Artigo Científico - USINABILIDADE DO FERRO FUNDIDO NO PROCESSO DE FURAÇÃO

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A Engenharia transformando ideias em soluções inteligentes 
Anais do 2° COEN – Congresso de Engenharias – Universidade Federal de São João del-Rei – MG 
Anais do 12° CONEMI – Congresso Nacional de Engenharia Mecânica e Industrial 
 USINABILIDADE DO FERRO FUNDIDO NO PROCESSO DE FURAÇÃO 
 
Óliver Dias Tiradentes (oliverdt@hotmail.com) 
(1)
; Durval Uchôas Braga (durval@ufsj.edu.br)
(1)
; 
Frederico Ozanan Neves (fred@ufsj.edu.br)
 (1)
; Alex Sander Chaves da Silva (achaves@ufsj.edu.br)
 (1)
 
 
 (1)
 Universidade Federal de São João Del Rei (UFSJ); Departamento de Engenharia Mecânica 
 
RESUMO: Os ferros fundidos são considerados materiais com boa usinabilidade confirmada 
através das baixas taxas de desgaste das ferramentas, altas taxas de remoção de material, força de 
usinagem e potência de corte relativamente baixa e de apresentarem cavacos geralmente pequenos e 
fragmentados. A grande maioria das peças projetadas apresenta pelo menos a indicação de um furo 
a ser feito por furação, neste sentido, objetiva-se avaliar o desempenho de brocas helicoidais no 
processo de furação do ferro fundido cinzento (FC-200), através de ensaios experimentais com 
diferentes materiais de brocas, parâmetros de corte, e meios auxiliares, tendo como variáveis de 
respostas o momento torçor, a força de avanço e a rugosidade da superfície do furo. Como 
resultados, sugere-se o uso de ferramentas de HSS sem meio auxiliar para redução de custos e 
preservação ambiental, principalmente devido as forças de avanços terem sido reduzidas. 
 
 
PALAVRAS-CHAVE: Ferro Fundido; Furação; Usinabilidade. 
 
MACHINABILITY OF CAST IRON IN DRILLING PROCESS 
 
ABSTRACT: The cast iron are considered materials with good machinability confirmed through the 
low rates of tool wear, high removal material rates, machining strength and cutting power relatively 
low because usually small and fragmented chips. The vast majority of pieces designed have least one 
hole to be made by drilling, in this sense, the goal is to evaluate the performance of twist drills in cast 
iron (FC-200) drilling process, through experimental tests with different materials of drills, cutting, 
fluids and feed rates. The answers variables are the torsion moment, the feed force and surface 
roughness of hole. As a result, it is suggested the use of HSS drills without cutting fluids for cost 
reduction and environmental preservation mainly because the feed forces have been reduced. 
 
KEYWORDS: Cast Iron; Drilling; Machinability. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2° COEN – UFSJ 
12° CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
As pesquisas em processos de fabricação com remoção de cavaco, ou seja, por 
usinagem, têm sua grande importância no fato de que esta representa a classe mais largamente 
empregada dentro da cadeia de fabricação de produtos mecânicos no industrializado mundo 
moderno. O seu impacto econômico é bastante significativo, uma vez que representa mais de 
15% do valor total de todos os produtos industrializados, quer sejam ou não mecânicos 
(RODRIGUES, 2005). 
 Dentre esses processos, a furação é, talvez, a operação mais utilizada pelas industrias 
de transformação metal-mecânica. Uma quantidade significativa de peças que são fabricadas 
em indústrias metalúrgicas e/ou de fabricação possui pelo menos um furo e, somente poucas 
dessas peças já vem com o mesmo agregado a peça bruta (DINIZ, COPPINI e 
MARCONDES, 2006). 
 Na indústria, o aumento na demanda pela busca de novos materiais está relacionado 
com o custo e a relação “eficiência/peso”. No esforço de alcançar estas exigências, 
empregam-se novos materiais com resistência similar, mas com baixa densidade ou aumenta-
se a resistência de materiais tradicionais através da adição de elementos de liga ou por 
tratamento térmico. A escolha depende de parâmetros tais como carregamentos mecânico e 
térmico ou condições de contorno como custos de manufatura, reciclagem, aceitação do 
público e usinabilidade (BARBOSA, COSTA e MACHADO, 2007). Dentre esses materiais 
englobam-se os ferros fundidos que quase sempre oferecem boa usinabilidade e baixo custo 
de produção. 
 A grande maioria das publicações em usinagem destaca que “A usinabilidade é 
definida como sendo uma grandeza que indica a facilidade ou dificuldade de se usinar um 
material”, salientado que esta não é uma propriedade do material e sim uma função do teste e 
das condições investigadas (MACHADO e SILVA, 2004). Das grandezas consideradas 
inerentes ao processo que podem ser apresentadas como índice de usinabilidade estão: a força 
de corte, potência consumida, vida da ferramenta, acabamento da superfície, taxa de desgaste, 
temperatura de corte e controle do cavaco. 
 No entanto, a maioria dos resultados de testes de usinabilidade se referem ao 
torneamento, por isso o interesse em ampliar os estudos para outros processos de usinagem 
como a furação, muito utilizado na indústria, cerca de 25% em tempo de usinagem e 33% em 
números de operação de todos os processos empregados (BORDINASSI, 2004). 
 
 
 
 
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2. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
 2.1 Equipamentos Utilizados 
 
 Os ensaios foram realizados no centro de usinagem Dicovery 560 com potência 
máxima do eixo árvore de 15 KW, rotação máxima de 10000 rpm e CNC Siemens. 
 As vistas das superfícies da broca foram obtidas através de um microscópio Mitutoyo 
TM-500 com câmera Moticam 2300, 3.0 MPixels e software de processamento de imagens 
MoticImages Plus 2.0. 
 Para o monitoramento do Momento Torçor e da Força de avanço, foi utilizado um 
dinamômetro piezoelétrico estacionário de quatro canais Kistler 9272, um amplificador de 
sinais Kistler 5070A e o software DynoWare também fornecido pela Kistler. 
 O sistema de aquisição de forças composto por estes equipamentos foi interligado em 
um microcomputador com processador Intel Pentium Dual Core 2.2GHz com 2GB de 
memória RAM. 
 Para a medição das rugosidades dos corpos de prova usinados, foi utilizado um 
Rugosímetro Surftest SJ-400 Mitutoyo. 
 
 2.2 Brocas, Corpo de Prova e Sistema MQL 
 
 Foram utilizados três diferentes materiais de brocas para os ensaios, sendo TITEX, 
MD K10, 10mmh8 Modelo A1263 sem cobertura e recoberta com MOS2, e também, broca 
de HSS de 10mm, como mostrado na Figura 1. 
 
 
FIGURA 1. Brocas utilizadas nos ensaios 
 
 O corpo de prova de Ferro Fundido cinzento, tipo F200, foi devidamente projetado 
para ser fixado ao dinamômetro, conforme mostrado na Figura 2(a). O sistema de aplicação 
de fluido atomizado foi devidamente adaptado e esta mostrado na Figura 2(b). 
 
 
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(a) 
 
(b) 
FIGURA 2. Corpo de prova (a) e Sistema de MQL (b). 
 
 2.3 Caracterizaçãodos Corpos de Prova 
 
TABELA 1. Propriedades mecânicas dos corpos de prova (ALVES, 2011). 
Propriedades Mecânicas 
Dureza Rockwell B 
(Média) 
Limite Res. Tração (Mpa) 
Centro Periferia 
 200 
73 78 
 
 
 2.4 Procedimento Experimental 
 
 Os fatores de controle avaliados, bem como seus respectivos níveis, foram: o tipo de 
material da ferramenta, três níveis (i), o avanço, três níveis (j) e o meio auxiliar, dois níveis 
(k), como mostrado na Tabela 2. Os ensaios foram realizados com velocidade constante e 
igual a 60 m/min. 
TABELA 2. Fatores de controle e níveis adotados. 
Fatores de Controle Unidade Níveis Especificações 
Ferramentas (i) - 3 MD1 MD2 e HSS 
 Avanço (f) (j) mm/rot 3 0,12 ; 0,16 ; e 0,20 
Meio Auxiliar (k) - 2 MQL e Sem fluido 
 
 As principais variáveis de resposta do processo de torneamento avaliadas neste 
trabalho encontram-se listadas na Tabela 3. 
 
 
 
 
 
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TABELA 3. Variáveis de resposta estudadas nos experimentos. 
Variáveis de resposta Unidade Tipo 
Força de avanço (Ff) N Quantitativa 
Momento (Mt) Nm Quantitativa 
Rugosidade média (Ra) μm Quantitativa 
Rugosidade máxima (Rz) μm Quantitativa 
 
 As forças foram monitoradas em todos os experimentos com uma frequência de 300 
Hz e os parâmetros de rugosidade foram medidos em três posições equidistantes na 
circunferência do início do furo nos corpos de prova usinados. 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
 Da análise dos resultados dos ensaios, pode-se observar a normalidade dos dados 
sendo passíveis de avaliação pelo modelo estatístico proposto, ou seja planejamento fatorial. 
Para o caso da resposta “Momento Torçor”, cujos resultados encontra-se na Tabela 4, pôde-se 
avaliar conjuntamente os diversos tratamentos para as variáveis de influência permitindo-nos 
opinar com 95% de confiança sobre a existência ou não de diferença significativa das 
mesmas para o processo de furação da liga de Ferro Fundido. 
TABELA 4. Momento Torçor versus variáveis de influência dos processo. 
3 3 2
3
1,60 2,34 1,74 3,01 2,70 2,43 3,19 2,05 3,23
2,31 2,27 1,00 2,43 2,98 2,51 3,67 3,64 3,32
1,96 2,04 2,08 2,99 2,48 3,13 2,83 3,68 3,67
1,96 1,41 1,89 2,98 2,54 1,42 2,08 3,27 3,23
2,28 1,90 1,66 2,65 2,06 2,15 2,61 3,44 3,53
1,78 2,43 1,78 2,59 1,94 2,74 2,97 2,79 2,62
Va
riá
ve
l (
i) 
- T
ip
o 
de
 B
ro
ca
Momento
Broca (k10 )
Broca K10 C/Cob
Broca HSS
Broca (k10 )
Broca K10 C/Cob
Broca HSS
PLAN. Fatorial 03 variáveis
Variável (i) - Tipo de Broca Var (j) - Avanço (mm/rot) Variável (k) Meio Aux.
Réplicas (n) n = 
Variável (k) Meio Aux.
Var (j) - Avanço (mm/rot) Variável (i) - Tipo de Broca
Seco
f1 0,12 mm/rot f2 0,16 mm/rot f3 0,20 mm/rot
MQL 30 ml/h
f1 0,12 mm/rot f2 0,16 mm/rot f3 0,20 mm/rot
 
 
 
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12° CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
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 As análises de variância (ANOVA) estão resumidas na Tabela 5 (a), indicando que 
deve existir pelo menos um avanço da broca com diferença para a variável Momento. Ainda, 
feito o teste de contraste entre estes avanços, concluiu-se que todos os avanços influenciaram 
o momento da broca diretamente proporcional, independente do meio auxiliar utilizado ou do 
material da broca. 
 Neste caso, acredita-se que o tipo de broca não tenha influenciado o momento torçor 
por se tratar de variável dependente da força de corte e, portanto, independente da aresta 
transversal da mesma. 
 Para o caso da Força de Avanço da broca, a análise não foi diferente e está mostrada 
na Tabela 5 (b). Neste caso, tanto o material da broca como o avanço influenciaram a força de 
avanço da broca como era de se esperar. Outro detalhe observado é que não existiu interação 
entre as variáveis de influência do processo de furação nas condições dos ensaios e, o sistema 
de mínima lubrificação MQL na vazão escolhida, não minimizou os esforços de corte e nem 
de avanço da broca. 
 
TABELA 5. Planejamento Fatorial Momento (a) e Força de Avanço (b). 
F0
F0i 1,02
F0j 30,71
F0k 3,87
F0ij 0,75
F0ik 0,22
F0jk 0,81
F0ijk 0,32
F 5%, (i-1), (ijk(n-1)
3,259
3,259
4,113
2,634
3,259
3,259
2,634
 
F0
F0i 13,861
F0j 146,301
F0k 3,698
F0ij 1,354
F0ik 0,397
F0jk 1,221
F0ijk 1,275
F 5%, (i-1), (ijk(n-1)
3,259
3,259
3,259
4,113
2,634
3,259
2,634
 
(a) (b) 
 
 Da análise dos resultados de rugosidade, pôde-se observar uma igualdade de 
comportamento tanto para a rugosidade média (Ra), e como máxima (Rz). No caso, o tipo de 
broca e o meio auxiliar mostraram diferenças significativas para a rugosidade da superfície do 
furo, independentemente do avanço utilizado. Porém, a análise mostrou haver dependência 
entre as variáveis, ferramenta e o avanço da mesma. 
 Considerando que a ANOVA aponta para a independência da variável avanço, 
independente da ferramenta utilizada, sugiro como explicação para a existência desta 
correlação entre elas, uma possível excentricidade na fixação das mesmas na árvore do centro 
de Usinagem. 
 Neste caso, os piores resultados foram obtidos quando utilizadas brocas de HSS sem 
meio auxiliar de corte. 
 
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 Pode-se dizer que, para o processo de furação, o fato da aresta secundária da broca 
estar em contato permanente com a superfície do furo a torne mais homogênea, contribuindo 
para a independência do avanço utilizado. 
4. CONCLUSÃO 
 
 Da análise dos resultados da pesquisa de furação do ferro fundido cinzento, F200, 
quando utilizadas brocas de Metal Duro (K10) com e sem cobertura e, também, Aço Rápido 
(HSS) nas condições de mínima lubrificação com 30 ml/h atomizada por ar comprimido e 
sem fluido de corte, utilizando ANOVA com 95% de confiança, podem-se concluir que: 
1. É possível avaliar com significância estatística a dependência entre variáveis de 
influência de um processo; 
2. Sendo o Momento Torçor dependente apenas do avanço da broca, sugere-se o uso de 
ferramentas de HSS sem meio auxiliar para redução de custos e preservação ambiental; 
3. Para o caso em que a Força de Avanço deva ser reduzida, sugere-se a broca HSS sem 
meio auxiliar de corte; 
4. Para a condição de acabamento do furo, expresso pela rugosidade de sua superfície, pode-
se indicar as brocas de Metal duro utilizadas com meio auxiliar de corte MQL com 30 
ml/h; 
5. O efeito lubrificante esperado pela atomização com 30 ml/h não foi suficiente para 
reduzir o efeito do atrito do cavaco com a broca; 
 
5. AGRADECIMENTOS 
 
 Os autores da pesquisa agradecem o apoio dado pela FAPEMIG, CNPQ e 
PIBIC/UFSJ. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
ALVES. D. J. da R.; Estudo do desempenho de ferramentasno processo de fabricação por 
torneamento em ferro fundido In: CONGRESSO DE PRODUÇÃO CIENTÍFICA, 10., 2011, 
São João Del Rei. Anais... São João Del Rei, 2011. 21p. 
BARBOSA, P. A; COSTA, E. S; MACHADO, A. R. Usinabilidade de ferro fundido 
austemperado e nodular perlítico em furação. In: Simpósio do Programa de Pós-Graduação 
em Engenharia Mecânica, 17., 2007, Uberlândia. 6p. 
BORDINASSI, E. C. ; ALMEIDA FILHO, C. O. C. ; DELIJAICOV FILHO, S. ; 
STIPKOVIC FILHO, M. ; BATALHA, G. F..; Investigações sobre o processo de furação. In: 
Workshop Novos Desenvolvimentos em Engenharia de Fabricação, 2004, São Paulo. 
Workshop Novos Desenvolvimentos em Engenharia de Fabricação, 2004. 
 
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BRAGA, D. U.; A técnica de mínima quantidade de fluido de corte aplicada no processo 
de furação de uma liga de Al-Si, Tese de Doutorado FEM, Universidade estadual de 
Campinas, Campinas – SP, Brasil, 2001. 
DINIZ, A. E., MARCONDES, F. C., COPPINI, N. L, Tecnologia da Usinagem dos 
Materiais, 5a Ed., São Paulo: Editora Artliber., 2006. 255p. 
MACHADO, A. R., DA SILVA, M. B., 2004, “Usinagem dos metais”, Apostila 8ª. 
Versão, Editora da Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, Brasil, 257p. 
RODRIGUES, A. R. Estudo da geometria de arestas de corte aplicadas em usinagem com 
altas velocidades de corte. Tese de Doutorado, Escola de Engenharia de São Carlos, 
Universidade de São Paulo. São Carlos, 2005.