Usinabilidade dos Materiais na Indústria

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13/03/2019
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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 04
VARIÁVEIS INDEPENDENTES 
DE ENTRADA
USINABILIDADE DOS 
MATERIAIS
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A interação entre geometria
otimizada e a classe para um
material determinado é a
chave para um processo de
usinagem bem-sucedido.
Esses três fatores básicos
devem ser cuidadosamente
considerados e adaptados
para cada operação de
usinagem.
O conhecimento e a
compressão de como trabalhar
com esses fatores são de vital
importância.
Usinabilidade dos materiais
Usinabilidade é definida como uma grandeza tecnológica que expressa, por
meio de um valor numérico comparativo, um conjunto de propriedades de
usinagem de um material em relação a outro tomado como padrão.
A usinabilidade expressa o grau de dificuldade de se usinar um determinado
material.
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Usinabilidade dos materiais
A usinabilidade depende do estado metalúrgico da peça, da dureza, das
propriedades mecânicas do material, de sua composição química, das
operações anteriores efetuadas sobre o material (sejam a frio ou a quente) e
do eventual encruamento.
Mas a usinabilidade não depende somente das propriedades do material, mas
também de outras variáveis independentes de entrada como parâmetros de
corte, das características da ferramenta, das condições de lubrirrefrigeração, da
rigidez do sistema máquina/ferramenta/peça e das condições de trabalho
realizadas pela ferramenta. Assim, um material pode ter um valor de
usinabilidade baixo em certas condições de usinagem e um valor maior em
outras, por exemplo.
Usinabilidade dos materiais
De um modo geral, a usinabilidade avalia a habilidade do material da peça ser
usinado, o desgaste que ele cria na aresta de corte e a formação de cavacos
que se pode obter.
A designação “boa usinabilidade”, geralmente refere-se à ação de corte sem
problemas e uma vida útil apropriada da ferramenta.
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Usinabilidade dos materiais
Os grupos de materiais ISSO
são divididos em 6 tipos
diferentes. Cada tipo tem
propriedades exclusivas
relacionadas à usinabilidade
e configurações que exigem
características diferentes da
ferramenta de corte.
Usinabilidade dos materiais
Aço é o maior grupo de materiais na área de
usinagem, variando de materiais sem liga a materiais
de alta-liga, incluindo fundidos de aços e aços
inoxidáveis ferríticos e martensíticos.
A usinabilidade é normalmente boa, porém difere
muito dependendo da dureza, do teor de C etc.
ISO P
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Usinabilidade dos materiais
A maior variedade de tipos diferentes de peças está,
provavelmente, na área P, pois ela abrange vários
setores diferentes na indústria (SANDVIK
COROMAT).
ISO P
Usinabilidade dos materiais
Aços inoxidáveis são materiais com liga com um
mínimo de 12% Cr; outras ligas podem incluir Ni e Mo.
Condições diferentes, como ferrítico, martensítico,
austenítico e austenítico-ferrítico (duplex), criam uma
grande família.
O ponto comum entre todos estes tipos é que as
arestas de corte são expostas a uma grande
quantidade de calor, desgaste tipo entalhe e aresta
postiça.
ISO M
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Usinabilidade dos materiais
Na área M, uma grande parte da aplicação está em
petróleo e gás, tubos, flanges, indústria de
processamento e aplicações médicas.
ISO M
Usinabilidade dos materiais
O controle de cavacos é certo
em materiais ferríticos e
martensíticos, tornando-se
mais complexos em tipos
austeníticos e duplex
(austeníticos-ferríticos).
ISO M
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Usinabilidade dos materiais
Diferentemente do aço, o Ferro Fundido é um tipo de
material que gera cavacos curtos.
Os ferros fundidos cinzentos (GCI) e os ferros
fundidos maleáveis (MCI) são consideravelmente
fáceis de usinar. Já os ferros fundidos nodulares
(NCI), os ferros fundidos vermiculares (CGI) e os
ferros fundidos austemperado (ADI) são mais difíceis.
Todos os ferros fundidos contêm SiC, um material
altamente abrasivo para a aresta de corte.
ISO K
Usinabilidade dos materiais
Há 5 tipos principais de ferros
fundidos: ferros fundidos
cinzentos (GCI); ferros
fundidos maleáveis (MCI);
ferros fundidos nodulares
(NCI); ferros fundidos
vermiculares (CGI); e ferros
dúcteis austemperados (ADI).
ISO K
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Usinabilidade dos materiais
Metais Não Ferrosos são metais mais macios, como
alumínio, cobre, latão etc.
Geralmente, velocidades de corte muito altas e longa
vida útil da ferramenta podem ser esperadas destas
pastilhas com arestas de corte vivas. Porém, liga de
alumínio com teor de 13% Si é muito abrasivo.
ISO N
A indústria aeroespacial e os fabricantes de rodas
automotivas de alumínio dominam a área N.
ISO N
Usinabilidade dos materiais
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Usinabilidade dos materiais
Superligas Resistentes ao Calor incluem uma
variedade de materiais à base de ferro de alta liga, Ni,
Co e Ti.
Eles são pastosos, criam aresta postiça, encruam
durante o trabalho (endurecido por deformação) e
geram calor.
Eles são muito semelhantes aos ISO M, mas são
muito mais difíceis de cortar e reduzem a vida útil das
arestas do inserto.
ISO S
Os materiais difíceis de usinar de área S, são
encontrados nos setores aeroespacial, turbinas a gás
e geração de energia.
ISO S
Usinabilidade dos materiais
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Usinabilidade dos materiais
Este grupo inclui Aços Endurecidos com dureza entre
45-65 HRC e também ferro fundido coquilhado em
torno de 400-600 HB. A dureza os torna difíceis de
usinar.
Os materiais geram calor durante o corte e são muito
abrasivos para a aresta de corte.
ISO H
Aço endurecido na área H é encontrado e uma
variedade de indústrias como a automotiva e seus
fornecedores, bem como nos setores de fabricantes
de máquinas e moldes e matrizes.
ISO H
Usinabilidade dos materiais
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Usinabilidade dos materiais
Tipos de cavaco 
conforme material da 
peça
Usinabilidade dos materiais
Materiais ISO-P costumam gerar cavacos longos e
com fluxo contínuo e a formação de cavacos é
relativamente uniforme. As variações costumam
depender do teor de carbono.
Baixo teor de carbono = material tenaz e pastoso
Alto teor de carbono = material quebradiço
A força de corte e a potência necessária variam muito
pouco.
ISO P
1500-3100 N/mm2
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Usinabilidade dos materiais
ISO P
Usinabilidade dos materiais
ISO-M resulta em uma formação de cavacos irregular,
lamelar, onde as forças de corte são mais altas
comparadas ao aço normal.
Há muitos tipos diferentes de aços inoxidáveis. A
quebra de cavacos varia dependendo das
propriedades da liga e do tratamento térmico, de fácil,
até cavacos quase impossíveis de se quebrarem.
ISO M
1800-2850 N/mm2
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Usinabilidade dos materiais
ISO M
Usinabilidade dos materiais
A formação de cavacos para os materiais ISO-K, varia
de cavacos semelhantes a pó a cavacos longos.
A potência necessária para usinar este grupo de
material costuma ser baixa.
Observe que há uma grande diferença entre ferro
fundido cinzento (geralmente próximos à forma de pó)
e ferro dúctil, o qual costuma ter uma quebra de
cavacos muito semelhante à do aço.
ISO K
790-1350 N/mm2
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Usinabilidade dos materiais
ISO K
Baixa necessidade de potência por mm3, mas devido
à alta taxa de remoção de metal, é ainda uma boa
ideia calcular qual é a potência máxima necessária.
ISO N
Usinabilidade dos materiais
350-700 N/mm2
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Usinabilidade dos materiais
A gama é ampla, mas em geral, as forças de corte
altas estão presentes.
ISO S
2400-3100 N/mm2
Usinabilidade dos materiais
Geralmente um cavaco contínuo, vermelho
incandescente.
ISO H
2550-4870 N/mm2
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Usinabilidade dos materiais
A força de corte (Fc) específica é a força necessária
para cortar uma seção transversal do cavaco em
determinadas condições.
O valor de força de corte específico é uma
constante do material.
Usinabilidade dos materiais
Fatores que influenciam a Usinabilidade:
 Variáveis dependentes damáquina
 Variáveis dependentes da ferramenta
 Variáveis dependentes da peça
 Variáveis dependentes do fluido 
 Variáveis dependentes do processo
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Usinabilidade dos materiais
USINABILIDADE Zv
baseada no comportamento do desgaste em relação à velocidade de corte.
USINABILIDADE Zs
baseada na formação do cavaco (Zs é bom se a adesão do material é pequena) e depende da
velocidade de corte.
Usinabilidade dos materiais
CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO DO GRAU DE USINABILIDADE:
 VIDA DA FERRAMENTA
 FORÇA DE USINAGEM
 QUALIDADE SUPERFICIAL
 GRAU DE RECALQUE DO CAVACO
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Usinabilidade dos materiais
CRITÉRIO VIDA DA FERRAMENTA
É o critério de maior importância!
A vida T é o tempo em que a ferramenta trabalha efetivamente do início do corte
até a sua utilização total, entre duas afiações sucessivas, sob certas condições
de usinagem.
Usinabilidade dos materiais
ENSAIOS DE LONGA DURAÇÃO
Teste torneamento-temperatura 
Sempre que o dominante for a temperatura e não o desgaste da ferramenta
(usado para aço rápido).
O tempo é contado a partir do início do corte com Vc e f constantes, até o
instante em que ocorre a destruição completa da ferramenta (desgaste
hiperproporcional).
Para uma determinada vida da ferramenta, o índice de usinabilidade será:
I.U. = Vc60(mat.ensaiado) / Vc60(mat.padrão) Padrão: AISI B1112
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Usinabilidade dos materiais
TESTE DO COMPRIMENTO USINADO LC
Realizado com velocidade de corte elevada, obtendo-se uma vida de poucos
minutos até a queima da ferramenta.
Como a duração deste ensaio é pequena e sua determinação bastante incerta,
usa-se medir o comprimento do cavaco usinado, que é de vários metros,
reduzindo assim o erro relativo do ensaio.
Usinabilidade dos materiais
TESTE DO FACEAMENTO DE BRANDSMA
Este método consiste em facear um disco com rotação e avanço constantes, do
centro para a periferia.
Inicia-se com velocidade pequena, correspondente ao diâmetro do furo do disco
e termina com uma velocidade bem maior definida pelo surgimento da queima da
aresta cortante.
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Usinabilidade dos materiais
TESTE DO FACEAMENTO DE BRANDSMA
a . n = va (mm/min); t = instante de tempo
AULA 04
VARIÁVEIS INDEPENDENTES 
DE ENTRADA
MÁQUINAS OPERATRIZES E 
PARÂMETROS DE CORTE
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Máquinas operatrizes
O conceito de máquina é bastante genérico e significa “um conjunto de mecanismos capaz de
cumprir uma determinada função”.
Máquinas-ferramentas têm um sentido mais limitado e significa “um conjunto de mecanismos
que permite fabricar alguma coisa”
Máquinas-ferramentas de usinagem têm um sentido mais restrito ainda e abrange aquelas cuja
função é permitir a geração de cavacos na remoção de material da peça.
Máquinas operatrizes
TORNEAMENTO
Para o desempenho de diferentes operações de torneamento, existe uma grande variedade de tornos que
podem ter diferentes configurações: universal, revólver, vertical, copiador, automático, com comando
numérico etc..
Torno universal Torno revólver Torno CNC
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Máquinas operatrizes
FURAÇÃO
As máquinas-ferramenta de furar, ou simplesmente furadeiras, consistem basicamente de uma árvore,
que gira com velocidades determinadas, onde se fixa a ferramenta. Esta árvore pode deslizar na direção
de seu eixo. Também se pode ter uma mesa onde se fixa e movimenta-se a peça. As partes principais de
uma furadeira variam de acordo com a sua estrutura.
Furadeira de bancada Furadeira radial
Máquinas operatrizes
FRESAMENTO
As máquinas-ferramentas de fresar, ou
simplesmente fresadoras, possibilitam
usinar praticamente qualquer peça com
superfícies de todos os tipos e formatos
com auxílio de suas ferramentas e
dispositivos especiais. As fresadoras
podem ser classificadas de diversas
formas, sendo que as principais levam em
consideração o tipo de avanço, a estrutura,
a posição do eixo-árvore em relação à
mesa de trabalho e a sua aplicação.
Fresadora verticalFresadora CNC
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Máquinas operatrizes
RETIFICAÇÃO
A retificadora é uma máquina empregada
na usinagem de peças para dar às suas
superfícies uma exatidão maior e um
melhor acabamento do que os conseguidos
em máquinas convencionais. As peças
geralmente precisam ser submetidas a
tratamento térmico de têmpera para serem
retificadas. Há basicamente três tipos de
retificadora: a plana (horizontal e vertical), a
cilíndrica universal e a cilíndrica sem
centros (centerless).
Retificadora plana 
vertical
Retificadora plana 
horizontal
Parâmetros de corte
Para cada operação de usinagem é necessário decidir quais serão os parâmetros de corte
utilizados [velocidade de corte (vc), avanço (f) e profundidade de corte (ap), largura de corte (ae)].
Levando-se em conta o volume de material removido por unidade de tempo e o acabamento da
superfície usinada, os valores adotados para os parâmetros de corte podem ser grandes ou
pequenos, dependendo da necessidade e da disponibilidade de materiais e/ou ferramentas. Assim,
as operações de corte nos diferentes processos de usinagem são de desbaste (fase inicial) e/ou de
acabamento (fase final).
DESBASTE ACABAMENTO
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Parâmetros de corte
DESBASTE
Como regra geral, a combinação de uma profundidade de corte (ap) máxima possível e de um
grande avanço (f) com uma baixa velocidade de corte (vc) determina uma alta taxa de
remoção de material durante uma dada vida da ferramenta sem muita preocupação com o
acabamento superficial. Neste caso ocorre a remoção da maior parte do material, é deixado
somente um sobrematerial para acabamento e o tempo de usinagem tende a ser menor.
Profundidade de corte: ALTO
Avanço: ALTO
Velocidade de corte: BAIXO
TRM: ALTO
Parâmetros de corte
ACABAMENTO
O objetivo é obter qualidades superficial, dimensional e geométrica da peça. Assim, como
regra geral, a combinação de um avanço (f) mínimo possível e de uma pequena profundidade
de corte (ap) com uma alta velocidade de corte (vc) faz com que se tenha a geração de uma
quantidade razoável de cavaco na unidade de tempo sem que haja influência da vibração na
remoção do sobrematerial da peça.
Profundidade de corte: BAIXO
Avanço: BAIXO
Velocidade de corte: ALTO
TRM: BAIXO
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Questões
Os três principais parâmetros da máquina que afetam a vida útil da ferramenta.
1. Profundidade de corte
2. Avanço
3. Velocidade de corte
Qual deles tem maior impacto na vida útil da pastilha?
(a) Profundidade de corte
(b) Avanço
(c) Velocidade de corte
Questões – Resposta 
Os três principais parâmetros da máquina que afetam a vida útil da ferramenta.
1. Profundidade de corte
2. Avanço
3. Velocidade de corte
Qual deles tem maior impacto na vida útil da pastilha?
(a) Profundidade de corte
(b) Avanço
(c) Velocidade de corte
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Questões – Resposta 
Os três principais parâmetros da máquina que afetam a vida útil da ferramenta.
1. Profundidade de corte
2. Avanço
3. Velocidade de corte
Qual deles tem maior impacto na vida útil da pastilha?
(a) Profundidade de corte
(b) Avanço
(c) Velocidade de corte
Questões 
Como você projeta a composição de um substrato de classe de metal duro a fim de maximizar
o comportamento de tenacidade?
As variáveis são:
- Tamanho dos grãos de metal duro
- A quantidade de fase ligante
(a) Tamanho de grão pequeno
(b) Tamanho de grão grande
(c) Pequena quantidade de fase ligante
(d) Grande quantidade de fase ligante
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Questões – Resposta 
Como você projeta a composição de um substrato de classe de metal duro a fim de maximizar
o comportamento de tenacidade?
As variáveis são:
- Tamanho dos grãos de metal duro
- A quantidade de fase ligante
(a) Tamanho de grão pequeno
(b) Tamanho de grão grande
(c) Pequena quantidade de fase ligante
(d) Grande quantidade de fase ligante
Questões 
Quais são os dois principais métodos de cobertura em pastilhas de metal duro?
(a) AVD
(b) CVD
(c) CBN
(d) PVD
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Questões – Resposta 
Quais são os dois principais métodos de cobertura em pastilhas de metal duro?
(a) AVD
(b)CVD
(c) CBN
(d) PVD
Questões 
Qual é a definição do valor de força de corte específica?
a) Espessura máxima do cavaco
b) Um fator de correção
c) Valor de força de avanço
d) A força necessária para cortar uma determinada área de material da peça de trabalho
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Questões - Resposta 
Qual é a definição do valor de força de corte específica?
a) Espessura máxima do cavaco
b) Um fator de correção
c) Valor de força de avanço
d) A força necessária para cortar uma determinada área de material da peça de
trabalho