Desempenho de diferentes materiais de ferramentas de corte no torneamento de acabamento da liga de titânio Ti-6Al-4V com a tecnologia de aplicação de fluido de corte à alta pressão / Performance of different cutting tool materials in finish turning of Ti-6Al-4V alloy with high pressure coolant supply

Rosemar Batista da Silva

Este estudo visa avaliar a usinabilidade da liga de titânio Ti-6Al-4V utilizando várias classes de diferentes materiais de ferramentas de corte tais como metal duro sem revestimento (insertos T1 e T3) e com revestimento (insertos T2 e T4), PCD insertos: T5 e T6, CBN insertos: T7,T8 e T9, cerâmicas Whiskers (inserto T10), e nano-cerâmicas à base de alumina (inserto T11) e à base de nitreto de silício (inserto T12) em diferentes atmosferas de usinagem (fluido de corte aplicado a altas pressões (HPC) de 7 MPa; 11 MPa and 20,3 MPa, argônio e aplicação de fluido de corte convencional) e em elevadas condições de corte típicas de acabamento (velocidade de corte de 100 m min-1 a 500 m min-1, com avanço de 0,15 mm volta-1 e profundidade de corte de 0,5 mm constantes). Foram monitorados a vida das ferramentas bem como os mecanismos e tipos de desgaste, as forças de usinagem, a integridade superficial, a rugosidade das superfícies usinadas, a circularidade e os tipos e classes de cavacos produzidos. Os resultados foram utilizados para avaliar a eficiência das diferentes ferramentas de corte e atmosferas de usinagem empregadas na usinagem da liga Ti-6Al-4V. Os resultados mostraram que as ferramentas de PCD e metal duro tiveram o melhor desempenho, em termos de vida de ferramenta, que as demais ferramentas testadas. Em geral, as ferramentas com tamanho de grãos maior, metal duro (T1 e T4) e PCD (T5), apresentaram o melhor desempenho, em termos baixa taxa de desgaste e, consequentemente, vida mais longa, comparada com as ferramentas com tamanho de grãos menores (classes T2,T3 e T6). A utilização da técnica HPC mostrou ser eficiente na usinagem da liga Ti-6Al-4V, em termos de aumento de vida da ferramenta e, consequentemente, de aumento de produtividade, em relação à técnica de aplicação de fluido de corte convencional e com utilização de argônio nas condições investigadas. Em geral, a vida das ferramentas aumentaram com o aumento da pressão de aplicação de fluido de corte devido à sua capacidade de reduzir a área de contato cavaco-ferramenta e de quebrar o cavaco mais eficientemente e, portanto, propiciando uma melhor condição de lubrificação na interface cavaco-ferramenta com conseqüente redução de atrito. A utilização do argônio na usinagem com as ferramentas T1, T4 e T10 nas condições investigadas apenas evitou com que o centelhamento e ignição do titânio ocorresse, além de não propiciar aumento de vida da ferramenta, provavelmente devido à supressão das características de refrigeração e lubrificação que o argônio tem. As ferramentas de PCD apresentaram uma vida cerca de 8 vezes maior que as ferramentas de metal duro quando empregadas com aplicação de fluido de corte convencional. Todas as classes de ferramentas de CBN, em geral, apresentaram baixo desempenho em termos de vida de ferramenta devido ao acelerado desgaste na ponta da ferramenta e, em certos casos, lascamentos da aresta de corte que estão associados com a relativa alta taxa de difusão que ocorre durante a usinagem com titânio, que tende a diminuir a forças de ligações entre os átomos do substrato. Todas as ferramentas de cerâmicas testadas não demonstraram desempenho satisfatório em termos de desgaste e de vida ferramenta durante a usinagem da liga Ti-6Al-4V por causa da ocorrência de desgaste abrasivo e de lascamento da aresta de corte, como também da produção de superfícies usinadas com pobre acabamento superficial. O desgaste de ponta foi o tipo de desgaste predominante durante a usinagem com as ferramentas de metal duro, PCD e CBN (T7) devido à redução da área de contato cavaco-ferramenta e, consequentemente, ao aumento das tensões atuantes e aumento da temperatura na ponta da ferramenta. Já o desgaste de entalhe e lascamento ocorreram durante a usinagem com as ferramentas de CBN (T8 and T9) e com cerâmicas convencionais. O desgaste de entalhe também ocorreu de forma mais acentuada nas ferramentas de nano-cerâmicas, o que levou à falha catastrófica de tais ferramentas quando empregadas em velocidades de corte superiores a 110 m min-1. A usinagem com ferramentas de PCD geraram baixas forças de corte em relação às ferramentas de metal duro. Os valores de rugosidade superficial produzidos com as ferramentas de metal duro, PCD e CBN em geral ficaram abaixo do valor estipulado para critério de rejeição para torneamento de acabamento de 1.6 μm, enquanto que todas as ferramentas de cerâmicas produziram valores de rugosidade acima de 2 μm. A análise metalográfica das superfícies usinadas permitiu identificar pequenas marcas que não comprometeram as superfícies produzidas. A usinagem com ferramentas de metal duro produziu valores de dureza que variam aleatoriamente dentro dos limites inferior e superior de dureza da peça medidos antes da usinagem. Nenhuma evidência de deformação plástica nas superficies de titânio usinadas com todas as ferramentas e condições testadas. Em geral, a integridade superficial das superficies usinadas atendem à norma RollsRoyce CME 5043.

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