Vida da Ferramenta

De acordo com Diniz; Marcondes; Coppini (2006), a vida da ferramenta é o tempo que a mesma trabalha efetivamente, até perder sua capacidade de corte, dentro de um critério previamente estabelecido. Ao atingir esse tempo determinado a ferramenta deve ser reafiada ou substituída por outra nova. O percurso de corte (Lc) e o percurso de avanço (Lf) para uma vida de T minutos é dado por:

Com esses dados, de acordo com Ferraresi (2003), podem-se construir as curvas de vida da ferramenta a partir de curvas de desgaste pelo tempo para várias velocidades de corte, com a configuração do tempo de vida da ferramenta pela velocidade de corte.

A curva de vida muito conhecida é a proposta por F.W. Taylor, em que a curva de vida na escala logarítmica tem uma representação próxima à linear, indicando uma relação exponencial entre T e vc. A fórmula de Taylor é escrita da seguinte maneira:

Onde o expoente x e a constante K são constantes para cada par ferramenta/peça e influenciados pelas demais condições de corte como valores de f, ap, fluido de corte etc.

Vários pesquisadores tem aplicado ultimamente uma variação da fórmula de Taylor, chamada de Taylor Expandida, em que se investiga não só a influência da velocidade de corte, mas também a influência de outros parâmetros de corte, como a do avanço e da profundidade de corte (SANTOS, 1996; SALES, 1999; FERRAZ, 2008). Um exemplo desta variação está ilustrado na equação:

Onde:

T = Tempo de vida da ferramenta; vc= é a velocidade de corte; f= é o avanço;

ap = é a profundidade de corte; VBB = é o desgaste de flanco médio.

K, a, b, c e d = são constantes e coeficientes da fórmula de Taylor expandida e devem ser calculadas para cada par ferramenta-peça.

Por se tratar do método utilizado neste trabalho, segue uma descrição detalhada do método desenvolvido por Santos (1996) para determinar os coeficientes da equação de Taylor, com o intuito de otimizar o número de testes.

Para determinar os parâmetros K,a,b,c e d da fórmula de Taylor expandida, se faz necessário o uso do logaritmo neperiano em ambos os lados da equação:

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Assim a fórmula de Taylor Expandida se transforma em um modelo de regressão linear múltipla. Este modelo apresentado na equação 13 pode ser expresso matricialmente por: Y = Xβ (18) β

Utilizando o procedimento dos Mínimos Quadrados Comuns, pode-se obter a estimativa do vetor de estimadores dos Mínimos Quadrados:

= B = (XT _X)-1 _(XT _{Y) (19)}

Assim os coeficientes da equação de Taylor expandida são estimados usando o Método dos Mínimos Quadrados. Para selecionar o melhor conjunto de parâmetros de usinagem (velocidade de corte, avanço e profundidade do corte) a ser utilizado, Duarte e Arruda (1993) desenvolveram um critério baseado na minimização da razão entre valores máximos e mínimos singulares da matriz de sensibilidade após observar que a precisão com a qual os coeficientes da equação de Taylor são ajustados depende do inverso da matriz conforme equação 13. O inverso dos valores singulares está diretamente relacionado com a precisão da estimativa, sendo assim, a seleção de um conjunto de testes com base neste critério, resulta em um conjunto de coeficientes estimados com o mesmo grau de precisão. Por esta razão, a minimização da razão entre valores máximos e mínimos singulares da matriz de sensibilidade foi utilizada como o critério de experimento ótimo.

Com os valores mínimos e máximos de cada parâmetro de corte selecionados, um programa gera quatro conjuntos de condições de corte, que é o número mínimo de testes necessários para determinar os coeficientes da Equação de Taylor expandida. Para isso o software gera aleatoriamente cinco mil conjuntos de testes e seleciona o conjunto que fornece o valor mínimo para a razão entre valores máximos e mínimos singulares da matriz de sensibilidade. Os testes são realizados e os resultados são utilizados para estimar os

coeficientes da Equação de Taylor expandida e seus respectivos desvios padrão. De posse dos coeficientes e valores de desvio padrão estimados, pode-se calcular a vida útil das ferramentas para uma determinada condição de corte pré-determinada, assim como calcular o erro médio de vida da ferramenta (diferença entre os tempos calculados e os medidos) que serve para avaliar a qualidade da equação gerada.

Kumar; Durai; Sornakumar (2006) estudaram o comportamento de ferramentas de cerâmica na usinagem de um aço inoxidável martensítico a seco. A Figura 2.40 apresenta as curvas de vida encontradas por estes pesquisadores para duas ferramentas, a primeira de alumina com óxido de zircônio, denominada de ferramenta (a) e a segunda chamada de ferramenta (b), também à base de alumina com zircônio e adição de carbonitreto de titânio. Os valores máximos de desgaste utilizados como critério de fim de vida da ferramenta foram: desgaste de flanco >0,4 mm; desgaste de cratera>0,14 mm; e desgaste de entalhe> 1,0mm.

Figura 2.40 - Curva de desgaste para usinagem de um aço inoxidável martensítico com ferramentas cerâmicas (a) Ferramenta a; (b) Ferramenta b. Fonte: Kumara; Durai; Sornakumar (2006)

Pode-se ver que em ambas as ferramentas o desgaste de flanco domina o critério de fim de vida da ferramenta a uma velocidade baixa, no entanto, o desgaste de entalhe passa a predominar a uma velocidade de corte mais elevada, isto é, um pouco acima de 200 m/min.

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Noordin; Venkatesh; Sharif (2007) mostram na Figura 2.41 o perfil típico de desgaste de duas ferramentas KT315 e KC9110 que são respectivamente ferramentas de cermet revestido com camada múltipla TiN / TiCN / TiN e metal duro revestido TiCN / Al2O3 / TiN, na usinagem de um aço inoxidável martensítico, com velocidade de corte de 130 m/min e avanço de 0,16 mm/volta. Pode ser visto que a ferramenta KC 9110 supera a ferramenta KT 315. Ao a entrar na zona C, após aproximadamente 350 s, a ferramenta KT 315 desgasta rapidamente, apresentando material da peça aderido na aresta de corte.

Figura 2.41 - Perfil de desgaste na usinagem de uma aço inoxidável martensítico vcmáx = 0,2 mm. Fonte: Noordin; Venkatesh; Sharif (2007)

Bordinassi (2006) avaliou a vida da ferramenta de desbaste de metal duro para o torneamento de um aço inoxidável superduplex. Ele utilizou três pastilhas da Sandvik, a GC2015MM que tem uma cobertura de CVD TiCN / Al2O3 de 9 µm de espessura; a GC2025MM que consiste na cobertura por CVD TiCN / Al2O3 / TiN de 5,5 µm de espessura; e a GC2035MM que possui uma cobertura por PVD TiAlN de 4 µm. Conforme a Figura 2.42 pode-se concluir que a ferramenta GC2025MM sem aplicação de fluido de corte, apresentou um maior tempo de vida, enquanto que com a aplicação de fluido a ferramenta GC2035MM apresentou o melhor resultado.

Figura 2.42 - Vida da ferramenta para desbaste de uma aço inoxidável super duplex. Fonte: Bordinassi (2006)