MESTRADO EM ENGENHARIA MECNICA Projeto e FabricaoEstudo Sobre a Usinabilidade do Ferro Fundido Nodular GGG40

Aluno: Jos Marcelo Teles - 7274 Orientador: Prof Joo Roberto Ferreira

UNIFEI Universidade Federal de Itajub

ObjetivoUsinar ferro fundido nodular ferritizado com insertos de metal duro analisando a melhor cobertura e tipos de quebra cavaco. Verificar a influncia do uso de leo refrigerante na vida da ferramenta. Analisar a influncia do ngulo de sada nos esforos de corte. Analisar a influncia do Nibio na usinabilidade do ferro fundido nodular.

Roteiro da dissertaoLista de figuras Lista de tabelas Lista de smbolos Resumo Abstract Introduo Objetivo Captulo 1 Reviso bibliogrfica Captulo 2 Procedimento experimental Captulo 3 Resultados e discusses Concluses Sugestes para trabalhos futuros Reviso bibliogrfica

Captulo 1 REVISO BIBLIOGRFICA

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

Tipos de ferro fundido Usinabilidade dos ferros fundidos nodulares Materiais para ferramentas de corte Mecanismos de formao do cavaco Desgaste das ferramentas de corte Acabamento superficial Refrigerao

Captulo 2 Procedimento Experimental

2.1 Materiais e ferramentas de corte 2.2 Equipamento utilizados 2.3 Metodologia

Captulo 3 Resultados e discues

3.1 Vida til das ferramentas 3.2 Desgaste das ferramentas 3.3 Foras e potncias de corte 3.4 Interferncia do fludo na vida da ferramenta 3.5 Formas do cavaco

Captulo 1Reviso Bibliogrfica

Definio: Ferro fundidoDefinio: (Ferraresi-1990) uma liga ferro-carbono-silcio, de teores de carbono geralmente acima de 2%, em quantidade superior a que pode ser retida em soluo slida na austenita, de modo a resultar carbono parcialmente livre, na forma de veios/lamelas ou glbulos de grafita.

Usinabilidade dos ferros fundidos

o grau de dificuldade de usinar um determinado material. Os ferros fundidos apresentam boa usinabilidade, principalmente os cinzento e nodulares devido a forma e distribuio de seus contituintes (grafita na forma livre)

Usinabilidade dos diversos tipos de ferro fundido100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0Fonte: Iscar Ltd

Cinzento Malevel Nodular Branco

Influncia dos elementos de liga na UsinabilidadeCarbono determina a quantidade de grafita. Silcio Elemento grafitizante melhora a usinabilidade. Mangans e Enxofre: Efeito lubrificante adicional proporcionado pelos sulfeto de mangans. Fsforo: Atua na estrutura do material formando com o ferro e o carbono, carboneto de ferro e fosfeto de ferro (steadita). A steadita dura e quebradia, influenciando de maneira prejudicial a usinabilidade. Outros elementos poder ser encontrados tais como: Alumnio, Antimnio, Boro, Cromo, Molibdnio, Nquel, Telrio, Estanho, Titnio e Vandio. Nibio: Segundo Chiaverini (1990), este elemento reduz a profundidade da camada coquilhada. A adio de nibio at ou acima de 0,3% eleva as propriedades mecnicas.

Influncia da microestrutura na usinabilidade dos ferros fundidos

A usinabilidade dos ferros fundidos diretamente afetada pela distribuio e proporo de seus diversos constituintes (grafita, ferrita, perlita, cementita, steadita e austenita)

Usinabilidade do ferro fundido nodularFerro fundido nodular apresenta uma usinabilidade. As principais variveis contribuem so: boa que

Microconstituintes ferrita, perlita, grafita ... Elementos de liga Melhoram a usinabilidade ( Si, Ni, S, Al, Cu) grafitizantes. Pioram a usinabilidade (Mn, Nb, Cr, Co, Mo, W) formadores de carbonetos. Tratamento trmico.

Materiais para ferramentas de corte3% 3% ros ros Out Out 4% 4% BN BN D,C D,C PC PC

Ce r m ic a 5% Cermet 8%

HSS 35%

Metal duro 45%

Pastilha de Metal Duro um composto de ps metlicos que so prensados e sinterizados:Carboneto de Tungstnio Carboneto de Nibio Carboneto de Titnio Carboneto de Tntalo Cobalto (elemento de liga controla tenacidade)

Coberturas Resistncia ao desgaste Lubricidade Isolamento trmico Resistncia ao ataque qumico

Tipos de CoberturaEstabilidade Qumica

Al2O3 TiC TiCN TiAlN TiN

Resistncia ao desgaste

Coeficiente de atrito

Mecanismo de formao do cavaco

Segundo Trent (1984) o mecanismo de formao do cavaco compreende quatro etapas: Recalque ou deformao elstica, deformao plstica, ruptura e movimento de sada do cavaco.

Mecanismo de formao do cavaco (Trent, 1984)

Desgaste das ferramentas de corte1 - Cisalhamento plstico a altas temperaturas (craterizao) 2 - Deformao sob tenso de compresso (deformao plstica) 3 - Difuso (transferncia de tomos) 4 - Aderncia e arrastamento (APC) 5 - Abraso (perda de material por microsulcamento e microlascamento) 6 - Desgaste de entalhe (combinao de abraso + difuso + aderncia) 7 - Desgaste por oxidao Fonte: Trent (1984)

Captulo 2Procedimento Experimental

Composio qumica

C3,50 4,10

Si2,402,90

Mn0,200,80

P0,15 max

S0,03 max

Ni0,70 max

Mb0,30 max

Mg0,02 0,07

Nb0,400,60

Ferro fundido nodular GGG40 obtido por fundio centrfuga. Utiliza-se coquilha pr aquecida a 300 C recoberta por slica (SiO2) a fim de evitar aderncia do tubo centrifugado coquilha.

Grfico de ferritizao do materialCiclo de Ferritizao1200 1000

980

980 720 720

Temperatura (C)

800 600 400 200

500

25 22

25 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo (Hs)

Microestrutura

100 x Sem ataque Aspecto microgrfico do material. Ferrita e ndulos de grafita.

Dureza do material - Macrodureza

135 134 Dureza (HB) 133 132 131 130 1 2 3 4 5 6 7 8 Profundida (mm)

Microdureza

Interface (camada coquilhada) [1]1

146 HV5 145 HV5 145 HV5

2

Regio sem ndulos de grafita [2]

3

Ferrita (ncleo) [3]

Aumento 50 x

Ferramentas de corte - Insertos

SNMG 120808-TF IC8048 TESTE 01 K10 xido de Alumnio (Al2O3) Nitreto de Titnio (TiN) Carboneto de Titnio (TiC)

SNMG 120408 IC428 TESTE 02 K05 xido de Alumnio (Al2O3) Carboneto de Titnio (TiC)

SNMA 120416K IC4028 TESTE 03 K10 Nitreto de Titnio (TiN) xido de Alumnio (Al2O3) Carbonitreto de Titnio (TiCN)

Dados de corte - Recomendados

SNMG 120408-TF IC8048 Vc (m/min) f (mm/volta) ap (mm) 120 160 0,20 0,50 1,0 4,0

SNMG 120408 IC428 140 300 Max 0,50 1,0 5,0

SNMG 120416K IC4028 140 250 Max 0,50 1,0 5,0

Fonte: Iscar Ltd (2004)

Porta ferramentaSuporte: PSSNR 2020 K12

h 20.0

h1 20.0

b 20.0

l1 125.00

l2 29.0

f 25.0

Ga -5.5

Gr -5.5

R/L R

Camisa bruta e usinada

Dimetro Externo 86,5 mm Dimetro interno 81,2 mm Comprimento 200 mm

Fixao do porta ferramenta

Fixao das camisas

Mquina

Torno mecnico Romi adaptado para usinagem de anis. Potncia 30 CV

Microscpio Anlise de desgaste

Microscpio tico tridimensional de medidas.

Critrio de fim de vida da ferramenta Estabeleceu-se como critrio de fim de vida da aresta de corte 1,0 mm de desgaste de entalhe.

Foras e Potncia de corte

Fonte: Iscar Ltd

Captulo 3Resultados e Discusses

Dados de corte - TesteSNMG 120408-TF IC8048 SNMG 120408 IC428 SNMG 120416K IC4028

Vc (m/min) f (mm/volta) ap (mm)

100

150

150

0,40

0,40

0,40

3

3

3

Vida til:

IC8048 QUANT. PS USINADAS

IC428

IC4028

130

140

195

Foras e Potncias de corte

IC8048Fora de corte (N) Tx. Mat. Removido (cm3/seg) Potncia (HP)

IC428 7400 11,5 24

IC4028 8730 11,5 28,5

7155 7,7 15

Inserto IC8048Aresta postia

1 mm

Aresta postia baixa velocidade de corte Desgaste de entalhe devido a oxidao e abraso provocado pela slica (SO2) Nenhum desgaste de cratera

Vc=100 m/min; f=0,4 mm/volta; ap=4 mm Ampliao: 38x

Inserto IC428Aresta postia

Aresta postia Desgaste de entalhe devido a oxidao e abraso provocado pela slica (SO2) No craterizao Microlascas houve

1 mm

Vc=150 m/min; f=0,4 mm/volta; ap=4 mm Ampliao: 38x

Inserto IC4028No apresentou aresta postia0,8 mm

Desgaste de entalhe devido a oxidao e slica (SiO2) Craterizao

Vc=150 m/min; f=0,40 mm/volta; ap=4 mm Ampliao: 38x

Cavaco

Os trs insertos geraram cavaco tipo helicoidal curto.

PendnciasReaplicar os testes sem refrigerao. Pesquisar a influncia do SiO2 no desgaste da ferramenta. Realizar testes com ferro fundido nodular sem nibio

Conclusesa) b) c) d) e) A competitividade em usinagem s pode ser alcanada com um estudo detalhado das principais variveis inerentes ao processo. A vida til da ferramenta influenciada de forma significativa pela cobertura e classe do metal duro. O desgaste da ferramenta aumenta bruscamente aps a perda do revestimento. A melhor cobertura para esta aplicao TiN. A slica (SiO2) utilizada para evitar a aderncia do tubo centrifugado coquilha contribui significativamente para o excessivo desgaste de entalhe. Para mquinas de baixa potncia o uso de ferramentas com maiores ngulos de sada reduz os esforos de corte

f)