Modelagem térmica para avaliação da temperatura no fresamento de aços para moldes e matrizes

Abstract

A usinagem dos metais não é um processo completamente compreendido devido à sua natureza altamente não linear e ao complexo acoplamento entre deformação e o campo de temperatura. O processo de deformação é altamente concentrado em uma zona pequena e as temperaturas geradas nas zonas de deformação afetam ambas a ferramenta e a peça. Conhecendo o fluxo de calor gerado pelo processo de usinagem e, assim, o campo de temperatura, podem-se determinar as melhores condições de corte e também projetar novos produtos com melhor desempenho. Dada a grande importância do estudo térmico para a usinagem, muitas pesquisas continuam hoje sendo desenvolvidos. Este trabalho objetivou estudar a transferência de calor no processo de fresamento de topo do aço comercial VP100, empregado na fabricação de moldes e matrizes. Propôs-se, para isso, um modelo térmico tridimensional resolvido por um método numérico para estimar dois parâmetros: o fluxo líquido de calor e coeficiente de transferência de calor convectivo. Os parâmetros foram estimados através da implementação de um rotina computacional desenvolvida, que teve como dados de entrada as curvas de temperatura experimental do processo de usinagem para um fluido de corte sintético, semissintético e usinagem a seco, utilizando duas velocidades de corte: 200 e 450 m/min. Ademais, foram analisados o perfil de microdureza e a caracterização microestrutural dos corpos de prova, além do desgaste de flanco máximo das ferramentas após a usinagem. Constatou-se que o fluido de corte e a velocidade de corte influenciaram de forma significativa o resfriamento do corpo de prova. Além disso, a usinagem não afetou a microdureza abaixo da superfície fresada da peça, mas a microestrutura até 10 μm de profundidade deformou-se na direção do...

Machining of metals is a process not completely understood because of the highly nonlinear nature and the complex interaction between deformation and temperature field. The process of deformation is highly concentrated in a small zone and the temperatures generated in the deformation zones affect both tool and workpiece. Knowing the heat flux generated by the machining process and thus the temperature field, best conditions for cutting and also for design of new products with improved performance can be determined. Because of the great importance of the thermal effect for machining, several researches have been developed nowadays. This research aimed to study the heat transfer end milling process in commercial VP100 steel, used for producing molds and dies. Thus, a tridimensional thermal model solved by a numerical method was proposed to estimate two parameters: net heat flux and coefficient of convective heat transfer. The parameters were estimated by using computational programming where the input data were temperature curves of the end milling process when using synthetic and semi-synthetic cutting fluid, and dry machining at 200 and 450 m/min cutting speeds. In addition, microhardness and microstructure of workpiece as well as tool wear were analyzed after machining. Cutting fluid and cutting speed significantly influenced on workpiece cooling. Besides, milling process did not affect the part microhardness beneath machined surface, but microstructure up to 10 μm depth was deformed in feed direction of tool, which presented an initial maximum flank wear similar for all cutting conditions (VBBmax ≅ 0.1 mm). Synthetic and semi-synthetic cutting fluids did not presented different cooling capabilities, generating... (Complete abstract click electronic access below)