Estudo da usinabilidade no torneamento a seco do aço inoxidável martensítico AISI 420 C endurecido com ferramenta de metal-duro

O estudo de usinabilidade de um material é muito importante para a determinação das características de fabricação por usinagem. Este estudo se aplica ao aço inoxidável martensítico AISI 420 C endurecido, usado na fabricação de peças de alta precisão, instrumentos cirúrgicos, eixos, turbinas e cutelaria. Deste modo, realizaram-se investigações utilizando corpos de prova endurecidos (têmpera e revenimento) com durezas de (48 1) e (53 2) HRC no torneamento a seco utilizando ferramentas de metal-duro classe ISO S com grãos extrafinos e revestimento PVD. Para estes corpos de prova variaram-se a velocidade de corte e o avanço e avaliaram-se as forças de usinagem e as tensões residuais geradas na peça. Para o material com 53 HRC, também foram analisadas a vida da ferramenta e a rugosidade. Na análise dos resultados obtidos para o material com 48 HRC, as tensões residuais tornaram-se menos compressivas (circunferencial) e mais trativas (axial) com o aumento do avanço. Além disso, os menores valores de tensão residual foram gerados utilizando menor avanço com maior velocidade de corte. Nos ensaios para o material a 53 HRC, o tempo de vida da ferramenta ficou entre 100 e 350 min para as condições ensaiadas. Os desgastes de flanco e entalhe foram evidenciados em todas as situações. O flanco da ferramenta também apresentou adesão de material da peça em todas as condições. Ao analisar os insertos em seu fim de vida, constatou-se que os mecanismos de desgastes predominantes foram a abrasão e o atrittion. Nas condições mais severas, a superfície da ferramenta exibiu trincas mecânicas e a camada subsuperficial da peça apresentou modificações microestruturais. Os perfis e os parâmetros de rugosidade registrados foram afetados pelo desgaste ao longo da vida da ferramenta. Com relação às tensões residuais circunferenciais geradas com a ferramenta nova, estas foram, em sua maioria, tensões de compressão. Com a progressão do desgaste de flanco, houve um aumento dos valores das tensões (de compressivas para menos compressivas ou até mesmo trativas). Já para as tensões axiais, os valores mostraram a tendência de se manterem compressivos. Observou-se para os perfis de tensões analisados que as tensões residuais foram compressivas e dependeram da profundidade da camada subsuperficial. Portanto, dentro das condições estudadas, conclui-se que peças de AISI 420 C endurecido podem ser fabricadas por torneamento de acabamento com ferramentas de metal-duro, permitindo obter vida longa para a ferramenta de corte, baixos valores de rugosidade, bem como valores de tensão residual compressiva, que são dados de usinabilidade importantes para esse material.The study of the material’s machinability is very important for the determination of important machining properties. This logic applies to hardened martensitic stainless steel AISI 420 C used in the manufacture of high precision parts, surgical instruments, shafts, turbines and cutlery. In this way, investigations were carried out using hardened workpieces (quenching and tempering) with hardness of (48 1) and (53 2 HRC) in dry turning using ISO-S grade carbide tools with extra-fine grains and PVD coating. For these workpieces, the cutting speed and the feed rate were varied and the machining forces and the residual stresses generated in the part were evaluated. For the material with 53 HRC, the tool-life and the surface roughness were also analyzed. In the analysis of the results obtained for the material with 48 HRC, residual stresses become less compressive (circumferential direction) and more tensile (axial direction) with increasing feed-rate. Moreover, smaller values of residual stress were generated using lower feed-rate at higher cutting speed. In the tests for the material at 53 HRC, the tool-life was between 100 and 350 min for the conditions tested. Flank and notch wear were evidenced in all situations. The flank face of the tool also showed adhesion of the workpiece material under all cutting conditions. When analyzing the inserts at their end of life, it was verified that the main mechanisms of tool wear were abrasion and attrition. In addition, under the most severe cutting conditions, the flank face of the tool exhibited mechanical cracks and the subsurface layer of the workpieces presented microstructural modifications. The registered profiles and roughness parameters were affected by wear during the tool-life. With respect to the circumferential residual stresses generated with the fresh tool, these were mostly compressive stresses. With the progression of tool flank wear, there was an increase in the values of the residual stress (from compressive to less compressive or even tractive). For the axial residual stresses, the values showed a tendency to remain compressive. It was observed for the residual stress profiles analyzed that the residual stresses were compressive and depended on the depth of subsurface layer. Therefore, within the cutting conditions considered, it can be concluded that hardened martensitic stainless steel AISI 420 C parts can be manufactured by finishing turning with carbide tools, allowing long tool-life, low surface roughness values, as well as compressive residual stress values, which are important machinability information for this material

Desenvolvimento de uma ferramenta para dimensionamento de um sistema para movimentação de carga por roletes acionados/ Development of a tool for dimensioning a system for handling load by driving rollers

A crescente expansão da automação industrial no cenário nacional, principalmente com a Indústria 4.0 e a robótica, impacta o crescimento da tecnologia aplicada aos sistemas de transporte interno de materiais. Nesse cenário, as esteiras de roletes proporcionam excelência no transporte de uma gama extremamente variada de produtos, e seu projeto inicia na coleta de informações acerca de sua aplicação, abrange a seleção de roletes e de sistemas de acionamento e transmissão, os cálculos de resistência estrutural e as análises dinâmicas. O foco deste trabalho é criar uma planilha de cálculo que contenha a estrutura necessária para o correto desenvolvimento do projeto destes equipamentos. Após a obtenção dos dados de entrada e tomando como base as equações específicas de cada sistema, a planilha: 1) executa os cálculos de validação estrutural da base de sustentação e do suporte dos roletes; 2) apresenta os dados de potência, rotação e fator de serviço para acionar a esteira; 3) seleciona automaticamente o rolete adequado para a esteira; 4) valida o sistema de transmissão apresentado para a esteira, com base nas potências de transmissão admissíveis conforme a ANSI; possibilitando o projeto executivo assertivo desse sistema de transporte.

Estudo da usinabilidade no torneamento a seco do aço inoxidável martensítico AISI 420 C endurecido com ferramenta de metal-duro

O estudo de usinabilidade de um material é muito importante para a determinação das características de fabricação por usinagem. Este estudo se aplica ao aço inoxidável martensítico AISI 420 C endurecido, usado na fabricação de peças de alta precisão, instrumentos cirúrgicos, eixos, turbinas e cutelaria. Deste modo, realizaram-se investigações utilizando corpos de prova endurecidos (têmpera e revenimento) com durezas de (48 1) e (53 2) HRC no torneamento a seco utilizando ferramentas de metal-duro classe ISO S com grãos extrafinos e revestimento PVD. Para estes corpos de prova variaram-se a velocidade de corte e o avanço e avaliaram-se as forças de usinagem e as tensões residuais geradas na peça. Para o material com 53 HRC, também foram analisadas a vida da ferramenta e a rugosidade. Na análise dos resultados obtidos para o material com 48 HRC, as tensões residuais tornaram-se menos compressivas (circunferencial) e mais trativas (axial) com o aumento do avanço. Além disso, os menores valores de tensão residual foram gerados utilizando menor avanço com maior velocidade de corte. Nos ensaios para o material a 53 HRC, o tempo de vida da ferramenta ficou entre 100 e 350 min para as condições ensaiadas. Os desgastes de flanco e entalhe foram evidenciados em todas as situações. O flanco da ferramenta também apresentou adesão de material da peça em todas as condições. Ao analisar os insertos em seu fim de vida, constatou-se que os mecanismos de desgastes predominantes foram a abrasão e o atrittion. Nas condições mais severas, a superfície da ferramenta exibiu trincas mecânicas e a camada subsuperficial da peça apresentou modificações microestruturais. Os perfis e os parâmetros de rugosidade registrados foram afetados pelo desgaste ao longo da vida da ferramenta. Com relação às tensões residuais circunferenciais geradas com a ferramenta nova, estas foram, em sua maioria, tensões de compressão. Com a progressão do desgaste de flanco, houve um aumento dos valores das tensões (de compressivas para menos compressivas ou até mesmo trativas). Já para as tensões axiais, os valores mostraram a tendência de se manterem compressivos. Observou-se para os perfis de tensões analisados que as tensões residuais foram compressivas e dependeram da profundidade da camada subsuperficial. Portanto, dentro das condições estudadas, conclui-se que peças de AISI 420 C endurecido podem ser fabricadas por torneamento de acabamento com ferramentas de metal-duro, permitindo obter vida longa para a ferramenta de corte, baixos valores de rugosidade, bem como valores de tensão residual compressiva, que são dados de usinabilidade importantes para esse material.The study of the material’s machinability is very important for the determination of important machining properties. This logic applies to hardened martensitic stainless steel AISI 420 C used in the manufacture of high precision parts, surgical instruments, shafts, turbines and cutlery. In this way, investigations were carried out using hardened workpieces (quenching and tempering) with hardness of (48 1) and (53 2 HRC) in dry turning using ISO-S grade carbide tools with extra-fine grains and PVD coating. For these workpieces, the cutting speed and the feed rate were varied and the machining forces and the residual stresses generated in the part were evaluated. For the material with 53 HRC, the tool-life and the surface roughness were also analyzed. In the analysis of the results obtained for the material with 48 HRC, residual stresses become less compressive (circumferential direction) and more tensile (axial direction) with increasing feed-rate. Moreover, smaller values of residual stress were generated using lower feed-rate at higher cutting speed. In the tests for the material at 53 HRC, the tool-life was between 100 and 350 min for the conditions tested. Flank and notch wear were evidenced in all situations. The flank face of the tool also showed adhesion of the workpiece material under all cutting conditions. When analyzing the inserts at their end of life, it was verified that the main mechanisms of tool wear were abrasion and attrition. In addition, under the most severe cutting conditions, the flank face of the tool exhibited mechanical cracks and the subsurface layer of the workpieces presented microstructural modifications. The registered profiles and roughness parameters were affected by wear during the tool-life. With respect to the circumferential residual stresses generated with the fresh tool, these were mostly compressive stresses. With the progression of tool flank wear, there was an increase in the values of the residual stress (from compressive to less compressive or even tractive). For the axial residual stresses, the values showed a tendency to remain compressive. It was observed for the residual stress profiles analyzed that the residual stresses were compressive and depended on the depth of subsurface layer. Therefore, within the cutting conditions considered, it can be concluded that hardened martensitic stainless steel AISI 420 C parts can be manufactured by finishing turning with carbide tools, allowing long tool-life, low surface roughness values, as well as compressive residual stress values, which are important machinability information for this material

Projeto conceitual de uma máquina para conformação eletromagnética

O presente trabalho tem como proposta o projeto conceitual para construção do protótipo de máquina para conformação eletromagnética. Por definição conformação eletromagnética é o uso de um intenso campo eletromagnético para comprimir ou expandir peças de geometrias diversas dentre elas plana e circular. É um processo de conformação em alta velocidade onde não existe contato entre a peça e uma ferramenta, tendo como características bom acabamento e alta produtividade. A máquina é constituída por três partes principais: unidade de energia, bobina atuadora e estação de trabalho. A unidade de energia consiste em um banco de capacitores de alta voltagem que é carregado por uma fonte de alta tensão, o controle da máquina; bomba de vácuo; sistema de refrigeração e um interruptor de descarga principal que não pode exercer contato mecânico devido às altas correntes para que não ocorra soldagem dos terminais. A bobina atuadora é feita com material de alta condutividade elétrica e converte a corrente elétrica em pressão eletromagnética. A geometria da bobina deve ser adequada para a obtenção de peças metálicas de forma controlada para obtenção de geometrias pré-definidas. No instante em que a corrente dos capacitores é descarregada na bobina, um campo eletromagnético é gerado e induz correntes de Foucault na peça criando um campo eletromagnético com sentido contrário. A oposição destes campos gera força eletromagnética que conforma o material. A estação de trabalho é o local onde o material é inserido ou aproximado da bobina, podendo ser manual ou semi-manual. Para dar rigidez à bobina é necessário utilizar uma matriz feita de material que possua bom isolamento elétrico, priorizando a eficiência energética. Para este projeto será utilizada a metodologia de desenvolvimento de projeto baseada no método denominado desdobramento da função qualidade (QFD) onde gerar-se uma lista de requisitos contendo as especificações de projeto para esta máquina. Ao término da fase informacional inicia a fase conceitual onde o objetivo é gerar um conceito de máquina para conformação eletromagnética que poderá ser fabricada potencializando o desenvolvimento de produtos e processos inovadores, entre eles, os processos de conformação híbrida.The paper proposes a conceptual design to construction of an electromagnetic forming device. By definition electromagnetic forming is the use of an intense electromagnetic field used to compress or expand several geometries workpieces like flat or circular geometries. Is a high speed forming process where don’t exist mechanical contact between workpiece and tool. With characteristics like good finishing and high productivity. The machine is divided in three main parts: the energy storage, electromagnetic forming coil and work station. The energy storage is a capacitor bank charged for a high voltage power supply; the machine control; vacuum pump, refreshing system and a main switch discharge that can’t exert mechanical contact. The electromagnetic forming coil is made from a high electrical conductivity material and converts electrical current on electromagnetic pressure. The electromagnetic coil geometry is adequate for each workpiece in a controlled manner to obtain preset geometries. At time that the energy storage on capacitor bank is discharged on electromagnetic forming coil creating an electromagnetic field that induces Foucoult currents on work piece creating an electromagnetic field with opposite direction. The opposition of those electromagnetic fields forming the workpiece. The work station is where the workpiece is inserted or approximated on the electromagnetic forming coil, it can be manual or automated. To the rigidity of electromagnetic forming coil is necessary use an insulated material, giving priority for energetic. To do this work will be used the methodology for design development focused on quality function deployment (QFD) to obtain a list with the specification for this conceptual design. The end of informational phase begins the conceptual phase where the objective is create a concept that can be fabricated developing new products and innovator process that use the hybrid forming