A microusinagem enfrenta desafios significativos na fabricação em microescala, demandando pesquisa intensiva para atender à necessidade de maior precisão e exatidão, mesmo em detalhes muito pequenos. A precisão é crucial, especialmente em peças microfresadas, onde tolerâncias dimensionais estreitas são essenciais ⁽¹¹⁾. Definir o processo de microusinagem é complexo devido a diferentes abordagens. De acordo com a literatura, a microusinagem já foi relacionada à espessura mínima de corte e às dimensões dos grãos do material ⁽⁶⁾, considerando o tamanho da ferramenta utilizada ⁽¹¹⁾. Também foram destacadas semelhanças e especificidades entre a usinagem convencional e a microusinagem ⁽⁷⁾.

Os aços-ferramenta H13 são usados na fabricação de moldes para fundição sob pressão, matrizes de forjamento e ferramentas para extrusão a quente, entre outras ⁽³⁾. Em estudos sobre o microfresamento do aço AISI H13 foram usadas ferramentas de metal duro com diâmetro de 900 μm (Aramcharoen e Mativenga, 2009).Os resulta-

tados mostraram que o tamanho das rebarbas reduziu-se significativamente quando o raio da aresta de corte foi maior do que o avanço por dente, e diminuiu ligeiramente ou se estabilizou quando o raio da aresta de corte foi menor que o avanço por dente. Em avanços por dente menores, ocorreu mais atrito e compressão do material em vez de corte, o que resultou em mais rebarbas.

 

As rebarbas são uma ocorrência inevitável na usinagem. No caso do microfresamento, elas se tornam ainda mais críticas devido às pequenas dimensões envolvidas, especialmente em comparação com processos convencionais. As rebarbas são projeções indesejadas de material que excedem os limites físicos da peça devido à deformação plástica durante a usinagem (Barrow, 1996, e ASTME, 1959). No microfresamento, controlar a formação dessas rebarbas é crucial, pois elas são proporcionalmente muito maiores em relação às dimensões da peça (Lekkala, 2011). Este estudo tem como tema central a análise das rebarbas formadas no processo de microfresamento do aço AISI H13 com a ferramenta de carbeto de tungstênio (VF2XLD0040N010) revestida com (Al, Ti, Si)N, tendo como principais parâmetros de corte a rotação da ferramenta de 40.000 rpm, avanço por dente de 0,01 mm/dente e profundidade de corte de 0,04 mm

 

Metodologia

O experimento foi realizado no Laboratório de Ensino e Pesquisa em Usinagem (LEPU). A máquina-ferramenta usada foi a microfresadora CNC Minimil/GX, Minitech CNC (2024), cuja máxima rotação do rotor usado é de 60.000 rpm. Possui uma resolução de posicionamento dos eixos de 0,1 μm e velocidade de avanço máximo de 800 mm/min. 

A fim de reduzir o máximo possível as interferências externas, todo o conjunto foi posicionado sobre uma mesa inercial.

 

Aço-ferramenta AISI H13

O material escolhido para o experimento de microfresamento foi o aço-ferramenta AISI H13 convencional, com dimensões mostradas na figura 1. 

 

Os aços-ferramenta H13 têm aplicação mais difundida na fabricação de, por exemplo, moldes para fundição sob pressão, matrizes de forjamento e ferramentas para extrusão a quente ⁽³⁾.

As principais propriedades mecânicas do aço AISI H13 são: elevada resistência ao amolecimento pelo calor, excelente tenacidade, elevada temperabilidade, boa resistência ao desgaste em temperaturas elevadas e excelente resistência a choques térmicos ⁽⁹⁾. 

A composição química típica deste material é mostrada na tabela 1 e algumas das suas propriedades mecânicas estão na tabela 2.

 

   

 

Ferramenta de corte

A ferramenta de carbeto de tungstênio revestida escolhida para este experimento foi fabricada pela Mitsubishi. Materials, modelo F2XLD0040N010 de duas arestas com revestimento de (Al, Ti, Si)N. Sua geometria pode ser observada na figura 3, enquanto suas dimensões e propriedades do revestimento são mostradas na figura 2 e na tabela 3.

 

Configuração experimental

Para o experimento, o corpo de prova foi fixado à microfresadora por morsa. O fluido de corte Vascomill MMS FA 2 foi aplicado pela técnica de Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL), com vazão de 100 ml/h e pressão de 0,6 MPa, sendo aplicado na direção contrária ao sentido de avanço para se ter melhor contato do fluido de corte com as arestas de corte da ferramenta em todo o processo de microfresamento. O faceamento do corpo de prova, de forma que se diminua os desvios de planeza e perpendicularidade, foi realizado com uma fresa de carbeto de tungstênio com diâmetro de 3 mm, finalizando com uma profundidade de corte de 1 μm e avanço de 40 mm/min. O referenciamento da microfresa foi realizado com um multímetro, em que se aproxima a microfresa do corpo de prova em 0,1 μm até que o multímetro demonstre continuidade, significando que a microfresa encostou no corpo de prova, tornando este o referenciamento. Os parâmetros de corte foram escolhidos juntamente com a fabricante da ferramenta de corte (tabela 4). Foram usinados dez canais no aço AISI H13 com 40 μm de profundidade, 400 μm de largura e 10 mm de comprimento.

Para a análise das rebarbas geradas foi usado um microscópio eletrônico de varredura (MEV) para adquirir imagens das rebarbas e determinar seus respectivos tipos. Também foi usado um perfilômetro Form Talysurf Intra da Taylor Robson, com o intuito de, a partir do perfil, adquirir a altura das rebarbas. Foram realizadas cinco medições aleatórias ao longo dos canais para determinar a altura das rebarbas nos canais 1 (10 mm) e 10 (100 mm).

 

Resultados

As rebarbas são classificadas e estudadas com base na forma, localização e mecanismo de formação. No canal 1 (10 mm), foram observadas rebarbas descontínuas no fresamento concordante, sendo elas do tipo menor e do tipo pena, enquanto no fresamento discordante as rebarbas do tipo primário foram predominantes (figuras 4 e 5).

 

 

Esses resultados foram similares aos encontrados na literatura (2,8). No último canal (100 mm), foram observadas rebarbas descontínuas ao longo dele em ambos os lados do fresamento. No fresamento concordante foram encontradas rebarbas do tipo menor e do tipo pena, enquanto no fresamento discordante as rebarbas foram do tipo menor e do tipo primário (figuras 6 e 7). Essas rebarbas já foram abordadas na literatura (2,8).

 

 

 

 

O gráfico da figura 8 mostra os valores médios das alturas das rebarbas e seus respectivos desvios-padrões no primeiro canal (10 mm) e no último canal usinado (100 mm). Na mesma figura observa-se uma diminuição na altura das rebarbas do fresamento discordante do canal 10 em relação ao canal 1. Esse comportamento pode ser explicado pela formação de rebarbas do tipo menor no canal 10, enquanto no canal 1 houve formação predominante de rebarbas do tipo primário.

 

Usando um teste de hipótese bicaudal com significância de 0,05, não se tem confiabilidade para dizer que as rebarbas são diferentes entre si. Ao comparar o fresamento discordante com o concordante, é evidente ⁽¹²⁾.No fresamento discordante, no início do corte a espessura do cavaco não deformado é zero, sendo ele comprimido e empurrado conforme se aumenta a espessura. Com isso, o efeito do suporte do material que ainda será microfresado também aumenta, ocorrendo então o cisalhamento do material. No fresamento concordante se inverte a espessura do cavaco deformado ao longo do microfresamento em relação ao fresamento discordante, sendo menor o efeito de suporte do material não microfresado, e não ocorrendo o cisalhamento, empurrando o material na direção de menor resistência, sendo essa a parte.

No fresamento concordante ocorreu o aumento da altura média das rebarbas no canal 10 em relação ao canal 1. Esses resultados estão associados ao desgaste das microferramentas. Os altos desvios-padrões (canal 1, lado concordante, s = 28,5569, e canal 10, fresamento concordante, s = 85,7049) podem ser explicados pela formação de rebarbas do tipo menor e do tipo pena no mesmo canal, sendo representadas pelos valores mínimo e máximo, respectivamente. Esse aumento da rebarba pode ser usado em conjunto com o desgaste da ferramenta e o comprimento usinado para determinar o fim de uma ferramenta para trabalhos que demandem maior tolerância para acabamentos superficiais. Devido à magnitude do processo, pode ser inviável incluir um processo de rebarbação.

 

Conclusão

Observou-se uma tendência de formação de maiores rebarbas no fresamento concordante do canal do que no fresamento discordante. Houve predominância de rebarbas do tipo primário e do tipo menor no fresamento discordante. O alto desvio-padrão nas alturas das rebarbas no fresamento concordante pode ser explicado pela descontinuidade das rebarbas. Esta investigação aumentou a base de dados sobre a ferramenta VF2XLD0040N010 e sobre o microfresamento no aço-ferramenta AISI H13, servindo de comparação para futuras investigações que envolvam a microfresa ou o processo de microfresamento no H13.

 

Agradecimentos

Os autores agradecem à Faculdade de Engenharia Mecânica (FEMEC) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da UFU, em especial ao Laboratório de Pesquisa e Ensino em Usinagem (LEPU), pelo apoio na realização deste estudo, e às agências de fomento governamentais CAPES, CNPq e FAPEMIG. Agradecem também à comissão organizadora do Colóquio de Usinagem 2024.

 

Responsabilidade pelas informações

Os autores são os únicos responsáveis pelas informações incluídas neste trabalho.

 

Referências

1) ©Mitsubishi Materials Corporation, 2024. Catálogo de fresas de topo inteiriças. Disponível em: https://data.mmc-carbide.com/1716/7890/1927/catalog_c010z_solid_end_mills.pdf. Acesso em: 7/5/2024. 

2) Alonso, T, 2023. Análise experimental do efeito das condições de corte no microfresamento do aço ferramenta AISI H13. 31 Jan. 2023. Universidade Federal de Uberlândia. Disponível em: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37082. 

3) Arruda, É. M, 2019. Otimização robusta multi-objetivo do processo de fresamento do aço ABNT H13 endurecido utilizando ferramentas de topo esférico. Itajubá.

 4) ASM International, 1990. Properties and selection: Irons, steels, and high-performance alloys. ASM International.

 5) Bryson, W. E, 2005. Heat treatment, selection, and application of tool steels. 

6) Câmara, M. A.; Rubio, J. C. C.; Abrão, A. M.; Davim, J. P, 2012. State of the art on micromilling of materials, a review. Journal of Materials Science & Technology, v. 28, n. 8, p. 673–685. Disponível em: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1005030212601157. 

7) Chae, J.; Park, S. S.; Freiheit, T, 2006. Investigation of micro-cutting operations. International Journal of Machine Tools and Manufacture, v. 46, n. 3–4, p. 313–332. 

8) Chern, G. L.; Wu, Y. J. E.; Cheng, J. C.; Yao, J. C, 2007. Study on burr formation in micro-machining using micro-tools fabricated by micro-EDM. Precision Engineering, v. 31, n. 2, p. 122–129. 

9) Chiaverini, V, 2005. Aços e ferros fundidos. 7a ed. Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais - ABM. 

10) Machado, Á. R.; Abrão, A. M.; Coelho, R. T.; Bacci da Silva, M. 2015. Teoria da usinagem dos materiais. 

11) Masuzawa, T, 2000. State of the art of micromachining. CIRP Annals, v. 49, n. 2, p. 473–488. Rio de Janeiro. Disponível em: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0007850607634519. 

12) Queiroz, L. B, 2022. Avaliação de diferentes ferramentas de corte no microfresamento do aço ferramenta ABNT H13. Uberlândia.