Desgaste tridimensional e mecanismos de desgaste em ferramentas de PcBN e cerâmica no torneamento do aço AISI 52100

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019.O torneamento de materiais endurecidos, empregado na fabricação de componentes como eixos e rolamentos, é tipicamente realizado com ferramentas de PCBN e de cerâmica, devido às propriedades adequadas para suportar as condições tribológicas impostas pelo processo de usinagem. A melhora na tecnologia de torneamento de materiais endurecidos, principalmente no que se refere ao tempo de vida e avaliação de desgaste das ferramentas, ainda requer melhor entendimento dos fenômenos mecânicos e físicos do processo. Os métodos para previsão de vida e desempenho de ferramentas de usinagem geralmente são baseados em parâmetros bidimensionais, não fornecendo informações abrangentes acerca da superfície desgastada. Os métodos de medição tridimensionais têm permitido a obtenção de informações mais completas, permitindo análises mais completas sobre os mecanismos de desgaste atuantes nas ferramentas de corte. Neste contexto, o presente trabalho visa melhor compreender o desgaste das ferramentas de PcBN sem revestimento, de PcBN com revestimento e de cerâmica aplicadas no torneamento do aço AISI 52100 com 60 HRC de dureza, utilizando a taxa de desgaste com base nos parâmetros tridimensionais e a influência da velocidade de corte no desgaste e nas componentes da força de usinagem. Analisando as componentes da força de usinagem, os maiores valores da força passiva foram obtidos com a ferramenta de cerâmica, independentemente da velocidade de corte testadas. As forças de corte e passiva não apresentaram diferença significativa com o aumento da velocidade de corte. Verificou-se que para a maior velocidade de corte ensaiada (vc = 234 m/min) o desgaste de flanco (VBB) foi cerca de 1,6 vezes maior em comparação com o VBB para vc = 120 m/min para a ferramenta de PcBN não revestida e 1,3 vezes maior para as ferramentas de cerâmica e PcBN revestida. Para a velocidade de corte de 120 m/min, a ferramenta de PcBN não revestida apresentou desgaste WMD cerca de 28% maior que a ferramenta de PcBN revestida, comparando com a ferramenta de cerâmica esse parâmetro é aproximadamente 16% maior. O incremento da velocidade de corte de 120 m/min para 234 m/min acarretou em um acréscimo no volume de material removido de aproximadamente 325 % para a ferramenta de PcBN, 260% para a ferramenta de PcBN revestida e 85% para a ferramenta de cerâmica. Verificou-se também que a diferença no valor da taxa de desgaste entre as ferramentas de PcBN e de cerâmica torna-se cada vez maior com o aumento da velocidade de corte, passando de 43% para vc = 187,5 m/min para 87% a 234 m/min, apresentando a ferramenta de cerâmica melhor desempenho do que as outras ferramentas testadas.Abstract: The turning of hardened steels, used in the manufacture of components such as shafts and bearings, is performed with PcBN and ceramic tools for it supports by the tribological conditions imposed by the machining process. The improvement in the technology of turning of hardened steels, mainly with respect to the lifetime and evaluation of tool wear, still requires a better understanding of the mechanical and physical processes of the process. The methods for life prediction and performance of machining tools are generally based on two-dimensional parameters, not providing sufficient information about the worn surface. The three-dimensional measurement methods have allowed a greater number of information, allowing the most complete on the cutting tools to act on the cutting tools. In this context, the present work aims to better understand the wear of PCBN uncoated, PCBN coated and ceramic tools applied in the turning of AISI 52100 steel with 60 HRC hardness, using the wear rate based on threedimensional parameters and the influence of cutting speed on wear and machining force components. By analyzing the components of the machining force, the highest passive force values were obtained with the ceramic tool, regardless of the shear rate tested. The shearing and passive forces did not present significant difference with the increase of the cutting speed. It was found that for the highest cutting speed (vc = 234 m/min) the flank wear (VBB) was about 1.6 times higher compared to VBB for vc = 120 m/min for the tool PcBN uncoated and 1.3 times higher for ceramic and PcBN coated tools. For the cutting speed of 120 m/min, the uncoated PcBN tool presented WMD wear about 28% higher than the coated PcBN tool, compared to the ceramic tool this parameter is approximately 16% higher. The increase of the cutting speed from 120 m/min to 234 m/min resulted in an increase in the volume of removed material of approximately 325% for the PcBN tool, 260% for the coated PcBN tool and 85% for the tool. ceramics. It was also verified that the difference in the value of the wear rate between PcBN and ceramic tools increases with increasing cutting speed, from 43% for vc = 187.5 m/min to 87 % at 234 m/min, with the ceramic tool presenting better performance than the other tools tested