ABSTRACT Friction at the tool-chip and tool-workpiece interfaces is complex, making it difficult to determine the coefficient of friction in machining processes. Thus, several tribological tests were developed to simulate the cutting conditions and determine the coefficient of friction. This work presents a comparative analysis of the coefficient of friction between ABNT 1045 steel and WC-10Co coated with AlCrN using two methods: machining test and hot ring compression test. The machining test was carried out with an oblique cut at the cutting speeds used in the test were 150 and 220 m/min. The acquisition of the signals of the machining force components by means of a dynamometer. The ring compression test was carried out at temperatures of 200 and 400 °C. Friction coefficients were obtained through a mathematicals models. The statistical analysis of the coefficient of friction showed equivalence of the coefficient of friction in the oblique machining test at a cutting speed of 150 m/min with the hot ring compression test at 200 °C. As well as in the machining test at a cutting speed of 220 m/min with the hot ring compression test at 400 °C. The macrographic analysis of the ring after deformation in the ring compression test observed the influence of the test temperature on the displacement of the neutral radius. The surface analysis of the rings and matrices of the compression test was performed using optical microscopy (OM) and roughness Ra, where an increase in roughness was observed after the test and the presence of abrasive wear.

RESUMO O atrito nas interfaces ferramenta/cavaco e ferramenta/peça é complexo dificultando a determinação do coeficiente de atrito nos processos de usinagem. Assim, vários ensaios tribológicos foram desenvolvidos para simular as condições de corte e determinar o coeficiente de atrito. Este trabalho apresentou análise comparativa do coeficiente de atrito entre o aço ABNT 1045 e WC-10Co revestido com AlCrN por meio de dois métodos: ensaio de torneamento e ensaio de compressão de anel à quente. O ensaio de torneamento foi realizado com corte oblíquo nas velocidades de corte 150 e 220 m/min. A aquisição dos sinais das componentes de força da usinagem por meio de um dinamômetro. O ensaio de compressão de anel foi realizado nas temperaturas de 200 e 400 °C. Os coeficientes de atrito foram obtidos por meio de modelos matemáticos. A análise estatística do coeficiente de atrito apontou equivalência do coeficiente de atrito no ensaio de torneamento na velocidade de corte 150 m/min com o ensaio de compressão de anel à quente 200 °C. Assim como no ensaio de torneamento na velocidade de corte 220 m/min com o ensaio de compressão de anel à quente 400 °C. A análise macrográfica do anel após a deformação no ensaio de compressão de anel observou a influência da temperatura de ensaio no deslocamento do raio neutro. A análise superficial dos anéis e das matrizes do ensaio de compressão foi realizada por meio de microscopia óptica (MO) e rugosidade Ra, onde observou-se o aumento da rugosidade após o ensaio e a presença de desgaste abrasivo.

RESUMO A otimização dos parâmetros de corte na usinagem de metais tem sido uma grande preocupação na manufatura de peças de diversos setores. Reduzir o desgaste da ferramenta e melhorar a qualidade da superfície usinada são algumas das metas do processo de corte. Nesse sentido, a temperatura de corte tem se mostrado o parâmetro mais adequado para correlacionar o desgaste da ferramenta, integridade da superfície e também força de corte. Desse modo, o objetivo geral desta pesquisa foi validar a existência de uma temperatura ótima de corte onde a mínima taxa de desgaste, mínima força de corte e mais alta qualidade da superfície usinada podiam ser alcançadas. Para tanto, foram utilizados os métodos de menor força de corte estabilizada e melhor qualidade da superfície usinada no torneamento a seco do aço ABNT 1045 recozido utilizando insertos de metal duro com revestimento PVD - (Al, Ti)N variando-se os parâmetros de corte: avanço e velocidade de corte. Em um segundo momento, para conferir se o menor desgaste coincide com a menor força de corte e melhor rugosidade da superfície usinada, foram realizados testes de desgaste da ferramenta medindo-se o desgaste de flanco, de entalhe e perda de massa dos insertos em diferentes velocidades de corte. Os resultados mostraram que, não foi possível validar a existência de uma temperatura ótima de corte pelos métodos propostos, pois foram encontradas diferentes temperaturas correspondentes ao início da estabilização das forças de corte nos avanços estudados. Os valores da rugosidade, parâmetro Ra, tiveram variações pequenas e aleatórias em um mesmo avanço com o aumento da temperatura e velocidade de corte. Os resultados dos três testes de desgaste da ferramenta apontaram para um desgaste crescente com o aumento da velocidade de corte, com isso, constatou que o menor desgaste não ocorreu na mínima força de corte.

ABSTRACT The optimization of cutting parameters in metal machining has been a considerable concern in the manufacture of parts from various industries. Reducing the wear of the tool and improving the quality of the machined surface are some of the goals in the optimization of the cutting process. In this sense, the cutting temperature has been shown to be the most adequate parameter to correlate tool wear, surface integrity and also cutting force. Thus, the overall objective of this research was to validate the existence of an optimum cutting temperature where the minimum wear rate, minimum cutting force and higher quality machined surface could be achieved. For this, the methods of lower stabilized cutting force and better machined surface quality were used in the dry turning of ABNT 1045 steel annealed using coated cemented carbide inserts PVD - (Al, Ti)N varying the cutting parameters: feed rate and cutting speed. In a second moment, to check if the lesser wear coincides with the lower cutting force and better roughness of the machined surface, tool wear tests were performed measuring flank wear, notch wear and mass loss of the inserts at different cutting speeds. The results showed that it was not possible to validate the existence of an optimum cutting temperature by the proposed methods, since different temperatures corresponding to the beginning of the stabilization of the forces in the studied feeds were found and the roughness values, Ra parameter, had small and random variations in the same feed rate with increasing temperature and cutting speed. The results of the three tests of tool wear pointed to an increasing wear with the increase of the cutting speed, with that, found that the less wear did not occur in the minimum cutting force.

RESUMO Dentre os diversos processos de fabricação destaca-se a usinagem. Dentre suas operações tem-se a de fresamento que, confere características à superfície gerada que influem no desempenho do componente ou peça em trabalho. Uma destas características é a tensão residual induzida pelo processo. Dependendo de seu caráter, trativo ou compressivo, intensidade e profundidade afetada, pode ser benéfica ou deletéria. Neste trabalho foi investigado o efeito dos parâmetros, velocidade de corte, ângulo de posição da fresa e condição do material, aço ABNT 4340, obtida pelos tratamentos térmicos de recozimento e normalização, sobre a tensão residual induzida na superfície. Para isto, foi realizado um planejamento fatorial 2x3x2 com três réplicas. As tensões residuais foram medidas pelo método do furo central. Os resultados obtidos foram organizados e analisados sob os aspectos qualitativo, perfil ao longo da profundidade, e quantitativo. Os resultados indicaram que o aumento da velocidade de corte fez com que a tensão residual induzida na superfície fosse compressiva ou menos trativa. A variação do ângulo de posição exerceu efeito discreto sobre a tensão residual. O material fresado na condição normalizado apresentou tensões residuais compressivas enquanto que na condição recozido, trativas. Para avaliação do aspecto quantitativo foi realizada uma análise de variância para os dados referentes às tensões residuais induzidas na profundidade de 17µm abaixo da superfície. O resultado demonstrou que os dados seguem uma distribuição normal e que os fatores velocidade de corte e tratamento térmico se mostraram significativos ao nível de confiança de 95% tanto isoladamente quanto nas interações de segunda e terceira ordem.

ABSTRACT Among the various manufacturing processes, it is worth mentioning the machining. Among its operations is milling, which confers characteristics to the surface generated that influence the performance of the component or workpiece. One of these characteristics is the process-induced residual stress. Depending on its character, trative or compressive, intensity and depth affected, it can be beneficial or deleterious. This work investigated the effect of the parameters, cutting speed, edge angle and material condition, ABNT 4340 steel, obtained by annealing and normalizing heat treatments on residual stress induced on the surface. For this, a 2x3x2 factorial design with three replicates was performed. The residual stresses were measured by the hole drilling method. The results obtained were organized and analyzed on the qualitative aspects, profile along the depth, and quantitative. The results indicated that the increase of cutting speed caused the residual stress induced on the surface to be compressive or less tractive. The variation of the edge angle exerted a discrete effect on the residual stress. The milled material in the normalized condition showed compressive residual stresses, on the other hand in the annealed condition trative one. In order to evaluate the quantitative aspect, a variance analysis was performed for the residual stress induced in the depth of 17µm beneath surface. The results showed that the data follow a normal distribution and that the cutting speed and heat treatment factors were found to be significant at the 95% confidence level both in isolation and in the second and third order interactions

RESUMO No presente trabalho procurou-se compreender os fenômenos associados à usinagem do aço ABNT 4340 utilizando ferramentas de corte de metal duro e cermet, ambas com geometria do quebra-cavaco para usinagem leve (LP) e média (MP). Nesse sentido, analisou-se a influência da variação do avanço, quebracavaco e o material da ferramenta de corte nos parâmetros de resposta do processo, força de corte, rugosidade, forma do cavaco e análise das superfícies de saída e de folga dos insertos durante a operação de torneamento. Inicialmente, um planejamento fatorial completo 23 foi empregado para análise da força de corte e rugosidade. Em relação à análise da força de corte, a análise de variância (ANOVA) indicou que o material da ferramenta de corte e o avanço afetaram significativamente a força de corte, sendo os menores valores alcançados com a ferramenta de corte cermet e o menor nível de avanço. Quanto à rugosidade Rq, diferentes níveis de materiais de ferramenta ou quebra-cavacos não foram suficientes para alterar significativamente o valor de Rq. Em relação ao cavaco, o avanço e o tipo de quebra-cavaco influenciaram na sua forma. Como última análise, para os parâmetros de corte estabelecidos e percurso de corte, não foi possível identificar desgaste nas ferramentas de corte, no entanto, a análise por EDS apontou a adesão de material nas superfícies de folga e de saída para ambas ferramentas avaliadas.

ABSTRACT In the present work the aim was to understand the phenomena associated with the machining of ABNT 4340 steel using carbide and cermet cutting tools, both with chipper geometry for light (LP) and medium machining (MP). In this sense, the influence of the variation of the feed rate, the chip breaker and the cutting tool material on the parameters of process response, shear force, shear strength, chip form and analysis of the outlet and gap surfaces of the inserts during the turning operation. Initially, a complete factorial design 23 was used for analysis of shear strength and roughness. In relation to the shear force analysis, the analysis of variance (ANOVA) indicated that the cutting tool material and the feed significantly affected the cutting force, the lowest values being obtained with the cermet cutting tool and the lowest level of advancement. As for Rq roughness, different levels of tool materials or chip breakers were not sufficient to significantly alter the value of Rq. In relation to the chip, the advance and the type of chipbreaker influenced its shape. As a last analysis, it was not possible to identify wear on the cutting tools, for the established cutting parameters and cut path, however, the EDS analysis pointed to the adhesion of material to the clearance and exit surfaces for both tools evaluated.

RESUMO O conhecimento acerca das propriedades mecânicas dos materiais é de grande importância para aplicações de engenharia. O estudo dessas propriedades é necessário para o desenvolvimento de novos equipamentos ou produtos e uma importante propriedade é a resistência à fadiga. O objetivo deste trabalho é apresentar o projeto e construção de uma máquina para ensaio de fadiga por flexão. O projeto da máquina foi dividido em subconjuntos distintos denominados estrutural, dinâmico e de controle e coleta de dados, sendo cada subconjunto formado por peças e acessórios necessários para a realização dos ensaios de fadiga. Neste contexto, merece destaque a concepção de um novo sistema que permite a variação da tensão aplicada durante o ensaio, o qual é mais simples e não menos eficiente em comparação àqueles tradicionalmente utilizados em máquinas comerciais do mesmo porte. Ensaios preliminares foram realizados utilizando corpos de prova de aço ABNT 1020 no estado recozido e os resultados indicaram que a máquina apresenta desempenho satisfatório, pois foi possível a realização dos testes, o registro dos resultados e a consequente obtenção de dados confiáveis para elaboração da curva de Wöhler.

ASBTRACT Knowledge regarding properties of materials is of utmost importance for engineering applications. The study of these properties is crucial for the development of new equipment or products and an important property is the fatigue resistance of materials. The goal of this work is to design and build a fatigue machine for bending tests. Machine design has been split in different groups, namely structural, dynamic and control and data acquisition, each of them consisting of parts and accessories required to perform fatigue tests. A novel system for variation of the applied stress was developed, which is simpler and as effective as those traditionally used in commercial machines. Validation tests were performed using annealed AISI 1020 steel specimens and indicated that the machine presents satisfactory performance, thus allowing the generation of reliable data for plotting Wöhler curve.

RESUMO No presente trabalho procurou-se compreender os fenômenos associados à usinagem do aço ABNT 4340 utilizando ferramentas de corte de metal duro e cermet, ambas com geometria do quebra-cavaco para usinagem leve (LP) e média (MP). Nesse sentido, analisou-se a influência da variação do avanço, quebracavaco e o material da ferramenta de corte nos parâmetros de resposta do processo, força de corte, rugosidade, forma do cavaco e análise das superfícies de saída e de folga dos insertos durante a operação de torneamento. Inicialmente, um planejamento fatorial completo 23 foi empregado para análise da força de corte e rugosidade. Em relação à análise da força de corte, a análise de variância (ANOVA) indicou que o material da ferramenta de corte e o avanço afetaram significativamente a força de corte, sendo os menores valores alcançados com a ferramenta de corte cermet e o menor nível de avanço. Quanto à rugosidade Rq, diferentes níveis de materiais de ferramenta ou quebra-cavacos não foram suficientes para alterar significativamente o valor de Rq. Em relação ao cavaco, o avanço e o tipo de quebra-cavaco influenciaram na sua forma. Como última análise, para os parâmetros de corte estabelecidos e percurso de corte, não foi possível identificar desgaste nas ferramentas de corte, no entanto, a análise por EDS apontou a adesão de material nas superfícies de folga e de saída para ambas ferramentas avaliadas.

ABSTRACT In the present work the aim was to understand the phenomena associated with the machining of ABNT 4340 steel using carbide and cermet cutting tools, both with chipper geometry for light (LP) and medium machining (MP). In this sense, the influence of the variation of the feed rate, the chip breaker and the cutting tool material on the parameters of process response, shear force, shear strength, chip form and analysis of the outlet and gap surfaces of the inserts during the turning operation. Initially, a complete factorial design 23 was used for analysis of shear strength and roughness. In relation to the shear force analysis, the analysis of variance (ANOVA) indicated that the cutting tool material and the feed significantly affected the cutting force, the lowest values being obtained with the cermet cutting tool and the lowest level of advancement. As for Rq roughness, different levels of tool materials or chip breakers were not sufficient to significantly alter the value of Rq. In relation to the chip, the advance and the type of chipbreaker influenced its shape. As a last analysis, it was not possible to identify wear on the cutting tools, for the established cutting parameters and cut path, however, the EDS analysis pointed to the adhesion of material to the clearance and exit surfaces for both tools evaluated.