Vida da ferramenta

Nas condições de usinagem citadas anteriormente, foram realizados os ensaios de vida da ferramenta. O volume total de cavaco gerado por vida da ferramenta em cada condição é apresentado na figura 4.15.

Figura 4.15. Volume de Cavaco produzido por vida da ferramenta em função da condição de usinagem.

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A taxa de remoção de material (Q) é função dos parâmetros de corte de acordo com a equação 3. (Sandvik, 2009);

Q = vc.ap.f [cm3/min]

Portanto, para todas as condições de usinagem utilizadas, a taxa de remoção de material será muito próxima, pois o produto do avanço pela velocidade de corte nas condições 1 e 5 é muito próximo daquele obtido nas condições 4 e 8. Nas condições 5 e 8, nas quais a geometria da ferramenta é negativa, houve um maior tempo de vida da ferramenta e, consequentemente, um maior volume de cavaco produzido. Estes resultados não são usuais, pois na usinagem com ferramenta de geometria negativa de materiais bastante dúcteis e com alta taxa de encruamento, há uma tendência de formação do desgaste de entalhe na superfície de folga da ferramenta de maneira mais rápida em relação à usinagem com ferramentas positivas, devido à maior deformação plástica imposta ao cavaco e à peça pela ferramenta (Zhu, 2013). No exame preliminar da ferramenta via microscopia óptica realizado para determinação do VB,max durante o

transcorrer dos ensaios observou-se que nas condições 1 e 4 (positivas), houve uma quantidade considerável de material aderido na aresta de corte e apenas na condição 4 houve a formação do desgaste de entalhe. Logo, na prática, o efeito do entalhe ocorreu na usinagem em uma condição em que a ferramentas era positiva. Para uma análise qualitativa mais precisa dos desgastes ocorridos durante a usinagem, foi realizada a microscopia eletrônica de varredura (MEV), figuras 4.16 e 4.17.

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(a) Condição 1 – Aresta de corte (b) Condição 1 – Superfície de saída.

(c) Condição 4 – Aresta de corte (d) Condição 4 – Superfície de saída.

Figura 4.16. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) de duas regiões distintas das ferramentas de corte utilizadas em diferentes condições de usinagem. (a) Condição 1 - Aresta de corte, (b) Condição 1 - Superfície de saída, (c) Condição 4 - Aresta de corte e (d) Condição 4 - Superfície de saída.

Na ferramenta referente à condição de usinagem 1, nota-se a presença de uma quantidade significativa de material aderido na aresta de corte (figura 4.16 (a) e (b)). Esta aderência de material foi tamanha que houve alteração da forma da aresta evidenciada na figura 4.16 (b).

Também na condição 4 há uma considerável quantidade de material aderido na aresta de corte (figura 4.16 (c) e (d)). Percebe-se ainda, na figura 4.16 (d), que possivelmente um cavaco soldou-se à aresta de corte. Por fim, nesta condição verifica-se a presença do desgaste de entalhe posicionado no final da superfície de folga da ferramenta. Esta foi a única condição que gerou o

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desgaste de entalhe. A rebarba neste caso foi gerada, por um lado, por uma ferramenta positiva que não tende a deformar muito o cavaco, mas, por outro lado com um baixo avanço, que tende a gerar alta pressão de corte (alto Ks) e, por isso, muita deformação do cavaco. A soma destes dois fatores opostos fez com que a rebarba ao fim da profundidade de corte, fruto da deformação do cavaco, fosse suficientemente encruada e dura para causar o entalhe.

Já na condição 1 (baixa velocidade de corte e alto avanço) a aderência de material de cavaco/peça na superfície de folga da ferramenta, cavaco este extrudado entre ferramenta e peça foi predominante, gerando desgaste da ferramenta por attrition. Estes resultados corroboram com o exame preliminar.

(a) Condição 5 – Aresta de corte. (b) Condição 5 – Superfície de saída.

(c) Condição 8 – Aresta de corte. (d) Condição 8 – Superfície de saída.

Figura 4.17. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) de duas regiões distintas das ferramentas de corte utilizadas em diferentes condições de usinagem. (a) Condição 5 -

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Aresta de corte, (b) Condição 5 - Superfície de saída, (c) Condição 8 - Aresta de corte e (d) Condição 8 - Superfície de saída.

Constatou-se que na ferramenta referente a condição de usinagem 5 há um pequeno volume de material aderido na aresta de corte (figura 4.17 (b)). Entretanto o efeito de maior importância é que há significativas porções da ferramenta onde não existe mais a cobertura, ou seja, ocorreu a remoção desta, além disto, houve a formação do desgaste de flanco (figura 4.17 (a)). Mas na foto mostrada nesta figura vê-se que, abaixo da região próxima à aresta onde não se tem mais a cobertura da ferramenta e se vê riscos abrasivos, tem-se uma região cheia de material aderido. Possivelmente, o attrition e a abrasão (promovida durante a usinagem pelos carbonetos presentes na liga 625) foram os mecanismos predominantes de desgaste da ferramenta. .

A presença de material aderido é bastante grande na ferramenta utilizada na condição 8, tanto na superfície de folga (há um acúmulo de material aderido tamanho que se levanta acima da linha da aresta de corte - figura 4.17 (c)), quanto na superfície de saída. Sobre este material aderido na superfície de folga vê-se riscos abrasivos que apontam para o fato que a abrasão também estava presente. Portanto, conclui-se novamente que, também nesta condição attrition e abrasão foram responsáveis pelo desgaste da ferramenta.

Observa-se que a aderência de material sobre as superfícies de saída e de folga da ferramenta foi intensa em todas as condições. Esta aderência não causou desgaste na superfície de saída (não se vê crateras nestas), mas causou intenso desgaste nas superfícies de folga. Assim, pode-se afirmar que eles foram causados por attrition.

Mesmo deformando mais o cavaco e gerando mais calor, a geometria negativa gerou maior vida da ferramenta que a positiva, pois o material tem baixa condutividade térmica e assim, o calor não vai para a ferramenta em quantidade o suficiente para acelerar os mecanismos de desgaste. Portanto, o principal mecanismo de desgaste é aquele que não depende de altas temperaturas, que é o attrition/aderência. Como o attrition é um fenômeno cíclico de remoção de partículas da ferramenta (stick-slip), a menor cunha da ferramenta positiva faz com que uma pequena remoção de partículas fragilize bastante a ferramenta e acelere ainda mais o fenômeno de aderência e remoção de partículas, diminuindo a vida da ferramenta.

A abrasão acontecia simultaneamente ao attrition, facilitada pela remoção da camada de cobertura produzida pelo attrition ou mesmo sobre a camada de material aderido na ferramenta, o que facilitava a remoção cíclica desta camada, incentivando ainda mais o attrition.

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Há que se responder, porém, porque não houve desgaste de entalhe quando se utilizou ferramenta negativa. Afinal a geometria negativa promove maior deformação do cavaco e da região da peça vizinha ao cavaco. Assim, deveria gerar uma rebarba mais dura, que teria a ação de serrilhar a camada de cobertura promovendo sua retirada pontual na região em que a rebarba se forma (fim da profundidade de corte), facilitando assim a extrusão de cavaco naquela porção da ferramenta e, consequentemente, a aceleração do attrition naquela região com formação do desgaste de entalhe (Biermann et al, 2010). Porém, a maior deformação do cavaco também teve o efeito de acelerar sua extrusão entre peça e ferramenta e, assim, sua adesão à superfície de folga da ferramenta. Consequentemente, a geometria negativa teve a ação de acelerar o attrition ao longo de toda a aresta e não somente no ponto de fim da profundidade de corte. Portanto, este mecanismo mais acelerado fez com que o mecanismo formador do entalhe não tivesse tempo de ocorrer.

4.2.2 Caracterização microestrutural

Na figura 4.18 é apresentada a micrografia obtida em microscópio ótico com ataque químico com reagente glicerégia da região da superfície usinada da barra da liga 625 com a condição de usinagem 8 (com a ferramenta desgastada), que foi aquela, como será visto adiante, na qual houve o maior efeito da usinagem na integridade superficial. Observa-se mais uma vez que nenhuma alteração microestrutural na região da superfície pode ser observada, ou seja, o nível de deformação e o calor imposto pela usinagem foi novamente pequeno e, consequentemente, nenhuma alteração da microestrutura foi detectada através de microscopia ótica.

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(a) 100x (b) 500x

Figura 4.18. Micrografia da superfície usinada com a condição 8 e ferramenta desgastada da liga 625. Micrografias obtidas em microscópio ótico com ataque metalográfico feito com reagente glicerégia.

4.2.3 Rugosidade

O procedimento de análise para cada um dos parâmetros de rugosidade (Ra e Rz) da superfície do corpo de prova torneado com ferramentas desgastadas foi o mesmo utilizado anteriormente (ferramentas novas). Os resultados destas medições são apresentados respectivamente nas figuras 4.19 e 4.20 para os parâmetros de rugosidade Ra e Rz.

Figura 4.19. Rugosidade média Ra em função da condição de usinagem com ferramenta desgastada.

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Figura 4.20. Rugosidade máxima Rz em função da condição de usinagem com ferramenta desgastada.

As rugosidades Ra obtidas na usinagem com ferramentas desgastadas foram praticamente as mesmas atingidas na usinagem com ferramentas novas (ver figura 4.5), exceto na condição 5, na qual a rugosidade diminuiu aproximadamente pela metade. Ou seja, o material aderido na superfície das ferramentas e a condição de desgaste destas não foram suficientes pra promover uma alteração significativa na forma da ponta da ferramenta (que se reproduz na superfície da peça gerando rugosidade), o que foi aferido nos valores da rugosidade Ra alcançados. Entretanto, na condição 5 na qual houve bastante remoção do material da camada de cobertura, a rugosidade reduziu em torno de 100%, ou seja, a usinagem com o substrato da ferramenta promoveu um efeito de alteração da ponta da ferramenta (provavelmente no sentido de torná-la mais afiada) e, assim, diminuiu o valor da rugosidade Ra.

As rugosidades Rz atingidas na usinagem com ferramentas desgastadas, de maneira geral, foram maiores que aquelas obtidas com ferramentas novas (ver figura 4.6) como era de se esperar, exceto para a condição 8. Ou seja, o estado das ferramentas influenciou de maneira significativa a rugosidade máxima Rz. Isto é, a presença do material aderido durante o corte promoveu uma amplitude maior entre os picos e os vales de rugosidade. Porém, na condição 8 em que se verificou a formação do desgaste de entalhe, a rugosidade Rz teve uma ligeira queda em torno de 20% do seu valor inicial. Juntando as informações extraídas dos valores de Ra e Rz

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com ferramentas desgastadas, vê-se que, no geral, as superfícies obtidas com elas, apesar de não apresentarem picos e vales profundos em comparação com aquelas obtidas com ferramentas novas (o Ra não foi maior), apresentaram mais riscos que aquelas (maior Rz), devido à presença de material aderido sobre a ferramenta. Este material aderido provavelmente riscava a superfície usinada.

Apesar dos valores da rugosidade Ra terem se mantido praticamente os mesmos, possivelmente em termos de fadiga mecânica e corrosão sob tensão, o comportamento das superfícies geradas pela usinagem com ferramentas desgastadas será pior, pois, uma superfície mais riscada apresenta um efeito maior na concentração de tensão e assim, intensifica a ocorrência de ambos os fenômenos citados (Dieter, 1991).