Geometria da Ferramenta de Corte na Usinagem

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09/03/2020
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Processos de Fabricação II
Prof.: Marcel Freitas de Souza
1° semestre de 2019
Universidade Estácio de Sá (UNESA)
Campus Niterói
Engenharia mecânica
AULA 03
VARIÁVEIS INDEPENDENTES 
DE ENTRADA
GEOMETRIA DA FERRAMENTA 
DE CORTE
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Geometria da ferramenta de corte
A ferramenta de corte é geralmente designada para realizar uma operação
específica de usinagem, e a geometria (ângulos) desta ferramenta deve ser
devidamente escolhida para poder executá-la com precisão
Geometria da ferramenta de corte
A ferramenta de corte é
geralmente designada para
realizar uma operação
específica de usinagem, e
a geometria (ângulos)
desta ferramenta deve ser
devidamente escolhida
para poder executá-la com
precisão
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Geometria da ferramenta de corte
• Cunha de corte: cunha formada pela
intersecção das superfícies de saída e de folga
da ferramenta de corte
• Parte de corte: parte ativa da ferramenta
constituída pelas suas cunhas de corte. A
parte ativa da ferramenta é construída ou
fixada sobre um suporte ou cabo da
ferramenta, através do qual é possível fixar a
ferramenta para construção, afiação, reparo,
controle e trabalho. Pode-se ter, portanto, uma
superfície de apoio da ferramenta, ou a
ferramenta poderá ser fixada pelo seu eixo.
Geometria da ferramenta de corte
• Superfície de saída (Aγ):
superfície da cunha de corte sobre
a qual o cavaco é formado e sobre
a qual o cavaco escoa durante
sua saída da região do trabalho de
usinagem.
• Superfície principal de folga (A𝑎):
superfície da cunha de corte da
ferramenta que contém sua aresta
principal de corte e que defronta
com a superfície em usinagem
principal.
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Geometria da ferramenta de corte
• Superfície secundária de folga
(A'α): superfície da cunha da
ferramenta que contém sua aresta
de corte secundária e que
defronta com a superfície em
usinagem secundária.
Geometria da ferramenta de corte
• Aresta principal de corte S: aresta
da cunha de corte formada pela
intersecção das superfícies de
saída e de folga principal. Gera na
peça a superfície em usinagem
principal.
• Aresta secundária de corte S':
aresta da cunha de corte formada
pela intersecção das superfícies
de saída e de folga secundária.
Gera na peça a superfície em
usinagem secundária.
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Geometria da ferramenta de corte
• Ponta de corte: parte da cunha de
corte onde se encontram a aresta
principal e a secundária de corte.
A ponta de corte pode ser uma
interseção das arestas, ou a
concordância das duas arestas
através de um arredondamento,
ou o encontro das duas arestas
através de um chanfro.
Geometria da ferramenta de corte
Os ângulos da ferramenta são classificados em:
 de folga (α)
 de cunha (β)
 de saída (γ)
 de ponta (FERRARESI, 1977) ou de quina (MACHADO et al., 2009) (ε r)
 de posição principal (χ r)
 de posição secundário (χ’ r)
 de inclinação (λ)
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Geometria da ferramenta de corte
Os ângulos medidos no plano de medida são complementares (α+β+γ = 90°) 
Os ângulos medidos no plano de referência são suplementares (χr +ε r +χ’ r
=180°) 
Geometria da ferramenta de corte
Quando se fala em ferramenta positiva ou negativa, tomam-se como referência 
o ângulo de saída (γ)
Uma ferramenta positiva é utilizada
principalmente na usinagem de
matérias de baixa dureza e dúcteis.
Uma ferramenta negativa é
aplicada principalmente no corte de
materiais de alta dureza e frágeis.
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Geometria da ferramenta de corte
Quando se fala em ferramenta positiva ou negativa, tomam-se como referência 
o ângulo de saída (γ)
Ferramenta positiva Ferramenta negativa
Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta no plano de medida
Ângulo de folga
O ângulo de folga (α) é formado entre a superfície de folga e o plano de corte
medido no plano de medida da cunha cortante; influencia na diminuição do
atrito entre a peça e a superfície principal de folga. A função de a é evitar o
atrito entre a superfície transitória da peça e a superfície de incidência (flanco)
da ferramenta e permitir que a aresta de corte penetre no material e corte
livremente. A grandeza de a depende principalmente dos seguintes fatores:
resistência do material da ferramenta de corte; resistência e dureza do material
da peça a ser usinada.
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Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta no plano de medida
Ângulo de cunha
O ângulo de cunha (β) é formado pelas superfícies de folga e de saída; é
medido no plano de medida da cunha cortante. A principal função de b é
aumentar a resistência mecânica da ferramenta, visto que materiais de difícil
corte exercem maior pressão próxima à aresta de corte e por isso exigem uma
cunha menos aguda. Consequentemente, tais materiais provocam maior
aquecimento na região mais próxima à ponta da ferramenta (cunha e quina).
Portanto, quanto maior for b, maior a área de dissipação de calor e maior a
resistência da ferramenta de corte.
Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta no plano de medida
Ângulo de saída
O ângulo da saída (γ) é formado pela superfície de saída da ferramenta e pelo
plano de referência medido no plano de medida; é determinado em função do
material, uma vez que tem influência sobre a formação do cavaco e sobre a
força de corte.
O ângulo γ é um dos mais importantes da ferramenta, pois influi decisivamente
na força e na potência necessária ao corte, no acabamento da superfície
usinada e no calor gerado.
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Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta no plano de referência
Ângulo de posição principal
Formado pela projeção da aresta principal de corte sobre o plano de referência e pela direção
do avanço medido no plano de referência.
O ângulo de posição principal (χr) tem as seguintes funções:
• controlar o choque de entrada da ferramenta
• distribuir as tensões de corte favoravelmente no início e no fim de corte
• alterar a espessura do cavaco e o comprimento atuante da aresta de corte
• aumentar o ângulo de quina gerar uma força passiva na ferramenta que ajuda a eliminar
eventuais vibrações
• influir na direção de saída do cavaco.
Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta no plano de referência
Ângulo de posição principal
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Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta no plano de referência
Ângulo de ponta ou de quina
O ângulo de quina (εr) é formado pela projeção das arestas
lateral e principal de corte sobre o plano de referência e
medido no plano de referência. É determinado conforme o
avanço. A principal função do ângulo εr – assim como do
ângulo β – é aumentar a resistência mecânica da ferramenta
Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta no plano de referência
Ângulo de posição secundário
O ângulo de posição secundário (χ’r) é formado entre a
projeção da aresta lateral de corte sobre o plano de referência
e a direção de avanço medido no plano de referência.
Sua principal função é controlar o acabamento, ou seja,
permitir que apenas uma pequena parte da aresta secundária
entre em contato com a superfície usinada, evitando assim
vibrações.
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Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta no plano de referência
Raio de ponta
O raio de ponta (𝑟 ) é o raio da curva de
concordância medido no plano de referência
da ferramenta que une a aresta principal e a
secundária da ferramenta de corte, com o
objetivo
de reforçar a ponta e reduzir as forças
atuantes na mesma. Isto reduz a espessura do
cavaco (h) na ponta.
Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta no plano de referência
Raio de ponta
O raio de ponta afeta também a quebra dos
cavacos gerados na operação de corte e a
resistência mecânica do inserto. Um raio
pequeno é ideal para pequenos ap e reduz
vibrações; porém, diminui a resistência da
ponta.
Um raio grande é recomendado para grandes
ap e f, já que a aresta é mais robusta; porém,
induz vibrações pelo aumento nas forças
radiais.
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Geometria da ferramenta de corte
Ângulos da ferramenta noplano de referência
Ângulo de inclinação
O ângulo de inclinação (λ) é o ângulo formado
entre a aresta principal de corte e sua projeção
sobre o plano de referência medido no plano
de corte. Tem por finalidade controlar a direção
do escoamento do cavaco, proteger a quina da
ferramenta contra impactos, cortes
interrompidos e atenuar vibrações. O ângulo λ
pode variar de -10º a 10º.
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MATERIAL DA FERRAMENTA 
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Material da ferramenta de corte
Para poder satisfazer as exigências crescentes feitas à qualidade das peças e
a viabilidade econômica do processo de fabricação, as ferramentas de corte
devem ser usadas de forma econômica, para que as variáveis envolvidas na
usinagem (geometria da ferramenta, condições de corte, material da peça etc.)
sejam consideradas quanto à sua influência e o seu efeito sobre o resultado do
trabalho.
Sabe-se que o processo de usinagem baseia-se na remoção de material,
utilizando na ferramenta um material mais duro e mecanicamente mais
resistente que na peça. Além disso, as condições requeridas de processo
dependem do material a ser usinado, dos parâmetros de corte e das
características da máquina-ferramenta.
Material da ferramenta de corte
No início do século XX, o
material da ferramenta de corte
era apenas um pouco mais
duro do que o necessário para
o corte. Portanto, a vida útil da
ferramenta era insatisfatória e a
velocidade e o avanço
precisavam ser mantidos muito
baixos.
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Material da ferramenta de corte
Material da ferramenta de corte
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Material da ferramenta de corte
Material da ferramenta de corte
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Material da ferramenta de corte
Aço rápido (AR ou HSS)
O aço-rápido (AR) é usado em ferramentas de uso geral
[usinagem de peças forjadas, fundidas ou sinterizadas
(metalurgia do pó)], em ferramentas de geometria complexa ou
naquelas usadas em situações em que as velocidades de corte
são mais modestas. Principais propriedades: dureza a quente,
resistência ao desgaste e tenacidade.
Desenvolvido por F. W. TAYLOR, no final do século XIX, o aço-
rápido foi o responsável pelo primeiro grande salto tecnológico
na história da usinagem.
Material da ferramenta de corte
Aço rápido (AR ou HSS)
Com elevada tenacidade, resistência ao desgaste e dureza a
quente quando comparados com os aços-carbonos usados na
fabricação de ferramentas, o aço-rápido é um aço alta liga com
microestrutura martensítica com inclusões de carbonetos. As
ferramentas de aço-rápido são divididas em dois grandes
grupos: aços ao tungstênio (W), identificados pela letra “T”, e
aços ao molibdênio (Mo), identificados pela letra “M”. Assim, os
principais elementos de liga dos aços-rápidos são: W, Mo, Co,
V e Cr.
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Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
Metal duro é um material metalúrgico em pó que consiste em:
• Partícula duras de carboneto de tungstênio
• Metal ligante, cobalto
• Partículas duras de Ti, Ta, Nb
Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
O metal-duro é usado em cerca de 50% das
aplicações devido ao custo e à combinação da
dureza à temperatura ambiente, dureza a quente,
resistência ao desgaste e tenacidade, possível
graças à variação da sua composição. A ferramenta
de MD pode ser aplicada em altas velocidades de
corte.
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Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
A cobertura de metal duro foi desenvolvida nos anos 60
• Uma fina camada de cobertura de nitreto de titânio foi
adicionada, somete alguns mícrons de espessura. Isto
aperfeiçoou o desempenho do metal duro rapidamente.
• As coberturas oferecem melhora da resistência ao
desgaste, permitindo vida útil longa da ferramenta e a
possibilidade de usar dados de corte mais altos
• Atualmente, as classes modernas têm cobertura com
diferentes camadas carbetos, nitretos e óxidos.
Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
O metal-duro é composto de
carbonetos metálicos em forma de
minúsculas partículas que são
incrustadas em metal ligante. Os
componentes mais importantes são o
carboneto de tungstênio (WC)
denominado Fase a (determina a
resistência ao desgaste) e o metal
ligante cobalto (Co) denominado
Fase b(determina a tenacidade).
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Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
Aumento de Co e tamanho do grão
contribui para o aumento do grau
de tenacidade, mas reduz a dureza
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Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
CVD (Chemical Vapor
Deposition), ou
deposição química de
vapor, é gerada por
reações químicas a
temperaturas de 700 a
1050°C. As coberturas
CVD possuem alta
resistência ao desgaste e
excelente adesão ao
metal duro
PVD é amplamente
usada em metal-duro
para aplicações de
acabamento e como a
classe de pastilha
central na furação.
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Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
Em um processo de cobertura PVD,
a cobertura é formada pela
condensação de vapor de metal nas
superfícies da pastilha.
Em um processo de cobertura CVD,
a cobertura é formada pela reação
química de diferentes gases.
Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
A Norma ISO 513 (2004) (classification and application of hard cutting materials for metal
removal with defined cutting edges – designation of main groups and groups of application)
apresenta a classificação de grupos de ferramentas. A letra de designação da classe é sempre
acompanhada de um número que representa a tenacidade a resistência ao desgaste da
ferramenta: quanto maior o número, maior a tenacidade e menor a resistência ao desgaste.
A subdivisão dentro de cada classe de metal-duro (P, M, K) depende principalmente de:
• A composição química do material da ferramenta, incluindo qualidade e quantidade de
carbonetos. Por exemplo, a presença de TiC garante maior resistência ao desgaste, e uma
maior quantidade de Co garante maior tenacidade.
• O tamanho dos grãos de carboneto: quanto mais finos, maior a tenacidade da ferramenta,
aliada a uma maior dureza média.
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Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
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Material da ferramenta de corte
Metal duro (MD)
Material da ferramenta de corte
Cerâmica
A alta velocidade de corte implica em um fluxo intenso de cavacos, tornando
necessária a remoção eficiente e a proteção do operador. A possibilidade de se
utilizar baixos avanços (na ordem de 0,1 mm/volta) e altas velocidades de corte
(na ordem de 1000 m/min) permite excelente acabamento (semelhante à
retificação). As cerâmicas de corte são classificadas segundo o seu teor de
óxidos de alumínio em cerâmica branca e cerâmica mista.
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Material da ferramenta de corte
Cerâmica
A cerâmica branca consiste de materiais com óxido de alumínio superior a
90%, o que dá a cor branca. O componente principal é o coríndon (Al2O3), o
qual é uma forma estável da alumina.
A cerâmica mista (CERMET) possui teor de Al2O3 menor que 90%, com adição
de óxidos e carbonetos metálicos, especialmente o TiC e o WC. Ela é obtida
por prensagem a quente, produzindo uma estrutura mais fechada, geralmente
de cor preta.
Material da ferramenta de corte
CBN
Depois do diamante, o nitreto de boro cúbico (CBN – Cubic Boron Nitride) é o
material mais duro que se conhece. Ele é obtido sinteticamente pela
transformação do nitreto de boro de estrutura hexagonal em estrutura cúbica
sob pressões de 5000 a 9000 MPa e temperaturas de 1500 a 1900°C, na
presença de um catalisador, geralmente lítio.
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Material da ferramenta de corte
CBN
São empregadas na usinagem de aços duros (45 a 65 HRc), mesmo em
condições difíceis, aço-rápido, ligas resistentes a altas temperaturas a base de
Ni e Co, revestimentos duros com altas porcentagens de WC ou Cr-Ni. Pela
sua resistência ao impacto podem ser usadas em grãos abrasivos (rebolos), na
usinagem de peças forjadas e fundidas e peças de ferrofundido coquilhado,
para cortes interrompidos, desbaste e acabamento, usinagem fina, obtendo
rugosidades inferiores a 1,0 mm – dispensando a etapa posterior de retificação.
Material da ferramenta de corte
Diamante
Os diamantes naturais (MCD – Monocrystalline Diamonds) são monocristalinos
e anisotrópicos (as propriedades mecânicas variam com a direção).
Os diamantes sintéticos (PCD – Polycrystalline Diamonds) são policristalinos
produzidos pela sinterização de partículas de diamante com cobalto num
processo de alta pressão (6000 a 7000 MPa) e alta temperatura (1400 a
2000°C).
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Material da ferramenta de corte
Diamante
As usinagens de aço e ferro fundido não são possíveis com diamante em
virtude da afinidade do ferro com o carbono: devido à alta temperatura na
região de corte, o carbono se transforma em grafite e reage com o ferro,
levando a aresta cortante a um rápido desgaste.
IMPORTANTE
Questões
Produto da metalurgia do pó, o Carboneto de Tungstênio Sinterizado −
conhecido comumente como Metal Duro − tem como principais características
a dureza à temperatura ambiente, a dureza à altas temperaturas de trabalho, a
resistência ao desgaste e a tenacidade, o que o torna o mais importante
material para a fabricação de:
(A) estruturas metálicas.
(B) mancais de rolamento.
(C) bronzinas e pistões.
(D) ferramentas de corte.
(E) martelos pneumáticos.
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Questões
Produto da metalurgia do pó, o Carboneto de Tungstênio Sinterizado −
conhecido comumente como Metal Duro − tem como principais características
a dureza à temperatura ambiente, a dureza à altas temperaturas de trabalho, a
resistência ao desgaste e a tenacidade, o que o torna o mais importante
material para a fabricação de:
(A) estruturas metálicas.
(B) mancais de rolamento.
(C) bronzinas e pistões.
(D) ferramentas de corte.
(E) martelos pneumáticos.