Maquinagem do aço D2 (AISI) endurecido com recurso a ferramentas cerâmicas e CBN (Cubic Boron Nitride)

Abstract

O aumento dos custos de produção, o aumento da competitividade e a crescente dificuldade na maquinagem de novos materiais endurecidos tem obrigado a um investimento no desenvolvimento de novas ferramentas cerâmicas e ultra-duros “CBN – Cubic Boron Nitride”. As cerâmicas e os ultra-duros são classes de materiais para ferramentas com potencial na aplicação em operações de acabamento com elevadas velocidades de corte e altas taxas de remoção aplicadas à maquinagem de aços endurecidos com durezas superiores a 45 HRC. Nesta dissertação pretende-se avaliar o efeito da nova geometria “wiper – raio de ponta múltiplo” e do material constituinte das ferramentas cerâmicas à base de alumina (Al2O3), no torneamento em operações de acabamento do aço D2 (AISI), endurecido (temperado e revenido) com uma dureza aproximada de 60 HRC. Pretende efectuar-se uma avaliação comparativa do desempenho das ferramentas cerâmicas e das ferramentas de CBN. O estudo da maquinabilidade analisou o processo de torneamento (força e potência de corte), o acabamento de superfície na peça e o comportamento da ferramenta (desgaste e vida). Foram realizados testes da caracterização do desgaste das ferramentas por intermédio de microscopia electrónica de varrimento (MEV) e microanálise por dispersão de energia (EDS). Os resultados experimentais permitiram efectuar uma análise estatística sobre a influência dos parâmetros processuais (velocidade de corte e avanço) e do tempo de corte na maquinabilidade analisada através da força e potência de corte, a rugosidade na peça e o desgaste na ponta da ferramenta. Foi também estudada a influência do penetramento (profundidade de corte) na maquinabilidade do material. Finalmente foi efectuado um estudo comparativo do desempenho da ferramenta cerâmica e CBN.

The advances in ceramic and polycrystalline cubic boron nitride (CBN) materials and processing technology are directly involved with the need to use materials that are increasingly more difficult to machining, increasing competition and rapidly rising manufacturing costs. Ceramics and ultra hard materials are the newest upcoming classes of tool materials with potential for a wide range of high speed finishing operations as well as for high removal rate machining materials with more difficult to machining with hardness over 45 HRC. This thesis intend to do an evaluation of the cutting edge geometry effects, like “multiple tool nose radius – wiper” and the effect of different ceramic (Al2O3) tool materials on steel D2 (AISI) hardened and tempered to 60 HRC. The machinability study process evaluation consider (cutting force, cutting power), work material observed on surface finishing and tool behaviour determined by tool wear. Were performed tool wear characterization tests by means the use of scanning electron microscopy (SEM) and also energy dispersion spectroscopy (EDS). The experimental results were submitted to graphic and statistical tools, to discriminate the cutting parameters influences on the cutting process, surface finishing and tool wear. The experimental results were submitted to a statistical analysis of cutting parameters contribution (cutting speed, feed rate) and cutting time, on the cutting forces, surface finishing and tool wear. It was also analysed the effect of cutting dept on the machinability behaviour. Finally were compared the best performed ceramic and CBN tool results to evaluate the different behaviours.