Influência do comprimento da haste da ferramenta de corte na vibração gerada durante o fresamento frontal do aço inoxidável AISI 316

Abstract

O aço inoxidável austenítico sofre grandes deformações plásticas durante a usinagem, aumentando assim as forças e vibrações envolvidas no fresamento, podendo afetar a vida da ferramenta e a qualidade da superfície usinada da peça. Este material tem um alto grau de encruamento, variando os esforços de corte e fazendo com que a vibração durante sua usinagem seja estimulada. Assim, pretende-se avaliar os efeitos da variação das condições de usinagem sobre as vibrações e as rugosidades das superfícies geradas no fresamento frontal do aço inoxidável austenítico AISI 316. Para isso, utilizaram-se três níveis de rotação (1200, 2400 e 3600 rpm), três níveis de profundidade de corte axial (0,4; 0,8 e 1,2 mm) e três níveis de comprimento da haste (30, 45, 60 mm), totalizando 27 condições de corte. Para a usinagem empregou-se uma fresa de topo para dois insertos intercambiáveis de metal duro. Os dados de força foram captados nas três direções ortogonais através de um sistema de aquisição de sinais com sensor piezelétrico. Fez-se a análise baseando-se na força de usinagem (resultante). As vibrações geradas pelas variações das forças resultantes foram analisadas via Transformada Discreta de Wavelet através de software MATLAB separando-as em dois níveis de vibração: em alta frequência (detalhamento D1) e em baixa frequência (aproximação A3). As superfícies usinadas foram observadas por meio de um microscópio digital e a rugosidade quantificada através de um rugosímetro portátil. Verificou-se que a vibração em baixa frequência é mais afetada pela profundidade de corte. Em altas frequências, em maior profundidade de corte, a variação da rotação e do comprimento da haste mostraram influências na estabilidade. A rugosidade não mostrou grandes alterações pela variação de parâmetros. Para a rotação mais baixa ocorreu má formação do cavaco.

Austenitic stainless steel suffers great plastic deformation during the machining, increasing the forces and vibration in the front milling, affecting tool life and machined surface quality. This material has high degree of work hardening, increasing the amplitude of the force variation and, thus, stimulating vibration during cutting. Therefore, it is intended to evaluate the machining condition effects on vibration levels and surface roughness of the AISI 316 stainless steel front milling. For this, three levels of spindle speed (1200, 2400 e 3600 rpm), depth of cutting (0,4; 0,8 e 1,2 mm) and tool length (30, 45, 60 mm) were used, totalizing 27 cutting conditions. For the experiment, an end milling cutter with two carbide inserts were used. The force data were captured in the three orthogonal directions by a signal acquisition system with piezoelectric sensor. The analysis was based on the machining force (resultant). The vibration resultant was analyzed via Discrete Wavelet Transform through MATLAB software, separating into two levels of vibration: high frequency (Detail D1) and low frequency (approximation A3). The texture of machined surface was observed by means of a digital microscope and the roughness was measured by a digital surface roughness tester. It was verified that de low frequency vibration is more affected by the depth of cutting level. The high frequency vibration, in greater deep of cutting, the spindle speed and tool length variation showed influence on process stability. The roughness was not changed in great proportions by changing the parameters adopted. For lower spindle speed the chip did not form properly.