Investigação sobre forças e rugosidades geradas no fresamento de topo a seco e com fluido em abundância do aço Toolox® 44

Abstract

O Toolox® 44 é um aço ferramenta pré-endurecido com alta tenacidade, alto limite de escoamento em temperatura elevada. Ele é adequado para situações em que alta dureza, alta resistência ao impacto e excelente estabilidade dimensional são essenciais, como por exemplo em moldes para injeção de plástico e matrizes de repuxo, forjamento e fundição. Esse material alia boas propriedades mecânicas com boa usinabilidade. Deste modo, o trabalho busca avaliar a influência dos parâmetros de corte (velocidade de corte "vc", profundidade de corte axial "ap", avanço por dente "fz") nas componentes ativa e passiva (parcelas estática e dinâmica) da força de usinagem e na rugosidade da superfície da peça (parâmetros 𝑅𝑎 e 𝑅𝑧) gerados pelo fresamento frontal do Toolox® 44 a seco e com fluido em abundância. A análise dos resultados foi feita utilizando o projeto de experimentos Box-Behnken (BBD) de três fatores em três níveis de modo a avaliar a influência dos fatores controláveis e suas combinações nas variáveis de resposta para as duas condições de lubrirrefrigeração. A ANOVA e o BBD mostraram que as parcelas estática e dinâmica da força ativa sofrem influência significativa de ap e fz de maneiras diferentes conforme o uso ou não de fluido. Para a força passiva, somente a parcela estática com fluido em abundância sofreu influência significativa, mas de fz e vc. A rugosidade 𝑅𝑧 foi afetada significativamente por ap e fz independentemente da condição lubrirrefrigerante, enquanto que a combinação de ap com vc no fresamento com fluido passa a ter influência apenas sobre 𝑅𝑎. Conclui-se que o fresamento a seco e a aplicação de menores níveis de ap e fz apresentam a tendência de gerar menores valores de força e rugosidade, sendo estes os mais recomendados para a usinagem de acabamento do Toolox® 44.

Toolox® 44 is a pre-hardened tool steel with high purity, low carbon content, high toughness, high yield strength at high temperature, and very low residual stress. It is suitable for situations where high hardness, high impact resistance, and excellent dimensional stability are essential, such as in plastic injection molds and drawing dies, forging, and casting. This material combines good mechanical properties with good machinability. Thus, the work aims to evaluate the influence of cutting parameters (cutting speed "vc", axial depth of cut "ap", and feed per tooth "fz") on the active and passive machining force components (static and dynamic portions) and surface roughness (𝑅𝑎 and 𝑅𝑧) resulted from the end milling of Toolox® 44 under dry and flood conditions. The results were analyzed using the 3-factor 3-level BoxBehnken (BBD) design of experiments to assess the influence of controllable factors and their combinations on the response variables for the two lubrication/refrigeration conditions. ANOVA and BBD showed that the static and dynamic portions of the active force are significantly influenced by ap and fz in different ways depending on whether cutting fluid is used. However, only the static portion of the passive force was significantly affected by fz and vc in flood milling. The roughness 𝑅𝑧 was significantly affected by ap and fz regardless of the lubrication condition, while the combination of ap and vc in end milling with cutting fluid has an influence only on 𝑅𝑎. It is concluded that dry milling and applying lower levels of ap and fz tend to generate lower values of force and roughness, which are the most recommended for the finishing machining of Toolox® 44.