Previsão da vida de ferramentas de PCBN com base na taxa volumétrica de desgaste

Abstract

Métodos para a previsão de vidas de ferramentas de usinagem são muito estudados atualmente e possuem grande significância no ambiente in-dustrial. Entretanto, nem sempre é possível extrapolar os resultados para outras condições de corte. Ainda assim, muitos trabalhos atuais são baseados em medições unidimensionais de desgaste, que não represen-tam toda a superfície da ferramenta mas somente uma pequena região de interesse. Medições volumétricas de desgaste têm permitido a obtenção de informações mais robustas sobre a superfície desgastada das ferramentas, o que possibilita o desenvolvimento de novos métodos para a previsão de vidas de ferramentas. O presente trabalho traz um método para previsão de vida de ferramentas de PCBN que utiliza as condições de corte de cada caso específico, mas com pouca duração. Para isto, é necessário coletar dados de desgaste volumétrico da ferramenta em cinco instantes de tempo com um espaçamento mínimo entre si para prever a taxa volumétrica de desgaste da ferramenta. Por fim, esta taxa volumétrica de desgaste é extrapolada e corrigida por um parâmetro constante para as condições estudadas. Critérios de validação de medições são propostos também. Para a validação do método, usinou-se o aço AISI 52100 com ferramentas de PCBN com baixo teor de CBN no torneamento radial de acabamento com três velocidades de corte distintas. Concluiu-se que a taxa volumétrica de desgaste pôde ser calculada em todas as condições testadas e mostrou-se com baixa variabilidade dentro das mesmas condições de usinagem. As taxas volumétricas de desgaste médias foram: (a) 2901±62 µm³/s para 187,5 m/min; (b) 1326±88 µm³/s para 150 m/mi; (c) 656±42 µm³/s para 120 m/min. Os erros de previsão de vida de ferramenta quando se utilizou o critério de fim de vida VBmáx. = 0,28 mm foram inferiores a 10% para todas as condições. Foi determinado um novo critério de fim de vida baseado na condição mais agressiva à ferramenta estudada, na qual a velocidade de corte foi de 187,5 m/min. O valor de WRM máx. adotado foi de 8,88 x 106 µm³. Este critério permitiu continuar os ensaios para 150 m/min e 120 m/min e, por consequência, aumentar a vida das ferramentas em 30,1% e 44,6 %, respectivamente. Os erros para o novo critério de fim de vida foram inferiores a 5%. Estes valores mostram que o ensaio, além de ter menor tempo necessário para previsão de vida de ferramenta e aumentar a vida das ferramentas, apresenta baixos valores de erro com a utilização de cinco medidas de desgaste volumétrico coletadas na condição real de usinagem. Em todas as condições, a rugosidade Ra foi inferior a 0,8 µm.

Abstract : Methods to predict cutting tool lives are much studied nowadays and of great significance in the industrial environment. However, not always it is possible to extrapolate the results to other cutting conditions. Nonethe-less, many recent works rely on one-dimensional wear measurements, which do not represent the entire tool surface but only one small portion of interest. Volumetric wear measurements have permitted to obtain more robust information about the wore tool surface, which makes it possible to develop new methods to predict tool lives. This work brings a method to predict the life of PCBN tools that uses the cutting conditions for each specific case, but with short duration. In order to do this, it is necessary to collect volumetric tool wear data in five instants of time with minimum space between them to predict volumetric tool wear rate. Lastly, this tool wear rate is extrapolated and corrected by a constant parameter in the studied conditions. Measurement validation criteria have been also pro-posed. To validate the method, the AISI 52100 steel have been machining with low CBN content PCBN tools on finishing radial turning with three different cutting speeds. It was concluded that the volumetric wear rate could be calculated in all tested conditions and it showed low variability within the same conditions. The volumetric wear rates were: (a) 2901±62 µm³/s for 187.5 m/min; (b) 1326±88 µm³/s for 150 m/min; (c) 656±42 µm³/s for 120 m/min. The preview errors when VBmax. = 0.28 was used as tool end criterion were less than 10% for all conditions. A new tool end criterion was determined based on the most severe studied cutting condi-tion to the tool, which was for cutting speed of 187.5 m/min. The adopted value for WRM max. was 8.88 x 106 µm³. This criterion permitted to con-tinue the tests for 150 m/min and 120 m/min and, by consequence, in-crease tool life by 30.1% and 44.6%, respectively. The errors for the new tool end criterion were less than 5%. These values show that the tests, in addition to have less necessary time to preview tool life and increase tool life, show low errors in using five collected volumetric measurements in the real cutting condition. For all conditions, the roughness Ra was below 0.8 µm.