Microfresamento do titânio comercialmente puro com as trajetórias de usinagem convencional e trocoidal
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
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Primeiro orientador
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Alexandre Mendes Abrão
Witor Wolf
Pedro Paiva Brito
Marcio Bacci da Silva
Witor Wolf
Pedro Paiva Brito
Marcio Bacci da Silva
Resumo
O titânio comercialmente puro e suas ligas têm sido objeto de crescente pesquisa devido à sua
elevada resistência específica, biocompatibilidade e resistência à corrosão. O titânio comercialmente
puro ASTM F67 - grau 4 (TC4) é comumente utilizado na fabricação de implantes
ortopédicos e dentários. No entanto, é considerado um material de difícil usinabilidade devido
à sua baixa condutividade térmica, o que resulta em temperaturas elevadas na zona de corte,
prejudicando prematuramente a ferramenta de corte. O objetivo deste trabalho foi analisar a
influência dos parâmetros de entrada, avanço por dente (fz), profundidade de usinagem (ap) e
diâmetro da ferramenta, assim como as trajetórias de usinagem convencional (TUC) e trocoidal
(TPC), na força de usinagem, nos sinais de emissão acústica (EA), na qualidade superficial, na
largura e na altura das rebarbas de topo durante o microfresamento do TC4 com microfresas de
topo reto de metal duro revestidas com nitreto de titânio alumínio-TiNAl com diâmetros de ϕ
500 e ϕ800 μm. As microfresas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura
(MEV) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Os canais microusinados também foram
caracterizados por MEV e perfilometria de contato. A caracterização das microfresas antes
dos ensaios de microfresamento revelou evidências de não uniformidade do revestimento de
TiNAl na aresta de corte das microfresas. Observou-se que a magnitude dos sinais das forças na
direção Fy aumentou ao utilizar a trajetória TUC. No entanto, para as forças na direção Fx e Fz, a
intensidade dos sinais aumentou ao empregar a trajetória TPC. Os sinais de EA apresentaram
uma tendência de aumento para maiores valores de fz e ap durante o microfresamento com a TUC.
Em relação à resposta de rugosidade, observou-se uma melhora na qualidade superficial para
valores menores de fz, ap e trajetória TUC. O aumento do fz e ap resultou em maiores rebarbas de
topo quando se empregou a trajetória TUC. Nesse contexto, é importante ressaltar que a escolha
adequada dos parâmetros de usinagem pode influenciar significativamente a qualidade das peças
no microfresamento em TC4. Portanto, os resultados obtidos nesse estudo podem contribuir para
o desenvolvimento de técnicas mais eficientes e econômicas de microfresamento em TC4.
Abstract
Commercially pure titanium and its alloys have been growing researched due to their specific
strength, biocompatibility, and corrosion resistance. ASTM F67 grade 4 (TC4) commercially pure
titanium is commonly used in the manufacturing of orthopedic and dental implants. However, it
is considered a difficult-to-machine material due to its low thermal conductivity, which produces
high temperatures in the cutting zone, consequently prematurely wearing out the cutting tool.
In this context, the aim of this work is to analyze the influence of input parameters, such as
tooth feed rate (fz ), machining depth (ap), tool diameter, as well as conventional (TUC) and
trochoidal (TPC) machining paths, on machining force, acoustic emission (AE) signals, surface
quality, width, and top burr height during the micromilling of TC4 using solid carbide micro
end mills coated with titanium aluminum nitride TiNAl with diameters of ϕ 500 and ϕ 800 μm
were used. The micro end mills were characterized by scanning electron microscopy (SEM)
and energy dispersive spectroscopy (EDS). The micro milled slots were characterized by SEM
and contact profilometry. The characterization of the micro end mills before micromilling tests
showed evidence of non-uniformity of the TiNAl coating on the cutting edge of the micro end
mills. It was observed that the magnitude of the force signals in the Fy direction increased when
using the TUC path. However, for forces in the Fx and Fz directions, the signal intensity increased
when employing the TPC path. The AE signals showed an increasing trend for higher fz and ap
values during micromilling with the TUC path. Regarding the surface response, the improvement
of surface quality occurred for smaller fz , ap, and TUC path. Increasing fz and ap resulted in
larger top burrs when using the TUC path. In this context, it is important to note that the proper
selection of machining parameters can significantly influence the quality of parts in micromilling
of TC4. Therefore, the results obtained in this study can contribute to the development of more
efficient and economical techniques for micromilling of TC4.
Assunto
Engenharia mecânica, Titanio, Usinagem
Palavras-chave
Titânio comercialmente puro grau 4, Microfresamento, Trajetória convencional, Trajetória trocoidal
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