Análise da usinabilidade na furação de ferros fundidos nodulares produzidos por fundição contínua

Abstract

O desenvolvimento tecnológico dos ferros fundidos contribui cada vez mais para o avanço em novas aplicações. Um exemplo disso são os perfis de ferros fundidos nodulares produzidos por fundição contínua, que surgem como principal alternativa à substituição aos aços e à fundição convencional. Assim, avaliar a usinabilidade de novas composições químicas no processo de furação, que é amplamente utilizado pela indústria, torna-se fundamental. O presente trabalho tem como objetivo investigar o efeito da variação do teor de silício na força de avanço (Ff) e no momento de corte (Mc), bem como nos parâmetros de rugosidade Ra e Rt no processo de furação. As seções transversais dos corpos de prova foram divididas em diferentes regiões (núcleo, médio raio e periferia), propiciando avaliar a influência das diferentes microestruturas, resultantes das diferentes velocidades de solidificação e resfriamento de cada região. Os ensaios foram realizados segundo planejamento fatorial completo, tendo como fatores: a ferramenta (1, 2 e 3); o material (baixo, médio e alto silício); a região (núcleo, médio raio e periferia); a velocidade de corte (80 e 130 m/min) e o avanço (0,15 e 0,25 mm). Em uma segunda etapa foram realizados ensaios a seco para algumas condições de corte. Por meio da análise da variância foram avaliados os efeitos acarretados pela variação dos níveis em cada uma das variáveis e o nível de significância. Os resultados mostraram que as Ferramentas 1 e 2 acarretaram os melhores resultados para os esforços de corte. O material com maior teor de silício foi o que apresentou as menores diferenças microestruturais entre as regiões e melhor acabamento, no entanto acarretou os maiores esforços de corte. Por outro lado, o material com menor teor de silício resultou em resultados intermediários em termos dos esforços de corte. O material com médio teor de silício foi o que apresentou melhor usinabilidade, visto que acarretou os menores valores para a Ff e o Mc, nas diferentes condições de corte e ferramentas avaliadas, e em termos dos parâmetros Ra e Rt, valores intermediários aos demais materiais. A usinagem a seco não se mostrou satisfatória para os parâmetros avaliados.

Abstract : The technological development of casting iron has been increasing the variety of applications of this material. As an example, the continuous casting is allowing the nodular casting iron to replace some steel alloys, therefore it has been used as an alternative to conventional casting. Hence, it is crucial to evaluate the machinability of nodular casting iron produced through new techniques and with different chemical compositions, especially in widely employed processes, such as drilling. The goal of the present work is the studying the relation between the percentage in mass of silicon on nodular casting iron produced by continuous casting and the thrust (Ff) and torque (Mc) along the drilling process, as well as the impact of this percentage on the roughness parameters Ra and Rt. The work piece cross sections where divided in three different regions (nucleus, medium radius and perimeter), allowing the analysis of different microstructures produced as a result of different cooling and solidification rates in each region. The tests were performed according to a full factorial design with five factors and three level each: tool (1, 2 and 3); material (low, medium and high silicon); zone (nucleus, medium radius and perimeter); cutting speed (80 and 130 m/min) and feed (0,15 and 0,25 mm). In the second stage, tests were conducted in dry conditions for specific machining parameters. Through the analysis of variance, the effects resulting from the variation - in each of the variables - and their significance level, were evaluated. The experiments results showed that tools 1 and 2 presented the best results for machining forces. The material with the highest silicon content showed the lowest microstructures differences between its regions and the best finishing; however, it presented the highest cutting forces. The material with medium silicon content exhibited the best machinability, since it had the lowest values for thrust and torque, for the many machining conditions and tools evaluated, and with intermediary values for the parameters Ra and Rt, in comparison with the other materials. Dry machining did not show satisfactory results for the evaluated parameters.