2. TEORI
2.3 L EDELSE I ET RELASJONELT PERSPEKTIV
Sucessivos passes foram dados no material em bruto conforme descrito no item 3.2. Ao contrário do que se esperava, no início dos ensaios a vida das pastilhas nestas condições foi bem maior com a usinagem a seco, e as arestas em que se tentou utilizar fluido de corte, não cortaram mais do que 60mm de comprimento do material, ocorrendo predominantemente a quebra por lascamento (considerando a classe até o momento estudada GC2015).
O início do desgaste, em todas as arestas observadas, se iniciou pela formação de um entalhe ao longo da aresta principal e distante aproximadamente 4mm da ponta, coincidindo desta forma, com o ponto em que a aresta principal de corte mais entrou em contato com a casca do material. Este fenômeno foi ainda mais pronunciado quando se utilizou fluido de corte e este entalhe inicial se desenvolveu em forma de lascamento da aresta principal de corte, conforme Figura 37. O corte do material com casca assemelha-se em alguns momentos, a um corte interrompido, pois esta possui irregularidades da ordem de milímetros e faz com o contato entre o material e a peça não seja constante em alguns pontos da aresta principal. Esta situação faz com que freqüentemente ocorram choques térmicos no inserto e as quebras prematuras podem ser justificadas por este fato. Outro fator importante é que a classe 2015 é a menos tenaz dentre as utilizadas neste item e logo deve ser a mais frágil quando solicitada desta forma.
Figura 37 – Aresta de corte com utilização de fluido refrigerante, classe 2015, geometria MM, vc=80m/min, f=0,25mm/v e ap=4mm
Diversos critérios podem ser adotados para decidir o fim de vida de uma ferramenta. Dentre eles cita-se (DINIZ, 1989):
- Os desgastes atingem proporções tão elevadas que se receia uma quebra da aresta cortante;
- Os desgastes chegam a valores em que a temperatura do gume cortante se aproxima da temperatura na qual a ferramenta perde o fio de corte;
- Devido ao desgaste da superfície de folga da ferramenta não é mais possível manter as tolerâncias exigidas na peça;
- O acabamento superficial da peça usinada não é mais satisfatório;
- O aumento da força de corte, proveniente dos desgastes elevados da ferramenta, interfere no funcionamento da máquina;
Um valor bastante utilizado por pesquisadores na atualidade considera o fim de vida para ferramentas que trabalham em operações de acabamento, quando o desgaste VB chega à 0,3mm ou quando chega a 0,8mm para operações de desbaste.
O critério de fim de vida considerado nos ensaios escolheu o valor de 0,8mm como desgaste máximo permitido na aresta principal, e mostrou-se estar realmente muito próximo do fim de vida da pastilha. Um entalhe desta ordem gera rebarbas enormes e causa excessiva vibração e aumento da potência de corte. Quando algum ponto da aresta atingiu este valor (inclusive o entalhe) a pastilha foi inutilizada. A Figura 38 ilustra uma rebarba de quase 20mm, formada durante os ensaios, e usinada com uma pastilha com um entalhe de 0,8mm.
Figura 38 – Rebarba formada com usinagem de pastilha com entalhe de 0,8 mm sem fluido de corte, com classe 2015, geometria MM, vc=80m/min, f=0,25mm/v e ap=4mm
A Figura 39 mostra uma aresta com entalhe de aproximadamente 0,8mm.
Figura 39 – Aresta com desgaste aproximado de 0,8mm causado pela usinagem sem fluido de corte, com classe 2015, geometria MM, vc=80m/min, f=0,25mm/v e ap=4mm
Com a execução dos ensaios com os parâmetros ilustrados na Tabela 5, as seguintes observações foram feitas:
- Para a geometria MM, a velocidade de corte de 110m/min, fez com que ocorresse desgaste mais uniforme ao longo da aresta, enquanto que com a velocidade de 80m/min, houve aumento de aresta postiça de corte em praticamente todos os trechos usinados. Inclusive em uma pastilha houve o “caldeamento” do material usinado na superfície de saída, conforme ilustra a Figura 40;
- A pastilha com esta classe (GC 2015) não conseguiu usinar utilizando fluido de corte. O fluido junto com as irregularidades do material em bruto podem ter aumentado a incidência de choques térmicos na ferramenta, e como esta classe é a menos tenaz de todas as utilizadas neste trabalho, ocorreu o lascamento da aresta;
- Algumas arestas apresentaram lascamento prematuro logo no primeiro trecho do material. O choque do encontro da ferramenta com a casca em bruto do material, deve ter ocasionado o lascamento prematuro, condenando a posterior usinagem do trecho de 30mm. Neste caso uma solução a ser utilizada é mudar o ângulo de posição da ferramenta, porém esta variável não faz parte do escopo deste trabalho, e esta pastilha/suporte, foi escolhido por permitir desbaste de peças que apresentem rebaixos (bastante comum na fabricação de eixos com este material);
Figura 40 – Micrografias de uma pastilha com material aderido, de classe 2015, com geometria MM, vc=80m/min, f=0,25mm/v e ap=4mm e ampliação de 250X
Segundo Sarwar, Zhang e Gillibrand (1997) melhorias na vida da ferramenta e na performance desta podem ser obtidas combinando um revestimento com alta resistência ao desgaste e um substrato duro e tenaz. Neste sentido, e observando os resultados conseguidos para esta classe, que apesar de não ter um número suficiente de corpos de prova para uma análise estatística, demonstrou tendências para nortear o estudo, optou-se por utilizar uma nova classe de pastilhas (GC 2035), que possui características de revestimento e substrato diferentes da anterior, conforme citado no item 3.1.1. A Tabela 12 mostra alguns dados de vida dos ensaios com as duas classes. As seguintes observações, desta parte dos ensaios podem ser feitas:
- Apesar de mais tenaz, o fim de vida da pastilha GC2035 também foi definido pelo lascamento da aresta principal;
- Esta classe (apesar de não ter ocorrido quebra prematura das arestas no início dos trechos) não apresentou ganhos significativos com relação à classe utilizada
Aresta (m/min)Vc Fluido de corte Pastilha Compr. de peça usinado [mm] Volume de material removido [cm³] Volume de material removido em função
do tempo [cm³/min] de corte [min]tempo total 1 80 não 2015-MR 420 438,1 80,0 5,48 2 110 não 2015-MR 360 375,5 110,0 3,41 3 80 sim 2015-MR 30 31,3 80,0 0,39 4 110 sim 2015-MR 60 62,6 110,0 0,57 5 80 não 2015-MM 420 438,1 80,0 5,48 6 110 não 2015-MM 360 375,5 110,0 3,41 7 80 não 2035-MM 180 187,7 80,0 2,35 8 80 sim 2035-MM 150 156,5 80,0 1,96 9 80 sim 2035-MM 180 187,7 80,0 2,35 10 80 sim 2035-MM 150 156,5 80,0 1,96
anteriormente sem a utilização de fluido de corte, aliás, em geral, usinou comprimentos menores. Com a utilização de fluido de corte o rendimento foi melhorado.
Tabela 12 – Vida da ferramenta para a usinagem do material com casca
A Figura 41 apresenta o desgaste nas pastilhas, em função do comprimento usinado. Vale a pena lembrar que os resultados aproximados foram obtidos conforme relatado em materiais e métodos e não houve repetições para os ensaios, uma vez que a quantidade de material disponibilizado necessitaria ser maior.
Desgaste & Comprimento usinado
-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 60 120 180 240 300 360 420 Comprimento usinado [mm] D es g as te [ m m ] Vc=80m/min ; 2015-MM sem fluido Vc=110m/min ; 2015-MM sem fluido Vc=80m/min ; 2015-MM com fluido Vc=110m/min ; 2015-MM com fluido Vc=80m/min ; 2015-MR sem fluido Vc=110m/min ; 2015-MR sem fluido Vc=80m/min ; 2035-MM sem fluido Vc=80m/min ; 2035-MM com fluidoFigura 41 – Desgaste nas pastilhas em função do comprimento usinado
Considerando que a aresta foi verificada de 30 em 30mm, que a pastilha (principalmente quando da não utilização de fluido de corte) teria um tempo para ser resfriada até mesmo podendo atingir a temperatura ambiente, e que este fenômeno poderia influenciar notoriamente o estudo em questão, que até o momento teve maior rendimento sem a utilização do fluido de corte, optou-se por realizar alguns ensaios com trechos de desbaste maiores, sem interrupção para verificação das arestas.
Desta forma a usinagem ficaria mais próxima da utilização prática da usinagem neste material, porém só se teve um controle do desgaste ao longo do comprimento usinado em um trecho grande de material. O trecho considerado como inicial foi de 200mm, onde a aresta foi verificada e depois a ferramenta deveria cortar +150mm, totalizando assim o comprimento de um corpo de prova. Os parâmetros utilizados e os resultados estão apresentados na Tabela 13. As pastilhas que apresentaram comprimento usinado = 350mm, chegaram ao fim proposto em condições aceitáveis ainda de utilização. As ferramentas com valor menor não atingiram o objetivo, devido à aparente quebra de ponta/aresta, ou parada da máquina devido ao excessivo
Aresta (m/min)Vc Fluido de corte Pastilha Compr. de peça usinado [mm] Volume de material removido [cm³]
tempo total de corte [min] Desgaste no final do curso [mm] 11 80 não 2035-MM 280 292,0 3,65 - 12 80 sim 2035-MM 350 365,1 4,56 1,00 13 80 não 2015-MM 200 208,6 2,61 - 14 80 sim 2015-MM 100 104,3 1,30 - 15 80 não 2025-MM 350 365,1 4,56 0,60 16 80 sim 2025-MM 200 208,6 2,61
Vida desbastando "casca" com corte contínuo
0 50 100 150 200 250 300 350 400 Classes C o m p r. u si n ad o [m m ] 2035-MM (sem fluido) 2035-MM (com fluido) 2015-MM (sem fluido) 2015-MM (com fluido) 2025-MM (sem fluido) 2025-MM (com fluido)
torque a que esta foi submetida. Nesta parte dos ensaios uma nova classe de pastilhas foi inserida (GC 2025) que segundo o fabricante faz parte de uma geração de insertos mais nova e pode ser mais eficiente que as 2 anteriores testadas.
Tabela 13 – Valores utilizados para usinagem com casca ininterrupta
A Figura 42 apresenta os gráficos de vida para as pastilhas ensaiadas.
Figura 42 – Vida das arestas das ferramentas para usinagem com casca ininterrupta
As observações nesta parte dos ensaios foram:
- A classe GC 2015 aparentemente não suporta as altas temperaturas (apesar de sistematicamente não investigada) geradas no processo e teve a ponta da ferramenta quebrada/caldeada, na usinagem sem fluido de corte;
- A classe 2035 apresentou melhor desempenho que as demais quando usinou com fluido de corte;
- A classe 2025 apresentou os melhores resultados nesta série dos ensaios quando comparada com as outras classes sem utilização de fluido de corte;
Pode-se concluir com os experimentos realizados até esta parte do trabalho (considerando os parâmetros de corte utilizados) que:
- Quando o comprimento a ser usinado for pequeno, e com isso a temperatura da pastilha não deverá atingir valores altos durante grande período de tempo, a usinagem a seco aumenta a vida da ferramenta, e a classe preferencial para o trabalho com estas características é a 2015, conforme Figura 41, que mostra os dados dos ensaios, onde houve tempo para resfriamento da pastilha.
- Para comprimentos intermediários (~200mm) também se deve evitar o uso de fluido de corte e a classe 2025 apresentou melhores resultados;
- Para comprimentos grandes, é recomendada a utilização do fluido de corte, e a classe 2035, teve um desempenho melhor, considerando que não foi possível testar a classe 2025 sob grandes comprimentos.