Modelagem analítica da temperatura de corte no torneamento do ferro fundido vermicular utilizando insertos de metal duro revestidos experimentalmente pelo processo sol-gel
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Manuel Houmard
Alessandro Roger Rodrigues
Rosemar Batista da Silva
Denilson José do Carmo
Alessandro Roger Rodrigues
Rosemar Batista da Silva
Denilson José do Carmo
Resumo
Para a obtenção de um melhor desempenho das ferramentas de corte, os revestimentos surgem
como alternativa no processo de usinagem. O objetivo do revestimento é melhorar as condições
tribológicas nas interfaces ferramenta-peça e ferramenta-cavaco. Neste trabalho, estudou-se o
comportamento de insertos de metal duro sem revestimento e com revestimentos de Al2O3 e
multicamadas (TiO2 e Al2O3) sintetizados pelo processo sol-gel no torneamento do ferro
fundido vermicular. De forma geral, os revestimentos depositados apresentaram boa adesão ao
substrato. Com relação ao ensaio de riscamento, os resultados indicaram que o revestimento
multicamadas apresentou melhor adesão ao substrato. Por meio dos testes pino sobre disco,
menores coeficientes de atrito foram encontrados para as ferramentas revestidas até a distância
de deslizamento de 100 m. Para a verificação da influência dos parâmetros de corte (vc e f), bem
como do revestimento, realizou-se um planejamento fatorial completo (matriz 3²4¹). A análise
de variância (ANOVA) foi utilizada para avaliar a influência dos parâmetros de corte e do
revestimento sobre a força de corte, rugosidade e temperatura do cavaco, e os resultados
indicaram que a força de corte foi menor para a ferramenta revestida com multicamadas. Para
a rugosidade, o aumento da velocidade de corte contribuiu para minimizar os parâmetros
avaliados, ao contrário do avanço, que proporcionou o aumento destes. Já para a temperatura
do cavaco, os menores valores foram obtidos quando se utilizou o inserto multicamadas, sendo
que o aumento da velocidade de corte e do avanço colaborou para a elevação da temperatura.
Por fim, realizou-se a modelagem numérica por meio de elementos finitos, validando-se o
modelo numérico por meio dos resultados experimentais da temperatura do cavaco. Pela técnica
de linearização, obteve-se um modelo analítico para a temperatura do cavaco e para a interface,
e, além disso, o modelo de Gottwein foi modificado, acrescentando-se a ele os parâmetros
avanço e condutividade térmica equivalente. O modelo obtido apresentou boa concordância
com os resultados obtidos por meio da técnica numérica.
Abstract
In order to obtain better cutting tools performance, the coatings can be an alternative to the
machining process. The goal of the coating is to improve tribological conditions in the chiptool and tool-workpiece interfaces. Due to this, in this work, the behavior of uncoated, Al2O3
and multilayer (TiO2 and Al2O3) coated tungsten carbide (WC) inserts by the sol-gel process
used in the turning process of compacted graphite iron was studied. Overall, the deposited
coatings showed good adhesion to the substrate. The scratch test indicated that the multilayer
coating showed better adhesion on the substrate. The pin-on-disc tests indicated that lower
friction coefficients were found for the coated tools up to 100 m of the sliding distance. To
verify the influence of the cutting parameters (vc and f) and the coating, a full factorial design
(matrix 3²4¹) was made. The analysis of variance (ANOVA) was used to evaluate the influence
of the cutting parameters and tool coating on the cutting force, roughness and chip temperature.
The results demonstrated that the lower cutting forces were obtained using the multilayer coated
tool. The increase of the cutting speed contributed to minimize the roughness parameters,
different from the feed. For the chip temperature, lower values were obtained when the
multilayer insert was used. The increase of cutting speed and feed contributed to a higher chip
temperature. Finally, a numerical modeling was performed using the finite elements method
(FEM). The numerical model was validated through the experimental results of the chip
temperature. An analytical model for both chip and interface (chip/tool) temperature was
obtained by the linearization technique. Thus, an improved Gottwein model was created using
not only cutting speed, but also the parameters feed and equivalent thermal conductivity. Both
improved Gottwein model and FEM showed similar results when compared to the experimental
values obtained.
Assunto
Engenharia de produção, Aspereza de superfície, Processo sol-gel, Temperatura
Palavras-chave
Revestimentos sol-gel, Força de corte, Rugosidade, Temperatura, Predição da temperatura