Análise da utilização de fluido de base vegetal em mínima quantidade no fresamento de topo do aço inoxidável super austenítico 254 SMO

Abstract

Apesar da vasta aplicabilidade, o aço inoxidável super austenítico apresenta desafios na usinabilidade. Estudos indicam que a usinagem com mínima quantidade de lubrificação (MQL) é eficaz; no entanto, fluidos emulsionáveis à base de óleo mineral frequentemente utilizados prejudicam a saúde do operador e o meio ambiente. Portanto, pesquisas estão sendo conduzidas em condições de lubrirrefrigeração menos adversas, como os fluidos emulsionáveis à base de óleo vegetal. Nesse sentido, este trabalho compara estatisticamente dois fluidos lubrirrefrigerantes aplicados em MQL: um nanofluido sintético comercial (NMQL) e um fluido vegetal à base de óleo de mamona (VMQL). O projeto de experimentos Box Behnken foi utilizado para otimizar os parâmetros de corte no fresamento de topo do aço inoxidável super austenítico 254 SMO para ambas as condições. Os resultados indicaram que o uso do VMQL resultou em força de usinagem e rugosidade média similares às obtidas com o NMQL. No entanto, o primeiro demonstrou vantagens significativas, como a ausência de falha na ferramenta que ocorreu com o segundo. Utilizando VMQL, os valores médios da força de usinagem e da rugosidade média foram FU = 137 N e Ra = 0,28 µm, respectivamente. A força de usinagem foi mais influenciada pelo avanço por dente e pela profundidade de corte axial, enquanto a velocidade de corte e pelo avanço por dente afetam mais a rugosidade média. A otimização multiobjetivo indicou níveis baixos dentre os intervalos de parâmetros estudados.

Despite its broad applicability, super austenitic stainless steel presents challenges in machinability. Studies indicate that machining with minimum quantity lubrication (MQL) is effective; however, frequently used emulsifiable mineral oil-based fluids harm operator's health and the environment. Therefore, research is being conducted into less adverse lubri-cooling conditions, such as emulsifiable vegetable oil-based fluids. In this context, this study statistically compares two lubricooling fluids applied in MQL: a commercial synthetic nanofluid (NMQL) and a vegetable fluid based on castor oil (VMQL). The Box Behnken experimental design was used to optimize the cutting parameters in the end milling of super austenitic stainless steel 254 SMO for both conditions. The results indicated that using VMQL resulted in machining force and average roughness similar to those obtained with NMQL. However, the first demonstrates significant advantages, such as the absence of tool failure that occurred with the second. Using VMQL, the mean values of machining force and average roughness were FU = 137 N and Ra = 0.28 µm, respectively. The machining force was more influenced by the feed per tooth and axial depth of cut, while the cutting speed and feed per tooth affected the average roughness more. The multiobjective optimization indicated low levels among the ranges of parameters studied.