As operações de usinagem compreendem uma parcela significativa do universo da manufatura sendo que atualmente algumas tendências bem definidas, como a usinagem de peças já endurecidas, vêm ganhando espaço no campo da fabricação de moldes e matrizes, em especial, mas também na indústria automotiva e de construção de máquinas. O torneamento e o fresamento de materiais, nesta difícil condição de usinagem, já estão estabelecidos na indústria. Assim, a conversão do processo de produção atual de materiais em estado mole para endurecido só será possível com todas as operações de usinagem incluídas. Devido a isso, a demanda por furação e roscamento de peças endurecidas está em constante crescimento. Essas operações apresentam dificuldades muito maiores do que as de torneamento e fresamento, daí a importância de ferramentas especificamente projetadas para elas. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo estudar o processo de desgaste sofrido pelas ferramentas durante a furação e roscamento de aços AISI D2 e AISI H13 com a utilização de diferentes velocidades de corte. As forças de corte e o torque também serão medidos durante o processo para avaliar seus comportamentos com o aumento da velocidade. Com os resultados obtidos verificou-se que na furação e roscamento de aços endurecidos de baixa usinabilidade, como no caso do aço AISI D2, o desgaste da ferramenta é muito acentuado, podendo tornar o processo inviável economicamente caso não sejam empregadas velocidades de corte extremamente reduzidas. De uma forma geral, a furação e o roscamento do AISI H13 pode ser viável, pois o número de furos/roscas obtidos dentro dos critérios especificados mostrou-se muito superior ao esperado. Os principais mecanismos de desgastes que atuaram nos machos de corte durante o processo de roscamento de ambos os aços (AISI D2 e AISI H13) foram abrasão nas superfícies de folga e adesão nas superfícies de saída de forma acentuada nos três primeiros filetes. / The cutting processes compose a huge part of the manufacturing universe and, nowadays, some well-defined trends, like cutting hardened materials, are increasing not only in die molding production but also in automotive and machine industries. The turning and milling processes of materials, in this difficult condition of cutting, are already applied in the mechanical industries. Therefore, the total conversion of the present production process of regular materials into hardened ones can only be reached when all the cutting processes are included. Because of that, the demands of drilling and tapping hardened materials have increased constantly. These operations require tools specifically designed for them, because they have proven themselves to be much more difficult than the turning and milling processes. In that way, this work aimed to study the wear process of drills and taps used to machining the AISI D2 and AISI H13 hardened steels with different cutting speeds. The cutting forces and the torque generated were also acquired during the cutting process to evaluate its behavior with the speed increase. After analyzing the results, a very aggressive tool wear was confirmed in the drilling and tapping process of hardened steels with bad machinability, like the AISI D2 steel, and this can make the process economically unfeasible if an extremely reduced cutting speed is not used. Generally, the drilling and tapping process of the AISI H13 can become economically viable, because the number of holes/threads achieved in accordance with the specified criteria was superior to the expected ones. In the cutting process of both materials (AISI D2 and H13), the main wear mechanism observed on the taps were abrasion, on the clearance surface, and adhesion, on the rake surface. This was severe for the first three threads of the tap.

As operações de usinagem compreendem uma parcela significativa do universo da manufatura sendo que atualmente algumas tendências bem definidas, como a usinagem de peças já endurecidas, vêm ganhando espaço no campo da fabricação de moldes e matrizes, em especial, mas também na indústria automotiva e de construção de máquinas. O torneamento e o fresamento de materiais, nesta difícil condição de usinagem, já estão estabelecidos na indústria. Assim, a conversão do processo de produção atual de materiais em estado mole para endurecido só será possível com todas as operações de usinagem incluídas. Devido a isso, a demanda por furação e roscamento de peças endurecidas está em constante crescimento. Essas operações apresentam dificuldades muito maiores do que as de torneamento e fresamento, daí a importância de ferramentas especificamente projetadas para elas. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo estudar o processo de desgaste sofrido pelas ferramentas durante a furação e roscamento de aços AISI D2 e AISI H13 com a utilização de diferentes velocidades de corte. As forças de corte e o torque também serão medidos durante o processo para avaliar seus comportamentos com o aumento da velocidade. Com os resultados obtidos verificou-se que na furação e roscamento de aços endurecidos de baixa usinabilidade, como no caso do aço AISI D2, o desgaste da ferramenta é muito acentuado, podendo tornar o processo inviável economicamente caso não sejam empregadas velocidades de corte extremamente reduzidas. De uma forma geral, a furação e o roscamento do AISI H13 pode ser viável, pois o número de furos/roscas obtidos dentro dos critérios especificados mostrou-se muito superior ao esperado. Os principais mecanismos de desgastes que atuaram nos machos de corte durante o processo de roscamento de ambos os aços (AISI D2 e AISI H13) foram abrasão nas superfícies de folga e adesão nas superfícies de saída de forma acentuada nos três primeiros filetes. / The cutting processes compose a huge part of the manufacturing universe and, nowadays, some well-defined trends, like cutting hardened materials, are increasing not only in die molding production but also in automotive and machine industries. The turning and milling processes of materials, in this difficult condition of cutting, are already applied in the mechanical industries. Therefore, the total conversion of the present production process of regular materials into hardened ones can only be reached when all the cutting processes are included. Because of that, the demands of drilling and tapping hardened materials have increased constantly. These operations require tools specifically designed for them, because they have proven themselves to be much more difficult than the turning and milling processes. In that way, this work aimed to study the wear process of drills and taps used to machining the AISI D2 and AISI H13 hardened steels with different cutting speeds. The cutting forces and the torque generated were also acquired during the cutting process to evaluate its behavior with the speed increase. After analyzing the results, a very aggressive tool wear was confirmed in the drilling and tapping process of hardened steels with bad machinability, like the AISI D2 steel, and this can make the process economically unfeasible if an extremely reduced cutting speed is not used. Generally, the drilling and tapping process of the AISI H13 can become economically viable, because the number of holes/threads achieved in accordance with the specified criteria was superior to the expected ones. In the cutting process of both materials (AISI D2 and H13), the main wear mechanism observed on the taps were abrasion, on the clearance surface, and adhesion, on the rake surface. This was severe for the first three threads of the tap.

Estudou-se os mecanismos e tipos de desgaste atuantes nos machos de corte no processo de roscamento com velocidades comumente utilizadas na indústria e com alta velocidade de corte, de forma a avaliar a influência da velocidade de corte, do tipo de revestimento de ferramenta e da condição de lubri-refrigeração sobre o desempenho dos machos de corte. A qualidade da rosca usinada e a formação de cavaco também foram objetos de estudo. Mediram-se sinais de torque e de corrente ao longo da vida das ferramentas, avaliando as suas possibilidades como indicadores de desgaste. O roscamento de furos passantes M8x1,25 foi realizado com velocidades de corte de 30 ou 60 m/min em ferro fundido cinzento GG25 nas condições sem fluido de corte ou com mínima quantidade de lubrificante (MQL). Foram utilizados machos de corte de aço rápido comum e fabricados por metalurgia do pó revestidos, com TiAIN ou com TiCN. Os principais mecanismos de desgaste foram abrasão, adesão e difusão, enquanto o principal tipo de desgaste observado foi o de flanco. A adesão de material da peça sobre a ferramenta foi o principal fator determinante do final de vida dos machos de corte. A utilização de revestimento foi eficiente na minimização da adesão. Entretanto, o TiAIN foi melhor em termos de vida da ferramenta e o TiCN na redução do torque e na qualidade visual da rosca usinada. A técnica MQL propiciou melhorias na usinagem em comparação com a condição a seco, principalmente na redução do torque em machos de corte revestidos. Os sinais de torque e de corrente foram eficientes no acompanhamento do desgaste de flanco apenas nos machos de corte revestidos. Por outro lado, apenas os sinais de torque podem servir como indicativo das etapas do ciclo de roscamento. / The mechanisms and types of wear were studied in tools used in the tapping process performed with speeds commonly used in the industry and also with high cutting speed. It was evaluated the influence of cutting speed, type of tool coating and cooling/lubrication condition on the performance of the taps. The quality of the machined threads and the chip formation were also assessed. During the experiments, torque and current signals were measured, assessing the possibilities of using them as tool wear indicators. The tapping of through holes M8x1,25 was accomplished with cutting speeds of 30 or 60 m/min in gray cast iron GG25 in the conditions dry or with Minimal Quantity of Lubricant (MQL). Taps of plain High Speed Steel (HSS) and taps manufactured by powder metallurgy and coated (HSS-Co-PM, one with TiAIN and other with TiCN) were used. The main wear mechanisms observed were abrasion, adhesion and diffusion, while the principal type was the flank wear. The adhesion of workpiece material on the tools was the main decisive factor for the end of tool life. The tool coatings used were efficient in minimizing the adhesion. However, TiAIN was better in terms of tool life and TiCN in the reduction of torque and also led to a better visual quality on the machined threads. The MQL technique brought improvements to the machining in comparison to the dry cutting condition, mainly in the reduction of the torque in coated taps. The torque and current signals wereefficient in indicating the flank wear, only on coated taps. On the other hand, the torque signals can only be used as indicative of tapping cycle stages.

Estudou-se os mecanismos e tipos de desgaste atuantes nos machos de corte no processo de roscamento com velocidades comumente utilizadas na indústria e com alta velocidade de corte, de forma a avaliar a influência da velocidade de corte, do tipo de revestimento de ferramenta e da condição de lubri-refrigeração sobre o desempenho dos machos de corte. A qualidade da rosca usinada e a formação de cavaco também foram objetos de estudo. Mediram-se sinais de torque e de corrente ao longo da vida das ferramentas, avaliando as suas possibilidades como indicadores de desgaste. O roscamento de furos passantes M8x1,25 foi realizado com velocidades de corte de 30 ou 60 m/min em ferro fundido cinzento GG25 nas condições sem fluido de corte ou com mínima quantidade de lubrificante (MQL). Foram utilizados machos de corte de aço rápido comum e fabricados por metalurgia do pó revestidos, com TiAIN ou com TiCN. Os principais mecanismos de desgaste foram abrasão, adesão e difusão, enquanto o principal tipo de desgaste observado foi o de flanco. A adesão de material da peça sobre a ferramenta foi o principal fator determinante do final de vida dos machos de corte. A utilização de revestimento foi eficiente na minimização da adesão. Entretanto, o TiAIN foi melhor em termos de vida da ferramenta e o TiCN na redução do torque e na qualidade visual da rosca usinada. A técnica MQL propiciou melhorias na usinagem em comparação com a condição a seco, principalmente na redução do torque em machos de corte revestidos. Os sinais de torque e de corrente foram eficientes no acompanhamento do desgaste de flanco apenas nos machos de corte revestidos. Por outro lado, apenas os sinais de torque podem servir como indicativo das etapas do ciclo de roscamento. / The mechanisms and types of wear were studied in tools used in the tapping process performed with speeds commonly used in the industry and also with high cutting speed. It was evaluated the influence of cutting speed, type of tool coating and cooling/lubrication condition on the performance of the taps. The quality of the machined threads and the chip formation were also assessed. During the experiments, torque and current signals were measured, assessing the possibilities of using them as tool wear indicators. The tapping of through holes M8x1,25 was accomplished with cutting speeds of 30 or 60 m/min in gray cast iron GG25 in the conditions dry or with Minimal Quantity of Lubricant (MQL). Taps of plain High Speed Steel (HSS) and taps manufactured by powder metallurgy and coated (HSS-Co-PM, one with TiAIN and other with TiCN) were used. The main wear mechanisms observed were abrasion, adhesion and diffusion, while the principal type was the flank wear. The adhesion of workpiece material on the tools was the main decisive factor for the end of tool life. The tool coatings used were efficient in minimizing the adhesion. However, TiAIN was better in terms of tool life and TiCN in the reduction of torque and also led to a better visual quality on the machined threads. The MQL technique brought improvements to the machining in comparison to the dry cutting condition, mainly in the reduction of the torque in coated taps. The torque and current signals wereefficient in indicating the flank wear, only on coated taps. On the other hand, the torque signals can only be used as indicative of tapping cycle stages.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IgorLA_DISSERT.pdf: 5014153 bytes, checksum: b4c50270935571b9e1c875a8c15841c3 (MD5) Previous issue date: 2014-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / In machining of internal threads, dedicated tools, known as taps, are needed for each profile type, diameter, and low cutting speed values are used when compared to main machining processes. This restriction in the cutting speed is associated with the difficulty of synchronizing the tool s rotation speed and feed velocity in the process. This fact restricts the flexibility and makes machining lead times longer when manufacturing of components with threads is required. An alternative to the constraints imposed by the tap is the thread milling with helical interpolation technique. The technique is the fusion of two movements: rotation and helical interpolation. The tools may have different configurations: a single edge or multiple edges (axial, radial or both). However, thread milling with helical interpolation technique is relatively new and there are limited studies on the subject, a fact which promotes challenges to its wide application in the manufacturing shop floor. The objective of this research is determine the performance of different types of tools in the thread milling with helical interpolation technique using hardened steel workpieces. In this sense, four tool configurations were used for threading milling in AISI 4340 quenched and tempered steel (40 HRC). The results showed that climb cut promoted a greater number of machined threads, regardless of tool configuration. The upcut milling causes chippings in cutting edge, while the climb cutting promotes abrasive wear. Another important point is that increase in hole diameter by tool diameter ratio increases tool lifetime / Na usinagem de roscas internas, ferramentas dedicadas, conhecidas como machos r?gidos s?o necess?rios para cada tipo de perfil e di?metro, al?m de reduzidos valores de velocidade de corte quando comparado aos principais processos de usinagem. Esta restri??o na velocidade de corte est? associada ? dificuldade de sincroniza??o da rota??o e velocidade de avan?o da ferramenta no processo. O fato restringe a flexibilidade e torna os tempos de usinagem longos diante da manufatura de componentes com roscas. Uma alternativa as restri??es impostas pelos machos r?gidos na usinagem de roscas ? o fresamento com a t?cnica de interpola??o helicoidal. A t?cnica ? a fus?o de dois movimentos: rota??o e interpola??o helicoidal. As ferramentas podem ter diferentes configura??es: uma ?nica aresta ou m?ltiplas arestas (no sentido axial, radial ou em ambos). Contudo, o fresamento de roscas com a t?cnica de interpola??o helicoidal ? relativamente novo e restritas pesquisas existem sobre o tema, fato que promove desafios para sua ampla aplica??o no ambiente de manufatura. O objetivo desta pesquisa ? determinar o desempenho dos diferentes tipos de ferramentas no fresamento de roscas com a t?cnica de interpola??o helicoidal em a?os endurecidos. Neste sentido, quatro ferramentas com diferentes configura??es foram utilizadas para usinagem de roscas em a?o AISI 4340 no estado temperado e revenido (40 HRC de dureza). Os resultados mostraram que a utiliza??o do corte concordante possibilitou a usinagem de um maior n?mero de roscas, independentemente do tipo de ferramenta. A utiliza??o do corte discordante causou avaria de lascamento nas arestas de corte, enquanto que o corte concordante promoveu desgaste abrasivo. Outro ponto relevante ? que o aumento da rela??o di?metro do furo e di?metro da ferramenta possibilitou incremento da vida da ferramenta