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Authors
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Abstract(s)
The Inconel 718 alloy displays high mechanical strength at high temperatures, high hardness, tendency to undergo work hardening and low thermal conductivity, which makes it widely used in the aeronautical, aerospace, biomedical and petrochemical industries. However, due to these characteristics, this alloy is considered a difficult-to-machine material, which can cause great damage or breakage in the cutting tools, excessive wear, and short tool lifetime. Milling process is the most used in the machining of this alloy, since it is a flexible process in the production of dissimilar shapes and high surface quality finishing parts. The use of coatings applyed over the surface of the machining tools has been observed to improve their performance and the surface quality of the machining parts. Based on this, the objective of this project was to evaluate the wear behavior of endmill coated tools during the machining of Inconel 718 alloy, using multi-layered TiN/TiAlN coating, deposited by sputtering HiPIMS process. For this, different machining parameters such as cutting speed, cutting length and feed per tooth were varied. After the machining tests, the surface quality of the machined material was assessed, the wear of the tool was evaluated, the wear mechanisms characterized, and the tool lifespan analyzed. It was found that the cutting length has a great influence on the machined surface and the resulting wear. The greater this parameter, the worse the surface quality and the higher the resulting wear. As for the predominant wear mechanisms, abrasion and material adhesion were identified, both on the coating and on the substrate of the tool, in all tested conditions. In addition, in some cases, builtup edges were developed. It was also observed that the TiN undercoat improved resistance to crack propagation, as this phenomenon was not identified in tools after milling operations. As for tool lifespan, it was found that the higher the cutting speed, the higher the flank wear, and consequently, the shorter the tool lifespan. Thus, the parameter that had the greatest influence on tool lifespan, in addition to cutting length, was the cutting speed.
A liga Inconel 718 apresenta alta resistĂȘncia mecĂąnica mesmo em altas temperaturas, alta dureza, tendĂȘncia a endurecimento por trabalho a frio, e baixa condutividade tĂ©rmica, o que a torna amplamente utilizada nas indĂșstrias aeronĂĄutica, aeroespacial, biomĂ©dica e petroquĂmica. No entanto, devido a essas caracterĂsticas, essa liga Ă© considerada um material de difĂcil maquinar, podendo causar grandes danos ou fraturas nas ferramentas de corte, desgaste excessivo e curta vida Ăștil da ferramenta. O processo de fresagem Ă© o mais utilizado na maquinagem desta liga, por ser um processo flexĂvel na produção de formas dissimilares e peças com acabamento de alta qualidade superficial. Verificou-se que o uso de revestimentos sobre a superfĂcie das ferramentas de maquinagem permitem melhorar o seu desempenho e a qualidade superficial das peças maquinadas. Com base nisso, o objetivo deste projeto foi avaliar o comportamento ao desgaste de ferramentas revestidas, nomeadamente fresas de topo, protegidas com um revestimento multicamada do sistema TiN/TiAlN, depositadas pelo processo de sputtering HiPIMS, durante a maquinagem da liga Inconel 718. Para isso, foram variados diferentes parĂąmetros de maquinagem como velocidade de corte, o comprimento de corte e o avanço por dente. ApĂłs os ensaios de maquinagem, foi avaliada a rugosidade da superfĂcie maquinada, o desgaste da ferramenta, caracterizados os mecanismos de desgaste e determinado o tempo de vida Ăștil da ferramenta. Verificou-se que o comprimento de corte tem grande influĂȘncia na superfĂcie maquinada e no desgaste resultante, sendo que quanto mais elevado for esse parĂąmetro, pior Ă© a qualidade superficial e maior o desgaste resultante. Quanto aos mecanismos de desgaste predominantes, foram identificados abrasĂŁo e adesĂŁo de material, tanto relativo ao revestimento, quanto ao substrato da ferramenta nĂŁo revestida, em todas as condiçÔes ensaiadas. AlĂ©m disso, em alguns casos, pode ser observado a formação de aresta postiça. Observou-se ainda que a subcamada de TiN melhorou a resistĂȘncia Ă propagação de fissuras, visto que nenhuma fissura foi identificada nas ferramentas apĂłs as operaçÔes de fresagem. Quanto Ă vida Ăștil da ferramenta, verificou-se que quanto maior a velocidade de corte, maior o desgaste de flanco e, consequentemente, menor a sua vida Ăștil. Assim, o parĂąmetro que teve maior influĂȘncia na vida da ferramenta, alĂ©m do comprimento de corte, foi a velocidade de corte.
A liga Inconel 718 apresenta alta resistĂȘncia mecĂąnica mesmo em altas temperaturas, alta dureza, tendĂȘncia a endurecimento por trabalho a frio, e baixa condutividade tĂ©rmica, o que a torna amplamente utilizada nas indĂșstrias aeronĂĄutica, aeroespacial, biomĂ©dica e petroquĂmica. No entanto, devido a essas caracterĂsticas, essa liga Ă© considerada um material de difĂcil maquinar, podendo causar grandes danos ou fraturas nas ferramentas de corte, desgaste excessivo e curta vida Ăștil da ferramenta. O processo de fresagem Ă© o mais utilizado na maquinagem desta liga, por ser um processo flexĂvel na produção de formas dissimilares e peças com acabamento de alta qualidade superficial. Verificou-se que o uso de revestimentos sobre a superfĂcie das ferramentas de maquinagem permitem melhorar o seu desempenho e a qualidade superficial das peças maquinadas. Com base nisso, o objetivo deste projeto foi avaliar o comportamento ao desgaste de ferramentas revestidas, nomeadamente fresas de topo, protegidas com um revestimento multicamada do sistema TiN/TiAlN, depositadas pelo processo de sputtering HiPIMS, durante a maquinagem da liga Inconel 718. Para isso, foram variados diferentes parĂąmetros de maquinagem como velocidade de corte, o comprimento de corte e o avanço por dente. ApĂłs os ensaios de maquinagem, foi avaliada a rugosidade da superfĂcie maquinada, o desgaste da ferramenta, caracterizados os mecanismos de desgaste e determinado o tempo de vida Ăștil da ferramenta. Verificou-se que o comprimento de corte tem grande influĂȘncia na superfĂcie maquinada e no desgaste resultante, sendo que quanto mais elevado for esse parĂąmetro, pior Ă© a qualidade superficial e maior o desgaste resultante. Quanto aos mecanismos de desgaste predominantes, foram identificados abrasĂŁo e adesĂŁo de material, tanto relativo ao revestimento, quanto ao substrato da ferramenta nĂŁo revestida, em todas as condiçÔes ensaiadas. AlĂ©m disso, em alguns casos, pode ser observado a formação de aresta postiça. Observou-se ainda que a subcamada de TiN melhorou a resistĂȘncia Ă propagação de fissuras, visto que nenhuma fissura foi identificada nas ferramentas apĂłs as operaçÔes de fresagem. Quanto Ă vida Ăștil da ferramenta, verificou-se que quanto maior a velocidade de corte, maior o desgaste de flanco e, consequentemente, menor a sua vida Ăștil. Assim, o parĂąmetro que teve maior influĂȘncia na vida da ferramenta, alĂ©m do comprimento de corte, foi a velocidade de corte.
Description
Keywords
Machining Milling Tool wear mechanisms TiN/TiAlN films Inconel 718 PVD coatings HiPIMS Machined surface quality Maquinagem Fresagem Mecanismos de desgaste das ferramentas Revestimento multicamada de TiN/TiAlN Inconel 718 Deposição PVD Qualidade da superfĂcie maquinada