INFLUENCIAS DAS CONDIÇÕES DE USINAGEM NA INTEGRIDADE

SUPERFICIAL DO AÇO INOXIDÁVEL AERONÁUTICO 15-5PH.

Luis Antonio Pereira, lap@fem.unicamp.br¹

Amauri Hassui, ahassui@fem.unicamp.br¹

Aristides Magri, arimagri@fem.unicamp.br¹

¹UNICAMP, Laboratório de Usinagem dos Materiais, Departamento de Engenharia de

Manufatura e de Materiais da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade

Estadual de Campinas, Rua Mendeleyev 200, CEP: 13083-860, Campinas, SP, Brasil.

Resumo: O processo de fresamento consiste em operação na qual a peça a ser usinada é

alimentada contra uma ferramenta cilíndrica rotativa com várias arestas de corte. No

processo de usinagem o momento do corte pode ser definido como crítico, pois neste

momento as variações de temperatura e força resultam em danos nas superfícies das

peças, podendo comprometer o desempenho da peça. Com isso, vários estudos buscam

alternativas que visam explicar as ocorrências de falhas das peças, esse campo é

conhecido também como Integridade Superficial. Sendo assim este trabalho tem por

objetivo avaliar as influências das condições de usinagem na integridade de superficial

do aço inoxidável 15-5PH. Para isso foram feitos ensaios de fresamento utilizando fresa

de facear com pastilhas redondas, geometria neutra e positiva, novas e em fim de vida.

O fresamento foi o discordante, com dois níveis de avanço por dente (fz = 0,15 e 0,25

mm/dente) e dois de velocidade de corte (vc = 170 e 195 m/min). Posteriormente foi

avaliada a rugosidade 3D, dureza e microscopia eletrônica da superfície e subsuperfície.

Os resultados possibilitaram avaliar a influência das condições de usinagem na

integridade da superfície gerada.

Palavras-chave: usinagem, fresamento, aço inoxidável 15-5 PH, rugosidade 3D,

integridade superficial

1 - INTRODUÇÃO.

O fresamento é um dos processos de usinagem mais empregados na indústria

atual, devido a aspectos como alta taxa de remoção de material e produção de formas

com boa precisão dimensional e geométrica, além de ser um processo de elevada

flexibilidade, podendo ser utilizado na fabricação de superfícies planas, contornos,

ranhuras e cavidades, entre outras [Marcelino et al., 2004]. No processo de usinagem o

corte pode ser definido como crítico, pois neste momento as variações de temperatura e

força resultam em danos nas superfícies das peças, podendo comprometer o

desempenho em trabalho da peça. Com isso, vários estudos buscam alternativas que

visam explicar as ocorrências de falhas das peças, esse campo é conhecido também

como Integridade Superficial.

Integridade da superfície é a soma dos elementos que descrevem todas as

condições existentes sobre a superfície de uma peça acabada.

A superfície gerada pelo processo de usinagem, seja ele torneamento,

fresamento ou outro processo de remoção de material sofre diversos mecanismos tais

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como: deformação plástica, ruptura, recuperação elástica, geração de calor, vibração,

tensões residuais, reações químicas, etc. A ação de todos esses mecanismos (em

conjunto ou não) pode ter efeitos diferentes na nova superfície.

As superfícies usinadas possuem características subdividas em diferentes níveis,

rugosidade, ondulações, marcas de avanço e falhas. Assim, o termo “integridade

superficial” é usado para descrever a qualidade de uma superfície e, portanto, engloba

um grande número de alterações sofridas por ela [MACHADO et al., 2009].

2- PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

O material utilizado neste trabalho foi a liga de aço inoxidável martensítico

endurecível por precipitação UNS – S15500 (15-5PH), solubilizado (condição A

conforme norma SAE-AMS5862), com uma dureza de 286 – 392 Vickers [HV]. Este

aço apresenta como principais elementos de liga em sua composição o cromo (15% em

massa) e o níquel (5% em massa), o que lhe dá o código 15-5, além de poder passar

pelo tratamento térmico de endurecimento por precipitação, o que lhe dá o código PH.

[AK STEEL 2014]. A tabela 01, demonstra a composição química do aço inoxidável

martensítico 15-5PH. [Bernardelli, at al 2006]

Os equipamentos utilizados foram um centro de usinagem vertical marca Mori

Seiki modelo SV-40 do Departamento de Engenharia de Fabricação da Faculdade de

Engenharia Mecânica da UNICAMP, e um microscópio Óptico Noephot 32 do

(DEMA) e Microscópio OLS4100 do Núcleo de Manufatura Avançada na EESC-USP.

Os ensaios foram realizados com ferramentas e insertos fornecidos pela empresa

Sandvik Coromant.

Fresa: de topo Sandvik código R300-25T12-10L, com diâmetro de 25 mm, geometria

neutra, fixação roscada no cone 392.140T-40 12 058 (figura 1), com 2 insertos

intercambiáveis redondos, indicada para altos avanços e condição de semi-acabamento.

Figura 1. Fresa de Topo Código Sandvik R300-25t12-10l

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Insertos: de metal duro, redondos, códigos Sandvik R300-1032, sendo testadas duas

classes e duas geometrias diferentes, novas e em fim de vida, conforme apresentado na

figura 2.

Figura 2. Características dos insertos de metal duro utilizados no trabalho

Para a realização dos ensaios foi utilizado o fresamento discordante, com dois

níveis de avanço por dente (fz = 0,15 e 0,25 mm/dente) e dois de velocidade de corte (vc

= 170 e 195 m/min), totalizando 14 condições. Utilizando ferramentas novas e em fim

de vida. Todos os ensaios realizados utilizaram fluido de corte miscível em água com

base de óleo mineral Blaser B-Cool 655 com concentração média de 7%. A figura 3,

ilustra a montagem experimental.

Figura 3. Montagem experimental.

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3 – RESULTADOS E DISCUSSÕES

Com os valores obtidos da rugosidade 3D, foi possível avaliar os parâmetros de

resposta obtidos.

[CLEITON, 2013] Comenta que os parâmetros de amplitude "S", são diferentes

do parâmetro de amplitude "R", pois considera o relevo de toda a área registrada pelo

microscópio 3D.

O parâmetro de amplitude "S" indica desvios significativos nas características de

textura, sendo aplicado na análise de superfícies usinadas.

As figuras 4a e 4b, apresentam os valores obtidos da rugosidade, utilizando

ferramentas novas e fim de vidas.

Figura 4a. Ferramentas novas. Figura 4b. Ferramentas em fim de vida.

No ensaio de usinagem foi possível visualizar os defeitos gerados pela

ferramenta, utilizando ferramentas novas e em fim de vida. Nessa primeira análise pode-

se observar que ocorreu repasse da ferramenta como apresentado na figura 5a. Esse

fenômeno decorre do fato de que fz>re.

Na figura 5b, ocorreu repasse da ferramenta e vibração. [Diniz et al. 2008;

Sandvik, 2011], comenta que no fresamento discordante é propício o excessivo atrito,

na entrada do dente, com consequente deformação plástica nessa região da peça. No

início da operação de cada dente, a componente da força de usinagem perpendicular ao

avanço tende a afastar a ferramenta da peça enquanto que, no fim da operação de um

dente, a aresta cortante puxa a peça para o sentido inverso. Essa alternância da

componente de força de usinagem produz vibrações indesejáveis, que prejudicam o

acabamento superficial e a tolerância da peça fresada.

[Diniz et al. 2008] descreve também que a fixação e/ou a rigidez deficiente da

peça podem gerar vibrações que são produzidas na superfície da peça.

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Figura 5a. Imagem do Neophot32 Ferramenta

nova.

Figura 5b. Imagem do Neophot32 Ferramenta

fim de vida.

A figura 6 traz 04 exemplos de topografia 3D, nas imagens geradas pode-se

avaliar a topografia das superfícies fresadas, utilizando ferramentas novas e em fim de

vida. As regiões em vermelho são os picos mais altos chamados de Skewness (Ssk) e as

regiões em azul são os vales mais profundos chamados de Kurtosis (Sku).

Figura 06a - Ensaio 1 – M-MM 2040 (Nova)

Vc=170m/min e Fz= 0.15 m/dente

Figura 06b - Ensaio 08 – M-MM 2040 (Fim

de vida) Vc=170m/min e Fz= 0.15 m/dente

Figura 06c - Ensaio 07 – E-MM S30T (Nova)

Vc=195m/min e Fz= 0.25 m/dente

Figura 06d - Ensaio 14 – E-MM S30T (Fim

de vida) Vc=195m/min e Fz= 0.25 m/dente

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4- CONCLUSÃO

Foi possível verificar as alterações decorrentes no processo de fresamento,

utilizando fresa de facear com pastilhas redondas, geometria neutra e positiva, novas e

em fim de vida.

As ferramentas novas e fim de vida tiveram os valores da rugosidade Sa bem

próximas, devido ao desbalanceamento causado pelo sistema fixação e ferramenta,

ocasionando vibrações e prejudicando a superfície usinada.

O repasse da ferramenta gerados na integridade superficial é decorrente de

quando fz>re.

A ferramenta fim de vida causa aumento dos parâmetros da rugosidade, bem

como nas propriedades térmicas e mecânicas do material.

Para os parâmetros de rugosidade, skewness e kurtosis, foi possível evidenciar

os efeitos distintos dos parâmetros de usinagem no acabamento superficial, onde a força

de avanço influencia diretamente na superfície usinada. A deflexão da ferramenta que se

encontra em balanço no fresamento pode causar variações na usinagem e prejudicando

assim o acabamento superficial.

5- REFERÊNCIAS

Assis, C.L.F - Microfresamento de aços com grãos ultrafinos Tese (Doutorado) -

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e Área de Concentração em

Manufatura - Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, 2013.

AK STEEL, Stainless steel, 2014 Disponível em <

http://www.aksteel.com/markets_products/stainless> Acesso em 11 de junho de 2014.

Bernardelli, E.A.; Reisdofer; D.B.; Borges, P.C. - Universidade Tecnológica Federal do

Paraná (UTFPR) - Efeito da temperatura no tratamento concomitante de nitretação e

envelhecimento a plasma do aço inoxidável martensítico 15-5 PH, 2006. (17

CIBEMAT)

Suyama, D.I, Efeitos do fresamento com alta velocidade de corte na integridade

superficial de aços ferriticos com grãos ultrafinos – UNESP-Ilha Solteira 2010.

Dissertação de Mestrado.

Diniz, A.D.; Marcondes, F.C.; Coppini, N.L. Tecnologia da usinagem dos materiais. 6st

Ed. São Paulo: Artliber, 2008.

Marcelino, A. P.; Domingos, D. C.; Campos D. V.; Schroeter R. B. Medição e

simulação dos esforços de usinagem no fresamento de topo reto de ligas de alumínio

tratável termicamente 6061. In: Congresso Estudantil De Engenharia Mecânica - Creem,

11., 2004, Nova Friburgo. Anais... Nova Friburgo: Instituto Politécnico da Universidade

do Estado do Rio de Janeiro, 2004.

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Machado, A. R. et al. Formação de cavacos. In: Teoria da usinagem dos materiais. São

Paulo: Edgard Blücher, 2009. p. 41-76.v

Sandvik Coromant, Tool Wear. In______. Modern Metal Cutting. 1st English ed. Suíça:

Tofters Tryckery AB, 2011.

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