A study about forces, vibration and tool wear in Ti-6A1-4V titanium alloy face milling

Ligas de titânio já apresentam um papel de grande importância na indústria aeroespacial, petroquímica e de biomateriais. A combinação de alta resistência mecânica, baixa densidade, resistência à corrosão, biocompatibilidade, boa tolerância tecidual e manutenção de suas características em altas temperaturas, configuram o titânio como um material excepcional para projetistas de diversas áreas. Infelizmente, estas boas qualidades não se refletem na sua usinabilidade. Uma vasta lista de problemas devem ser contornados durante a usinagem de ligas de titânio dentre os quais, altas temperaturas e pressões de corte, baixo módulo de elasticidade (incentivador de vibrações), alta afinidade química com os materiais das ferramentas e problemas com integridade superficial das peças usinadas. Com o objetivo de aprimorar o entendimento da usinagem de ligas de titânio, em especial do processo de fresamento frontal da liga Ti-6Al-4V, o presente trabalho teve como enfoque tecnológico a influência do material do porta-ferramenta (haste de aço e de metal duro) e a geometria do inserto de corte (ângulo de saída neutro e positivo) sobre a vida da ferramenta e forças de usinagem (Força Radial, Tangencial e Axial). Análises de espectrometria de energia dispersiva foram conduzidas a partir de microscopia eletrônica dos insertos desgastados, permitindo a identificação dos elementos químicos presentes e avaliação dos mecanismos de desgaste predominantes. O principal resultado obtido indica que a utilização de ferramentas com haste de metal duro não representou benefícios em termo de vida da ferramenta, apresentando desempenho muito próximo das ferramentas com haste de açoTitanium alloys play a major role in the aerospace, petrochemical and biomaterials industry. The combination of mechanical strength, low density, corrosion resistance, biocompatibility and maintenance of these characteristics at high temperatures, shape titanium as a exceptional material for designers from different areas. Unfortunately, these impressive qualities reflect negatively on its machinability. A substantial list of problems must be overcome during the machining of titanium alloys, among them high temperatures and pressures of cut, low elasticity modulus (which is a motivational factor for vibrations), high chemical affinity with almost all tools materials and problems with surface integrity of machined parts. In order to improve the understanding of titanium alloys machining, in particular front milling of Ti-6Al-4V, the present thesis focused the influence of the tool holder material (steel and carbide) and the cutting insert geometry (neutral and positive rake angle) on the tool life and machining forces (Radial, Axial and Tangencial Forces). Analysis of energy dispersive spectroscopy were also conducted from scanning electron microscopy of wear inserts, allowing the identification of chemical elements and evaluation of wear mechanisms predominate. The main result indicates that the use of carbide tool holders not represent benefits in terms of life tool, with performance very close to the steel tool holder