Investigação experimental sobre a operação de fresamento helicoidal do aço ABNT D2 endurecido
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Marcelo Araújo Câmara
Anna Carla Monteiro de Araújo
Ricardo Augusto Gonçalves
Anna Carla Monteiro de Araújo
Ricardo Augusto Gonçalves
Resumo
Neste trabalho, foi realizada uma investigação experimental da operação de fresamento helicoidal para explorar sua efetividade na produção de furos em aço endurecido. Diante dos dificuldade que a furação convencional enfrenta, especialmente em materiais de alta dureza, o fresamento helicoidal emerge como uma opção atraente. O objetivo geral foi investigar a influência dos parâmetros de corte sobre a qualidade macro e microgeométrica de furos produzidos pela operação de fresamento helicoidal no aço ABNT D2 (56 HRC). A ferramenta de corte utilizada foi uma fresa de topo esférica intercambiável equipada com dois insertos de metal duro revestidos. Para alcançar este objetivo, uma série de ensaios foi realizada utilizando a metodologia de Taguchi, com um arranjo ortogonal L8, juntamente com a análise de variância (ANOVA). Foi avaliada a influência dos seguintes parâmetros de fresamento helicoidal em dois níveis: velocidade de corte (vc), profundidade de usinagem (ap), avanço por dente (fz), excentricidade helicoidal (e) e o sentido de corte (discordante/concordante). Foi analisado o impacto destes parâmetros sobre o tempo de corte experimental, as componentes da força de fresamento helicoidal e qualidade dos furos (desvio diametral, circularidade, cilindricidade e rugosidade) foi analisado. A potência de corte e a morfologia dos cavacos gerados também foram objeto de análise. A operação de fresamento helicoidal mostrou-se eficaz, resultando em furos de qualidade IT7 e classe N7. A análise estatística confirmou que profundidade de usinagem reduziu o tempo de corte experimental. Além disso, este mesmo fator foi o mais influente sobre a rugosidade. O sentido de corte discordante reduziu as componentes da força de fresamento helicoidal (Fz e Fr). Em relação aos desvios diametral, circularidade e de cilindricidade, o sentido de corte discordante também reduziu esses desvios, especialmente o desvio diametral. Assim como o tempo de corte experimental, os desvios de forma foram reduzidos ao utilizar uma excentricidade helicoidal mais baixa, bem como uma velocidade de corte mais alta, embora estes níveis tenham aumentado a rugosidade. A análise morfológica dos cavacos mostrou que cavacos menos serrilhados (GS) estão associados a uma menor potência de corte, enquanto uma maior frequência do serrilhado (f) está relacionada a uma melhor qualidade superficial. Neste contexto, os melhores níveis de parâmetros de fresamento helicoidal foram vc = 40 m/min, ap = 0,25 mm, fz = 0,08 mm/dente e = 2 mm e o uso do sentido de corte discordante.
Abstract
In this work, an experimental investigation concerned with helical milling was conducted to
explore its effectiveness in producing holes in hardened steel. Due to the limitations faced by
drilling of hardened steels, helical milling emerges as an attractive option. The principal goal
of this research was to investigate the influence of the cutting parameters on the macro and
microgeometric quality of holes produced by helical milling of AISI D2 steel (56 HRC) using
a ball nose end milling cutter with two coated carbide inserts as cutting tool. A series of
experiments was carried out using the Taguchi methodology with a L8 orthogonal array, along
with analysis of variance (ANOVA). The influence of the following helical milling parameters
was evaluated at two levels: cutting speed (vc), axial depth of cut (ap), feed per tooth (fz), helical
eccentricity (e), and cutting direction (up and down milling). The impact of these parameters
on the trial cutting time, components of helical milling force and hole quality (diameter
deviation, circularity, cylindricity and roughness) was investigated. Cutting power and the
morphology of the chips were also subject to analysis. Helical milling operation proved
effective, achieving holes with IT7 quality and N7 class. The statistical analysis confirmed that
machining depth reduced trial cutting time. Additionally, this same factor was the most
influential on roughness. The up milling direction reduced the components of helical milling
force (Fz and Fr). Regarding the diameter, circularity and cylindricity deviations, up milling
also reduced these deviations, especially the former. Similarly to trial cutting time, form
deviations were reduced by using lower eccentricity, as well as higher cutting speed, although
these levels increased the hole wall roughness. Morphological analysis of chips showed that
less serrated chips (GS) were associated with lower cutting power, while a higher serration
frequency (f) was related to better surface quality. In this context, the optimal levels of helical
milling parameters were vc = 40 m/min, ap = 0.25 mm, fz = 0.08 mm/tooth, e = 2 mm, and the
up milling direction.
Assunto
Fresagem - Trabalhos em metal, Metais - Corte, Usinagem
Palavras-chave
Fresamento helicoidal, Aço ABNT D2, Taguchi, Metal duro revestido, Qualidade dos furos