10. Usinabilidade

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10. USINABILIDADE DOS MATERIAIS
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10.1. Introdução
	
	Na usinagem com remoção de cavacos verifica-se que os diversos materiais se comportam de modo distinto, sendo que alguns podem ser trabalhados com grande facilidade, enquanto que outros oferecem uma série de problemas ao operador.
	Usinabilidade pode ser definida como sendo a capacidade dos materiais das peça em se deixarem usinar.
	Pode se, ainda, definir usinabilidade como uma grandeza tecnológica que expressa, por meio de um número comparativo (índice de usinabilidade), um conjunto de propriedades de usinagem de um material em relação a outro tomado como padrão.
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	A usinabilidade depende:
 Do estado metalúrgico da peça;
 Da dureza;
 Das propriedades mecânicas do material;
 De sua composição química;
 Das operações anteriormente efetuadas sobre o material (sejam a frio ou a quente) e do eventual encruamento.
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	A usinabilidade depende ainda:
 Das condições de usinagem;
 Das características da ferramenta;
 Das condições de refrigeração;
 Da rigidez do sistema máquina-ferramenta-peça-dispositivo de fixação;
 Dos trabalhos executados pela ferramenta (operação empregada, corte contínuo ou intermitente, condições de entrada e saída da ferramenta).
	Assim, um material pode ter um valor de usinabilidade baixo em certas condições de usinagem e um valor maior em outras condições.
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10.2. Ensaios de usinabilidade
	São diversos os métodos empregados para medir o índice de usinabilidade.
	O método mais aceito é um ensaio chamado de longa duração.
	Nesse método, o material testado e o material tomado como padrão são usinados até o fim da vida da ferramenta (ou até um valor determinado de desgaste Vb ou KT), em diversas velocidades de corte diferentes.
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	Este ensaio permite a obtenção da velocidade de corte para um vida determinada da ferramenta (20 minutos - Vc20 ou 60 minutos – Vc60).
	O índice de usinabilidade (IU) é então dado pela relação entre Vc20 (ou Vc60) do material ensaiado e aquela correspondente ao material tomado como padrão, ao qual se dar o índice 100%. Assim, tem-se:
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	O material padrão mais utilizado quando se trata de ensaio de aço é o aço AISI B1112.
	O ensaio de longa duração leva em conta a propriedade de usinagem (critérios de usinabilidade) vida da ferramenta.
	Existem diversos outros ensaios de usinabilidade denominados de curta duração, que usam como critérios, além do fim da vida da ferramenta, outros critérios como: força de usinagem, acabamento superficial.
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10.3. A usinabilidade e as propriedades do material
 Dureza e resistência mecânica – Baixos valores de dureza e resistência mecânica normalmente favorecem a usinabilidade. Deve-se ter atenção a formação da APC.
 Ductilidade – baixos valores de ductilidade são em geral benéficos à usinabilidade. Facilita a formação de cavacos curtos, se tem menor perda de energia com o atrito cavaco-superfície de saída da ferramenta. A usinabilidade ótima é obtida com um compromisso entre ductilidade e dureza.
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 Condutividade térmica – Alta condutividade térmica favorece a usinabilidade do material. Necessidade de uma refrigeração eficiente, com a finalidade de se evitar excessiva dilatação térmica da peça e que não se danifique sua estrutura superficial.
 Encruamento – Alta taxa de encruamento acarreta num Ks alto e conseqüentemente numa baixa usinabilidade e favorece a formação da aresta postiça de corte.
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10.4. Fatores metalúrgicos que afetam a usinabilidade das ligas de alumínio
	Facilmente usinado;
 Baixo consumo de energia;
 Desgaste da ferramenta raramente é um problema;
 Baixas temperatura de corte;
 Altas velocidades de corte podem ser usadas;
 Quando os critérios de usinabilidade estão baseados na rugosidade da peça e nas características do cavaco, não se pode dizer que o alumínio possui uma boa usinabilidade.
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 As características de usinagem do alumínio e suas ligas podem ser afetadas pela variação de alguns fatores como: elementos de liga, impurezas, processo de fundição e tratamentos aplicados ao metal;
 As propriedades mecânicas e térmicas do alumínio puro são fatores decisivos nas características de usinabilidade de suas ligas;
 Módulo de elasticidade = 1/3 do aço, dificulta a obtenção de boas superfícies usinadas;
 A alta condutividade térmica favorece a usinabilidade da liga de alumínio;
 São geralmente usinados com metal duro da classe ? sem cobertura.
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10.4. Fatores metalúrgicos que afetam a usinabilidade dos aços
 A dureza do aço é o fator metalúrgico predominante na sua usinabilidade;
 200 HB é um valor médio de referência para a usinabilidade do aço;
 Um segundo fator metalúrgico que afeta a usinabilidade dos aços é a sua microestrutura;
 Um terceiro fator metalúrgico de influência na usinabilidade dos aços é a presença de inclusões.
 O último fator metalúrgico de importância na usinabilidade dos aços é a presença de elementos de ligas.
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	Alguns elementos de liga têm efeito positivo na usinabilidade dos aços e estão presentes nos aços de usinabilidade melhorada, são eles:
 Pb – elemento praticamente insolúvel no aço, forma particulas metálicas de baixo ponto de fusão que interrope a matriz e lubrifica a ferramenta de forma similar ao MnS;
 S - forma o composto MnS diminuindo a ductilidade e resistência ao cisalhamento do cavaco;
 P - dissolve-se na matriz e força a fragiliza o cavaco.
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10.4.1. Aços inoxidáveis
	Os aços inoxidáveis apresentam características de usinabilidade que variam com o tipo de aço.
 Os aços inoxidáveis ferríticos – em geral apresentam boa usinabilidade.
 Os aços inoxidáveis martensíticos – quando possuem alto teor de carbono são difíceis de usinar devido à alta dureza, que exigem um maior esforço de corte devido a presença de partículas duras e abrasivas de carboneto de cromo.
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iii. Os aços inoxidáveis austeníticos – Possuem alta taxa de encruamento e grande zona plástica, formam cavacos longos com tendência a empastar sobre a superfície de saída da ferramenta o que pode resultar na formação da APC.
	Pode-se considerar os austeníticos como aqueles que apresentam a maior dificuldade para serem usinados. Pois, além das características citadas, outras dificultam a usinagem destes aços, tais como:
 Baixa condutividade térmica;
 Alto coeficiente de atrito;
 Alto coeficiente de dilatação térmica.
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10.4. Fatores metalúrgicos que afetam a usinabilidade dos ferros fundidos
i. Fofos cinzentos
 O alto teor de silício na sua composição resulta em muito carbono livre (grafita) e quase nenhuma cementita;
 Formam cavaco de ruptura;
 Normalmente não se utiliza fluidos de corte líquido na sua usinagem;
 Possuem excelente usinabilidade.
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ii. Fofos branco
 O baixo teor de silício na sua composição resulta em pouco carbono livre (grafita) e grande formação de cementita;
 É duro e frágil;
Possuem a pior usinabilidade entre os ferros fundidos.
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iii. Fofos nodulares
 A grafita presente está na forma de nódulos (ou glóbulos) e a sua resistência mecânica, a tenacidade e a ductilidade aumentam consideravelmente;
 Possuem usinabilidade melhor do que os fofos brancos.
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iii. Fofos maleáveis
 Obtido a partir do tratamento térmico dos fofos brancos, resultando numa transformação da cementita em carbonetos esféricos ou até mesmo acontece uma remoção dos carbonetos;
 São maleáveis, dúcteis e resistentes;
 Possuem usinabilidade melhor do que os fofos nodulares e brancos.