7º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO
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7 BRAZILIAN CONGRESS ON MANUFACTURING ENGINEERING
20 a 24 de maio de 2013 – Penedo, Itatiaia – RJ - Brasil
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May 20 to 24 , 2013 – Penedo, Itatiaia – RJ – Brazil
METODOLOGIA PARA AVALIAR VIDA ÚTIL DE FERRAMENTA DE
USINAGEM EM FORJADOS RESFRIADOS CONTROLADAMENTE
Fabio Petrilli, [email protected] 1
Douglas Brito da Silva, [email protected] 1
Hevlin Cristina de Almeida Costa, [email protected] 1
Marcelo Adriano do Carmo Silva, [email protected] 1
Ivo Laurentino dos Santos, [email protected] 1
Mauro Moraes de Souza, [email protected] 1
1
Neumayer Tekfor Automotive Brasil Ltda , Av. Arquimedes, 500, Distrito Industrial, CEP 13211-840, Jundiaí - SP,
Brasil.
Resumo: A constante busca na redução de custos de produtos industrializados faz com que a otimização do fluxo
produtivo de peças seja cada vez mais necessária. Um exemplo disso é a utilização do processo de resfriamento
controlado pós forjamento a quente substituindo tratamentos térmicos. Esta substituição acarreta muitas vezes em
microestruturas heterogêneas, dureza e tamanho de grão diferente das obtidas em tratamentos térmicos
convencionais, ocasionando baixo desempenho em operações posteriores, tais como usinagem. A interação de
características como dureza, microestrutura e parâmetros de processo utilizados entre outros, tendem a influenciar o
resultado final da vida útil das ferramentas de corte utilizadas na usinagem, e esta influência pode ocorrer mesmo
quando todas as especificações estejam totalmente atendidas. Tendo o processo de usinagem como foco, esse trabalho
visa definir um procedimento que possa ser utilizado como parâmetro técnico na tomada de decisão sobre a influência
dessas características na usinabilidade das peças e na vida útil das ferramentas empregadas, através de uma
metodologia de ensaio de usinabilidade em amostras anteriores ao lote de fabricação, visando à aprovação ou não
desse lote.
Palavras-chave: usinabilidade, resfriamento controlado, ferramentas de corte.
1. INTRODUÇÃO
1.1. Resfriamento Controlado
O aumento da competitividade entre empresas e das exigências dos consumidores torna cada vez mais necessária a
busca pela flexibilidade, rapidez e economia dos processos produtivos. O estudo de novas rotas de processamento dos
materiais permite o desenvolvimento de produtos inovadores e com a qualidade requerida, cujas propriedades finais são
fortemente dependentes do histórico de processamento, tornando imprescindível o estudo aprofundado de suas
características para o correto controle de seus parâmetros.
Segundo Bhadeshia (2001), o resfriamento controlado dos produtos conformados a quente tem como princípio o
controle do resfriamento das peças após o forjamento, aproveitando o calor deste processo para promover as
transformações de fase desejadas, eliminando a necessidade de tratamentos térmicos. Essa rota de processamento tem
como vantagens a redução de etapas de processo e custos com a energia elétrica que seria gasta no reaquecimento das
peças para o tratamento térmico, além da obtenção de microestruturas específicas diretamente após o forjamento. Por
outro lado, a dificuldade no controle das taxas de resfriamento das peças e a complexidade dos mecanismos de
transformação de fases podem resultar em heterogeneidade de microestruturas, na peça ou entre peças de um mesmo
lote, dificultando a implantação e controle do processo.
Um exemplo de aplicação deste processo é seu uso em substituição ao recozimento isotérmico. Este tratamento
térmico, como descrito por Chiaverini (1996), consiste no aquecimento do aço acima da zona crítica para a total
austenitização do material seguido de um resfriamento rápido até uma temperatura situada em uma determinada região
do diagrama de transformação isotérmico, na qual o material é mantido durante o tempo necessário para ocorrer a
completa transformação de fase, sendo então resfriado naturalmente até a temperatura ambiente. O recozimento
isotérmico visa à obtenção de microestrutura composta por perlita e ferrita, e está representado de modo esquemático na
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Fig. (1), a qual também ilustra o resfriamento controlado, sendo evidente a redução das etapas de processo quando este
último é utilizado.
(a)
(b)
Figura 1. Tratamentos térmicos para aços forjados. (a) Recozimento Isotérmico; (b) Resfriamento Controlado.
Adaptado de Bhadeshia (2001).
O elevado interesse da indústria neste tipo de processamento levou ao desenvolvimento de modelos matemáticos
para a determinação dos parâmetros de processo e para a previsão do comportamento microestrutural ao longo do
resfriamento controlado a partir do calor de forjamento (Maity et al, 2011 e Karhausen et al., 1991). Entretanto, o
surgimento de novas ligas e a necessidade de propriedades específicas para os produtos forjados dificulta o
desenvolvimento de um processo de fabricação bem definido sem que determinados lotes sejam refugados e sem que
haja a perspectiva de retrabalho. Este é o caso de quando se deseja planejar um processo de fabricação de aços forjados
para aplicação automotiva, no qual os parâmetros de forjamento e resfriamento são previamente definidos para se obter
a usinabilidade adequada ao produto.
A utilização do tratamento térmico traz como vantagem principal a homogeneidade microestrutural, pois os
parâmetros de processo como temperatura e tempo de permanência no forno, podem ser controlados e alterados de
acordo com os resultados desejados. O resfriamento controlado, por outro lado, apresenta inúmeras variáveis de
processo que não podem ser diretamente controladas, como temperatura ambiente, turno de trabalho e refrigeração das
ferramentas, tornando difícil o completo controle das taxas de resfriamento. Estas variações intrínsecas ao processo
conferem ao material um grau de heterogeneidade muitas vezes não detectado por simples análise de dureza ou
metalografia. Modificações morfológicas e a nível subestrutural podem alterar o comportamento do material em
processos posteriores, como a usinagem, de forma que é necessário estabelecer uma metodologia de ensaios que possa
detectar essas variações e que defina parâmetros de avaliação das propriedades finais destes materiais.
1.2. Ensaios de Usinabilidade
Usinabilidade é um valor que tem como base a comparação de várias características e propriedades de usinagem
para mais de um tipo de material, sendo um desses materiais usado como padrão. Também pode ser definida com uma
grandeza tecnológica (Ferraresi, 1977 e Diniz et al, 1999), porém não deve ser interpretada como uma grandeza
específica tal como resistência à tração, tenacidade ou módulo de elasticidade. As propriedades de usinagem de um
material podem ser entendidas como a resultante do efeito de grandezas mensuráveis inerentes ao processo de
usinagem, tais como vida útil e desgaste da ferramenta, acabamento superficial da peça usinada, esforços de corte,
temperatura de corte, produtividade e características da formação do cavaco e são usadas como parâmetros de
interpretação. A usinabilidade pode tornar-se tão complexa que o uso de várias propriedades de usinagem dificulta a
convergência de resultados. Um mesmo material pode ter uma boa usinabilidade quando considerada a vida útil de
ferramenta como uma propriedade de usinagem, porém também pode ser considerado um material de má usinabilidade
quando se tem como referência a rugosidade da peça usinada.
A usinabilidade é influenciada tanto pelos parâmetros de usinagem quanto pelas propriedades do material. No que
tange ao processo, fatores importantes são o sistema máquina-ferramenta-fixação, características da ferramenta de corte,
fixação, refrigeração e o tipo de processo empregado. Quanto ao material, existem inúmeros fatores de influência, como
a microestrutura, dureza, composição química e processos anteriores à usinagem, como tratamentos térmicos.
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Tendo em vista a complexidade de se determinar os parâmetros de influência, o ensaio de usinabilidade pode ser
determinante na redução de custos de um fluxo de processo quando a proposta é adequar processos anteriores a
processos posteriores ao ensaio. Os resultados podem sugerir a melhor decisão a ser tomada quando o aspecto
econômico, produtivo e qualitativo do produto está em análise. Esses ensaios devem ser elaborados de tal forma que
sejam rápidos e com respostas relativamente precisas.
Devido à importância da flexibilização dos processos para a redução dos custos mantendo a alta qualidade dos
produtos, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver um método rápido e preciso de avaliação de usinabilidade
de um aço processado por resfriamento controlado, de modo a fornecer parâmetros técnicos para a tomada de decisão
quanto à aprovação ou não dos lotes de fabricação. Neste ensaio, será usado o desgaste da ferramenta de corte para
avaliar de forma indireta a usinabilidade do material e determinar qual a melhor combinação de especificações traz o
menor custo de usinagem, tanto no cliente como internamente.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Resfriamento Controlado
Para o estudo, utilizou-se o material DIN 16MnCr5 modificado, cuja composição química é apresentada
na Tab. (1).
Tabela 1. Composição Química nominal do aço DIN 16MnCr5 Modificado.
Elemento
Químico
%
C
Si
Mn
P
S
Cr
Al
N
0,17
0,25
1,15
0,012
0,020
0,95
0,027
0,010
As peças foram conformadas a quente por forjamento de precisão em matriz fechada, em uma prensa horizontal da
marca Hatebur® modelo AMP30 localizada na planta da Neumayer Tekfor Automotive do Brasil Ltda. em Jundiaí - SP.
O processo consiste no aquecimento da barra a temperaturas de aproximadamente 1200 ºC através de fornos de indução
acoplados à máquina. Em seguida, esta é cortada e conformada em três estágios, em uma geometria próxima à final e
sem rebarbas. O processo é contínuo, automatizado e de alta produtividade.
A Figura (2) apresenta uma visão geral do equipamento e o detalhe das matrizes e punções, onde a peça é
conformada.
(a)
(b)
Figura 2 - Prensa horizontal utilizada na conformação a quente (a) Visão geral, (b) Detalhe do
processo. Hatebur (2012).
O resfriamento controlado consistiu na permanência das peças, após o forjamento, em uma esteira de resfriamento
de três andares com tempo pré-definido para que estas, dentro de uma massa conhecida, caíssem dentro de uma caixa
térmica isolada por tijolos refratários a uma temperatura prevista para a obtenção da microestrutura desejada conforme a
curva de resfriamento do referido aço, a qual determina a microestrutura obtida de acordo com a taxa de resfriamento
imposta ao material. De acordo com a microestrutura objetivada, é determinada a taxa de resfriamento para a sua
obtenção, a temperatura de entrada e o tempo de permanência na caçamba térmica. A Figura (3) apresenta a curva de
resfriamento para o aço DIN 16MnCr5, na qual as letras M, F, P e B correspondem, respectivamente, a Martensita,
Ferrita, Perlita e Bainita; Ms é a temperatura de início da transformação martensítica e Ar3 e Ar1 as temperaturas de
início e fim da transformação de austenita em ferrita. Seguindo as curvas de resfriamento esquematizadas na Fig. (3), as
taxas de resfriamento iniciais e mais severas correspondem, na prática, ao resfriamento do material na esteira, enquanto
que a posterior redução da taxa de resfriamento é conseqüência da queda e permanência das peças na caçamba térmica.
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Temperatura (ºC)
O acompanhamento do forjamento desses itens teve como principal foco o controle e verificação periódica das
temperaturas de aquecimento da barra, saída do forjamento e queda na caçamba térmica, medidas através de um
pirômetro manual a laser.
Tempo (s)
Tempo (min)
Tempo (h)
Figura 3. Curva Tempo-Transformação-Temperatura (TTT) para o aço DIN 16MnCr 5 (SAE 5115). Adaptado
de Atlas zur Warmebehandlungder Stahle (1972).
Após este resfriamento controlado, as peças foram jateadas para a limpeza dos óxidos superficiais comumente
gerados pelo processo de forjamento a quente. Em seguida, as peças foram selecionadas por correntes parasitas
(MAGNATEST ®) em diferentes condições microestruturais. A presença de descontinuidades internas e mudanças nas
características físico-químicas ou da estrutura do material alteram o fluxo de correntes parasitas resultantes da aplicação
de um campo magnético gerado por uma sonda ou bobina alimentada por corrente alternada, possibilitando a sua
detecção, como descrito por Mendes (2009).
2.2. Metalografia
Após o processamento, as peças foram cortadas para a retirada de amostras e embutidas em baquelite para a
preparação metalográfica. Foram utilizadas lixas de granulometria #120 e # 200 e polimento em suspensão de diamante
3 µm por 12 min. A revelação da microestrutura, observada em um microscópio ótico Olympus®, foi obtida através da
imersão das amostras em Nital 5% por 10 s.
2.3. Dureza
Os ensaios de dureza Brinnel foram realizados em um durômetro Wolpert com esfera de aço temperado de 5 mm de
diâmetro e carga de 187,5 kg.
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2.4. Ensaio de Usinabilidade
A metodologia utilizada para o ensaio proposto foi a usinagem do material até um comprimento de corte
previamente definido. A propriedade de usinagem tomada como referência para a avaliação da usinabilidade do
material foi a largura máxima de desgaste de flanco da ferramenta (Vb).
O comprimento de corte utilizado no ensaio foi de 11.000 mm, que corresponde ao comprimento de contato da
ferramenta de corte no material, e o desgaste máximo da ferramenta de corte permitido para esse comprimento foi 0,25
mm, tais dados foram obtidos de condições reais de produção. O comprimento de corte e o desgaste máximo da
ferramenta corresponderam à usinagem de 565 peças em um turno de trabalho.
Para realização do ensaio de usinabilidade, foi utilizado um torno CNC Mazak® modelo QTN150 com potência de
11 kW e placa hidráulica de três castanhas. A ferramenta de corte utilizada foi um inserto de metal duro de código ISO
CNMG120408 com o quebra-cavaco para desbaste e com classe de dureza P35 e o suporte para essa ferramenta foi do
tipo fixação rígida com o ângulo de posição de corte (Kr) de 95º conforme apresentado na Fig. (4).
Figura 4. Suporte de fixação do inserto. Sandvik Coromant (2011).
Os dados de corte usados na usinagem foram os seguintes:
• Velocidade de corte (Vc) = 250 m/min
• Avanço da ferramenta (fn) = 0,25 mm/rotação
• Profundidade de corte (ap) = 1 mm
Uma das premissas consideradas na elaboração do ensaio foi a utilização das condições reais de usinagem, de forma
que o suporte de ferramenta, inserto e dados de corte estariam conforme o processo atual de usinagem do produto em
planta industrial.
O programa de usinagem foi elaborado para que a ferramenta percorresse um comprimento total de 110 mm por
peça. Para essa condição foi feita um ciclo de desbaste de torneamento considerando 10 passadas da ferramenta no
comprimento de 11 mm no eixo Z com profundidade de corte (ap) de 1 mm por passada. A estratégia de usinagem pode
ser vista na Fig. (5).
Figura 5. Estratégia de usinagem.
O número de peças utilizadas foi calculado através da razão do comprimento de corte total pelo comprimento de
corte disponível por peça o que originou em 100 peças para o ensaio.
Total de peças =
comprimento de corte total
comprimento de corte disponível por peça
_= 11.000 mm . = 100 peças
110 mm/pç
A cada 10 peças o inserto foi retirado da máquina e seu desgaste foi medido utilizando um microscópio de oficina
da marca Carton® modelo M1752. Os dados foram adicionados em uma tabela para posteriormente serem plotados em
um gráfico.
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3. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
3.1. Resfriamento Controlado
Foram realizados dois testes com diferentes parâmetros de resfriamento, um visando à microestrutura bainítica e o
segundo a microestrutura composta por perlita e ferrita. O resultado da seleção por MAGNATEST® mostrou que a
primeira condição de resfriamento resultou em um lote com peças 100% bainíticas, aqui denominadas Condição 1. O
segundo teste, por outro lado, resultou em uma mistura de peças com microestrutura composta apenas por perlita e
ferrita (Condição 2) e microestrutura mista (Condição 3). A Tabela (2) contém os resultados de dureza e microestrutura
e a Fig. (6) apresenta as micrografias das peças analisadas para cada condição.
Tabela 2. Resultados das análises de dureza e microestrutura.
Condição 1
Condição 2
Condição 3
(a)
Dureza (HB)
174 – 180
161 – 167
161 – 167
Microestrutura
100% Bainita
Perlita + Ferrita
Mista
(b)
(c)
Figura 6. Micrografia das peças nas condições (a) bainítica; (b) perlita + ferrita; (c) mista.
Apesar da diferença encontrada entre as microestruturas, as medidas de dureza nas diversas condições apresentaram
valores próximos. Este fato é justificado pelo recozimento realizado nas peças com estrutura bainítica, que teve como
finalidade promover o alívio de tensões, homogeneizando assim as propriedades mecânicas. Desta forma, utilizando os
mesmos parâmetros na usinagem destas três condições, tem-se como resultado a influência direta que essas diferentes
microestruturas promovem na usinabilidade do material.
O congelamento dos parâmetros de processo (receita) pode não ser suficiente para sucumbir todas as variações de
processo, mesmo que em pequeno grau, passíveis de ocorrer, tais como: composição química, temperatura de
forjamento e interrupções no processo, podendo resultar em variabilidade nas características do material após o
processamento. Para verificar os efeitos destas flutuações de parâmetros intrínsecas ao processo, foram realizados testes
de forjamento em três lotes distintos de matéria-prima, mantendo as mesmas condições de resfriamento, cujas
microestruturas resultantes encontram-se na Fig. (7). Foi possível observar que o processo resultou em variação dos
valores de dureza e morfologias distintas de bainita. A influência destas diferenças na usinabilidade do material será
discutida posteriormente.
(a) 193 – 202 HB
(b) 174 – 180 HB
(c) 230 – 239 HB
Figura 7. Micrografia das peças na condição bainítica (a) Lote 1; (b) Lote 2; (c) Lote 3 .
Especificado: 170 – 210 HB.
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3.2. Ensaios de Usinabilidade
O bom desempenho do material durante as operações de usinagem é um fator essencial para o fluxo produtivo.
Tendo em vista os vários fatores que influenciam na usinabilidade, a largura máxima de desgaste do flanco da
ferramenta (Vb) foi considerada parâmetro de referência na tomada de decisão acerca das condições de cada lote, pois
estabelecerá limites de vida útil das ferramentas de corte. Nestes ensaios, as diferentes condições microestruturais do
material e as variações existentes e inerentes ao processo de resfriamento controlado e às operações de usinagem foram
avaliadas através dos gráficos de desgaste do inserto (Vb) em relação ao comprimento de corte, mostrados nas Fig. (8) e
(9).
O desgaste máximo considerado para estes ensaios ficou definido pelos resultados dos gráficos e em função da
especificação do cliente, de modo que qualquer nova curva traçada abaixo do limite pré-estabelecido será considerada
aprovada, e as curvas que se encontrarem acima deste valor deverão ser reavaliadas e validadas e o limite ser revisado.
No presente trabalho, o valor máximo para o desgaste (Vb) foi considerado 0,25 mm, o qual corresponde a um
desempenho de usinagem considerado aprovado para condições reais de produção.
Figura 8. Desgaste do inserto (Vb) em função do comprimento de corte para as microestruturas perlítica,
bainítica e mista.
Na Figura (8), observa-se que para todas as condições há um aumento inicial de desgaste (Vb), sendo que nas
condições perlítica e mista não houve alteração significativa a partir de um comprimento de 8800 mm de usinagem até
um comprimento de 11000 mm, enquanto que na condição bainítica houve um ligeiro aumento do desgaste (Vb).
Normalmente, a microestrutura é definida já na especificação do cliente, mas conforme Baptista (2002), as
microestruturas homogêneas são as que propiciam o melhor desempenho durante usinagem, portanto apesar do
resultado da condição mista ser satisfatório, não é uma condição indicada para o processo. Neste caso, a especificação é
bainítica, e a validação do desempenho das ferramentas de corte ocorreu por meio do ensaio de usinabilidade com
validação do processo nas condições reais de produção. Caso fosse possível a indicação da melhor microestrutura para
este estudo, considerando o foco do trabalho no processo de usinagem, o menor desgaste ocorreu na microestrutura
perlítica, conforme demonstrado na Fig. (8).
Outros fatores importantes a serem considerados nos processos de usinagem são o formato dos cavacos, eventual
presença de arestas postiças e a qualidade superficial das peças usinadas. Tais características foram observadas no
decorrer dos ensaios, e estão descritas resumidamente na Tab. (3).
Tabela 3 - Resultados do teste de usinabilidade para a velocidade de corte de 250 m/min
Cavaco
Predominante
Alteração da superfície
usinada com relação a
primeira e última peça
Outras observações
Espiral Curto
Modificação aparente
Após a 50ª peça o cavaco se tornou fita
curta.
2ª Condição (Perlítica)
Fita Curta
Sem alteração
significativa
- Formação de aresta postiça após a 30ª
peça;
- Pequenos cavacos enrolados no portaferramenta.
3ª Condição (Mista)
Fita Curta
Sem alteração
significativa
Pequenos cavacos enrolados no porta –
ferramenta.
1ª Condição (Bainítica)
Em geral, cavacos curtos, quebradiços e que não enroscam no porta ferramenta, ausência de arestas postiças e boa
qualidade superficial são consideradas características favoráveis ao processo de usinagem. Entretanto, vale ressaltar que
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no presente trabalho estas características são utilizadas para uma avaliação qualitativa do processo e não são critérios
para tomada de decisão, já que pode haver alterações de acordo com os parâmetros de usinagem empregados.
A análise qualitativa do processo indicou que houve alteração aparente na superfície usinada das peças com
microestrutura bainítica no decorrer do ensaio. Esse fato somado ao desgaste contínuo e mais elevado do inserto, como
discutido anteriormente, indica que esta consiste em uma condição inferior de usinabilidade em relação às demais. Para
as condições perlítica e mista, não houve alteração significativa da superfície usinada, mas na perlítica houve formação
de aresta postiça, o que pode prejudicar a vida útil da ferramenta utilizada. Analisando os resultados descritos na Tab.
(3), pode-se afirmar que os melhores resultados correspondem à microestrutura mista, entretanto, por não apresentar
distribuição de fases e morfologia homogênea, não há a garantia da reprodutibilidade e continuidade das propriedades
do material, podendo comprometer o seu desempenho comportamento durante processos posteriores de fabricação e na
sua aplicação final.
Para observar a influência das variações de processo, foram realizados ensaios de usinabilidade para uma mesma
condição microestrutural, bainítica, ilustrada na Fig. (7) da seção anterior. Foram avaliados diferentes lotes processados
em três forjamentos distintos, cujo gráfico resultante deste ensaio corresponde à Fig. (9).
0,35
Desgaste (mm)
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
12.100
11.000
9.900
8.800
7.700
6.600
5.500
4.400
3.300
2.200
1.100
0
0
Comprimento de corte (mm)
Figura 9. Desgaste do inserto (Vb) x comprimento de corte para a microestrutura bainítica em três lotes de
produção. Especificado: 170 – 210 HB.
A Figura (9) demonstra que o lote 1 de produção foi o que apresentou o menor valor de desgaste final, sendo a
condição ideal de fornecimento e foco de reprodutibilidade de processo. Este resultado é devido à microestrutura
bainítica revenida apresentar-se de forma homogênea entre as peças do lote e assim as condições de resfriamento deste
caso podem ser adotadas como padrão de trabalho.
O lote 2, por outro lado, apresentou um resultado que tende a uma condição marginal de trabalho, pois o desgaste,
apesar de inferior ao máximo permitido, é crescente no decorrer do ensaio, o que não garante um desempenho estável
durante o processo de usinagem, sendo recomendável o acompanhamento deste lote durante a sua manufatura, nas
condições reais de fabricação. A presença de carbonetos esferoidizados, formados devido ao alto tempo de revenimento,
é observada na Fig. (7), e pode ter levado a esse resultado.
O lote 3, além de apresentar dureza fora do especificado, teve um desempenho insatisfatório durante a usinagem,
com valores de desgaste acima do máximo permitido. A microestrutura heterogênea com presença de produtos de
transformação, provável martensita, é prejudicial para a usinabilidade do material e elevou os valores de desgaste da
ferramenta. Assim, este lote exige um retrabalho para que a dureza especificada e uma usinabilidade adequada sejam
atingidas, caso contrário, deve ser refugado.
Definida a curva da melhor condição de fornecimento para atendimento das condições reais de fabricação, os seus
parâmetros de processo são fixados, e monitorados durante os lotes subseqüentes.
4. CONCLUSÕES
No presente trabalho, foi desenvolvida uma metodologia de avaliação da usinabilidade de materiais processados por
meio de resfriamento controlado. Os resultados obtidos demonstraram que é possível obter microestruturas específicas
diretamente do forjamento a quente, porém, mesmo havendo o congelamento dos parâmetros de processo e garantia de
microestrutura e dureza dentro do especificado, estes fatores não garantem um bom desempenho durante a usinagem,
mostrando a importância do desenvolvimento de uma metodologia de avaliação desta característica.
A usinabilidade de um material é uma característica complexa que depende de diversos fatores metalúrgicos e
operacionais, e não deve ser determinada apenas pelos valores de propriedades mecânicas e de microestrutura do
material. Paralelo a isso, há a necessidade de se conhecer o desempenho do material no processo de usinagem de forma
rápida e precisa. O ensaio de usinabilidade apresentado neste trabalho foi desenvolvido para absorver toda e qualquer
variação intrínseca aos processos utilizados em escala industrial, podendo servir como definição da melhor situação, ou
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como referência de desempenho a ser alcançada no processo de usinagem. Foi possível comparar diferentes e similares
microestruturas, obtendo valores reais do desgaste das ferramentas de corte em função do comprimento de corte,
permitindo avaliar e comparar a condição de usinabilidade em diferentes situações.
Uma investigação mais profunda desta metodologia será desenvolvida futuramente, a fim de estudar a influência de
outros fatores e reduzir o número de peças necessário para a realização do ensaio, de forma a torná-lo cada vez mais
preciso e viável na utilização do dia-a-dia industrial.
5. AGRADECIMENTOS
Este trabalho é apoiado pela empresa Neumayer Tekfor Automotive Brasil Ltda.
6. REFERÊNCIAS
Atlas zur Warmebehandlungder Stahle, 1972, “Verlag Stahleisen mbH, Dusseldorf“, vol. 2, Germany.
Baptista, A. L. B., 2002, “Aspectos metalúrgicos na avaliação da usinabilidade dos aços”, Escola de Minas, vol. 55,
Ouro Preto.
Bhadeshia, H. K. D. H., 2001, “Bainite in Steels: Transformation, Microstructure and Properties”, 2ª Ed. London: The
Institute of Materials, University of Cambridge, pp. 377-382.
Chiaverini, 1996, “Aços e Ferros Fundidos”, Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais – ABM, São Paulo,
Brasil.
Diniz, A.E., Marcondes, C.M., Coppini, N.L., 2000, “Tecnologia da Usinagem dos Materiais”, 2ª Edição, Ed. Art Liber,
São Paulo.
Ferraresi, D., 1977 “Fundamentos da Usinagem dos Metais”, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, Brazil, pp. 566 – 645.
Hatebur, 2008, “Technical Data AMP 30 S”, Hatebur Umformmaschinen, Switzerland.
Karhausen, K., Kopp R., Souza, M. M., 1991, “Numerical Simulation Method for Designing Thermomechanical
Treatments, Illustrated by Bar Rolling”, Scandinavian Journal of Metallurgy, Vol. 20, pp 351 – 363.
Maity, S. K., Kawalla, R., 2011, “Ultrahigh Strength Steel: Development of Mechanical Properties through Controlled
Cooling”, Heat Transfer - Engineering Applications, Ed. Vyacheslav S. Vikhrenko.
Mendes, G. M., 2009, “Separação de Diferentes Composições Químicas de Aço pelo Método de Correntes Parasitas:
Otimização dos Parâmetros de Ajuste”, Tese (Mestrado em Engenharia, Modalidade Profissional, Especialidade
Siderurgia) – Departamento de Metalurgia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.
Sandvik Coromant, 2011, “Catálogo de Ferramentas de Torneamento”, pp. A123.
7. DIREITOS AUTORAIS
Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído neste trabalho.
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7 BRAZILIAN CONGRESS ON MANUFACTURING ENGINEERING
20 a 24 de maio de 2013 – Penedo, Itatiaia – RJ - Brasil
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May 20 to 24 , 2013 – Penedo, Itatiaia – RJ – Brazil
DEVELOPMENT OF A METHODOLOGY TO EVALUATE THE
MACHINING TOOL LIFE AFTER CONTROLLED COOLING
Fabio Petrilli, [email protected] 1
Douglas Brito da Silva, [email protected] 1
Hevlin Cristina de Almeida Costa, [email protected] 1
Ivo Laurentino dos Santos, [email protected] 1
Marcelo Adriano do Carmo Silva, [email protected] 1
Mauro Moraes de Souza, [email protected] 1
1
Neumayer Tekfor Automotive Brasil Ltda, Av. Arquimedes, 500, Distrito Industrial, CEP 13211-840, Jundiaí, SP,
Brasil.
Abstract. The constant need to achieve cost reduction of manufactured products leads to an increasingly optimization
of the process flow, such as the replacement of thermal treatments by post-forging controlled cooling. This
replacement often results in heterogeneous microstructures, hardness and different grain sizes if compared to
conventional thermal treatments, which may cause poor machining performance. The interaction of characteristics
such as hardness, microstructure and process parameters tend to influence the cutting tool life used in machining
operations, even when all the material and process specifications are fully met. Since the focus of this work is the
machining process, the main goal is to define a procedure to be used as a technical parameter for decision making to
evaluate the influence of those characteristics on the part’s machinability and the tool’s service life through a
machinability testing methodology used in samples prior to batch manufacturing in order to approve or reject it.
Keywords: controlled cooling, machinability, cutting tools.
©
Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2013