Influência das condições de corte na usinagem de geometrias complexas com fresa de ponta esférica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências Mecânicas, Joinville, 2017.No fresamento de moldes e matrizes a demanda por geometrias mais atraentes tem levado ao aumento do fresamento de cavidades com geometrias complexas. Para tal aplicação, é necessária a utilização de fresas de ponta esférica para a constante tangência da ferramenta com as superfícies. Por diversas vezes o centro da fresa de ponta esférica entra em contato com a superfície do material, o que tem causado divergentes afirmativas entre os pesquisadores sobre a qualidade superficial e estabilidade do processo sob tal contato, principalmente para materiais acima de 50 HRc. A proposta deste trabalho foi determinar a influência das condições de corte no fresamento de geometrias complexas em relação ao contato do centro da ponta da fresa esférica. Para isso, foi empregado um planejamento fatorial (DOE) de 25 completo. Foram avaliados a usinagem com os aços AISI P20 (32 HRc) e AISI D6 (60 HRc), alterando a direção de corte (concordante e discordante); o sentido da trajetória (ascendente e descendente); o comprimento de balanço da ferramenta; e a condição de contato ferramenta-peça (com o centro da ferramenta atuando no corte e não atuando no corte).Os resultados mostraram para um nível de significância de 0,05 que o fator determinante na qualidade superficial foi o comprimento de balanço da ferramenta, seguido de um ponto de vista prático com um nível de significância com até 0,2, os fatores individuais de sentido e direção de corte, e pela interação dos fatores de inclinação e sentido de corte. Para um comprimento de balanço 100% maior, provocou-se um aumento superior a 90% na rugosidade, em ambos os materiais usinados. O contato do centro da ponta da fresa esférica, devido à sobreposição do esmagamento ao cisalhamento do material no centro da ponta da ferramenta e suas vizinhanças foi determinante para o detrimento da qualidade superficial em todas os casos avaliados, mostrando que o sentido de corte descendente e a direção discordante devem ser evitados nestas condições de usinagem. O estudo mostrou também que as componentes cartesianas da força de usinagem alteraram-se bruscamente com as condições avaliadas, fato que implicou diretamente na qualidade da superfície e no erro de forma.Abstract : In milling of molds and dies the demand for more attractive geometries has led to the increase of the milling of cavities with complex geometries. For such application, it is necessary to use ball-end mills for the constant tangency of the tool with the surfaces. The center of the spherical cutter has been in contact with the surface of the material several times, which has caused divergent affirmations among researchers on the surface quality and stability of the process under such contact, especially for materials above 50 HRc. The goal of the current work was to determine the influence of cutting conditions on the milling of complex geometries in relation to the contact of the center of the spherical cutter tip. Focusing on this issue, a full factorial 25 design of experiments (DOE) was used. Machining with AISI P20 (32 HRc) and AISI D6 (60 HRc) steels, altering the cutting direction (up milling and down milling) was evaluated; The direction of the trajectory (ascendant and descendant); And the tool-worpiece contact condition (with the center of the tool acting on the cut and not acting on the cut). The results showed at a significance level of 0.05 that the determining factor in the surface quality was the tool balance length, followed by a practical point of view significance level with up to 0.2, the individual factors of direction and cutting direction, and by the interaction factors of inclination and direction of cut. For a 100% longer balance length, a roughness increase of more than 90% was achieved in both machined materials.The contact of the tip center of the spherical cutter, due to the overlapping of the crushing to the shear of the material in the center of the tool tip and its surroundings, was determinant to the detriment of the superficial quality in all setups showing that the up milling direction should be avoided under these machining conditions. The study also showed that the cartesian components of the machining force changed abruptly with the conditions evaluated, a fact that directly implied surface quality and shape error