Study of Tool Wear in Stainless Steel Machining

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaEm consequência da colaboração entre Universidade de Coimbra (UC), nomeadamente o Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) e a empresa Kristaltek, foi reconhecida a importância em expandir e aprofundar o estudo acerca do desempenho de certas ferramentas no corte por arranque de apara, em materiais dedicados à indústria automóvel, aeronáutica e militar considerados de maquinabilidade difícil, nomeadamente aços inoxidáveis. Deste modo, foi então desenvolvido este projeto, dedicado ao estudo da maquinabilidade dos aços inoxidáveis austeníticos, no âmbito do Mestrado em Engenharia Mecânica na Especialidade de Produção e Projeto da UC.De forma a enquadrar e entender melhor o tema, começou por se efetuar uma revisão relativamente aos materiais usados nas ferramentas de corte, tendo ainda em conta os mecanismos de desgaste envolvidos na maquinagem, assim como foi introduzido e explicado o conceito de maquinabilidade. De seguida foi desenvolvida a parte experimental, onde foram estudadas as dimensões do desgaste nas ferramentas ao longo do seu tempo de vida útil, e qual a influência da alteração dos parâmetros de corte.No final, foi possível concluir para a situação em estudo em concreto, qual é efetivamente o melhor intervalo de valores para os parâmetros de corte em estudo.Tal como se foi prevendo devido ao estudo desenvolvido antes deste projeto, concluiu-se que o desgaste de flanco é o fator preponderante na inutilização das fresas de topo maciças com revestimento de Nitreto de Alumínio e Titânio (TiAlN), na maquinagem de aço inoxidável austenítico, contudo, a formação de apara aderente e consequente colapso da ferramenta é um problema a ter em conta.As a result of the collaboration between the University of Coimbra (UC), namely the Department of Mechanical Engineering (DEM) and the company Kristaltek, the importance of expanding and deepening the study on the performance of certain tools in chipping cutting, in materials dedicated to the automotive, aeronautical and military industries considered to be difficult to machine, namely stainless steels. Thus, this project was developed, dedicated to the study of the machinability of austenitic stainless steels, within the scope of the Master in Mechanical Engineering in the Specialty of Production and Design at UC.In order to better frame and understand the subject, a review was made of the materials used in cutting tools, taking into account the wear mechanisms involved in machining, as well as the introduction and explanation of the concept of machinability. Then the experimental part was developed, where the dimensions of wear on the tools were studied throughout their useful life, and what is the influence of changing the cutting parameters.In the end, it was possible to conclude, for the situation under study, which is effectively the best range of values for the cut parameters under study.As expected due to the study carried out before this project, it was concluded that flank wear is the preponderant factor in the machinability of solid end mills coated with Titanium Aluminum Nitride (TiAlN), in the machining of austenitic stainless steel, however, the formation of adhering chip and consequent tool collapse is a problem to be aware of