Tese
Usinagem do aço inoxidável austenítico ABNT 316 UF com aplicação de fluido de corte a alta pressão
Machining of Austenitic Stainless Steel SAE 316 with high pressure coolant supply
Registro en:
NAVES, Vitor Tomaz Guimarães. Machining of Austenitic Stainless Steel SAE 316 with high pressure
coolant supply. 2013. 200 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013.
Autor
Naves, Vitor Tomaz Guimarães
Institución
Resumen
The use of cutting fluid during the cutting process, when chosen and applied properly, reduce
the heat generated during the chip formation as well as reducing the friction between the chip
and the tool thus may increase the tool life, improve the finish surface and decrease tool wear
rate. Cutting fluids may also help in reducing cutting forces and contribute to a lower power
consumption by the machine tool during the manufacturing processes. Cutting fluids work as a
lubricant to reduce the contact area between chip and tool, and their efficiency depends on the
ability to penetrate the chip-tool interface and to create a thin layer in the shortest available time.
High-pressure jet-assisted machining has become a powerful technique to help the cutting fluid
to attain regions very close to the cutting edge and increase production efficiency. The main
advantages of this technique are improved chip control, increased tool life, lower cutting
temperature and better surface integrity. The objective of this work is to investigate the action of
the cutting fluid at high pressure during the machining process of austenitic stainless steel ABNT
316 UF. The experiments were carried out in a turning operation and the cutting fluid was
applied at different pressures (10, 15 and 20 MPa) between the chip and tool at the rake face
The respective flow rates of these conditions are pressures of 13.2 l / min and 16.8 l / min and
18.6 l / min. The results were compared to dry cutting and wet cutting. Cemented carbide tools
of class ISO K coated with TiN, Al2O3 and Ti (C,N), using the chemical vapor deposition at
medium temperature technique (MTCVD), were employed. The cutting fluid used was a
vegetable oil with concentration of 5% and 10%. The trials were performed in a numerically
controlled lathe with 11 kW main engine power and speed range 3-3000 rpm. The cutting
parameters were: cutting speed 300 m/min, feed 0.2 mm/rev and depth of cut of 1 mm. The
signals monitored were: electrical power consumed by the machine, the components of the
cutting forces, measuring of surface roughness, chip formation, chip micro hardness , wear
mode and wear mechanism of cutting tools. The results showed that the use of cutting fluid at
high pressure increased the tool life. Roughness surface, cutting forces and power machining
shown reduced when the cutting fluid were applied under high pressure. Analysis by scanning
electron microscopy and electron backscattering showed that the area and the length of chiptool
contact was significantly reduced when the cutting fluid was applied at high pressure. The
main wear mechanism observed on the rake face and the flank face was adhesion. The highpressure
coolant technique was more efficient than both overhead fluid applications and dry
cutting with regard to the reduction of cutting tool wear. The lowest wear was obtained when the
fluid was applied with a concentration of 10% and at a pressure of 10 MPa. The high pressure
jet coolant shown to be an efficient chip breaker, producing chip fragmented. Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Doutor em Engenharia Mecânica Em processos de usinagem o uso de fluido de corte é uma atmosfera que, quando escolhida e
aplicada de forma adequada, favorece a redução do calor gerado durante a formação do
cavaco e também na redução do atrito entre o cavaco e a ferramenta, consequentemente
poderá aumentar a vida da ferramenta, beneficiar o acabamento superficial de peças usinadas,
auxiliarem na remoção e controle do cavaco, proteger a máquina contra corrosão atmosférica,
etc. Os fluidos de corte podem também favorecer a redução dos esforços de usinagem e
contribuir para uma menor potência elétrica consumida pela máquina ferramenta durante os
processos de fabricação. Para melhorar suas funções lubri-refrigerante é importante que o
fluido de corte penetre em regiões mais próximas possíveis da ponta da ferramenta durante a
formação do cavaco e facilite o escoamento do mesmo pela superfície de saída da ferramenta.
Ainda que as máquinas ferramentas disponham de um eficiente sistema de refrigeração durante
a usinagem, muitas vezes o fluido de corte não consegue penetrar de forma eficaz nas
principais regiões geradoras de calor ou, então, forma-se uma película de fluido sobre as partes
quentes dificultando a condução do calor de forma eficiente. O uso de fluido de corte aplicado a
alta pressão em processos de usinagem torna-se um eficiente método para o acesso a essas
regiões. Nesta pesquisa foi investigada a ação do fluido de corte a alta pressão durante o
processo de torneamento cilíndrico externo de um aço inoxidável austenítico ABNT 316 UF. O
fluido de corte utilizado foi uma emulsão de base vegetal com concentrações de 5% e 10% e
foram utilizadas pressões de 10 MPa, 15 MPa e 20 MPa. As respectivas vazões a estas
condições de pressões foram de 13,2 l/min, 16,8 l/min e 18,6 l/min. Os resultados foram
comparados com a usinagem a seco e com aplicação de fluido na forma de jorro. Na condição a
jorro a vazão foi de 4,2 l/min. Os testes foram realizados em um torno com comando numérico
de 11 kW de potência no motor principal e faixa de velocidade de 3 a 3000 rpm. As ferramentas
utilizadas foram pastilhas de metal duro da classe ISO K05, com tripla cobertura de Ti (C,N) +
Al2O3 + TiN. A velocidade de corte foi de 300 m/min, o avanço de 0,2 mm/rev e a profundidade
de corte de 1 mm, mantidos constantes. Foram investigados a potência elétrica consumida pela
máquina, as componentes das forças de usinagem, a rugosidade, formação do cavaco, a micro
dureza do cavaco, forma e mecanismo de desgaste das ferramentas de corte. Os resultados
mostraram que o uso do fluido de corte a alta pressão aumentou o tempo de vida das
ferramentas, gerando um menor desgaste na aresta de corte. A rugosidade, força e potência de
usinagem pouco foram influenciadas pela ação do fluido de corte aplicado a alta pressão.
Análises feitas por microscopia eletrônica de varredura e por elétrons retroespalhados
mostraram que a área e o comprimento de contato cavaco- ferramenta foi significativamente
reduzida quando o fluido de corte foi aplicado em alta pressão. Está técnica ainda demonstrou
ser um eficiente quebra-cavaco, favorecendo o controle de cavacos contínuos e emaranhados
formados durante a usinagem a seco e com jorro.