Otimização do torneamento de acabamento a seco e com MQL nas ligas de alumínio 6082-T6 e 7075-T6 utilizando Box-Behnken design

Abstract

A usinagem de acabamento ocupa um papel importante quando a superfície é de alumínio. As ligas de alumínio possuem características que as tornam, em determinadas aplicações, ótimas substitutas do aço, pois além de menor peso específico, pode também agregar boas características químicas, mecânicas e estéticas ao produto final. Particularidades dessas ligas como, por exemplo, ductilidade, muitas vezes acabam por dificultar o acabamento da superfície obtida por torneamento (presença de riscos e rebarbas). As escolhas da ferramenta e dos parâmetros de corte também influenciam na qualidade da superfície torneada. Assim, buscou-se determinar a combinação ideal destes parâmetros (velocidade de corte vc, avanço f e profundidade de corte ap) no torneamento de acabamento das ligas de alumínio 6082-T6 e 7075-T6. Estas variáveis de controle (entrada) em três níveis cada foram combinados e aleatorizados por meio do projeto de experimento Box-Behnken considerando, como variáveis de resposta (saída), os parâmetros de rugosidade média (Ra) e média parcial (Rz) obtidos por interferometria. Foi utilizado um inserto de metal-duro sem revestimento nas condições de corte a seco e com mínima quantidade de lubrificante (MQL). Em todos os passes realizados com MQL, a vazão do fluido foi de 100 ml/h a uma pressão de 5 bar. Após a usinagem de cada amostra, a análise topográfica 3D da textura da superfície usinada e a avaliação qualitativa dos cavacos gerados foram efetuadas. Como resultado, para o torneamento da liga 6082-T6 com parâmetros otimizados (vc = 300 m/min, f = 0,05 mm/rev e ap = 0,5 mm), os menores valores de rugosidade obtidos foram Ra = 0,29 μm e Rz = 1,52 μm (ambos com MQL). Já no torneamento da liga 7075-T6, os parâmetros otimizados (vc = 300 m/min, f = 0,05 mm/rev e ap = 1,4 mm) geraram os menores valores de Ra = 0,21 μm e Rz = 1,52 μm no corte a seco. Em ambos os casos, a otimização dos parâmetros de corte minimizou a ocorrência de ranhuras (riscos) e rebarbas na superfície usinada, resultando em uma melhor qualidade da mesma. Já os cavacos gerados não apresentaram alterações geométricas significativas com a otimização.

Finishing machining plays an important role when the surface is aluminum. Aluminum alloys have characteristics that make them, in specific applications, great substitutes for steel as well as lower specific weight; it can add good chemical, mechanical, and aesthetic characteristics to the final product. Particularities of these alloys, such as ductility, often make it hard to finish the surface obtained by turning (scratches and burrs). The choices of the cutting tool and parameters also influence the machined surface quality. Thus, we sought to determine the ideal combination of these cutting parameters (cutting speed vc, feed rate f, depth of cut ap) in the finishing turning of 6082-T6 and 7075-T6 aluminum alloys. These input control variables at three levels each were combined and randomized using the Box-Behnken Design of experiments. The output response variables (Ra and Rz roughness parameters) were obtained by interferometry. An uncoated carbide insert was used under dry and minimum quantity lubricant (MQL) cutting conditions. In all steps performed with MQL, the fluid flow rate was 100 ml/h at a pressure of 5 bar. After the machining of each sample, the 3D topographic analysis of the surface texture and the qualitative evaluation of the generated chips were performed. As a result, for the 6082-T6 alloy turning with optimized parameters (vc = 300 m/min, f = 0.05 mm/rev, and ap = 0.5 mm), the lowest roughness values obtained were Ra = 0.29 μm and Rz = 1.52 μm (both with MQL). In the 7075-T6 alloy turning, the optimized parameters (vc = 300 m/min, f = 0.05 mm/rev, and ap = 1.4 mm) generated the lowest values Ra = 0.21 μm and Rz = 1.52 μm in dry cutting. In both cases, the optimization of the cutting parameters minimized the occurrence of grooves (scratches) and burrs on the machined surface, resulting in better quality. The chips generated did not show significant geometric changes with the optimization.