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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Retificação plana de aços para moldes e matrizes em várias condições de corte e diferentes técnicas de aplicação de fluido de corte
Alternate title (s): Integrity surface study of mold and die steels after peripheral surface grinding under cutting conditions and different cooling delivery techniques
Author: Guimarães, Cleudes
First Advisor: da Silva, Rosemar Batista
First coorientator: Fonseca, Maria da Penha Cindra
First member of the Committee: da Silva, Márcio Bacci
Second member of the Committee: Silva Jr., Washington Martins da
Third member of the Committee: Bianchi, Eduardo Carlos
Fourth member of the Committee: Souza, Adriano Fagali de
Summary: Um dos grandes desafios em retificação com abrasivos convencionais é minimizar que o calor gerado no processo cause danos à peça. Estima-se que 85% de todo o calor gerado durante a retificação seja transferido para a peça devido à baixa condutividade térmica dos abrasivos convencionais e às pequenas dimensões dos cavacos gerados. E uma forma de contornar este problema é encontrar uma combinação eficiente dos parâmetros de corte. Neste sentido, esta pesquisa investigou o processo de retificação plana de três aços que são utilizados na fabricação de moldes e matrizes (VP100®, VP ATLAS® e o N2711M) em diferentes condições operacionais. Foram utilizados dois materiais de rebolos, diferentes técnicas de aplicação para o fluido de corte (convencional e mínima quantidade de lubrificação - MQL), três diferentes vazões do fluido via técnica MQL e três valores de espessura de corte equivalente. Os parâmetros de saída investigados foram a rugosidade (Ra), a microdureza e as tensões residuais das peças, como também a potência elétrica instantânea do processo de retificação. Imagens das superfícies retificadas foram obtidas via microscópio eletrônico de varredura para observação da textura superficial e comparação entre os materiais. Os resultados mostraram que a rugosidade aumentou com a espessura de corte equivalente na maioria das condições testadas para os três aços. O melhor acabamento foi obtido para o aço N2711M com a seguinte combinação: menor espessura de corte equivalente, rebolo de alumina e técnica MQL com vazão 60 mL/h. Quanto ao acabamento do aço VP ATLAS, a técnica MQL após a usinagem com rebolo de alumina se mostrou tão eficiente ou até mesmo superior em alguns casos à técnica convencional ao usinar nas condições mais severas de usinagem, independente da vazão empregada, e os melhores resultados foram obtidos após a retificação com a técnica MQL com menor vazão, 60 mL/h, assim como para o aço N2711M. Em relação ao aço VP100 após a retificação com rebolo de alumina, a rugosidade aumentou com a espessura de corte equivalente. A técnica MQL também se sobressaiu à técnica convencional, porém com melhor acabamento obtido após a usinagem à vazão de 240 mL/h. Ao empregar o rebolo de carbeto de silício, os melhores resultados de acabamento foram obtidos para o aço VP ATLAS com a técnica MQL e vazão de 240 mL/h. Em geral os valores obtidos com a técnica MQL foram inferiores aqueles registrados para a técnica convencional. Para a técnica MQL com vazão de 60 mL/h, o rebolo de SiC apresentou melhor desempenho em termos de acabamento para os aços N2711M e VP ATLAS ao usinar nas condições mais severas de retificação. Observou-se na maioria das condições que há queda de dureza próxima à superfície retificada após usinagem dos três aços com ambos os rebolos testados. Contudo, elevação de dureza próxima à superfície foi detectada ao usinar o aço VP100 com a técnica convencional de aplicação de fluido de corte. A menor variação nos valores de microdureza para os três aços foi obtida após a retificação com a técnica MQL com vazão de 150 mL/h e rebolo de óxido de alumínio. Praticamente não houve diferença entre as técnicas, convencional e MQL, em relação às topografias das superfícies das peças obtidas via MEV em função das espessuras de corte equivalente. Com relação aos resultados de tensões residuais, a usinagem com a combinação entre o rebolo de óxido de alumínio e técnica MQL na menor vazão resultou em tensão de compressão para o aço N2711M após usinagem com rebolo de Al2O3. Comportamento semelhante também foi observado para os aços N2711M e VP100, com a técnica convencional e MQL, respectivamente na maior vazão, o que é benéfico. A potência elétrica instantânea aumentou com a espessura de corte para todos os aços. A usinagem do aço N2711M exigiu a menor potência elétrica durante os ensaios, independente do rebolo empregado. De forma geral, o aço N2711M apresentou a melhor usinabilidade que os outros materiais com base nas variáveis investigadas, enquanto que o aço VP100 foi o pior ao usinar com o rebolo de óxido de alumínio. A usinabilidade do aço VP100 foi melhorada em termos de rugosidade, tensões residuais e microdureza ao empregar a técnica MQL com vazão de 240 mL/h.
Abstract: One of the greatest challenges in grinding with conventional abrasives is to prevent the heat generated in the process cause damage in the work piece. It has been reported that about 85% of heat generated is during grinding be transferred to the workpiece because of low thermal conductivity of conventional abrasives and also the small dimensions of chips. A possible solution for this problem is to find an efficient combination of the cutting parameters. In this sense, this research investigated the peripheral surface grinding of three steels employed in the manufacture of molds and dies (ABNT VP100®, VP ATLAS® and N2711M) under different grinding conditions. Two grinding wheel materials, two different coolant delivery techniques were used for the cutting fluid (conventional and minimum quantity of lubrication-MQL), different flow rates of cutting fluid via the MQL technique and three values of equivalent chip thickness were employed. The surface roughness (Ra), microhardness and residual stresses of the workpiece material, as well as, the instantaneous electrical power of the grinding process were the output parameters investigated. Images of the machined surfaces were obtained by Scanning Electron Microscope to access the surface texture and to make comparison among the steels tested. The results showed that, in terms of finishing, the roughness increased with the equivalent chip thickness in the most tested conditions for the three steel materials. The best finishing was obtained by N2711M steel after grinding with the following parameters: lower equivalent chip thickness, alumina grinding wheel and MQL technique at a flow rate of 60 mL / h. With regard the finishing of VP ATLAS steel after grinding with alumina grinding wheel, the MQL technique was as efficient as the conventional coolant technique when grinding in the most severe conditions, irrespective of the flow rate used. The best results were obtained after the grinding with the MQL technique with lower flow rate, 60 mL / h, as well as for the N2711M steel. In relation of the surface finishing of the VP100 steel after grinding with alumina grinding wheel, the roughness increased with the equivalent chip thickness. For this steel grade, the MQL technique also outperformed conventional coolant technique in terms of roughness, however when using the highest flow rate of 240 mL / h. When using the silicon carbide (SiC) grinding wheel, the best surface finishing results were obtained for the VP ATLAS steel with the MQL technique at flow rate of 240 mL/h and, in general, the values obtained with the MQL technique were lower than those obtained for the conventional coolant technique. Machining with the SiC grinding wheel and the MQL technique at a flow rate of 60 mL/h generated the best surface finishing for N2711M and VP ATLAS steel grades at the more severe grinding conditions. With regard of microhardness values, they were lower than the reference value for most of steels in regions very close to the ground surface for the three steels materials, irrespective of the grinding wheel tested, in most of the conditions investigated. However, an increase in hardness next to surface were detected after machining VP100 steel with the conventional coolant technique. The lowest variation in the microhardness values for the three steels was obtained after grinding with alumina grinding wheel with the MQL technique at a flow rate of 150 mL / h. No increase in hardness was observed near the machined surface. No difference between performance of the conventional and MQL coolant delivery techniques was observed in terms of the steels topographies obtained by SEM and as function of the equivalent chip thickness. With regard the residual stresses, machining with the combination of the alumina grinding wheel and the MQL technique at the lower flow rate resulted in compression stress, independent on the equivalent chip thickness value for N2711M steel after machining with alumina grinding wheel. Similar behavior was also observed after machining the N2711M and VP100 steels with the conventional and MQL coolant delivery techniques at the higher flow rate, which is worth. The instantaneous electrical power increased with the cut chip thickness for all steels. The machining of the N2711M steel required the lowest electrical power during the tests, regardless of the grinding wheel employed. In general, the N2711M steel presented the best machinability among the steels tested based on the variables investigated, while the VP100 steel showed the worst machinability after machining with alumina grinding wheel under the investigated conditions. The machinability of VP100 steel was improved in terms of roughness, residual stresses and microhardness when using the MQL technique with the flow rate of 240 mL /h.
Keywords: Retificação
Aço para moldes e matrizes
Rebolo
Fluido de corte
Técnica MQL
Integridade da peça
Tensão Residual
Grinding
Steel for die and molds
Grinding wheel
Coolant
MQL technique
Workpiece integrity
Residual Stress
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: GUIMARÃES, Cleudes. Retificação plana de aços para moldes e matrizes em várias condições de corte e diferentes técnicas de aplicação de fluido de corte . 2016. 189 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.44
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/23760
Date of defense: 29-Nov-2016
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