Experimental investigation on micromilling machining of ti-6al-4v titanium alloy additively manufactured by selective laser melting (SLM)

Autor: Maria Clara Coimbra Gonçalves
Přispěvatelé: Gilmar Ferreira Batalha, Anna Carla Monteiro de Araujo, Leszek Adam Dobrzanski
Rok vydání: 2022
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
DOI: 10.11606/d.3.2022.tde-07042022-152934
Popis: Increasingly, small size components are being used by many fields which use miniaturized products as working tools, highlighting the medical and dental industries. Both micromachining and additive manufacturing processes can be separately applied to obtain these products, but combining both processes show great potential for reducing manufacturing time and costs. In this context, additive manufacturing processes, such as Powder Bed Fusion (PBF), have gained attention in producing near-net-shape components due to their lower material consumption and ability to generate complex geometries. However, parts manufactured by this process present two main characteristics: periodic surface and anisotropy related to their printing direction. Therefore, machining processes such as micromilling need to be done on the parts in order to achieve the desired dimensional, geometric and/or roughness tolerances. However, the study of micromilling process in printed parts is recent and its machinability is poorly known. Thus, this work aims to make a comparison between the results of the micromilling process of conventional and printed parts by Selective Laser Melting, with and without heat treatment. The material analyzed was the titanium alloy Ti-6Al-4V, which is one of the most applied titanium alloys in aerospace, aeronautical, medical and dental sectors. For this reason, micromilling tests were carried out, varying the machining parameters, to analyze the results of machining forces, surface roughness, burr formation and residual stresses. In addition, a comparison was made with the results made on a micro milling machine with a mini dynamometer and a conventional CNC machine. With the obtained results, it was observed that, for the set of parameters used, no significant difference was observed on machining forces, surface roughness and burr formation for micromilling samples of commercial Ti6Al4V and additively manufactured. In addition, the machining force results collected in a conventional CNC were higher due to the robustness of this system. It is also noteworthy that, for the experiments on this work, the cutting speed was the most influential parameter on the cutting forces and the feed influenced the feed forces the most. The best surface roughness results were obtained for the smallest micromills and at high speeds. Also, burr formation presented a correlation with feed forces results. Furthermore, adhesion of material on the cutting edge of the tool was observed in the experiments. Therefore, the obtained results corroborate to the improvement of the micromachining process in materials with low machinability. Thereby, aiming to optimize this process and to produce high quality components. Cada vez mais, componentes em tamanho reduzido vem sendo utilizados por diversos tipos de indústrias, onde destacam-se as áreas médica e odontológica, que utilizam muitos desses produtos miniaturizados como ferramentas de trabalho. Tanto processos de microusinagem quanto processos de manufatura aditiva podem ser separadamente utilizados para obtenção desses produtos, mas a combinação de ambos mostra grande potencial para redução de tempo e custos de fabricação. Nesse contexto, processos de manufatura aditiva, como a Fusão em Leito de Pó (PBF), ganharam atenção na fabricação near netshape de componentes devido ao seu menor consumo de material e capacidade de gerar geometrias complexas. Porém, as peças provenientes desse processo apresentam duas características: acabamento superficial irregular e anisotropias relacionadas à sua direção de impressão. Por isso, processos de usinagem, como o microfresamento, precisam ser aplicados para que as peças alcancem as tolerâncias dimensionais, geométricas e/ou rugosidade desejadas. No entanto, o estudo do processo de microfresamento em peças impressas é recente e sua usinabilidade é pouco conhecida. Com isso, este trabalho tem por objetivo fazer uma comparação entre os resultados do processo de microfresamento de peças convencionais e impressas por Fusão Seletiva a Laser, com e sem tratamento térmico. O material analisado foi a liga Ti-6Al-4V que é uma das ligas de titânio mais aplicadas na indústria nos setores aeroespaciais, aeronáuticos, médicos e odontológicos. Para isso, ensaios de microfresamento foram realizados, variando-se os parâmetros de usinagem, para analisar os seus resultados de forças, rugosidade, formação de rebarbas e tensões residuais. Além disso, foi feita uma comparação dos resultados feitos em uma microfresadora com um minidinamômetro e uma CNC convencional. Com os resultados obtidos, observou-se que não houve diferença significativa entre os resultados das forças de usinagem, rugosidade e formação de rebarbas para as diferentes amostras analisadas. Além disso, os resultados das forças de usinagem e rugosidade coletados na CNC convencional foram mais altos devido a robustez do sistema. Destaca-se também que, a velocidade de corte foi o parâmetro mais influente nas forças de corte e o avanço influenciou mais as forças de avanço. Os melhores resultados de rugosidade foram obtidos para as menores fresas e em altas velocidades e a formação de rebarbas apresentou uma correlação com os resultados das forças de avanço. Além disso, foram observados os mecanismos de tool run-out e formação de aresta postiça de corte nos experimentos. Logo, os resultados obtidos corroboram para a melhoria do processo de microusinagem em materiais de difícil usinabilidade, visando a otimização desse processo e produção de componentes de alta qualidade.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: