Análise comparativa do desempenho de brocas de aço rápido AISI M2 revestidas com SiO2 pelo processo sol-gel na furação do ferro fundido nodular
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Resumo
Dentre os processos de fabricação, a usinagem ganhou destaque principalmente com as inovações tecnológicas aplicadas a esse setor, especialmente, com objetivo de aumentar a vida da ferramenta. As aplicações em revestimentos para as ferramentas de corte têm contribuído para esse ganho, além de proporcionar o aumento de produtividade. Nesse intuito, estudou-se o comportamento das brocas de aço rápido AISI M2, diâmetro de 10 mm, sem revestimento e revestidas por dióxido de silício (SiO2) pelo método sol-gel e nitreto de titânio (TiN) por processo PVD na furação do ferro fundido nodular. O revestimento de SiO2 apresentou espessuras de 390 a 500 nm e o revestimento de TiN espessuras entre 3,4 a 3,9 µm. No ensaio pino sobre disco, os maiores valores de coeficiente de atrito e taxa de desgaste foram para a ferramenta sem revestimento que obteve um desgaste abrasivo severo; já o pino revestido de SiO2 apresentou melhor comportamento até a velocidade de deslizamento 55 m/min, caracterizando um desgaste abrasivo suave. O pino revestido de TiN mostrou os menores coeficientes de atrito e taxas de desgaste para todas as velocidades de deslizamento indicando um desgaste abrasivo suave. Em relação ao ensaio de furação, aplicou-se a análise estatística, totalizando 54 testes para os dados da força de avanço, rugosidade e diâmetro médio, sendo que o erro de circularidade foi avaliado graficamente. Os resultados assinalaram que a força de avanço foi maior para a ferramenta sem revestimento. Em relação à rugosidade média (Ra) e ao diâmetro médio, o aumento do avanço contribuiu para aumentar a Ra; porém, em relação ao diâmetro, as menores variações dimensionais dos furos foram para o maior avanço. No que se refere à ferramenta, os revestimentos influenciaram para menores valores de Ra e do diâmetro médio, e, quanto ao erro de circularidade, observou-se que as ferramentas evestidas proporcionaram menores erros. Em relação à rebarba, os parâmetros de corte - velocidade de corte 40 e 55 m/min e avanço 0,25 mm/rev. - apresentaram rebarbas uniformes para as ferramentas sem revestimento e revestida com SiO2. A ferramenta de TiN exibiu rebarbas uniformes para a maioria dos furos. Sobre a forma dos cavacos, o aumento da velocidade de corte e do avanço reduziu o tamanho do cavaco, sem alteração do tipo. Uma última avaliação referente ao ensaio de desgaste, as ferramentas revestidas obtiveram menores valores de desgaste de flanco médio e máximo, porém não foi possível avaliar os mecanismos de desgaste devido à aderência de material presente nas brocas.
Abstract
Among the manufacturing processes, the machining stands out mainly with the technological innovations applied to this field, specially, with the target of increasing the life of the tool. The applications of coatings in cutting tools have contributed to this gain, besides providing the increase of productivity. On this purpose, the behavior of drills in High Speed Steel AISI M2 was studied, with diameter of 10 mm, uncoated and coated with silicon dioxide (SiO2) by the sol-gel method and titanium nitride (TiN) by PVD process in the drilling of nodular cast iron. The SiO2 coating had thicknesses of 390 to 500 nm, the TiN coating had thicknesses of 3,4 to 3,9 µm. In the pin on disk test, the highest friction coefficient and wear rate were for the uncoated tool, obtaining a severe abrasive wear; the SiO2 coated pin showed the best performance up to the 55 m/min sliding speed characterizing a mild abrasive wear. The TiN coated pin showed lower friction coefficients and wear rates for all speeds of slipping indicating mild abrasive wear. Regarding the drilling test, the statistical analysis were applied totalizing in 54 tests for the data of feed force, roughness and average diameter. The roughness error was evaluated graphically. The results indicated that the feed force was higher for the uncoated tool. In relation to the average roughness (Ra) and the mean diameter, the increase of the feed contributed to increase Ra, but when it comes to the diameter, the smaller dimensional variations of the holes were for the higher feed. Regarding the tool, the coatings influenced to lower values of Ra and of average diameter. As for the roughness error, it was observed that the coated tools provided decreasing errors. About the burr, the cutting parameters - cutting speed 40 m/min and 55 m/min, feed 0.25 mm/rev. -presented uniform burrs for the uncoated and SiO2 coated tool. The TiN tool showed uniform burrs for most holes. In relation to the shape of the chips, the increase of cutting speed and feed reduced the size of the chip, without changing the type. A final evaluation regarding on the wear test, the coated tools obtained lower mean and maximum flank wear values, but it was not possible to evaluate the wear mechanisms due to the adherence of material present in the drills.
Assunto
Nitreto de titânio, Dióxido de silício, Ferro fundido nodular, Processos de fabricação, Engenharia mecânica
Palavras-chave
dióxido de silício, ferro fundido nodular, furação, nitreto de titânio, sol-gel