios efetuada, Tabela 24, permitiu a variação do avanço e profundidade de corte na mesma gama de valores adotados nos ensaios de maquinagem efetuados no torno convencional. Mais uma vez, todos os ensaios foram efetuados a seco e com o mesmo suporte de pastilhas usado no torno paralelo.

Tabela 24 - Parâmetros de corte da sequência de ensaios efetuados no torno CNC.

690 0,25 0,05 0,25 0,14 0,25 0,25 0,5 0,05 0,5 0,14 0,5 0,25 1,5 0,05 1,5 0,14 1,5 0,25 300 0,25 0,05 0,25 0,14 0,25 0,25 0,5 0,05 0,5 0,14 0,5 0,25 1,5 0,05 1,5 0,14 1,5 0,25