Influence of milling insert geometry on the surface integrity of a titanium alloy

Autor: Rosa, Edson Bruno Lara
Přispěvatelé: Antonialli, Armando Ítalo Sette, Ventura, Carlos Eiji Hirata
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFSCAR
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Titanium alloys have got features that classify them as excellent candidates for medical applications. However, they have porr machinability mainly due to their low thermal conductivity, high chemical affinity to almost every tool material and their small modulus of elasticity. Regarding commercial milling tools, inserts usually differ one to another in terms of grade (such as substrate and coating composition and microstructure) and geometric characteristics (nose radius, rake angle and chipbreaker shape), so that it is difficult to find two products differentiated by one single variable. Due to these factors, the general goal of this research is to investigate the correlation between tool nose radius and the roughness after milling of Ti-6Al-4V ELI titanium alloy. For that, it was necessary to grind carbide inserts to prepare the three different nose radii (re = 0.8 mm; 1.2 mm or 1.6 mm) as well as their characterization, besides designing, manufacturing and evaluating a customized tool holder with a single insert seat. Tools once prepared were tested through face milling experiments, keeping fixed cutting speed (vc) at 60 m/min, axial depth of cut (ap) at 1 mm, in addition to radial depth of cut (ae) at 16.8 mm and flood coolant. Five diferente levels were used for feed per tooth ( fz): 0.10 mm; 0.15 mm; 0.20 mm; 0.25 mm or 0.30 mm. After the experiments, the specimens were evaluated in terms of different roughness parameters, and all data were statistically analyzed by means of analysis of variance (ANOVA). Regarding the characterization of the ground inserts, there was no significant variation in the irregularity of the edges as a function of the different nose radii. The design of the tool holder proved out to be adequate to the operation, providing a high design safety factor. Regarding the surface integrity of the machined surfaces, results show that, in exception of one tested condition, all other values of Ra satisfy N6 roughness grade. The pass associated to re = 0.8 mm and fz = 0.15 mm probably provided higher vibrations. ANOVA indicates that, in statistical terms, only feed ( f ) and the interaction between feed and nose radius ( f x re) affect the roughness parameters Ra, Rq, Rt, Rz, and Rmax, although these effects are not obvious. There was no statistically significant difference for skewness (Rsk), which tends to zero and, therefore, expresses an approximately symmetrical surface in terms of peaks and valleys. The same for kurtosis (Rku), which remained close to three, which means a distribution close to normal. Ligas de titânio possuem características que as classificam como excelentes candidatas para aplicações médicas. Porém, possuem uma usinabilidade baixa em razão, principalmente, de sua baixa condutividade térmica, elevada afinidade química com quase todos os materiais das ferramentas e de seu módulo de elasticidade reduzido. Em se tratando de ferramentas comerciais de fresamento, os insertos usualmente se diferenciam em termos de classe (como composição e microestrutura do substrato e da cobertura) e das características geométricas (raio de ponta, ângulo de saída e forma do quebra-cavaco), de maneira que é raro encontrar dois produtos diferenciados por uma única variável. Por esses fatores, o objetivo geral desta pesquisa é investigar a relação entre o raio de ponta da ferramenta e a rugosidade após o fresamento da liga de titânio Ti-6Al-4V ELI. Para isso, foi necessária a retificação de insertos de metal duro para preparar os três diferentes raios de ponta (re = 0,8 mm; 1,2 mm ou 1,6 mm), bem como sua caracterização, além de projetar, fabricar e aferir um porta-ferramentas customizado com assento para um único inserto. As ferramentas preparadas foram testadas por meio de ensaios de fresamento frontal, mantendo como constantes, a velocidade de corte (vc) em 60 m/min, a profundidade de usinagem (ap) em 1 mm, além da penetração de trabalho (ae) em 16,8 mm e refrigeração abundante. Foram empregados cinco níveis distintos para o avanço por dente ( fz): 0,10 mm; 0,15 mm; 0,20 mm; 0,25 mm ou 0,30 mm. Após os ensaios, os corpos de prova foram caracterizados em termos de diferentes parâmetros de rugosidade, sendo todos os dados analisados estatisticamente por meio da análise de variância (ANOVA). Com relação à caracterização dos insertos retificados, não se verificou variação significativa na irregularidade das arestas em função dos diferentes raios de ponta preparados. O dimensionamento do portaferramentas se mostrou adequado para a operação, conferindo um coeficiente de segurança de projeto elevado. Sobre a integridade superficial das superfícies usinadas, os resultados mostram que com exceção de uma condição testada, todos os demais valores de Ra atendem à classe de rugosidade N6. O passe envolvendo re = 0,8 mm e fz = 0,15 mm provavelmente ocasionou maiores vibrações. A ANOVA indica que, em termos estatísticos, há influência somente do avanço ( f ) e da interação entre o avanço e o raio de ponta ( f x re) sobre os parâmetros de rugosidade Ra, Rq, Rt, Rz e Rmax, embora esses efeitos não sejam óbvios. Não se verificou diferença estatisticamente significativa para o fator de assimetria (Rsk), que tende a zero e, portanto, exprime uma superfície aproximadamente simétrica em termos de picos e vales. O mesmo para o fator de achatamento (Rku), que se manteve próximo a três, o que significa uma distribuição próxima à normal. Processos n° 2015/15622-2, 2017/12309-7 e 2017/12304-5, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Processos n° 88887.602219/2021-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Databáze: OpenAIRE
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