Análise Numérica da Influência Térmica dos Revestimentos em Ferramentas de Corte Usando o Programa COMSOL e Problemas Inversos.

Abstract

Neste trabalho tem-se o objetivo de analisar os efeitos térmicos de revestimentos em uma ferramenta de metal duro durante o processo de torneamento, usando o programa COMSOL Multiphysics 5.2 e uma técnica de problemas inversos. O modelo térmico consiste em uma ferramenta de metal duro, um porta-ferramentas e um calço e é descrito pela equação de difusão de calor tridimensional transiente que foi resolvida usando o programa COMSOL. Dentre as vantagens da utilização deste programa pode-se destacar a facilidade de se modelar o revestimento, que apresenta um valor de espessura pequeno na ordem de micrometro (μm). Nitreto de Titânio (TiN) e Óxido de Alumínio (Al₂O₃) são os materiais utilizados para o revestimento da ferramenta. O modelo está sujeito às condições de contorno de convecção e radiação nas regiões expostas ao ambiente e fluxo de calor prescrito na interface de contato cavaco-ferramenta. As propriedades térmicas usadas são dependentes da temperatura. A técnica inversa adotada para a solução do problema inverso é a Função Especificada. Esta técnica procura por um valor de fluxo de calor que minimiza uma função objetivo, que é definida pelo quadrado da diferença da temperatura experimental e numérica para cada intervalo de tempo. Um código numérico em MATLAB em conjunto com o software COMSOL é usado para estimar o fluxo de calor. Uma vez que o fluxo de calor é conhecido, o COMSOL é usado novamente para resolver a equação da difusão de calor transiente e obter o campo de temperatura no modelo. O fluxo de calor obtido neste trabalho é comparado com o fluxo de calor de trabalhos anteriores para validar a metodologia. As temperaturas na interface cavaco-ferramenta para as ferramentas de corte sem revestimento e revestidas foram determinadas. Para ambos os materiais do revestimento na ferramenta de corte revestida, a temperatura na interface cavaco-ferramenta foi superior quando comparado com a ferramenta de corte sem revestimento. Realizou-se também uma análise da influência da variação da espessura do revestimento.