Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar o comportamento do material aço LN 700 após furação por fricção a seco, sendo realizado nos laboratórios de usinagem CNC e laboratório de materiais da Universidade de Passo Fundo.
O artigo apresenta a avaliação do comportamento do aço ARBL LN 700 submetido à furação por fricção a seco, realizado num perfil retangular com dimensões de 100 x 40 x 4mm sendo furado com uma ferramenta fabricada de metal duro UK 40, com revestimento de nitreto de titânio, com diâmetro do furo a ser obtida de 10,9mm.
Para os ensaios, dois grupos com parâmetros de rotação e avanço foram definidos para comparar os resultados da furação, caracterizados como grupo 1 e grupo 2. Os ensaios de furação foram realizados em centro de usinagem CNC. Com a furação realizada foram avaliados resultados de circularidade, altura da bucha escoada, microdureza do material, comprimento da bucha escoada e tensão residual resultante dos ensaios de furação por fricção. Para avaliar os resultados foi realizado análise do teste Tukey (“t”), com grau de confiabilidade de 95%. Na avaliação dos resultados mostram que os parâmetros usados no grupo 2 apresentaram melhor comportamento do aço LN 700 na caracterização da furação por fricção, principalmente na avaliação de tensão residual.
A furação por fricção é um processo de fabricação que resulta em uma bucha escoada por meio da ação de uma ferramenta rotacionada sobre a peça que promove o aquecimento do material na região de trabalho causando a deformação plástica através do movimento de rotação e avanço, onde todo o material extrusado forma a bucha, eliminando a formação de cavaco. A forma da bucha é mais espessa em relação à peça, proporcionando maior área de contato na região do furo.
A ferramenta é definida a partir de cinco regiões, definidas por centro ou ponta, cone, cilindro, colar e região da haste. A formação da bucha escoada é resultado da deformação plástica, realizada pela ferramenta em contato com a peça de trabalho.
Após definição de sequência para realização dos ensaios, 2 grupos com rotações e avanços diferentes foram aplicados com uso de um centro de usinagem CNC e uma sequência de 8 furos para cada grupo. A partir das amostras, as avaliações de circularidade, microdureza, rugosidade, comprimento das buchas escoadas e tensão residual, foram comparadas para avaliar o comportamento do material submetido a furação por fricção a seco.
PROCEDIMENTOS
Para a realização dos ensaios de furação a seco no aço ARBL LN 700, foram definidos 2 grupos sendo os parâmetros de rotação e avanço apresentados na figura 3. Os resultados após a furação serão avaliados os resultados de cilindricidade, circularidade, dureza, rugosidade, microdureza e tensão residual.
As etapas de furação que a ferramenta deverá realizar, de acordo com a progressão da furação estão apresentadas na figura 4.
Nas etapas de furação, a ferramenta realiza as etapas na seguinte ordem para o grupo 1 e 2:
a) Aproximação da peça;
b) Contato da ponta com a peça;
c) Penetração do cone;
d) Conformação do furo com penetração do corpo da ferramenta;
e) Retorno da ferramenta.
Para a coleta de dados da furação realizada, utilizou-se uma máquina de medição por coordenadas marca Zeiss modelo Prismo, com deslocamento em X, Y e Z e capacidade no eixo X: 1000mm, Y: 1800mm, Z: 1000mm sendo a medição por coordenadas com um software CALIPSO versão 4.6. Para de medição de cilindricidade dos furos, definiram-se dois pontos ao longo do comprimento das amostras furadas conforme figura 5.
Nos ensaios de rugosidade, nos grupos 1 e 2 foram avaliados oito amostras de furos de cada grupo com verificação em cinco pontos em cada amostragem, utilizando a escala Rz para avaliação dos resultados. Para a realização da medição foi utilizado um microdurômetro Marca Schimadsu modelo HMV-G 20ST.
Nos ensaios de microdureza a carga utilizada foi de 200 gramas. Oito amostras de cada grupo foram coletadas e preparadas.
ANÁLISE DOS RESULTADOS
Com os parâmetros usados sendo relativamente diferentes ambos os resultados dos grupos de furação são próximos e podem ser aplicados em escala industrial, pois não apresentaram variações significativas após a análise estatística
Através da análise estatística as amostras avaliadas não apresentaram diferenças, sendo possível afirmar que entre os parâmetros usados para caracterização do processo de furação no aço podem ser aplicados na indústria. Em relação à dimensão nominal definida pela geometria da ferramenta de 10,9mm, os valores de 10,87mm para o grupo 1 e 10,80 para o grupo 2, atendem a valores a serem aplicados, pois o valor do desvio padrão resultante na análise, justifica os resultados avaliados.
Na avaliação do comprimento da bucha escoada, os resultados da análise realizado entre os grupos 1 e 2 não apresentaram variações.
O comprimento da bucha escoada na furação por fricção está diretamente associado na definição do comprimento do cone da ferramenta.
Na avaliação de microdureza dos corpos de prova a metodologia definida para avaliar os resultados considerando 3 aspectos: 1º avaliação de microdureza região do metal base, 2º região de transição entre metal base e bucha escoada, 3º região da bucha escoada.
Na avaliação entre grupos, com os parâmetros usados para caracterizar a furação por fricção no aço LN 700, os resultados analisados não atingem um limite para carecterizar diferenças na microdureza. O desvio padrão de 9,85 permite assegurar que não há direfença entre grupos nos resultados avaliados na análise estatística.
Para avaliação da rugosidade obtida na furação por fricção, foi usado o índice de rugosidade Rz que determina o maior e menor pico ao longo do comprimento de mostragem.
Os valores do grupo 2 apresentam rugosidade relativamente menor em relação ao grupo1, o que justifica os parâmetros maiores aplicados nas furações. A menor rugosidade na avaliação, está ligada ao avanço, pois reduz a quantidade de material a ser aderido nas laterias do furo, fazendo que a região seja mais lisa, melhorando a rugosidade.
Para a avaliação da tensão residual, foram avaliados quatro pontos em uma amostra do material base, com sentido de orientações longitudinal e transversal que posteriormente serão usados para confrontar com resultados de tensões coletadas em amostras dos grupos 1 e 2. O resultado da tensão residual é apresentado duas condições: 1) tensão trativa, com valores positivos que caracterizam baixa resistência à fadiga, 2) tensão compressiva, com valores negativos caracterizam uma faixa menor que zero, onde asseguram aplicações em situações de fadiga quando expostos em condições de trabalho.
Na avaliação dos resultados obtidos, no sentido transversal manteve-se entre 340 a 365Mpa, caracterizando tensões trativas. Para a condição longitudinal, a variação é 168 a 298Mpa, apresentando variação ao longo das amostras. Ambos os resultados são trativos, caracterizam o processo de obtenção do material, que geralmente por laminação, proporciona a tensão trativa e por ser uma caracterísiticas de perfis retangulares.
No grupo 1, o resultado de cada amostra ao longo do perfil avaliado é apresentado na orientação longitudinal (L) e transversal (T), com o menor e maior valor de cada amostra, verificando a possível alteração das tensões após ensaios realizados.
Em comparação ao metal base é possível afirmar que os resultados para o grupo sofreram alterações variadas, pois nos furo 1,2 e 3, ocorre redução da tensão, em relação ao metal base, de forma sazonal no decorrer da furação. Já no furo 4, resulta em tensões reativamente diferentes ao metal base e aos demais furos, podendo ser caracterizado pela concentração de temperatura nos ensaios.
No grupo 2, onde os parâmetros usados nos ensaios são elevados ao grupo 1, o resultado da tensão é mostrado no gráfico a seguir:
Em comparação as amostras do grupo 1 e em relação ao metal base, onde as tensões transversais (T), asseguram a possibilidade de aplicação do material, pois os resultados são baixos em relação aos valores so metal base. No sentido longitudinal (L), as tensões são menores, pois na mesma proporção do sentido transversal, (T), acompanham as alterações.
RESULTADOS
A caracterização do processo de furação a seco no aço LN 700 permitiu avaliar e comparar rotação e avanço usados a fim de proporcionar a aplicação em escala industrial. Nos ensaios de circularidade, ambos os grupos valores à dimensão de 10,90mm definidos na dimensão da ferramenta, permitindo à aplicação para laminação de roscas. No comprimento das buchas escoadas, onde as medidas variaram de 7,07 no grupo1 e 7,51 para o grupo 2, ambos os comprimentos obtidos permitem a utilização, pois não apresentam variações entre si.
Para a avaliação de microdureza do material os valores avaliados foram próximos aos valores do metal base, na região afetada e bucha escoada, estimavam-se alterações significativas, o que não ocorreu, justificando que o material quando submetido a furação a seco, a dureza não é alterada.
Para a rugosidade analisada entre os grupos, não ocorreu alterações significativas entre as amostras permitindo o uso que ambos os parâmetros usados. Para a tensão residual que caracteriza a importância da operação em relação ao material, na comparação entre metal base com amostras de furos dos grupos avaliados, os resultados apresentados de tensão residual no grupo 1, reduzem parcilamente em relação ao metal base. No grupo 2, os valores das expressantes, ou seja, negativas, o que permite com maior segurança sua aplicação permitindo a aplicação em situações de vibração e fadiga.
A caracterização do processo de furação por fricção a seco no aço LN 700 e a avaliação dos resultados entre grupos por meio de análise estatística permitiu confrontar os dois grupos nas variadas situações e mostrar que a realização da pesquisa assegura a aplicação do processo na indústria. Entre todos os resultados avaliados o fator que mais impacta é a tensão residual, que nesta pesquisa, o grupo 2 apresentou resultados melhores para o material em estudo.
