Avaliação da força de usinagem e energia específica de corte no fresamento com alta velocidade de corte

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência das condições de fresamento na força de usinagem e na energia específica de corte. Foram ensaiados dois tipos de materiais que sofreram diferentes formas de tratamentos térmicos. O aço CL 23 (Eaton Ltda) foi normalizado, resfriado ao forno e resfriado ao ar, e o aço COS AR 60 (Usiminas S/A) foi empregado na condição “como recebido” e tratado termomecanicamente, onde a microestrutura foi refinada a 1,7 m. Para o primeiro material, empregou-se 3 condições de usinagem, com parâmetros de corte fixos e distintos entre si, e para o segundo material, foram utilizadas 8 condições, em que todos os parâmetros variaram visando à aplicação da Análise de Variância (ANOVA). Os ensaios de fresamento de topo concordante a seco foram conduzidos em um centro de usinagem CNC de 11 kW de potência e rotação do eixo-árvore de 7.500 rpm. Empregou-se ferramenta de diâmetro 25 mm com dois insertos de metal duro revestidos com TiN e TiNAl. A força de usinagem foi obtida utilizando-se um dinamômetro piezelétrico de 3 componentes e sistema de aquisição, cujos sinais foram pós-processados para o cálculo da força de usinagem máxima, força de usinagem RMS e energia específica de corte. Os resultados apontam para uma influência da condição de usinagem sobre a força de usinagem e energia específica de corte. A condição com alta velocidade de corte (HSC - High-Speed Cutting) apresentou menores forças de usinagem e maiores energias específicas de corte. A usinagem assumida como convencional, apresentou maiores níveis de força de usinagem e energia específica menores. A força de usinagem se mostrou estatisticamente dependente da profundidade de usinagem e a energia específica do avanço da ferramenta. A velocidade de corte influiu de forma significativa na força de usinagem e na energia específica de corte...

This research deals with the influence of milling conditions on machining force and specific cutting energy. Two kind of workpiece materials thermally treated were used on tests. CL23 carbon steel (Eaton Ltda) was normalized, furnace cooled and air cooled and COS AR 60 carbon steel (Usiminas S/A) was employed in “as received” and refined grains (1.7 m) conditions. For the first material, three machining conditions were applied with constant and different cutting parameters. For the second steel, eight machining conditions were implemented where all cutting parameters varied aiming at application of Variance Analysis (ANOVA). The machining tests were carried out by using dry end milling under down milling strategy in a CNC machining center with 11 kW power and 7,500 rpm spindle speed. A 25 mm diameter endmill with two inserts (TiN and TiNAl coatings) was used. The machining force was measured by means of 3-components piezoelectric dynamometer and acquisition system, whose signals were post-processed in order to calculate the maximum machining force, RMS machining force and specific cutting energy. The results show the cutting condition influences on all researched variables. High-speed cutting (HSC) decreased the machining force and increased the specific cutting energy. The milling named conventional condition elevated the machining force and diminished the specific cutting energy. The depth of cut was statistically influent on machining force and the feed per tooth was determinant for specific cutting energy. The cutting speed influenced significantly on machining force and specific cutting energy. Microstructural condition of workpiece material demonstrated to be important over studied variables only when hardness values were different significantly. The results of specific cutting energy from this work present good correlation with those obtained from theoretical models proposed by Taylor, Kienzle, ASME, AWF and Sandvik