Análise comparativa do fresamento frontal de acabamento em aços inoxidáveis duplex DX 2205 e LDX 2101

Abstract

Os aços inoxidáveis duplex (DSS) vêm sendo amplamente utilizados na fabricação de componentes usinados, que são aplicados na indústria petroquímica, celulose, petróleo e gás. As forças de usinagem, a rugosidade e a morfologia dos cavacos estão intimamente relacionadas com o acabamento de uma superfície, sendo variáveis de resposta que refletem a qualidade e a robustez da usinagem. O processo de fresamento possui particularidades que, associadas às características do material, afetam a qualidade da superfície usinada. Os cavacos gerados no corte de DSS sofrem endurecimento por deformação que, em conjunto com a ductilidade do material, podem auxiliar na investigação da usinabilidade deste. Ademais, a rugosidade é um fator crítico para materiais expostos a ambientes corrosivos. Desta forma, o presente estudo faz uma comparação das variáveis de resposta (força, rugosidade e cavaco) geradas pelo fresamento frontal a seco nos aços Outokumpu Forta DX 2205 e LDX 2101. Para tanto, os parâmetros de corte (velocidade de corte “vc”, avanço por dente “fz” e profundidade de corte axial “ap”) foram combinados, aleatorizados e otimizados pelo projeto de experimentos Box-Behnken. Como resultado, os menores valores de força de usinagem foram obtidos na combinação vc = 95 m/min, fz = 0,05 mm/dente e ap = 0,2 mm (51  26 N para DX 2205 e 45  20 N para LDX 2101). Os valores da força de usinagem foram superiores na usinagem do DX 2205 em função dos maiores teores de cromo, níquel e molibdênio, que aumentam a resistência ao cisalhamento deste material. Já os da parcela dinâmica sempre foram menores que os da estática para ambos DSS, apresentando estabilidade do sistema. Com relação aos parâmetros de rugosidade, os valores obtidos no fresamento do DX 2205 (Ra = 0,22 μm e Rz = 1,60 μm) e do LDX 2101 (Ra = 0,15 μm e Rz = 1,36 μm) utilizando a combinação otimizada (vc = 80m/min, fz=0,05 mm/dente e ap=0,6 mm) foram os menores dentre todos os valores obtidos, comprovando a eficiência e a robustez do método proposto. Constatou-se ainda que para ambos DSS as condições que geraram baixa rugosidade provocaram um aumento de aproximadamente 13% nos valores de microdureza dos cavacos em relação às das chapas não usinadas. Esta análise confirma que o processo de fresamento influencia no grau de encruamento do cavaco.

Duplex stainless steels (DSS) have been widely used in the manufacture of machined components, which are applied in the petrochemical, pulp, oil and gas industries. Machining forces, surface roughness and chip morphology are closely related to the surface finish. These are response variables that reflect the machining quality and robustness. The milling process has particularities that affect the machined surface quality when associated with the material characteristics. The chips formed in DSS machining get deformation hardening which, combined with the ductility of the material, contribute in the study of their machinability. In addition, the surface roughness is a critical factor for materials exposed to corrosive environments. Thus, the study compares the response variables (force, roughness and chip) generated by dry end milling on Outokumpu Forta DX 2205 and LDX 2101duplex stainless steels. For this, the cutting parameters (cutting speed vc, feed per tooth fz and axial depth of cut ap) were combined, randomized and optimized by the Box-Behnken design of experiment. As result, the lowest machining force values were obtained with vc = 95 m/min, fz = 0.05 mm/tooth and ap = 0.2 mm (51  26 N for DX 2205 and 45  20 N for LDX 2101). These values were higher in the DX 2205 machining due to the higher chromium, nickel and molybdenum, quantities that increase its shear strength. The dynamic force were always smaller than the static force for both DSS, awarding system stability. Regarding the surface roughness parameters, the results obtained in the milling of DX 2205 (Ra = 0.22 μm and Rz = 1.60 μm) and LDX 2101 (Ra = 0.15 μm and Rz = 1.36 μm) using the optimized combination (vc = 80 m/min, fz = 0.05 mm/tooth and ap = 0.6 mm) were the lowest values, which proves the efficiency and robustness of the proposed method. Moreover, for both DSS, the chip microhardness values increase about 13% for the conditions that generated low roughness values when compared with microhardness values from non-machined plates. This confirms that the milling process influences on the degree of chip hardening.