Aula-4 Processos de Usinagem

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PROCESSOS DE USINAGEM 
 
AULA 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Claudimir José Rebeyka 
 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Nesta aula, estudaremos as propriedades dos materiais das ferramentas 
de corte e veremos quais são os principais deles utilizados na sua fabricação. 
Também vamos analisar os principais tipos de desgastes e avarias dessas 
ferramentas. Por fim, vamos conhecer o conceito de usinabilidade dos materiais. 
Durante a usinagem, o material da ferramenta deve resistir ao corte do 
material da peça e, por isso, deve apresentar certas propriedades específicas, 
de acordo com o tipo da operação. Veremos que algumas propriedades dos 
materiais favorecem a realização da usinagem. Dentre as principais 
propriedades dos materiais de ferramentas, podemos destacar a dureza e a 
tenacidade. 
Cada peça reage ao processo de usinagem de forma diferente, 
contribuindo para o desgaste da ferramenta. Por isso, podemos utilizar diversos 
materiais para construção desses instrumentos. Alguns materiais serão mais 
adequados em determinadas circunstâncias, outros, em outras circunstâncias. A 
questão é: como podemos escolher os materiais mais adequados a um 
determinado processo de usinagem? 
Por outro lado, a usinabilidade pode ser compreendida como uma 
qualidade comparativa entre dois ou mais materiais em determinadas condições 
de usinagem. Quando a usinabilidade é melhor, corresponde ao aumento no 
rendimento da operação de usinagem. 
Os fabricantes utilizam este conhecimento para obter o melhor rendimento 
das ferramentas de corte e, consequentemente, desfrutar de condições de 
melhor usinabilidade, com base nas propriedades dos materiais. 
TEMA 1 – PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DAS FERRAMENTAS DE CORTE 
Já vimos que a usinagem deve ser executada pela ação da ferramenta. A 
aresta de corte penetra no material da peça e remove parte dele em forma de 
cavaco. Para que isso ocorra, a ferramenta deve ser mais dura que a peça. 
 
 
 
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Figura 1 – Máquina de ensaios de dureza 
 
Fonte: CIMM, 2015. 
Conforme foi ilustrado na figura acima, durante o ensaio de dureza, um 
corpo de prova é apoiado em uma mesa, e a ponta de um material muito duro é 
forçado contra a peça, deixando uma marca de penetração. Quanto mais duro 
for o material da peça, menor será a penetração da ponta da máquina de 
ensaios. Assim, a dureza pode ser compreendida como a resistência à 
penetração do material. Na ferramenta de corte, a dureza pode ser associada à 
resistência à penetração do cavaco na superfície de saída da ferramenta durante 
a usinagem. Se o material da peça for mais duro que o material da ferramenta 
de corte, a usinagem será praticamente impossível. Por outro lado, um material 
muito duro também pode apresentar características de fragilidade, e a 
ferramenta pode quebrar durante a usinagem. Para evitar a quebra, a ferramenta 
deve ter capacidade de absorver energia, propriedade denominada de 
tenacidade. A propriedade da tenacidade pode ser estudada através de um 
ensaio de tração, que pode ser observado na figura a seguir: 
 
 
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Figura 2 – Ensaio de tração 
 
No ensaio de tração, um corpo de prova sofre esforços de tração na 
direção vertical e a sua deformação é medida com o auxílio de um extensômetro. 
Com esse monitoramento, é possível traçar um gráfico da tensão versus 
deformação. A área abaixo da curva representa a tenacidade do material. 
Quanto maior a tenacidade, maior a capacidade de resistir à deformação antes 
da ruptura. 
Uma ferramenta de corte deve ser dura o suficiente para resistir à 
penetração no material da peça e tenaz o suficiente para resistir aos esforços de 
usinagem abaixo do seu limite de ruptura. 
Um dos principais problemas das ferramentas de corte utilizadas para 
usinagem é que as características de dureza e tenacidade geralmente são 
opostas. Na medida em que a dureza aumenta, reduz-se a tenacidade e vice-
versa. 
Os fabricantes buscam desenvolver ferramentas que apresentem tanto a 
dureza quanto a tenacidade adequadas ao tipo de operação de usinagem. Além 
disso, podemos citar que alguns processos vão necessitar de ferramentas com 
outras propriedades, tais como: resistência ao desgaste por atrito, resistência à 
compressão, estabilidade química e boa relação custo x benefício. 
 
 
 
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TEMA 2 – MATERIAIS UTILIZADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS DE 
CORTE 
As ferramentas de corte podem ser fabricadas em diversos materiais. O 
que vai indicar o melhor material é um conjunto de condições, determinado com 
base na experiência prática dos processos de usinagem. Em geral, os 
fabricantes de ferramentas têm essa experiência prática e podem auxiliar no 
desenvolvimento dos processos de usinagem. 
Gráfico 1 – Tipos de materiais: tenacidade e dureza 
 
Fonte: Mitsubishi Materials, 2015. 
Várias ferramentas são feitas de um metal denominado aço rápido (do 
termo inglês High Speed Steel – HSS), de alta tenacidade e capaz de realizar 
operações de usinagem em baixas velocidades de corte, até 35m/min. Os aços 
rápidos mantém sua dureza até 600°C. A partir dessa temperatura, as 
ferramentas de aço rápido perdem drasticamente a sua dureza, o que justifica 
sua aplicação somente em operações com baixas velocidades de corte. 
Esse tipo de material permite a afiação da ferramenta, obtendo-se arestas 
de corte que podem ser reconstruídas após o desgaste. 
O metal duro é um material que foi desenvolvido na Alemanha na década 
de 1920. Também é conhecido por widia, do termo alemão wie diamond, que 
significa, literalmente, duro como diamante. O processo de fabricação do metal 
 
 
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duro é conhecido como “metalurgia do pó”, no qual minúsculas partículas de 
carboneto de tungstênio (WC), cobalto (Co), carboneto de titânio (TiC), 
carboneto de tântalo (TaC) e carboneto de nióbio (NbC) são misturadas e 
prensadas. 
Esse material prensado vai para um forno de aquecimento onde ocorre a 
fusão de alguns dos elementos. Esse processo é chamado de sinterização, e os 
elementos fundidos preenchem os espaços vazios entre os carbonetos 
metálicos. O resultado é um material composto de três fases específicas, 
conforme podemos observar na figura a seguir: 
Figura 3 – Metal duro 
 
 A fase alfa é composta basicamente por carboneto de tungstênio (WC), 
a fase beta, basicamente por cobalto (Co) e a fase gama é formada por outros 
carbonetos (TiC, TaC e NbC). 
Com a associação dessas fases, é possível obter ferramentas de metal 
duro com elevada dureza e ductilidade, possibilitando a usinagem em 
velocidades de até 300 m/min. 
Além disso, as ferramentas também podem receber coberturas de outros 
materiais através de processos físicos e químicos. Assim, podemos associar, por 
exemplo, a tenacidade do metal duro com a estabilidade química e térmica do 
óxido de alumínio, conforme ilustrado na figura a seguir. 
 
 
 
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Figura 4 – Camadas de revestimento em ferramenta 
 
 Fonte: Sandvik Coromant, 2015. 
As camadas de revestimento são bem finas, com espessura de poucos 
micrômetros, aplicadas diretamente sobre a superfície das ferramentas. Esse 
tipo de associação pode resultar em ferramentas com mais de uma propriedade 
básica, melhorando as condições do corte do material da peça durante a 
usinagem. 
Há, também, ferramentas de diamante sintético e nitreto cúbico de boro 
(CBN), obtidos sinteticamente em monocristais de até 8 mm de comprimento. 
São materiais ultraduros, com resistência que chega a 7 Gpa, e resistem a 
temperaturas da ordem de 2000°C. Sua aplicação é reservada à usinagem de 
fino acabamento em peças de materiais abrasivos. 
Se você for o profissionalque vai decidir sobre as ferramentas da 
empresa, recomendamos que consulte os fabricantes e verifique quais são as 
opções disponíveis para executar a usinagem. Compare as diferentes 
características, estabeleça um critério de escolha e avalie a melhor relação custo 
x benefício. Isso deverá indicar a ferramenta mais adequada ao seu processo de 
usinagem. 
TEMA 3 – TIPOS DE DESGASTE NAS FERRAMENTAS DE USINAGEM 
Durante a usinagem, a ferramenta está submetida a elevadas forças e 
temperaturas, além do atrito decorrente da passagem do cavaco. Desta forma, 
a realização da usinagem resulta no desgaste da ferramenta, que pode ser 
relacionado com a perda progressiva de sua capacidade de corte. 
 
 
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As principais áreas de desgaste estão localizadas na ponta da ferramenta 
de corte, conforme podemos observar na seguinte figura: 
Figura 5 – Áreas de desgaste na ferramenta de corte 
 
Fonte: Adaptado de Machado et al., 2009, p. 247. 
A superfície de saída, indicada pela letra A, é a região da ferramenta onde 
ocorre o deslizamento do cavaco. As superfícies de folga evitam o contato da 
lateral da ferramenta e favorecem o contato apenas da aresta de corte (indicada 
pela letra B) com a peça. No final da aresta de corte, indicada pela letra C, ocorre 
o desgaste de entalhe. E a letra D indica a região do desgaste frontal da 
ferramenta. O raio de ponta é a região da ferramenta responsável pela produção 
da rugosidade superficial da peça. 
Na medida em que essas regiões vão sofrendo desgaste devido à 
usinagem, ocorre o aumento da pressão e da temperatura, implicando maiores 
forças, e a ferramenta perde a sua capacidade de corte. 
O desgaste de flanco ocorre principalmente na aresta de corte da 
ferramenta, devido às altas tensões de compressão e temperaturas que 
acontecem na usinagem. Este tipo de desgaste acarreta a perda da capacidade 
de corte da ferramenta, porque a aresta de corte tem a sua geometria 
modificada. 
 
 
 
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Figura 6 – Desgaste de flanco 
 
O desgaste de cratera ocorre na superfície de saída da ferramenta, 
principalmente devido ao fenômeno de difusão e ao atrito com o cavaco. 
Figura 7 – Desgaste de cratera 
 
O desgaste de entalhe ocorre principalmente em função da variação de 
dureza na camada superficial do material da peça. Pode ser associado ao 
fenômeno da oxidação do cavaco. 
Figura 8 – Desgaste de entalhe 
 
Para baixas velocidades, podemos observar o fenômeno da aresta 
postiça de corte, conforme ilustrado: 
 
 
 
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Figura 9 – Aresta postiça de corte 
 
A aresta postiça de corte é uma porção do material da peça que sofreu 
forte pressão durante o processo de usinagem e permanece soldada na ponta 
da ferramenta. Na medida em que a usinagem prossegue, a aresta postiça é 
arrancada junto com os cavacos. Isso vai contribuir para o desgaste prematuro 
da ferramenta, conforme será explicado mais adiante em detalhes. 
Para monitorar o desgaste, podemos observar a ponta da ferramenta com 
o auxílio de uma lupa, conforme o exemplo. 
Figura 10 – Lupa 
 
O desgaste é progressivo e pode resultar na avaria e/ou quebra da 
ferramenta. Uma ferramenta desgastada deve ser trocada antes da falha, para 
se evitar a interrupção da produção. 
 
 
 
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TEMA 4 – MECANISMOS DE DESGASTE E AVARIAS 
Os principais mecanismos de desgaste das ferramentas de corte podem 
ser relacionados com a velocidade e a temperatura de corte. No gráfico a seguir, 
podemos ver a ocorrência dos mecanismos de desgaste em função da 
temperatura. 
Gráfico 2 – Desgaste em função da temperatura de corte 
 
Para baixas velocidades de corte, o desgaste ocorre principalmente pelos 
mecanismos de adesão e abrasão. Para altas velocidades, são observados os 
mecanismos de difusão e oxidação. A soma de todos esses mecanismos resulta 
no desgaste total da ferramenta. 
A adesão pode ser relacionada com baixas velocidades de corte. Neste 
caso, a parte inferior do cavaco permanece em contato com superfície de saída 
da ferramenta por tempo suficiente para se soldar a ela, formando a aresta 
postiça de corte. Com o fluxo de cavaco, essa camada é deformada e encruada, 
o que faz aumentar a sua resistência. A aresta postiça de corte vai aumentando 
gradualmente até sua ruptura brusca. Quando essa aresta, ou seja, o material 
da peça que adere à ponta da ferramenta, é extraída, parte da aresta de corte 
original também é arrancada, produzindo o desgaste de flanco. 
O desgaste por abrasão mecânica pode ser associado com a presença 
de partículas duras no material da peça e pelo aumento da temperatura de corte, 
 
 
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que reduz a dureza da ferramenta. Quanto maior a dureza a quente da 
ferramenta, maior será sua resistência ao desgaste abrasivo. A abrasão pode 
resultar no desgaste frontal e também no desgaste de cratera. 
A difusão no estado sólido consiste basicamente na transferência de 
átomos de um metal para outro. Isso ocorre entre a ferramenta e o cavaco em 
função do aumento da temperatura de corte. Por exemplo, na usinagem de 
peças de aço com ferramentas de metal duro em altas temperaturas, a difusão 
dos átomos de ferro do cavaco vai resultar em reações químicas na ferramenta 
e produzir carbonetos complexos (FeWC26). Esses carbonetos complexos são 
menos resistentes e podem ser removidos pelo processo de abrasão. No caso, 
o aumento da temperatura terá influenciado o equilíbrio químico e promovido o 
desgaste da ferramenta. 
A oxidação é uma reação química que ocasiona a perda de elétrons. 
Durante a usinagem, a presença de ar e água dos fluidos de corte associados 
às altas temperaturas favorece a formação de filmes de óxidos porosos sobre a 
ferramenta. O desgaste por oxidação é observado especialmente na região de 
contato da extremidade do cavaco com a ferramenta devido ao acesso de ar 
nesta região. Isto resulta principalmente no desgaste de entalhe. 
Resumindo, o desgaste de flanco é causado principalmente por abrasão 
e pelo cisalhamento da aresta postiça de corte. O desgaste de cratera é devido 
principalmente à difusão, e o desgaste de entalhe, à adesão e à oxidação. 
A determinação da quantidade de cada tipo de desgaste em determinada 
aplicação é praticamente impossível. Podemos apenas fazer estimativas sobre 
a influência da velocidade de corte sobre cada um deles. Em baixas velocidades, 
o desgaste é causado principalmente pelo cisalhamento da aresta postiça de 
corte e dos mecanismos de adesão. Em altas velocidades, o desgaste é 
decorrente da abrasão resultante da oxidação e difusão. 
A evolução do desgaste não é linear. No início do corte, o desgaste é 
acentuado, como se a cunha de corte estivesse se ajustando ao processo. 
Depois se estabiliza e, no final da vida útil da ferramenta, volta a ser acentuado 
em razão do aumento da temperatura e da força de corte. 
A ferramenta deve ser retirada da máquina quando o desgaste: 
 Resultar em acabamento inadequado da superfície usinada; 
 Resultar no aumento da força de corte; 
 Interferir no funcionamento da máquina; 
 
 
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 Não permitir a manutenção das tolerâncias da peça; 
 For tão grande que possa resultar na quebra da aresta de corte. 
Em todos esses casos, a ferramenta deve ser substituída ANTES da 
quebra. O desgaste das ferramentas de corte deve ser monitorado durante os 
processos de usinagem. 
Quando o limite de desgaste é ultrapassado, a ferramenta sofre avaria e 
perde sua capacidade de corte completamente. Nesses casos, dizemos que a 
ferramenta foi avariada. 
Quando ocorre a quebra da ferramenta durante a usinagem, o evento é 
denominado falha catastrófica da ferramenta. A falha é catastróficaporque pode 
resultar na perda da peça, na quebra do equipamento e, principalmente, na 
parada da produção. Por isso, é importante controlar o desgaste das ferramentas 
de corte até o seu limite. 
TEMA 5 – CONCEITO DE USINABILIDADE 
A usinabillidade pode ser definida como uma grandeza tecnológica que 
compara as propriedades de usinagem de um determinado material em relação 
a outro, tomado como padrão. Ou seja, pode ser entendida como “o grau de 
dificuldade de usinar um determinado material”. Aqui, podemos descrever as 
propriedades de usinagem de um determinado material em função de outras 
grandezas mensuráveis, tais como a vida da ferramenta, o acabamento 
superficial, a força e a potência de corte, as características do cavaco e, em 
última instância, a produtividade do processo. 
 
 
 
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Figura 11 – Usinagem de metal 
 
Fonte: Shutterstock. 
Pode ser que, por exemplo, um material apresente boa usinabilidade em 
relação à rugosidade produzida para uma determinada ferramenta, mas a 
usinabilidade seja ruim em relação à vida útil desse instrumento. Nesse caso, 
conseguimos dar bom acabamento à peça, mas não conseguimos produzir 
muitas peças com a mesma ferramenta. 
Apesar disso, a usinabilidade também pode ser influenciada pelas 
propriedades mecânicas dos materiais. Materiais com baixa dureza e resistência 
mecânica geralmente favorecem a usinabilidade, embora materiais muito dúcteis 
possam causar problemas, tais como a aresta postiça de corte. Baixos valores 
de ductilidade facilitam a quebra dos cavacos. 
A alta condutividade térmica permite a remoção do calor do cavaco e 
reduz a temperatura na ponta da ferramenta, retardando o desgaste, mas é 
necessário que se tenha um bom sistema de refrigeração. Além disso, o calor na 
peça pode resultar na dilatação térmica. 
A taxa de encruamento aumenta a resistência e a dureza do material. Para 
esse tipo de material, recomenda-se a usinagem com ferramentas de ângulos 
mais positivos, a fim de promover a menor deformação possível no cavaco, 
melhorando a usinabilidade. 
O alumínio, em geral, pode ser facilmente usinado. As baixas dureza e 
resistência mecânica exigem baixas forças de corte. Entretanto, em relação à 
 
 
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rugosidade e características do cavaco, não se pode dizer que o alumínio tenha 
boa usinabilidade, exigindo altas velocidades de corte e geometrias adequadas. 
O aço, em geral, tem a sua usinabilidade aumentada com o aumento do 
percentual de carbono em sua composição. Entretanto, com o aumento do 
percentual de carbono, a dureza do aço também é aumentada e exige 
ferramentas de materiais mais resistentes ao desgaste. 
Como podemos ver, a usinabilidade não é uma característica intrínseca 
do material. Isso quer dizer que não temos um número ou uma unidade de 
medida específica para determiná-la. Temos apenas um fator comparativo para 
certas condições de usinagem. 
Podemos entender que a usinabilidade é um conceito que está 
relacionado às condições de usinagem de um determinado componente 
(Ferraresi, 1970). Não se trata de uma característica apenas do material da peça, 
mas do conjunto de condições que permitem que a usinagem seja conduzida de 
um modo satisfatório. Podemos melhorar a condição do processo trocando o 
material da ferramenta, ajustando a geometria e os parâmetros de corte, 
melhorando a estabilidade da fixação da peça e da ferramenta, aplicando fluidos 
de corte, entre outras soluções. 
Os testes de usinabilidade permitem comparar diferentes materiais em 
condições similares de usinagem. Os resultados são comparados com base em 
um ou mais fatores de controle. Veja o exemplo a seguir: 
 
 
 
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Gráfico 3 – Desgaste X tempo 
 
Nesse teste, o desgaste da ferramenta foi medido no decorrer do tempo 
para cada velocidade de corte. Podemos determinar o desgaste da ferramenta 
em função do tempo para cada velocidade de corte. 
Observe, por exemplo, os pontos m, n e o. Eles correspondem ao 
desgaste de flanco de 0,8 mm para as velocidades de corte de v= 180 m/min em 
26min, v= 144 m/min em 50min e v= 128 m/min em 70min, respectivamente. 
Assim, podemos estimar quanto tempo a ferramenta vai resistir para cada 
velocidade de corte e providenciar a sua substituição antes da falha. 
NA PRÁTICA 
Resolva as questões a seguir. As respostas poderão ser encontradas 
após a seção de Referências. 
1. Descreva quais são os principais componentes do metal duro. 
2. Explique por que os machos de roscar manuais geralmente são fabricados em 
aço rápido – HSS. 
3. Indique (V) para as verdadeiras e (F) para as falsas 
( ) Ferramentas revestidas pelo processo CVD sofrem reações químicas do 
substrato com a camada de revestimento. 
( ) Ferramentas de metal duro sem revestimento têm maior custo comparado 
às mesmas ferramentas com revestimento. 
 
 
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 ( ) O revestimento pelo processo PVD permite aplicar camadas de diamante 
policristalino na superfície das ferramentas de metal duro. 
( ) Ferramentas com revestimento geralmente apresentam melhores 
características para usinagem do que as mesmas ferramentas sem o 
revestimento. 
( ) O aço rápido (HSS) também pode receber camadas de revestimento. 
4. Considere a ferramenta da figura abaixo e analise as questões propostas. 
 
 
I. O desgaste de flanco da ferramenta, indicado na figura acima pela letra 
B, geralmente é aumentado com o aumento da velocidade de corte. 
II. O desgaste de cratera vai ocorrer somente sobre a superfície de saída da 
ferramenta, indicada na figura acima pela letra A. 
III. As ferramentas devem ser utilizadas até o seu limite e devem ser trocadas 
apenas depois de uma quebra. 
IV. O desgaste de flanco inicia na aresta de corte, na região indicada na figura 
acima pela letra C. 
Assinale a alternativa correta: 
( ) apenas as afirmativas I e II estão corretas. 
( ) apenas a afirmativa II está correta. 
( ) apenas as afirmativas I e III estão corretas. 
( ) apenas as afirmativas II e IV estão corretas. 
( ) todas as afirmativas estão corretas. 
 
 
 
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FINALIZANDO 
Nesta aula, vimos que a ferramenta deve resistir ao corte dos cavacos 
durante a usinagem e, para isso, deve apresentar propriedades específicas. 
Existem diversos materiais utilizados para fabricação de ferramentas de corte e 
a sua escolha é feita com base na experiência prática da usinagem e na relação 
custo x benefício. 
Apesar de tudo isso, pudemos compreender que a ferramenta vai sofrer 
desgastes devido ao processo de usinagem e que, se tal desgaste não for 
controlado, pode resultar na avaria ou na falha da ferramenta. Por fim, vimos que 
o conceito de usinabilidade compara materiais em diferentes condições de 
usinagem. 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR ISO 513:2013: 
Classificação e aplicação de metais duros para a usinagem com arestas de corte 
definidas: designação dos grupos principais e grupos de aplicação. Rio de 
Janeiro: ABNT, 2013. 
_____. NBR NM 122-1:2005: Aços ferramentas. Rio de Janeiro: ABNT, 2005. 
CIMM. Disponível em: <http://www.cimm.com.br/>. Acesso em: 23 jan. 2018. 
FERRARESI, D. Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Blucher, 
1970. 
ISO – International Organization for Standardization. ISO 3685:1993: Tool-life 
testing with single-point turning tools. Genebra: ISO, 1993. 
MACHADO, A. R. et al. Teoria da usinagem dos materiais. São Paulo: Blucher, 
2009. 
REBEYKA, C.J. Princípios dos processos de fabricação por usinagem. 1. 
ed. Curitiba: Intersaberes, 2016. 
SANDVIK COROMANT. Knowledge. Disponível em: 
<http://www.sandvik.coromant.com/en-gb/knowledge/pages/default.aspx>.Acesso em: 23 jan. 2018. 
SHUTTERSTOCK. Disponível em: <https://www.shuttersock.com>. Acesso em 
21 nov. 2017. 
STEMMER, C. H. Ferramentas de corte II. 3. ed. Florianópolis: UFSC, 2005. 
 
 
 
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RESPOSTAS 
1. Os principais componentes do metal duro são: carboneto de tungstênio 
(WC) e ligante, geralmente o cobalto (Co). Outras partículas muito duras 
também podem ser empregadas na fabricação do metal duro, tais como 
o carboneto de titânio (TiC), carboneto de tântalo (TaC) e carboneto de 
nióbio (NbC). 
2. Porque o HSS – High Speed Steel, ou aço rápido, é um material de alta 
tenacidade, propriedade fundamental para as operações manuais. 
3. V, F, V, V, V. 
4. Apenas as afirmativas I e II estão corretas.