Tese
Influência da texturização a laser em ferramentas de metal duro revestidas na usinagem do aço ABNT 1050
Effect of the laser texture on cemented carbide coated tools on the machining of ABNT 1050 steel
Registro en:
Autor
Suarez, Mauro Paipa
Institución
Resumen
In metal machining one of the most important topic is the understanding of the chip
formation process. Its analysis leads to the conclusion of how important is the
phenomena involved during the generation of a new engineering surface. Since 1930
E. M. Trent, one of the most important researcher in metal cutting of all times, has
encouraged the study of the tribological behaviour at the chip-tool interface. This has
served as the mainspring towards technological improvements, such as the use of
adequate cutting fluids and tool coatings more and more resistant, which aims to
prolong tool lives. It is known from the surface engineering that different surface
topographies present different tribological behaviour. The use of laser technology
allows to alter the topography of the tool surfaces without affecting their mechanical
properties. The main objective of the present work is to evaluate the influence of
laser textured surfaces of coated cemented carbide cutting tools in the machinability
of ABNT 1050 steel in turning operation. The tools were textured in three different
stages, varying the texture geometry and the laser power over the rake face of triple
coated (TiCN-Al2O3-TiN) cemented carbide tools. The textures were characterized by
electronic interferometry and scanning electron microscopy (SEM). The machining
tests were carried out in several cutting conditions (cutting speed and feed rate) and
different lubri-cooling atmospheres (dry, MQL and flood cooling). The machinability
was evaluated also in three different classificatory stages. In the first stage (using the
same texture geometry and different laser parameters) the machining force
components and the workpiece surface roughness were considered as the
evaluating parameters. In the second stage (different texture geometry) only the
machining force components were considered. Finally, in the third stage (using the
best texture determined by the previous stages) the tool life was the evaluating
parameter. The results showed that from the machinability evaluating parameters,
only the tool life with flood cooling presented positive response of the laser texture on
the tool rake face. Under the other two lubri-cooling atmospheres (dry and MQL) the
results did not show significant differences in the behaviour of the evaluating
parameters. Varying the cutting conditions did not modify these results. This work
has thus contributed for the study of the laser-materia interaction showing that this
new technology of tool texturing is viable and can improve tool lives and hence shop
floor productivity. Doutor em Engenharia Mecânica Na usinagem dos metais, um dos maiores focos de interesse dos processos
convencionais de usinagem está no conhecimento da formação do cavaco. A análise
da formação do cavaco mostra quão importante são os fenômenos envolvidos na
criação de superfícies de engenharia. Desde 1930, E. M. Trent, um dos mais
importantes pesquisadores da área de usinagem de todos os tempos, incentivou o
estudo do comportamento tribológico da interface cavaco-ferramenta, que tem
funcionado como mola propulsora para avanços tecnológicos tais como o uso de
fluidos de corte adequados e revestimentos cada vez mais resistentes, que visam o
prolongamento da vida das ferramentas de corte. Sabe-se da engenharia de
superfície que diferentes topografias apresentam diferentes comportamentos
tribológicos. O uso da tecnologia a laser possibilita a modificação da topografia da
ferramenta de corte de maneira controlada e sem alteração das propriedades
mecânicas do substrato. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da
texturização a laser de ferramentas de metal duro revestidas na usinabilidade do aço
ABNT 1050 no torneamento cilíndrico externo. As texturas foram produzidas em três
etapas diferentes, variando a geometria das texturas e a intensidade do laser sobre
a superfície de saída de ferramentas de metal duro, revestidas com multi-camada
TiCN-Al2O3-TiN. As texturas foram caracterizadas por interferometria e microscopia
eletrônica de varredura (MEV). Os testes de usinagem foram executados em
diferentes níveis de velocidade de corte, de avanço por revolução (vc e f) e em
diferentes ambientes de lubri-refrigeração (seco, MQF e jorro). A usinabilidade do
par ferramenta-peça foi avaliada, também, em três diferentes etapas classificatórias.
Na primeira etapa (usando a mesma geometria e diferentes parâmetros no laser)
foram consideradas as componentes das forças de usinagem e a rugosidade da
peça como parâmetros avaliadores. Na segunda etapa (diferentes geometrias da
textura) foram consideradas apenas as componentes da força de usinagem.
Finalmente, na terceira etapa (melhor textura determinada pelas etapas anteriores)
foi avaliada a vida da ferramenta. Os resultados mostraram que dos parâmetros
investigados, apenas os ensaios de vida com uso de jorro, evidenciaram uma
influência positiva significativa no uso de texturização de ferramentas, nas demais
atmosferas os resultados não apresentaram uma variação significativa no
comportamento das variáveis analisadas. A variação do avanço ou da velocidade de
corte não modificou este comportamento. Este trabalho contribuiu assim, no estudo
da interação laser-materia mostrando que esta nova tecnologia de texturização de
ferramentas é viável e pode incrementar a vida das ferramentas e
consequentemente a produtividade no chão de fabrica.
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