Numerical and experimental analysis of micromilling of inconel 718

Abstract

Em processos de microusinagem, as teorias geralmente utilizadas na usinagem convencional não são aplicáveis por causa do efeito escala, que é um fenômeno devido aos tamanhos semelhantes do raio da aresta de corte da ferramenta e a espessura mínima de cavaco. O Inconel 718 é uma superliga de níquel com excelentes propriedades mecânicas, porém apresenta baixa usinabilidade, principalmente quando microfresado. Simulações computacionais utilizando o método dos elementos finitos (MEF) podem ser utilizadas para estimar parâmetros de saída em processos de usinagem, desde que se conheça o modelo constitutivo que descreve o comportamento elastoplástico do material da peça. Portanto, o objetivo desta contribuição é analisar o microfresamento do Inconel 718 usando duas abordagens diferentes: uma simulação numérica por MEF e ensaios experimentais de microfresamento. A simulação computacional foi realizada no Abaqus CAE e as propriedades do Inconel 718 foram caracterizadas utilizando o modelo isotérmico de Johnson-Cook. Os ensaios experimentais consistiram na fabricação de microcanais em duas amostras de Inconel 718 utilizando ferramentas de metal duro com diâmetro de 400 𝜇m. A qualidade da usinagem realizada pelas simulações foi analisada e comparada com os resultados obtidos experimentalmente. Alguns dos resultados mais importantes das simulações mostraram que uma ferramenta desgastada (com raio de aresta de corte 5 𝜇m) gera pior formação de cavacos, forças de corte até 300% maiores e tensões residuais até 11.7% maiores no material usinado do que uma ferramenta afiada (com raio de aresta de corte 1 𝜇m). Os resultados experimentais mostraram que valores elevados de avanço por dente (4.0 𝜇m) e profundidade de corte (40 𝜇m) geram pior qualidade superficial nos microcanais, com forças de corte elevadas (maiores que 0.75 N) e altas taxas de desgaste, podendo até causar ruptura da ferramenta.