Inductive methodology and case study for selection of cutting parameters in micromilling of Inconel 718

Autores

DOI:

https://doi.org/10.47456/bjpe.v10i3.44839

Palavras-chave:

Miniaturization, Micromilling, Size Effect, Cutting parameters, Inconel 718

Resumo

Manufacturing processes have been increasingly innovated to allow the fabrication of miniaturized parts with high levels of dimensional precision. The main difference between micromachining and conventional machining is size effect, which is due to the similar dimensions of the tool edge radius and the minimum chip thickness. Because of size effect, chip formation is more difficult, resulting in high specific cutting energy and poor surface quality. Thus, in micromachining processes, the adequate choice of cutting parameters is fundamental to enable chip formation. Inconel 718 is nickel-based superalloy that is often used in harsh environments because of its high strength and corrosion resistance. However, this material is widely known for its low machinability. Considering the difficulties associated with micromilling of hard-to-cut alloys, a study on the influence of different cutting parameters on output variables in micromilling of Inconel 718 has been conducted. By means of inductive methodology, case studies and bibliographic review, this work aims to determine the most efficient cutting parameters, tool materials and lubrication conditions in micromilling of Inconel 718. The determination of optimized cutting parameters considers the lowest tool wear rates and minimum burr formation.

Downloads

Biografia do Autor

Henrique Hansen Barros, John Deere Brasil

Engenheiro de Manufatura na John Deere Brasil. É Engenheiro Mecânico formado pela Universidade de Brasília graduado no ano de 2022.

Gabriel de Paiva Silva, École National Supérieure d'Arts et Métiers

Mestre em ciências mecânicas (2023) e engenheiro mecânico (2021) pela Universidade de Brasília - UnB. Atualmente, está cursando o doutorado na área de processos de fabricação no LAMPA (Laboratoire Angevin de Mécanique, Procedés et innovAtion), laboratório vinculado à ENSAM (École National Supérieure d'Arts et Métiers), em Angers, França. O tema da pesquisa do doutorado é a otimização de ferramentas de corte no torneamento da liga de titânio Ti6Al4V com resfriamento criogênico. Suas principais áreas de interesse incluem: usinagem sustentável; microfresamento; manufatura aditiva de metais; ligas de baixa usinabilidade; simulação computacional de usinagem.

Lucival Malcher, Universidade de Brasília

Doutor em Engenharia Mecânica, na área de Plasticidade Computacional, pela Universidade do Porto - FEUP, Portugal (2013) e também Doutor em Ciências Mecânicas, na área de Mecânica do Dano, pela Universidade de Brasília - UnB (2011). Atualmente é Professor da Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica. Foi Coordenador do Programa de Pós-graduação em Ciências Mecânicas (PPG-CM) no período de 2015-2019 e membro titular da câmara de pós-graduação da Faculdade de Tecnologia no mesmo período. Recebeu em 2013, o prêmio de melhor tese de doutorado em Mecânica Aplicada e Computacional pela Associação Portuguesa de Mecânica Teórica Aplicada e Computacional - APMTAC e foi um dos finalista ao prêmio de melhor tese de doutorado em Mecânica Computacional pela European Community on Computational Methods in Applied Sciences -ECCOMAS. Possui publicações em revistas de alto impacto como International Journal of Plasticity, International Journal of Mechanical Sciences, International Journal of Fatigue, entre outras, bem como capítulos de livros e mais de 60 artigos em congressos nacionais e internacionais. É Pesquisador de Produtividade em Pesquisa do CNPq - PQ 2, possui 14 dissertações de mestrado e 4 teses de doutorado defendidas como orientador principal, bem como atualmente orienta outras 2 teses de doutorado e 4 dissertações de mestrado, além de trabalhos de graduação e iniciação científica. É coordenador de projetos de pesquisa envolvendo financiamento privado e governamental que envolvem cerca de 4 milhões de reais. Possui parcerias internacionais que envolvem: ENS Paris Saclay-Cachan - França, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto - FEUP - Portugal e Instituto Superior Técnico de Lisboa - IST - Portugal. Desenvolve pesquisa nos seguintes temas: Plasticidade, Mecânica do Dano, Multi-escala, Elementos Finitos, Fadiga Multiaxial, Mecânica dos meios contínuos e Métodos numéricos.

Déborah de Oliveira, Universidade de Brasília

Professora da Universidade de Brasília - UnB, Departamento de Engenharia Mecânica - ENM da Faculdade de Tecnologia - FT. É Docente do Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas - PCMEC e atua como coordenadora do Laboratório de Usinagem. É Engenheira Aeronáutica (2015) formada pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU). Em 2017 obteve o título de Mestre em Engenharia Mecânica e em 2019 de Doutora em Engenharia Mecânica, também pela Universidade Federal de Uberlândia. Possui ainda graduação em Engenharia Mecânica (2019) pelo Centro Universitário UNA de Uberlândia. Suas linhas de pesquisa e principais áreas de interesse são: usinagem, superligas e materiais de baixa usinabilidade, tolerâncias em peças usinadas, fluidos de corte e lubrificantes sólidos. Os seus principais trabalhos em usinagem são relacionados aos processos de Retificação e Microfresamento. Atualmente é a secretária do Comitê Executivo de Engenharia de Fabricação da Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas - ABCM.

Referências

Aslantas, K. & Çiçek, A. (2018). The effects of cooling/lubrication techniques on cutting performance in micro-milling of Inconel 718 superalloy. Science Direct, 77, 70-73. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.219 DOI: https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.219

Bissacco, G., Hansen, H. N., & Chiffre, L. D. (2005). Micromilling of hardened tool steel for mould making applications. International Journal of Materials Processing Technology, 201-207. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2005.05.029 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2005.05.029

Camara, M., Rubio, J. C., Abraao, A., & Davim, J. (2012). State of the art on micromilling of materials, a review. Journal of Materials Science & Technology, 28(8), 673-685. https://doi.org/10.1016/S1005-0302(12)60115-7 DOI: https://doi.org/10.1016/S1005-0302(12)60115-7

Chae, J., Park, S. S., & Freiheit, T. (2006). Investigation of micro-cutting operations. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 6(3), 313-332. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2005.05.015 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2005.05.015

Flynn, B. B., et al (1990). Empirical research methods in operations management. Journal of operations management, 9, 250-284. https://doi.org/10.1016/0272-6963(90)90098-X DOI: https://doi.org/10.1016/0272-6963(90)90098-X

Garza-Reys, J. A. (2015). Green lean and the need for six sigma. International Journal of Lean Six Sigma, 226-248. DOI: https://doi.org/10.1108/IJLSS-04-2014-0010

Kiswanto, G. Zariatin, D. L., & Ko, T. J. (2014). The effect of spindle speed, feed-rate and machining time to the surface roughness and burr formation of aluminum alloy 1100 in micro-milling operation. Journal of Manufacturing Processes, (16), 435-450. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2014.05.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2014.05.003

Kiswanto, G. Zariatin, D. L., & Ko, T. J. (2019). The Effect of Machining Parameters to the Surface Roughness in Low Speed Machining Micro-milling Inconel 718. International Conference on Materials and Intelligent Manufacturing, 654 (1). DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/654/1/012014

Kuram, E. & Ozcelik, B. (2015). Optimization of machining parameters during micro-milling of Ti6Al4V titanium alloy and inconel 718 materials using Taguchi method. Journal of Engineering Manufacture. http://dx.doi.org/10.1177/0954405415572662 DOI: https://doi.org/10.1177/0954405415572662

Liu, K. & Melkote, S. N. (2007). Finite element analysis of the influence of tool edge radius on size effect in orthogonal micro-cutting process. International Journal of Mechanical Sciences, 49, 650-660. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2006.09.012 . DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2006.09.012

Oliveira, D. de. (2019). Efeito escala e integridade superficial no microfresamento da liga de níquel inconel 718. (PhD thesis) - Federal University of Uberlândia, Uberlândia, MG, Brasil.

Oliveira, D. de., et al. (2021). Experimental and Computational Contribution to Chip Geometry Evaluation When Micromilling Inconel 718. Wear, 47,(203658). https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203658 DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203658

Oliveira, D. de., Gomes, M. C., Santos, A. G. dos., & Silva, M. B. da. (2021). Influence of Cutting Fluid Application Frequency in Micromilling Cutting Forces. International Journal of Engineering Materials and Manufacture, 6(3), 195-201. https://doi.org/10.26776/ijemm.06.03.2021.11 DOI: https://doi.org/10.26776/ijemm.06.03.2021.11

Oliveira, D de., Gomes, M. C., & Silva, M. B. da. (2019). Spheroidal chip in micromilling. Wear. 426-427, 1672-1682. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.01.090

Sadiq, M. A. et al. (2018) Experimental study of micromilling selective laser melted inconel 718 superalloy. Procedia Manufacturing, 26, 983–992. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.07.129 DOI: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.07.129

Saedon, J. B., et al. (2012). Prediction and optimization of tool life in micromilling aisi d2 (62 hrc) hardened steel. Procedia Engineering, (41), 1674-1683. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.367 DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.367

Santos, A. G. dos., et al. (2021). Evaluation of the cutting fluid influence in the burr formation when micro milling inconel 718 and uns s32205 duplex stainless steel. Brazilian Journal of Development, 7(6), 56931-5694. http://dx.doi.org/10.1016/j.promfg.2020.05.082 DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv7n6-209

Silva, G. P., Silva, M. B., & Oliveira, D. de. (2023). Influence of Abrasive Deburring in Indirect Tool Wear Measurement in Micromilling of Inconel 718. Journal of Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 45(262). DOI: https://doi.org/10.1007/s40430-023-04190-1

Ucun, I., Aslantas, K., & Bedir, F. (2015). The performance of dlc-coated and uncoated ultra-fine carbide tools in micromilling of inconel 718. Precision Engineering, 41, 135-144. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2015.01.002 DOI: https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2015.01.002

Wang, F., et al. (2017). Micromilling simulations for the hard-to-cut material, 13th global congress on manufacturing and management, gcmm 2016. Procedia Engineering, 174, 693-699. http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2017.01.209 DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.01.209

Zanella, L. C. H. (2013). Metodologia de Pesquisa. 2. ed. [S.l.]: Universidade Federal de Santa Catarina / Sistema UAB.

Downloads

Publicado

26.07.2024

Como Citar

Barros, H. H., Silva, G. de P., Malcher, L., & Oliveira, D. de. (2024). Inductive methodology and case study for selection of cutting parameters in micromilling of Inconel 718. Brazilian Journal of Production Engineering, 10(3), 153–163. https://doi.org/10.47456/bjpe.v10i3.44839

Edição

v. 10 n. 3 (2024): Número Regular (Julho - Setembro)

Seção

ENGENHARIA DE OPERAÇÕES E PROCESSOS DA PRODUÇÃO

Licença

Copyright (c) 2024 Brazilian Journal of Production Engineering

Creative Commons License
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Atribuição 4.0 internacional CC BY 4.0 Deed

Esta licença permite que outros remixem, adaptem e desenvolvam seu trabalho não comercialmente, contanto que eles creditem a você e licenciem suas novas criações sob os mesmos termos.