Influência do desgaste em insertos de metal duro no processo de torneamento de aço SAE 4140

Abstract

Este trabalho investigou a influência do desgaste de insertos de metal duro no processo de usinagem do aço-liga SAE 4140, com foco no impacto sobre o acabamento e na resistência à fadiga das peças usinadas. O objetivo foi analisar comparativamente o desempenho entre operações realizadas com ferramentas novas e desgastadas. A pesquisa teve caráter experimental, envolvendo a usinagem do material nas duas condições mencionadas, seguida da realização de ensaios de fadiga por flexão rotativa conforme a norma ASTM E 466, e medições de rugosidade por meio de rugosímetro Mitutoyo. Os resultados foram analisados a partir das curvas S-N (Wöhler) obtidas nos ensaios e dos valores de rugosidade média (Ra). Constatou-se que, apesar das rugosidades médias das peças usinadas com insertos novos terem sido superiores, o desvio padrão nessa condição foi significativamente menor em comparação com os insertos desgastados, indicando maior uniformidade no processo. Em relação à resistência à fadiga, não foram observadas diferenças significativas nos valores médios entre as duas condições testadas. No entanto, os insertos desgastados propiciaram diferentes níveis de rugosidade superficial, o que resultou em maior dispersão no número de ciclos até a falha por fadiga. Observou-se que o elevado desvio padrão da rugosidade nas peças usinadas com insertos desgastados refletiu diretamente em um alto desvio padrão dos ciclos de fadiga. Isso evidencia que o desgaste da ferramenta aumenta a imprevisibilidade no comportamento à fadiga do material usinado, tornando o processo menos consistente sob essa condição.

This study investigated the influence of wear on cemented carbide inserts in the machining process of SAE 4140 alloy steel, focusing on the impact on surface finish and fatigue resistance of the machined parts. The objective was to comparatively analyze the performance between operations carried out with new and worn tools. The research had an experimental approach, involving the machining of the material under both mentioned conditions, followed by rotating bending fatigue tests in accordance with ASTM E 466, and surface roughness measurements using a Mitutoyo profilometer. The results were analyzed based on the S-N (Wöhler) curves obtained from the tests and the average roughness values (Ra). It was found that, although the average roughness of the parts machined with new inserts was higher, the standard deviation under this condition was significantly lower compared to the worn inserts, indicating greater process uniformity. Regarding fatigue resistance, no significant differences were observed in the average values between the two tested conditions. However, the worn inserts led to varying levels of surface roughness, which resulted in greater dispersion in the number of cycles until fatigue failure. It was observed that the high standard deviation in roughness for parts machined with worn inserts directly reflected in a high standard deviation of fatigue cycles. This indicates that tool wear increases the unpredictability of the fatigue behavior of the machined material, making the process less consistent under this condition.