Publicação: Análise Experimental do Microfresamento no Aço H13 Laminado e Manufaturado pelo Processo de Deposição por Energia Direcionada
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O microfresamento é uma técnica de usinagem de alta precisão que se destaca pela capacidade de produzir peças com geometrias complexas e acabamentos superficiais de alta qualidade. No entanto, a aplicação dessa técnica em materiais como o aço H13, que apresenta características específicas de dureza e resistência ao desgaste, requer uma análise detalhada das condições de corte e do comportamento do material durante o processo. O presente trabalho investigou experimentalmente o processo de microfresagem de aço para ferramentas H13 laminado e impresso pela técnica de processos de manufatura aditiva, Directed Energy Deposition (DED). O aço laminado foi recozido e apresentou uma dureza de 188 HV. O material impresso foi tratado termicamente por alívio de tensão para atingir uma dureza de 50 HRC e temperado e revenido para reduzir a dureza para 47 HRC. Os testes consistiram na usinagem de microcanais de 40 µm de profundidade usando micro fresas de 400 µm de diâmetro, revestidas com TiAlN. Foi utilizada uma máquina-ferramenta CNC com velocidade máxima do fuso de 60 000 rpm e resolução de 0,1 µm. Para todos os testes, a profundidade de corte foi de 10 µm e foi utilizada lubrificação em abundância e pulverizada a uma pressão de 6 bar. Foram utilizadas três velocidades de corte, 20, 31 e 50 m/min. A porosidade no material microfresado foi verificada, proporcionando uma melhor compreensão do processo DED. O efeito da velocidade de corte na rugosidade da superfície foi analisado utilizando a ANOVA. A rugosidade da superfície foi medida usando um perfilômetro de contato com resolução de 0,16 nm. Imagens de microscópio eletrônico de varredura das superfícies usinadas também foram analisadas. Os resultados mostraram uma diferença no desempenho entre os materiais. Embora o material impresso tenha uma dureza maior, os resultados para o alívio de tensões foram muito próximos do material laminado. Ainda, estes resultados mostraram que o desgaste da aresta de corte das ferramentas é significativamente elevado, especialmente nas condições produzidas por DED, onde a alta energia utilizada e os tratamentos térmicos conferem ao material uma maior resistência à deformação. Isso resulta em um aumento do esforço de corte e acelera o desgaste da ferramenta ao longo do processo. Além disso, observou-se que a dureza do material laminado convencionalmente, que apresenta características mais dúcteis, reflete-se nas deformações elásticas e na formação de rebarbas. As conclusões deste estudo ressaltam a importância de compreender as diferenças entre os materiais e os processos de fabricação, oferecendo insights valiosos para futuras aplicações em microfresamento. A pesquisa contribui para o avanço das técnicas de usinagem em materiais endurecidos e sugere direções para investigações futuras, ampliando o escopo para outros materiais e processos de manufatura aditiva.
Abstract
Micromilling is a high-precision machining technique that stands out for its ability to produce
parts with complex geometries and high-quality surface finishes. However, applying this
technique to materials like H13 steel, which exhibits specific hardness and wear resistance
characteristics, requires a detailed analysis of cutting conditions and material behavior during
the process. This study experimentally investigated the micro-milling process of H13 steel for
tools, both laminated and additively manufactured using Directed Energy Deposition (DED).
The laminated steel was annealed and exhibited a hardness of 188 HV. The additively
manufactured material was thermally treated for stress relief to achieve a hardness of 50 HRC
and then tempered and quenched to reduce the hardness to 47 HRC. The tests consisted of
machining 40 µm deep micro-channels using 400 µm diameter TiAlN-coated micro-mills. A
CNC machine tool with a maximum spindle speed of 60,000 rpm and a resolution of 0.1 µm
was used. For all tests, the cutting depth was 10 µm, and abundant lubrication was applied using
a pulsed jet at 6 bar. Three cutting speeds, 20, 31, and 50 m/min, were used. The porosity in the
micro-milled material was verified, providing a better understanding of the DED process. The
effect of cutting speed on surface roughness was analyzed using ANOVA. Surface roughness
was measured using a contact profilometer with a resolution of 0.16 nm. Scanning electron
microscope images of the machined surfaces were also analyzed. The results showed a
difference in performance between the materials. Although the additively manufactured
material had higher hardness, the stress relief results were very close to those of the laminated
material. Furthermore, these results showed that the wear of the cutting tool edge is significantly
high, especially in the conditions produced by DED, where the high energy used, and thermal
treatments confer to the material a higher resistance to deformation. This results in an increase
in cutting force and accelerates tool wear throughout the process. Additionally, it was observed that the hardness of conventionally laminated material, which exhibits more ductile
characteristics, is reflected in elastic deformations and burr formation.
Palavras-chave
Microfresamento, Micromilling, H13, Manufatura Aditiva, Deposição por Energia Direcionada, Usinagem, Additive Manufacturing, Directed Energy Deposition (DED), Machining
Citação
FREITAS, Samuel Alves. Análise Experimental do Microfresamento no Aço H13 Laminado e Manufaturado pelo Processo de Deposição por Energia Direcionada. 2025. 126 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.5503
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