Estudo do comportamento ao desgaste do revestimento TIALN\DLC em ferramentas de corte, na fresagem de ligas de cobre-berílio - AMPCOLOY® 83

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Freitas, Fábio Rafael da Silva
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/23824
Resumo: O crescimento exponencial da indústria da maquinagem e as suas necessidades, impulsionou nos últimos anos o desenvolvimento de novas tecnologias de fabrico, tipos de ferramentas de corte mais avançadas, e o desenvolvimento de novos revestimentos que permitam estender o tempo de vida das ferramentas. Às ferramentas de maquinagem, têm sido estudadas e implementadas novas soluções de revestimentos, que proporcionam baixo coeficiente de atrito e lubrificação, potenciando um aumento do seu tempo de vida. Seguindo essa linha de raciocínio, torna-se pertinente desenvolver trabalho científico que vise estudar o comportamento de ferramentas de corte revestidas com filmes finos que promovam baixo atrito e elevada lubrificação. É este o caso dos revestimentos do sistema DLC - Diamond like carbon films, os quais promovem boa resistência à oxidação e elevadas velocidades de maquinagem, propriedades presentes nos revestimentos de TiAlN - Nitreto de Titânio Alumínio. Assim, pretendeu-se estudar o efeito de um revestimento depositado em multicamada (TiAlN/DLC) sobre fresas, para estudar o seu rendimento de corte durante a fresagem de uma liga de CobreBerílio, designada comercialmente como AMPCOLOY®83. A qualidade da superfície maquinada foi avaliada e o desgaste da ferramenta de corte estudado. O revestimento depositado sobre as fresas foi caracterizado relativamente à sua espessura, estrutura, composição química, morfologia, propriedades mecânicas e adesão ao substrato. Tal como esperado, as observações SEM mostraram que o revestimento é composto por duas camadas e transição gradiente entre essas mesmas camadas. A dureza e o módulo de Young do revestimento mostrou ser 5.6 GPa e 93.2 GPa, respetivamente. De acordo com os ensaios de adesão por deslizamento (Scratch Test), apresentaram falha adesiva FC2 na ordem dos 35 N, e um padrão de fissuração aceitável, do tipo HF2, segundo a Norma VDI 3198: 1991, para testes de indentação. Os ensaios de fresagem foram realizados variando a velocidade de avanço, velocidade de corte e o comprimento de corte. Os parâmetros de corte de referência foram escolhidos tendo em conta trabalhos anteriores e as indicações do fabricante. Após fresagem, as ferramentas revestidas e não revestidas foram observadas em microscópio eletrónico e os mecanismos de desgaste avaliados. Além disso, o volume de desgaste da fresa foi avaliado, bem como a rugosidade superficial da peça maquinada. As ferramentas revestidas apresentaram um melhor desempenho do que as ferramentas não revestidas, para quaisquer que fossem as condições e parâmetros de corte utilizados. Além disso, a rugosidade superficial obtida na peça maquinada foi sempre menor nos ensaios realizados com as fresas revestidas. O desgaste apresentado nas ferramentas revestidas foi menor do que o das ferramentas não revestidas.
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Seguindo essa linha de raciocínio, torna-se pertinente desenvolver trabalho científico que vise estudar o comportamento de ferramentas de corte revestidas com filmes finos que promovam baixo atrito e elevada lubrificação. É este o caso dos revestimentos do sistema DLC - Diamond like carbon films, os quais promovem boa resistência à oxidação e elevadas velocidades de maquinagem, propriedades presentes nos revestimentos de TiAlN - Nitreto de Titânio Alumínio. Assim, pretendeu-se estudar o efeito de um revestimento depositado em multicamada (TiAlN/DLC) sobre fresas, para estudar o seu rendimento de corte durante a fresagem de uma liga de CobreBerílio, designada comercialmente como AMPCOLOY®83. A qualidade da superfície maquinada foi avaliada e o desgaste da ferramenta de corte estudado. O revestimento depositado sobre as fresas foi caracterizado relativamente à sua espessura, estrutura, composição química, morfologia, propriedades mecânicas e adesão ao substrato. Tal como esperado, as observações SEM mostraram que o revestimento é composto por duas camadas e transição gradiente entre essas mesmas camadas. A dureza e o módulo de Young do revestimento mostrou ser 5.6 GPa e 93.2 GPa, respetivamente. De acordo com os ensaios de adesão por deslizamento (Scratch Test), apresentaram falha adesiva FC2 na ordem dos 35 N, e um padrão de fissuração aceitável, do tipo HF2, segundo a Norma VDI 3198: 1991, para testes de indentação. Os ensaios de fresagem foram realizados variando a velocidade de avanço, velocidade de corte e o comprimento de corte. Os parâmetros de corte de referência foram escolhidos tendo em conta trabalhos anteriores e as indicações do fabricante. Após fresagem, as ferramentas revestidas e não revestidas foram observadas em microscópio eletrónico e os mecanismos de desgaste avaliados. Além disso, o volume de desgaste da fresa foi avaliado, bem como a rugosidade superficial da peça maquinada. As ferramentas revestidas apresentaram um melhor desempenho do que as ferramentas não revestidas, para quaisquer que fossem as condições e parâmetros de corte utilizados. Além disso, a rugosidade superficial obtida na peça maquinada foi sempre menor nos ensaios realizados com as fresas revestidas. O desgaste apresentado nas ferramentas revestidas foi menor do que o das ferramentas não revestidas.In recent years, the exponential growth of the machining industry and its needs has driven the development of new manufacturing technologies, more advanced cutting tool types and new types of coatings to extend tool lifetime. New coating solutions have been studied and implemented for machining tools, which provide a low friction coefficient and lubrication, thus increasing tool lifetime. Following this line of reasoning, it is relevant to develop scientific work aimed at studying the behavior of cutting tools coated with thin films that promote low friction and high lubrication, as is the case with DLC (Diamond like carbon films) coatings. These coatings promote good resistance to oxidation and allow high machining speeds, properties present in TiAlN (Titanium Aluminum Nitride) coatings. The aim was to study the effect of a multilayer coating (TiAlN/dlc) on milling tools to analyze their cutting performance when milling a copper-beryllium alloy known commercially as AMPCOLOY®83. The quality of the machined surface was evaluated, and the wear of the cutting tool was studied. The coating deposited in the milling tools was characterized in terms of its thickness, structure, chemical composition, morphology, mechanical properties, and adhesion to the substrate. As expected, SEM observations showed that the coating is composed of two layers and a gradient transition between layers. The hardness and modulus of elasticity of the coating were 5.6 GPa and 93.2 GPa, respectively. According to the Scratch Test, the adhesive failure FC2 was about 35 N and the cracking pattern was HF2, which is considered as acceptable, according to VDI Standard 3198: 1991, for indentation tests. The milling tests were carried out by varying the feed speed, cutting speed, and cutting length. The reference cutting parameters were chosen considering previous work and the tools manufacturers instructions. After milling, the coated and uncoated tools were observed under an electron microscope and the wear mechanisms evaluated. In addition, the wear volume of the milling cutter was evaluated, as well as the surface roughness of the machined part. The coated tools had a better performance than the uncoated tools, whatever the cutting conditions and parameters used. In addition, the surface roughness obtained on the machined part was always lower in the tests carried out with the coated milling tools. Wear on the coated tools was lower than on the uncoated tools.Casais, Rafaela Carla BarrosRepositório Científico do Instituto Politécnico do PortoFreitas, Fábio Rafael da Silva2023-11-02T15:44:04Z20232023-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.22/23824TID:203377800porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T01:46:34Zoai:recipp.ipp.pt:10400.22/23824Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:26:54.805941Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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