Avaliação de desempenho de recobrimentos em ferramentas de metal duro no torneamento do aço ABNT 4340 temperado por meio de sinais de emissão acústica
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Antônio Augusto Torres Maia
Jánes Landre Júnior
Sandro Cardoso Santos
Jánes Landre Júnior
Sandro Cardoso Santos
Resumo
O domínio dos processos de fabricação é de fundamental importância para a economia de
países industrializados onde a competição dita os parâmetros de mercado. O uso de materiais
mais baratos e resistentes e a diminuição de tempo de fabricação são alvos de constantes
estudos na engenharia contemporânea. Dentro deste escopo, propõe-se o estudo dos sinais de
emissão acústica (EA) como identificadores de mecanismos de desgastes em insertos de metal
duro recobertos empregados na operação de torneamento do aço ABNT 4340 endurecido (46
±1 HRc). Para tanto, foi feita a caracterização das ferramentas para avaliar a composição e
fases do substrato e dos recobrimentos. Também foram feitos ensaios de tração para definir
como o sinal de emissão acústica se comporta em relação à deformação elástica, plástica e à
fratura. Em seguida, foram realizados testes de torneamento usando ferramentas de metal duro
sem e com recobrimentos a base de AlCrN comum e nanoestruturado e então avaliados os
sinais de EA e o desempenho das ferramentas durante a operação. Os testes de torneamento à
seco foram feitos usando os seguintes parâmetros de corte: velocidades de corte (vc) de 150
m/min, 200 m/min e 250m/min; avanços (f) de 0,10 mm/rev, 0,15mm/rev e 0,20 mm/rev e
profundidades de usinagem (ap) de 0,25mm e 0,75mm. Por fim foi realizada a caracterização
das ferramentas e a análise dos sinais de EA por meio das técnicas de transformada de Fourier
de tempo curto (STFT) e densidade da força espectral (PSD) e correlacionada com os
mecanismos de desgaste e desempenho da ferramenta. Os resultados demonstraram que os
sinais de emissão acústica são sensíveis ao desgaste de ferramenta, principalmente em baixas
e médias condições de corte. As falhas de recobrimento também foram identificadas com o
uso da técnica denotando a diminuição da vida das ferramentas e uma variação nas amplitudes
dos sinais.
Abstract
The field of manufacturing processes is of utmost importance to the economy of industrialized
countries where competition dictates market parameters. The use of cheaper and more
resistant materials and the decrease in manufacturing time are targets of constant studies in
contemporary engineering. Within this scenario, the principal aim of this work is to study the
behavior an acoustic emission (AE) signals used to identify tool wear mechanisms in coated
tungsten carbide employed in turning of hardened AISI 4340 steel (46 ±1 HRc). Therefore,
it’s described the characteristics of the tools to assess the composition and phases of the
substrate and coatings. Additionally, tensile tests were conducted to determine how the
acoustic emission signal behaves in relation to the elastic and plastic deformation and
fracture. Turning tests were conducted using cemented carbide tools with and without the
common AlCrN coatings of nanostructured base and then evaluated AE signals and the
performance of the tools during operation. The dried at turning tests were performed using the
following cutting parameters: Cutting speeds (vc) of 150 m/min 200 m/min and 250m/min;
feed rates (f) of 0.10 mm/rev, 0.15 mm/rev and 0.20 mm/rev and depths of cut (ap) of 0.25
mm and 0.75 mm. Finally the techniques knows as short time Fourier transform (STFT) and
the spectral power density (PSD) were used to characterize the tools and the analysis of AE
signals and correlated to the wear mechanisms and tool performance. The results showed that
the acoustic emission signals are sensitive to tool wear, especially at low and moderate cutting
conditions. Coating failures were also identified using the technique, showing a decrease in
life of tools and a variation in the amplitudes of the signals.
Assunto
Engenharia mecânica, Processos de fabricação, Materiais nanoestruturados, Emissão acústica
Palavras-chave
Torneamento duro, Aço ABNT 4340, Emissão acústica, AlCrN, Recobrimentos nanoestruturados