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ESTUDO TÉRMICO DOS REVESTIMENTOS UTILIZADOS EM BROCAS DE METAL DURO INTEGRAL NA FURAÇÃO DE FERRO FUNDIDO.

A. M. Paula(1), S. C. Santos(1), M. B. Silva(1)

(1) Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, Av. João Naves de Ávila, 2160, Bloco 1M, Uberlândia MG, CEP: 38.400-089.

Palavras-chave: Revestimentos, Propriedades Térmicas, Furação

Resumo

Diante das novas tendências de usinagem, que se referem a altas velocidades - High Speed Machining ( HSM ) e corte a seco, a utilização de materiais para ferramentas resistentes ao calor e revestimentos termoisolantes são duas características extremamente importantes que associadas vem contrabalancear essas tendências contraditórias. A minimização ou eliminação do fluido de corte é a grande tendência em usinagem. Esta tendênica se deve em grande parte aos danos provocados pelo fluido de corte, dentre eles , de acordo com Balzers (2000): malefícios à saúde do operador, degradação do meio ambiente e custos relacionados com a produção, bem como de sua manutenção.

Três características são intrínsecas dos revestimentos: sua capacidade de reduzir a taxa de geração de calor gerada na interface cavaco-ferramenta, redução na taxa de desgaste das ferramentas de corte e sua capacidade de atuar como barreira térmica a passagem do fluxo de calor para a ferramenta, que é o foco de atenção deste trabalho, que tem por objetivo levantar curvas de aquecimento de temperaturas de diferentes revestimentos empregados em brocas de metal duro integral.


De acordo com Silva e Machado(1999 ), figura 1, pode-se observar 3 zonas distintas de geração de calor na usinagem: zona de interface entre a peça e a superfície de folga da ferramenta, a zona de cisalhamento primário e a zona de cisalhamento secundário, e esta zona é o principal local no qual o calor gerado flui, através da transferência de calor pôr condução, para a ferramenta de corte, acelerando os mecanismo de desgaste termicamente ativados, como também reduzindo o limite de escoamento dessas ferramentas. Dessa maneira, com a utilização de revestimentos termoisolantes é possível limitar a influência desses agravantes, ainda mais quando se defronta com usinabilidades de materiais com altas faixas de velocidades de corte.

Realizou-se ensaios de medições de temperaturas com 4 tipos diferentes de pastilhas, 3 revestidas com revestimentos de TiN, TiAlN e FUTURA e outra sem revestimento, afim de levantar as curvas de aquecimento das mesmas. Os equipamentos necessários para a obtenção das curvas foram: um ferro de solda, de 30w de potência, sistemas de fixação das pastilhas, pastilhas sem revestimentos e devidamente revestidas; um termopar de Cromel-Alumel, um osciloscópio da marca Tektronik modelo TDS 340A e um amplificador de sinal.

A figura 2 mostra o sistema utilizado para avaliar a condutividade térmica dos revestimentos. A pastilha é colocada em contato com uma chapa de cobre, a qual recebe o calor do ferro de solda diretamente. O calor é conduzido pelo cobre e atinge a ferramenta. A temperatura é medida durante o ensaio, na extremidade posterior da pastilha. Obtém-se desta maneira a curva aquecimento da ferramenta. O tempo para realização de cada ensaio foi de 30 minutos, tempo suficiente para a estabilização da temperatura.


Duas propriedades de transporte muito importantes que justificam a utilização de revestimentos termoisolantes para ferramentas de corte em usinagem são a condutividade térmica(K) e a difusividade térmica (a) dos materiais. Os revestimentos citados acima por serem materiais cerâmicos tem baixo valores de K e consequentemente também terão baixos valores de a, conforme a equação 1. Conforme Incropera(1992) baixos valores de K também implica alta resistência térmica oferecida pelos revestimentos na passagem do calor gerado na zona de cisalhamento secundário para o interior da ferramenta de corte, conforme pode ser verificado pela figura 3 e equação 2.
























Portanto, pode-se observar através da equação 2 que a diferença de temperatura ( q1 e q4 ) entre os extremos da pastilha é diretamente proporcional a taxa de transferência de calor , f, e as respectivas resistências térmicas, L1/ k1.A1, L2/ k2.A2 e L3/k3.A3, dos diferentes revestimentos.

A figura 4 apresenta as curvas de temperaturas das pastilhas com e sem revestimentos.

De posse o gráfico, verifica-se que os revestimentos tiveram uma boa resistência térmica na passagem do calor para o substrato da pastilha quando comparados com a pastilha sem revestimento, pois os mesmos possuem baixos valores de K e a, o que justifica em menor resposta às variações térmicas impostas e mais tempo para atingir novas condições de equilíbrio, como é o caso das pastilhas revestidas.











Agradecimentos: os autores agradecem ao CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, pelo suporte financeiro e pela bolsa de Iniciação Científica.

Referências:

INCROPERA, F. P., DE WITT, D. P., 1992, "Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa", 455pags, 3nd Edition, Copyright by Editora Guanabara Koogan S.A.

SILVA, M. B., MACHADO, Á. R.,1999, "Usinagem dos Metais" , pags 89-101, 4ª versão, Abril.

ALZERS - Catálogo de Especificações técnicas para o serviço de Revestimento Balinit.