Estudo comparativo do fresamento frontal de acabamento do aço inoxidável austenítico AISI 316 em amostras com diferentes percentuais de certos elementos de liga

Abstract

O controle sobre os elementos de liga presentes na composição química dos aços inoxidáveis é de fundamental importância para alcance de propriedades mecânicas desejadas, bem como atendimento a requisitos de usinabilidade. Neste trabalho, objetivou-se investigar como a diferença do percentual em massa de boro, cobalto, titânio e vanádio entre duas amostras (Tipo A e Tipo B) de aço inoxidável austenítico AISI 316 afeta a rugosidade média (Ra) e a força de usinagem (FU) durante o fresamento frontal de acabamento com fluido de corte em abundância. Com uso do projeto de experimentos Box-Behnken, foram combinadas variações dos parâmetros de entrada (profundidade axial de corte ap, avanço por dente fz e velocidade de corte vc) em três níveis cada. A partir da análise de variância, observou-se que o comportamento de Ra foi similar para os dois tipos de AISI 316, sendo ap o parâmetro mais significativo. Os menores valores de rugosidade (Ra(A) = 0,27  0,03 μm e Ra(B) = 0,36  0,02 μm) foram gerados com vc = 120 m/min, fz = 0,10 mm/dente e ap = 0,6 mm. Titânio e vanádio não tiveram efeitos significativos sobre a rugosidade em função dos valores de vc combinados com a presença de fluido de corte. Já para FU, os parâmetros ap e fz foram bastante significativos para ambos os tipos. Para o Tipo B, vc também representou influência significativa. Os menores valores de força (FU(A) = 162,1  81,0 N e FU(B) = 155,5  126,9 N) foram verificados na combinação vc = 160m/min, fz = 0,05 mm/dente e ap = 0,6 mm. O comportamento do valor médio (parcela estática) mostrou similaridade entre os dois tipos. Já as flutuações da força (parcela dinâmica) sempre foram maiores para o Tipo B. Esta maior instabilidade pode ter sido causada pelo aumento de dureza (199,7 ± 1,7 HB para material Tipo A e 215,0 ± 2,0 HB para material Tipo B) e pela maior resistência ao cisalhamento, resultantes dos maiores teores de boro e cobalto.

The control regarding alloying elements within the chemical composition of austenitic stainless steels has wide importance to guarantee the desired mechanical properties as well as the achievement of the requirements for machinability of these materials. In this paper, it was investigated how the percentage difference in mass of boron, cobalt, titanium and vanadium between two samples (A-Type and B-Type) of austenitic stainless steel AISI 316 affects the average surface roughness (Ra) and the resulting machining force (FU) during the finishing end milling with abundance cutting fluid. Using the Box-Behnken Design of Experiment, it was combined the input parameters (axial depth of cut ap; feed-rate per tooth fz and cutting speed vc), each on three levels. From the analysis of variance, it was observed that the performance of Ra was similar for both types of AISI 316, where ap was the most significant parameter. The smallest values of surface roughness (Ra(A) = 0.27  0.03 μm and Ra(B) = 0.36  0.02 μm) were achieved using vc = 120 m/min, fz = 0.10 mm/tooth and ap = 0.6 mm. Titanium and vanadium had no significant effects in the surface roughness, possibly due the range vc values associated with cutting fluid. Regarding the FU, the ap and fz parameters had overall significance effect for both types. For B-Type, vc has a significant influence too. The lowest force values (FU(A) = 162.1  81.0 N and FU(B) = 155.5  126.9 N) was verified using a combination of vc = 160 m/min, fz = 0.05 mm/tooth and ap = 0.6 mm. The behavior of average values (static force) was similar in both types. However, the force fluctuations (dynamic force) have always been greater for B-Type. This higher instability is probably due to the increase in the material hardness (199,7 ± 1,7 HB for A-Type and 215,0 ± 2,0 HB for B-Type) and shear strength, resulting from higher boron and cobalt contents.