Análise numérica da transferência de calor no processo de usinagem de aço livre-corte com ferramenta de aço-rápido

Resumo

No presente trabalho, verificou-se que é abordado temas interdisciplinares que envolvem duas das grandes áreas da engenharia mecânica: os processos de usinagem – em especial o torneamento – e a transferência de calor. Dessa forma, foi desenvolvido um estudo e validação da utilização do pacote comercial COMSOL Multiphysics ® com o auxílio da técnica inversa de transferência de calor LM presente no software para se estimar o fluxo de calor gerado e campos de temperatura na ferramenta de aço-rápido durante o processo de usinagem por torneamento, baseado nos dados experimentais obtidos presentes no trabalho desenvolvido por Santos (2008), resolvendo dessa forma o problema da transferência de calor aplicado ao processo de fabricação em questão no presente trabalho. A partir disso, pode-se obter resultados em relação ao campo de temperatura gerado na peça tridimensional confeccionada no software de desenho Dassault Systèmes SolidWorks ®, além disso, saber a temperatura na interface ferramenta-peça, o que é totalmente inviável fisicamente devido o contado físico realizado entre as duas peças. Ademais, também foi obtido e analisado o fluxo de calor gerado na interface de contato entre a ferramenta e a peça, a fim de tornar possível uma posterior análise quantitativa da energia térmica advinda do processo de usinagem realizado. Deste modo, o presente trabalho pode contribuir para com o aprofundamento dos estudos realizados que envolvem os efeitos térmicos desenvolvidos durante o processo de usinagem por torneamento, que além disso, também pode futuramente ser utilizados para outros processos de usinagem em que a temperatura e transferência de calor para a ferramenta utilizada seja um parâmetro crítico. Portanto, verificou-se que, conforme as literaturas que envolvem o assunto abordado neste trabalho, a temperatura resultante na interface de corte aumenta proporcionalmente à intensidade e grau de agressividade dos parâmetros de corte selecionados. Por fim, destaca-se a importância da obtenção dos parâmetros de campo de temperatura e fluxo de calor gerado na ferramenta de corte para o processo de usinagem por torneamento. Tal importância se dá devido ao fato de tais fatores estarem diretamente ligado e relacionados à eficiência e preservação da vida útil e características de corte da ferramenta utilizada durante este processo. Dessa forma, pode-se, a partir da fácil obtenção dessas informações via utilização do software comercial mencionado e utilizado nesse trabalho, realizar os ajustes de parâmetros e condições de corte do processo de usinagem por torneamento. O que faz com que o processo seja mais eficiente e que promova a conservação das características da ferramenta de corte por um período maior de utilização, ampliando dessa forma a sua vida útil. O que por fim, pode trazer grandes benefícios econômicos ao ramo industrial que se utiliza desse processo de usinagem no seu processo de fabricação.