Vida de ferramenta

A Figura 36 mostra os resultados de vida de ferramenta nos experimentos realizados. As colunas representam as médias obtidas nas réplicas de cada condição de usinagem e as linhas de dispersão representam o valor de mais ou menos 1 desvio padrão.

Figura 36 - Vida útil em função do tipo da ferramenta e velocidade de corte

É importante ressaltar que para a determinação da vida da ferramenta, o diâmetro da interpolação helicoidal não foi alterado ao longo dos ensaios. Este recurso promove um aumento no diâmetro primitivo da rosca e um possível incremento no número de roscas usinadas. Na Figura 36 nota-se que as ferramentas de múltiplas arestas apresentaram vida média superior às ferramentas de aresta única. Além disso, existe uma tendência de usinagem de um número maior de roscas com 85 m/min do que com 100 m/min.

Estas percepções são confirmadas pela análise de variância. A Figura 37 mostra o diagrama de pareto de influência dos fatores na vida da ferramenta.

Figura 37- Diagrama de pareto de influência dos fatores na vida da ferramenta

Conforme a Figura 37, o tipo de ferramenta tem uma influência significativa no processo, com um intervalo de confiança de 99%. A velocidade de corte mostra apenas uma influência significativa quando o intervalo de confiança é de 80%. Além disso, a análise de variância mostra que não há interação significativa entre as variáveis de influência.

Ao se analisar os valores de velocidades de corte (85 e 100 m/min) utilizados no processo de roscamento, nota-se uma significativa diferença para os valores verificados na literatura. Araujo et al. (2004) estudou a usinagem de roscas M10 x 1,5 mm em alumínio da série 6061 pelo processo interpolação helicoidal. As velocidades de corte utilizadas foram de 32 e 64 m/min. Mota (2006) estudou o processo de roscamento com machos rígidos (M6 x 1 mm) na usinagem do ferro fundido cinzento. A maior velocidade de corte utilizada nesta pesquisa foi de 75 m/min. Bezerra (2003) também estudou o processo de roscamento com machos rígidos (M8 x 1,5 mm) na usinagem do ferro fundido cinzento. As velocidades de corte utilizadas na pesquisa de Bezerra (2003) foram de 30 e 60 m/min. Apesar de Mota (2006) e Bezerra (2003) utilizarem ferramentas de aço-rápido, fator que limita a máxima velocidade de corte, a manutenção desta velocidade ao longo de toda a usinagem torna-se crítica no processo. Isto se deve a necessidade de alterar o sentido de rotação do eixo-árvore durante a usinagem e a limitações do cabeçote reversor. Com o processo de usinagem de roscas por interpolação helicoidal, estas limitações não existem. Araujo et al. (2004) também utilizaram valores de velocidade de corte inferiores ao desta pesquisa, mesmo com a usinagem de roscas por interpolação helicoidal. É importante ressaltar que os trabalhos citados utilizaram materiais de menor dificuldade de usinagem do que o ferro fundido vermicular. Esta comparação mostra o potencial da usinagem de roscas por interpolação helicoidal, principalmente em função das velocidades de corte permitidas no processo.

As ferramentas com múltiplas arestas de corte permitiram a usinagem de um maior número de roscas quando comparadas às ferramentas de aresta única, independentemente da velocidade utilizada. Contudo, uma análise torna-se importante: o processo de formação dos filetes. Com a utilização de ferramentas de aresta única, a mesma aresta de corte da ferramenta é responsável pela formação de todos os filetes de rosca. Em outras palavras, ao atingir um determinado valor de desgaste na aresta de corte ou ocorrer uma avaria na ferramenta, daquele momento em diante, todos os filetes são automaticamente comprometidos. Por outro lado, com a utilização de ferramentas de múltiplas arestas, somente nas duas primeiras voltas de formação dos filetes, mais do que uma aresta usina simultaneamente. Isto se deve ao posicionamento da ferramenta abaixo da superfície do furo no início do processo. Como descrito no item 3.7, após a ferramenta ser posicionada abaixo da superfície e no centro do furo, a primeira volta da ferramenta utiliza uma interpolação helicoidal cônica para atingir o diâmetro externo da rosca. Na segunda volta da ferramenta, todas as arestas da ferramenta usinam o material com uma interpolação helicoidal cilíndrica. Entretanto, a partir da terceira volta, realizada com interpolação helicoidal cilíndrica, somente a aresta da extremidade inferior da ferramenta é responsável pela formação dos filetes. As demais arestas da ferramenta, apenas tocam a superfície usinada. Contudo, caso o desgaste da aresta da extremidade inferior da ferramenta comprometa a geometria do filete ou, ainda, ocorra uma avaria nesta aresta, a aresta seguinte torna-se responsável pela formação do filete. Como será demonstrado no item “4.4 Desgaste e avarias de ferramentas”, este tipo de situação ocorreu freqüentemente com as ferramentas de múltiplas arestas. Este fator foi determinante para a superioridade do número de roscas usinadas por estas ferramentas.

A estratégia da entrada da ferramenta na peça é um ponto determinante para o desempenho das ferramentas de múltiplas arestas. Smith (2008) descreve duas estratégias de entrada: interpolação linear e interpolação helicoidal cônica. Segundo o autor, a estratégia de interpolação linear é a mais rápida, contudo, promove um grande ângulo de contato entre ferramenta e peça. Este ângulo de contato promove elevados carregamentos no corte, cavacos mais longos e marcas na peça no local de entrada da ferramenta. Por outro lado, a estratégia de interpolação helicoidal cônica é mais lenta e complexa do que a anterior, mas permite um aumento gradual nos esforços de usinagem durante a entrada da ferramenta e homogeneidade do tamanho dos cavacos.

Conforme demonstrado na Figura 32, o ferro fundido vermicular é caracterizado pela heterogeneidade microestrutural (presença de diferentes constituintes e de diferentes durezas). Este é um elemento dificultador na definição do material da ferramenta e parâmetros de

usinagem. Contudo outro fator dificulta ainda mais o processo de usinagem: a concentração de carbonetos em determinadas regiões do corpo-de-prova. A Figura 38 mostra uma micrografia de uma região com elevado número de carbonetos na microestrutura do material.

Figura 38– Presença de partículas duras na microestrutura do ferro fundido vermicular

A análise da microestrutura do material, conforme a Figura 38, mostra uma concentração de carbonetos de TiC (carboneto de titânio) e/ou TiN (nitreto de titânio) na matriz ferrítica-perlítica do ferro fundido vermicular. Além disso, em uma região de esteadita, é possível notar a presença de carbonetos do tipo M3C. A concentração de carbonetos em

determinadas regiões do material usinado é um elemento crítico para a entrada com interpolação linear em função de elevados carregamentos nas arestas de corte, principalmente, pelo do choque com partículas extremamente duras. Deste modo, a estratégia de interpolação helicoidal cônica para a usinagem do primeiro filete torna-se imprescindível para o desempenho da ferramenta.

Esta também é a hipótese para explicar os valores de dispersão dos resultados de vida de ferramenta. A presença de concentrações de carbonetos e nitretos de elevada dureza pode promover avarias, ou seja, a destruição da aresta de corte de maneira repentina e inesperada. Esta situação de impacto contra partículas duras no material da peça pode promover lascamentos e, até mesmo, quebra da aresta de corte. Dawson e Schroeder (2004) afirmam

que a adição de 0,1 a 0,2% de titânio no ferro fundido vermicular, com o objetivo de evitar a formação de grafitas lamelares, pode originar, por conseqüência, a formação de TiC e TiN. Os autores também afirmam que a presença destas partículas duras promove dificuldades adicionais ao processo de usinagem. Portanto, com a determinação do fim de vida das ferramentas por avarias, o qual ocorre de forma repentina e inesperada, aumenta fortemente a dispersão dos resultados.