Estudo do desempenho de ferramentas de aço-rápido na usinagem criogênica do aço ABNT 1020
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Data de Publicação: | 2014 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/22086 |
Resumo: | O presente trabalho apresenta um estudo do desempenho de ferramentas de aço-rápido no torneamento do aço ABNT 1020, sob condições de resfriamento criogênico com aspersão de nitrogênio líquido (LN2) diretamente na região de corte. O objetivo principal foi manter a temperatura da ferramenta de corte abaixo da temperatura de amolecimento do aço-rápido (normalmente acima de 650°C) e, consequentemente, melhorar o desempenho dessas ferramentas em velocidades de corte superiores àquelas normalmente praticadas no corte à seco ou com lubrificação convencional. Foram realizados ensaios de faceamento rápido, em que a ferramenta de corte percorre a face da peça ao longo de seu raio a uma rotação constante, o que acarreta um aumento progressivo em sua velocidade de corte. Pôde-se verificar que devido à aplicação de LN2 a ferramenta de corte conseguiu usinar com velocidades de corte maiores que na condição a seco (SECO). Quando os jatos de LN2 foram direcionados a superfície de saída e de folga (SS/SF), tal condição apresentou um aumento de 35,00% (em média) na velocidade usinada antes da falha da ferramenta; no entanto quando o LN2 foi aplicado na superfície de folga (SF), a melhoria foi de 24,12% e para a condição de LN2 na superfície saída (SS) o aumento foi de 20,94%. Com esses resultados foi possível concluir que a aplicação de LN2 tendeu a melhorar o desempenho das ferramentas de açorápido testadas, e que essa melhora foi mais pronunciada quando da aplicação de LN2 nas superfícies de folga e de saída simultaneamente. Já para variável ponto de falha a análise do intervalo de confiança, mostrou que, estatisticamente, a um nível de confiança de 95%, não foi possível afirmar que existe diferença entre as médias populacionais do “ponto de falha” para as condições de corte (SECO-SF), (SECO-SS), (SS-SF) e (SF-SS/SF). Contudo para as condições (SECO-SS/SF) e (SS-SS/SF) houve diferenças entre as condições quando comparadas duas a duas. Observou-se também que a rugosidade média (Ra) tende a cair com a aplicação de LN2. Houve uma diferença significativa quando se compara a condição SECO com as condições SF, SS e SS/SF. O mesmo não se pode dizer dessas outras situações (SSSF), (SS-SS/SF), (SF-SS/SF), pois, ao nível de significância, considerado, não podemos descartar a hipótese de se tratarem de ensaios diferentes. Observa-se que, num nível de confiança de 95%, não se pode afirmar que os desgastes de flancos (VB) não são iguais nas quatro condições de corte testadas. Este resultado já era esperado, visto que, após a falha da ferramenta, independente da condição de corte, a ferramenta perde material de sua ponta num valor que é proporcional à profundidade de corte usada, a partir deste ponto, praticamente nada de material é removido da peça. Para finalizar esse estudo o ensaio de torneamento longitudinal foi realizado inicialmente em caráter exploratório, devido à quantidade de ferramentas e material da peça, contudo, conseguiu-se obter a condição mais favorável ao se usinar um corpo de prova a velocidades de 162m/min quando o LN2 foi aplicado na superfície de folga (SF), e na superfície de saída (SS) em cada uma dessas condições. Esse valor de velocidade para torneamento longitudinal é bem elevado, quando são utilizadas ferramentas de aço-rápido. Quando se verifica o tempo de vida da ferramenta, foi possível observar um aumento em mais de 100%, pois, após cortar um trecho de 30mm, a aresta de corte ainda continuava preservada. |
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O objetivo principal foi manter a temperatura da ferramenta de corte abaixo da temperatura de amolecimento do aço-rápido (normalmente acima de 650°C) e, consequentemente, melhorar o desempenho dessas ferramentas em velocidades de corte superiores àquelas normalmente praticadas no corte à seco ou com lubrificação convencional. Foram realizados ensaios de faceamento rápido, em que a ferramenta de corte percorre a face da peça ao longo de seu raio a uma rotação constante, o que acarreta um aumento progressivo em sua velocidade de corte. Pôde-se verificar que devido à aplicação de LN2 a ferramenta de corte conseguiu usinar com velocidades de corte maiores que na condição a seco (SECO). Quando os jatos de LN2 foram direcionados a superfície de saída e de folga (SS/SF), tal condição apresentou um aumento de 35,00% (em média) na velocidade usinada antes da falha da ferramenta; no entanto quando o LN2 foi aplicado na superfície de folga (SF), a melhoria foi de 24,12% e para a condição de LN2 na superfície saída (SS) o aumento foi de 20,94%. Com esses resultados foi possível concluir que a aplicação de LN2 tendeu a melhorar o desempenho das ferramentas de açorápido testadas, e que essa melhora foi mais pronunciada quando da aplicação de LN2 nas superfícies de folga e de saída simultaneamente. Já para variável ponto de falha a análise do intervalo de confiança, mostrou que, estatisticamente, a um nível de confiança de 95%, não foi possível afirmar que existe diferença entre as médias populacionais do “ponto de falha” para as condições de corte (SECO-SF), (SECO-SS), (SS-SF) e (SF-SS/SF). Contudo para as condições (SECO-SS/SF) e (SS-SS/SF) houve diferenças entre as condições quando comparadas duas a duas. Observou-se também que a rugosidade média (Ra) tende a cair com a aplicação de LN2. Houve uma diferença significativa quando se compara a condição SECO com as condições SF, SS e SS/SF. O mesmo não se pode dizer dessas outras situações (SSSF), (SS-SS/SF), (SF-SS/SF), pois, ao nível de significância, considerado, não podemos descartar a hipótese de se tratarem de ensaios diferentes. Observa-se que, num nível de confiança de 95%, não se pode afirmar que os desgastes de flancos (VB) não são iguais nas quatro condições de corte testadas. Este resultado já era esperado, visto que, após a falha da ferramenta, independente da condição de corte, a ferramenta perde material de sua ponta num valor que é proporcional à profundidade de corte usada, a partir deste ponto, praticamente nada de material é removido da peça. Para finalizar esse estudo o ensaio de torneamento longitudinal foi realizado inicialmente em caráter exploratório, devido à quantidade de ferramentas e material da peça, contudo, conseguiu-se obter a condição mais favorável ao se usinar um corpo de prova a velocidades de 162m/min quando o LN2 foi aplicado na superfície de folga (SF), e na superfície de saída (SS) em cada uma dessas condições. Esse valor de velocidade para torneamento longitudinal é bem elevado, quando são utilizadas ferramentas de aço-rápido. Quando se verifica o tempo de vida da ferramenta, foi possível observar um aumento em mais de 100%, pois, após cortar um trecho de 30mm, a aresta de corte ainda continuava preservada.This work presents a study about the performance of HSS cutting tools when turning an ABNT 1020 steel under cryogenic condition using liquid nitrogen (LN2) applied onto the cutting region. In this case, the main purpose was to keep the cutting tool temperature below the softening temperature of the HSS (normally above 650oC) improving the performance of these cutting tools at cutting speeds upper than that normally used in dry or wet conventional machining. A series of rapid facing trials was carried out at dry (SECO) and applying LN2 at three different points on the cutting region [on the rake face (SS), on the flank face (SF) and on the rake and flank faces simultaneously (SS/SF)]. It could be verified that the use of LN2 the cutting was able to machine cutting speeds higher than at dry condition. When the LN2 was applied onto the rake and flank face simultaneously, the cutting speed showed an increase of 35% (on average) compared to the dry condition; when the LN2 was applied only onto the flank face, the improvement was of 24,12% and of 20,94% for the LN2 applied only onto the rake face. These results showed that the use of LN2 tended to improve the performance of the trialled HSS cutting tools and this improvement was more effective when the LN2 was applied onto the rake and flank faces simultaneously. For the variable called “failure point” (point where the cutting tool collapsed) a statistical analysis showed no difference among the conditions (SECO-SF), (SECO-SS), (SS-SF) and (SF-SS/SF). However, it could be observed statistical differences between the conditions (SECO-SS/SF) and the conditions (SS-SS/SF) when they are compared two by two. Compared to the dry condition, the results of average roughness (Ra) showed a tendency to drop when LN2 was applied. Additional longitudinal turning trials were carried out to verify the performance of the HSS cutting tools assisted by LN2 at this condition. It was observed an improvement upper to 100%.Agência Nacional do Petróleo - ANPporCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAUsinagem criogênicaNitrogênio líquidoTorneamentoAço-rápido e vida de ferramentaEstudo do desempenho de ferramentas de aço-rápido na usinagem criogênica do aço ABNT 1020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICAUFRNBrasilinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALRobertoFrancaDeOliveira_DISSERT.pdfRobertoFrancaDeOliveira_DISSERT.pdfapplication/pdf18162683https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/22086/1/RobertoFrancaDeOliveira_DISSERT.pdf767422779ead29843f239336cefe00bdMD51TEXTRobertoFrancaDeOliveira_DISSERT.pdf.txtRobertoFrancaDeOliveira_DISSERT.pdf.txtExtracted texttext/plain93795https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/22086/4/RobertoFrancaDeOliveira_DISSERT.pdf.txt60222215bacee03347359e2d6926bcb9MD54THUMBNAILRobertoFrancaDeOliveira_DISSERT.pdf.jpgRobertoFrancaDeOliveira_DISSERT.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg3108https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/22086/5/RobertoFrancaDeOliveira_DISSERT.pdf.jpgfcf1d723be2fc7a710c175ec66eefcbeMD55123456789/220862017-11-04 18:41:03.002oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/22086Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2017-11-04T21:41:03Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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