Análise das forças resultantes da aplicação de ferramentas de corte alisadora (wiper) e convencional (standard) no torneamento de acabamento do aço inoxidável AISI 420

Abstract

O trabalho consistiu em realizar uma análise detalhada das parcelas estática e dinâmica das três componentes ortogonais da força de usinagem (avanço Ff, passiva Fp e corte Fc) geradas pelas ferramentas com geometria alisadora e standard (ambas com raio de ponta re = 0,4 mm) no torneamento de acabamento a seco do aço inoxidável AISI 420. Este material é um aço martensítico que apresenta alta resistência mecânica (teor de carbono superior a 0,2%) e boa usinabilidade (presença de cromo, fósforo e enxofre). Nos ensaios realizados no torno CNC Mazak QTN 100-II, manteve-se a velocidade de corte constante (vc = 290 m/min), avanços (f) de 0,1 e 0,2 mm/volta e profundidades de corte (ap) de 0,5 e 1,0 mm. Os sinais de força foram mensurados através de um sistema de aquisição de dados composto por um dinamômetro piezelétrico, um amplificador de carga e um computador com placa de aquisição de dados e software para processamento de sinais. Simultaneamente, os parâmetros de rugosidade média (Ra) e total (Rt) foram tomados usando um rugosímetro portátil. Observou-se que, com maior valor de avanço, a ferramenta standard sofreu maior esforço estático que a wiper quando submetida a mesmos parâmetros de corte. Em baixos avanços ambas apresentaram o mesmo comportamento quanto ao esforço estático. A parcela dinâmica é especialmente interessante por ser um dos primeiros estudos realizados neste ponto comparando ferramentas wiper e standard. O avanço foi o parâmetro de maior influência nas variáveis de saída. A rugosidade também tem relação direta com esforços de corte sobre a ferramenta. Tanto na análise esforços estáticos quanto na medição da rugosidade superficial a ferramenta alisadora apresentou melhor desempenho em comparação à convencional.

The purpose of this study was to make a detailed analysis of the static and dynamic parts of the three orthogonal components of machining forces (feed, tangential and radial) generated by tools with wiper and standard geometries (both with nose radius of re = 0,4 mm) on dry finish machining of AISI 420 stainless steel. The material is a high mechanical resistance steel (carbon higher than 02%) and good machinability (addition of chrome, phosphorus and sulfur). The test were realized in a CNC Mazak QTN 100-II lathe, with constant cutting speed (290m/s), feed rates of 0,1 and 0,2 mm/rev and cutting depth of 0,5 and 1,0mm. The measurement of forces data was made by a charge amplifier and a computer equipped with data acquisition hardwares and softwares. Simultaneously, average (Ra) and total (Rt) roughness were measured using a portable surface roughness tester. It has been observed that with higher feed rate values the static forces in standard insert were more significant than in wiper insert using the same other cutting parameters. For low feed rates both of them presented the same behavior relating to static cutting forces. The dynamic part of the research is specially interesting because is one of the first times, if not the first, on which standard and wiper tools are compared at this point of study. Feed rate was the most influent parameter. Surface roughness has direct relation with cutting forces in cutting tool. the wiper insert presented better behavior for both forces and roughness comparing to conventional inserts.