Estudo sobre a temperatura no fresamento do aço ferramenta ABNT D2 empregando os métodos do termopar ferramenta/peça, termopar inserido e simulação numérica

A usinagem desempenha um papel fundamental nos mais variados ramos da indústria mecânica. Dentre os diversos processos de usinagem, o fresamento se apresenta como um dos mais importantes por sua produtividade e flexibilidade. Os avanços tecnológicos nas áreas de ferramentas e equipamentos tornam o fresamento cada vez mais abrangente e competitivo, atingindo níveis de tolerâncias dimensionais cada vez mais exigentes. Entretanto, durante esta operação verifica-se que a elevação de temperatura devido à deformação plástica e ao atrito entre cavaco e ferramenta e entre peça e ferramenta provoca distorções e alterações microestruturais que podem comprometer a integridade superficial da peça e acelerar a taxa de desgaste da ferramenta. Desta forma, o estudo da geração de calor e de suas condições de transmissão em função de diferentes parâmetros de corte permite determinar as características mais convenientes das ferramentas, além de um melhor regime de trabalho e maior durabilidade da ferramenta de corte. Sendo assim, a proposta deste trabalho é apresentar a construção e utilização de um sistema de medição, composto por um sensor, um circuito de aquisição de dados, um microcontrolador e um transmissor sem fio. A necessidade de fios entre o sistema e o computador foi substituída pelo uso de um módulo bluetooth para a transmissão dos dados medidos à uma taxa de 450 amostras por segundo, estabelecida durante a programação do microcontrolador. Posteriormente este sistema foi empregado para investigar a temperatura de usinagem sob diferentes condições de corte no fresamento do aço ferramenta ABNT D2 recozido (180 HV) com ferramentas de metal duro intercambiáveis, utilizando-se das técnicas do termopar ferramenta/peça e do termopar inserido na ferramenta. Por fim, foi realizado a simulação tridimensional do fresamento do aço ABNT D2 de modo a verificar a evolução da fonte de calor na superfície de saída da ferramenta e correlacionar os resultados com os testes experimentais. Os resultados, obtidos por meio da técnica do termopar ferramenta/peça e do termopar inserido na ferramenta mostraram que a temperatura de fresamento aumenta quando os diferentes parâmetros testados (velocidade de corte, avanço, profundidade de usinagem e penetração de trabalho) têm seus valores elevados. Com base na análise de variância, a velocidade de corte foi o principal parâmetro que influenciou a temperatura de fresamento quando o método do termopar ferramenta/peça foi empregado; por outro lado, no método do termopar inserido na ferramenta a profundidade de corte foi o principal parâmetro que influenciou a temperatura de fresamento. Entretanto, a infuência do sentido de corte sobre a temperatura só foi detectada quando empregado o método do termopar inserido na ferramenta (temperatura mais elevada no fresamento discordante). O comportamento dos parâmetros de corte evidenciou a capacidade do sistema construído em responder à variação das condições de usinagem durante o fresamento. Além disso, o desgaste da aresta de corte provocou aumento da temperatura de fresamento, ao passo que a alteração do revestimento da ferramenta de corte não teve efeito significativo sobre a temperatura de fresamento. O método desenvolvido para simular a temperatura de fresamento em três dimensões permitiu demonstrar o fluxo de calor na região de corte e correlacionar estes resultados, com os valores obtidos nos métodos experimentais.Machining performs a fundamental role in various branches of metal working industry. Among the machining processes, milling is one of the most important due to its metal remove rate and flexibility. Technological advances in tools and equipment make milling increasingly comprehensive and competitive, reaching ever tighter levels of dimensional tolerances, however temperature rise due to plastic deformation and friction between the chip and tool, and between workpiece and tool induces thermal damage and distortions which may impair the surface integrity of the part and accelerate tool wear rate. The purpose of this work is to present the construction and utilization of a measurement system consisting of a sensor, a data acquisition circuit, a microcontroller and a wireless transmitter. The need for wires between system and computer was eliminated by the use of a bluetooth module for the transmission of the collected data. This system was used to investigate the machining temperature under different cutting conditions when milling annealed ABNT D2 (180 HV) tool steel with coated tungsten carbide tools, using the tool/workpiece thermocouple method and the thermocouple implanted in the tool. Finally three-dimensional simulation of ABNT D2 steel milling was carried out in order to verify the evolution of the heat source on the tool wedge and to correlate the results with the experimental tests. The findings obtained using the tool/workpiece thermocouple method and the implanted thermocouple method indicate that temperature increased when cutting speed, feed rate, axial depth of cut and radial depth of cut were elevated. Based on the analysis of variance, cutting speed was the main parameter affecting milling temperature when the tool/workpiece thermocouple method was used, whereas the axial depth of cut was the principal parameter influencing milling when the implanted thermocouple method was used. The behavior of the cutting parameters showed the capacity of the system to respond to the variation of machining conditions. In addition, wear of the cutting edge caused an increase in the milling temperature; on the other hand, the change in tool coating had no significant effect on the milling temperature. The method developed to simulate the three dimensional milling temperature allowed to demonstrate the heat flux in the cut region and to correlate these results in a positive way with the values obtained in the experimental methods