COMPORTAMENTO TERMOMECÂNICO NA MICROUSINAGEM DO AÇO AISI 4140: SIMULAÇÃO NUMÉRICA COM VALIDAÇÃO EXPERIMENTAL

Resumo

Na última década, diversas pesquisas demonstraram como o software de elementos finitos pode ser usado para prever a formação do cavaco, as forças de corte, a temperatura, o desgaste da ferramenta, as tensões residuais na peça e outros parâmetros importantes na usinagem. Este artigo apresenta simulação usando FEM (Finite Element Method) com validação experimental no microtorneamento ortogonal do aço AISI 4140. Simulações de usinagem utilizando o software de FEM AdvantEdge® foram aplicadas para prever as forças de corte e de avanço, tensões de von Mises, tensão máxima de corte, deformação plástica, taxa de deformação e a distribuição de temperatura de corte. O trabalho visa avaliar a evolução das variáveis citadas em função do avanço utilizando ferramentas de metal duro sem revestimento. O corte ortogonal foi validado comparando as forças de corte obtidas experimentalmente com os resultados simulados. Também foi realizada uma previsão da temperatura de corte, deformação plástica e taxa de deformação plástica durante a usinagem de aço AISI 4140. A combinação da técnica de elementos finitos com medições reais de teste de corte permite melhorar e aperfeiçoar as condições de usinagem. Os resultados experimentais e simulados mostraram valores próximos no que respeita a força de corte. Palavras-chave: Aço AISI 4140; FEM; Simulação de usinagem; Temperatura de corte; Microusinagem. THERMO-MECHANICAL BEHAVIOR IN THE MICROMACHINING OF THE AISI 4140: NUMERICAL SIMULATION WITH EXPERIMENTAL VALIDATION ABSTRACT In the last decade, various researches has shown how the finite element software can be used to predict the chip formation, cutting forces, temperature, tool wear, residual stresses in workpiece and other important parameters in machining. This article presents simulation using FEM (Finite Element Method) with experimental validation in orthogonal microturning of AISI 4140 steel. Machining simulation using FEM AdvantEdge® were applied to predict the cutting and thrust forces, von Mises stress, maximum cutting stress, plastic deformation, deformation rate and cutting temperature distribution. The work aims to evaluate the evolution of these variables as a function of feed rate using uncoated carbide tools. The orthogonal cutting was validated by comparing the cutting forces obtained experimentally with simulated results. Predictions of cutting temperature, plastic deformation and deformation rate during the machining of AISI 4140 steel were also obtained. The combination of finite element technique with actual measurements of cutting test allows to improve and to optimize the machining conditions. Experimental and simulated results showed close values as regards the cutting force. Keywords: AISI 4140; Finite Element Method; Machining simulation; Cutting temperature; Micromachining.