INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE CORTE APLICADOS À MICROUSINAGEM DA LIGA AA2024

Abstract

Micro-milling is an essential process in high-precision manufacturing, with significant potential for machining miniaturized components made from advanced metallic alloys such as the AA2024 aluminum alloy, widely used in the aerospace industry. Despite its potential, micro-milling remains underutilized in industrial settings due to the inherent challenges of microfabrication, particularly the lack of well-established guidelines for the appropriate selection of cutting parameters. Equations and models developed for conventional machining are not directly applicable at the microscale, as they do not account for specific phenomena at this scale, such as the plowing effect, in which the material is plastically deformed without being effectively removed, compromising surface quality and dimensional accuracy. Furthermore, the literature still lacks systematic experimental data to support the definition of efficient operational parameters in micro-milling. This study investigates the influence of cutting parameters—depth of cut, cutting speed, and feed rate—on surface roughness, burr formation, and cutting forces during the micro-milling of AA2024 alloy, using a 0.8 mm diameter tool coated with Aluminum Titanium Nitride (TiAlN). The research emphasizes the behavior of cutting forces under different operating conditions, with a focus on the plowing effect and its implications for surface integrity. Experimental results showed that increasing the depth of cut from 0.10 mm to 0.15 mm contributed to improved surface roughness, an effect attributed to the reduced predominance of plowing, particularly under conditions where the minimum uncut chip thickness approaches the non-removal threshold. Optical and scanning electron microscopy (SEM) analyses revealed the presence of aluminum oxides on the machined microchannel, indicating localized temperature rise associated with excessive plastic deformation. These findings reinforce the importance of careful selection of cutting parameters to minimize surface defects, optimize process efficiency, and enable the production of high-performance miniaturized components that meet the stringent requirements of the aerospace industry.

O microfresamento é um processo essencial na manufatura de alta precisão, com grande potencial de aplicação na usinagem de componentes miniaturizados em ligas metálicas avançadas, como a liga de alumínio AA2024, amplamente utilizada na indústria aeronáutica. Apesar de seu potencial, o microfresamento ainda é pouco explorado industrialmente devido às dificuldades inerentes à microfabricação, especialmente à ausência de diretrizes bem estabelecidas quanto à seleção adequada dos parâmetros de corte. Equações e modelos empregados na usinagem convencional não se aplicam diretamente à escala micrométrica, pois não consideram fenômenos específicos dessa escala, como o efeito plowing, em que o material é deformado plasticamente sem ser efetivamente removido, comprometendo a qualidade superficial e a precisão dimensional da peça. Além disso, a literatura ainda carece de dados experimentais sistemáticos que orientem a definição de parâmetros operacionais eficientes em microfresamento. Este estudo investiga a influência dos parâmetros de corte – profundidade de corte, velocidade de corte e velocidade de avanço – na rugosidade superficial, na formação de rebarbas e nas forças de usinagem durante o microfresamento da liga AA2024, utilizando uma ferramenta de 0,8 mm de diâmetro revestida com nitreto de alumínio titânio (TiAlN). A pesquisa enfatiza o comportamento das forças de corte sob diferentes condições operacionais, com foco no efeito plowing e suas implicações sobre a integridade superficial. Os resultados experimentais demonstraram que o aumento da profundidade de corte de 0,10 mm para 0,15 mm contribui para a melhora da rugosidade superficial, efeito atribuído à redução da predominância do plowing, principalmente em condições nas quais a espessura mínima do cavaco se aproxima do limite não removido. Análises por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV) evidenciaram a presença de óxidos de alumínio sobre o microcanal usinado, indicando aumento localizado da temperatura associado à deformação plástica excessiva. Esses achados reforçam a importância da seleção criteriosa dos parâmetros de corte para minimizar defeitos superficiais, otimizar a eficiência do processo e viabilizar a produção de componentes miniaturizados com alto desempenho e qualidade, alinhados às rigorosas exigências da indústria aeronáutica.