ANLISE DA USINABILIDADE DOS AOS INOXIDVEIS AISI 304 E AISI 420 DURANTE O PROCESSO DE TORNEAMENTO EXTERNO CILINDRICO

F. M. MARQUES; F. M. UGIONI; L. C. CAVALER; A. S. ROCHA; E. I. CURI

Rua Pascoal Meller, 73 , Bairro Universitrio, Cricima-SC. CEP: 88805380 fernando.marques@satc.edu.br

Faculdade SATC; UFRGS

RESUMO

Os gestores industriais dos segmentos de usinagem, precisam conhecer a usinabilidade dos materiais, para que as estratgias de produo alcancem as metas de produtividade e viabilidade econmica desejadas. Os aos inoxidveis se caracterizam por serem materiais de difcil usinabilidade. Nesse estudo foram executados passes severos de desbaste cilndrico externo (torneamento), sem utilizao de meios refrigerantes, nos aos AISI 304 e AISI 420. Na anlise global dos resultados foi comparado rugosidade mdia superficial (Ra), o desgaste de flanco VBmx (desgaste de flanco mximo) e temperatura de corte, alm da caracterizao do tipo de desgaste predominante nas amostragens. Evidenciando o menor desempenho do AISI 304, frente aos testes de usinagem propostos neste trabalho, qualificando o AISI 304 como material de usinabilidade inferior ao AISI 420.

PALAVRAS-CHAVE: Usinabilidade, AISI 304, AISI 420, Torneamento, Desgaste de flanco

INTRODUO

Parte da estratgia industrial para conduzir a produo dentro das metas de

produtividade estipuladas pela gesto empresarial, est correlacionada com estudos

de usinabilidade dos materiais. Nesse contexto a usinabilidade pode ser definida

como uma grandeza comparativa, entre as propriedades de usinagem de um certo

material. Na prtica a usinabilidade expressa o grau de dificuldade que um material

oferece no momento da remoo de cavaco (Diniz et al., 2006).

Empresas do ramo de cutelaria, biomedicina e ferramenteira por exemplo,

possuem grande interesse na usinabilidade dos aos inoxidveis, uma vez que estes

materiais atendem s normas especficas de produtos de maior valor agregado,

alm de oferecem elevada resistncia corroso e caractersticas mecnicas

melhoradas, quando comparados aos outros tipos de aos. (Carvalho, 2000)

Os aos inoxidveis no apresentam uniformidade nos fatores de

usinabilidade, esta caracterstica observada devido a composio qumica que

define cada tipo de ao inoxidvel comercial, como os austenticos, martensticos e

ferrticos (SECO, 2002). Para melhorar esta caracterstica normalmente

adicionado enxofre na composio qumica, em teores controlados. O enxofre tem a

funo de formar sulfetos de mangans na matriz microestrutural, melhorando o

ndice de deformidade desse novo material, o que facilita a quebra do cavaco na

zona de cisalhamento, bem como o escoamento do cavaco arrancado sobre a

ferramenta (Carb, 2000). Esses fatores contribuem para a maior usinabilidade e

qualidade superficial (baixa rugosidade) dos aos inoxidveis. Isso se torna possvel

uma vez que a aresta de corte das ferramentas preservada por um maior tempo,

devido a diminuio do esforo de corte e acmulo de cavado sobre a rea da

usinagem, assim como a menor temperatura do gume da ferramenta de corte.

(Oberg, 2000)

Este trabalho foi elaborado com o intuito de investigar a usinabilidade dos aos

AISI 304 e AISI 420 (recozido), para tanto, parmetros de corte severos foram

selecionados intencionalmente para acelerar o processo de desgaste de flanco da

ferramenta de corte, e com isso tecer discusses sobre o comportamento dos aos

inoxidveis conforme as medies de rugosidade da superfcie usinada e desgaste

da ferramenta de corte a cada passe de usinagem, e medio de temperatura do

esforo de corte no momento da usinagem.

MATERIAIS E MTODOS

Este captulo apresenta o planejamento experimental, procedimentos

experimentais e a descrio dos equipamentos e recursos utilizados para a

realizao deste trabalho.

Parmetros de corte

Os aos inoxidveis foram usinados com parmetros de corte fixos, pois o

objetivo foi de avaliar a usinabilidade por comparao dos mesmos e foi

determinado um nico parmetro de velocidade de corte (Vc), avano Fn e

profundidade de corte (ap) representados na Tab 1.

Tab 1 - Parmetros de corte utilizado para os ensaios de usinagem

Material Vc [m/min] ap [mm] fn [mm/rot]

AISI 304 200 0,5 0,1

AISI 420 200 0,5 0,1

Os insertos utilizados para anlise de desgaste foram do fabricante ZCCT-CT,

modelo TNMG160404R-FM, classe de metal duro ISO M (indicado para aos

inoxidveis), no qual indicavam os parmetros mdios de velocidade de corte de 220

m/min, faixa de avano media (fn) de 0,2 mm/rot e profundidade de corte mxima de

3,0 mm.

Medio de desgaste

Para anlise de desgastes dos insetos foi utilizado um estereoscpio ptico

modelo BW1008-500X, com conexo USB e software para medio das imagens

adquiridas, medio esta realizada atravs da converso de pixel para milmetros,

definindo assim o desgaste de flanco dos insertos.

Para medio de desgaste das ferramentas foram utilizados insertos novos, a

partir das mesmas, analisado quanto desgastou de seu flanco (VBmax). A Fig. 1

mostra como foi realizado as medies de desgaste de flanco, com seus respectivos

valores.

Fig. 1 - Inserto com indicao de flanco.

Para a anlise de desgaste, foi realizada, por comparao dos dois materiais, e

medido no mesmo comprimento usinado, assim minimizando possibilidades de erros

de medio, e sempre com uma medio e duas rplicas, gerando assim valores

estatsticos.

Mquina e materiais para testes de usinagem

O material utilizado para realizao dos testes de usinagem foram barras

trefiladas de aos inoxidvel AISI 304 e AISI 420, com dimetro de 50,8 mm (2),

comprimento de 550 mm.

Para a realizao dos testes de usinagem foi utilizado um torno cnc modelo

Centur 30D, fabricante ROMI, com potncia de motor de 5 cv, acionado por um

comando modelo MACH 9. Os testes foram realizados entre placa e ponta, devido

ao comprimento a ser usinado ultrapassar a relao comprimento pelo dimetro,

maior que 3.

Com a necessidade de fixao na mquina por parte das barras, foi indexado

50 mm de comprimento de cada barra, para dentro da placa, afim de garantir uma

boa fixao das mesmas na mquina, fixao representada pela Fig. 2.

Fig. 2 - Barra de inox fixada entre placa e ponta.

Medio de temperatura e rugosidade

Para medio de temperatura foi utilizada um termovisor modelo TIR32,

fabricante Fluke. Para leitura das medies de temperatura foi utilizado o software

SMARTVIEW, fornecido pelo prprio fabricante da cmera.

Para realizao das medies de rugosidade foi utilizado um rugosmetro

modelo TR 100, onde foi determinado o parmetro de rugosidade Ra para anlise

comparativa do ndice de usinabilidade dos materiais.

ANLISE DE RESULTADOS

Neste capitulo sero apresentados os seguintes resultados: medio de

desgaste das ferramentas, rugosidade superficial, medio de temperatura.

Medio de rugosidade

Para a medio de rugosidade foi determinado que seriam realizadas medies

a cada passe da ferramenta na pea, ou seja, a cada 500 mm de comprimento

usinado. A tabela 2 indica os valores de rugosidade mdia, encontrados durante o

teste.

Tab. 2 - Valores de rugosidade media superficial Ra [m]

Material 1 passe 2 passe 3 passe 4 passe 5 passe

AISI 420 0,93 m 1,11 m 2,06 m 1,8 m 1,87 m

AISI 304 0,91 m 1,15 m 1,16 m 2,01 m 2,20 m

Conforme valores indicados na Tab. 2, percebe-se valores de rugosidade Ra,

menores para o AISI 420, valores estes, inferiores em alguns pontos de medio,

podendo ser justificado pela usinabilidade melhorada em relao ao AISI 304, pois o

baixo teor de Carbono origina cavacos mais longos, ocorrendo durante a usinagem a

frico dos cavacos na superfcie j usinada.

Como parmetro de rugosidade para analisar a usinabilidade dos inoxidveis

em questo, estima-se que o AISI 420 possui usinabilidade melhor que o AISI 304.

Medio de desgaste

Conforme mencionado anteriormente, e adotado como padro metodolgico,

os valores de medio de desgaste de ferramenta foram obtidos no mesmo ponto de

medio para os dois materiais e analisados conforme imagens apresentadas na

Tab. 3.

Tab. 3- Valores de desgaste de flanco de cada passe por material

AISI 304 AISI 420

1

5

A tabela mostra que os valores de desgaste de flanco VBmax, foram maiores em

todas medies para o ao AISI 304, valores que conforme a normas ABNT 6258,

indicam fim de vida da ferramenta, para processos de torneamento, de VBmax= 0,2

mm.

Segundo literatura encontrada, na famlia dos aos inoxidveis, os austenticos

so considerados os de usinabilidade mais dificultada em virtude de seus elementos

de liga como o Nquel e pelo seu baixo percentual de Carbono, ocasionando desta

forma maior atrito dos cavacos na superfcie de folga da ferramenta, e maior

encruamento do material.

Segundo anlise das imagens obtidas, os mecanismos de desgaste que

prevaleceram, durante o processo de torneamento, foi adeso do material na

superfcie da ferramenta seguido de desgaste por entalhe, claramente evidenciado

na Fig. 3.

Fig. 3 - Ferramenta com desgaste por entalhe aps usinagem do ao AISI 304

Medio de temperatura

Com base nos valores adquiridos pela anlise de temperatura da cmera

termogrfica, durante o processo de torneamento dos aos AISI 420 e 304, com

valores de parmetros de corte idnticos para as duas condies, fica evidenciado o

aumento da temperatura durante o corte durante o processo de desgaste de flanco

(Fig. 3), da ferramenta utilizada.

Em relao a troca de material usinado, percebe-se visualizado na Tab. 4, que

o AISI 304, obteve maior temperatura, comparando com o AISI 420, possivelmente

pela formao de cavacos contnuos durante o processo de usinagem.

Caracterstica tpica de materiais com baixo percentual de carbono, originando maior

atrito do cavaco na superfcie de sada da ferramenta de corte, dificultando desta

forma a troca de calor. O encruamento dos aos inoxidveis austenticos tambm

pode ser atribuindo ao aumento de temperatura, em relao aos martensticos, pois

dessa forma aumenta sua resistncia mecnica ao cisalhamento, gerando um

aumento do esforo de corte, que, por consequncia aumento de temperatura

durante o processo.

A fig. 4 mostra o ponto onde foi realizado as medies de temperatura durante

usinagem.

Fig. 4 - Imagem normal AISI 420 1 passe, indicando 187,9 C.

Tab. 4- Imagens termogrficas durante usinagem.

AISI 304 AISI 420

1

Passe

5

Passe

CONCLUSO

A manuteno do gume da ferramenta, analisada a partir do desgaste de flanco

da ferramenta VBmax, um fator determinante para o ndice de usinabilidade dos

aos AISI 304 e 420, apesar de serem da mesma famlia dos aos inoxidveis,

apresentaram valores diferentes, indicando que o AISI 420 apresentou um valor de

desgaste de flanco diferente e inferior ao AISI 304. Uma possvel soluo para

reduo do desgaste de flanco na usinagem dos aos inoxidveis, seria a utilizao

de fluidos lubri-refrigerantes para diminuio da temperatura durante o corte,

facilitando o escoamento dos cavacos na superfcie de sada da ferramenta.

Em termos de rugosidade superficial media Ra, da superfcie usinada, os

valores de rugosidade para o AISI 420 foram inferiores, evidenciando que o AISI 304

possui usinabilidade inferior ao AISI 420.

O aumento de temperatura do AISI 304 em relao ao AISI 420, pode ter sido

por consequncia do encruamento acentuado do austentico em relao ao

martensticos, isso afetando o esforo de corte do material, prejudicando assim a

vida da ferramenta e o processo de expulso do cavaco, formando cavacos longos e

contnuos, aumentando assim a frico do cavaco sobre a ferramenta.

BIBLIOGRAFIA

CARB, HCTOR MARIO. 2000. Ao inoxidvel, aplicaes e especificao. s.l. :

acesita, 2000.

CARVALHO, JOS ANTONIO NUNES DE. 2000. aos inox - caractersticas e propriedades

de uso. seminrio inox 2000. acesita. 2000.

DINIZ, ANSELMO EDUARDO, MARCONDES, FRANCISCO CARLOS E COPPINI,

NIVALDO LEMOS. 2008. Tecnologia da usinagem dos materiais. so paulo : artliber,

2008.

OBERG, ERIK, et al. 2000. Machinerys handbook. new york : industrial press inc., 2000.

SECO, TOOLS. 2002. Novidades seco e opinies ao redor do mundo. The new edge.

2002, 4, pp. 18-21.

ANALYSIS OF MACHINABILITY STAINLESS AISI 304 AISI 420 AND DURING CYLINDRICAL EXTERNAL TURNING

ABSTRACT

The managers of industrial machining segments, need to know the machinability of

materials so that production strategies to achieve productivity goals and desired

economic viability. Stainless steels are characterized by being difficult to cut

materials. In this study severe external cylindrical grinding passes (turning) were

performed without use of refrigerants means in AISI 304 and AISI 420. Global

analysis of the results was compared average surface roughness (Ra), flank wear

VBmx (wear maximum) flank and cutting temperature, and characterizing the

predominant wear in samplings. Showing the lowest performance of AISI 304,

compared to machining tests proposed in this paper, describing the AISI 304 and

AISI 420 below the machinability material.

KEYWORDS: Machinability, AISI 304, AISI 420, Turning, Flank wear