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ORCID:  http://orcid.org/0009-0004-8543-252X
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2026-07-25
Title: Avaliação da retificabilidade de aço inoxidável 316 produzido por manufatura aditiva por deposição a arco elétrico
Alternate title (s): Evaluation of the grindability of 316 stainless steel produced by wire arc additive manufacturing
Author: Oliveira, Marcus Vinícius de
First Advisor: Silva, Rosemar Batista da
First member of the Committee: Silva, Marcio Bacci da
Second member of the Committee: Silva Junior, Washington Martins da
Third member of the Committee: Brandão, Lincoln Cardoso
Summary: A manufatura aditiva (MA) é uma técnica alternativa de fabricação permite produzir peças que se aproximam da forma e dimensão final, sendo em alguns casos mais rápida que outros processos como fundição, laminação e usinagem, por exemplo. No entanto, a MA enfrenta desafios para obter peças com qualidade superficial e tolerâncias dimensionais mais estreitas, necessitando de pós-processamento, como operações de usinagem, por exemplo, o torneamento e fresamento. Dependendo do projeto, pode ser necessária a operação de retificação, que confere a combinação de baixos valores de rugosidade (Ra ≤ 1,60 μm) com desvios dimensionais com faixa qualidade de trabalho IT3 – IT6. O desempenho da retificação depende de vários parâmetros, tais como rebolo, dressagem, penetração de trabalho, velocidade da peça, fluido de corte, dentre outros. Devido ao fato de a MA ser um processo recente, ainda não existem rebolos específicos e comerciais para a retificação de peças produzidas por MA, o que destaca a importância de pesquisas para avaliar o desempenho de rebolos e entender o mecanismo de remoção de material. Além disso, é crucial identificar como as características intrínsecas do processo de MA, como a zona afetada pelo calor e a variação de microestrutura e dureza entre as camadas depositadas afetam a integridade da superfície durante a retificação. Neste contexto, esse estudo visa avaliar a retificabilidade do aço inoxidável 316L fabricado por manufatura aditiva por deposição a arco (MADA) em comparação com o aço inoxidável austenítico 316 UF produzido por laminação. Foram utilizados dois tipos de rebolo de óxido de alumínio branco com diferentes tamanhos de grãos abrasivos: AA46K6V e AA120K8V40K. Foram testados três valores distintos para cada tipo de rebolo: 5 μm, 20 μm e 35 μm para o rebolo com granulometria mesh #46 e 10 μm, 25 μm e 40 μm para o rebolo com granulometria mesh #120. A velocidade da peça foi variada em dois níveis: 2,7 m/min e 7,5 m/min. As variáveis de saída analisadas foram os parâmetros de rugosidade (Ra e Rz), imagens da superfície retificada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microdureza da superfície e abaixo dela, e a potência do motor principal da máquina. Os resultados indicaram uma melhor retificabilidade do aço produzido por MADA ao usar o rebolo de granulometria mesh #120, em termos de rugosidade, na qual uma redução na rugosidade Ra de até 52 % foi registrada, em comparação com aço convencional. Contudo, ao utilizar o rebolo com granulometria mesh #46 e maiores parâmetros de corte (ae = 35 µm e vw = 7,5 m/min) observou-se deformação plástica mais intensa na superfície das peças e aumento na dureza para o aço produzido por MA. Além disso, menores variações foram observadas nas durezas superficial e abaixo da superfície do material produzido por MADA em relação aos valores de referência, especialmente ao empregar vw = 2,7 m/min e ae de 10 μm a 40 μm. Em termos de consumo de energia, o menor consumo foi registrado ao retificar o aço produzido por MADA com rebolo de granulometria mesh #46 na maioria das condições de corte, com redução de até 21 %. Porém, o consumo de energia ao empregar o rebolo de granulometria mesh #120 na usinagem do mesmo aço aumentou aproximadamente 85 %, o que pode ser atribuído ao rebolo de granulometria #120 que tem menor tamanho de partícula abrasiva e, consequentemente, maior número de arestas trabalhando ao mesmo tempo, ao retificar o aço por MADA, que é mais duro do que o aço convencional. Com isso, será necessária maior força e potência para executar a retificação.
Abstract: Additive manufacturing (AM) is an alternative manufacturing technique that enables production of raw parts very close to its final desired shape and dimensions, and, in some cases, is faster than other processes such as casting, rolling and machining, for example. However, AM faces some challenges when producing parts with superior surface quality and tighter dimensional tolerances, thereby becoming necessary post-processing stage such as machining operations, like turning and milling, for example. Depending on the project, grinding operations may be required to achieve combination low roughness values (Ra ≤ 1.60 μm) with dimensional deviations that fall within the International Tolerance (IT) ranging from IT3 to IT6 grade. Grinding performance depends on several parameters, such as grinding wheel, dressing operation, radial depth of cut, workspeed, coolant type and delivery, among others. Due to the fact AM is a recent manufacturing process, specific grinding wheels for grinding materials made from AM are not yet commercially available. This highlights the importance of research to evaluate the performance of grinding wheels and understand the mechanism of material removal. Furthermore, it is important to identify the influence of the peculiar characteristics and properties generated from AM process, such as the heat-affected zone and the variation in microstructure and hardness between the deposited layers, on the workpiece surface integrity during grinding. In this context, this study aims to evaluate the grindability of a 316L stainless steel manufactured by wire arc additive manufacturing (WAAM) in comparison with a 316 UF austenitic stainless steel produced by rolling. Two types of white aluminum oxide grinding wheel with different abrasive grain sizes were used: AA46K6V and AA120K8V40K. Radial depth of cut was varied at three levels for each grinding wheel type: 5 μm, 20 μm, and 35 μm for the wheel grain size #46, and 10 μm, 25 μm, and 40 μm for the wheel grain size #120. Also, the workspeed was varied at two levels: 2.7 m/min and 7.5 m/min. The output variables analyzed to assess the grindability were the roughness parameters (Ra and Rz), machined surface images via scanning electron microscopy (SEM), surface and subsurface microhardness, and the main motor power of the grinder. The results pointed out a better grindability of the steel produced by WAAM when using the grinding wheel grain size #120 in terms of roughness, in which a reduction in roughness Ra by up to 52 % was recorded, compared to conventional steel at the same cutting conditions. Also, lower consumption was observed after grinding the steel produced by WAAM with the #46 grain size grinding wheel in most cutting conditions tested, in which a reduction of up to 21 % was observed. However, energy consumption for steel produced by WAAM with the #120 grain size grinding wheel increased by about 85 %. This may be attributed to the #120 grinding wheel which has smaller grit size and consequently higher number of grits edges working at the same time when grinding WAAM material which is harder than the conventional one. This will require more force and power to perform grinding.
Keywords: Usinagem
Machining
Retificabilidade
Grindability
Manufatura Aditiva
Additive Manufacturing
Aço Inoxidável 316L
316L Stainless Steel
Tamanho do Grão Abrasivo
Abrasive Grain Size
Integridade Superficial
Surface Integrity
Potência de corte
Grinding Power
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
Subject: Engenharia mecânica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: OLIVEIRA, Marcus Vinícius de. Avaliação da retificabilidade de aço inoxidável 316 produzido por manufatura aditiva por deposição a arco elétrico. 2024. 128 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.549.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.549
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45125
Date of defense: 25-Jul-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
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