tecnologia da usinagem com ferramentas de corte de geometria definida. - pdf

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UVIR 
- _ . Laboratório de Mecânica de Precisão 
Universidade Federal de Santa Catarina 
Departamento de Engenharia Mecânica 
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Florianópolis/SC - 88.010-970 
T e l . : - 5 5 (48)331 9395 
Fax : - 55(48) 234 1519 
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Tecnologia da Usinagem com Ferramentas 
de Corte de Geometria Definida - Parte 1 
Traduzido e adaptado por Prof. Dr. Eng. Rolf Bertrand Schroeter e Prof. Dr.-lng. Walter Lindolfo 
Weingaertner do livro "Fertigungsverfahren — Drehen, Bohren, Frãsen", 
. de Prof. Dr.-lng. Dr. h.cmult. Wilfried Kõnig e Prof. Dr.-lng. Fritz Klocke. 
Proibida a reprodução sem autorização dos autores e tradutores. 
Prof.. Dr. Eng. Rolf Bertrand Schroeter 
Prof. Dr.- lng. Walter Lindolfo Weingaertner 
Florianópolis, Março de 2002 
2 
Prefácio para o Compêndio "Processos de Fabricação" 
Funções chaves para a qualidade e a produção económica são a escolha do ' 
processo e a sequência de produção na fabricação. A tecnologia dos processos de 
fabricação é uma das ferramentas, básicas para o engenheiro de fabricação. 
Também o engenheiro de projeto deve ter experiência ftesta área, visto que no 
profeto inicía-se a definição dos custos de produção. Entretanto o estudante/ bem 
como o profissional da área, está diante de uma lacuna de informações. Até o . 
momento não existia uma publicação que abrangesse todos os processos -de 
fabricação eque tivesse como orientação principal--a'tecnologia de fabricação, -
Para preencher esta lacuna, os volumes publicados pretendem apresentar as 
características dos principais processos de fabricação - com e :sem remoção da 
cavacos - tanto através da apresentação dos princípios dos processos quanto na 
explicação dos fenómenos a eles relacionados, quando isto for necessário. • • 
Os elementos de máquina, acionamentos e de comandos- são amplamente 
abordads nos livros de M . Weck, sob o título "Máquinas-Ferramentas". Questões 
económicas, assim como a otimização da situação de máquinas no processo de 
fabricação, são tratadas, por W.. Eversheím nos volumes "Organização na Técnica, de 
Produção". 
A subdivisão do trabalho "Processos de Fabricação" nos seguintes volumes: 
Volume 1 - Tornear; Fresar, Furar. - ' 
Volume 2 - RetifícaçãOj; Brunimento, Lapidação. 
Volume 3 — Remoção e- Geração. 
Volume'4 - Conformarão Maciça. 
Volume 5—Trabalho em Chapas, 
compreende grupos de processos com 'princípios semelhantes.. .. 
Na área da técnica de conformação fo i feita uma divisão com relação ao tipo de 
peça abordada na discussão. No primeiro livro é apresentado um capítulo, sobre 
tolerâncias de fabricação e questões metrológicas na tecnologia de fabricação. 
Procurou-se apresentar, em cada volume, os processos de fabricação de uma forma 
enciclopédica. A estrutura lógica e didática parte do princípio de um processo de 
fabricação e dele deduz a solicitação da ferramenta e consequentemente permitirá ao 
r 
leitor deduzir a solicitação de ferramentas compostas. Só então é feita a abordagem e 
divisão ení. processos de fabricação isolados.. 
A_sequêncía de livros aqui apresentada pretende-, em primeiro lugar, orientar os 
novos engenheiros na área de fabricação e profeta A eles é apresentada a tecnologia 
dos processos de fabricação. Entretanto hão apenas o engenheiro é visado por este 
trabalho, mas também o prático ou o técnico, que poderão renovar ou ampliar seus 
conhecimentos através destes livros. A multiplicidade dos problemas de fabricação é 
tão grande como a diversidade dos produtos, de forma que nem todos os problemas 
poderão ser solucionados como mostrado nestes livros. Desejamos, com os mesmos, 
oferecer aos leitores os pontos de partida com os quais estes possam, através da 
dedução e das ferramentas de engenharia, ter sucesso na solução de seus problemas. 
Aachen, agosto de 1997 Wllfríed Koníg 
Frite Khcke 
4 
Prefác io pa ra o V o l u m e 1 ' T o r n e a r , Fresar, Fu ra r " 
'Os processos de-fabricação com remoção de cavaco com ferra mentas de 
geometria de corte definida sempre foram e continuam sendo os principais processos 
de fabricação, principalmente na produção de peças unitárias'e pequenas, séries, 
devido aos grandes volumes de material que podem ser removidos por unidade de 
tempo e à grande flexibilidade destes processos. 
Partindo dos aspectos comuns entre os diversos processos de fabricação com 
ferramenta de corte de geometria definida e suas variações, este l?vro"inicia!merrfe trata 
dos fenómenos que ocorrem no gume da ferramenta durante a usinagem e das 
solicitações sobre a ferramenta decorrentes destes processos. A partir daí são 
abordadas as propriedades necessárias aos materiais de ferramentas "de corte, bem 
como aspectos de sua fabricação e aplicações mais usuais. 
Um capítulo específico sobre a usinabílidade dos principais materiais dá ao leitor 
o conhecimento necessário para o domínio de problemas de usinagem na prática. O v> 
conhecimento da-interdependência entre material da peça, material da ferramenta e 
de parâmetros de usinagem forma a base para que se possa eferuar alterações no 
processo de usinagem com vistas a um aumento na produtividade e permitem definir, 
no estado de profefo, reduções consideráveis dos problemas, de usinagem e custos de ^ 
fabricação. ^ 
Finalmente são discutidos aspectos sobre a tecnologia dos seguintes processos de 
fabricação: torneamento, fresamento, furacão, brochamento, aplaínamenío, 
serramenfo e suas variantes de processo. Estes processos são analisados quanto às 
suas principais características gerais, bem como características tecnológicas espedficas 
e de ferramentas. 
Este livro é baseado-na preleção 'Tecnologia de Fabricação i, II", bem como dos 
exercícios referentes ao tema e que são apresentados na RVvTH-Universidade Técnica 
de Aachen, Alemanha. 
A quinta edição fo i refrabalhada, e o capítulo referente às técnicas de medição foi 
reestruturado, de modo a abordar com maior profundidade exigências metrológicas 
nos processos de fabricação. Também foram observados os desenvolvimentos na área 
de monitoramento de processos e na área de usinagem dura e a seco. O capítulo de 
5 
materiais de corte e ferramentas de corte foi reescrita e adaptado às novas normas 
vigentes, bem como foram profundamente discutidos aspectos. relacionados ao 
emprego e às características de revestimentos de-ferramentas. 
Por sua colaboração na elaboração deste livro agradecemos aos nossos 
assistentes, os senhores Dípl.-lng. M. Vullers, Dipl.-lng. C. Kopialka, Dipl.-lng. W. 
Severt, Dipl.-lng. N. Winands, Dipl.-lng. J. Liermann, Dípl.-lng. M. Rehse, Dipl.-lng. M. 
Failbõhmer, Dipl.-lng. V. Zinkann, Dípl.-lng. G . Eisenbtãtter, Dipl.-lng. K. Gerschwiller, -
Dipl.-lng. R. Fritsch, Dipl.-lng. M. Fieber, Dr.-lng. A. Neises, bem como o Dípl.-lng. M. 
Pôhfs, também responsável pela coordenação dos trabalhos para elaboração deste 
livro. 
Agradecemos também aos muitos ex-assísfentes que- trabalharam na elaboração 
da primeira edição e agora ocupam posições de destaque na Indústria. 
Nosso agradecimento vale, da mesma forma, para todos os colaboradoras e 
colaboradores de área de metalografia e parte técnica, assim como à Editora 
Springer-Verlag pelo. apoio à elaboração e publicação deste livro. 
Aachen, agosto de 1997 • Wílfried Kõnig 
Fritz Klocke 
6 
índ ice • 
Parte ! 
Simbologia 14 
1 Introdução 19 
2 Precisão Dimensional e Tecnologia^ de Medição de Peças „ 22 
2.1 Exigências de precisão 22 
2.2 Erros--geométricos de fabricação..- -22 
2.2.1 Erros de forma 23 
2.2.2 Erros de dimensão 24 
2.2.3 Erros.de posição , 25 
2.2.4 Rugosidade..., 26 
2.3 Técnica de medição 32 
2.3.1 Embasamento32 
2.3.2 Princípios de medição . 35 
2.3.3. Erros de medição - 44 
2.3.4 Instrumentos de medição para a verificação de comprimento 
e erros de fo rma • 46 
2.3.5 Processos e equipamentos para a determinação da qualidade 
de superfícies técnicas 6 2 
3 Fundamentos de Usinagem 79 
3.1 Definições básicas — "... — 79 
3.T.1 Movimentos ; 79 
3.1.2 Direções dos movimentos •- - 80 
3.1.3 Velocidades ' 82 
3.1.4-Grandezas de corte 8 2 
3 .2 Noções sobre geometria de ferramentas de corte 84 
3.3 O processo de corte 89 
3.3.1 Solicitações na cunha de corte 92 
3.4 Desgaste ..- —•• 98 
Vy 
Vy 
7 
3.4.1 Formas de desgaste e grandezas a serem medidas no desgaste.. 98... 
3.4.2 Causas e mecanismos.de desgaste '. • 100 
3.5"lnfluêncías_da geometria da ferramenta no processo 11-1. 
4 Materiais de Ferramentas de Corte e suas Aplicações 115 
4.1 Aços para ferramentas 11 8 -
4.1.1 Aços para trabalho a frio ': 118 . 
4.1.2 Aços rápidos • '.. 120 
4.2 Metais duros :-. 123 
4.2.1 Desenvolvimento histórico.. '. 124 
4.2.2 Fabricação de metais duros .... 126 
4.2.3 Componentes do metal duro e suas propriedades 127 
4.2.4 Formação da estrutura : 130 
4.2.5 Classificação de metais duros 131 
4.2.ó Revestimentos de ferramentas de metais duros 140 
4.3 Materiais cerâmicos '. -160 
4.3.1 Cerâmicas de corte à base de A l 2 0 3 1 62 
4.3.2 Cerâmicas de corte não-óxidas 1 68 
4.4 Materiais de corte altamente duros não-metálicos 1 71 
4.5 Formas de ferramentas 180 
4.5.1 Ferramentas de aço maciças. 180 
4.5.2 Ferramentas com pastilhas soldadas 182 
4.5.3 Ferramentas com insertos intercambiáves 183 
4.6. Preparação das ferramentas. 190 
5 Cuidados no Uso de Ferramentas de Corte 193 
5.1 Manuseio e manutenção deferramentas de corte: 193 
5.2 Manutenção e gerenciamento de ferramentas de corte ; 194 
5.2.1 Princípios básicos 194 
5.2.2 Prevenção do contato entre as ferramentas 195 
5.2.3 Prevenção contra oxidação 195 
5.3 Aplicação de tecnologia e manutenção de ferramentas de corte 196-
8 
5.3.1 Ferramentas de corte adequadas ao processo de corte 1 96 
.. 5.3.2 Cuidados no preparo de ferramentas de corte .... 1 97 
5.3.3instalação da ferramenta na máquina - _ 1.97 
5.3.4 Considerações na escolha das condições de corte v 1 97 
ó Meios Lub ri-refrigerantes 199 
6.1 Generalidades 199 
6.2 Funções dos fluidos de corte : 201 
6.2.1 Redução do atrito entre ferramenta é" cavaco 202 
6.2.2 Refrigeração da ferramenta 203 
6.2.3 Refrigeração da peça 204 
6.2.4 Expulsão dos cavacos gerados : .• 204 
' 6.2.5 Melhoria do acabamento superficial 204 
6.2.6 Refrigeração da máquina-ferramenta 205 
6.2.7 Melhorias de caráter económico 205 
6.3 Tipos de: lubri-refrigerantes 206 
6.3.1 Óleos de corte , ' ' 206 
6.3.2 Óleos emulsionáveis 207 
6.3.3 Fluidos sintéticos 207 
6.3.4 Fluidos gasosos 207 
6.4 Efeitos do uso de fluidos de corte 208 
ó.5Tendências no uso- de f luidos de corte 214 
6.5.1 Alternativas ecológicas - 216 
7-Usinabilidade ~ 220 
7.1 O Termo "Usinabil idade" 220 
7.2 Testes de usinabilidade....- 221 ^> 
7.2.1 Critério vida da ferramenta 222 ^ 
7.2.2 Critério força de usinagem 228 ^ 
7.2.3 Critério: qualidade superficial 231 ^ 
7.2.4 Critério formação de cavaco .• 235 ^ 
7.3 Fatores influentes sobre a usinabilidade de aços 237 
\
9 
7.3.1 Usinabilidade em função do teor de carbono 238 
7.3.2 Influências dos elementos de-.liga sobre a usinabil idade. _ 244 
7.3.3 Usinabilidade_em dependência do tratamento térmico 247 
7.3.4 Usinabilidade de aço endurecidos 254 
7.4 Usinabilidade de Diferentes Aços . 2 6 2 
. 7.4.1 Usinabilidade de aços para autómatos 263... 
7.4.2 Usinabilidade de aços de cementação 268^ 
7.4.3 Usinabilidade de aços de beneficia mento 270 
7.4.4 Usinabilidade de aços de nitretação 275 
7.4.5 Usinabilidade de aços-ferramenta 27ó 
7.4.6 Usinabilidade de aços inoxidáveis resistentes ao calor 278 
- 7.5 Usinabilidade de Ferros Fundidos 279 
7.5.1 Influência da composição química na usinabilidade de ferros 
fundidos ' 280 
7.5.2 Características de usinabilidade de ferros fundidos 281 
7.6, Usinabilidade de Ligas de Alumínio , 2 9 5 
7.6.1 Definição e designações.. 295 
7.6.2 Estruturas e usinabilidade 296 
7.6.3 Características necessárias às máquinas-ferramentas para a 
usinagem de ligas de alumínio 304 
7.7 Usinabil idade de Ligas à Base de Cobre 304 
7.8. Usinabilidade de Ligas à Base de Níquel 309 
7.9 Usinabilidade de Ligas à Base de Cobalto 315 
7.10 Usinabilidade de Titânio : • 3 1 8 
8 Determinação de Condições Económicas de Usinagem 3 2 7 
8.1 Otimização da ;condições de corte 3 2 7 
8.2 Limites para os métodos de corte "337 
8.3 Determinação e otimização dos parâmetros de corte 343 
9 Bibliografia 351 
10 
Parte 
Simbologia 10 
1 Introdução - 15 
2 Torneamento - 1 ó 
2.1 Generalidades.... . 16-
2.2 Tipos de torneamento . 1 9 
2.2.1 Torneamento cilíndrico : 19 
2.2.2 Torneamento plano (faceamento e sangramento) •' 24 
2.2.3 Torneamento de perfil . 25 
2.2.4 Torneamento de forma , 26 
2.2.5. Torneamento helicoidal 28 
2.3 Máquinas-ferramentas para o torneamento • 29, 
2.3.1 Características de importância para a classificação 29 
2.3.2 Tomos universais 29 
2.3.3 Tornos revólver 30 
2.3.4 Tomos automáticos 31 
2.3.5 Tornos copiadores 32 
. 2.3.ó Tornos especiais 3 2 
.2.4 Fixação de peças no torneamento.... 33 
2.4.1 Entre pontas - - 34. 
2 .4 .2 Pinças 34 
2.4.3 Placas de castanhas 36 
2.4.4 Placas defixação- magnética e:a vácuo _ .- . 36 
2.5 Ferramentas para o torneamento 37 
2.5.1 Ferramentas inteiriças 3 7 
2.5.2 Ferramentas com insertos soldados 39 
2.5.3 Ferramentas com insertos intercambiáveis 40 
2.6 Parâmetros de corte e variáveis de trabalho no torneamento 43 
2.6.1 Séleção de ferramentas , 
2.6.2 Requisitos de potência para o torneamento ". 
2.6.3 Velocidade, avanço e profundidade de corte..... 
3 Fresamento 
3.1 Generalidades 
3.2 Variações do processo de fresamento e características específicas 
3.2 • 1 Fresamento frontal 
3.2.2 Fresamento tangencial 
3.2.3 Fresamento de perfil -
3.2.4 Fresamento de topo ..... 
. 3.2.5 Fresamento por geração .". 
3.3 Geometrias obtidas no fresamento 
3.3.1 Obtenção de superfícies planas 
3.3.2 Obtenção de superfícies circulares e cilíndricas... 
3.3.3- Obtenção de roscas....: 
3 .3.4 Obtenção de superfícies perfiladas 
3.3.5 Cópia de superfícies 
3.4 Fontes de vibração no fresamento 
3.5 Máquinas-ferramentas para o fresamento 
3.5.1 Exigências construtivas para fresadoras.... 
3.5.2 Formas construtivas de fresadoras 
3.6 Fixação de peças no fresamento _ 
3.6.1 Ajuste das peças nos sistemas de fixação : 
3.7 Ferramentas para fresamento • 
3.7.1 Tipos de fresas -
3.8 Influência dos principais parâmetros de-corte no fresamento .... 
3.8.1 Taxa de usinagem em relação à profundidade de corte axial e 
ao avanço 
3.8.2 Taxa de usinagem em relação à profundidade de corte radial e 
ao diâmetro da ferramenta 
- - " . . . 12 ^ 
3.8-3 Influência da posição relativa entre.peça e ferramenta no . ^ 
desgaste da fresa.;.- ' 99 
3.8.4 Influência da velocidade de corte no desgaste da" fresa 101 - 3 
3.9 Fresamento de alta-velocidade (noções básicas) '. 102 y 
3.9.1 Generalidades , .' 102 X 
3.9.2 Usinabilidade de alguns materiais no uso de. tecnologia H S C . . . 1 05 ^ 
4 Furacão,. 1 1 2 y 
4.1 Generalidades 112 ~^ 
4.2 Variantes do processo de furacão e características específicas das y 
ferramentas -. 113 ^ 
.4 .2 .1 Furacão com brocas helicoidais 113 " y 
4.2.2 Furacão de furos curtos 126 
4.2.3 Furacão profunda 128 y4.2.4 Rebaixamento ^ 138 w 
4.3 Máquinas-ferramentas para a furacão ' 140 y 
4.4 Fixação de ferramentas na furacão 144 
4.4.1 Tipos de fixação 144 y 
4.5 Qual idade no processo de furacão 146 —-
4.5.1 Erros comuns na geometria do furo. . . 147 ^ 
5 Alargamento 150 ^ 
5.1 Generalidades 150 . 
5.2 Classificação dos alargadores i ' 152 T 
5.3 Geometria de alargadores " 155 y 
5.4 Escolha do tipo de alargador ~ 156 \
5.5 Alargamento com ferramentas de g u m e único regulável.' 165 y 
5.5.1 Generalidades 165 
5.5.2 Geometria de corte 166 ^ 
5.5.3 Construção e regulagem das ferramentas 1 69 -
5.6 Parâmetros para operações de alargamento. 171 
5.6.1 Velocidade de corte... 172 
13 
*. • 5.6.2 Avanço-.-.w.... v.. ., ......êk§ok~^?!^E: 
.5.6-3 'Fluido.de corte ....... 173 
6 Ròsqueamento .....^-......^..^,..,^,>.,......^.T„«v. . . . . 4 . . ^ ^ . . . . . 1^4 
6.1 Generalidades „ . . . W T ? ^ r w ^ , , « ^ . , - ¥ « v ! K ; . . . . . . „ ^ > ^ í . 174 
6.2 Tipos de ròsqueamento... -...^.,...v 1 7*4-
6.2.1.Tornea.fTtento.com ferç^e^§sj.p^glés-ou^múJdilplas'de.filetaç*....., 174 
. , , . , ^ . , 6 ^ 2 . 2 ^ $ ^ ;> 
ra ngencia is^ou ciEcuiejTes. ,. ............ 179 
t.r». •.^6^^JLu^\Vaafi\ã^00(^^sfQis^., . ^ ^ ^ . ^ ...-áU4*w>M V§2 
• -&JZ.4: R o s q . u é « i ^ . 184 
6.2.5 ^ ^ ^ p ^ p ^ p ^ p p S É 5 < a § . . - — i - - - ^ - - ^ ^ ' ^ ^ ^ ^ M ^ . 1.88 
6.2.6 ^ l e , ! ^ ^ ^ ^ 192 
6.2.7 .Rasqueam^ l?-5 
:. . .. - :;i' /jm?*.. 
7. Bibliograttà^-...,-. ... , ~W - - ? è É ^«M9S^* ' ^^~^ -^ : " * * *— * T#**4.» ' 1 9-7 
- . .... . . . . . . ^&g&ftí?1 -.;;«. f • > * . > • • < . . . :».>>; 
. . , •• - •• . . r ^ r v f . - í - ' . •'" - 5 ""••< 
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, •. • „ • " ' rfvií;,'.. .' '. .t.ví'*? '• 
5» 
3 
14 
Sim b o l o g i o 
a 9 [mm] penetração de trabalho 
[mm] profundidade de corte 
[mm] profundidade mínima de. corte 
b [mm] largura de corte 
b [mm] largura do canal sangrado -
c m [mm] desgaste no gume transversal medido em relação ao gume 
de corte (largura) • z 
Q ' [mm] desgaste no gume transversal medido em relação ao gume 
de corte .(altura)' 
Q velocidade de "corte para uma vida de 1 minuto 
Cv vida para uma velocidade de corte me 1 m/min 
d • [mm] diâmetro da peça 
[mm] diâmetro da peça bruta 
[mm] diâmetro da peça acabada 
' / 
d 2 [mm] diâmetro d a engrenagem 
0 [mm] diâmetro 
e [mm] excentricidade 
f [mm] avanço 
i ' [mrrr] avanço axial 
i . [mm] avanço da engrenagem vy 
t [mm/dente] .avança p o r dente 
F .[N] força de usinagem 
F c [N] força de corte 
Ff [N] força de avanço 
FP [N] força-passiva 
b [mm] espessura de corte . N—y 
h [mm] altura da fenda de medição 
h' [mm] espessura do cavaco 
[mm] espessura média do cavaca 
H [mm] altura de montagem do gume em relação à peça 
constante da equação para determinação da vida 
relação de desgaste 
força específica- de corte - ' _ 
[U$/peça] custo de fabricação por peça 
[mm] largura do lábio da cratera 
[mm] afastamento médio da. região mais profund 
.cratera • . . . _ -
[U$/h] custo de máquina e operador por hora 
[mm] profundidade da cratera 
[U$/h] . custo de-ferramenta por vida 
fator de correção para o desgaste d a ferramenta 
[mm] comprimento de medição. . '. 
[mm] comprimento da peça 
[mm] percurso de corte 
[mm] comprimento de corte circular . 
[mm] comprimento unitário de medição 
[mm] comprimento fatal de medição 
[mm] comprimento principal de corte 
[mm] comprimento secundária de carte 
[mm] comprimento de teste 
[mm] comprimento do chanfro de entrada 
tamanho do lote de peças a fabricar 
[mmj suporte percentuaf de um perfif de rugosidade 
[mm] desgaste da guia lateral 
[rpm] número de rotações da peça ou da-ferramenta 
[rpm] número de rotações da fresa geradora 
[kW] potência de corte • 
[mm] altura do lasca mento do gume 
[mm] largura do lascamento do gume „ 
[mm 3 /min] taxa de usinagem 
[mm] raio de quina . 
[u,m] desvio médio aritmético de rugosidade 
ló 
F\ . grau de recalque 
= [N/rnnrt^ • resistência à fração • ' .. 
Knax [pm] profundidade máxima individua! de rugosidade 
Rf [jim] profundidade máxima de rugosidade 
Rj. - [jim] média aritmética das rugosídades singulares 
SV a [mm] deslocamento do gume no sentido do flanco 
SVy - [mm] deslocamento do gume no sentido da face 
t e [min] tempo de fabricação 
fh [min] tempo principal 
t n [min] tempos secundários 
t; [min] tempo de preparação 
t w [min] - tempo de troca de ferramenta 
T [min] vida da ferramenta 
T [min] profundidade de mergulho 
T K vida útil da ferramenta para o critério desaste de 
cratera 
Tyg vida útil da ferramenta para o critério desaste de 
f lanco 
Up unidade de potência 
v c [m/min] velocidade de corte-
v ^ velocidade de corte inicial 
velocidade média na qual ocorre o desgaste 
hiperpropordonal ^ .. 
v e [m/min] velocidade de corte efetiva 
v f [m/min] velocidade de avanço 
VB [mm] desgaste de flanco 
VB' [mm] desgaste de flanco no ponto' média da gume 
V, [m3] volume, por peça . 
V z [m3] volume por tempo 
W [mm] desgaste da quina da broca helicoidal 
z número de dentes da ferramenta 
Zq número de espiras 
rugosidade unitária 
usinabilidade relacionada ao desgaste 
usinabilidade relacionado ao cavaco 
expoente da equação de Kienzie • 
ângulo de incidência (ângulo de folga). 
carbonetos de tungsténio 
ângulo de incidência ortogonal 
ângulo de Incidência passivo do gume secundário 
ângulo de inclinação .. .. 
ângulo de cunha 
fase de cobalto no metal duro 
ângulo de inclinação 
ângulo de direção do gume (ângulo de posição) 
ângulo de direção do gume secundário 
ângulo de direção do gume secundário 
ângulo de hélice da broca 
ângulo de affura do cabeçote automático de roscar 
ângulo de quina 
grau de deformação dos materiais 
passo axial 
grau de deformação no plano de cisaihamento 
energia de deformação por cisaihamento 
ângulo- de cisaihamento 
ângulo de saída 
carbonetos de titânio, tântalo e nióbio 
ângulo de Inclinação 
ângulo de saída ortogonal 
ângulo de saída radial 
ângulo de saída axial 
ângulo de saída do gume secundário 
[graus] 
[grausf 
[graus] ... 
[graus].. • 
[graus] -
[graus]-• 
[graus] 
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i ^ T ^ è í # d f e d â í f e í ^ i á t i ^ € r m e n t e - . -•• 
•coeficiente-de atritod©*H5f>* v •? 
*'* 'ângulo* de- ponta ' DíHvt • 
ângulo do.ga/r/nretransv.e^oíltssícr •' 
'intervalo de velocidade detaotteb ol 
. -xwãm - h oíuf .-iô 
19 
1 i n t r o d u ç ã o 
Os processos de fabricação surgiram em épocas remotas, quando ó homem 
percebeu que a transformação da matéria-prima da natureza lhe poderia trazer 
benefícios para suprimento das necessidades básicas. Utilizando dispositivos como 
os mostrados na f igura 1 .1 , já na idade da' pedra o homem fabricava utensílios" 
para a sua sobrevivência. -
Serra para Pedras do 
Período Neolítico 
a - Movimento de Avanço 
b - Movimento de Corte 
Figura 1.1 - Serra para pedras do período neolítico [10] 
Com o desenvolvimento social, intelectual e económico da humanidade, as 
exigências de conforto e o consumo de bens foram aumentando progressivamente e 
estes, juntamente com as máquinas, aparelhos e equipamentos utilizados na sua 
produção passarama fazer parte do cotidiano. Cada vez mais a produção em 
massa tornou-se uma necessidade e o domínio de. tecnologias para tal mais valioso.' 
As descobertas científicas e o desenvolvimento de tecnologias e processos de 
fabricação foram fundamentais neste contexto, tendo sido grandes alavancas para o 
progresso. 
A maioria dos livros especializados define fabricação como o ato de 
transformar matérias-primas em produtos acabados através de diversos processos, 
seguindo planos bem organizados em todos os aspectos. A importância da 
fabricação pode ser melhor entendida observando-se que a maioria dos objetos ao 
nosso redor têm formas e dimensões diferentes e também a maioria deles é 
composta por diferentes materiais, transformados a partir de diferentes matérias-
20 
primas por uma grande variedade de processos. Portanto não é nenhuma surpresa 
que nos países industrializados a fabricação compreenda um- terço do produto 
interno -bruto (valor de todos os produtos e serviços produzidos). Qualquer que sefa 
o processo, a fabricação envolve, projeto, .seleção de material e de um método 
adequado, realizados com base em requisitos técnicos e económicos, para que 
sejam minimizados custos e que o produto possa ser competitivo no mercado. . 
A figura T.2 mostra a classificação dos processos de fabricação dentro da área 
metal-mecânica, que sem dúvida tem grande importância económica e tecnológica 
na cadeia de produção, destacando os processos de usinagem, importantes tanto 
na fabricação de componentes para equipamentos e máquinas como em produtos 
acabados. 
r 
Fundir 
Dividir 
Processo de Fabr icação 
Conformar 
L impar 
Juntar Recobrir Al terar Propr. 
Us inar com 
Ferramenta 
de Geometr ia 
Definida 
a si- s_ 
CD i_ CS -— .-C cã 
F- l i . i t < CD CO 
Desmontar Evacuar 
Usinar c o m 
Ferramenta 
de Geomet r ia 
Não-Def in ida 
s 
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rr: m 
Figura 1.2 - Classificação dos processos de fabricação - adaptado de [1 0] 
Os processos de usinagem tiveram um progresso significativo ao longo dos 
anos, pela otimização de técnicas, desenvolvimento de máquinas-ferramentas mais 
21 
precisas,,com maior potência e versatilidade, pelo desenvolvimento de tecnologias 
paralelas como a eletrôníca apl icada nos comandos utilizados nas máquinas e pelo, 
descobrimento de novos materiais de ferramentas. Uma boa visão geral do assunto 
e o acompanhamento da evolução proporcionada pelo desenvolvimento da 
tecnologia é de fundamental importância para o profissional que atua nessa área. O 
entendimento desde os princípios e fenómenos físicos envolvidos e da dinâmica dos . 
processos até os princípios de funcionamento e o conhecimento das possibilidades de 
aplicação de equipamentos, máquinas e acessórios são ferramentas importantes no 
auxílio à tomada de decisões rápidas e que gerem bons resultados. 
Essa apostila aborda na sua primeira parte'conceitos básicos sobre medição, 
usinagem com ferramentas de geometria definida, materiais para ferramentas e 
alguns dos aspectos relevantes nos processos de usinagem, como usinabilidade, 
custos em usinagem, uso de fluidos lubri-refrigerantes, causas e mecanismos de 
desgaste de ferramentas e os cuidados necessários para conservação e utilização 
das mesmas--.Na: segunda parte são abordados alguns processos de usinagem 
mostrando-se.características específicas de cada um deles, como valores usuais-de 
alguns parâmetros de usinagem, fixações de peças e. ferramentas e características 
de máquinas. Os processos de torneamento, fresamento e furacão tiveram destaque 
neste texto por tratarem-se de processos mais importantes na indústria de um modo 
geral. 
22. 
2 Precisão Dimensional e Tecnologia de Medição de Peças 
2.1 Exigências de precisão 
A tecnologia de medição deve garantir que as exigências feitas a Um produto 
sejam realmente alcançadas no processo de fabricação. Uma das funções da 
metrologia, portanto, é determinar as dimensões de uma peça pronta e verificar os 
desvios relacionados com as dimensões pré-determinadas pelo projetista. Estes 
desvios devem estar situados dentro de certas tolerâncias, que definem a utilização 
de uma certa peça para sua função específica. 
Para a análise da peça são necessários instrumentos e técnicas de medição 
apropriados que permitam determinar as dimensões e/ou características geométricas e 
superficiais da mesma deforma isolada. 
Deve-se almejar numa fabricação económica que as tolerâncias dimensionais 
sejam reproduzidas, somente até o nível extremamente necessário para reduzir o custo 
de fabricação e-medição. 
A função, do projetista é, portanto, exigir as tolerâncias que permitam o 
cumprimento da função do componente, bem como garantir a possibilidade da 
substituição de elementos desgastados. 
2.2 Erros geométricos de fabricação 
Dependendo, do . processo de. fabricação pode-se ter erros diferentes que se 
caracterizam por propriedades deficientes da peça ou por erros geométricos. Erros que 
se referem às propriedades da peça são, por "exemplo, erros produzidos por 
Tratamento térmico das peças, que têm consequências sobre a estrutura, dureza e 
resistência da mesma. 
Porém os erros mais frequentes que ocorrem na fabricação são os erros 
geométricos, que podem estar situados no âmbito macroscópico ou microscópico. 
Para a análise sistemática, os erros são subdivididos de acordo com' a figura 2.1 em 
erros singulares, que são analisados.com maior detalhe no item seguinte. 
23 
- Erro de 
cilindriádade 
í. a I 
Figura 2.1 - Erros de geometria de fabricação e sua definição (segundo Kienzle, DíN 
74Ó2) [1] 
2.2.1 Enros de. forma 
Define-se erro de forma como sendo o. desvio de uma geometria padrão em 
relação à forma básica reta, plana, circular ou cilíndrica. A seguir serão mostrados 
alguns exemplos de erros de forma e suas causas. 
- O motivo para o surgimento de um desvio de forma cónico no torneamento 
longitudinal muitas vezes decorre do fato de que a fixação da peça não está 
paralela ao sentido de trabalho. Para peças muito compridas o diâmetro pode estar 
acrescido do valor de duas vezes o valor de recuo do gume, decorrente.do desgaste 
da ferramenta ao longo da usinagem do cil indro. 
- A forma de barril acontece quando a peça, por exemplo na- retífica, é fletida por 
um esforço de corte de ação radial. 
- O erro de cilindricidade pode ocorrer na furacão de furos profundos com 
ferramentas espirais em decorrência do desvio da ferramenta ocasionados por 
comprimentos diferentes dos gumes principais ou pela usinagem da superfície numa 
24 
posição inclinada. Ern erros de cilíndricidade, geralmente se distinguem vários casos. 
Pode-se ter um erro da linha evolvente des.viando-se de uma reta, como mostrado na. 
figura 2 . 1 . As superfícies de topo e a superfície evolvente de um cilindro podem fazer 
um ângulo diferente de 90° , ou g forma da seção pode desviar da forma circular. No 
último caso citado, trata-se de um erro de circularidade, e. ao invés de uma forma 
circular, pode-se ter a forma de uma elipse ou de um isoespesso. 
- O erro de circularidade pode ocorrer devido a uma fixação não carreta da peça. O 
torneamento interno de um tubo fixado externamente por uma placa de três castanhas, 
por exemplo, produzirá após a soltura da peça da placa uma forma, diferente da 
forma inicial redonda em decorrência da deformação elástica, ou seja, o raio nos 
pontos da fixação terá uma dimensão maior. 
2.2.2 Erros de dimensão 
Entende-se. como-erro de dimensão o desvio de uma medida padrão de um 
componente, definidapela utilização posterior do produto, e Indicada no desenho da 
peça. Esse erro de. dimensão não obrigatoriamente leva a uma inutilização da peca 
acabada; frequentemente ele pode ser corrigido através de um.trabalho posterior.. Um 
exemplo para a formação de erros de dimensão está mostrado na figura 2 .2 : No 
torneamento longitudinal de. peças cilíndricas é possível surgir erros de dimensão 
quando para o mesmo posicionamento na máquina a peça bruta apresenta variação 
de diâmetro. Em decorrência disso tem-se uma variação d a seção de usinagem e 
também uma variação da força de usinagem, que por sua vez leva a diversas 
deformações da máquina-ferramenta, ferramenta e peça. 
Além disso, por exemplo, o desgaste do rebolo na retífica plana de peças na 
produção em série pode^ levar a um erro dimensional da peça se não for feita uma 
compensação do desgaste correspondente na regulagem da máquina. 
25 
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LU 
Sentido de avanço 
Percurso de corte 
Material da peça 
Material da ferramenta 
Velocidade de corte 
Avanço 
Geometria da ferramenta 
Percurso de corte 
Ck55 N 
HM P 30 
v c = 160 m/min 
f = 0,25 mm 
To «o Xr 
6 o 5 o 0° 70° 90°Í0,8 mm 
Figura 2.2 Influência de uma variação da força passiva sobre a variação do diâmetro 
da peça [1] 
2.2.3 Erros de posição 
Erros de posição são desvios de uma aresta, linha ou de uma superfície de uma 
peça, em relação à posição desejada. De uma maneira geral, pode-se afirmar que a 
posição entre duas superfícies ou eixos pode ser definida, com suficiente precisão, pelo 
afastamento ou indicações dos ângulos entre elas. Na prática, os desvios de posição, 
mais importantes são: 
- Desvio de posição paralela entre duas superfícies, 
- Desvio de dois eixos e dois planos entre si. 
26 
Na figura 2.1 (parte central superior) está representado o desvio de dois eixos, de 
•uma peça rotativa. .Uma possibilidade do surgimento desse tipo de erro.de posição 
decorre da fixação imprecisa da peça nas castanhas. 
O desvio de .eixos nem sempre mostra-se da forma representada. Os dois eixos 
também podem cortar-se sob um ângulo determinado ou se posicionarem tortos um 
em relação ao outro, isso significa que eles,não se. interceptam e também não são 
paralelos. ' 
2.2.4 Rugosidade - -
Todo objeto é definido por uma ou mais superfícies. Na fabricação de peças não 
é possível produzir superfícies ideais. As superfícies de uma peça são, se observadas 
ao microscópio, dotadas de regiões com maiores ou menores planicidades que são 
definidas como sendo rugosidade da peça mesmo que essas superfícies, num aspecto 
macroscópico, pareçam-perfeitamente lisas. 
O desvio total entre a superfície real e a superfície ideal de projeto é definido 
como "desvio de forma" que, para uma distinção mais fina é dividido em seis ordens, 
desde desvios grosseiros até desvios finos, representados na figura 2.3. 
Na maioria das técnicas de, medição empregadas para a avaliação dos desvios 
da estrutura superficial observa-se e mede-se os desvios de segunda ordem e de 
ordem superior. A escolha dos cortes na. superfície deve ser feita de tal forma que eles 
sejam estatisticamente representativos para a superfície total. 
O' desvio >de fo rma da superfície, dependendo das exigências,- pode ser 
quantificado com o auxílio de cortes através de superfícies ou com auxílio de 
superfícies suporte. 
É possível obter cortes de uma superfície por planos que cortam a mesma em um 
determinado ângulo (geralmente ângulo reto) com relação à superfície geométrica 
ideal, ou por corres planos equidistantes à..superfície'Ideal, de projeto. • 
27 
Desvios de forma 
( Seção de pertíl apresentada aumentada) 
Exemplos para 
cada tipo de 
desvio de forma 
Exemplos para o surgimento do desvio-
I .Ordem : Desvio de Forma 
Desnfveiarnento 
Ovalado 
Defeito nas'guias de máquinas - ferramenta, 
deformações por flexão da máquina ou da peça, 
fixação incorreta da peça; deformações devido 
a-temperatura, desgaste 
2. Ordem: Ondulações 
Ondas Fixação excêntrica oú defeito de forma de uma 
fresa, vibrações da rraquina-ferrarnenta. da 
ferramenta ou da peça 
3.0rdem : 
R 
0 
G 
0 
S 
i ; 
D 
"A 
D 
E 
Rarfturas Forma do gume da ferramenta, avanço ou 
profundidade de corte 
4.0rdcm: 
R 
0 
G 
0 
S 
i ; 
D 
"A 
D 
E 
Esfrias 
Escamas 
Picos 
•Processo de formação de cavaco (cavaco 
arrancado, cavaco cisalhado, gume postiço), 
deformação do material por jato de areia, 
formação de ressaltos devido ao tratamento 
galvanico < 
S.Ordem: 
N3o é mais possível a representação gráfica de maneira 
simplificada 
R 
0 
G 
0 
S 
i ; 
D 
"A 
D 
E 
Estrutura do 
material 
processo de cristalização, rnodificação da 
superfície por ação quirrica (Ex^ decapagem), 
processo de corrosão 
6.0rdem: 
Mão è mais possivel a representação gráfica de maneirasimplifícada 
Estrutura 
reticulada do 
material 
Processos fisicos e químicos da estrutura do 
material, tensões e deslizamentos da estrutura 
cristalina 
Superposição dos desvios deforma de 1. até.4. 
^^^^^^^^^^^^^^^^^^Ê^^^^^^^^^^^Ê ordem 
Figura 2.3- - Exemplos dos desvios de forma de uma superfície (de acordo com norma 
DIN 4760) [Tl 
Dependendo da posição da superfície de. corte em relação a superfície 
geométrica ideal obtemos cortes em perfil, cortes tangenciais ou cortes equidistantes, 
figura 2.4. 
Cortes em perfis, são cortes normais ou cortes inclinados à superfície, que são 
obtidos pelo corte mecânico do corpo de prova em um plano cortante, pela 
apalpação puntual ou contínua de. uma superfície por meio de um elemento de 
contato ou ainda por um processo óptico. 
No caso de um corte tangencial, o corte da superfície é localizado de uma forma 
paralela à superfície tangencial,, na superfície geométrica ideal da peça. 
Cortes equidistantes são cortes na superfície, nos quais a superfície de corte 
mantém um afastamento constante da superfície geométrica ideal (eventualmente 
também em superfícies curvas). Se essa superfície geométrica idea íé um plano, então 
as superfícies equidistantes são também superfícies tangenciais . 
28 
Corte tangencial em uma superfície plana Corta tangencial em um cilindro 
Figura2.4 - Verificação da estrutura superficial de uma superfície por cortes [1] 
Define-se como sendo o perfil de uma. superfície, a linha de corte produzida pelo 
corte em perfil da mesma. Portanto, a imagem do perfil da superfície das linhas de 
corte é a imagem de uma secção paralela e similar de uma superfície de corte. 
. Na descrição da técnica de medição de uma superfície com um corte de perfil é 
necessário definir alguns concertos básicos, figura 2 .5 . 
Em um perfil há distinção entre o comprimento de teste " l t " do corte superficial, 
que é adquirido através de técnicas de medição e o comprimento de medição T que é 
empregado para a determinação, da qualidade da superfície (I é sempre menor que IJ. 
O perfil geometricamente ideal corresponde à superfície geometricamente ideal. 
O perfil real é o perfil medido de uma superfície, e em decorrência disso depende do 
processo de medição. E a representação mais aproximada da superfície real. 
Processos de medição diversos poderrrfornecer perfis reais diferentes. 
O perfil de referência é o perfil ao qual são relacionados os desvios de forma da 
superfície. Denomina-se perfil médio o perfil que deslocado paralelamente ao perfil de 
referência, corta o perfil real de forma que a soma das áreas F o i, formadas pelo perfil 
real acima da linha do perfil médio, sefaigual a soma das áreas F u i, formadas pelo 
29 
perfil real abaixo do perfil médio. O perfil de base, que é medido no comprimento dé 
referência, é aquele que corta ,o perfil real no ponto mais afastado em relação, ao 
perfil geometricamente ideal. • " • - . 
Perfil geometricamente ideai 
. Perfil real , — Perfil de referencia H _ 
— / \
K 
T \
N _ m \—Perfil de base 
I 
In 
•4—— ». 
R ? =Altura máxima do perfil I =Segmento de medição da njgosioaóe y ( 
=Artura máxirrB do pico do perfil • \ =Segmento total de contato do apaipador y 
R m ^Profundidade máxirna do vale do perfil í v =Segmento de avanço inicial 
H = Ponto mais alto do perfil | n =Segmento final da equiíbrio ^ 
X = Ponto mais baixo do perfil rn = Perfil medo 
Figura 2.5 - Conceitos básicos da técnica de medição de uma superfície Fonte: DIN 
4782/ÍSO 4287/1 [1] 
Os valores verticais dos desvios de forma de 3 f l a 5 3 ordem são determinados no 
comprimento de referência de' rugosidade " I " . São obtidos de medições feitas num 
plano normal ao perfil geometricamente ideal das distâncias de pontos ordenados que 
se situam em1" diferentes perfis. A unidade da medida é o micrometro (1 pm = 
0,001 mm). 
- Altura máxima do perfil Distância entre a linha do perfil e a linha de base. A 
máxima altura do perfil é a maior distância medida normalmente ao perfil 
geométrico ideal do perfil real ao perfil de referência. 
-Máx ima profundidade de alisamento Rp: Afastamento do ponto mais-alto do perfil em 
relação ao perfil médio , dentro da faixa de medição de rugosidade 1. 
- Máxima profundidade de perfil de referência R,,,: Afastamento do ponto mais baixo 
do perfil em relação à linha média do perfil m dentro da faixa de medição de 
rugosidade I. 
= Desvio do perfil 
— Altura do pico 
= ProfunrJdade do vale 
— Distância do perfil real ao perfil médio 
= Parceia da superfície com material 
— Parcela da superfície sem material 
30 
- Rugosidade média R^ Média aritmética dos valores absolutos dos afastamentos "h" 
do perfil real ao perfil" médio dentro da faixa de medição de rugosidade j": - " = • 
RaJ~)\h.\-dx ' (2.1) 
- As rugosidades singulares Z, (Z, = Z, a Z 5 ) : São definidas corno sendo o afastamento 
de duas linhas paralelas à linha média (perfil médio), que tangenciam, em um dos 
trechos de medição singular, o perfil' de rugosidade no ponto mais elevado e mais 
baixo, figura 2.ó. 
- Média da rugosidade R ^ : E definida como sendo a média aritmética das 
rugosidades singulares dos cinco trechos'de medição sucessivos. 
- A rugosidade máxima R ^ : É definida como sendo a maior rugosidade singular Z\, 
por exemplo Z 5 na figura 2.ó, que é verificada ao longo do trecho de medição l m . 
Figura 2.ó - Definição da Média da Rugosidade R^ (Segundo Norma DIN 4768) [1] 
As medidas horizontais são definidas pela projeção normal' de pontos sobre o 
perfil ideal que estão localizados-sobre o,mesmo perfil, f igura .2.7.. Se o.perfil de 
referência é deslocado paralelamente pelo valor "c" em relação ao perfil 
geometricamente ideal, então ele corta os trechos l c l , 1^ até 1^, do perfil real. O 
comprimento de suporte l t é a soma das projeções dos trechos l c l , 1^, ! „ , sobre o 
31 
perfil geometricamente"ideal (soma dos trechos l d / 1^, I J em comparação córneo-
trecho de medição de rugosidade I. A unidade de medida é"o milímetro .(mm). 
Para caracterizar em qual afastamento "c" em relação ao perfil de referência foi 
definido o comprimento de suporte, atrás do símbolo l t é colocado o valor de "c" em 
micrometros. Assim, por exemplo, \p_5 = define que o comprimento de suporte M r 
foi determinado para um afastamento de 0,25 u,m do perfil de-referência. 
O suporte percentual de um. perfil M r é a '.relação entre o comprimento de suporte 
I,. e o comprimento de referência I: 
A f r = 1 0 0 - ^ - (2.2) 
Este valor é dado percentualmente. 
Perfilgeometricarnente ideal 
Perfil real 
Figura 2 .7 - Determinação do comprimento de suporte (segundo DIN 4762) [1] 
32 
2.3 Técnica de medição 
2.3.1 Embasamento 
As funções da-técnica de medição na tecnologia de fabricação são: 
a) Determinar o posicionamento correto- das ferramentas na máquina-ferramenta, 
através da medição da peça antes e durante a usinagem. • 
b) Med i ra peça acabada - em geral só'em cada enésima peça de uma série - para 
verificar se ocorreu uma variação dõ ponto de setagem da ferramenta decorrente 
de um desgaste da mesma ou de um deslocamento não desejado do carro porta-
ferramenta ou, até mesmo, se a ferramenta deve ser trocada. Através de uma 
análise estatística dos resultados de medição é possível verificar a tendência de 
variação dimensional e com isto estipular o ponto no qual as tolerâncias estipuladas 
de-fabricação são transgredidas, de forma a evitar a usinagem ou a fabricação de 
peças, sucateadas-. 
c) Verificar, através, da medição óu comparação de peças prontas - controle, de 
saída no fornecedor e controle de- entradcr no- consumidor - se as dimensões da 
peça estão dentro da'tolerâncía desejada e se as qualidades prescritas para. a peça 
foram mantidas. 
d) Verificar, em ensaios de 'recepção ou ensaios de controle, as máquinas-
ferramentas e ferramentas, para ter ou garantir a qual idade do sistema de 
fabricação, de forma que as peças fabricadas possam atingir a qualidade desejada. 
e) Levantar dados para, por exemplo, novos desenvolvimentos ou para o 
desenvolvimento de melhorias da qual idade d e máquinas e equipamentos assim 
como para a determinação da influência de erros sobre a máquina-ferramenta. 
As tarefas descritas nos itens "a" e "b", de forma geral, são executadas como sendo 
medição de erros, singulares, O item "c" trata da. determinação de qualidades, do 
sistema de fabricação, que podem' ser determinadas pela verificação das funções ou. 
pela medição de erros. 
Alguns termos importantes da técnica de medição na área de fabricação serão 
esclarecidos abaixo: 
33 
Medir é um procedimento experimental, no qual uma grandeza de medição em-.*, 
uma peça (corpo de medição), é comparada com uma grandeza do mesmo tipo (por 
exemplo, comprimento, temperatura, massa), .que muitas vezes é fida como um 
"padrão". O resultado de medição consta de um número e de uma unidade de 
medida, por exemplo, 10 mm, 20°C. 
No termo "medir" . também está incluída-a- aval iação até o resultado de-.-, 
medição - como objetivo de uma medição - no entanto pão está incluído o 
processamento posterior de um resultado de medição. 
Na calibragem-é verificado se um valor real de uma peça está dentro de uma 
certa faixa de tolerância (maior ou menor que uma dimensão admissível), isto é, se 
o desvio do valor real em relação ao valor desejado não foi. ultrapassado (calibre 
de medição), ou se. os desvios de forma da peça estão dentro dos desvios 
admissíveis e se a peça pode ser considerada como isenta de erros em relação a 
uma peça padrão (formação de pares). O resultado da calibragem é peça "boa " ou 
refugo. 
. Ensaiar significa verificar se o objeto de ensaio (corpo de prova, equipamento 
de medição) preenche uma ou várias exigências prescritas ou esperadas e, 
principalmente, se os limites de erro pré-determinados ou tolerâncias são 
observadas. Um ensaio sempre traz uma decisão. O resultado de um ensaio é "s im" 
o u " n ã o " , • . ' 
O ensaio pode ser subjetivo, através apenas de sensoriamento humano sem 
equipamentos auxiliares, ou obfetivo, com instrumentos de medição ou ensaio que. 
podem trabalhar automaticamente. O ensaio subjetivo geralmente leva a apenas uma 
informação qualitativa. O resultado deste ensaio é, por exemplo: a superfície de uma 
peça é muito áspera (teste ou ensaio por apalpação);ou : a máquina é muito 
barulhenta (ensaio auditivo). 
O ensaio com auxílio de equipamento.de ensaio ou equipamento.de medição 
leva a um resultado objetivo se o corpo de ensaio ou a medida preenche as condições 
exigidas. 
No campo de ensaios de materiais, a palavra "ensaio" geralmente é empregada 
no sentido anteriormente descrito, mas em muitos casos a palavra ensaio também é 
entendida como sendo medir. Por exemplo: quando se ensaia um pedaço de aço com 
34 
relação à sua dureza e resistência à tração sem que com' isso seja. necessária uma 
comparação com um valor prescrito ou combinado, isto é, uma avaliação sem que 
seja necessário um laudo sobre_o ensaio. " •'• « . 
Na metrologia normalmente entende-se como calibrar a verificação de 
dependência entre sinal de saída e sinal de entrada, por exemplo, entre d medida e 
a indicação. Em escalas conhecidas'- através da cal ibração verifica-se o erro da. 
indicação do instrumento de medição ou o- erro de uma" medida. Um exemplo é a 
calibração de um te.rmopar (comparação da indicação no instrumento de medição 
de corrente com a temperatura real). 
' Na área da'medição'eletrotécnica o termo "calibrar" também multas vezes é 
empregado para a fabricação da escala de um instrumento de medição durante o 
processo de fabricação. Isto pode ser feito individualmente em escalas unitárias ou na 
produção de escalas em série por divisões iguais,, ou ainda sob a utilização de um 
padrão de escalas. Às vezes o termo "calibrar" ainda é usado para "controlar". 
Ajustar,, na metrologia, significa"posicionar a indicação de um instrumento de-
medida, de"taf forma que o valor Iniciai (por-exemplo, na indicação) parta do valor 
correto de forma que os valores, reais tenham o menor desvio possível em relação 
aos'valores indicados ou que os desvios estejam dentro da tolerância de.erro. A 
ajustagem, portanto, exige uma intervenção no instrumento, o que multas vezes faz 
com que o Instrumento de medição tenha uma var iação na indicação permanentel 
A aferição' (aferição oficial), de um instrumento de medição ou de uma medida 
compreende a verificação de um instrumento-por u m ó r g ã o autorizado de acordo com 
normas de aferição e a emissão de um certificado de aferição. 
Multas vezes na técnica a palavra "a fer ição" é empregada no sentido de" uma 
ajustagem ou cal ibração, ou para ambas as atíyidades. • • . 
35 
2.3.2 Princípios de medição 
Generalidades ' .. 
Medir basicamente é comparar. Condição primária no procedimento de 
medição, portanto, é a existência de um padrão-de comparação. Este padrão sempre 
é um instrumento de medição-adaptado-para-a finalidade, específica. Na sua forma' 
mais simples, por exemplo, para a medição de um comprimento, o instrumento é um 
bastão ou uma fita métrica que geralmente está dividido em subdivisões iguais. Este. 
padrão serve para medir o comprimento desejado. A incerteza de medição~neste 
procedimento, no entanto, é muito grande. Para o aumento da certeza de medição 
deve ser melhorada a qualidade de leitura no instrumento de medição. Para.medições 
normalmente são empregados instrumentos de medição para.os quais o valor de 
medição pode ser verificado com elementos específicos e pode ser processado de tal 
forma, que ele. possa ser indicado com a precisão desejada. 
O fluxo de sinais'-.entre a grandeza a-ser medida, como sinal de entrada e 
indicação, compreende: um transdutor, um transformador, um amplificador, um 
transmissor de informação e novamente um transformador. Nem sempre todos, esses 
segmentos devem ser percorridos. Os elementos situados no fluxo dos sinais serão 
explicados a seguir, f igura 2 .8r ' 
• - Energia auxiliar 
Quantidade a ser. 
medida Processador Transdutor Amplificador Processador Transdutor Amplificador 
Indicação Transdutor 
Transmissor do 
valor medido 
Figura 2.8 - Fluxo do sinal entre a grandeza medida e a indicação [1] 
36 
No transdutor o valor de um sinal é modificado sem que hafa uma variação da 
dimensão física. Entende-se como sendo um transformador, um equipamento que 
mud.a a dimensão-física de uma grandeza, por exemplo, um deslocamento linear em 
pressão ou uma diferença de pressão, uma força em uma tensão, etc. O amplificador 
promove a variação do nível de energia do sinal, por exemplo, com auxílio de 
válvulas, ou • de transistores. -Aqui sempre há a necessidade de uma energia 
complementar, por exemplo,-de uma bateria ou da rede elétrica. Com auxílio de um 
transmissor de sinal, o sinal medido pode ser transmitido ou transportado por um certo 
percurso sem que sua dimensão seja mudada, por exemplo, por uma rede elétrica ou 
uma rede pneumática. Aqui a grandeza-do sinal pode ser diminuída em decorrência 
da perda de carga no sistema. 
Dependendo do tipo da grandeza a ser medida e dos elementos situados no fluxo 
do sinal, distinguem-se os seguintes princípios. de < medição:-, mecânicos, ópticos, 
elétricos e pneumáticos, onde, entre a grandeza a ser medida e a indicação, ainda 
podem, existir combinações dos princípios de medição acima citados. 
O diversos princípios de medição serão descritos, a seguir. 
Princípio de medição.mecânico 
Em instrumentos que trabalham com esse princípio de medição, o sinal de saída é 
detectado de maneira puramente mecânica. A grandeza a ser rhedida, por exemplo 
u m : comprimento, é- tomada na peça com auxílio de apalpadores e . e m . seguida 
amplificada por alavancas, engrenagens, cremalheiras, fitas torcidas, etc . 
Um problema grave que encontramos no princípio de medição mecânico é a 
movimentação mecânica propriamente dita, uma vez que para cada movimento é 
necessário deslocar massas, necessrtando-se de-força. Ao mesmo tempo, com toda a 
movimentação temos o atrito nos mancais das alavancas e. nos. acionamentos por 
engrenagem, que também apresenta-se na forma-de uma força. Como com- estes 
instrumentos que trabalham pelo princípio de medição mecânico só é possível realizar 
medição por contato, é exercida uma .pressão ou, uma, força sobre a peça a ser 
medida que normalmente não é .constante sobre toda a faixa de medição. Essas 
forças, mesmo sendo muito pequenas, muitas vezes podem levar à danificação da 
37 
peça, por exemplo na medição da espessura de folhas finas plásticas ou- metálicas, ou 
pode provocar deformações elásticas no sistema peça-instrumento dè . medida", 
levando a erros de medição. Além disso, geralmente temos mancais de eixos em furos 
que acoplam os sistemas de amplificação mecânica que não são totalmente isentos de 
folga. ' r 
O princípio de-medição mecânico só é adequado .para'medições estáticas ou 
para a medição de dimensões apenas com pequenas variações durante o tempo, uma 
vez que a inércia de um sistema de medição: deve .ser levada em conta durante o 
tempo de medição. -
O local da medição e da indicação não • pode ser separado fisicamente. Em 
decorrência disto necessita-se de um espaço relativamente, grande para medições pelo 
princípio mecânico. • - -
As menores dimensões a serem medidas, em decorrência das dificuldades acima 
apresentadas estão situadas na faixa de micrometros. 
Princípio de medição, óptico • ' ' >• . 
Neste princípio, de. medição é aproveitado o deslocamento retilíneo da luz, bem 
como a natureza ondulatória da luz. 
Um percurso a ser medido,' por exemplo o.diâmetro de'um furo, pode ser medido 
com auxílio de um sistema óptico constituído de" várias lentes, prismas e espelhos, e 
amplificado de tal forma que seu-comprimento pode ser determinado em uma escala 
existente na entrada d o sistema óptico. Essa leitura pode ser feita pela observação em 
uma ocular ou o objeto a ser medido pôde ser projetado sobre: uma tela adequada. 
Assim pode-se teruma ampliação que vai depender da combinação das lentes 
utilizadas. ' 
Se o objeto a" ser medido, é demasiadamente grande que não possa ser visto na 
sua totalidade nó instrumento de medição ópt ico, então ele deve ser deslocado com. 
sistemas mecânicos de precisão, onde as linhas de referência na peça são colocadas 
em concordância com as linhas de referência do.sistema óptico. O percurso desse 
deslocamento então representa o comprimento a ser medido . Nestes equipamentos a 
38 
precisão-. de-meçlição..também é. da ordem de micrometros em razão dos ajustes 
mecânicos necessários. - .:. 
Para.;.medições • de comprimento muito precisas faz-se uso-da característica 
ondulatória da luz. Feixes luminosos podem se reforçar ou se eliminar por refração ou 
reflexão. ' " . " 
Na figura 2.9 temos a representação de como em luz de mesma fase coerente 
chegamos a. uma adição da intensidade luminosa,-áo passo, que para dois feixes 
luminosos em fase oposta nós temos a eliminação de luz. 
Na figura 2.10 temos o princípio de medição de um comprimento com o auxílio 
da medição interferométrica. Uma fonte de luz L envia um feixe de luz monocromático-
em fase coerente. O feixe de luz se divide em duas parcelas.no espelho P e segue para 
dois espelhos com reflexão total A e B. Do espelho B uma parcela do feixe de luz (feixe 
de referência) é-novamente refletido através do espelho P e outra parcela é refletida 
para um detector de foto F. O espelho móvel A reflete luz (feixe de medição) através 
da espelho P, onde o feixe de medição se sobrepõe com o eixo de referência, isto é, 
onde. eles interferem conjuntamente, para' incidir num detector de foto F.. 
Luz rrxxwOTrrótica coerente X Comprimento de onda 
k = constante <p = 0 gr, Quadratura de "fases (deslocamento) 
Figura 2.9 - Formas Ondulatórias de Ondas Luminosas [1] 
39 
. Se o espelho A for movimentado paralelamente ao eixo de luz ocorrem oscilações 
da intensidade da luz corri*a, eliminação da luz ou'reforço, em razão da variação do 
comprimento, do caminho entre as duas parcelas de "feixe no „ponto de sobreposição 
no espelho dividido . 
Essa interferência ocorre através do princípio de superposição. A amplitude da 
onda resultante é igual a soma das amplitudes das ondas individuais. Aqui é possível 
medir comprimentos na ordem de.grandeza de meio' comprimento de onda da luz 
empregada. . . . . . . 
Interferência em dois planos 
(Interferência de Fraunhofersche) 
Diferença de posição 
Amplificação (a = 0) 
Eirrninaçáo(a = 0) 
1' 7 
2~ 1" 
A 2d l/n-sen *a ' 
lnterferômetro de Micheison 
Sen i 
n = Senp 
z = 0,1,2... 
z = 0,1,2... . 
z Número de ordem de mterrerêrtcia 
n índice de refreçáo 
Figura 2.10 - Interferência da luz [1] 
Uma vantagem considerável do princípio de medição óptico é que mede-se sem 
contato com a peça e em decorrência disto não se exerce nenhuma força sobre o 
objeto a ser medido. 
Princípio de medição eléfrico 
Este princípio de medição baseía-se na-característica de que uma modificação de 
uma grandeza mecânica provoca .uma modificação, de uma grandeza elétrica. A 
grandeza elétrica influenciada pode ser uma resistência ôhmica, uma variação 
capacitiva ou uma variação indutiva. 
40 
" R = — =- ' "[Cl] " ' (Lei de' Ohm para 'condutor linear) 
/ A • 
Simplificadamente, no deslocamento de um apalpador tem-se uma resistência ao 
deslize, que atua como um divisor de tensão resultando numa variação desta que 
indica o percurso deslocado pelo apalpador. 
A variação da resistênciq ôhmica de um fio pelo qual passa uma corrente pode 
ser feita pela variação de comprimento e variação de seção transversal em 
decorrência, por exemplo, de uma força de tração aplicada sobre ele. Este efeito é 
utilizado em extenso metros, cuja aplicação encontra-se especialmente para a medição 
de forças que provocam a .deformação de componentes . 
O princípio de medição capacitivo baseia-se no princípio de um condensador de 
disco ou placas, com uma superfície de placa constante e variação no afastamento 
entre placas, provocando assim uma variação de capacitando. Para isso, no entanto, 
é necessário que entre os discos ou entre as placas tenha-se um dielétrico que não 
varie sua composição durante a utilização . 
Nas aplicações técnicas das medições de comprimento tem-se condensadores de 
placa que por um- lado são constituídos pela própria peça e por outro lado pelo 
transdutor. Este processo é aplicado raramente, uma vez que ele é bastante sensível às 
intempéries do meio ambiente- (pó, umidade, etc), o que leva a imprecisões de 
medição.. -
O princípio mais empregado para a medição- d e . deslocamentos ou de 
comprimentos é o princípio indutivo, figura 2 . 1 1 . Neste princípio o elemento de 
medição é um núcleo metálico que sedesloca entre duas bobinas- Com isto, varia-se-
a resistência à passagem de corrente alternada pelas bobinas. O valor medido ocorre 
através de uma dessintonização de uma ponte de medição no deslocamento do 
elemento de medição. Em'decorrência da possibilidade de ter uma ampliação elétrica 
bastante grande, não há necessidade de efetuar-se uma amplificação mecânica do 
deslocamento do núcleo ferroso do sistema de medição. 
Caso seja necessário medir sem contato com esse princípio de medição, 
trabalha-se com uma semi-ponte, isto é, a ponte de medição consta de apenas uma 
resistência fixa e uma resistência variável, representada por uma bobina. A variação de 
(2.3) 
41 
indução e a variação da resistência à passagem de uma corrente alternada, dá-se em., 
decorrência da variação do afastamento da peça em 'relação à bobina. 
O" princípio piezelétrico faz uso da propriedade de certos cristais, que submetidos 
à compressão, fração ou cisaihamento, apresentam cargas eletrostátícas em suas 
faces opostas. Para a utilização do sinal (indicação e armazenamento), essas cargas 
eletrostátícas devem ser transformadas em correntes'e/ou tensões. A vantagem desse 
princípio de medição é que praticamente não há deformação dos cristais quando são 
submetidos a uma força, uma vez que esses cristais apresentam uma rigidez muito 
grande. . . . ^~ . . . . . . . 
Sensor 
Sementa medido^ 
Sensor S t 
Salda para o 
^- amplificador 
i 
u. 
= C . s 
c = d 
U* = Tensáo de saída da ponte 
U, = Tensáo de alimentação da ponte 
C = Capa cidade . 
s = Trajeto de Medica o 
= Constante de campo elétrico 
í>r = Constante dieietrica 
A = Área das placas 
d = Distância entre as piacas 
.Figura 2 .T l - Sensor indutivo [1] 
A vantagem.da medição pelo princípio elétrico está fundamentada no.fato de que 
a região de medida e a região de indicação podem ser facilmente separadas uma da 
outra. Assim, toma-se geralmente * possível adaptar, transdutores, e m espaços físicos 
muito restritos. Além disso,, também é possível medir fenómenos físicos que ocorrem 
em curto, espaço de tempo, onde a massa muito pequena do transdutor é movida com 
facilidade o u , no caso de medição sem contato, uma pequena força de massa deve 
ser superada. O sinal de saída pode, sem maiores problemas, ser transformado ou 
42 
amplificado e transferido para os sistemas de anotação elétrico, òu diretamente 
ligados ao sistema de aquisição de dados e gravados em fitas magnéticas" ou em 
memória de computador. 
Princípio de medição pneumático -
Tendo um fluxo de ar comprimido por um canal , -como o mostrado na f igura 
2 .12, o volume de ar que,, passa na unidade de tempo pelo canal, para uma 
temperatura constante do ar na frente e atrás do canal , só depende da pressão de 
entrada do canal (pressão de alimentação p j , da pressão de saída do canal (pressão, 
atmosférica p j e da menor seção transversal docanal* ( / ^ J . Mantendo-se as pressões 
de entrada e de saída constantes, então a quantidade de ar que passa pelo. canal é 
apenas função da menor seção transversal deste canal e a dependência entre a 
quantidade de ar que fluí pelo canal é proporcional à menor seção transversal do 
cera i À ^ . . . 
V//////////A 
Pressão deAHraentação p Pressão .Atmosférica p 
Canal de ASmentacâo 
de Medição 
Figura 2 .12 - Conceitos básicos para o princípio de medição pneumático [1] 
" 4 3 
Essa lei pode ser empregada para a medição de comprimentos no caso do ar 
fluindo por uma tubeira, como mostrado na figura 2 .12 . Se a superfície* da peça se 
encontra próxima à tubeira e a área cilíndrica da fenda anelar entre a superfície da 
peça e a tubeira for menor que a área da seção transversal da tubeira, então essa 
fenda anelar (também denominada de fenda de medição) é a menor seção transversal 
do canal de fluxo. Uma variação dessa fenda, de medição, pelo deslocamento da 
peça da posição vertical em. relação a tubeira, provoca uma variação do fluxo de ar 
pela seção ane la r . 
Na prática, não se deseja determinar a distância entre a tubeira de medição e a 
superfície da peça, e sim determinar um comprimento na peça correspondente. Aqui 
se procede da mesma forma como se procede na utilização de relógios comparadores 
ou de equipamentos de indicação com apalpaçâo. O equipamento empregado para 
indicação é acoplado à tubeira de medição e o sistema é aferido com blocos padrões 
e colocado numa posição zero . A peça que deve ser medida, é então substituída peto 
bloco, padrão,, de tal. forma que o- comprimento a. ser medido está localizado no 
sentido do fluxo de saída da tubeira de medição. O valor indicado no instrumento.é a 
diferença,, ma ior ou .menor,, entre a peça e o bloco padrão. A medição de 
comprimento pneumática é uma medição de comparação t a í ! q u a l é a-medição com 
relógios comparadores e apalpadores, e necessitam, portanto, aferição com no 
mínimo um bloco padrão. 
Dependendo do tipo e ,da disposição do canal de fluxo de ar, distingue-se 
medição direta ou sem contato, e medição indireta ou com contato. Trata-se de uma 
medição direta quando o ar que sai pela tubeira atinge diretamente a superfície da 
peça, e de uma medição indireta quando o ar sai pela tubeira e incide sobre um 
sistema apalpador, conforme mostrado na figura 2.13 . 
A medição direta tem a vantagem de que a força de medição é muito pequena, 
uma vez que ela depende apenas do fluxo"de ar. Outra vantagem deste sistema é o'' 
efeito de auto-límpeza. Em decorrência da alta energia"anética do fluxo de ar, tem-se 
um efeito de limpeza na superfície da peça tão forte que na maioria das vezes as 
peças nãd precisam ser l impas'corri óleo,'passos de lapidação ó u semelhantes. A 
desvantagem na medição sem contato é a influência da rugosidade superficial do"' 
corpo a ser medido. Uma medição com confiabilidade só é possível se a rugosidade 
44 
média, estiver, na .ordem de grandeza de alguns micrometros ou menor. Rugosidades 
grandes mascaram os resultados de medição, pois levam a variações.de afastamento 
entre."rubeíra de medição e superfície da peça.. " 
Entrada 
de ar 
Tubeira 
Sensor 
j f ^ - P e ç a 
Guia 
Tubeiras 
de 
Medição í 
l . F u r ° d a . l 
peça 
Medição 
s/contato 
V Medição c/contato -> 
F i g u r a 2 J 3 - Transdutores Pneumáticos (segundo Níeberding,. Neuss) [1] 
2.3.3 Erros de medição 
Um resultado de medição completamente certo é impossível de ser obtido, figura 
2.14. Toda medição tem influências e é mascarada por erros provocados pelo 
princípio de-medição, peta consideração de certas suposições e por erros do padrão; 
de medição. Sofre influência também do sistema de medição, das imperfeições do 
sistema de medição (dispersão e erros, deformações por peso próprio, força de 
medição e, oscilações de temperatura), das propriedades do corpo a ser. medido 
(limpeza, características da superfície e erros.de forma das superfícies a serem medidas 
ou superfícies de referência,.porexemplo, lascamentos.ou deformações, rugosidades-
ou erros de circularidade em furos de centragem), das características pessoais do 
observador (propriedades da visão do observador, capacidade de distinção de 
assimetrias, tato para a aplicação das forças de medição, mão calma e segura na 
regulagem do equipamento, etc). Como últimos fatores de influência deve-se citar a 
45 
variação da temperatura ambiente, i luminação, vibrações", oscilações de tensão'/— 
comente e írequência, bern : como ; úma'- instalação-não adequada" do sistema de 
medição que leva . a . um cansaço rápido do pessoal encarregado de efetuar as 
medições. Os erros provocados durante a medição podem ser classificados em erros 
aleatórios e erros sistemáticos. 
Erros aleatórios são erros que resultam de fatores não determináveis'e 
independem do desejo do observador. Eles são provocados por fenómenos que^não»' 
podem ser determinados metrologicamente, e decorrem dos instrumentos de medição • 
(por exemplo, atrito), do objeto a ser medido, do meio ambiente e do próprio 
operador. Se um mesmo operador repete no mesmo _objeto a mesma medição com o 
mesmo instrumento sob as mesmas condições/ou se o mesmo operador compara este 
mesmo instrumento de medição com o mesmo padrão sob as mesmas condições por -
várias vezes, então as medições singulares serão distintas uma em relação a outra. 
Com os erros aleatórios o resultado de medição atinge uma certa incerteza. A 
certeza de u m resultado de medição pode ser melhorada com o aumento do número 
de medições e p o r um tratamento estatístico dos: resultados. 
Ambientar 
Temperatura, pressão do ar, 
umidader vibração, luz 
secundária, campos parasitas 
Pessoa Física: 
Aptidão, prática. Perturbação 
visual, capacidade de 
avaliação, atenção 
Equívoco: 
Erro, erro de leitura, erro de 
interpretação, impedância 
w 
Peca medita: 
Peça medida com 
determinado erro 
Processo de medição: 
Grandeza perturbadora não 
considerada, aptidão, erro de 
Abbe 
Aparelho de medição: 
Incerteza de medição, 
aptidão, montagem, forças de 
medição 
Preparação: 
Providências de preparação, 
limpeza, protocolo, caBjracão 
Figura 2.14 - Fatores para os desvios de grandezas de medição no processo de 
medição 
.46 
• Erros ^ sistemáticos são provocados pela imperfeição' da medição e dos 
instrumentos de medição, pela imperfeição do -processo de medição e do objeto a ser 
medido, bem como por influências do meio ambiente e influências pessoais do opera-
dor que podem ser determinadas metro logicamente. Os erros sistemáticos têm um 
certo valor e um certo sinal que, aplicando-se fatores de correção, podem ser 
eliminados". O erro "é definido como indicação real negativa na indicação do 
instrumento. Se o erro não é corrigido, então o resultado de medição não está cometo. 
Os erros.de medição mais frequentes resultam das influências de oscilações da 
temperatura sobre posições geométricas e das variações da força de medição. Para • 
cada medição deve ser analisado a influência dos diversos causadores de erros sobre 
os resultados da mesma. -' 
2.3.4 Instrumentos de medição para a -verificação de comprimento e erros de 
forma 
O s : instrumentos para. medir, aferir ou ' ensaiar erros geométricos . de 
comprimento - e erros d e - f o r m a , baseiam-se nos princípios de. medição "tratados no 
item 2.3 .2 . Aqui. drferencia-se instrumentos com e sem indicação. 
Instrumentos sem indicação 
Blocos padrão são blocos " feitos de aço temperado, metal "duro ou 
recentemente também de quartzo, cuja seção transversal é retanguíar ou circular e 
dispõe de duas superfícies paralelas[15]. Estas duas' superfícies de medição são 
trabalhadas finamente (lapidadas), e são tão planas, que se dois blocos padrão são: 
montados um sobre o outro após uma limpeza rigorosa, eles permanecem aderidos 
devido apenas à. força de adesão dos. matéria is, sem estar- preso por qualquer 
agente adicional. A espessura da fenda entre os dois blocos padrão, resultante da 
umidade de ar condensada e restos de gordura (em geral de gordura resultante do 
manuseio do operador), é na maioria dos casos desprezível e inferior a 0,1 [ im. 
Blocos padrão normalmente são classificados em grupos de 1 j im, 10 u,m, 0,1 
mm e 1 mm, de forma que com um conjunto de 4 5 blocos padrão podem ser 
47 
determinadas todas as medidas entre 3 mm até 1 0 2 , 9 9 9 m m , de 1 u.m em T j im . 
No máximo são empregados cinco blocos padrão simultaneamente. 
Ainda ho[e é bastante frequente o uso de blocos padrão para a medição de 
precisão. O emprego fácil e versátil, no entanto, encontra em contraposição uma 
série de desvantagens. Os blocos padrão representam apenas uma medida e são 
muito sensíveis a variações de temperatura, além disso, apresentam desgaste devido 
à utilização. - . •- -. '• • 
Calibres sempre representam uma só medida> segundo ã qual são fabricados 
ou ajustados para uma,medida [7]. Calibres, são o instrumento mais .simples e-
muitas vezes o equipamento mais económico para, a fabricação quando se tem um 
grande número- de componentes a serem medidos.. Eles-são empregados na 
medição de peças redondas, planas, roscas, ângulos, cones, como também para a 
medição de formas irregulares como os chapetones. 
Calibres de teste ou padrão servem para a aferição de' instrumentos de 
medição,.-bem como para verificação de calibres de fábrica. Esses calibres de 
fábrica..geralmente--se. apresentam na forma- de-cal ibres passa-não-passa. A 
diferença;entre o lado- passa e o não-passa. é a diferença dimensional definida pela 
tolerânciade-fabricação do componente. 
A lei de Taylor vale para a aferição de tolerância em peças, figura 2 .15 . Ela diz 
que o lado passa do calibre deve verificar toda a forma geométrica da peça de uma 
só vez, e que o lado não-passa deve verificar parcialmente a forma geométrica da 
peça, empregando uma superfície de contato menor possível entre peça e cal ibre. 
Certamente essa exigência nem sempre, pode .ser cumprida, \á que calibres 
devem verificar simultaneamente todo o comprimento da superfície de ajuste. Porém 
isto é impossível de ser realizado, por exemplo, em eixos muito espessos e longos 
ou em furacões muito profundas, pois os calibres correspondentes se tornariam-
muito pesados e difíceis,.de serem manuseados. 
48 
não passa 
passa II' 1 1 
1 
furacão 
não passa 
passa 
erxo 
não passa 
furacão quadrada 
não passa 
furacão dentada 
iura 2 . T 5 - Lei de Taylor na Calibração (segundo Kienzie) [1] 
Instrumentos com indicação 
Embasamento 
Em. instrumentos de medição com .indicação podem _ ser acoplados vários 
sistemas entre a grandeza a ser medida e a indicação, como por exemplo 
amplificadores, transformadores e alavancas, que têm certa influência sobre o 
resultado de medição. Geralmente em tais instrumentos vale a dependência, entre a 
grandeza a ser medida e a indicação (sinal de entrada e o sinal de saída)'mostradas 
na figura 2 .1ó. Cita-se algumas grandezas que devem ser observadas no manuseio 
de tais equipamentos de medição. 
A faixa de indicação representa a faixa de valores que podem ser medidos pelo 
instrumento de medição. Certos instrumentos de medição, como um termómetro 
com ampliação, podem indicar mais que uma faixa parcial . 
49 
A faixa de medição é a parte da faixa de indicação para a qual o erro da 
indicação está dentro da tolerância requerida. 
Grandezas de influência 
Grandezas de 
medição 
Entrada 
03 
"cn 
CO 
Resultados de medição 
Saída 
Figura 2 .16 - Dependência entre o sinal de entrada e o sinal' de saída de um 
sistema de medição PI 
A faixa de medição pode compreender toda a faixa de indicação, ou ser 
constituída de uma ou mais partes da faixa de indicação. 
Em instrumentos de medição com mais de uma faixa de medição, as faixas 
individuais podem apresentar faixas ou limites de erros distintos. 
50 
•)•• A faixa de supressãóae um instrumento de-medição é a faixa-de resultados de 
medição, acima da qual podem ser-lidos os .valores de medição.' • - •• • 
A histerese de. um equipamento de medição é a diferença da indicação gue se 
obtém para o mesmo valor da medição quando se aproxima a marca do 
instrumento de medição, parfíndo-se de um valor menor, e em seguida de um valor 
maior, no início da medição. A histerese de um instrumento de "medição não é 
constante (devido à. variação do atrito). Por isso índíca-se apenas que a histerese de 
um equipamento fica abaixo de um certo valor. 
A sensibilidade de um Instrumento de medição é a relação entre a variação 
observada na indicação do instrumento e a variação do comprimento a ser medido. 
A sensibilidade nem. sempre precisa ser constante em-toda a faixa de medição. Na 
medição de comprimento a sensibilidade é Igual -a relação do comprimento que 
pode ser medido pelo Instrumento de medição, por exemplo do indicador, com o 
comprimento do corpo a ser medido, por exemplo do bloco padrão. 
Exemplo: Um relógio comparador com uma amplif icação de 1000:1 (fator de" 
proporcional idade'1000) tem sensibilidade de 1 mm/0 ,001 mm,"pois para uma 
variação da grandeza, a ser medida de um milésimo de milímetro, a indicação se 
desloca de- um milímetro. 
Instrumentos Mecânicos 
Micro metros são constituídos de um fuso, cufa parte frontal é configurada por 
uma superfície de medição e a outra extremidade • serve como padrão de 
comparação. O fuso é-. retificado (passo de 0 , 5 ou 1 mm) [ l ó ] ' . Como o eixo do 
fuso também é o eixo do padrão, não se tem erros de medição de primeira ordem. 
A faixa de Indicação de um micrômetro é 2 5 mm. A porca no lado externo tem 
indicações das divisões, de milímetros, inteiros (às, vezes meios). A leitura, é feita no 
tambor que dispõe de uma subdivisão em cem (ou cinquenta) partes. A leitura de 
um centésimo de milímetro dá-se "na verificação da coincidência de um traço do 
tambor com o traço de referência na porca. A incerteza de medição, em princípio, 
depende das imprecisões das superfícies a serem medidas e de variações na força 
de medição. Para mícrômetros até um tamanho de 100 m m usados corretamente, 
•51 
normalmente a incerteza de medição tem o rdem.de grandeza• d e . ± 0 , 3 p,m. Para. 
evitar grandes flutuações, na força de" medição o-fuso- é dotado: de. .uma catraca. As 
configurações mais usuais de micrômetros são: - •: 
- Micrômetros para medição externa, onde as superfícies de medição são 
adequadas à função de medição específica (figura 2.1 7). 
- Micrômetros para embutímerito em microscópios, máquinas-ferramentas, etc. 
- Micrômetros para a medição de furacão. -
A 3 _ C D £ F G 
H Arco 
Figura 2 .17 - Micrômetros externos [1] 
Relógios comparadores e apalpadores indicam pequenos deslocamentos no 
apalpador, com uma ampliação bastante grande em escala [17, 18]. O apalpador 
normalmente é dotado de uma ponta cuja superfície de medição (plana, esférica, 
forma de cunha, com ponta, arredondada) _ é adaptada. à função de medição 
específica; a marca de Indicação normalmente é um ponteiro rotativo. A 
transmissão no sistema de medição pode ser mecânica, óptica, elétrica ou' 
pneumática. Apalpadores apresentam pequena faixa de indicação; normalmente 
são empregados em sistemas de medição de comparação.-
Relógios comparadores têm ampli f icação mecânica, figura 2 .18, e escala 
circular com ponteiro;, o ponteiro pode realizar várias rotações, o que possibilita 
ampliar a faixa de medição; padronizadas são 10 mm, 5 mm e 3 mm. As 
52 
indicações na-escala, também são padronizadas: 0 ,01 mm;- além =dísso' existem 
indicações-dê escalas.de 0,1- mm «(e também.de 0,001 .mm, no entanto os erros, 
devido às engrenagens e crernalheiras, principalmente do primeiro-estágio, não são 
menores que os erros de relógios comparadores de indicação 0,01 mm). 
Figura 2.18 - Princípios de medição de um relógio comparador [1] 
A haste de apaipação tem uma cremalheíra na parte interior do relógio e 
transmite seus movimentos para um p inhão; uma alavanca (que tem forma, ta l , que 
a força de medição sobre todo o deslocamento da haste de medição permanece 
aproximadamente constante) é empurrada para fora através de uma mola. , 
Em relógios comparadores com proteção contra impacto, a cremalheíra e a 
haste de medição estão desacopladas fisicamente entre si, de-forma-que impactos 
sobre a haste de apaipação não são transmissíveis diretamente sobre o sistema de 
medição. : 
Relógios comparadores de precisão (apalpadores de precisão) têm um ponteiro 
que não pode executar uma rotação inteira e apenas apresenta o deslocamento 
sobre um ângulo (120 a 180 graus, em alguns casos até aproximadamente 300 
53 
graus) f igura .2 .19 : A amplif icação é d e 1 0 0 : 1 . a- 1000:1 e / e m casos .especiais-, " 
ainda maior.. Porém, para tais - re lóg ios /as . causas de erros como'a ' ' i r rad iação 
térmica não podem.mais ser desprezadas. : \
Indicadores das tolerâncias ~' 
Padráo de furacão 
para a haste de fixação 
28 H7 
Padráo de furacão 
para o pino de fixação 
6H7 
Figura 2 .19 - Relógio comparador de precisão, (forma A) (segundo DhN 879) [1] 
O Mikrokator, figura 2 . 2 0 , tem uma mola plana torcida como elemento 
principal de medição. A mola plana de alguns milésimos de milímetro de espessura 
tem um capilar de vidro extremamente fino co lado em um ponto ao longo da 
lâmina [8]. Na extremidade do capi lar de vidro é co locada uma pequena placa de 
alumínio para facil itar a visualização da posição do Indicador [8]. O deslocamento 
da haste de medição age direta mente na forma de tração sobre a lâmina torcida, 
54 
deformando a mesma,- e.evitando influências-de atrito e folga. A lâmina-torcida 
muda sua hélice devido à tração,- levando a-uma variação" da posição do ponteiro. 
A amplif icação, portanto, depende da configuração da lâmina torcida. 
Ajustador 
Indicador 
.Alavanca angular 
Mola de pressão 
Cilindro 
Sensor 
Figura 2 .20 - Representação esquemática de mikrokator ( C E . Johansson) [1] 
As escalas e faixas de medição mais usuais são: 
- Escala de 0 ,01 mm para uma faixa d e medição de 0,4 mm; 
- Escala de 1 jxm para uma faixa de medição de 'ó0 u.m e-200- j im; 
- Escala de 0.1 |i.m para uma faixa de medição de ó \xm e 20 u.m. 
Além disso são fabricados microapalpadores com amplificação- por alavanca, nos 
quais as alavancas são alojadas sobre facas para a diminuição de atrito e fo lga. 
55 
Para a medição de diâmetros'e-funções'semelhantes existem • micrômetros na 
forma de estri-bccom um mícrômefro de" precisão embutido. Um instrumento desses;, 
também denominado de Passa meter, está representado na figura 2 . 2 1 . O valor de 
escala é 2 j i m , a faixa de indicação é de ± 8 0 u.m, e o instrumento dispõe de uma 
faixa de regulagem de 2 5 mm. Normalmente são oferecidos quatro tamanhos, que 
cobrem a faixa de 0 a 1 00 mm. 
Tambor da escala ' • " Superfícies de medição Balandm 
Cremalheíra Ajuste fino 
Figura 2.21 — Passameter [1 ] 
Em comparação com o calibrador micrométrico, o passameter oferece, através 
de um pré-a{uste sobre uma medida, uma rápida leitura para a faixa de tolerância, 
sendo utilizada para medições de grande frequência, por exemplo pequenas séries. 
Instrumentos de medição ópticos 
Instrumentos de medição ópticos para. medição de precisão têm um apalpador 
acoplado a um espelho móvel, cujo movimento tem uma ampliação grande por via 
óptica; a leitura da marca visual óptica é executada em um vidro fosco com escala 
ou diretamente através de uma ocular. 
56 
O microscópio é uma -combinação d e dois sistemas ópticos,, da objet iva re da 
ocular. A objeriva-produz a ampl iação da. figura-.real do. objeto, que é'observado via-
uma .lupa (ocular),. Peoduz-se, assim, uma figura virtual, bastante ampliada. A 
ampliação total de um microscópio é o produto da ampliação da obfetíva pela 
ampliação da ocular [8]. . • 
O microscópio de medida é dotado de uma ocular de medida, que possui a 
divisão de escala na ocular ou numa c h a p a c o m divisão, alojada nas imediações do 
ocular, e que pode ser deslocada com precisão mensurável:. • • ., 
Figura 2.22 - Princípio de medição do binóculo autocolimador [1] 
Projetores de perfil ou também projetores de medição apresentam uma 
representação fiel „ do objeto de medição. O desvio sifua-se na faixa de 0,1%. 
Através da iluminação,, assim como no microscópio de medição, surge uma sombra 
da peça que é vista na tela. A peça a ser medida é colocada sobre a mesa e, 
ampliada opticamente de 5 a TOO vezes. Para a medição da peça utíliza-se na tela. 
réguas.ou gabaritos com formas ou raios definidos. Para. medições mais exatas ou 
para medições nas quais o corte da Imagem não é suficiente, o objeto a ser testado 
é colocado sobre uma mesa que pode movimentar-se em duas direções [20]. Na-
figura 2.22 o princípio de medição descrito é apresentado para medição de desvios 
angulares com um binóculo autocol imador. 
57 
Sensor de foco automático: através de uma lente obfetíva móvel o feixe de luz" 
de medição [X - 7 8 0 •nmjé focalizado -sobre- a-superfície dó objetol O-' diâmetro dó 
foco é da ordem de 1 p.m e limita-a dispersão lateral do sistema. A' luz refletída da 
superfície incide sobre um sistema ótpico em um díodo fotodiferençial. O sinal 
resultante é utilizado para regular a lente objet iva, isto é, o feixe de luz de medição 
é novamente focalizado sobre, a superfície. A movimentação da lente é conseguida 
com urrfsistema Óptico adicionar obtendo-se o perfil da superfície. 
No princípio de foco automático pode-se obter erros de medida em cortes 
posteriores ou cantos agudos semelhantemente, ao "sistema de apalpamento 
mecânico. Esses resultam da grandeza da mancha de luz e da reflexão indefinida do 
feixe de medição nas modificações de perfil. A medida .é influenciada 1 pefos filmes 
de superfície e a poeira. Já que para a medida real é necessário uma grande 
reflexão, grandes alterações das propriedades de reflexão nas superfícies podem 
impossibilitar ou mascarar uma medição. As vantagens desse sistema são a grande 
área de medição-vertical'e principalmente a medição.sem contato, que possibilita a 
medição, de. materiais macios. 
Instrumentos de. Medição Elétrícos 
O apalpador de um sistema de medição'elétrico quese desloca em relação ao 
elemento de medida provoca a modif icação de uma grandeza elétrica; essa 
variação é ampliada de duzentas a quinhentas- vezes (em medições de qualidades 
de superfícies até 100 mil vezes) e transformada em um valor de medição. Para 
medições de comprimento geralmente são empregados transdutores indutivos, 
figura 2 . 1 1 , cufo elemento de medida é um núcleo de ferro que se desloca (em ' 
geral entre duas bobinas) e com isto varia á resistência à passagem de corrente 
alternada. As bobinas formam um lado. da ponte- de medição que trabalha com 
auxílio de uma frequência básica gerada pelo ampl i f icador (raramente também com 
frequência da rede). O valor de medida resulta de uma variação na ponte de 
medida devidoa deslocamentos dos elementos de medida; não faz-se necessária 
uma ampl iação mecânica no apalpador devido à amplif icação possibilitada pelo 
amplificador. Por isso a massa do apalpador pode ser pequena. 
58 
O deslocamento de medida, a força de medição de um; dispositivo de medição 
de deslocamento, bem como os valores,da-escala e a faixa de indicação da escala 
ou do dispositivo de registro .no qual o valor de medição è~ visualizado,, podem ser 
adaptados facilmente à função de medição. 
Taís instrumentos de medição são muitas vezes empregados na-medição e 
qualificação de uma-superfície, bem como na medição, de erros de circularidade. 
Os transdutores de movimento sem contato são empregados em combinação com 
a frequência básica dos amplificadores quando se faz necessária uma .medição sem 
contato. Esses dispositivos têm uma larga faixa de apl icação, não sendo utilizadas 
apenas para a medição de deslocamento, mas também para medições estáticas, 
permitindo, por exemplo via um elemento elástico, a medição de forças, ou via uma 
membrana, a detecção de uma pressão. A-sensibi l idade das bobinas • permite 
trabalhar com deslocamentos extremamente pequenos, de forma que é possível 
comparar estes instrumentos de medição com instrumentos praticamente sem 
deslocamentos. 
Instrumentos de Medição Pneumáticos 
Os instrumentos de medição pneumáticos distínguem-se entre equipamentos de 
alta e de baixa pressão, sendo que a referência de pressão é dada pelo regulador 
de pressão. Alta pressão significa pressão p > 0,5 bar, e baixa pressão significa 
pressão p < 0,1 bar. A faixa'de pressão entre 0 ,1 e 0,5 bar não é empregada por 
dificuldades de concepção técnica dos equipamentos, porque nessa faixa tem-se 
uma influência da pressão externa, bem;como uma variação-de fluxos,, de laminar 
para turbulento nos canais de fluxos, que levam a perturbação na curva 
característica dos equipamentos.- - -
, Ambos equipamentos são,baseados no mesmo princípio de medição. A figura 
2.23 mostra a construção esquemática do princípio de medição por circulação e 
por velocidade. A maioria dos equipamentos trabalham usando o princípio de 
medição por pressão. . ' .., . -
59 
Esquema do processo ••• • 
de medição de volume 
X Filtro de ar 3 Medidor de corrente 
2 Heguíadorde pressão 4 Tubeira de medição' 
Esquema do processo de medição' de velocidade 
A 
— 
1 Filtro de ar 
2 Regulador de pressão 
3 Tubo venturi 
4 Válvula de entrada 
5 Tubeira de medição 
$ Manómetro 
Figura 2.23 - Princípios de medição por volume e velocidade para medição 
• pneumática (de acordo cóm Dolezalek) [1] 
A faixa de medição dos equipamentos pneumáticos normalmente situa-se entre 
10 e 200 p.m; obtém-se amplificações, entre 1000 e 10000 vezes, em casos 
especiais até 5 0 0 0 0 vezes" ou mais. As amplificações abaixo de 1000 vezes não 
fazem sentido, fá que nestes casos equipamentos mecânicos para medição de 
comprimentos são mais económicos. A precisão de medição relativa comporta-se 
normalmente na faixa de 2% da ampli tude de medição. A medição direta, como é 
conhecida em equipamentos elétricos, atualmente ainda não existe. Na f igura 2 .24 
ÓO 
é mostrada a, curva característica de um sistema de medição pneumático que 
trabalha pêlo princípio de medição-por pressão, onde. a pressão indicada no 
mostrador, diminui com o aumento dò afastamento da . tubeira em" relação a 
superfície a ser medida. 
Figura 2.24 — Curvas características de sistemas de medição pneumáticos [1] 
A medição de furos é a principal área de apl icação para a medição sem 
contato com equipamentos pneumáticos. Isto tem sua. razão,, uma vez que é 
extremamente complicado medir furos com equipamentos de medição mecânicos 
com precisão de milésimo de milímetro ou mais . A medição mecânica de furos 
requer a mudança da direção de medição (via um cone, uma esfera ou uma 
alavanca). Nisto a folga das guias dos elementos de mudança de direção sempre 
ól 
traz perda de precisão. -Na mudança de direção- via pneumática, num sistema de., 
medição pneumático, não se tem essa dificuldade. 
- Tubeira de medição Peça a ser medida '" • . 
Figura 2 .25 - Mandril, para medição pneumática [1] 
Uma aplicação típica para a.medição do valor médio de uma furacão é um 
mandril de medição com duas o u mais fubeiras. Na f igura 2.25 é mostrada a forma 
construtiva de um mandril com 2 tubeiras. Este mandril tem 2 fubeiras 
diametralmente opostas. Elas são recuadas em relação ao diâmetro do mandr i l , de 
-forma que na introdução do mandril no furo elas não sejam danif icadas. O ar é 
alimentado via um furo central e pode sair pela circunferência externa do mandri l . 
Se-o medidor pneumático for ajustado de forma que os dois canais de medição 
estejam na zona de valores característicos (figura 2.24) obtém-se uma centralização 
correta do furo em função do mesmo volume de ar nos dois canats (mesma 
espessura da folga). 
Esta forma de medição de furos é realizada em dois pontos e assim, girando a 
peça e o mandri l , pode-se verificar o desvio do diâmetro em relação ao 
deslocamento angular e determinar o erro de circularidade do furo. Caso queira-se 
determinar o diâmetro médio do furo não circular, são empregados mandris. 
62 
£ m geral trata-se de mandris de medição ajustados às'peças (exemplos típicos 
na figura 2.26), sendo sua aplicação-total mente em produção, em série e em função 
'do sisitema autolimpante e sem contato. ' - . 
Medição de distância ' . Escala A Escala B Medição de cones 
Indicação do diâmetro 
Figura 2.26 - Exemplos para a medição pneumática [1] 
2.3.5 Processos e equipamentos para a determinação da qualidade de superfícies 
técnicas 
O principal problema na medição e ensaio de superfícies técnicas é que possuem 
formação tridimensional, cuja geometria deveria ser descrita topograficamente. Caso 
se deseje qualificar o comportamento funcional de uma superfície, adidonaímente à 
geometria, também devem ser determinadas as características físicas e químicas da 
superfície. 
No entanto, a medição da geometria e características físicas e químicas de uma 
superfície extrapola os potenciais de testes e medição de indústrias que desejam 
caracterizar a qualidade de uma superfície. Em virtude disso, a medição normalmente 
se restringe à determinação da qualidade da geometria superficial. Mas também aqui 
tenta-se inicialmente caracterizar a superfície pela rugosidade, ou seja, determinação 
63 
unidimensional de características-geométricas-,- fá que os métodos, para a descrição 
topográfica de uma superfície são muito vira balhosos. . 
Figura 2.27 - Cortes de perfil de superfícies usinadas (de acordo com Máhr) [1] 
Esta descrição sobre a determinação de valores unidimensionais da rugosidade 
incorre no perigo de que. a estrutura real da superfície, não é fielmente descrita. Desta 
forma, por exemplo, a indicação do valor da rugosidade Ry está representado na 
figura 2 .27 . caracterizado • pela . determinação da-rugosidade- em processos de 
fabricação diferentes. Apesar de ter-se uma rugosidade aproximadamente igual nos 
vários processos: de fabricação, a superfície torneada- é muito mais áspera que a 
superfície brunida. A superfície brunida ainda tem capacidade de suporte melhor do 
que a superfície torneada. Este exemplo mostra que para a descrição de uma 
superfície não deve ser empregada qualquer grandeza de medição. Antes sim, deve 
ser efetuada uma análise da superfície que englobe tanto a influência do processo de 
fabricação, quanto a função posterior que a superfície deve desempenhar. 
Para a caracterização de superfícies há processos de medição e de ensaio. Os 
processos de ensaio, que não fornecem númeroscomo resultados mas a observação 
da qualidade da superfície, se está dentro, ou fora de certos valores e tolerâncias 
pré-estabelecidos, serão analisados inicialmente. Os processos de medição serão 
analisados posteriormente. 
Equipamenfos para ensaio de superfícies 
a) Processos de ensaios visuais 
64 
Na figura 2.28 tem-se padrões de qualificação de superfície para diversos 
.processos de fabricação. 
Figura 2.28 - Padrões-de rugosidade (Rubert) [1] 
Muitas vezes uma. comparação visual permite dizer se a superfície está dentro das 
qualidades superficiais requeridas. Além disso, é possível riscar a superfície do corpo 
de prova e do padrão c o m . a unha ou com uma moeda e obter informações 
complementares. Um . operador com experiência de posse deste equipamento 
relativamente simples pode averiguar uma-superfície, em termos de rugosidade, com 
acerto d e ± 3 j j .m. . . . . 
A qualificação de superfícies .com padrões de rugosidade é. simples e insensível 
para influências externas, porém é imprecisa e apenas subjetiva. 
Um equipamento de ensaio que na prática encontra muita aplicação é a régua 
de gume, também denominada régua de cabelo ou régua de ferramentaria, figura 
2.29. 
Verifica-se neste ensaio se a planicidade^de uma superfície está > adequadas através 
da fenda luminosa que fica entre a régua de gume e a superfície. Aberturas na faixa 
de alguns micrometros podem ser detectadas. A precisão desse processo de medição 
corresponde à precisão do padrão de comparação. 
. 65 
Fonte de luz 
Esquadro de luz 
Vista A 
Fendas i 
visíveis, 
até 1 u.m Peça 
Figura 2.29 - Ensaio de uma superfície com régua de gume [1] 
A régua- padrão' de planicidade em. combinação com o rasqueteamento são 
empregados muitas vezes para-a verificação de. erros de planicidade no controle da 
superfície de uma peça na ferramentaria, figura 2 .30 . 
Mesa padrão 
Tinta Regiões pretas 
Regiões claras Regiões acizentadas 
(Tinta) ' ( P o t r t a a funda*) Pontos suportantes 
Peça 
Régua padráo 
Figura 2 .30 - Ensaio de uma superfície por rasqueteamento [1] 
A peça a ser ensaiada é pintada com uma tinta azul ou preta (fuligem) e a régua 
é movimentada sobre esta superfície em direções aleatórias. Ao passo que no início do 
óó 
escorregamento os lugares escuros caracterizam pontos elevados, após várias etapas 
de tintura e rasqueteamento, são observados pontos mais claros e pontos escuros. Os 
pontos mais elevados,são friccionados e passam a se apresentar cinzas, e as regiões 
mais profundas permanecem claras. Esse processo depende da experiência do 
operador e e muito moroso. 
b) Princípio de medição de superfícies pelo processo pneumático 
Por uma tubeira passa-se ar a uma pressão constante incidindo sobre a superfície 
a ser testada, figura 2 . 3 1 . O acúmulo de ar - pressupondo um afastamento constante 
da tubeira - para uma superfície rugosa é maior, assim tem-se uma diferença maior de 
pressão no manómetro. • 
O afastamento da tubeira certamente tem uma influência maior sobre a diferença 
de pressão do que a variação da rugosidade da superfície a ser testada. Por isso o 
afastamento: da-tubeira deve ser mantido em tolerâncias muito estreitas, o que muitas 
vezes não - &. possível, fazendo com que este processo não seja aplicado 
frequentemente; . 
Tubeira de entrada Câmara de medição 
Ar comprimido 
Tubeira de vazão 
do excesso de ar 
Manómetro 
F"T Diferença 
V d e . -
Tubeira de medição 
Peça 
Figura 2.31 - Princípio de medição de superfícies pelo processo pneumático [1] 
67 
Princípio de -medição de uma superfície por condensador' 
O processo mostrado na figura 2.32; trabalha pelo princípio de medição da 
capacitando elétrica.. 
' Eletrodo Dièlétrico 
Peça 
Figura 2 .32 - Princípio de medição de uma superfície por condensador [1 ] 
Um dos lados do condensador é formado por um eletrodo isolado, pressionado 
sobre a superfície e a peça a ser ensaiada, forma o outro lado. Variações na 
qualidade da superfície provocam variações mensuráveis da capacitando. O tempo 
de ensaio neste processo é pequeno, mas o processo é sensível à poeira e umidade 
sendo adequado somente para o ensaio de materiais condutores de elefricidade. 
a) Processos de medição óptico 
Menciona-se ainda mais um princípio dé medição óptico sem contato físico com 
a superfície a ser medida. Trata-se do princípio de medição por dispersão da luz 
refleiida apresentado na figura 2.33. 
Incidindo-se luz sobre uma superfície, a mesma se torna-difusa e é refletidal À 
direção e a intensidade da dispersão fornece informação sobre o caráter da 
rugosidade da superfície. O processo trabalha com luz branca ou monocromática e é 
apenas influendado pelo grau de reflexão do material. É confiáve! desde que a 
superfície permita a reflexão de luz, como é o caso de superfícies periódicas. Para a 
operação desse sistema de medição faz-se necessário um manómetro. 
68 
Figura 2.33 - Princípio de medição óptico [1] 
Equipamentos para amedição de superfícies 
A seguir serão descritos equipamentos e processos usados para a. caracterização 
de superfícies, de acordo 'com a DIN 47Ó2 até 4 7 6 8 . S ã o denominados processos de 
medição, e contrastam com os processos de ensaio descritos até então.. 
a) Processos de medição ópticos 
No microscópio de interferência a luz paralela de u m a lâmpada espectral passa' 
por um prisma divisor parcialmente transparente e é dividido em dois raios parciais, 
sendo que um direciona-se ao espelho comparador e o outro incide sobre a superfície 
a ser medida. Após a. reflexão ambos os raios são unidos pelo espelho comparador ou 
pelo corpo de prova atrás d o cubo divisor. S ã o provocadas interferências através do 
deslocamento do espelho comparador. A obfetiva e o disco plano permitem a 
observação microscópica da superfície com uma ampliação de até 900 vezes, figura 
2.34. 
69 
Olho 
Ocular 
Espelho de I 
comparação Prisma divisor • Fonte de luz 
\ 
\ 
Objetiva Plano 
óptico 
1 
Objetiva de 
iluminação 
Objetiva 
i 
1 — Peça 
Figura 2.34 - Princípio de um microscópio de interferometria [1] 
Ao contrário- do dispositivo de . ensaio de planicidade, o microscópio de 
interferência só. permite a observação de pequenas áreas superficiais. Pode-se verificar 
rugosidades na faixa de 0,03 até 2 u,m. • 
A esquerda da figura 2.35 tem-se a figura da interferência de uma esfera sem 
erros. 
Superfície de uma esfera impressão de uma superffde de aço 
Figura 2.35 - Fotografias obtidas em microscópio de interferometria [Zeiss] [1] 
À direita tem-se a figura ínterferométrica obtida de uma superfície com ranhuras. 
Apesar de que com o microscópio de interferometria pode-se executar medições sem 
70 
confqto, este processo só pode ser empregado, como todos os processos de ensaio e 
medição ópticos, em superfícies refletoras.de luzJ 
Para superfícies de difícil acesso (superfícies de furos e»superfícies internas), foram 
desenvolvidos processos de cópia em laca. A laca o"u o esmalte é aplicado sobre a 
superfície, após a secagem é desmoldado, e pode ser então observado como se fosse 
a própria superfície. 
No microscópio com fonte de luz "plana ou laminar, figura 2 .36, um feixe plano 
de luz é condensado por um sistema de lentes ópticas. A luz refletída pela superfície a 
ser medida é ampliada por um microscópio . D a mesma forma como no microscópio 
de interferência, o microscópio de feixe de luz plana permite uma medição sem 
contato. Esse processo é mais fácil de ser operado. É possível se fazer medição em 
pequenos recortes superficiais, já que a ampliação horizontal e vertical são 
aproximadamente iguais. 
Resultadoda medição. 
Material da ferramenta HMP 15 Esquema do processo 
Tempo de iluminação t = 1/125 s ó P t i c o d e f e i x e P l a n o 
Amplificação 400 vezes . . 
Figura 2 . 3 ó - Medição da rugosidade de uma superfície com microscópio óptico 
de feixe plano [1] 
71 
. • .No instrumento para a medição da capacidade.de suporte de uma superfície./ 
um prisma de vidro é pressionado sobre á superfície cilíndrica da peça, com isso a 
reflexão total nos pontos de contato é perturbada, figura 2.3.7.^. •••••< 
Microscópio 
Campo visual 
3 i#*ít**M"ihlHH: 
d 
e 
f 
• J 1 1 
Latão torneado com metai duro. 
Avanço 20 \im 
Latão torneado com diamante. 
Avanço 15-ujn 
Latão torneado com diamante. 
Avanço 5 
Pino de pistão com fissuras polido 
Pino de pistão polido 
Cilindro de vidro superpolido 
Figura.2.37 - Princípio para a medição de uma-superfície (Mechau) [1] 
Na observação em um microscópio esses pontos aparecem escuros. 
Comparando-se os pontos escuros com a superfície total , obtém-se' a informação 
sobre a capacidade de suporte da superfície. C o m o auxílio de um equipamento de 
processamento, a capacidade de suporte de uma superfície pode ser determinada 
automatícamente. 
A representação da capacidade de suporte para diversas superfícies é mostrada à 
direita'da figura 2.37. A pressão de contato influencia o tamanho e-a distribuição da 
capacidade de suporte, variando de acordo com o módulo de elasticidade do material 
sob ensaio. A capacidade de suporte com este equipamento só pode ser determinada 
. . . . . . •. 
em superfícies com rugosidade na faixa de 0,5 a 3 u m . 
72 
b) Processos de medição eletro-mecânicos ; 
Os_ equipamentos eletro-mecânicos para" a medição de superfícies são 
normalmente denominados de rugosímetros. Esses distinguem-se entre equipamentos 
de apalpamento e de contato. 
No equipamento.de- contato, figura 2 .38 , a agulha de teste abaixa sobre a 
superfície em .uma frequência prescrita,-ao passo que a superfície'se move com 
velocidade de deslocamento constante abaixo da agulha. 
Agulha de 
apalpaçáo 
Excttador de vibrações 
para a agulha Princípio Woxen 
Mola e peso 
do vibrador 
Amortecedor de 
vibrações 
Cabeçote 
apalpador Apalpaçáo Diferencial 
Figura 2.38 - Instrumento de contato (Wiemer), princípio de apalpação [1] 
O percurso da agulha é descrito por u m sistema de espelhos sobre um disco 
plano opaco, ou eletricamente para um registrador. A agulha de teste pode- ser 
elevada até um nível pré-determinado (Princípio Woxen, à direita em cima), ou ser 
elevada por um valor pré-determinado. a partir do ponto de contato na superfície 
(apalpação diferencial, à direita em baixo).. A energia potencial do apalpador no 
processo de medição diferencial é comparativamente menor e difere em certos 
aspectos. Devido a isso, a. profundidade de-.penetração do apalpador.é.constantee a 
precisão é maior que a do princípio Woxen. 
A agulha desliza continuamente sobre a superfície, no caso de instrumentos que 
trabalham pelo princípio de apalpação da superfície. A agulha se eleva e desce, de 
acordo com o perfil da superfície, figura 2.39 (à esquerda em cima). Dependendo do 
73 
instrumento o curso da agulha é ampliado mecânica ou e.letricamente em relação : ,a 
um ponto de referência, sendo indicado na forma.de um registrador de perfil. 
Na figura 2 .39 tem-se várias formas usadas para transformar o valor dé medição. 
Existe a transformação indutiva e piezelétrica. Uma outra variação possível, porém 
menos utilizada, é a transformação optoeletrônica. 
Atualmente desenvolve-se sensores de medição que, ao invés de utilizarem 
agulhas de apa lpação , fazem a medição da superfície através de um feixe laser. A . 
focalização ocorre mecanicamente, sendo esse movimento mecânico avaliado 
como grandezcLde medição assim como nos apalpadores convencionais. 
Corpo ferro 
magnético 
Bovina 
Revestimento 
metálico fino 
Indutivo 
Lâmina de' 
cristal. 
I / 
Piezoelétnco — — J l D i a f r a 9 m a Fonte 
Optoelétrico d e , u z 
Figura 2 .39 - Princípios de medição de diversos rugosímetros [1 ] 
Os rugosímetros são na prática os mais difundidos para a caracterização de 
superfícies. Existe uma infinidade de tipos de equipamentos, variando desde 
equipamentos de bolso, para medição de rugosidade e R,,, até equipamentos de. 
laboratório com computador e impressora, para a determinação, por exemplo, da 
curva de suporte, figura 2 . 4 0 . • , 
Independente da forma construtiva do rugosímetro, distingue-se ainda a forma, 
característica do sistema de apalpação. São três os sistemas mais empregados: 
Sistema de Superfície de Referência: Neste sistema o cabeçote do apalpador 
desliza sobre a superfície de referência (plano, cilindro), que representa a superfície 
geométrica ideal do corpo de prova, e está orientado segundo a superfície que deve, 
ser medida, figura 2 .41 (à esquerda em cima). C o m excessão dos erros decorrentes 
74 
da geometria do apalpador, neste sistema de apalpação rugosidades e ondulações da 
superfície são representadas com bastante perfeição. Para' medição de superfícies 
muito pequenas, ou muito grandes, o emprego deste tipo de apalpador - não é 
adequado. ' 
Rugosírnetro de Laboratório 
Figura 2.40 - Rugosímetro de laboratório (Perthen) [1] 
Um auxílio, neste caso, pode ser obtido com a agulha livre. A p e ç a : é colocada 
sobre um carro com extrema qualidade de deslizamento, que é deslocado na direção • 
horizontal abaixo do apalpador rigidamente acoplado ao sistema de apalpação. Além 
da rugosidade, pode-se determinar também a macroestrutura da superfície. 
- Sistema Semi-rígido: No sistema semi-rígido ou sistema de trenó, o apalpador e a 
agulha deslizam sobre, um trenó, figura 2.41 (à direita em cima). Este sistema tem a 
vantagem de ocupar pouco espaço podendo ser empregado para peças pequenasou 
em superfícies de difícil acesso. Como desvantagem a orientação da superfície deve 
estar o mais próxima possível d o sentido do deslocamento, caso contrário pode-se ter 
uma falsificação do perfil transmitido. No caso da coincidência do afastamento entre o 
75 
apalpador e o trenó, para um meio comprimento de.onda do. registro do-perfil da 
superfície, tem-se uma duplicação da. amplitude real (parte inferior da figura). Uma 
coincidência do afasta mérito entre o trenó e a agulha é representado no registro como 
uma linha reta. Uma adulteração desse tipo pode ser reduzida com o sistema 
pendular. 
Causas de em* «mtiftwmias sistemas sgfrt-rígidos 
Figura 2.41 - Vários sistemas de medição de superfícies [1] 
- Sistema de Medição Pendular Os dois trenós transportam o cabeçote apalpador do 
sistema de medição pendular, f igura 2 .41 (centro em cima). Este orienta-se de acordo 
com a superfície a ser medida sendo, por isso, fácil de ser operado. N o entanto, 
necessita de mais espaço que o sistema de um trenó,'dificultando seu emprego em 
superfícies de difícil acesso. A falsificação da superfície com ondulações longas devido.^ 
a uma grande separação* entre os dois trenós é menor do que no sistema semi-rígido,. 
porém, também neste caso/se faz necessário uma filtragem elétrica das ondulações. 
As propriedades de filtros eletrônicos (separador de ondulações), que permitem a 
separação de frequências elevadas (passa alto) ou frequências baixas (passa baixo), 
são descritas através dos chamados "comprimentos de onda limites" (cut-off). A norma 
76 
DIN 4768 determina como devemos regular os.filtros em dependência do sistema de 
apalpação e curso de apalpação para um certo processo de fabricação. 
A figura 2 .42 mostra o -registro de rugosidades, no qual através de um filtro de 
onda regulado de acordocom a norma, obtém-se a ação dos' filtros. No primeiro 
caso o registro foi reproduzido sem nenhuma filtragem, adicionado ondulações 
superficiais ao perfil de rugosidade. Para o registro da segunda parte da figura foi 
adotado um*filtro passa-baixo com Jimite de comprimento de onda X = 0,75 mm. 
Ondulações menores que 750 um foram eliminadas por filtração. No terceiro caso foi 
empregado um filtro passa-alto que somente permite a passagem de comprimentos de 
onda menores que 75 u.m. Assim o registro apresenta a rugosidade sem a influência 
da ondulação superficial. ' -• 
Estes exemplos mostram de que forma a escolha dos filtros de ondulações podem 
influenciar o- registro da rugosidade. Pode-se ver também que a comparação entre 
registros de rugosidade só pode ser efetuada conhecendo-se a respectiva escolha dos 
filtros empregados. 
Isto vale da mesma forma para os fatores de amplificação horizontais e verticais. 
Ao passo que em instrumentos ópticos o registro de uma superfície tem a mesma 
ampliação em todos os sentidos, nos rugosímetros tem-se a possibilidade de trabalhar 
com amplificação horizontal e vertical distintas. 
Processo de fabricação: Brarrimento de curso curto Sistema apalpador HT25/8 
Rugosidade média R, = 0,75 Trajeto do apalpador: 10 mm 
Sem filtro de 
Filtro passa baixo 
Filtro passa alto 
Figura 2.42 - Separação da ondulação e da rugosidade por filtros adequados [1] 
77 
Normalmente os registros de rugosidade aparecem distorcidos, figura 2 .43 , isto 
é, eles são comprimidos no sentido horizontal e bastante ampliados no sentido 
vertical, fendo-se a impressão de que a agulha passou por cima de uma superfície 
com grandes oscilações de picos e vales. 
No entanto, se for observada a estrutura real da superfície permitindo uma 
variação dos registros de rugosidade e 'diminuindo a relação entre a amplificação 
vertical e horizontal, então torna-se claro que a superfície real é muito mais lisa do que 
a superfície descrita pela amplificação sdbredimensional-da direção vertical: 
A agulha do apalpador incluída no desenho do registro da figura 2.43 tem um 
raio de ponta-de 2 u m . Geralmente são empregadas agulhas com esta."As agulhas 
trabalham com uma força de apalpação de 0,5 N , acarretando pressões de contato 
(até a ordem de 6000 N/mm 2 ) , que podem levar a deformações plásticas da 
superfície a ser medida. Por outro ' lado, raios de arredondamento maiores também 
falsificam a medição superficial, de 'forma que em todos os casos existe uma 
dependência entre o material que está sendo medido e as condições a serem 
reguladas no equipamento de medição. 
Figura 2.43 - Registros de rugosidades de uma superfície retificada com várias escalas 
de representação [1 ] 
78 
A figura 2 . 4 4 mostra o registro da rugosidade de uma impressão inversa de 
uma superfície (esquerda)* e seu-registro original . Embora todos os valores de ' 
rugosidade (R A / R ^ . e R ^ I N ) das duas medições sèfam praticamente.os mesmos'a 
profundidade de alisamento da cópia R P é consideravelmente menor. Uma 
falsificação parecida ocorre nos valores de capacidade de suporte, sendo que na 
medição d a superfície através do processo de apalpamento isto deverá ser levado 
em conta. 
Perfil de referência 
Rugosidade 
R t R t 1 = Rt2 
Rugosidade média 
R a R a 1 - R a2 
Média da Rugosidade 
R z RZ1 = R z 2 
Profundidade de alisamento V RP1 = R P2 
Figura 2 . 4 4 - Distinção entre um registro de rugosidade da superfície original e da 
superfície reproduzida [ 1 ] 
3 Fundamentos de Usinagem 
3.1 Definições básicas - -
As definições apresentadas a seguir são baseadas na norma ABNT NBR 
Ó1Ó2/1989. Os conceitos referem-se a um ponto genérico do gume (aresta de 
corte) chamado ponto de referência. Nas ferramentas de barra este ponto é f ixado" 
no gume principal (aresta principal de corte) próximo à ponta da ferramenta [3]. 
- Usinagem: operação que ao conferir à peça forma ou as dimensões, ou 
acabamento ou ainda uma combinação qualquer desse três itens produz cavaco. " 
- Cavaco: porção de material da peça retirada pela ferramenta que se caracteriza 
por apresentar forma geométrica irregular. 
3 .1.1 Movimentos 
Os movimentos no- processo de usinagem são movimentos relativos entre a peça 
e o gume. Referem-se à peça considerada parada e podem ser divididos em dois 
grupos: os que causam dlretamente a saída do cavaco (corte, avanço e efetivo) e os 
que não causam (aproximação, ajuste, correção e recuo). 
- Movimento de corte: movimento entre a peça e a ferramenta que, sem o 
movimento de avanço, origina somente uma única retirada de cavaco durante uma 
volta ou curso. 
- Movimento de-avanço : movimento entre a -peça e a ferramenta que,-juntamente 
com o movimento de corte, origina um levantamento repetido do cavaco, durante 
várias revoluções o u cursos. 
- Movimento efefivo de corte: movimento resultante dos movimentos de corte e de 
avanço, realizados ao mesmo tempo. 
80 
- Movimento de aproximação: é o movimento entre a peça e a ferramenta, com o 
qual a ferramenta é aproximada d a peça antes da usinagem. 
- Movimento de ajuste: é o-movimento entre a peça e a ferramenta no qual a 
espessura da camada a ser retirada é determinada de antemão. ' 
- Movimento de correção: e o movimento de eorreção entre a peça e a ferramenta 
para compensar o desgaste da ferramenta ou qualquer outra variação. 
- Movimento de recuo: é o movimento entre o gume e a peça com o qual a 
ferramenta é afastada da peça após a usinagem. ... . 
3 .1 .2 Direções dos movimentos 
As direções dos movimentos descritos acima são as direções instantâneas 
dos mesmos durante o processo de usinagem {figuras 3 . 1 , 3 .2 e 3.3) . 
Mov. efetivo 
Mov. de avanço 
Figura 3.1 - Direções dos movimentos de corte, de avanço e efetjyo no 
Broca helicoidal 
Peça 
Mov. de avanço 
Figura 3 .2 - Direções dos movimentos de corte, de avanço e efetivo na furacão [3] 
Mov. de corte 
Mov. efetivo 
Figura 3.3 - Direções dos movimentos de corte, de avanço e efetivo no 
fresamento [3] 
82 
3.1.3 Velocidades 
- Velocidade de corte (VJ; e a velocidade instantânea do ponto de referência do 
gume da ferramenta segundo a direção e o sentido de corte. Para processos com 
movimentos de rotação a velocidade de corte é calculada pela equação 3 . 1 . 
(3.1) 
Onde: 
D = diâmetro da peça ou ferramenta [mm] 
n = número de rotações da peça ou da ferramenta [rpm] 
- Velocidade de avanço (v{): velocidade instantânea do ponto de referência do 
gume, segundo a direção e sentido de avanço. É calculada pela equação 3 .2 . 
v f — f . n [mm/min] (3.2) 
O n d e : 
f = avanço [mm] 
n = número de rotações da peça ou da ferramenta [rpm] 
- Velocidade efeiiva de corte (vj: é a velocidade instantânea do ponto de referência 
do gume da ferramenta segundo a direção efetiva de corte. 
3.1.4 Grandezas de corte 
- Avanço (f): é o percurso de avanço em cada volta (mm) ou. em cada. curso da 
ferramenta (mm/golpe). 
No caso de ferramentas que possuem mais de um dente distingue-se o 
avanço por dente (fj, que é o avqnço de cada dente medido na direção de avanço 
v c = Tr.D.n/1000 [m/mm] 
83 
cia ferramenta e correspondente à geração" de duas. superfícies de usinagem 
consecutivas. Para o cálculo d o avanço vale a relação 3 .3 . 
f = f ,z (3.3) 
O n d e : 
f z = avanço por dente [mm/dènte] 
z = número de dentes da ferramenta 
- Profundidade de corte (OjJ: é a profundidade de penetração do gume principal. 
- Penetração de trabalho ( a j : é de importância predominante no fresamento e na 
retificação. É a penetração da ferramenta em relação à peça numa direção 
perpendicular à direção deavanço (figura 3.4) . 
Figura 3.4 - Profundidade-de corte (ap) e penetração de trabalho ( a j . n o fresamento 
periférico [3] 
- Largura de corte (b)-: é a largura da seção transversal de usinagem. Nas condições 
de observação simplificada (figura 3.5) é idêntica ao comprimento do gume 
principal ativo. Nesse caso vale a relação 3.4 . 
84 
b = o/senx' - " • • (3.4) 
Onde: ' 
b = largura de corte [mm] 
a p = profundidade de corte [mm] 
X — ângulo de direção do gume [graus] 
- Espessura de corte (h): é a espessura da seção transversal de usinagem (figura 
3.5). Em ferramentas com gumes-retilíneos vale a relação 3.5 [2]. 
h = f.sen% (3.5) 
f - avanço 
a p - profundidade: de. corte 
b - largura de corte 
h • - espessura de-corte 
X - ângulo de direção do 
gume 
b = a-p /sen % 
h = f . sen x 
^y 
Figura 3.5 - Espessura e largura de corte para gumes retilíneos 
3 .2 Noções sobre geometria de ferramentas d e corte 
Em todos os processos de remoção de cavaco, características de processo 
como a formação de cavacos, saída dos cavacos, forças de corte, desgaste e o 
resultado do trabalho são consideravelmente, influenciadas, pela . geometria da 
ferramenta (figura 3.6). Devido a isto esta geometria deve ser adaptada ao material 
da peça, ao material da ferramenta e às condições específicas da máquina-
ferramenta. 
85 
Os termos, a denominação e a designação da geometria da cunha estão 
normalizados pela-DIN Ó581 e pela ISO 3 0 0 2 / 1 . As figuras mostradas a seguir são 
baseadas nestas normas. 
Q Formação de cavacos 
Q Saída de cavacos 
Q Forças de corte 
Q Desgaste da fer ramenta 
Q Resultado de t raba lho 
Função da 
Geometr ia da 
Ferra me nfa 
Adaptar às 
condições 
de t rabalho 
Figura 3.6 - Influência da geometria da ferramenta sobre algumas característica do 
processo 
A f i g u r a 3 . 7 mostra uma ferramenta de torneamento ou plainamento e define 
superfícies, gumes, chanfros e quinas, sendo denominado como cunha de corte o 
corpo limitado pelas superfícies indicadas na f igura. 
A cunha de corte é a parte efetiva da ferramenta, na qual encontram-se a 
quina e os gumes. 
Em ferramentas de torneamento e plainamento, como a mostrada na figura 
3 .7 , têm-se dois gumes, denominando-se um gume principal e outro gume 
secundário. 
Como gume principal é designado o gume que se encontra na direção de 
avanço. A Interseção dos dois gumes, chamada de quina da ferramenta, é 
frequentemente de forma arredondada. 
A face da ferramenta é a superfície sobre a' qual deslizam os cavacos. Os 
flancos são as superfícies que se justapõem às novas superfícies formadas durante a 
usinagem. 
86 
Gume 
secundário 
Chanfro no flanco do 
gume secundário 
Ftanco secundário 
Direção de corte 
, Haste 
Direção de avanço 
—— Gume principal 
Chanfro da face 
no gume principal 
Chanfro no flanco 
do gume principai 
Quina com raio de \ 
arredondamento Ranço principai 
Figura. 3 . 7 - Ferramenta de tornear — principais denominações [1] • 
Os flancos principal e secundário são definidos de acordo com sua posição em 
relação à direção de avanço. Se existirem chanfros nos gumes, estes são 
denominados chanfro do gume principal ou chanfro do gume secundário. Nas 
figuras 3.8 e 3 .9 são mostradas ferramentas de furar e fresar respectivamente, com 
as principais denominações da geometria. 
Face 
Gume 
principá 
Cana1 
Gume 
transversal 
Figura 3.8 - Ferramenta de furar - principais denominações [2] 
87 
Direção de 
avanço . 
Gume principai 
Flanco 
secundário' Flanco 
principal 
Gume 
secundário 
Gume 
prindpai 
Quina 
Figura 3.9 - Ferramenta de íresar— principais denominações [3] 
Nas figuras 3 .10 e 3 . 1 1 são mostradas ferramentas de tornear e furar, 
respectivamente, com os principais ângulos onde: 
a = ângulo de incidência • . 
B = . ângulo de cunha 
y = ângulo de saída 
X = ângulo de direção do g u m e 
s == ângulo de quina 
X = ângulo de inclinação 
o* = ângulo de ponta 
\y — ângulo do gume transversal 
r e = raio de quina 
88 
a = ângulo de incidência 
P"= ângulo de cunha 
y = ângulo de saída 
e = ângulo de quina 
X = ângulo de direção 
X = ângulo de inclinação 
r e = raio de quina 
Figura 3 .10 - Ferramenta de tornear — principais ângulos [7] 
ti 
•fc 
i 
1 ^ 
l\ / p 
J 
/s 
Figura 3 .11 - Ferramenta de furar — principais ângulos [2] 
89 
3.3 O processo de corte 
Cunha de corte ^ 
\ 
No início do corte a 'cunha da ferramenta penetra no matéria! da peça , que se 
deforma elástica e plasticamente. Após ultrapassar a tensão de císalhamento 
máxima do material este c o m e ç a a escoar. Devido à forma da cunha de corte o 
material escoado toma a forma de cavaco, que desliza sobre a face da ferramenta, 
figura 3 .12. 
Cavaco Cunha de corte 1) A 
o" 
y 
Direção de corte-'' 
h Espessura de usinagem 
(antes da retirada de cavaco 
Espessura de corte 
(depois da retirada de cavaco 
a Ângulo de incidência 
p" Angulo de cunha 
y Ângulo de saída 
1 
Figura 3 . 1 2 - Formação do cavaco (representação esquemática) [1] 
A figura 3 .13 traz a representação esquemática d o mecanismo de formação de 
cavaco. A representação mostra uma deformação plástica contínua que pode ser 
dividida em quatro regiões. A configuração estrutural na peça (a) passa, por-> 
císalhamento (zona-de císalhamento) para a-configuração-estrutural do-cavaco (b). 
Na usinagem de materiais frágeis pode ocorrer u m a deformação plástica na região 
de císalhamento que leva à separação do material . Se o material tem, no entanto, 
uma capacidade de deformação maior, então a separação só ocorre 
imediatamente à frerite do g u m e , na região (e). A solicitação de tração, simultânea 
à aplicação de uma pressão vertical sobre a ferramenta e em combinação com as 
90 
temperaturas elevadas, leva a deformações na camada superficial da superfície de 
corte do cavaco (c) e na superfície de corte (d). No deslizamento sobre às superfícies' 
da -ferramenta formàm-se superfícies-limites q u e - t a m b é m sofrem deformações 
plásticas complementares. Essas regiões de escoamento e que têm uma textura de 
deformação paralela à face da ferramenta, dão a impressão de escoamento viscoso 
com grau de deformação extremamente elevado. 
Estrutura na peça 
Plano de císalhamento 
/ 
Estrutura no cavaco 
Figura 3 .13 - Raiz de cavaco [1] 
O cavaco formado no processo acima descrito é denominado de cavaco 
contínuo. Outros tipos de cavaco são o cavaco lamelar, císalhado e arrancado. 
Pressupondo-se que as condições de corte na região de císalhamento podem 
levar a um grau de deformação . máximo. de. . S Q a podem ocorrer as seguintes 
situações com relação ao diagrama tensão de císalhamento x deformação e tipos 
de cavaco, figura 3 .14 ; 
91 
- Cavacos contínuos . ocorrem quando o material tem uma capacidade--de 
deformação suficientemente elevada (sB > SQ ) , a estrutura na região do : cavaco'"é. 
regular, as deformações não levam a encruamentos acentuados e o processo não é 
influenciado por vibrações. -
- Cavacos do tipo lamelar ocorrem quando vale a condição s 8 < s 0 < sZ / quando a 
estrutura do material é irregular ou quando vibrações levam a variações na 
espessura do cavaco. Cavacos do tipo lamelar podem ocorrer também para 
grandes avanços, bem como altas velocidades de corte. 
(J) Cavaco contínuo Cavaco de (ameias 
(4) Cavaco arrancado.' 
' Cavaco cisalhado 
Campo de forma- Campo de 
çâo de cavacos I formação de 
cisalhado, cavaco 
arrancado e I contínuo 
lamelar. 
Campo 
elástico campo 
\o Região com 
' ' • / escoamentoGrau de deformação e 
£ 0 Grau de 
deformação no 
plano de 
cisai ha mento 
Figura 3 .14 - Tipos de cavaco em dependência das propriedades dos materiais [1] 
- Cavacos cisalhados constam de segmentos de cavacos que são seccionados na 
região de císalhamento e novamente se unem através d e catdeamento. Este tipo de 
cavaco ocorre quando s z < s 0 / de forma .que isto não ocorre somente para' 
materiais frágeis como ferro fundido, mas também quando a deformação produz 
um encruamento acentuado na estrutura do material . Cavacos cisalhados podem 
ocorrer também para velocidades de corte extremamente baixas (v c = 1 a 3 m/min). 
92 
- Cavacos arrancados ocorrem normalmente na usinagem de materiais frágeis com 
estrutura irregular,, como por exemplo em alguns ferros fundidos e na usinagem'de 
rochas. Os cavacos não são cisalhados e sim arrancados da superfície, faz com que" 
a estrutura superficial da peça muitas vezes é danificada por microlascamentos. 
3 .3.1 Solicitações na cunha de corte • - .. 
A força de usinagem F, aqui representada para o processo de torneamento, 
pode ser desmembrada em" suas componentes: a força de corte ? a a força de. 
avanço Ff e a força passiva F p (figura 3 .15) . 
Movimento F - Forca de Usinagem 
de avanço " Fc- Força de Corte 
da Fr- Forca de Avanço 
ferramenta p P- Força Passiva 
Figura 3.15 - Forças de usinagem e suas componentes para o torneamento [1] 
• As componentes da força de usinagem que atuam na face da ferramenta no 
sentido normal e tangencial atingem valores que, para a usinagem dos aços de 
construção mecânica , estão situados na faixa de 3 5 0 a 4 0 0 N/mm 2 e 2 5 0 a 3 5 0 
N/mm 2 , respectivamente-. Para • materiais d e difícil usinabilidade, estes valores 
podem atingir a té 1100 N / m m 2 . As tensões normal e tangencial, em combinação 
com a temperatura' na região de corte, que para a formação de cavacos contínuos 
pode estar situada acima de 1 0 0 0 ° C , podem causar deformações s entre 0,8 e 4 e 
93 
velocidades de deformação de aproximadamente 1 0 V . Para as condições de 
corte de ferramentas de -metai -duro, têm-se tempos de aquecimento e de 
deformação do material da peça n a ordem de grandeza de alguns milisegundos. 
Teoricamente, as velocidades de aquecimento tocalizam-se na faixa'"de 10°C/s. 
Grandeza e direção da força de usinagem são influenciadas fortemente pelas 
condições e geometria de corte utilizadas. Na figura 3 . 1 ó é apresentada 
qualitativamente a dependência das componentes da força de usinagem F c, F f e F p 
em função do avanço f, da velocidade--de corte v c , da profundidade de corte a p e do 
ângulo de direção do gume % no sistema de coordenadas lineares. 
Força de Corte F_ 
Figura 3.16 - Dependência das componentes das forças de usinagem em relação ao 
avanço, a velocidade de corte, ao ângulo de direção do gume ê a* 
profundidade de: corte [1] 
Os valores extremos nos processos das componentes das forças de usinagem 
sobre a velocidade de corte são apresentados na f igura 3.1 ó , A redução da força 
9.4 
com o aumento da velocidade de corte deve-se à redução da resistência do material 
a altas temperaturas. • . • " 
As componentes d a força -de usinagem aumentam proporcionalmente com a 
profundidade de corte a p . Entretanto, isto vale somente se a profundidade de corte for 
maior que o raio de quina da ferramenta. 
O processo da força de avanço Ff e da força passiva F p sobre o ângulo de 
direção do gume % ocorre devido à localização geométrica do gume de corte com 
relação ao eixo da peça , já que com maiores ângulos de direção do gume as 
componentes da força de usinagem aumentam na direção do avanço e têm seu 
máximo quando x = 9 0 ° . 
Se o ângulo de direção do gume for aumentado, a espessura do cavaco h 
aumenta à mesma proporção que a largura do cavaco b"diminuí (figura 3.5). J á que 
a força de corte F c é proporcional à profundidade de corte a p (equivalente à largura 
de -cavaco b), ela aumenta de forma inversamente proporcional ao avanço 
(equivalente à espessura do cavaco h), resultando das duas variações uma. leve 
redução de F c com aumento de X-
A figura 3 .17 mostra, alguns valores teóricos de como as componentes da força 
de usinagem variam quando o ângulo de saída ou o ângulo de- Incidência variam. 
Uma alteração do ângulo de íncidêcia na faixa de 3° < a < 1 2 o não tem nenhum 
efeito significativo sobre as componentes da força de usinagem. Da mesma forma 
uma alteração do raio de quina não tem nenhuma influência significativa sobre as 
forças, enquanto for obedecida a exigência 2 r e < a p . 
O desgaste da ferramenta (item 3.4) é outra grandeza que tem influência sobre a 
força de usinagem. Dependendo do tipo de desgaste é- observada uma diferente 
influência sobre as componentes das forças. 
O desgaste de cratera que tem como consequência um ângulo de saída grande 
e positivo leva a uma redução da força de usinagem. O desgaste predominante na 
superfície de saída aumenta a força,.já que. a superfície de contato entre ferramenta e 
a superfície de saída é maior. Uma afirmação quantitativa para o aumento da força 
com o aumento do desgaste da ferramenta é possível somente devido ao grande 
número de fatores de influência. Do valor de referência para o aumento da força até 
uma marca de desgaste de 0,5 mm podem ser estimados: aproximadamente 90% 
95 
para força de avanço Ff, aproximadamente 100% para força passiva Fp--.e 
aproximadamente 2 0 % para força de corte Fc." 
Fatores de influência 
Mudança nc 
usinagem pa 
Fcirça de corte 
•ss componentes de 
ra cada grau de ân 
Força de avanço 
Ff 
is forças de 
guio mudado 
Força passiva 
o • Ângulo de saída .. 1,5% t j " 5,0% 
4 ' ° % 
Q ^^Anguío de inclinado ^ 1.5% ' j j " 1,5% ^ 10,0% 
^ \o de saída 
c 
4^ 1.5%. 5,0% ^ 4,0% 
(D 
E 
Ângulo de inclinação 1,5% 4J- 1-5% ^ 10,0% 
Figura 3 .17 - Influência do ângulo de saída e do ângulo de inclinação nas 
componenetes das forças de usinagem [T] 
A f i g u r a 3.18 mostra a divisão do trabalho total de usinagem em trabalho de 
císalhamento, trabalho de corte e trabalho de atrito, em dependência da espessura 
de usinagem. A figura mostra que as parcelas diferentes de trabalho dependem da 
espessura de usinagem, onde o trabalho de cisalhamento é a principal parcela para 
grandes espessuras de usinagem.• 
O trabalho mecânico efetivo empregado para usinagem é praticamente 
totalmente transformado em energia térmica. Os centros de geração de calor são 
idênticos aos centros de deformação. Assim, têm-se fontes de calor n a região de 
cisalhamento e nas regiões de atrito na ferramenta. O grau de deformação na 
região de escoamento no lado inferior do cavaco é bem maior que na região de 
cisalhamento, de forma que entre o cavaco e a ferramenta espera-se as maiores 
temperaturas. Uma vez que a espessura dessa região de escoamento é muito fina 
96 
em relação a região de cisalhamento, essas temperaturas mais elevadas não são 
diretamente correlacionadas com a maior transformação dê energia/ 
Trabalho efetivo 
• W. 
W » F . 1 
« « 9 
700 
iTUdaN 
s 
s 
Trabalho de 
deformação 
Trabatmde 
atrito 
Trabatiode 
císalhamento 
Trabalho de corte 
Airito no flanco 
Atrito na faca 
Energvi lalai ito 
a 
• cakx 
Material da peça 
Resistência á tração R m 
Velocidade de corte vc 
Largura de usinagem b 
Angulo de klddôftda a 
Angulo de saída y 
0.2 0,4 o,s 
Espessura de usinagem h 
0.8 mm 
S5NiCrMoV8 
800 N/mm2 
100 m/min 
4,25 mm 
5* 
10* 
• Figura 3.7 8.- Subdivisão do trabalho efetivo na usinagem em dependência da 
^ espessura.de usinagem segundo Vieregge [1] 
A representação na figura3 .19 à esquerda informa as quantidades de calor 
absorvidas pela peça , cavaco e ferramenta. A maior parte do calor é transportado 
pelo cavaco. A parcela principaL da energia mecânica (nesse caso 75% e de uma 
forma genérica, maior que 50%) é transformada na região de cisalhamento. As 
quantidades de calor das diversas regiões de transformação "de energia são 
dissipadas por condução, Irradiação e convecção para o meio ambiente. Como 
consequência desse balanço térmico tem-se campos de temperatura que se 
modificam até que haja equilíbrio entre a quantidade de calor gerada e a 
transmitida para fora . O campo de temperaturas típico é mostrado à direita na 
f igura. 
97 
Material da peça aço kf= 850 — — n 
Material da ferramenta HW-P20 m m ^ ' 
Velocidade de corte v c = SOrrim . 
Espessura de Usinagem h. = 0,32 mm 
Ângulo de incidência y = 10° 
Figura 3.1 9 - Distribuição de calor e temperatura na peça, cavaco e ferramenta, na 
usinagem de a ç o [1] 
Observando-se uma partícula- de material na região de separação , .sua 
temperatura será. no mínimo- igual à de- uma. partícula na região de cisalhamento. 
Continuando a deslizar essa partícula sobre a região de contato, a.mesma, na face 
inferior do cavaco, será consideravelmente aquecida, pois a energia necessária 
para separar o cavaco na interface cavaco e ferramenta é praticamente totalmente 
transformada em calor. Como este fenómeno só ocorre nas regiões-Iimites entre 
cavaco e ferramenta, em uma camada de material muito fina, ele aquece a 
camada inferior do cavaco tanto mais quanto menor f o r o tempo, em decorrência 
da velocidade de corte disponível para a condução do calor. A temperatura máxima 
não ocorre diretamenfe sobre o gume; pelo contrário, ocorre afastada no sentido 
do deslocamento da saída do cavaco. 
Uma ideia da ordem de grandeza das temperaturas médias na face das 
ferramentas em dependência da velocidade de corte para diversos materiais de 
ferramenta é dada na figura 3 .20 . Na faixa de velocidade de corte v c = 2 0 até 50 
m/mín, o comportamento da temperatura no sistema de coordenadas bilogarítimo 
não é linear. O motivo para isto, é que nesta faixa de velocidade tem-se a 
formação de gume postiço, que perturba a condução de calor. 
98 
1100 
°c 
1050 
1000 
950" 
900 
850 
800 
750 
> 700 
8-
42 
co c 
ca 
2 
O. 
£ 
,<b-- 500 
650 
600 
550 
450 
400 
350 
300 
Fim da 
formação de 
gume postiço 
\
-P10 zrz 
4 4 
'A 
r 
P30 
1—i 
S 1 2 - 1 - 4 - 5 
Mat da ferramenta 
HW-P10, P30 
Aço Rápido HS12-1-4-5 
Mat da peça Ck53N 
Geometria da ferramenta 
6° 6* 0° 70* 84° 0,8 mm 
Seção de Usinagem 
a .f= 3x0,25mm 2 p 
Tempo de Corte ^ = 15 s 
: T , , T T T T T T T T T T - T T T T T 
10 16 25 40 63 100 m/min 250 
Velocidade de Corte v c 
Figura 3 .20 - Temperatura média na face da ferramenta em função da velocidade 
de corte [1] 
3 . 4 Desgaste " 
3.4.1 Formas de desgaste e grandezas a serem medidas no desgaste 
Durante a usinagem a cunha é submetida a desgastes que dependem da forma 
de solicitação e da duração de utilização da-ferramenta. A f i g u r a 3.21 mostra, as 
formas de desgaste mais frequentes na ferramenta de torneamento. A cunha da 
ferramenta desgasta na face (desgaste de cratera) assim como na superfície de 
saída e no flanco (desgaste de flanco). 
99 
Desgaste de Cratera 
Desgaste de Ranço 
no Gume Principal 
Desgaste de Flanco 
no Gume Secundário 
Desgaste 
de Flanco 
Y Ãngukj de Saída 
a Ângulo de Inadéncia 
SVT Deslocamento do Gume 
no Sentido da Face 
SV* Deslocamento do Gume 
no Sentido do Flanco 
VB Desgaste de Flanco 
KL Largura do Lábio da Cratera 
KT Profundidade da Cratera 
KM Afastamento Médio da Região 
mais Profunda da Cratera 
Figura 3 .21 - Formas de desgaste e grandezas a serem medidas na cunha [1] 
Dependendo das solicitações de corte e do confunto "material a ser usinado / 
material da ferramenta de corte" o desgaste de flanco pode ter seu máximo na 
periferia da zona de contato da ferramenta que se desloca na direção do cavaco. 
Esse desgaste surge na zona de contato' da ferramenfa-cavaco através de 
solicitações térmicas e mecânicas, do caráter abrasivo e quina afiada do lado 
Inferior do cavaco, assim como o contato díreto^com a atmosfera. 
Entre as grandezas de desgaste a serem medidas, representadas 
esquematicamente na figura 3 . 2 1 , distinguem-se a marca de desgaste de flanco VB, 
o deslocamento do gume em relação ao flanco da ferramenta SV a e o 
deslocamento do gume em relação à face SV r. Na face da ferramenta é medida a 
profundidade de.cratera JCT e o afastamento médio da cratera K M , por onde pode 
ser determinada a relação de desgaste K = KT/KM. 
1 0 0 
3.4.2 Causas e mecanismos de desgaste 
As condições de atrito na região de contato da ferramenta podem ser 
comparadas com o atrito seco no vácuo. O desgaste da ferramenta, via de regra, é 
relativamente rápido devido às solicitações térmicas e mecânicas elevadas. 
De acordo com o estado da arte atua!, dístinguem-se várias causas influentes 
sobre o desgaste da ferramenta (figura 3 .22) , abaixo relacionadas [ 1 ] : 
ri* 
Temperatura de Corte. 
(Velocidade de Corte; Avanço e outros fatpres) 
Figura 3 . 2 2 - Causas de desgaste na usinagem [ 1 ] 
Danificação do gume devido às.solicitações mecânicas e térmicas excessivas; 
Abrasão mecânica; 
•Adesão (cisalhamento de mícrosoídagem ou mícrocafdea mentos) ; 
Difusão; 
Oxidação. 
Os diversos mecanismos de desgaste agem simultaneamente, de forma que ^ 
tanto sua causa como seu efeito dificilmente podem ser distinguidos entre st*. 
1 0 1 
- Solicitações mecânicas e térmicas excessivas 
Danificações do gume como. mícroquebras, fissuras transversais e fissuras 
longitudinais, bem como deformação plástica, advém de solicitações térmicas e. 
mecânicas excessivas. 
- Lascamento 
Forças de corte excessivas muitas vezes levam a micro e macrolascamentos do 
gume ou da quina, principalmente quando o ângulo de cunha ou o ângulo de 
quina da ferramenta s ã o muito pequenos ou o material da ferramenta ,é 
demasiadamente frágil. Nesses lascamentos, a linha de fissura é definida pela 
direção da força de corte. Interrupções de corte também podem provocar 
lascamentos, sobretudo na usinagem de materiais tenazes que apresentam cavacos 
que caldeiam ou soldam facilmente na face da ferramenta. 
Microlascamentos ocorrem quando o material a ser usinado é duro e contém 
inclusões não-metálicas resultantes, por exemplo, da oxidação do aço na 
siderurgia. As ferramentas m a i s susceptíveis a. estes, tipos'de solicitações localizadas 
são as de materiais cerâmicos e de metais, duros resistentes, ao desgaste, 
principalmente nos processos, de fabricação com seções de usinagem muito 
pequenas (por exemplo alargamento e rasqueteamento). 
- Fissuras transversais 
Em cortes interrompidos (por exemplo no fresamento), o gume é submetido a 
um grande esforço alternante. Esta solicitação alternante compressiva pode levar à 
fadiga da cunha de corte. As tápidas variações das forças de usinagem, no caso do 
fresamento de ferramentas de metal duro, podem levar a físsuramentos transversais 
(figura 3.23) . 
A solicitação alternante, provocada pela formação de cavacos anelares, 
também pode levar a fadiga da ferramenta, possibilitando a formação de fissuras 
transversais, por exemplo, na usinagem de titânio. 
1 0 2 
- Fissuras longitudinais 
Fissuras longitudinais (figura 3.23) são danificações do gume, em decorrência 
• de solicitações térmicas alternadas. Essas solicitações ocorrem'principalmente no 
trabalho com corte interrompido. 
Figura 3.23 - Formação de fissuraslongitudinais e transversais no fresamento [1] 
Durante a entrada d a ferramenta o gume- aquece-se rapidamente a elevadas 
temperaturas.. Após a saída da peça ocorre o resfriamento. A diferença entre a mais 
alta e a mais baixa temperatura depende do material, das solicitações d e corte"e. da 
relação entre o material e o ar. A aplicação de fluidos de corte em cortes 
interrompidos é de grande importância devido à grande diferença de temperaturas. 
O resfriamento favorece a formação de fissuras longitudinais em metais duros 
e materiais de corte cerâmicos. O ' processo de físsuramento longitudinal 
acompanha as isotermas. no campo- de temperatura no gume de corte. 
1 0 3 
- Deformações plásticas 
Deformações plásticas no gume .ocorrem - quando o material da . ferramenta -
amolece devido às altas temperaturas e escoa sujeitado pelas forças de usinagem. A 
cunha da ferramenta sofre maior deformação quanto menor for a diferença entre a 
temperatura da cunha durante a usinagem e a temperatura de têmpera ou fusão do 
material da ferramenta, figura 3 .24 . 
Figura 3 .24 - Deformação plástica no gume de uma ferramenta de torneamento de 
aço rápido [1 ] 
Deformações plásticas também ocorrem em metais duros e Cermets, entretanto 
sob maiores temperaturas (velocidades de corte maiores) e esforços do que nas 
ferramentas de a ç o rápido e aço ferramenta. Metals duros tendem a maiores 
deformações quanto maior for o teor de ligante, especialmente cobalto. 
- Remoção Mecânica 
A remoção mecânica é a remoção de partículas da-ferramenta - que se< soltam 
devido à influência de forças externas. A remoção é causada principalmente por 
partículas duras no material da peça, como carbonetos e óxidos. 
1 0 4 
- Adesão 
0 : desgaste decorrente de caldeamentos ocorre devido à ruptura dos 
microcaldeamentos na face da ferramenta. Esses caldeamentos formam-se devido à 
a ç ã o de forças elevadas ou devido à interação das superfícies inferiores do cavaco 
e face da ferramenta que, por estarem relativamente livres de óxidos, soldam-se por 
adesão. A resistência das soldagens por adesão é tanto maior quanto maior for a 
deformação. ' 
Durante a formação do cavaco as camadas de material, que após a usinagem 
formam uma camada limite entre a face da ferramenta e o lado Inferior do cavaco, 
são fortemente deformadas plasticamente. O material, e sobretudo"as superfícies 
recém-formadas, enconfram-se num estado de aquecimento e deformação elevado, 
e estão extremamente ativos devido à recente separação. Sob estas condições deve-
se sempre esperar que na usinagem ocorram caldeamentos. 
Desgaste acentuado por caldeamento é observado em superfícies ásperas da 
face, em contatos intermitentes entre a peça e a ferramenta, bem como em 
distúrbios do*f luxa : dematerial sobre a superfície d a ferramenta. 
O desgaste' por mícrolascamenfos em consequência de caldeamentos é 
Influenciado-por perturbações no fluxo, de material sobre-a face. Esta parcela de 
desgaste é maior para velocidades de corte pequenas,, nas quais tem-se formação 
de gumes postiços Intensiva. '• 
Gumes postiços são camadas altamente encruadas do material sendo usinado, 
que caldeiam na face da ferramenta e assumem as funções de corte d a ferramenta. 
A formação do gume postiço toma-se possível para certas propriedades do material 
da peça, como p o r exemplo o- encruamento. O material que caldeia na superfície 
da ferramenta é deformado pela pressão de. corte, vindo a adquirir uma dureza 
elevada que lhe dá a capacidade de assumir a função de corte da ferramenta. 
Dependendo- das condições de corte, partículas^ do- .gume postiço .deslizam 
periodicamente entre o f lanco e a superfície de corte. Em casos de usinagem- de 
materiais duros, a frequência de deslizamento de partículas do gume postiço pode 
atingir valores de 1,5 kHz, levando a um desgaste abrasivo acentuado do flanco e 
piora considerável da qual idade da superfície da peça (figura 3 .25) . 
1 0 5 
Considerando que a maior parte do gume postiço não é eliminado via face da 
ferramenta, o desgaste de cratera nessas faixas de velocidade normalmente, é 
extremamente pequeno. 
Figura 3 .25 - Esquema da formação periódica, do gume postiço [1] 
Na figura 3 .26 tem-se a. representação da curva de desgaste em relação à 
velocidade de corte (curva VB x v j . Como se pode ver, o desgaste de flanco 
aumenta com o aumento da velocidade de corte, no entanto não como uma função 
contínua e sim com dois valores extremos característicos. O desgaste atinge 
inicialmente um- máximo na velocidade onde a formação do gume postiço tem sua 
maior intensidade. Um desgaste mínimo ocorre na velocidade onde não se tem 
mais formação do gume postiço. 
0,24 
CQ mm 
> 
§0,16 
JS 
u_ 
-8 0.12 
o 
S0.08 
03 
<n -
O) 
O 0,04 
0 
~i r 
Mater ia l de peça CK53N 
Mater ial de ferramenta P30 
Seção de usinagem a p . f = 2.0,315 m m 
— / H > 
Velocidade de Corte v 
0 20 30 m/min 100 
Figura 3.26 - Desgaste abrasivo em decorrência da formação do gume postiço [1] 
X.. 
Após ultra passar um vator máximo, apesar do aumento da velocidade de corte, 
tem-se uma diminuição da marca de desgaste de flanco,, decorrente- de- processos 
de recrisfaJlzação• e mudança, de fase,, que levam a um enfraquecimento sucessivo 
do gume postiço. O gume se torna instável e não desliza mais entre a superfície de 
corte e o flanco; pelo contrário, é deslocado totalmente sobre a face d a ferramenta.. 
" A posição dos valores máximos e mínimos da curva VB x v c depende da 
temperatura. Q u a n d o se provoca um aumento da temperatura de corte (por 
exemplo, com o aumento do avanço, diminuição do ângulo de sa ída ou aumento 
da resistência d o material), deslocam-se os valores- máximo é mínimo, para 
velocidades de corte menores, figura 3 .27 . Medidas que diminuam a temperatura 
de corte, como p o r exemplo a refrigeração, deslocam-os. valores extremos para 
velocidades de corte mais.elevadas. 
1 0 7 
03 > 
O O 
c 
CD 
T3 
ca 
ff 
CD 
a 
0,24 
mm 
0,20 
0,15 
0,12 
0,08 
"0,04 
Geometria da ferramenta 
a y X s X • r 
8° 10* -4° 90° 60' 1mm 
Tempo de usinagem: t c = 30 min 
: 0,4 mm 
f=0,25 mm 
f =0,1 mm 
Material da peça Ck53 N 
Matriai da ferramenta HS12-1-4-5 
Profundidade de corte a^ , = 2mm 
10 20 40 
Velocidade de Corte V c 
ni/min 100 
Figura 3 . 2 7 - Desgaste de flanco em ferramentas de torneamento [1] 
- Difusão 
Em ferramentas de metal duro resistentes ao desgaste a quente deve-se contar 
com a solubilidade mútua de materiais que podem "acarretar desgaste por difusão 
sob altas velocidades de corte. No a ç o rápido e no a ç o ferramenta/o material 'da 
ferramenta amolece em temperaturas inferiores, a aquelas onde pode ocorrer a 
difusão (por exemplo, ó 0 0 ° C para o aço rápido). 
Na difusão ocorrem as seguintes reações, f igura 3 . 2 8 : 
- Difusão do ferro no ligante cobalto; 
- Difusão do cobalto no a ç o , onde ferro e cobalto podem mutuamente e 
integralmente se dissolverem formando cristais mistos; 
- Dissolução do carboneto de tungsténio, formando cristais mistos e duplos na 
forma de F e 3 W 3 C , (FeW) ó e (FeW) 2 3 C 6 . 
1 0 8 
Co - W C - MK Dissolução do W C no: 
F e 3 W 3 C ; (FeW) s C; ( F e W ) 2 3 C 6 
Figura 3.28 - Representação esquemática do desgaste por difusão em ferramentas 
de metal duro [1] 
O carbono q u e ' é liberado durante a dissolução do carboneto de tungsténio 
difunde em direção, às menores concentrações de carbono, isto é , em direção ao 
aço . A difusão, do. carbono ocorre via ligante d e c o b a l t o - A máxima solubilidade do 
carbono no cobalto é da ordem de 0,7% para a temperatura de 1200°C. Com a. 
presença do ferro no cobalto a solubilidade aumenta até valores d a ordem de 1,5 a 
2%. O ferro que se difunde para dentro do cobalto induz a duas reações que 
aceleram o mecanismo de dissolução de carbonetos: o ferro se oferece para a 
formação de carbonetos mistos ferro-tunsgtênio e aumenta a solubilidade do 
carbono no cobalto, o que • favorece a solubilização do monocarboneto de 
tunsgtênio. 
A influência da composição do metal duro na penetração para um certo tempo 
de recozimento constante é mostrada na f igura 3 .29 . A diminuição da velocidade 
de difusão deve ser fundamentada peio fato de que a quantidade total de cobalto 
que participa na difusão com teor crescente de-Ti e Ta nos carbonetos, diminui de 
forma que a difusão do ferro, que ocorre via ligante cobalto, é reduzida 
consideravelmente. 
1 0 9 
Tempo de aquecimento t = 40 h 
\Temper. de aquecimento 1000°C 
Pan Metal Duro - Aço 
K30 - Ck53 
P30 - Ck53 
P20 - Ck53 
P 1 0 - C k 5 3 
P01 - Ck53 
10 20 30 40 % 50 
Teror de Titânio no Carboneto 
Figura 3.29 - Difusão entre metal duro e aço para as diversas composições dos 
parceiros de difusão [1] 
- Oxidação 
Observando-se uma ferramenta após o corte, muitas vezes na proximidade da 
região de contato tem-se o aparecimento de cores de revenimento que são 
provocadas pela oxidação da ferramenta. O metal duro [á inicia sua oxidação na 
faixa de temperatura de 7 0 0 a 800 °C sendo que os metais duros compostos 
exclusivamente de carboneto de tunsgtênlo e cobalto oxidam mais facilmente do 
que aquelas ferramentas com adição de óxido de titânio e outros carbonetos. 
1 1 0 
Já sob condições de corte normal, nas proximidades do gume das ferramentas 
de metal duro à base'de carboneto de tungsténio forma-se um filme de óxido 
devido à temperatura eleyada e à-.ação do oxigénio do ar. Este filme recobre todas 
as regiões nas quais o oxigénio da atmosfera tem acesso, isto é, nas regiões 
vizinhas de contato das superfícies de saída, incidência e incidência secundária, 
figura 3.30. 
Figura 3 .30 - Zonas de oxidação em ferramentas de metal duro [1] 
A ação destrutiva da oxidação sobre g estrutura do metal duro pode ser 
observada de modo dominante no gume secundárío. Lá forma-se um óxido 
complexo de tungsténio, cobalto e ferro, que por causa do seu volume maior em 
relação ao volume do 'carboneto de tungsténio, cria verdadeiras "verrugas"' na 
superfície da ferramenta, levando facilmente ao lascamento e quebra da quina da 
mesma. 
Para ferramentas de a ç o ferramenta e a ç o rápido a oxidação tem pouca 
importância, pois a resistência ao calor da ferramenta é ultrapassada antes que a 
superfície se oxide [1] . 
1 1 1 
3.5 Influências da geometria da ferramenta no processo 
Dependendo do tipo de usinagem, diferentes geometrias de ferramenta de corte 
podem ser escolhidas. A escolha da geometria depende de.fatores como: 
Material da ferramenta; 
Material da peça; 
Condições de corte; 
Geometria da peça. 
Geometrias usuais em ferramentas de corte representadas pelos seus ângulos de 
cunha na usinagem de aço são apresentadas na tabela 3.1 
A determinação dos ângulos da geometria da ferramenta implica em soluções 
de compromisso que podem satisfazer apenas aproximadamente às diversas 
exigências, na usinagem-: 
Tabela 3.1 Geometrias usuais de ferramentas de corte [1] 
\^Geometria da Ferramenta Ângulo o» 
saída 
Angulo de 
ttodencta 
Angulo de 
indrraçào 
Angulo de 
Posição 
Angiio de 
Quina 
Raio da 
Qtina 
Material da Ferramenta \
y a X X s . 
Aço Rápido • 
(HSS) 
-6*até + 20* 6* até 8* -6* 10» 60* 0,4 
até até até até até até até até 
Metal Duro -6*ató-M5* S" até 12* +6* 100* 120° 2mm 
A figura 3 .31 mostra de que forma as variações de geometria da cunha 
influenciam as características de' usinagem. e em seguida estão. descritas essas 
influências-
1 1 2 
Baixa espessura de usinagem Aumento da estabilidade do gume 
y = - K r até+ 20' 
Melhor formação do cavaco 
Melhor superfície 
-Desgaste Redução da força de corte 
, _ . m p n n r Desgaste menor 
Elevada estabilidade do gume ><=*=^ menor 
Aumento da estabilidade 
do gume 
Maiores forças passivas 
Aumento da estabilidade do gume 
rE = 0,4 até 2 mm 
Desgaste menor-
Redução da vibração 
Redução da força 
de corte 
Redução da vibração 
Redução da Força 
de corte 
Aumento da 
qualidade 
superficial 
À -=+6°até-6° 
Guia do 
fluxo do 
cavaco 
Figura 3.31 - Influência da geometria da cunha sobre as características da 
usinagem [1] ' 
- Ângulo de incidência, a 
O desgaste d o f lanco, caracterizado pela marca de desgaste VB, é influenciado 
•consideravelmente pelo ângulo de incidência. Se este for grande, a cunha é. 
enfraquecida duplamente: na ferramenta pode-se ter acúmulo de calor, que pode 
levar à perda d a dureza a quente. Uma cunha muito pequena também aumenta o 
perigo do lascamento e quebra da ferramenta. Se o ângulo de incidência a tende a 
0 o , o desgaste de flanco aumenta devido aos caldeamentos na região de contato 
com o parceiro de atrito. 
- Ângulo de saída ângulo de cunha fi 
O ângulo de saída y, ao contrário do ângulo a , p o d e ser tanto, positivo quanto 
negativo. O ângulo de saída é responsável pelo corte do material em questão. A 
ordem de grandeza do ângulo y influencia a estabilidade da cunha 
consideravelmente; assim, ferramentas positivas podem quebrar como consequência 
do enfraquecimento demasiado da cunha. Como vantagens de um ângulo de saída 
1 1 3 
positivo deve-se citar em primeiro lugar a diminuição da força de corte e força d e 
avanço, com a melhora na qualidade da superfície da peça . No entanto, a saída do 
cavaco é favorecida pelo ângulo de saída' positivo, o que leva muitas vezes a uma 
quebra de cavaco insuficiente, havendo tendência a um cavaco contínuo. Ângulos 
de saída negativos aumentam a estabilidade da ferramenta, o que tem aplicação, 
por exemplo, no plainamento e na usinagem de peças com interrupções de corte, 
carepas de íaminação ou de fundição. A deformação plástica na usinagem com 
ferramentas de ângulo de saída negativo é maior, por isso tem-se forças de corte 
maiores e uma forte solicitação térmica da cunha. Há um desgaste de cratera maior 
na face, que por sua vez pode levar a vidas mais curtas das ferramentas. 
O ângulo de saída y, o ângulo de incidência a e o ângulo de cunha B 
somados, por definição, totalizam 9 0 ° ( a - r - 8 + y = 9 0 ° ) . 
- Ângulo de quina s 
J a r a garantir uma boa estabilidade da ferramenta, principalmente quando se 
trata de uma solicitação pesada, o ângulo de quina s deve ser escolhido tão grande 
quanto possível. Ângulos de quina pequenos são empregados sobretudo em tornos 
copiadores e na usinagem comandada numericamente. A faixa útil, assim, é 
apertada, de forma que o ângulo entre o gume secundário e a direção de avanço 
deve ser no mínimo 2 o para evitar que a ferramenta exerça um raspamento com o 
gume secundário sobre a superfície da peça. 
- Ângulo de direção do gume % > 
Para avanço e profundidade de corte constantes e x diminuindo, a largura de 
usinagem " b " aumenta. C o m isso, diminui^ a força específica por unidade de 
comprimento de gume, dé forma que a variação do ângulo de direçvão do gumepara 
valores pequenos é especialmente favorável na usinagem- de materiais de alta 
resistência, garantindo uma diminuição do desgaste da ferramenta. Por outro lado, a 
força passiva aumenta com a diminuição de % incorrendo-se no perigo de que, devido 
à instabilidade crescente do processo de usinagem, ocorram vibrações regenerativas 
sobre a superfície da peça. 
1 1 4 
- Ângulo de inclinação X 
Através de umângulo de Inclinação negativo, o processo de usinagem pode 
ser estabilizado, pois o início do corte da ferramenta não se 'dá na quina e sim na 
posição mais avançada em direção à parte central do gume. Dessa forma tem-se 
uma solicitação adequada, evitando-se o perigo da quebra do gume por causa de 
'uma solicitação excessiva. A problemática da diminuição de solicitação no início de 
corte tem importância maior no corte interrompido (por-exemplo no fresamento e no 
plainamento) e na usinagem de materiais fundidos e foqados (peças com furos 
transversais e vazios). 
Ângulos de inclinação - lateral negativos também provocam forças passivas 
grandes, que. devem ser absorvidas pela máquina-ferramenta (grande rigidez 
normal a-árvore principal). O ângulo de inclinação lateral, além disso, influi no 
sentido e direcionamento da saída d o cavaco. Um ângulo de inclinação lateral 
negativo direciona o cavaco para a superfície já usinada da peça e eventualmente 
pode-se. ter uma. piora de qualidade da superfície usinada. 
- Raio da quina rs 
A escolha do raio da quina de uma. ferramenta depende d o avanço f e da 
profundidade de. corte a p . Dependendo do avanço escolhido,, o raio de-
arredondamento da quina influencia a qualidade da superfície usinada, para a qual 
vale a equação seguinte: 
R, = f 7 8 . r , {3.6) 
Raios.de quina grandes levam a uma melhora da qualidade superficial e d a 
estabilidade dos gumes,, enquanto raios d e quina pequenos têm a vantagem de 
tenderem menos a vibrações regenerativas por causa da força passiva-menor [1].. 
115 
4 M a t e r i a i s d e Fe r ramen tas de Co r t e e suas A p l i c a ç õ e s 
- Já há aproximadamente 50 mil anos o homem-produzia ferramentas de pedras 
com gumes afiados por lascamento, adaptando a geometria de corte à tarefa a ser 
realizada (figura 4.1). 
Um fato marcante para o desenvolvimento tecnológico foi a descoberta de metais 
como cobre, zinco e ferro. No. ano de 700 A C praticamente todas as ferramentas 
eram fabricadas em ferro, e a partir do século XVII foram implementadas constantes 
melhorias no processo de fabricação do ferro e na siderurgia do aço, colocando-o em 
posição vantajosa em relação aos metais até então conhecidos. 
Faca de 2 gumes ^ * = = * c m 
Figura 4.1 - Ferramentas de pedra lascada [T] 
No entanto, estudos técnicos sistemáticos sobre os processos de usinagem só 
iniciaram no começo.do século XIX e levaram, entre outros, à descoberta de novos 
materiais de corte. No início de 1900, o americano F.W. Taylor determinou um passo 
marcante no desenvolvimento tecnológico da usinagem com o desenvolvimento do 
aço rápido. 
Os metais duros sintérizados e os materiais de ferramentas baseados em materiais 
oxicerâmicos são também resultados de pesquisas Intensivas na área de materiais de 
corte e que vêm trazendo constantes melhorias em materiais já existentes e na 
elaboração e ensaios de novos materiais como o diamante e o nitreto de boro cúbico 
cristalino. 
Cronologicamente, os principais desenvolvimentos em materiais de ferramentas.;., 
foram: 
116 
- Aço ferramenta (18ó8) , . . . „ • • 
-Aço-rápido (1900) " '* -
-Stelírte {1910} " *' " - _ . 
- Meta! duro (1926) 
- Cerâmicas (1_938) 
- Nitreto de boro cúbico (década de 50) 
- Diamante mono e poíicristaiino (últimas décadas) 
Na figura 4.2 é mostrada a classificação de. materiais para ferramentas com 
geometria definida. " 
Matéria» para Usinagem com | ^ § | 
rFerramenta de Geometria Definida 
Materiais Metálicos Materiais de Ligação 
• Aço- fe r ramenta — Metal-duro (WC) 
'—Aço-rápido 
Materiais Cerâmicos 
L - Cermets (TíC/TiN) 
Cerâmicas de Corte Materiais de Altíssima Dureza 
I 
Cerâmica Cerâmica 
oxida não-oxida 
Òxidí Mista 
- A t a 
Reforçada 
cl Wískers 
Diamante 
C / S b N * 
CBN 
A k C b >— AI2O3 + 
AbCb !—AÍ2O3+ , SíC-wisker 
dema is 
— Diamante 
monocristal ino 
—^ Diamante 
- poíicristaiino 
C B N 
- C B N + T i C 
L . C B N + BN 
hexagonai 
Figura 4.2 - Classificação das ferramentas de corte de geometria definida [1] 
As propriedades esperadas de ferramentas de corte são relacionadas a seguir. 
Deve-se salientar que nenhuma ferramenta tem todas essas características, sendo a 
seleção do tipo e material de ferramenta uma solução de compromisso. 
117 
- Resistência à compressão; . . ' * • ' 
- Dureza; 
- Resistência à flexão e tenacidade; " • 
- Resistência do gume; 
- Resistência interna de l igação; 
- Resistência a quente; 
- Resistência à oxidação; 
- Pequena tendência à difusão e caldeamento; 
- Resistência à abrasão; 
- Condutibilidade térmica, calor específico e expansão térmica adequados. 
Na figura 4.3 são mostradas as tendências dos materiais dé ferramentas mais 
importantes quanto à dureza, resistência à flexão, vida da ferramenta e tenacidade. 
o 
c » 
«D •** 
•+* C 
« 3 
a> o" 
w.«« 2 « t ; n 
o » 
° 3 
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"O 
« £ 
"O CO ca co 
"O O) 
'u <D 
o "a 
"5 o 
> w 
Diamante 
CBN 
Cerâmicas 
CERMETS 
Metal-duro 
revestido 
Metal-duro 
•VÇ-^O h?5CS-'. 
Aço-rápido 
revestido 
Aço-rápido 
Tenacidade, resistência à flexão 
Figura 4.3 - Propriedades das ferramentas deporte —adaptado de [1] 
Para satisfazer as exigências crescentes feitas à qualidade das peças e à 
viabilidade económica do processo de fabricação, além da otimização dos materiais 
de corte, as ferramentas devem ser usadas de forma económica para que todas as 
grandezas que participam no processo de usinagem como geometria da ferramenta, 
n a 
condições de corte, material da peça e materiais auxiliares tenham a sua influência e 
seu efeito sobre. o. resultado do trabalho considerados. Somente o conhecimento da 
interdependência funcionai dos diversos fatores permite o aproveitamento das reservas 
tecnológicas disponíveis. . 
A seguir são apresentados os principais materiais para ferramentas de corte 
' utilizados na indústria atualmente • . • 
4.1 Aços para ferramentas 
Aços para ferramentas, de acordo com a D1N 1 7 3 5 0 , são aços nobres 
apropriados para o t rabalho e retrabalho.de materiais, assim como para manipular 
e medir peças. 
Distinguem-se entre, aços para trabalho a f r io , aços para trabalho a quente e 
aços rápidos. Aços para trabalho a fr io e aços para t rabalho a quente são 
apropriados para;..aplicações, onde a" temperatura superficial e m processo é menor 
Hue 2 0 Q o C Aços rápidos, podem ser utilizados sob temperaturas, de até 6 0 0 ° C : De 
aços - para trabalho a:fr io e aços rápidos são produzidas principalmente ferramentas 
para usinagem-, mas; t a m b é m para conformação. De aços para trabalho, a quente 
são produzidos principal mente' materiais de conformação como matrizes, moldes 
para- moldagem sob pressão ou ferramentas para máquinas de forjamento ou 
extrusão. 
4 .1.1 Aços para t rabalho a fr io 
Aços para trabalho a f r io foram os primeiros materiais d e corte empregados na 
indústria. Suas propriedades de resistência.ao desgaste.e a,sua dureza são obtidas 
por tratamento térmico, que é realizado nas seguintes etapas: aquecimento acima 
da temperatura, de austenit ização, resfriamento rápido em á g u a ou óleo (alta 
velocidade de resfriamento requerida para a obtenção de dureza martensítica), 
revenimento (para d iminui r parcialmente a dureza e aumentar a tenacidade). 
Os aços para t rabalho a frio podem ser subdivididos em aços sem liga e com 
liga, tabela 4 . 1 . Os aços para trabalho a frio não- l ígados (aços carbono) têm teor 
119 
de C de até 1,25,% e, em pequenas quantidades, Si e M n . Os aços ferramentas 
ligados têm aproximadamente 1,25% de C, assim como até 1,5% de Cr,. 1,2% de 
W, 0,5%de Mo e 1,2% de V. 
Tabela 4 . 1 - Exemplos de aços para trabalho a frio não-l igados e ligados [1] 
Aços para trabalho a frio não l igados 
Classificação 
N° da peça 
Composição 
C SI M n Cr ^Mo V . W 
Aplicação 
. C45W 
1.1730 
0,40 0,15 0,60 
0,50 0,40 0,80 
Martelos, machados ,tesouras, 
chaves de fenda, cinzel 
C85W 
1.830 
0,80 0,25 0,50 
0,90 0,40 0,70 
Serras de madeira, serras 
manuais, serrs circulares 
C125W 
1.1563 
1,20 0,10 0,10 
1,35 0,30 0,35 • 
Umas, raspadores, ferramentas 
de tornear, facas para papel 
Aços para trabalho a frio ligac OS 
45CrMoV7 
1.2328 
0,42 0,20 0,85 1,7 0,25 
0,47 0,30 1,0 1,9 0,30 0,05 
Cinzéis de todos os tipos 
1 1 5 G V 3 
1.2210 
1,10 0,15 11,0 -
1,25 0,25 0,40 0,8 - 0,12 
l imas, raspadores, ferramentas 
de tornear, facas para papel 
X210CrW12 
1.2430 
2,0 0,10 0,15 11,0 - - 0,6 
2,25 0,40 0,45 12 - - 0,8 
Ferramentas de corte, tesouras 
para corte de aços, 
escareadores, ferramentas para 
usinagem de madeira 
A dureza e a resistência ao desgaste de aços ferramentas não-ligados depende 
da estrutura martensítica obt ida. A resistência ao desgaste aumenta com o aumento 
da dureza e teor de carbono crescente; ao mesmo tempo, no entanto, cai a 
tenacidade e com isso a sensibilidade da ferramenta durante o tratamento térmico, 
e a aplicação da ferramenta se torna mais ampla. Todos os aços ferramenta não-
ligados não endurecem em toda a seção transversal de uma forma regular, mas 
apenas na camada superficial. 
120 
As vantagens dos aços ferramenta l igados, em relação aos não-ligados, são o 
aumento da resistência ao desgaste (pela adição de carbonetos), o aumento da 
resistência a quente (pela adição de cromo, tungsténio, molibdênio e vanádio na 
liga), e uma dureza superior (pela solubilização do carbono). Além disso, a 
velocidade crítica de resfriamento diminui, permitindo uma melhor têmpera através 
de toda a seção transversal da ferramenta. Podem ser aplicados para temperaturas 
de corte de até no máximo 200°C. Aços ferramenta ligados predominantemente 
são aplicados na usinagem de aços com velocidades de corte muito baixas 
(alargamento, corte de rosca) e para fabricação de ferramentas para trabalhos de 
manutenção, já que os custos do material da ferramenta, em decorrência do menor 
percentual de elementos de l iga, são menores que para o aço rápido (HSS). 
Em razão da sua baixa resistência a quente -e da baixa velocidade de corte 
utilizável, atualmenfe os aços ferramenta são raramente utilizados para usinagem de 
metais. Seu campo de aplicação é principalmente ferramentas manuais como por 
exemplo limas,, cinzéis, alargadoras e serras para a usinagem e corte de madeira. 
4 .1 .2 Aços rápidos 
Aços rápidos (HSS: High Speed Steel) são aços de alta liga que têm como 
principais elementos de liga molibdênio, vanádio, tungsténio, cobalto e cromo. Estes 
elementos têm alta resistência mecânica e, conferem, alta tenacidade às ferramentas. 
O aço rápido diferencia-se em relação aos , aços ferramenta por uma 
caracterização melhor de revenimento da estrutura e uma maior dureza. Sua dureza 
é de óO a 67 HRC até uma temperatura de. aproximadamente 6 0 0 ° C . Com essas 
propriedades, os. aços rápidos têm uma larga faixa de aplicação na área da 
usinagem, especialmente para ferramentas com gumes afiados-e pequenos raios de 
quina, por exemplo- nas- ferramentas de a largamento, brocas espirais, ferramentas 
de rosqueamento, escareadores, .fresas e ferramentas para torneamento para 
usinagem interna e sangramento, assim como para acabamento. 
121 
Tabela 4.2 - Grupos de elementos de liga e de potenciais dos aços rápidos [1] 
Grupo Nomenclatura 
W Mo V Co 
- - Para usinagem de aço 
de médio esforço | de alto esforço 
<850 N/mm21 >850 N/mm2] desbaste acabamento 
18% W HS" 18 - 0 - 1 
HS 18 - 1 - 2 -5 
+ - + -
12%W HS 1 2 - 1 - 4 -5 
HS 1 0 - 4 - 3 -10 - - (+) (+) a. 
ó%W+5%Mo 
HS 6 - 5 - 2 
HS ó - 5 - 3 -5 
HS ó - 5 - 2 -5 
-
+ 
+ -
2 % W + 9%Mo 
HS 2 - 9 - 1 
HS 2 - 9 - 2 -
HS 2 - 1 0 - 1 8 
+ 
-r 
-
Áreas de.aplicação' de ferra mentas de aço rápido 
Com o aumento do teor dos elementos de liga aumenta também a produtividade 
desses materiais devido a um aumento na resistência ao desgaste e á um maior 
tempo de vida. No entanto, sua fabricação torna-se difícil, comprometendo 
especialmente a fabricação de ferramentas de geometria complexa. Em geral, 
maiores teores de elementos de liga significam maiores custos. 
A utilização de aços rápidos com altos teores de elementos de liga é 
especialmente recomendada quando se necessitam. soluções para problemas de 
usinagem onde o aumento da resistência ao calor e a tenacidade da ferramenta são 
fundamentais. Aços rápidos com ligas de cobalto (por exemplo HS Ó-5-2-5, HS 1 8 - 1 -
2-5) são empregados para tarefas de usinagem onde-faz-se- necessária uma maior-
resistência a quente da ferramenta. Aços, que além de cobalto contêm vanádio, 
como por exemplo HS 12-1-4-5 e HS 10-4-3-10, apresentam melhora na resistência 
ao desgaste em maiores temperaturas e são empregados para as tarefas de 
usinagem onde se necessita grande resistência ao desgaste. Na tabela 4.3 estão 
listadas as principais áreas de aplicação de aços rápidos [1] . 
122 
Tabela 4.3 - Principais áreas de aplicação dos principais aços rápidos (de acordo 
com DIN 1 7 3 5 0 , Thyssen, Bõhler) [1] 
Tipo de aço 
Nomendatura 
W - Mo - V - Co 
Material Principais utilizações • 
HS ó - 5 - 2 V.3343 Ferramenta de aço-rápido padrão para todas as operações 
de usinagem, para desbaste e acabamento, macho para 
roscas e broca helicoidal,, fresas de todos os tipos, 
escareadores, alargadores, fresas cónicas, ferramentas para 
plainas, . cossinetes, serra circular, ferramentas de 
conformação -
HS ó - 5 - 3 1.3344 Machos para roscas e alargadores sob grande esforço, fresas 
de alto desempenho, escareadores, brocas helicoidais 
HS ó - 5 - 2 5 1.3243 Fresas de alto desempenho, ferramentas de tornear e plainar 
de todos os tipos, broca helicoidal e machos para roscas sob 
grande esforço, escareadores, ferramentas para trabalho com 
madeira e trabalho-a frio, ferramentas de desbaste'e com alta 
tenacidade-
HS 10 - 4 - 3 - 1 0 1.3207 Emprego universal para desbaste e-acabamento, ferramentas 
.,de torneamento e fresas- sob grande esforço, para trabalhos 
automáticos é ferramentas de trabalho com madeira 
HS 2 - 9 - 2 1.3348 Brocas helicoidais, e machos para roscas, fresas, alargadores 
e escareadores 
HS :12 - 1 - 4 - 5 1.3202 Ferramentas de tornear e perfiladores de aço para usinagem 
de acabamento de materiais duros e materiais de difícil 
ustnabilidade . 
HS 18 - 1 - 2 - 5 1.3255 Ferramentas de tornear, plainar e fresar, especialmente para 
trabalhos de afiána difíceis com grandes esforços e que 
necessitem de tenacidade da ferramenta 
HS 2 - 10 - 1 - 8 1,3247 Fresa de topo, -ferramentas de tornear para trabalho 
automático, brocas helicoidais e machos para roscas 
4.2 Metais duros 
O metal duro é o material de ferramenta mais largamente utilizado na indústria 
atualmente, sendo que somente a indústria automobilística consome cerca de 50% 
das ferramentas de metai duro produzidas no mundo. Este material apresenta 
melhores relações custo/benefício na maioria das. aplicações em usinagem devido à 
grande variedade de tipos obtidos pela adição de diversos elementos de liga e 
também de diferentes revestimentos/o que possibilita a obtenção de propriedades 
adequadas às solicitações em diferentes condições de usinagem. A possibilidade da 
utilização de insertos intercambiáveis é também umfator positivo, tornando as 
ferramentas versáteis. 
Metais duros são materiais compostos, constituídos de um ligante metálico 
dúctil (cobalto ou níquel) e de carbonetos dos metais de transição (4 a até 6 a colunas 
da tabela periódica; W, T i , Ta , Nb , ...) embutidos no ligante. Os carbonetos estão 
situados na. divisa entre metais e cerâmicas. Eles têm propriedades semelhantes às 
dos metais (por exemplo condutividade elétríca), mas são classificados como 
materiais duros metálicos, e não cerâmica não-óxida. Os Cermeis são 
denominados metais duros com base de TiC e T i N , sendo a fase ligante de Níquel, 
Cobalto e Mol ibdênio. 
Os materiais duros são a base da dureza e da resistência ao desgaste, 
enquanto a função do l igante é constituir a l igação dos carbonetos frágeis, 
formando um corpo relativamente resistente. 
As vantagens dos metais duros são: uma boa distribuição da estrutura em 
decorrência do próprio processo metalúrgico de fabricação, dureza elevada, 
resistência à compressão e resistência ao desgaste a quente. Metal duro a 1000°C 
tem a mesma dureza que o aço rápido a temperatura ambiente. Além disso, existe a 
possibilidade de obter propr iedades distintas nos metais duros pela mudança 
específica dos carbonetos e das proporções do l igante. 
Na f igura 4.4 podem ser vistas as fases distintas do metal duro, 
esquematicamente e em metalograf ia. 
124 
Onde: 
a = carbonetos de tungsténio •"• 
(3 = cobalto 
y = carbonetos de titânio, tântalo e nióbio 
Figura 4.4 - Estrutura do metal duro [9] 
4.2.1 Desenvolvimento histórico -
Na primavera de 1927 foram apresentados em Leipzig, sob o. nome WTD1A, 
metais duros como novos materiais de alta produtividade. Estes novos materiais 
representavam, para. a época um desenvolvimento revolucionário, que abria uma 
nova dimensão para a técnica de usinagem. Em contraste às ferramentas de aço 
rápido usadas até aquele momento, os metais duros proporcionavam um aumento 
pronunciado nas velocidades de corte. A capacidade de produção das máquinas-
ferramentas não era suficiente para suprir os potenciais de produtividade das novas 
ferramentas. Materiais como fundidos em coquilha, que até aquele momento eram 
de difícil usinagem com ferramentas de aço rápido {HSS — High' Speed Steel], 
puderam ser trabalhados com o novo material. 
No começo, a aplicação do metal duro à. base de WC-Co se limitava 
exclusivamente à usinagem de materiais fundidos. Por causa do grande desgaste de 
cratera, os metais duros não eram aconselháveis para trabalho com materiais de aço 
com cavacos longos. Isso foi alterado com a adição de carboneto de titânio como 
ligante. Grandes aumentos na velocidade de corte, semelhantes aos anteriormente 
125 
obtidos em ferros fundidos com os metais duros WC-Co, foram possíveis "na.: 
usinagem com metais duros à base de TiC. Na mesma época surgiu'também o 
desenvolvimento-dos primeiros Cermets. - - . " 
A continuidade do desenvolvimento dos metais duros foi marcada nos anos 
seguintes por uma contínua melhora na sua composição, fabricação e 
consequentemente na sua produtividade. Há muito sabe-se da influência do tamanho 
dos grãos dos carbonetos nas propriedades dos metais duros. Embora normalmente'-
nos metais duros com o aumento da dureza ocorra uma redução-da tenacidade, esta 
regra pode ser quebrada com o desenvolvimento de metais duros de grãos finos. 
Através da redução do tamanho do cristal W C abaixo de 1 u.m com o mesmo teor de 
ligante é possível elevar a dureza ao mesmo tempo que aumenta-se a resistência à 
flexão. 
Um outro grande passo inovador foi a implementação de metais duros revestidos 
no início dos anos 70 . A combinação de substratos de metais duros com camadas 
duras altamente resistentes levaram a um grande aumento das velocidades de corte 
utilizadas e. d o tempo de vida das ferramentas. Ao mesmo tempo p ô d e ' ser 
aumentada a vida útil das ferramentas de 2 0 0 a 400%. Os revestimentos CVD e PVD 
são atualmente os processos de revestimento mais conhecidos. 
Com o. desenvolvimento dos metais duros conhecidos por "spinoidais", os 
primeiros Cermets que continham nitreto de titânio como componente duro em 1973, 
fo i elaborada a forma básica dos Cermets atuais de alta produtividade. O 
desenvolvimento desses materiais deu-se principalmente no Japão. Atualmente os 
Cermets pertencem aos materiais de corte de grande produtividade que, com a 
utilização de grandes velocidades de corte e avanços moderados e através da 
obtenção de maiores tempos de vida em altas confiabilidades, correspondem às 
exigências da tecnologia-de usinagem moderna. 
Embora os Cermets atualmente não tenham-se estabelecido com a utilização 
esperada, crê-se que nos próximos anos ocorra um aumento contínuo da sua 
utilização na área dos metais duros. Razões para isso são sua alta estabilidade 
química e sua alta resistência ao calor, que tomam estes materiais Interessantes 
especialmente para operações de usinagem com altas solicitações térmicas. Essas 
126 
propriedades contribuem para que, principalmente no-trabalho a seco, haja uma 
maior aplicação de materiais do tipo Cèrmet. ." = " 
4 .2.2 Fabricação de metais duros 
Em razão da grande- variedade de estruturas, são empregados diferentes 
processos de fabricação (figura 4.5) . A principais diferenças são essencialmente 
fabricação -direta e indireta, combinações de processos e processos especiais 
(moldagem por infeção). A escolha do processo a ser utilizado depende 
principalmente da geometria e do número de peças a ser obtido do produto. 
Carboneto de Tungsténio 
WC 
Metal de Ligação 
Co, Ni 
Componentes de Liga 
TiC. (Ta.Nb)C, Mo, C. VC, Cr, . C? 
Mistura, Moagem Umida, Peneiramento Umido 
Sacagem a Vácuo 
Peneiramento 
Meio da Prensagem -• 
Po-de-MetaMXiro! 
Secagem do Pulverizado Granulação 
Secagem a Vácuo" 
Amassamento. • 
|— Plastificação —j 
Secagem a Vácuo 
Amassamerto 
PrensagenrtsostáticaFria * 
Granulado de Metal XTtiro Massa da;Metai Duro. Massa de Metal Ouro 
Usinagem 
Prensagem Isostática Fria Prensa-com Matriz Prensagem porBdnisáo :• Moldagem: por (nfeçáo-
Enceramento 
Sintenzaçao 
Enceramento 
Slnterizaçào/HlP 
Enceramento-
Sinterizaçao 
HfP 
Retiflcaçâo. Corte Revestinento 
Peça Pronta 
Peça moldada 
Afiada para Proteção 
ao Desgaste 
Hastes Especiais 
Porfia. 
Broca. Fresas 
Pastilhas 
Ferramentas p/ Mineração 
Pequenas Peças de Mancais 
Hastes Curtas 
Hastes, Perfis 
d < 22 mm 
Brocas com Canais 
de Refrigeração 
Pequenas Massas 
com Geometria 
Complexa 
Figura 4.5 - Processos de moldagem para a fabr icação de peças de metal duro [1] 
Aproximadamente dois-terços de - todos os-produtos 1 de metal duro são obtidos 
pela fabricação direta - predominantemente insertos. Peças com formas 
complicadas em pequenos números como êmbolos, hélices, anéis laminadores ou 
matrizes são obtidas pela fabricação indireta, isto é, são necessários processos de 
fabricação adicionais como corte, furacão, torneamento ou fresamento. Nesse 
127 
caso, o metal.' duro é a matéria-prima no estado, pré-siriterizado ou prensado-
isostática mente a f r io , e que possuí consistência estável. 
Os. componentes do metal duro (componentes individuais ou ligas) são 
submetidos a uma carga elétrica enquanto estão no estado de pó e 
homogeneizados em misturadores. Na moagem úmida o líquido utilizado (álcoois, 
acetona, hexano ou 'ou t ros) protege o produto durante a moagem contra a-
oxidação, e garante uma dispersão otimizada de todos- os componentes em 
suspensão. Após o término do processo de moagem a mistura de pó formada é 
preparada para as seguintes etapas de fabricação. 
Para a fabr icação deinsertos, o pó é transformado em uma forma granular 
para garantir boas propriedades de escoamento assim como tamanho de grãos 
apropriado para prensagem em' matrizes. A obtenção de grãos ocorre com ajuda 
de processos de pulverização ou- granulação. A fabricação de insertos ocorre 
através da compressão dos grãos em-prensas matriciais. O processo de prensagem 
em matriz permite pequenos tempos de ciclo e é apropriado para um grande 
número de peças... " • ' 
Na sequência das etapas de cada processo a sinterizaçao representa a 
principal operação, já que nessa fase as propriedades mecânicas e tecnológicas 
essenciais para as funções de produção são obtidas. A princípio, entende-se por 
sinterizaçao um transporte de material termicamente atívo, onde o produto do pó 
separado (peça prensada, peça crua) é compactado em razão dos processos de 
transposição por difusão (difusão superficial, difusão do contorno de grão, difusão 
do volume). Para a obtenção de metais duros é necessário que nem todos os 
componentes da liga sejam transformados para o estado fundido, ' ou seja, 
sintetizados na fase líquida. 
4.2.3 Componentes do metal duro e suas propriedades 
- Carboneto de tungsténio (WC): o W C é a mais importante fase sólida dos metais 
duros sinterizados. O W C é solúvel em Co , e em decorrência disso tem-se uma alta 
resistência de l igação interna com 'boa resistência de gume nos metais duros à base 
de W C e Co. O W C , além disso, apresenta uma melhor resistência ao desgaste 
128 
abrasivo que o TiC e o TaC. Por outro lado, tem limitações de velocidade de corte, 
devido à sua alta tendência a difusão em temperaturas mais elevadas. 
- Carboneto de titânio (T/C); o TiC tem pequena tendência à difusão. Disso resulta ' 
uma alta resistência a quente dos carbonetos baseados em TiC, no entanto com 
menor resistência de ligação interna e menor resistência de gume. Os metais duros 
com alto teor de TiC são frágeis e de fácil fissura. O TiC é usado para a usinagem 
de materiais ferrosos com alta velocidade de corte. O TiC forma um carboneto 
complexo com o WC. 
- Carboneto de tântalo (TaC): em pequenas quantidades, o TaC atua no sentido de 
refino do grão e com isso aumenta a tenacidade e resistência dos gumes dos 'metais 
duros. A resistência de l igação interna não caí tanto quanto na utilização de TiC. 
-Carboneto de nióbio (NbC): NbC tem propriedade semelhante à do TaC. Ambos 
carbonetos ocorrem na.forma de cristais mistos Ta- (Nb)-C no metal duro. 
- Nitreto de titânio (T/N): TiN é o componente de maior influência nas propriedades 
de todos os modernos Cermets. O TiN tem uma menor solubilidade no aço e com 
isso uma maior resistência à difusão que o T iC. O nitrogénio atua elevando a 
resistência ao desgaste. Além disso o crescimento do grão é inibido. Cermets com 
nitrogénio possuem normalmente uma estrutura de grãos finos. No estado sólido, T iC 
e TiN podem ser misturados completamente. As propriedades físicas derivam das 
propriedades do (Ti(C,N)). 
- Cobalto (Co): cobalto é o melhor metal de l igação para metais duros com base no-
W C até o momento. Isto ocorre pela boa solubil idade do WC no cobalto e o bom 
ancoramento dos cristais de W C devido à fase de l igação WC-Co . 
- Níquel (Ni): Devido às suas boa propriedades, o níquel é empregado como ligante 
nos Cermets. Em razão do níquel ser mais fácil de ser deformado que o cobalto, 
129 
atualmente utiliza-se além_ do níquel também o cobalto como ligante nos Cermets, 
para melhora das suas propriedades em altas temperaturas.. 
Observando-se o comportamento de desgaste e da produtividade de metais 
duros revestidos e não-revestídos, atribui-se um papel importante ao substrato,do 
metal duro. O metal duro deve possuir, para a obtenção de uma alta resistência do 
gume contra deformações plásticas, uma alta resistência a quente e à compressão, 
ao mesmo tempo, que uma alta resistência à flexão e tenacidade. Em geral, metais 
duros tenazes possuem baixas dureza e resistência à compressão. Essas duas 
propriedades opostas do material de corte ocorrem principalmente devido à estrutura 
do material de base. Como regra geral vale que com o aumento do teor do cobalto 
aumenta a resistência à ruptura, enquanto a dureza e a resistência à compressão 
diminuem (figura 4.6). Com o -aumento do teor de carbonetos complexos a 
resistência à ruptura diminui, mas aumenta a dureza. O carboneto de tântalo 
favorece a resistência aos choques térmicos. Em muitos casos isso é aproveitado e 
nos substratos T iC/TaC para o fresamento o substrato é modificado em favor do 
carboneto de tântalo. Devido aos grandes custos de material o uso de TaC é 
limitado. 
130 
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cr "õ Q Conteúdo 
de Co 
Tamanho do 
Grão do WC 
Conteúdo de Car-
bonetos Mistos 
Qualidade do Material da Ferramenta 
Aita Resistência 
ao Desgaste 
Alta 
Tenacidade 
Conteúdo de Co: 
Tamanho do Grão do WC: 
Conteúdo de Co: 
Tamanho do Grão do WC: 
• 1 
Conteúdo de Carbonetos Mistos: i Conteúdo de Carbonetos Mistos: • 
Figura 4.6 - Grandezas de influência sobre a resistência ao desgaste e tenacidade de 
metais, duros [1] 
4.2.4 Formação da. estrutura 
Nos metais duros convencionais à base de W C , os carbonetos de tungsténio são 
encontrados principalmente na forma de prisma com superfícies triangulares. 
Comparados.com os metais,duros com maior teor. de cobaIto„.no qual o. crescimento, 
do cristal é mais fáci l , essa forma de cristal é menos desenvolvida nos tipos de grãos 
finos e com baixo teor de cobalto. Os cristais complexos cúbicos ocorrem tanto na 
forma de dados (com cantos arredondados) como" também às vezes na forma 
esférica, figura 4 .4 . A estrutura do carboneto é preenchida pela fase ligante. 
131 
A estrutura do núcleo dos materiais sólidos é característica na microestrutura do 
cermet. O motivo disso é o processo de- mistura nos materiais sólidos (mistura 
espínodal), principalmente o processo de solução e precipitação durante a 
sinterizaçao da fase líquida. Através da solução seletíva, a fundição Ní-Co é 
acumulada com componentes do carboneto. A separação dos grãos da fundição dos 
carbonetos complexos ocorre no resfriamento da sinterizaçao. 
A estrutura das partes do material, sól ido é determinada pelos componentes 
contidos no pó residual. De acordo com a composição e o tamanho dos grãos do pó 
residual os materiais sólidos possuem uma diferenciação da estrutura. Se o. pó 
residual tiver componentes não lígantes binários do material sólido, após a 
sinterizaçao existe no grão, na maioria dos casos, nitreto de titânio ou carboneto de 
titânio (grãos escuros). Na utilização de pó residual ligante, compostos de carbonetos 
complexos ou nitreto de carbono quaternário, são encontrados no grão maiores, 
concentrações de molibdênio e/ou tungsténio (grãos claros). A imagem do 
microscópio-eletrônico-na figura 4 .7 mostra nitidamente as diferentes formações do 
grão. O pó residual neste caso é composto de carbonetos individuais, carbonetos 
complexos e nitreto de carbono. As partículas do material sólido com grãos pretos 
(escuros) são constituídas no seu núcleo de Ti(C,N) e são envolvidas por um nitreto de 
carbono complexo relativamente rico em titânio (Ti, Ta, W) (C, N). O revestimento 
claro de (Ti, Ta , W , Mo) (C, N) é constituído em primeira linha de um carboneto 
complexo titânio-tungstênio-molibdênío, com relativamente alto teor de tungsténio 
e/ou molibdênio. As partículas de material sólido com grãos claros contêm no seu 
interior um carboneto complexo, que é envolto por uma camada rica em titânio e 
nitrogénio.4 .2 .5 Classificação de metais duros 
A tabela 4 .4 mostra as classes de materiais-de corte duros e as aplicações para 
que são indicados. 
Grupo principal de usinagem Grupo de aplicação 
Direção de aumento da 
característica 
Leira 
de 
identifi 
-cação 
Categoria do 
material da 
peça 
Cor de 
identifi caçã 
o 
Sím-
bolo 
Material da peça Aplicação e condições de trabalho No corte 
No material 
" da 
ferramenta 
M 
Cavaco longo 
ou curto como 
metais não 
ferrosos 
Amarelo 
M 10 
Aço, aço fundido, aço endurecido com 
manganês, ferro fundido, ferro fundido 
ligado 
Torneamento, velocidades de corte média a 
alta, pequena sessão de cavaco, seção de 
cavaco pequena a média 
' i 
> 
o 
-D 
0 C CU 
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T
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a
d
e
 
M 
Cavaco longo 
ou curto como 
metais não 
ferrosos 
Amarelo 
M 2 0 
Aço, aço fundido, aços austeníticos, aço 
endurecido com manganês, ferro fundido 
Torneamento, fresarnento, Média velocidade de 
corte e seção de cavaco. 
' i 
> 
o 
-D 
0 C CU 
E 
3 
< 
'
 
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A
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T
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a
d
e
 
M 
Cavaco longo 
ou curto como 
metais não 
ferrosos 
Amarelo 
M30 
Aço, aço fundido, aços austeníticos, ferro 
fundido, ligas de alta resistência ao calor 
Torneamento/fresamenlo, aplainamento. Média 
velocidade de corte, seção média a grande 
' i 
> 
o 
-D 
0 C CU 
E 
3 
< 
'
 
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A
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e
 
M 
Cavaco longo 
ou curto como 
metais não 
ferrosos 
Amarelo 
M 4 0 
Aço doce autómato, aços de baixa 
resistência mecânica, metais não-ferrosos e 
metais leves 
Torneamento e sangramento, especialmente de 
autómatos 
' i 
> 
o 
-D 
0 C CU 
E 
3 
< 
'
 
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K 
Metais ferrosos 
de cavaco 
curto, metais 
não ferrosos e 
materiais 
não-metálicos 
Vermelho 
K 01 
Ferro fundido de alta dureza, fundidos com 
dureza além de 85 Shore, ligas de alumínio 
com alta quantidade dé Silício, aço 
endurecido, materiais sintéticos de alto 
desgaste, papel duro, cerâmicas 
Torneamento, torneamento externo de 
acabamento, torneamento interno, fresarnento 
de acabamento, raspamento 
A
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m
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r 
K 
Metais ferrosos 
de cavaco 
curto, metais 
não ferrosos e 
materiais 
não-metálicos 
Vermelho 
K ] 0 
Ferro fundido com HB > 200, ferro fundido 
maleável de cavaco curto, aço endurecido, 
ligas ae alumínio silicosas, ligas de cobre, 
materiais sintéticos, vidro, borracha, papel 
duro, porcelana, rochas 
Torneamento, fresarnento, furacão, 
torneamento interno, escariamento e 
raspamento 
A
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r 
K 
Metais ferrosos 
de cavaco 
curto, metais 
não ferrosos e 
materiais 
não-metálicos 
Vermelho 
K20 
Ferro fundido com HB<220, metais náo-
ferrosos, cobre, liga de cobre e zinco, 
alumínio 
Torneamento, fresarnento, aplainamento, 
torneamento interno, escariamento e onde é 
necessária uma tenacidade muito alta do metal 
duro 
A
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A
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e
 
r 
K 
Metais ferrosos 
de cavaco 
curto, metais 
não ferrosos e 
materiais 
não-metálicos 
Vermelho 
K 20 • 
Ferro fundido de baixa dureza, aço de baixa 
resistência mecânica e madeira extratificada 
Torneamento, fresarnento, aplainamento, 
fresarnento de ranhuras, sob condições 
desfavoráveis, grande ângulo de saída possível 
A
u
m
e
n
t
o
 
d
o
 
v
.
 
w
 
A
u
m
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^
 
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e
 
r 
K 
Metais ferrosos 
de cavaco 
curto, metais 
não ferrosos e 
materiais 
não-metálicos 
Vermelho 
K20 
Madeiras macias e duras, metais não-
ferrosos 
Torneamento, fresarnento, aplainamento, 
fresarnento de ranhuras, sob condições 
desfavoráveis, grande ângulo de saída possível 
( ( ( ( ( < ( ( . ( ( ( < ( ( { ( ( ( ( ( C < ( í C < ( ' ( ' . ( C c ( f C < < ( ( < ( < ( ( ( ( (. ( c 
/ 
Tabela 4.4 - Grupos de aplicação dos grupos principais de usinagem P ,M eK (de acordo com DIN ISO 513) [1] 
Grupo principal dê usinagem 
Letra de 
identifi-
cação 
Categoria do 
material da 
peça 
Cor de 
identificação 
Grupo de aplicação 
Sím-
bolo 
Material da peça Aplicação e condições de trabalho 
Direção de aumento da 
característicq, 
No material 
No corte da 
ferramenta 
Materiais de 
cavaco longo 
Azul 
P01 
P 10 
P20 
P30 
P40 
P50 
Aço, aço fundido 
Torneamento e furacão de precisão; altas 
velocidades de corte, pequena seção de cavaco, 
alta precisão dimensional e qualidade superficial, 
trabalho isento de vibrações 
Aço, aço fundido 
Torneamento, torneamento por cópia, fabricação 
de roscas e fresarnento, altas velocidades de corte, 
seção de cavaco pequena a média 
Aço, aço fundido, ferro fundido 
maleável de cavaco longo 
Torneamento, torneamento por cópia, fresarnento, 
velocidades de corte e seção de cavacos média, 
aplainamento com pequenos avanços 
Aço, aço fundido, ferro fundido 
maleável de cavaco longo 
Torneamento, fresarnento, aplainamento, 
velocidades de corte média a baixa, seção de 
cavacos média a grande, usinagem em condições 
desfavoráveis 
Aço, aço fundido com inclusões 
de areia e orifícios 
Torneamento, aplainamento, baixas velocidaaes 
de corte, grande seção de cavacos com possível 
ângulo de saída maior, usinagem sob condições 
favoráveis e trabalhos automáticos 
Aço, aço fundido de média ou 
alta resistência mecânica com 
inclusões de areia e orifícios 
Para trabalhos onde é necessário um material de 
ferramenta muito tenaz: torneamento,aplainamento, fresarnento de ranhuras, pequenas 
velocidades de corte,' grandes seções de cavaco, 
grande ângulo de saída possível sob condições 
desfavoráveis e usinagem de autómatos ' 
l o u 
~o 
<j) 
~o 
o 
~o 'D _0 
CD 
> 
o O' c 
o 
o 
cu 
•4— 10 
o 
"O) 
10 
cu -a 
o 
o 
o 
'O 
c 
<<u 
cu 
a -a 'D a c o 
r -
134 
Os materiais de corte de metal duro podem ser divididos em três grupos, sendo 
metais duros"com base de W C - C O , de WC-(TF, Ta, Nb)C-Cõ e de TíC/TiN-Co, N i . 
Para os metais duros com base em TíC/TiN-Ço,Ni foi estabelecida a 
denominação "Cermets". . 
•a) Metais Duros WC-Co 
O s metais duros desse grupo são -constituídos principalmente de carboneto 
de tungsténio, fase ligante de cobalto e possuem apenas pequenas "quantidades 
(menor que 2,5%) de T iC,TaC e NbC {tabela 4 .5 ) . 
Tabela 4.5 - Composição e propriedades de metais duros W C - C o convencionais 
(de acordo com a metalurgia do pó' de metais duros) 
Tipo de metal duro MD MD MD MD 
Grupo de aplicação na 
usinagem" ,<05 ' K10 K25 K40 
Tipo 
WC- WC- WC- WC-
Tipo 
4Co óCo 9Co 12Co 
Densidade -(g^cnrf3) 15,T 14,9 14,6 14,2 
Dureza HV 30 1730 1580 1420 1290 
Resistência à compressão 
(corpo de prova cilíndrico) (N-ram"2) 
5700 5400 . 5000 4500 
Resistência à flexão (N-mrrf2) 1Ó00 2000 2350 2450 
Módulo de elasticidade (kN-mm"2) Ó50 Ó30 590 580 
Tenacidadeà ruptura (Mpa.m , / Z) 6,9 9,6 12,3 12,7 
Constante de Poisson 0,21 0,22 0,22 0,22 
Condutibilidade térmica (W-m^-K"') 80 80 70 65 
Coeficiente de-dilatação térmica 
(293K-1073K) (lO^-fC1) 
5,0 5,5 5,6 5,9 
Os metais duros WC-Co çaracferizam-se por uma alta resistência à 
compressão. Em razão da grande tendência à difusão do carboneto de tungsténio 
não são aconselháveis para a usinagem d e materiais de aço mole. São utilizados 
em materiais de cavaco curto, materiais fundidos, materiais -não-ferrosos e não-
135 
metálicos, e-"materiais resistentes ao calor assim como em usinagem de pedra e 
madeira, tabela 4.4. . • • • " . . 
Normalmente os metais duros desse grupo têm um tamanho de grão médio de 
aproximadamente 1,ó u,m. Nos últimos anos tem sido dada maior importância aos 
metais duros de granulometria fina e ultrafína. 
b) Metais duros de granulometria' fina e ultrafina 
Metais duros de grãos finos ou ultrafinos são metais duros WC-Co ,onde o 
diâmetro médio do grão de W C < - 1 f irme < 0,5ixm, respectivamente. O -pequeno 
tamanho do grão oferece a esses metais duros uma boa combinação de 
propriedades. A regra, embora nos metais duros um aumento da dureza implique 
na redução da tenacidade, é quebrada nos metais duros de grãos-finos. A redução 
do tamanho do cristal do W C abaixo de 1 u.m com o mesmo teor de ligantes leva a 
um aumento da dureza como também um aumento da resistência à f lexão. Essa 
propriedade amplia o campo de aplicação dos metais duros de grãos finos e 
ultrafinos. 
Metais duros de grãos finos de alta qual idade têm valores superiores aos 
convencionais' em dureza, resistência do gume e tenacidade. Além disso, possuem 
uma baixa tendência à aderência e ao desgaste por difusão. Essas propriedades 
são importantes quando se quer trabalhar com materiais temperados com pequenas 
sobremedldas e se deseja obter boa qualidade superficial. 
O campo de aplicação dos metais duros de grãos finos está situado onde se 
quer obter uma boa tenacidade, boa resistência ao desgaste assim como alta 
resistência do gume, por exemplo no alargamento, fresarnento e lamínação de aços 
temperados e melhorados, em usinagens de fundição, na usinagem, de materiais 
compostos reforçados por fibras e metais não-ferrosos. 
c) Metais duros WC-(Ti,Ta,Nb)C-Co 
Os metais duros desse grupo contêm, além do carboneto de tungsténio, 
também carboneto de t i tânio, carboneto de tântalo e carboneto de nióbio, tabela 
4.6. Comparados com os metais duros W C - C o possuem melhores propriedades 
sob altas temperaturas. Isso vale principalmente para dureza a quente, ou seja, 
136 
resistência'ao calor/' resistência à oxidação' e resistência à difusão-com materiais 
ferrosos. O principal campo de apl icação-é a usinagem de materiais dê aço com 
cavacos longos, tabela 4 . 4 . ""-,.'" 
Tabela 4.6 - Composição e propriedades de metais duros WC-(Tí,Ta,Nb)C-Co (de 
acordo com metalurgia do pó dos metais duros) 
Tipo de metal duro MD MD MD MD MD MD -
Grupo de aplicação na . 
usinagem PIO P15 P25 P30 M10 M15 
Composição (massa %) 
WC 60^0 64,5 72,7 78,5 84,5 82,5 
Ti, Ta, Nb)C 31,0 25,5 . 17,3 io',o 9,5 11,0 
Co 9,0 10,0 10,0 • 11,5 6,0 •6,5 -
Densidade (g.cm"3) 10,6 ' 1 T 7 12,6 13,0 13,1 13,3 
Dureza HV 30 1560 1500. 1490 1380 1700 1550 
Resistência à.compressão-.:• 
(corpo- de prova.cilíndrico), (N-mm'2) 
4500 .. 5200 4600 4450 5950 5500 
Resistência à flexão (N.mm"2) 1700 2000 2200 2250 1750 1900 
Módulo de.elasticidade (kN-mm -2) 520 500 550 560 580 570 
Tenacidade à ruptura (Mpa.m 1 / 2) 8,1 9,5 10,0 ' 10,9 9,0 10,5 
Constante de Poisson . 0 , 2 2 , 0 ,23 . .0,22 0,23 0,22 0,22 
Condutibilidade.térmica (W-m^-K"1} " 25 20 45 60 83 90 
Coeficiente de dilatação térmica 
(293K-1073K) ' (lO^-IC') 
7'2 7,9 6,7 6,4 6,0 6,0 
d) Metals duros TiC/TiN-Co, Ni (Cermets) 
. Cermets (formados de cerâmica+metal) são materiais de corte de metal duro 
com base em carboneto de titânio e nitreto de titânio com a fase ligante N i , Co , 
tabela 4 .7 . Os Cermets atuais, são complexos sistemas de. múltiplos, materiais que 
podem conter outros elementos como tungsténio, tântatõ, nióbio, molibdênio ou 
carbonetos complexos dos quais se formam fases Intermetálicas durante a 
sinterizaçao. " ' - , • • • 
137 
.Cermets possuem grande dureza, baixa tendência à difusão e à adesão, .assim 
como grande resistência a quente. Em razão da sua grande resistência de gume, da 
grande resistência ao desgaste e da-baixa tendência à aderência, os Cermets são 
apropnddos para o acabamento de materiais de aço. A principal aplicação de 
cermets até o momento é na usinagem de materiais de aço com alfa velocidade de 
corte e pequenas seções de corte transversais. 
O desenvolvimento de tipos de Cermets mais tenazes ampl iou .o campo de 
aplicação para solicitações de desbaste. O . principal campo de aplicação é, 
portanto, o torneamento e o fresarnento. Podem ser usados para abrir ranhuras e 
torneamento de roscas. A grande resistência ao desgaste do gume em combinação 
com a pequena tendência à difusão e resistência à oxidação levam a uma melhor 
qualidade superficial na usinagem de desbaste e acabamento-que podenam ser 
alcançados por metais duros revestidos. 
Tabela 4 .7 —-Composição e propriedades dos.cermets (de acordo com metalurgia 
do pó dos metais duros) [1 ] 
Tipo de. cermet HT HT HT 
Grupo de aplicação na 
usinagem P05 PIO P20 
Composição (massa %) 
Carbonrtreto 89,0 85,7 82,3 
Carbono aditivo 0,6 0,8 1,0 
Co/NI 10,4 • • 13,5 16,7 • 
Densidade (g-crrf3) ó, l 7,0 7,0 
Dureza HV 30 1650 1600 1450 
Resistência à compressão 
(corpo de prova cilíndrico) (tiram' 2) 
5000 4700 4600 
Resistência à flexão (N-mm"2) 2000 2300' 2500' 
Módulo de elasticidade (kN.rnn-f2) 460 450 440 
Tenacidade à ruptura (Mpa-m , / 2) 7,2 
7 ' 9 10,0 
Constante de Poisson 0,21 0,22 0,21 
Condutibilidade térmica (W-m^-K-1) 9,8 11,0 15,7 
Coeficiente de dilatação térmica 
(293K-1073K) ( l O ^ X ' ) 
9,5 9,4 9,1 
138 
DevícJo- a "essas propr iedades/os Cermets permitem o emprego de maiores, 
velocidades de corte comparadas às empregadas com o uso de metais duros 
convencionais. Os Cermets podem também ser usados em velocidades de corte 
abaixo de 100 m/min. Comparados com os metais durosconvencionais os cermets 
reagem mais sensivelmente às mudanças de temperatura. Especialmente na 
usinagem com corte interrompido eles tendem fortemente a fratura. 
Tipos de Cermets, mais tenazes que correspondem à faixa de PI 5 até P25 de 
metais duros convencionais com base de WC-(Ti , Ta, Nb)C-Co são empregados 
com sucesso em operações de desbaste no torneamento e no fresarnento." 
ej Metais duros não-revestidos ' — • - • 
Metais duros convencionais não-fevestidos têm seu-campo de aplicação na 
usinagem onde existem grandes solicitações nos gumes e onde são exigidas 
propriedades de tenacidade, como por exemplo no fresarnento do aço, no 
acabamento, em. • operações de sangramento e rosqueamento. Estão em 
concorrência direta com os metais duros revestidos e os Cermets, tendo seu campo 
de aplicação restrito.. Da mesma forma que nos metais duros convencionais, 
percebe-se a tendência' a ferramentas revestidas nos Cermets. Embora nos Cermets. 
não-revestidos exista uma resistência ao desgaste relativamente alta, o 
comportamento de desgaste e produtividade pode ser melhorado através do uso de 
revestimentos de material du ro , da mesma forma que- nos metais - duros 
convencionais. 
De acordo com a ISO 5 1 3 (DIN 4 9 9 0 , também aplicada para metais duros 
revestidos), os metais duros não-revestidos convencionais foram subdivididos 
conforme sua aplicação e grupo de aplicação P, M e K , tabelas 4.5 e 7, levando-
se em conta a relação estreita entre a composição dos metais duros, grupos de 
aplicação e materiais, relacionados, tabela 4 \ 4 . •. 
- Grupo P: os metais duros desse grupo contêm além'do'carboneto de tungsténio, 
carboneto de titânio, de tântalo e de nióbio. Em razão do seu teor de carbonetos 
complexos, caracterizam-se por uma alta resistência a quente e pequeno desgaste 
139 
abrasivo na usinagem de materiais ferrosos. Sao empregados para a usinagem d e . 
aços com cavacos longos, tabela 4 .4 . 
- Grupo M: os metais duros do grupo M têm resistência a quente relativamente boa 
e boa resistência à abrasão. Eles são adequados principalmente para a usinagem 
de aços resistentes sob temperaturas elevadas, aços inox e aços resistentes à 
corrosão, bem como para a usinagem de ferro fundido cinzento duro ou l igado, 
tabela 4 .4 . 
- Grupo K: os metais duros desse grupo são constituídos basicamente de W C e 
ligante Co , com pequenos percentuais de carbonetos complexos. Em razão do alto 
teor de carboneto de tungsténio, os metais duros desse grupo têm alta resistência à 
abrasão. Têm sua principal aplicação na usinagem de materiais de cavaco curto 
como ferro fundido e materiais não-ferrosos e não-metálicos, bem como para 
usinagem de materiais com boa resistência a quente e para a usinagem de pedra e 
de-madeira, tabela 4 .4 . 
Com a introdução da D1N ISO 5 1 3 , as letras P, M e K são utilizadas para a 
classificação de todos os materiais de corte duros. Eles representam três grupos de 
material-ferra menta, que na ISO 513 são muito parecidos mas cada material tem 
sua base com características próprias (metais duros, cerâmicas, PKD, PCBN). 
• A tabela 4 . 7 mostra a composição e algumas propriedades características de 
três tipos usuais de Cermets. Comparados com os metais duros convencionais os 
cermets caracterizam-se por uma baixa densidade. Diferenças perceptíveis com 
relação aos metais duros com base em W C são. a baixa condutividade térmica e, ao 
mesmo tempo, uma maior di latação térmica. Devido à baixa condutibilidade' 
térmica, grande parce lado calor do processo é levada junto com os cavacos, o que 
resulta em um menor aquecimento' da zona de corte. Na zona de contato q 
gradiente de temperatura aumenta no interior do material de corte. Junto com o 
grande coeficiente de dilatação térmica isso leva a grande esforços de tensão e 
tensões de compressão no material de corte. A consequência disso, em 
comparação com os metais duros convencionais, é a menor solicitação térmica, o 
140 
que é principalmente importante na formação de trincas na usinagem com corte 
interrompido. ' . = 
4.2.Ó Revestimentos de ferramentas de metais duros 
Desde aproximadamente 1 968 os metais duros são revestidos com materiais 
duros para obter um aumento dg sua resistência ao desgaste e consequentemente 
da sua produtividade. Atualmente, a utilização de metais duros revestidos e aço 
rápido revestido para a usinagem de diferentes materiais é a base da técnica de 
usinagem. 
rodyjiyidade dos metais duros revestidos deve-se ao fato de que 
aproximadamente^ 60% de todos os metais duros empregados nos'processos de 
usinagem possuem um revestimento de material duro com uma alta resistência ao 
{ — d e s g Q s T é T T Í o t o rnea m e n to essa proporção é d e ^ 0 ^ _ s e j i d ^ m a i o r que nos outros 
^^^jxijzassosy—pã^ no fr-esemento, onde \ 2 5 a 30% atas ferramentas de 
metais duros são revestidas. • • 
A primeira tarefa do revestimento de material duro é proteger o material da 
ferramenta, durante o processo de usinagem, reduzindo assim' o desgaste da 
ferramenta que é formado por processos de adesão, abrasão, difusão e oxidação 
i 
na superfície do material de corte, f igura 4 . 7 . Esses processos ocorrem em grandes 
áreas do material e são os principais responsáveis pelo desgaste da-ferramenta, 
sendo difíceis de serem evitados. Em gera l , sob baixas velocidades de corte, a 
abrasão e principalmente a adesão e> em altas velocidades de corte (temperaturas 
de corte) principalmente processos de difusão e oxidação, são os processos 
responsáveis pelo desgaste na ferramenta. 
Devido à sua alta- dureza é estabil idade -química, muitos materiais duros 
mantêm suas propriedades de resistência ao desgaste de cratera, de flanco e de 
entalhe tanto em baixas como em altas velocidades d e corte. " . . . 
Enquanto que o revestimento de material duro melhora a resistência ao 
desgaste da ferramenta revestida e diminui a adesão e difusão entre ferramenta e-
peça, a tarefa do substrato é garantir, como base da camada dura, boa aderência 
141 
do revestimento e conferir ao material uma camada com suficiente resistência ao 
calor e principalmente boa tenacidade. 
Na aplicação de cortes interrompidos as propriedades de tenacidade de 
substratos têm uma importância significativa. Devido aos impactos inicial e final e 
também às solicitações térmicas, a tenacidade do gume é responsável 
principalmente pela estabilidade do desgaste durante o tempo de vida da 
ferramenta. Com a condição de corte interrompido o metal duro revestido deve ter 
resistência contra a formação de cratera, arrançamento de material e quebra, f igura 
4 .7 . • 
Figura 4 . 7 - Fenómenos de desgaste em ferramenta revestida [1] 
Desse contexto-deduz-se duas exigências para o revestimento: a camada de 
material duro deve reduzir drasticamente o efeito do desgaste na superfície e o 
processo de revestimento não pode reduzir a resistência da estrutura do substrato, 
ou se[a, a tenacidade do substrato. 
142 
Processos de revestimento 
O revestimento de ferramentas de usinagem pode ocorrer por meios, químicos 
ou físicos. Variantes do processo são: 
- Processo CVD [Chemical Vapor Deposition, Deposição Química de Vapor) 
- Processo.PVD (Physical Vapor Deposition, Deposição Física de Vapor). 
Af igura 4.8 mostra a divisão da aplicação de material de corte numa indústria 
automobilística sem considerar ferramentas de aço rápido onde 87% de todas as 
ferramentas de metal duro são revestidas por CVD. Aproximadamente 85 até 95% 
de todas as ferramentas revestidas por PVD.são ferramentas de aço" rápido. 
CBN e PKD 
não revestido 35% 
Figura 4.8 - Aplicação do marterial de corte em uma indústria automobilísticaem 
1995 (de acordo com Mercedes Benz) 
Processo CVD 
No processo CVD ocorrem reações químicas na fase gasosa em solicitações de 
alto vácuo (0,01 até 1 bar) e com o transporte de energia calorífica e energia de 
radiação formando, além de produtos voláteis, materiais sólidos inteiros (materiais 
duros), figura 4 .9 . A reação química é determinada pelas leis da termodinâmica, 
portanto pela pressão parcial do componente na forma gasosa e pela temperatura. 
143 
Saída de gás 
Figura 4 .9 - Montagem de um sistema de revestimento CVD (esquema)[l] 
•- " ; r a a fabricação de uma camada de TiC o tetracloreto de titânio (TiCI4) é 
vaporizado e levado juntamente com metano (CH 4) a u m recipiente de reação, que 
pode conter milhares de insertos. No processo CVD de alta temperatura clássico 
(processo HT-CVD) que ocorre a uma temperatura de 900 a 1100°C e, a uma 
pressão abaixo da pressão atmosférica, ocorre uma reação química, na qual é 
formado carboneto de titânio. 
Com esse amplo processo são depositados materiais como T iC, T iN, 
T í (QN y )HfN, A ! 2 0 3 , A I O N e outros separadamente o u , como atualmente,' em 
diferentes combinações com diversas camadas. O material do revestimento é 
formado através de uma reação química diretamente na superfície das peças a 
serem revestidas na fase gasosa. O s produtos da reação molham o substrato sendo 
que nenhum efeito de sombreamento ocorre. Peças com geometria complexa 
podem ser revestidas uniformemente sem dificuldades. 
Para o revestimento de metais duros durante muito tempo o processo HT-CVD 
não tinha concorrência. Há alguns anos entretanto os metais duros vem sendo 
revestidos com novas variantes de processos também em baixas temperaturas. 
São diferenciados três tipos de processos de revestimentos CVD: 
144 
-HT-CVD (Alta temperatura CVD, 9 0 0 - l - T 0 0 o Q ; " . 
- MT-CVD (Média temperatura CVD, 700 - 900°C) ; 
- P-CVD (Plasma CVD, 450"- ó50°C). 
Processo HT-CVD (Alta temperatura) 
- Com o processo convencional,HT-CVD são revestidas atualmente a maioria 
das ferramentas de metal duro em temperaturas de 9 0 0 até 1100°C. Revestimentos, 
sob altas temperaturas caracterizam-se por uma alta força de aderência do 
substrato. Essa aderência é obtida simplesmente através da transferência de material 
produzido entre a superfície do substrato e o campo periférico reativo.,. 
Metais'. duros, que são revestidos em processos CVD clássicos sob altas 
temperaturas, caracterizam-se por alta resistência ao desgaste devido à espessura 
da camada de material duro (até 12 u.m - no torneamento e até ó u,m no 
fresarnento).. 
A alta temperatura de processo no revestimento de aços ferramenta e aços 
tratados é ,unr problema. Assim, faz-se necessária uma nova têmpera juntamente 
com o revestimento para que não ocorra a estiragem. 
Uma outra desvantagem do processo de revestimento HT-CVD é que a 
tenacidade de metais duros revestidos comparados aos substratos não-revestidos é 
reduzida. As causas para perda de tenacidade no revestimento HT-CVD são 
extremamente complexas. Compreendem as propriedades dos substratos a serem 
revestidos (composição química,, fo rmação da estrutura, tamanho do grão,, 
condutibil idade térmica, resistências à compressão e flexão,, pré-tratamento) e as 
condições do processo (gás atmosférico, variação da pressão, ciclo 
temperatura/tempo). São responsáveis pela perda de tenacidade no revestimento 
HT-CVD as tensões naturais assim como estrutura, textura, espessura e-aderência da 
camada durante o processo.de revestimento na. zona,periférica, (formação de fase 
eta) e após o processo de revestimento no substrato na zona de transição (interface) 
e camada de material duro. 
Durante o revestimento, no- processo de alfa temperatura, há o risco da 
formação de fases frágeis na interface. Os metais duros da. primeira geração têm na 
145 
interface, em razão do processo de- descarbonização nq zona periférica, uma fase 
frágil juntamente com uma fase eta (W ó Co 6 C, W 3 C o 3 C ) de aproximadamente 3 até 
5 u.m de"espessura. A fragil ização através da fase. eta. influí desfavoravelmente na. 
tenacidade de metais duros revestidos. 
O teste comparat ivo da resistência à flexão de metais duros WC-Co revestidos 
com camadas finas diferenciadas mostra a influência da temperatura de 
revestimento e a espessura da camada no comportamento da tenacidade, figura 
4 .10 . 
10 
0 2 4 6 8 um 10 
Espessura da camada 
Figura 4 . 1 0 - Métodos de revestimentos e resistência à f íexão[ l I 
Com o aumento da espessura da camada e da.temperatura de revestimento 
diminui a resistência à f lexão. Essa relação é verificada especialmente em usinagem 
com corte interrompido na qual o gume sofre solicitações dinâmicas. No 
fresarnento, portanto, são empregados metais duros com camadas em material 
duro (4 - ó u,m) mais finas que no torneamento. Nessas espessuras de camadas, a 
perda de tenacidade é relativamente pequena. 
146 
Como consequência dessas propriedades, o revestimento de metais duros terá 
sempre novos processos que em comparação com o processo-clássico HT-CVD 
ocorrerão sob temperaturas de revestimento menores. - — • 
Processo MT-CVD ( Média temperatura) > 
Com o- processo de temperatura- média, camadas Tí(C,N) • podem ser 
agregadas de várias maneiras num domínio de temperatura de 7 0 0 a 900°C. Com 
relação ao processo convencional HT-CVD, o processo MT-CVD apresenta as 
seguintes vantagens discutidas a seguir; 
A solicitação- térmica do material de corte, em razão da menor temperatura de 
' revestimento,-é menor para' os mesmos modos de agregação. O perigo.de uma 
descarbonetação e com isso da formação de fases frágeis r\e em substratos de 
material duro. O processo MT-CVD com camadas múltiplas em comparação com o 
. revestimento. HT-CVD tem menores trincas. As duas técnicas de revestimento são 
semelhantes na-produção de insertos. No campo de altas .velocidades de,corte a-
. produção de camadas Arc-PVD-TiN de 3 j im de espessura e de camadas MT-CVD-
TiN-Ti(C,N)-TiN de 6 u.m de espessura não difere. Para baixas:velocidades de corte 
a camada PVD mostra novamente vantagens. 
A aplicação de metais duros revestidos MT-CVD dá-se principalmente no 
fresarnento. Ocorrem significativas vantagens de produção com relação aos 
revestimentos convencionais. O f im do tempo de vida não é mais alcançado através 
de fragi l ização'do gume, mas através de um desgaste contínuo na superfície da. 
face. Devido às excelentes propriedades dé tenacidade, os metais duros podem ser 
empregados também no fresarnento com fluido de corte. Ocorrem menos trincas e 
a velocidade de formação de rasgos é menor que nas camadas HT-CVD. Trincas 
transversais e fragilização do material d e corte ocorrem posteriormente após 
maiores tempos de vida da ferramenta em altas qualidades de usinagem. 
147 
Processo P-CVD (com Plasma) 
No processo P-CVD a agregação de camadas de material d u r a d a grãos finos," 
em comparação com os processos HT e os processos MT-CVD, ocorrem a menores 
temperaturas de revestimento, de 4 5 0 a Ó50°C. Sob essas temperaturas a energia 
térmica não é suficiente para que ocorra a reação química para a formação de 
materiais duros da fase .líquida. Por .isso a. esse processo é adicionado um plasma 
pulsante para se obter uma energia adicional. Através desse método são possíveis 
reações químicas, que no equilíbrio termodinâmico apenas ocorrem a maiores 
temperaturas. 
Neste processo, como no HT-CVD, através de uma modificação da 
composição do gás pode-se obter camadas de nitreto de t i tânio, carboneto de 
titânio, carbonitreto de titânio e recentemente também de óxido de alumínio em 
estrutura cristalinaIndividualmente ou em ligas. 
Através: da. redução da temperatura as propriedades do metal duro durante o 
processo; de. revestimento permanecem Inalteradas. As trincas ocorrem após o 
revestimento na zona. de pressão. Nos metais duros revestidos P-CVD obtém-se 
resistência à flexão 30% maior que nos revestimentos CVD. 
As propriedades dos metais duros revestidos por P-CVD atuam positivamente 
na sua produtividade na usinagem de materiais de aço mais duros com corte 
interrompido. A sensibilidade da estrutura contra a formação de trincas e falhas 
através da fragil ização é consideravelmente menor que a dos materiais de corte 
revestidos por CVD. Um exemplo de aplicação é o fresarnento de discos, que 
mostra essa relação. Comparando com os substratos não revestidos, em razão da 
Influência térmica do substrato assim como da camada de material duro, a vida útil-
é reduzida após um processo de revestimento CVD, enquanto que após um 
processo de revestimento P-CVD é aumentada, em mais de 3 0 0 % . 
Modificação da Constituição da Camada 
. No revestimento CVD com o aumento da espessura de camada ocorre uma 
melhora da resistência ao desgaste. Como consequência a resistência à flexão e a 
148 
tenacidade da, metal duro revestidos são reduzidas. O comportamento da 
tenacidade da mistura camada/substrato é influenciado não somente pela 
espessura total do revestimento,* mas proporcionalmente pelo material da camada 
assim como pela espessura dos'componentes individuais da camada. 
- A figura 4 .11 mostra um exemplo de um revestimento de TiC e A l 2 0 3 . Para 
uma espessura total constante de 10 u.m, com o aumento da espessura da camada 
de A l 2 0 3 aumenta a fragil idade do material de corte do revestimento. 
2 : 
» -o 
Si 
FVD 
CVD 
• FVD 
P-CVD . 
evo 
Espessura da. camada 
U Ml 
S O 
«8 J S 
§•3 
100 
% 
.80 
70 
60 
40 
30 
20 
Camada de CVD 
A1203/TTC 
_ Espessura IQmn 
10 
0 T M 
1 
Espessura da camada isolada 
A1203/TIC 
Figura 4 . 1 1 - Camadas múltiplas, de lamelas finas aumentam a resistência ao 
desgaste e à tenacidade (de acordo com Wid la , Sumitomo) [1] 
O óxido de alumínio possui, devido à sua alta estabilidade química como 
material de revestimento, uma excelente resistência contra desgaste de coquílha, 
contudo possui uma baixa resistência às oscilações de temperatura e baixa 
tenacidade. 
Para reduzir a fragil idade dp A l 2 0 3 contido na camada de proteção estas 
podem ser decompostas em formas de várias camadas, em lamelas finas ou grãos 
149 
finos. -Estes são constituídos- de uma combinação -de -camadas de material duro. 
como TiC, TiN . ou Ti(C,N) com A l 2 0 3 -ou A I O N (oxinitreto de alumínio). 
Revestimentos desse típo_podem ter-10 ou-mais camadas, sendo que cada camada 
individual tem uma espessura, menor que 0,2 p.m.- A espessura-total das camadas se 
situa, de acordo com a apl icação, entre 5 p.m (fresarnento)- e 12 u.m (torneamento). 
Em altas velocidades de corte (altas temperaturas) possuem propriedades de 
resistência ao desgaste satisfatórias. Sua- principal aplicação- dá-se na usinagem.. 
com materiais de aço e materiais fundidos com alta velocidade de corte. 
Modificação da zona do substrato . 
O conflito entre o aumento da tenacidade de um metal duro com uma 
consequente redução da resistência à quente e da resistência à deformação plástica 
exige uma segunda opção de desenvolvimento através da elaboração de substratos 
com alto poder de. aglomeração nas zonas laterais. Aqui subentende-se metal duro 
como sendo aquele que na zona extrema não possuí cristais misturados (Ti , 'Ta, 
Nb)C duros ou frágeis e- que até uma espessura de aproximadamente 5 0 u,m 
possuem praticamente apenas carboneto de tungsténio e cobalto. O teor de cobalto 
na zona extrema é nesse caso maior que no interior. 
Para evitar a sensibilidade ao choque tem-se a vantagem de um grão grosseiro 
de W C . Com isso essas zonas extremas podem também conter nitretos que são 
menos duros mas possuem uma maior resistência ao desgaste que os carbonetos 
cúbicos. Nesse caso podem ser obtidos substratos de metal duro com alfa dureza 
mas com a zona extrema muito tenaz com uma menor dureza e. maior resistência 
contra formação de fissuras. 
A obtenção de zonas extremas sem carbonetos misturados pode ocorrer de -
diversas maneiras. Como princípio básico a'desintegração dos gradientes de-um 
material nitroso na zona extrema dos metais.'duros tem. como consequência a 
decomposição dos cristais misturados com teores de titânio que estão na superfície. 
Titânio é difundido no interior e é desintegrado em cristais cúbicos misturados. 
Inversamente o cobalto vai de dentro para fora. 
150 
/ -Como se riota na-prática, ocorrem vantagens significativas no comportamento 
produtivo com a aplicação desses conceitos nos metais duros em comparação aos 
.revestimentos - convencionais.' Principalmente no - torneamento _ com corte 
interrompido, ocorrem maiores tempos de vida com ferramentas revestidas de 
acordo com esse conceito. -
Otimização. da deposjção das camadas . . . 
Uma outra técnica para a estabilização do gume de corte é a introdução de 
camadas intermediárias de carbonitretos de 'titânio. Essas camadas intermediárias 
atuam como um "amortecedor" entre o substrato mole e tenaz e o substrato duro e 
frágil dos carbonetos, nitretos ou óxidos da camada. As camadas de.material duro 
que são depositadas na zona de transição Ti(C, N) trazem -consigo, em razão da 
sua deposição, várias camadas de lamelas finas e uma melhora do comportamento 
da-resistência.ao.desgaste e da tenacidade. Exemplos-de apl icação mostram que no 
fresarnento ocorre uma melhora significativa do tempo de vida de materiais duros 
com essa deposição, de.camadas modif icada. 
Revestimento PVD . . . . . . 
No início dos anos 8 0 , seguindo o processo CVD, surgiu o processo PVD em 
diferentes variáveis do processo (vaporização a vácuo, Sputtering^ lonplating). Assim 
possibilítou-se o revestimento de ferramentas de aço rápido de formas complexas. 
Além disso esses processos são • utilizados para o revestimento de metais duros e 
mais recentemente- também para o revestimento de Cermets., Também podem ser 
utilizadas como camadas decorativas, camadas de oxidação e corrosão e camadas 
plásticas. . . . 
As principais diferenças em relação ao processo . H T t C V D são-resumidas a 
seguir: 
- Com uma temperatura de processo de 200 até Ó00 °C ocorre uma solicitação 
relativamente pequena de temperatura do material do substrato, sendo que 
materiais de substratos sensíveis à temperatura também poderão ser revestidos. 
151 
- A resistência à flexão do substrato continua não afetada em. razão da baixa, 
temperatura de revestimento. •-
- Em camadas PVD surgem. estíramentos sob .pressão, que limitam a espessura da 
camada real de 3 a 5 j im . O perigo de formação de fissuras nesse t ipo de 
solicitação é reduzido através dos estíramentos sob pressão.. . 
- O processo PVD em ferramentas revestidas necessita um pré-trabalho superficial e 
um desenvolvimento do processo muito cuidadoso a fim de se.obter,uma excelepte 
aderência da camada. Os efeitos da vaporização e da difusão provocam uma 
melhor aderência da camada em processos CVD. 
- Em razão dos efeitos de sombreamento, no processo PVD obtém-se espessuras de 
camadas relativamente iguais direcíonadas num só sentido para a rotação das 
partes revestidas. Contornos internos podem., ser. revestidos basicamente até uma 
relação profundidade/diâmetro igual a 1 , já que a espessura da camada diminui 
com o aumento da profundidade. 
- Há grande quantidade de sistemas de camadas e materiais de substratos. .No revestimento PVD podem ser diferenciados três processos básicos: • 
- Vaporização a vácuo; 
- Spuiteríng (pulverização catódica); 
- lonpíating (lonenplattieren) 
Na vaporização a .vácuo e no Spuiteríng a camada de material duro é 
depositada através de partes eletricamente neutras que possuem diferentes energias 
de acordo com as solicitações do processo. A energia das partes na vaporização a 
vácuo é menor que 2 eV e no processo Spuiteríng entre 10 e 100 eV.; No processo 
lonplating as partes carregadas são-decompostas e lançadas no substrato através 
de uma tensão.. Através disso são alcançadas maiores energias das partes dé 80 até 
5 0 0 eV, que formam uma camada resistente e espessa. 
•152 
Vaporização a vácuo ' T-
Na vaporização a vácuo usualmente o material da camada é vaporizado em 
u m conversor com um aquecimento por resistência ou um canhão de raios de 
eíétrons, figura 4 . 1 2 . Esse processo ocorre em alto- vácuo (a pressão-na câmara 
durante o processo de revestimento é menor que 0,001x1 O"5 bar), o que geralmente, 
evita a colisão das partículas de vapor desprendidas com átomos de gás, embora o 
espaço- vazio -dos átomos metálicos normalmente seja suficiente para atingir o 
substrato.- Em razão de a trajetória das partículas ser em linha reta o material de 
substrato deve ser movimentado na câmara de revestimento a ' f im de se evitar 
efeitos de sombreamento e diferentes espessuras-de camadas. 
O campo de apficação da vaporização simples em alto vácuo se encontra 
-predominantemente na metalização de grandes superfícies de chapas, partes 
plásticas e papel. 
Para* a. fo rmação"de camadas de 'mater ia l duro de carbonetos, nítretos ou 
óxidos o substrato-é. vaporizado-'através de uma reação com ajuda dos gases 
reatívos ( N 2 r CH 2 , , „.).. Assim, por exemplo, a camada de material duro 2TíC e o gás 
H 2 são formados de 2TT+C2H 2 . A resistência à aderência - na. vaporização com 
reação simples é relativamente baixa em razão da baixa energia' em partículas de 
menos de 2 eV. . . • 
Gás inerte -
S a s da reação-
1 ,. •• n — e 
Vaporizador de átomos metálicos 
\ / ' 
, . •• n — e 
Vaporizador de átomos metálicos 
\ / ' 
i i 
Suporte do substrato 
Substrato 
Câmara de revestimento 
Recipiente 
Mataria! de revestimento 
Bomba de água 
Abastecimento de energia 
Figura 4..12 - Processo PVD - vaporização [1] 
153 
Spuiteríng (pulverização catódica) , ..-•„. 
* O processo Spuiteríng, também denominado pulverização catódica, baseia-se 
no fato de íons com alfa energia cinética-situarem-se na placa do material a ser 
vaporizado (targef) e assim, através da transferência de impulsos, são projetados 
para os átomos responsáveis pelo revestimento, figura 4 .13 . Esse método de 
vaporização possibilita um campo de apl icação universal, pois um material não. é 
vaporizado por vaporização térmica e sim por transferência de impulsos. Com isso 
podem ser vaporizadas substâncias e misturas de diferentes substância fundidas. A 
"nuvem de poeira" de átomos e moléculas do material da camada espalha-se pela 
câmara de revestimento e é depositada no substrato e -nas paredes da câmara 
como uma camada. . . . . . . 
• • Condicional para este processo é o fato do substrato e do alvo estarem 
situados na câmara de vácuo e que haja uma ionização dos gases inertes do 
processo (na-maioria das vezes argônio) para a pulverização do alvo. 
Após- a geração .de um alto vácuo na câmara de revestimento, ,o gás- do 
processo (Ar) é introduzido até uma pressão, de 0,1 ...1 Oxl O"5 bar. Através da 
aplicação de uma tensão entre o alvo- como cátodo (500 — 5 0 0 0 V) e o- substrato 
como ânodo forma-se uma descarga luminosa de plasma, composta de íons, 
elétrons e átomos não carregados dos gases do processo. 
Gás inerte 
Gás de reação 
. . . 1 . . . 1 —:—t 
Zona de plasma 
Material pulverizado 
1 1 1 . 
i 
° T , 
- Abastecimento de energia 
Suporte do substrato 
Substrato 
Camara de revestimento 
Recipiente 
Material de revestimento 
. Bomba de vácuo 
Sistema magnético para 
Magnetron - Sputtem 
-Abastecimento de energia 
Figura 4.13 - Processo PVD — Sputterring [1] 
154 
Se não somente metais ou ligas- metálicas forem decompostas - mas também 
carbonetos, nitretos e também óxidos, torna-se possível o processo de Spuiteríng 
reativo: Neste processo, além do gás inerte do processo, um gás reativo também, é 
introduzido (por exemplo N 2 / C H 4 , 0 2 , H 2 / —) nos quais*os componentes não-
metálicos da camada são revestidos (por exemplo T i N , TaC AJ 2 0 3 , . . . } . ; 
As camadas formadas atrayés do processo de Sputteríng por vaporização 
possuem uma boa resistência-à aderência. • . 
lon-plating (ionplatieren) . . . . 
No processo de ionplating- o--alvo não é atingido,, mas o- substrato • com 
gaseificação, [á que o substrato" possui uma tensão negativa que é à-denominada 
•tensão Bias/ figura 4 .14 . O material, do alvo pode ser vaporizado através de u m 
aquecimento por resistor, um feixe de eíétrons ou um arco voltaico. 
,, Gás inerte' ; 
Gás-daraacao -
t 
1 
t 
1 
Zona de plasma 
Material vaporizado 
f t t 
- l 
Abastecimento da energia 
Camara de revestimento 
Recipiente 
Material de revestimento 
Bomba de vácuo 
Abastecimento de energia 
Figura 4 .14 — Processo PVD — Ionplating [1] 
Na vaporização através de um arco voltaico (processo de arco) a energia 
resultante é suficiente para ionizar os átomos desprendidos do alvo. Em- razão da 
tensão Bias no substrato os íons são arremessados no. mesma- N a vaporização 
através de aquecimento por resistor a energia disponível não é suficiente para a 
ionização dos átomos do alvo. Esses são ionizados através de- eletrólitos disponíveis 
na câmara de revestimento entre'o conversor e o substrato e-podem também ser 
arremessados no substrato. 
155 
Para a obtenção, de carbonetos, nitretos ou óxidos como.camadas, assim como 
no processo Sputtering, um gás reativo. é injetado na câmara. Esse processo 
denomina-se Ionplating reativo. ' - . -
Obtém-se um preenchimento das formas resultantes das instalações do 
processo Ionplating como variáveis práticas do revestimento. Para. o revestimento de 
ferramentas tem-se como importantes processos de • revestimento, dentre outros, o 
processo de Ionplating com descarga de baixa voltagem em arco e o processo de 
Ionplating com arco térmico (vaporização a arco). 
No processo PVD a arco o material do alvo é vaporizado ao mesmo tempo 
através de um arco voltaico a vácuo, as partículas de vapor são ionizadas (a taxa de 
ionização se situa acima de 90%),e arremessadas. Em razão, da alta. temperatura 
que ocorre na superfície do alvo.pode ocorrer a fundição do. material do.alvo e a 
formação e desprendimento de pingos de material fundido líquido, os denominados 
droplets. Esses não são desejados na camada já que formam, um substrato 
defeituoso, e permanecem na zona extrema na formação de nitretos e carbonetos 
modificando., as. propriedades desejáveis da camada. O surgimento de droplets é a 
principal desvantagem da vaporização a arco, já que os pingos podem formar 
poros no substrato nesse processo, não sendo apropriado para. camadas resistentes 
a corrosão. C o m o vantagem tem-se a alta taxa de ionização das partículas da 
camada através do arco voltaico, o que proporciona, como descrito: anteriormente, 
eletrólitos adicionais para ionização. 
O processo de Ionplating com descarga de baixa voltagem em.arco baseía-se 
em baixas tensões de aceleração,, na qual um feixe de efétrons da descarga de 
baixa tensão em arco é dírecionado para o substrato (ânodo) em conversores 
resfriados com água. O vapor surgido devidoao arremesso de elétrons do materiaí-
da camada é ionizado aproximadamente à metade, já que o substrato não pode ser 
ionizado totalmente, ou possuir uma tensão de —200V o que afetará a qualidade, do 
revestimento. ..Este processo também, é apropr iado para p desprendimento de. 
camadas de nitreto ou carboneto através da introdução dos respectivos gases 
reativos. 
No revestimento através do •processo de Ionplating com descarga de baixas 
tensões em arco não são formados droplets. Dessa forma esse processo possibilita o 
15Ó 
desprendimento de camadas muito lisas (Rj = 0,1 u ,m)e é apropriado para o 
revestimento de superfícies polidas e espelhadas sem que haja necessidade de um 
polimento posterior. ' ' -
Emprego de metais duros revestidos por processo PVD em baixas velocidades de 
corte 
Um exemplo importante de produtividade com metais duros revestidos pelo 
processo PVD em baixas velocidades de corte é o escareamento de de aço mojes 
ou endurecidos. Uma característica do processo de escareamento é o uso de baixas 
velocidades de corte que, em função da" relação da máquina de escareamento, 
material de corte e material da peça-, situam-se entre 1 e 25 m/min . 
A formação de gume postiço, característica na usinagem de materiais de aço 
relativamente moles ou tenazes em baixas velocidades de corte, é que normalmente 
acarreta erros de dimensão e de fo rma, como uma redução da qualidade 
superficial da peça. Uma providência para evitar a formação- de gume postiço é 
normalmente a introdução de óleos para escareadores. 
Através da utilização de metais duros revestidos po r processo PVD-TiN ao Invés 
de metais duros não-revestidos, a formação de gume postiço reduz-se bastante em 
razão da' menor adesão entre o cavaco produzido e o material da ferramenta em 
velocidades de corte testadas entre v c = 10 e 63 m /m in . Ainda pode-se utilizar 
meios lubrirefrigerantes, mas essa ideia é descartada pela ocorrência do aumento, 
de problemas ecológicos e custos de manutenção e armazenamento. ! ' 
Propriedades específicas de camadas de material duro 
As propriedades de camadas de'material durcsão" determinadas'através da sua • 
composição química e da sua estrutura,, que dependem das. solicitações de cada 
processo. Na tabela 4 .8 estão mostrados alguns valores nominais para as 
propriedades da camada de diferentes materiais escolhidos aleatoriamente. • ' • • 
157 
Tabela 4.8 - Propriedades físicas e químicas de camadas de material duro [1], 
» - TiN Ti(C,N) (Ti^ l )N A l 2 0 3 
Microdureza 
[HV0,05] 
2800 - 3200 1900 -2700 2600 - 3400 2400 -3300 2000 -2200 
Entalpia de 
formação 
[kJ/Mol] . 
-184,1 - 337,6 -260,0* -153,6* -1675,7 
Coeficiente de 
dilatação 
térmica 
«25/100 [10^/K] 
9,4 - 8,3 
Estabilidade à 
oxidação 
moderada boa moderada muito boa muito boa 
*Dados para a estrutura cúbica do NaCl com 50% de T iC/T iN e 50% deTlN/AIN 
Através de uma modif icação das solicitações-do processo, propriedades como 
a composição química, a morfo logia, a estrutura, a textura, as características e com 
isso a entalpia de formação, a microdureza, o coeficiente de dilatação térmica e a 
resistência à oxidação podem variar em diversos limites. Esses dados fornecidos 
proporcionam apenas pon tosde referência para possíveis áreas de aplicação. Além 
das camadas de material duro apresentadas e a seguir explicadas, existem diversas 
outras camadas de material duro para o revestimento de ferramentas- que aqui não 
são explicadas detalhadamente. ; 
Carboneto de titânio (TiC) . ' 
O revestimento de ferramentas com materiais duros inictou-se com a aplicação 
de TiC. Baseado na alta dureza atingível de até 3400. HV 0 ,05 , o, carboneto de 
titânio proporciona uma melhor proteção contra desgaste na superfície de saída 
que o T iN. A tendência à difusão baseada na entalpia de formação relativamente 
baixa é bem maior que no TiN e A l 2 0 3 . Dessa maneira a resistência ao desgaste de 
158 
cratera-é menor. Também a resistência à oxidação é a pior dé suas características 
entre as apresentadas na tabela 4 .8 . ' • -
N/freto de'titânio (TiN) 
Desde 1980 ferramentas são revestidas com nitreto de titânio. O TiN era até 
então o material duro mais usado para o revestimento de ferramentas de usinagem.. 
O material da camada é uma combinação de titânio e nitrogénio. Baseado na forte 
tendência à troca entre os'"átomos do metal e do nitrogénio, essa combinação 
possui uma-alta estabilidade. O TiN possui o dobro de entalpia de formação e de 
estabilidade termodinâmica, possuindo-uma menor tendência à difusão comparado-
ao TiC. Em decorrência disso d resistência ao desgaste de"cratera do TiN é maior 
que no TiC. 
O TiN pode ser revestido tanto por um processo CVD como por um processo 
PVD. A cor característica do TiN é o amarelo dourado, razão pela qual muitas 
camadas de T i N têm sua área de aplicação no setor decorativo. 
Carbonitreto de titânio (Ti(C,N)) . . . . . . 
Carbonitreto de titânio encontra aplicação industrial tanto como material duro 
para os metais duros, como também camada fina resistente ao desgaste. 
Usualmente camadas-de Ti(C,N) são utilizadas em várias camadas, com o aumento 
do teor de carbono na direção da superfície da camada. Através da introdução de 
átomos de carbono ao invés de átomos de nitrogénio na estrutura cristalina de 
nitreto de titânio pode ser obtido um aumento visível da dureza, que por um lado' 
atua positivamente no comportamento do desgaste, mas por outro possui um 
comportamento frági l . Para a compensação d o comportamento frágil as camadas 
de Ti{C,N) são múltiplas fazendo com que -a tensão entre as diferentes camadas seja 
dividida. -
• Camadas Ti(C,N)' são apropriadas para a usinagem de aço com grande 
resistência mecânica e, consequentemente, para altas temperaturas de usinagem. 
Em geral essas possibilidades de apl icação também valem para as camadas de T iN . 
159 
Nitreto de alumínio-titânio ((Ti, Al)N) .. . . . , 
Com o desenvolvimento dos sistemas de camadas (Ti, AI)N foram feitos ensaios 
para melhorar a resistência à oxidação, a dureza a quente e as propriedades de 
resistência ao desgaste em relação às camadas conhecidas até o momento. 
Comparadas com as camadas de TiN e Ti (C,N), as camadas (Ti, Al)N possuem 
maior resistência à oxidação para uma mesma dureza. 
O campo de aplicação de metais duros revestidos por (Tl, AI)N é a usinagem 
com grandes solicitações térmicas na ferramenta. Principalmente na furacão sem 
meios lubnYefrigerantes, furacões profundas ou furacões com pequenos diâmetros, 
ocorre um grande aumento da produtividade. • 
Camadas de (Ti, Al)N podem ser depositadas por processo PVD. 
Óxido de alumínio (A}20^) 
A resistência do A l 2 0 3 contra o desgaste de. abrasão como também de difusão,-
assim como a proteção contra oxidação, fortaleceu a utilização do A l 2 0 3 como 
material duro de revestimento. 
Camadas de diamante 
O revestimento de ferramentas com diamante pofícristalino vem sendo utilizado 
a partir de 1 9 9 0 , sendo a mais moderna tecnologia para a fabricação de 
ferramentas de diamante. O revestimento de diamante ocorre em ferramentas de 
metal duro ou cerâmica em uma síntese de baixa pressão com diamante (processo 
CVD). A camada de diamante é-, composta de diamante puro e não possui fases 
íigantes. A temperatura de deposição na utilização industrial-é aproximadamente 
ÓGO até 9 5 0 ° C . A técnica.de revestimento permite primeiramente obter ferramentas 
de geometria complexa e superfícies tridimensionais curvas e é economicamente 
viável. Exemplos de aplicação são ferramentas de furacão, fresas de topo e Insertos 
com quebra-cavacos. Essas ferramentas são utilizadaspara a usinagem de 
1ÓO 
plásticos, metais duros e cerâmicas e metais não ferrosos, assim como de materiais 
abrasivos. 
Ferramentas revestidas com diamante não_são aplicadas na usinagem de aço e 
de outros materiais ferrosos pelo fato de a camada de diamante desgastar 
rapidamente-em função da solubilidade do carbono no ferro. 
4.3 Materiais de corte cerâmicos 
Nos materiais intercambiáveis, oú cerâmicos estão inclusos todos os materiais 
sólidos não-metálicos e não-orgânicos. Basicamente trata-se de uma composição 
química de metais com elementos não-metálicos do grupo IH A ao Vil A. Há diferença 
entre ás cerâmicas oxidas e as não-óxidas. O maior' grupo das cerâmicas é composto 
pelas oxidas. Cerâmicas não oxidas são carbonetos, boretos, nitretos e silicatos. 
Diversos autores diferenciam novamente entre materiais duros metálicos (combinação 
entre C, -8,. N ou.S com Ti , Zr> Nb , Ta , W...) e materiais duros não-metálicos como 
diamante, SiC, : .Si 3 N 4 , B 4 C e BN. Propriedades caractensticas.de materiais cerâmicos 
são resistência • à. compressão, alta- estabilidade química e altas temperaturas de 
fusão, em função das fortes ligações iónicas e covalentes dos átomos. 
A seguir serão descritos os materiais cerâmicos que têm aplicação como 
materiais de corte na técnica de usinagem. Assim como na prática, serão aquf 
diferenciadas as cerâmicas de corte (cerâmicas oxidas e não-óxidas) dos materiais de 
corte superduros não metálicos (diamante e nitreto de boro). . ' 
Cerâmicas de corte têm ganho muita importância nos últimos anos na área da 
usinagem com geometria de corte-definida. Em muitas áreas, como por exemplo na 
fabricação em série de discos de freios, volantes de discos e outras peças, sua 
aplicação é indispensável-. 
Com o aumento d a aplicação de -cerâmicas d e corte na produção, 
principalmente nos últimos anos melhorou-se as propriedades de tenacidade desses 
materiais de corte. O comportamento frágil característico dos materiais cerâmicos, a 
dispersão - das propriedades de resistência mecânica e as quebras da ferramenta 
resultantes são os principais motivos delas não possuírem até o momento uma 
aplicação mais ampla na técnica de-usinagem, como os metais duros. 
•161 
Novos e contínuos desenvolvimentos de cerâmicas de corte concentram-se no-
aumento progressivo da tenacidade e da segurança na aplicação desses materiais de 
• corte na produção. _ • . 
A melhora dessas propriedades é conseguida nas cerâmicas puras oxidas através 
do aumento do teor de óxido de zircônio, da otimização da distribuição dessas fases 
e através do ajuste de uma textura homogénea. Nas cerâmicas mistas são aplicados 
materiais duros de grãos finos e ocorre uma substituição parcial do carboneto de 
titânio pelo carbonitreto de titânio. Outras medidas são o reforço de fibras e/ou 
reforço- por whiskers, -a redução-da porcentagem de fase líquida: nos-contornos de 
grão de cerâmicas não-óxidas e o desenvolvimento, de estruturas de texturas 
especiais. . . . . . . 
Os materiais de corte cerâmicos podem- ser divididos em cerâmicas de corte 
oxidas e não-óxidas (figura 4 .15) . 
Cerâmicas 
Cerâmicas Oxidas 
• . 
Cerâmica 
oxida 
Cerâmica 
mista 
Cerâmica 
reforçada 
cí whiskers 
Mfiz+ZsQ2 
_ AJzQj+TiC 
.AÍ20 3 + Z1O2 
+ TiC 
+ SiC - Vfiiisker 
Cerâmicas 
não oxidas 
Cerâmica 
de nitreto 
de silício 
Sí^í 4+- aditivos sintetizados 
_ SísN4+ Sianon + aditivos sintetizados 
.SÍ3N4+material duro 
+ aditivos sintetizados 
Figura 4 . 1 5 — Divisão das cerâmicas de corte [1] 
Nas cerâmicas de corte oxidas estão inclusos todos-.os materiais de.corte, à base 
de óxido de alumínio (A1 2 0 3 ) . Diferencia-se entre as cerâmicas oxidas, que atém de 
A 1 2 0 3 possuem apenas óxidos como outros componentes (por exemplo Z r O ^ e as 
cerâmicas mistas, que além de A l 2 0 3 possuem materiais duros metálicos (TiC/TiN) 
162 
assim como as cerâmicas com reforços de whiskers, no qual está enquadrado o 
A l 2 0 3 -Matr ix SíC-Whísker. - : ' . 
4.3.1 Cerâmicas de corte à base de A l 2 0 3 
Cerâmicas oxidas . 
O tipo de cerâmica de corte tradicional é a cerâmica oxida branca. A partir do-
fina! dos anos 30 surgiram cerâmicas à base de A l 2 0 3 como materiais de corte. Por 
muito tempo os insertos foram constituídos de óxidos de alumínio puro. Em função da 
sua grande fragilidade e tendência à ruptura, insertos desse tipo não têm mais 
aplicação na usinagem-com geometria de corte definida. As cerâmicas puras 
empregadas atualmente são materiais dispersivos, que além de A l 2 0 3 possuem 
dióxido de zircônio finamente distribuído para a melhora das propriedades de 
tenacidade em aproximadamente 3 - 15%. 
Cerâmicas wistas • • 
As cerâmicas mistas (cerâmica preta) são materiais de dispersão à base de A i 2 0 3 
que possuem entre 5 e 40% de componentes não-óxidos em forma de TiC ou TiN. 
Os materiais duros formam na base da estrutura fases finamente distribuídas que 
limitam o crescimento do grão de óxido de alumínio. Correspondentemente essas 
cerâmicas formam uma -estrutura de grãos finos, melhores propriedades, de 
tenacidade, uma alta resistência de quina e uma alta resistência ao desgaste. 
Comparadas com a cerâmica oxida pura possuem uma maior dureza e, em 
razão da boa condutibil idade térmica dos materiais duros metálicos, melhores 
propriedades de choques térmicos. Através da adição de Z r 0 2 o comportamento da 
tenacidade dessa cerâmica pode ser melhorado. 
163 
Cerâmicas de corte reforçadas com whisker^ '...,„. 
Cerâmicas de corte reforçadas cõm whiskers são materiais de corte à base de 
A t 2 0 3 com aproximadamente 20 até 40% de whiskers de carbonetos de silício. 
Whiskers são cristais unitários em formas de agulhas com baixo grau de imperfeição 
no retículo cristalino. Possuem uma alta resistência mecânica (Rm até 7000 Mpa). 
Seu comprimento é de aproximadamente 20 - 3 0 u.m e seu diâmetro 0 , 1 - 1 u,m. 
O objetívo do reforço de whiskers é a melhora das propriedades de tenacidade 
dos materiais de corte cerâmicos. O aumento da tenacidade em cerâmicas oxidas 
através da introdução de whiskers é notável. Em comparação às cerâmicas mistas, 
os tipos reforçados por whiskers possuem uma tenacidade à ruptura até 60% maior. 
Os whiskers atuam distribuindo homogeneamente as solicitações mecânicas no 
material de corte assim como, devido à melhor condutibi l idade térmica, transportam 
calor mais rapidamente da área de corte solicitada termicamente. Com isso obtém-
se uma melhor troca de calor e resistência aos choques térmicos, permitindo assim 
que as cerâmicas de corte reforçadas por whiskers sejam aplicadas em / ' co r te 
molhado" (com fluido de corte). 
Propriedades de materiais de corte cerâmicos óxidos 
Materiais de corte cerâmicos à base de Á 1 2 0 3 apresentam um excelente 
comportamento de desgaste em decorrência de suas alta dureza a quente e 
estabilidade química. As boas propriedades de desgaste de materiais de corte 
cerâmicos óxidos contariam as características do material f rág i l , (sensibilidade,, de 
solicitações contra compressão, f lexão, impacto e choques térmicos). O principal 
benefício do desenvolvimento nos últimos anos de materiais de corte cerâmicos 
óxidos foi a melhora das propriedades de tenacidade e choque térmico sem 
redução da resistência ao desgaste. 
O excelente comportamento de resistência ao. desgaste de materiais de, corte 
óxidos, principalmente sob altas velocidades de corte, baseía-se na comparação 
com outros materiais de corte em suas combinações de resistência à compressão e 
dureza a altas temperaturas. Dessa maneira, materiais de corte cerâmicos óxidos a 
1000 °C possuem uma maior dureza que, porexemplo, aço rápido a temperatura-
ÍÓ4 
ambiente/ figura- 4 . l ó . Enquanto a resistência. à compressão do A l 2 0 3 a 
temperatura ambiente corresponde aproximadamente à do metal dura, em 1 1 00 °C 
é tãõ grande quanto a do aço a temperatura ambiente, e tanto o-aço quanto p 
metal duro não podem ser solicitados compressivãmente a 1 T00°C. Em razão da 
alta resistência à compressão, a cerâmica prevaleceria como material de corte. 
Como a resistência à ruptura por flexão é relativamente pequena, os materiais de 
corte cerâmicos óxidos devem ser profetados pára que as forças de corte atuem 
apenas na forma de compressão. -
.A aplicação de'materiais de corte cerâmicos "sob altas velocidades de corte 
possuí uma outra propriedade vantajosa, que é a baixa fluência do A l 2 0 3 . Nos 
metais duros a resistência a quente é l imitada através de uma determinada 
propriedade da'fase de cobalto em temperaturas entre 800 e 900 °C. Sob maiores 
temperaturas ocorrem processos de fluência que no A l 2 0 3 , para a mesma ordem de 
grandeza, são menores. 
2500 
2000 
Z 1500 
£> 
O 
u 
5 
S . 1000 
500 
0 200 400 SOO 800 *C 1000 
Temperatura- T 
Figura 4 .1ó - Dureza a quente de. diversos materiais de corte. [1] 
A alta resistência ao desgaste de materiais de corte óxidos deve-se à boa 
estabilidade química do A í 2 0 3 assim c o m o ao baixo coeficiente de atrito entre os 
insertos e o cavaco. O A l 2 0 3 é resistente à oxidação nas temperaturas de corte 
165 
utilizadas na prática, resistente à corrosão e possui uma baixa afinidade química 
com materiais metálicos.. -
. Uma importante- desvantagem de materiais de corte cerâmicos é a . sua 
fragilidade, isto é, sua falta de.capacidade de. eliminar as pontas de cavacos através 
da deformação plástica. A razão disso é a baixa quantidade. ..de sistemas de' 
referência no retículo cristalino de materiais cerâmicos. As consequências são uma 
alta sensibilidade às tensões e uma baixa resistência a choques mecânicos e 
térmicos comparativamente aos metais. 
Com uma sobresolicitação mecânica repentina através de impulso ou impacto, 
ocorre uma destruição do material de-corte em função da ruptura frágil. Em razão 
da falta de ductítídade ocorrem formações de fissuras. Se a fissura, atingir uma 
grandeza critica ocorre um crescimento instável da fissura e a quebra do material 
cerâmico...Uma grandeza nominal para a determinação da tensão na ponta de uma 
fissura é o fator de intensidade de tensão K,. A falha do material de corte através da 
quebra ocorre quando o fator de intensidade de tensão atingir um valor crítico, a 
tenacidade da fissura (tenacidade de quebra) K|C. Em comparação com outros 
materiais o valor de- K,c para cerâmica é muito baixo. 
Uma outra desvantagem notável de cerâmicas oxidas é a sua. relativamente 
baixa resistência à troca de calor. Em intervalos de temperatura maiores que 
200°C , o A1 2 0 3 puro é completamente destruído. Uma melhora é possível somente 
através da adição de um componente com melhor resistência à troca de calor. 
Devido à sensibilidade a choques térmicos, o corte de desbaste e acabamento 
com cerâmicas oxidas não deve ser resfriado. Líquidos refrigerantes somente 
deverão ser usados para estabilizar termicamente as peças, por exemplo em função 
de pequenas tolerâncias dimensionais das mesmas. 
Baixas resistências de- deflexão e alta sensibilidade a solicitações de troca de 
temperatura resultam na aplicação prática a cortes-irregulares. Devido à baixa 
resistência do gume, os gumes afetados provocam-a estabilização do corte. 
lóó 
Campos de aplicação de materiais.de corte cerâmicos óxidos 
Basicamente, em razão da fragilidade a-solicitações de corte e da condição da 
geometria de corte, o campo de aplicação das cerâmicas de corte é limitado. A 
cerâmica não tolera falhas na estrutura, sendo que sob condições desfavoráveis de 
solicitações mecânicas ocorre a quebra do material. Cerâmicas de corte possuem 
contudo aplicação _em produções em série. Reduz-se o tempo de usinagem em 
função da grande quantidade de opções para escolha do melhor material de corte. 
O principal campo de aplicação de cerâmicas oxidas é o torneamento de 
desbaste e acabamento de ferro fundido cinzento, aços cementados e aços 
temperados. Contudo, a cerâmica oxida pura é cada vez mais substituída na 
usinagem de fundidos por cerâmicas de nítreto de silício^ 
A tendência para a usinagem a seco abre novos campos de aplicação para a 
cerâmica oxida no torneamento de extrudados. Cerâmicas mistas são utilizadas 
devido à sua alta resistência do gume principalmente no torneamento e fresamento 
leves de ferro-, fundido cinzento assim- como na usinagem de aços cementados e 
aços temperados, figura 4 .17 . Restrições- para as. duas cerâmicas de corte estão no 
teor de carbono presente nos aços. a serem usinados. A usinagem- de.aços- com teor 
de cobalto menor que 0,35%. leva à formação de gume postiço no gume da 
ferramenta e a formação de reações -químicas ocasionando um aumento do 
desgaste e um questionamento quanto à sua aplicabilidade económica. A alta 
dureza a quente de materiais de corte cerâmicos óxidos possibilita na usinagem de 
aço e ferro fundido a utilização de altas velocidades de corte, figura 4.17. 
1Ó7 
100 
min 
80 
60 
40 
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/\ l /! 
— Av 
f=0 
anço 
25mm A — }f=0,1f 5mn 
- • 
\ 
-
\ 
Material da peça: GG30 
Material da ferramenta: 
Cerâmica de corte, 
Metal duro 
Prof. corte: ap= 2mm 
Critério de vida: 
Vb=0,4mm -
i i i i i 
Geometria da ferramenta 
r a X X £ V ' 
Cerâmica -6° 6° -6° 70° 90° 0,8mm 
K10,K10+TiC 
• I ' i i 
6° 5° 
l 
0° 
l 
70° 
l i 
90° 
I-
0,8mm 
50 60 80 100 200 400 • 600 m/miniaoa 
Figura 4.1.7 - Diagrama de'tempo. d e . usinagem para o torneamento- de aços 
fundidos com lamelas de grafite com cerâmica de corte e metal duro 
P I 
Cerâmicas ox idas reforçadas por whiskers são testadas. com sucesso no 
torneamento de tigas à base de níquel altamente resistentes a quente, figura 4 .18 . 
Em relação a um material de corte usual (metal duro ou HSS), são possíveis 
aumentos das velocidades de corte, em um fator de. 1 
Reações químicas e- formação da estrutura para usinagem de ligas de metal 
leve tomam a cerâmica de corte A l 2 0 3 inadequada para a usinagem de ligas de Al , 
Mg e Ti. 
168 
£ 
CM 
o , 
H 
m 
> 
2000 
m 
1000 
800 
£ 600 
o 
2 400 
tu 
<» t: o o 
•o 
o 
w 
o. 
200 
100 
,- i M m \TTT 
Cerâmica fortalecida 
com whísker de SiC 
Metal duro 
de grãos 
finíssimos 
/ 
10 20 50 .100 m/min 
Velocidade de Corte v c 
500 
Material da- peça : 
Inconel 7.1 8 
a p = 3mm 
f = 0,25 mm 
Fluido = emulsão 
Figura 4 .13 - Comparação dos tempos de usinagem no torneamento de Inconel 
718 com grãos finos de metal duro e cerâmica oxida reforçada com 
whiskers . 
4 .3 . 2 Cerâmicas de corte não-óxidas 
Das cerâmicas não-óxidas (carbonetos, nitretos, boretos, silicatos...), nos últimos 
anos principalmente materiais à base de-Si 3N 4 alcançaram grande-importância como 
materiais de corte para a usinagem com geometria de corte definida. As cerâmicas 
de corte S i 3 N 4 apresentam uma maior tenacidade e uma melhor resistência a choques 
térmicos comparadas às cerâmicas de corte oxidas. Além disso, possuem uma grande 
dureza a quente e resistência ao calor, figura 4 .1ó . Na usinagem possibilitam a 
169 
utilização de maiores valores de corteno trabalho "com ferro fundido cinzento/ 
maiores tempos de vida e menores perdas no processo. Principalmente a grande 
'segurança.desse material de corte contra a quebra da ferramenta levou a uma rápida 
aceitação do material de corte S i 3 N 4 pelos consumidores. 
Comparadas com as cerâmica oxidas e. mistas possuem uma visivelmente maior 
resistência à quebra em razão dos cristais S i 3 N 4 hexagonais ao invés dos grãos A1 2 0 3 
em forma de agulhas. Para o revestimento total das cerâmicas de nitreto de-silício são 
necessários. meios.de sinterização que formam uma fase gasosa-nos contornos de 
grão e que influenciam "desvantajosamente as propriedades dessas cerâmícas-a altas 
temperaturas. -
Além de meios de sinterização,.as cerâmicas de corte S i 3 N 4 possuem em-parte 
ainda aditivos que influeciam a estrutura cristalina ou a textura e com isso .suas 
propriedades. Em relação a sua composição química as cerâmicas de corte 
disponíveis atualmente podem ser divididas basicamente em três grupos: 
i: Nitreto de silício + materiais de.sinterização; 
II: Nitreto de silício + fases cristalinas (Sialon-cristais mistos) + materiais de 
sinterização; 
III: Nitreto de silício + materiais duros (por exemplo TiN, Z r 0 2 , Whisícer-SiC) + 
materiais de sinterização. 
Qs materiais de corte do grupo í e ff!, são obtidos através da prensagem a 
quente, sinterização, prensagem isostática a quente ou através de uma combinação 
desses processos.. A maior parte dos materiais de corte S i 3 N 4 utilizados atualmente 
estão agrupados no grupo 1. 
Os materiais de corte do grupo If são denominados S/a/one. Nitreto de silício 
pode conter até 60% dev óxido de alumínio na mistura sólida. Alguns átomos, de 
nitrogénio são substituídos por átomos de oxigénio e átomos de silício são 
substituídos por átomos de alumínio. 
Comparado com os materiais de corte do grupo 1, o Sialone possui maior 
dureza, melhor estabilidade química e maior resistência à oxidação. O processo de 
fabricação é a sinterização com um posterior revestimento isostática a quente. 
170 
Ao grupo III podem ser agrupados materiais de corte S i 3 N 4 cujas propriedades 
são fortemente influenciadas pela adição de materiais duros, como por 'exemplo 
nitreto de titânio, carboneto de titânio, óxido de zircônio ou whisker-SiC. : 
Áreas de aplicação de cerâmicas de corte não-óxidas 
. Uma área de aplicação clássica de materiais de corte Si 3 N 4 é a usinagem de 
ferro fundido cinzento. Nesse caso, principalmente na usinagem automatizada, são 
utilizadas as-cerâmicas de nitret© de silício tenazes do grupo I. Na usinagem de 
materiais fundidos de corte contínuo e interrompido é possível- utilizar grandes 
avanços devido à alta tenacidade desses, materiais de corte obtendo altos valores de 
- taxa.de remoção. Assim, por exemplo no torneamento, de discos de freio para 
automóveis, a aplicação de cerâmicas Si 3 N 4 leva a um ganho -de tempo de vida.em 
comparação às cerâmicas oxidas. A maior segurança contra quebra permite a 
utilização de valores, máximos de parâmetros de corte do material de corte. 
Com isso cerâmicas de nitreto de silício -podem ser-empregadas vantajosamente 
no desbaste de ligas a.base de níquel.. Como mostraram os ensaios de torneamento 
de inconel 718 , para, essas condições de usinagem os materiais de corte do grupo II 
e III são os mais apropriados. 
A resistência ao desgaste, de cerâmicas de nitreto de silício-comparadas às 
cerâmicas óxidos, é relativamente .menor. Materiais de corte de nitreto de silício 
possuem uma alta afinidade com ferro e oxigénio em certas condições de usinagem. 
Desgastam-se rapidamente na usinagem de aço , sendo que para este grupo de 
materiais não existe atualmente nenhuma aplicação economicamente viável.. 
O desgaste ocorre principalmente na superfície de saída. Dessa forma o gume 
de corte possuí uma tendência ao arredondamento aumentando assim as forças de 
usinagem com o aumento do tempo de corte. Como consequência.disso aumenta o 
risco, principalmente no fresamento nos cantos das peças brutas e frágeis. Devido a 
esses fatos a cerâmica de nitreto de silício é mais apropriada para o desbaste que 
para o acabamento. Ela substitui predominantemente cerâmicas oxidas e em alguns 
casos também metal duro. , 
171 
O revestimento de cerâmicas de nitreto de silício ocorre com a aplicação de 
camadas múltiplas de T iN-AI 2 0 3 e abre maiores- perspectivas na área de aplicação. 
-Através da camada protetora de desgaste e difusão o tempo de usinagem do S í 3 N 4 , 
principalmente na usinagem de ferro fundido com glóbulos de grafite (por exemplo 
G G G 40) torna-se visivelmente maior. 
4.4 Materiais de corte altamente duros náo-metálicos 
Como materiais de corte superduros e não-metálicos são denominados os 
materiais de corte à base de diamante e nitreto de boro na usinagem com geometria 
de corte definida. De acordo com a definição trata-se nos dois casos.de materiais de 
corte cerâmicos, embora o diamante esteja no;grupo dos monocristalinos e o nitreto 
de boro das cerâmicas não oxidas. 
a) Diamante'como-ferramenta de corte . . 
O carbono elementar aparece em duas formas cristalinas, grafite e diamante. 
O diamante cristaliza na forma estrutural cúbica cristalina, onde: os átomos de 
carbono estão ligados por ligações covalentes em uma -estrutura tetraédrícá. A 
ligação interna extremamente alta e a -ligação-cristalina são os motivos para que o 
diamante tenha a maior dureza de todos os materiais conhecidos. Além disso, ò 
diamante possui um comportamento superior aos outros materiais duros em relação 
à condutibilidade térmica. A figura 4 .19 , mostra a dureza e a condutibilidade 
térmica de alguns materiais que são muito empregados como abrasivos, como 
alguns carbonetos, materiais constituintes de ferramentas de metal duro, e permite a 
comparação com o diamante. O diamante também é empregado de - forma 
crescente como ferramenta de corfe-de geometria definida.. ~ 
172 
Dureza 
(Vickers) [ N/mm2 ] 
10000 5000 2500 
Condutividade térmica 
X R T [ W / m K ] . • 
100 1000 10000 
Figura 4.19 - Dureza: e condutibilidade térmica do diamante em comparação com 
outros materiais duros [1] 
Classificação de ferramentas'de diamante ' ' 
A classificação de ferramentas de diamante dá-se entre-diamantes naturais e 
diamantes sintéticos',' ambos' podendo ocorrer tanto na forma mono como 
poiicristalína. ' 
Diamante natural • • - • • 
- - x • • . • •• • 
De grande importância "pa ra ' a usinagem com ferramentas de corte de-
geometria definida, o diamante• natural" é encontrado normalmente em sua'forma 
monocristalina..'Apesar do diamante natural também ser encontrado em sua forma 
poiicristalína (bailas, carbonado e ballanídas), essas formas de diamantes têm uma 
importância reduzida na fabricação de ferramentas de geometria definida, ]áque a 
fabricação de diamante' sintético polícristalino apresenta tanto vantagens 
económicas como tecnológicas. 
r4 
Uma propriedade importante do diamante monocristalino é a anisotropia. 
(dependência de orientação) das propriedades mecânicas como dureza, resistência 
e módulo de elasticidade. Enquanto que em materiais polícristalinos a anisotropia é 
anulada pela' distribuição completamente aleatória dos cristais constituintes, nos 
materiais monocristalinos a anisotropia é mantida em decorrência da orientação da 
estrutura cristalina. 
Pelo mesmo motivo, tem-se a clivagem do,diamante monocristalino.em quatro-
orientações preferenciais. E visível que, tanto para a preparação de uma ferramenta 
de diamante monocristalino por retificaçâo, bem- como para o seu -emprego como 
ferramenta de corte, a posição da estrutura cristalina deve serconhecida. Enquanto 
que para a retificaçâo sempre devem-se escolher a .direção de menor dureza, a 
ferramenta no suporte, deve .ser orientada de. .tal forma -que a força., de usinagem 
aponte no sentido de um máximo de dureza. 
Diamante sintético • 
O processo para a fabricação de diamante sintético ocorre sob a utilização de 
uma solução catalítica sob temperatura e pressão elevadas, onde o. diamante é a 
fase estável. Pela escolha adequada da pressão e temperatura é possível controlar o 
crescimento dos. cristais e assim determinar o tamanho dos mesmos na. faixa, de 
alguns mícrometros até vários milímetros, garantindo-se certas propriedades, físicas, 
como pureza e porosidade dos diamantes. 
Na síntese do diamante sintético são produzidas partículas de diamante 
monocristalino que não têm importância significativa para a usinagem com 
ferramentas de geometria definida e são empregadas principalmente para a 
produção de segmentos de diamante policristalino com a ajuda de um processo de 
compressão a quente. . . . . . . . : 
Apesar da fabricação ' de • diamantes sintéticos monocristalinos ser possível 
tecnicamente, na fabricação de ferramentas de geometria definida basicamente são 
empregados apenas diamantes naturais, já que para os tamanhos de ferramentas 
de 1 a 5 mm a fabricação de diamantes sintéticos monocristalinos ainda não. é 
economicamente viável. 
174 
Ferramentas de'diamante policristalinó ' - • _ • '•' " • . 
; Ferramentas de diamante policristalinó-foram apresentadas pela'primeira vez 
em 1973 e podem substituir parcialmente as ferramentas de- diamante 
monocristalino e ferramentas de metal'duro em'algumas áreas de aplicação. Para a 
fabricação de ferramentas de diamante policristalinó, êmpregam-se partículas de 
diamante sintético extremamente finas,, que são compactadas a" uma densidade 
muito grande e posteriormente sinterizadas.' 
A confecção da camada de diamante policristalinó ocorre em urrr-reator de alta 
pressão e alta temperatura (óO a 70 "kbar, 1400 a 2000°C) , sendo que nessas 
condições as partículas de diamante sintéticos são ligados via fase da matriz à base 
de cobalto para um"'corpo policristalinó compacto. A camada de diamante cuja 
espessura é de aproximadamente 0,5 mm pode ser sinterizada diretamente sobre 
um substrato de metal duro ou soldada sobre um metal duro com um metal de 
baixa módulo- de elasticidade, evítando-se tensões na diamante decorrentes de 
deformações térmicas variadas entre o diamante e o metal duro. 
• A camada de -diamante, por causada sua estrutura poiicristalína, apresenta-se 
como um corpo ísotrópico, no qual a anisotropia dos grãos monocristalinos 
isolados é absorvida pela distribuição aleatória-dos-grãos de diamante. Devido a 
este fato, o diamante- policristalinó não apresenta a isotropia de dureza e 
fissíbilidade do diamante monocristalino, e por outro lado, não apresenta a dureza 
máxima apresentada no diamante monocristalino em sua direção de dureza 
principal/uma v e z q u e a dureza dodiamante policristalinó também é. influenciada 
pela forma com que os diversos grãos sínterizam e ainda pela influência da matriz, 
de cobalto. ' . • ' . ' • - '. "' " 
'Dependendo- do tamanho-do grão'do diamante' utilizado assim como da 
composição da fase ligante, as propriedades do material, composto, policristalinó 
podem ser influenciadas obfetivamente. Ferramentas de grãos grandes apresentam 
maior dureza de estabilidade térmica, ; mas o arredondamento das quinas da 
ferramenta é maior que nos tipos de grãos finos. Em razão disso a"resistência'ao 
desgaste ã solicitações abrasivas >no processo de usinagem aumenta. Com relação 
à composição da' fase ligante a estabilidade térmica- pode' ser aumentada, por 
175 
exemplo, através da utilização de SiC. Contudo, a condutibilidade térmica -.da 
ferramenta caí bruscamente em relação às.ferramentas com fase ligante WC-Co. 
A formatação de uma.ferramenta dé diamante policristalinó composta de um 
revestimento.de diamante ou substrato de metal duro é realizada por retífica. As 
ferramentas de diamante policristalinó, inclusive com seu substrato de metal duro, 
são fixas sobre uma ferramenta de metal duro padronizada ou soldadas sobre uma 
haste. As ferramentas de diamante policristalinó em.forma de insertos reversíveis 
apresentam as mesmas dimensões de ferramentas ou insertos reversíveis de metal 
duro padronizadas.-
Área de aplicação de ferramentas de diamante 
A usinagem de ferro e aço com ferramentas de diamante não é possível, devido 
à afinidade do ferro ao carbono. O diamante se transforma em grafite na-região de 
contato entre ferramenta e peça, por.causa das temperaturas elevadas-nesta região 
e o grafite, por sua vez, reage com o ferro. Como consequência tem-se um rápido 
cegamento do gume, tanto na ferramenta monocristalino como na ferramenta 
poiicristalína de diamante. . . . . . . 
• Ferramentas monocristalinos de diamante são adequadas para a usinagem de 
metais leves, pesados e nobres, .para a usinagem de borracha mole e dura, 
usinagem de vidro, de plásticos e pedra. Sua aplicação principal é a usinagem de 
precisão, pois as dimensões restritas do gume e a baixa resistência à flexão 
impossibilitam a utilização de grandes profundidades de.corte e avanços. . A 
aplicação de ferramentas monocristalinos-é yantafosa quando se tem a exigência de 
alta qualidade dimensional e de superfície. Assim é possível,, por exemplo na 
usinagem brilhante, com o emprego de ferramentas de diamante superpolídas, fazer 
uma usinagem praticamente sem-estrias com uma.rugosidade R, na ordem de 0,02 
um. . . . . . . . . . . . . . . . 
A diversidade de materiais que podem ser usinados com ferramentas de 
diamante policristalinó abrange, além dos metais leves, pesados e nobres, uma 
série de materiais plásticos,, carvão, grafite e metal duro pré-sínterizado. A aplicação 
não está restrita à usinagem de precisão, abrangendo também a usinagem de 
17Ó 
desbaste. Em muitos casos é possível • acoplar " a - pré-usinagem -e usinagem de 
acabamento em uma mesma etapa de fabricação. 
"• Uma -aplicação de . grande importância das ferramentas de-diamante 
policristalinó é encontrada na usinagem de alumínio com alto teor de silício, figura 
4.20. Devido à estrutura mole-dura desses materiais, o gume da ferramenta 
alternadamente passa pela fase mole de alumínio e pela fase dura de silício, tendo-
se uma situação comparável à de corte interrompido. Por isso não é possível 
empregar materiais e ferramentas extremamente resistentes à abrasão,- pois são 
também muito-frágeis. Materiais de ferramentas tenazes, no entanto, apresentam 
um desgaste muito rápido e estão submetidos a um desgaste abrasivo provocado 
•pelas partículas de silício. Além disso, na aplicação de-ferramentas de metais duros 
-empregadas predominantemente para a usinagem desses materiais, a tendência da 
adesão do alumínio sobre a ferramenta reflete-se negativamente sobre o processo 
de usinagem. 
1600% IÚ00* 
n l 
TfCCO CU M D ( a p = 0 , 5 m m m ; f e = 0 , 0 2 3 m m ; z = 2 4 ) . 
I H ES P K D ( a p = 0 , 5 m m : f e = « O , 1 5 m m ; x = 8 ) ' 
R S a P K D com ajuste otimtzado dos gume 
( a p " 0,5 mm; fz =* 0,1 m m ; z = 8) : 
- redução do tempo da troca da ferramentai 
- melhora da qualidadasuperficiai 
- redução do retrabalho (pouca rebarba) 
- avaliação onerosa dos gumes 
- reafiaçao difícil 
- ferramentas especiais (possibilidade d e regiitagem; 
fixação por forma) 
- manuseio complexo 
l£0O 
• n l 
190* 
1W% 
2500 m/min 
1130 
16* o 
m v 
• 50% 8 1 * j E E S U E S L 
Custo de material Quantidade Custo de ferramentas Velocidade Tempo de usinagem 
de cada ferramenta (peças) por p e ç a de cortepara percurso de 
usinagem de 1m 
Figura 4 .20 - Comparação do metal duro e PKD no fresamento de ligas de 
: alumínio GK-AJSil 7Cu4Mg (de acordo com Daimler Benz) [1] 
Além.das altas velocidades de corte, dos altos tempos de vida, que-são de até 80 
vezes, maior que .os das ferramentas de metal duro, e da excelente qualidade e 
precisão superficial, a principal razão que fazem as ferramentas de diamante 
177 
policristalinó (PKD)-.serem, superiores, às- ferramentas, de metal duro é o fato de 
possuírem maior segurança do processo. Esse é o caso da produção em série em 
linhas de produção, onde.necessita-se curtos tempos e-uma alta segurança contra 
eventuais quebras da ferramenta. - - . . . . . 
b) Nitreto de boro como ferramenta de corte 
Como para o-carbono, existe também uma forma mole de nitreto de boro, uma 
modificação hexagonal, que apresenta a mesma estrutura cristalina do grafite, e 
uma modificação cúbica, dura, que apresenta uma estrutura cristalina idêntica à 
estrutura do diamante. Existe ainda uma terceira modificação cristalina de wurtzita. 
A estrutura cristalina wurizita é um tipo de estrutura com simetria hexagonal mas 
com arranjo atómico diferente da estrutura do grafite. Em relação à dureza, essa 
forma encontra-se entre as duas outras modificações. 
Comparado com o nitreto de silício, o nitreto de boro hexagonal é mole e não-
apropriado. como ferramenta para a usinagem com geometria definida. Somente 
após uma transformação d a estrutura hexagonal em uma estrutura cristalina cúbica 
com a ajuda de- um processo a altas temperaturas e pressões, o nitreto de boro terá 
as propriedades de uma ferramenta ótíma. O. nitreto de boro cúbico (CBN) é, após 
o diamante, o segundo material mais duro conhecido, figura 4 .19 . 
A fabricação do nitreto de boro hexagonal ocorre através de uma reação de 
halogéneos de boro com amoníaco. Possui uma densidade de 2;27 g/cm 3 e um 
ponto de fusão de 2730°C . O nitreto de boro cúbico (p = 3,45 g/cm3) não é 
encontrado na natureza. Sua obtenção.com as solicitações da síntese.do-diamante 
ocorreu pela primeira vez em 1957. A transformação do nitreto de boro hexagonal 
em nitreto de boro cúbico ocorre utílizando-se como catalizador o lítio a uma 
pressão de 50 a 90 kbar e temperaturas entre-1800 e 2200 K. 
Apesar da estrutura cristalina idêntica, pode-se verificar algumas diferenças 
consideráveis entre o nitreto de boro cúbico e o diamante. O nitreto de boro cúbico 
apresenta até ó faces de fissão, ou seja, duas a mais que o diamante. Essa 
característica não tem importância maior para a usinagem com ferramenta de corte 
178 
de geometria definida; uma vez que essas ferramentas-são constituídas basicamente 
de materiais policristalinos. - • '- -• 
- - De maior importância é o fato de que o nitreto dé boro não apresenta somente 
um elemento químico como o carbono, mas sim é uma combinação química. A 
estrutura cristalina do nitreto de boro contém boro e átomos .de' nitrogénio e, em 
decorrência disso não pode apresentar a mesma simetria, as mesmas forças de 
ligação e a mesma dureza que o. diamante, cuja estrutura atómica é composta 
exclusivamente de átomos de carbono-. . • • - - . 
As ferramentas utilizadas atualmente a base de nitreto. de boro são divididas 
basicamente em três grupos. 
í). CBN + fase ligante; . . ,.• 
II) CBN + carbonetos (TiC + fase ligante); 
III) CBN + nitreto de boro hexagonal com estrutura wurtzita (HBN) •+ fase ligante (+ 
materiais duros). ; 
• , 0 grupo- I compreende as ferramentas convencionais de-PCBN. Esses tipos 
possuem: um-alto teor de CBN, uma baixa porcentagem de fases ligantes, assim 
como grãos relativamente grandes. A principal aplicação dessas ferramentas é para 
o desbaste de materiais ferrosos duros através de torneamento, furacão e 
fresamento. -
Nas ferramentas do grupo II a fase ligante- é composta principalmente de 
carbonetos, especialmente carbonetos de titânio ou nitreto de alumínio e titânio. Os 
tipos PCBN com carbonetos possuem, quando comparados com as ferramentas do 
grupo I, um baixo teor de CBN, um maior número de fases- ligantes, uma-textura de 
grãos mais finos assim como uma • menor condutibilidade térmica. Foram 
desenvolvidos especialmente para.a, usinagem de„precisão e são apropriados em 
razão da sua alta estabilidade de quina assim como de sua resistência ao desgaste 
na usinagem de acabamento de aços temperados. 
- As ferramentas do grupo III possuem, além do nitreto de boro cúbico, o nitreto 
de boro hexagonal com- estrutura' wurízifa. Essas ferramentas possuem uma 
composição de cristais finos e com isso uma alta tenacidade e usinabilidade. Um 
179 
campo de aplicação sugerido é o "desbaste.e acabamento de materiais de açor-ze: 
materiais fundidos. assim como aços temperados em cortes contínuos * e 
interrompidos. Até atualmente" as ferramentas desse grupo não tiveram um 
desempenho favorável no mercado. . . • 
Elas são constituídas de um gume policristalino, que é soldado ou fixo sobre 
um suporte de ferramenta.'A'fabricação do gume é feita em. um reator de alta 
pressão • e alta temperatura, por sinterização de partículas de nitreto de boro; 
policristalino com auxílio de uma fase de ligação *'e uma simultânea" ligação• do 
revestimento com o substrato. A pastilha de nitreto de boro policristalino tem uma 
espessura de aproximadamente 0,5 mm. Há duas formas básicas de ferramentasde 
nitreto de boro puro policristalino, as soldadas sobre o suporte que por retffica 
atingem sua forma final, e as reversíveis, que podem ser fixadas em suportes de 
ferramentas convencionais. 
As ferramentas de nitreto de boro cúbico com geometria ' definida .são 
empregadas principalmente na usinagem. de aço temperado com dureza acima de 
45 HRC, usinagem de aço rápido, usinagem de aços resistentes a altas 
temperaturas,-ligas de níquel e cobalto,, que "podem ser usinadas com. dificuldade 
apenas com ferramentas de metal duro e não podem ser usinadas.com ferramentas 
de diamante. Assim por exemplo, materiais de aço temperado podem ser usinados 
com ferramentas PCBN de uma maneira economicamente viável. 
Nesse caso materiais de corte do grupo II com grãos finos e pequenos"de CBN 
são utilizados- especialmente para a usinagem de acabamento. Além disso, é 
possível a usinagem de materiais com revestimento aplicado por. chama e revestidos 
por soldagem, materiais com alto teor de carboneto de tungsténio, cromo e níquel. ' 
" - Além da usinagem de aços temperados, materiais com baixa dureza podem ser 
usinados economicamente com PCBN, com exceção dos' materiais moles, que 
possuem tanto austenita como ferrita, embora.os mecanismos para a usinagem com 
esses materiais ainda não estefam esclarecidas. Casos-de aplicação para o-PCBN 
em materiais moles estão onde exige-se uma boa qualidade superficial com desvios 
de medida mínimos na produção'de grande quantidade de peças padronizadas. 
Como exemplo tem-se a:usinagem de materiais perlíticos fundidos. A aplicação de 
180 
materiais cerâmicos ; de corte têm, 'como consequência, boa -produtividade è 
qualidade; 
4.5 Formas de ferramentas 
Já na concepção'de uma ferramenta de-corte, certas características, que devem 
garantir sua -função dentro das diversas áreas de • aplicação, devem ser 
consideradas.1 Devem ser considerados os seguintes aspectos na concepção de uma 
ferramenta: -. . . . 
- a solicitação mecânica decorrente da aplicação da foça de usinagem; 
- a solicitação térmica da ferramenta; 
••- o posicionamento rápido e a troca do gume da ferramenta; 
- a substituição rápida de componentes desgastados da ferramenta; 
- a aplicação múltipla de uma ferramenta; 
- os custos, de fabricação e os custos de manutençãoda ferramenta. 
A seguir serão descritos os grupos de ferramentas para o torneamento para as 
diferentes'ferramentas. Ferramentas de torneamento podem ser de: 
- ferramentas de aço maciço, 
- ferramentas com insertos soldados e 
- ferramentas com insertos reversíveis. 
Além élsso no fresamento e na furacão podem ser empregadas ferramentas de 
metal duro maciças economicamente; no torneamento a sua aplicação é- apenas 
em casos especiais. -
Informações específicas para os sistemas de outros processos de fabricação 
com ferramenta de gume definido serão abordadas nos capítulos 8 e 9. 
4.5.1 Ferramentas de aço maciças 
Entende-se como sendo ferramentas maciças as ferramentas de torneamento 
constituídas de um mesmo material no gume e na haste da ferramenta, 
principalmente de aço rápido. Esse tipo de ferramenta é denominado de ferramenta 
181 
cie torneamento e sua forma é obtida pela afiação do gume da ferramenta nas 
diversas formas, básicas. - . . . 
As ferramentas, de sangramento já apresentam uma forma geométrica 
adequada para a sua aplicação. A forma necessária para p sangramento, 
referindo-se aos ângulos de incidência laterais, já se apresenta na própria 
ferramenta bruta. Após a -afiação.,do. ângulo de incidência principal, essas 
ferramentas de sangramento são fixadas em suportes específicos, figura 4 .21 . A 
reafiação das ferramentas dá-se reafiando-apenas-o flanco principal da ferramenta; 
correções de altura da posição 'do gume são feitas pelo reposicionamento da 
ferramenta dentro-do suporte. . . . . 
Figura 4.21 - Sistemas de fixação para ferramentas de sangramento [1] 
Uma vantagem dessas ferramentas brutas de torneamento é a possibilidade de 
retificar formas variáveis nelas. A figura 4.22 mostra ferramentas de forma em uma 
concepção plana e em uma concepção alongada. A última forma é utilizada como 
ferramenta tangencial, já que a ferramenta é reposicionada tangencialmente em 
relação à peça em rotação; em contrapartida tem-se as ferramentas radiais que 
apresentam o reposicionamento radial. As ferramentas redondas (DIN 4970), 
necessitam de uma rotação no suporte após a reafiação. Esses tipos de ferramentas 
de forma só são retífiçadas-nas superfícies e saída,de cavaco, ou.seja, nas faces da 
ferramenta, uma vez que a reafiação do flanco, que é obtida com um custo muito 
elevado, modificaria a forma da ferramenta. 
182 
Ferramenta de tornear 
de forma plana 
Figura 4.22 - Formas básicas de ferramentas de torneamento de aço rápido [1] 
A vantagem dessas ferramentas para o torneamento é que elas não exigem um 
quebra-cavaco, pois nesses casos elas são de fácil reafiação. Ferramentas redondas 
são possíveis de serem empregadas em 75 % de sua circunferência. 
Ferramentas-'de., torneamento podem ser fabricadas totalmente por metal duro, 
quando-o. processo de soldagem apresenta dificuldades, como no caso de pequenas 
ferramentas. Também quando a flexão permanente da haste da ferramenta deve ser 
muito pequena, como por exemplo em suportes de furacão, o. módulo de elasticidade 
do metal duro pode ser aproveitado. 
4.5.2 Ferramentas com insertos soldados 
Em geral a soldagem entre insertos e o suporte é utilizada como uma técnica de 
[unção apenas em casos raros como por exemplo para ferramentas especiais ou na 
obtenção de ferramentas para usinagem de madeira. Atualmente os insertos são 
predominantemente aparafusados ou presos. 
183 
Metal duro Haste 
Figura 4.23 - Soldagem de ferramentas de torneamento de metal duro [1] 
Materiais empregados para a fabricação de hastes para ferramentas de 
torneamento normalmente devem apresentar uma, resistência de 700 a 800 N/mm 2. 
No caso de ferramentas, para seções de usinagem maiores, a resistência deve ser de 
800 a 1000 N/mm 2 . As seções transversais de hastes para ferramenta são 
padronizadas pela DIN 770. 
Em ferramentas soldadas os insertos podem ser de aço rápido, metal duro ou 
cerâmica. A soldagem de insertos de aço rápido quase não é empregada, uma vez 
que o emprego de ferramentas maciças de aço rápido pode apresentar vantagens. 
4.5.3 Ferramentas com insertos intercambiáveis 
Os insertos intercambiáveis reversíveis são empregados em ferramentas com 
dispositivos de fixação no suporte. A vantagem é a troca rápida e segura dos 
insertos. Devido às classes de tolerância, a substituição pode ser realizada sem a 
necessidade do reposicionamento da ferramenta, de uma forma bastante rápida. 
Como o suporte de ferramenta permite a fixação de diversas classes de insertos, a 
função de usinagem pode ser rapidamente escolhida e adaptada aos diversos 
184 
materiais usinados. Os custos de estoque são relativamente baixos, uma vez que se 
resumem ao estoque, de insertos e peças de reposição para o suporte... 
Exemplos para ferramentas com insertos reversíveis para a furacão, fresamento, 
serramento e torneamento, são mostrados na figura 4.24. ' ' . 
Ferramenta de furacão 
Ferramenta de furacão 
profunda' 
F resa de topo 
F r e s a helicoidal' 
Ferramenta de furacão 
e s c a l o n a d a 
Ferramenta de 
sangramento 
Fresa de disco 
Disco de serra 
Figura 4.24 - Ferramentas com insertos reversíveis [1] 
. Em relação aos insertos soldados, os insertos fixos por sistema de fixação 
apresentam, dentre outras, a vantagem de que vários gumes de um inserto podem 
ser empregados. Se um gume, por causa de um desgaste muito grande, torna-se 
inutilízável, o inserto pode ser girado ou reposicionado e assim um"novo gume pode 
ser levado à posição de trabalho. Daí decorre a designação de insertos reversíveis. 
A designação de insertos reversíveis é padronizada segundo a norma ISO 1832, 
figura 4.25. 
185 
. As ferramentas retangulares e quadradas, devido ao ângulo de quina grande (s 
= 90°), apresentam uma estabilidade de gume elevada. Sua aplicação, em relação 
à ferramenta triangular na usinagem de forma, é.limitada. Ferramentas triangulares 
apresentam uma estabilidade de gume menor devido ao ângulo de quina pequeno. 
Qualidades de superfícies muito altas podem ser obtidas com aplicação de 
ferramentas reversíveis circulares. Porém a desvantagem é que o menor raio que 
pode ser fabricado, no caso dessas ferramentas, [á está pré-definido. Nos trabalhos-
em máquinas copiadoras são empregadas ferramentas reversíveis rombóicas. Com 
essas ferramentas torna-se • possível a confecção de raios e a cópia de formas 
profundas. 
Classe 
da 
tole-
ránda 
d: Diâmetro teórico do circulo inscrito 
s : E s p e s s u r a do inserto 
m: V ide figura 
' 0,005 
0,025 
0,025 
0,013 
O.COS 
0,005 
0,005 
0,005 
TJ£FT3" 
0,013 
0,013 
0.013 
0,08 
0,13 
0.15 
0,13 
0,13 
0.20 
0,38 
S M 
0755 
0.025 
0,025 
0,025 
07J2T 
0.025 
0.025 
0.025 
0,13 
0,13 
0,13 
0.13 
0,13 
0,13 
d 
0,025 
0735" 
0,08 
0,10 
0,13 
w 
0.08 
0.10 
0,13 
Õ7S~ 
0,08 
0.10 
0,13 
07» 
0.13 
0.18 
0,25 
S.35 9,525 12.7 15,875 19,05 25,4 
Tipo do inserto 
A 
r m 
G M 
r m 
N 
r.—l 
R 
40-60* 
w 
C K 7 
Comprimento do gume 
MM 
L 
Sentido de corte 
R 
c. 
\ 
N 
3 
M 
3 
i 
G 
* 
f 
12 
5 
04-
s 
, 08 . a * 
Forma do inserto 
A 85' 
k I 
B S2* 
k i 
C 80" 
o ] 
D 55" 
O 
E75* 
o 
H 
0 
K 55* 
£7 
L 
I 
M86* 
O 
0 
O 
R 
0 
S • 
T 
A 
V 35" 
O 
W 
Angulo de 
Incidência 
N-0-
A-3* 
8 -5* 
c - r 
p - t r 
D-15* 
Ê-20* 
F-25" 
G-30* 
X 
Espessura do inserto 
mim t 
02 = 2,38 
03 = 3,18 
T3 = 3,97 
04 = 4,76 
05*5,56 
06 = 6,35 
07=7.94 
08 = 8,00 
09 = 9,52 
Ralo de quina 
01 = 0,1 mm 
02 = 0,2 mm 
04 =• 0,4 mm 
08=0,8 mm 
12 =1,2 mmete. 
00 * gume afiado 
MO «inserto arredondado 
Estado do gume 
Geometria especial 
Classificação interna 
Figura 4.25 - Representação para insertos de acordo com a ISO 1832 [1] 
186 
. Para os diversos • sistemas .de- fixação •-existem. insertos corm.e sem-furo. 
Ferramentas sem'furo: apresentam normalmente a colocação de um quebra-çavaco 
que é fixado sobre ,o inserto, ao passo que as ferramentas com fura normalmente 
apresentam quebra-cavacos. feitos na própria conformação, do material do inserto. 
Insertos.de cerâmica„e PCBN são.fabricados predominantemente sem furo e podem 
ser fixados somente com alavanca de aperto-. • • 
.Há distinção entre insertos positivos e negativos. O-critério é o tamanho do 
ângulo ,de saída com a ferramenta.fixada .na. posição de trabalho. Tendo-se um 
ângulo de saída positivo, o inserto é denominada positivo, e para um ângulo .de 
saída de trabalho negativo, o inserto é denominado negativo, figura 4.26. 
Ferramentas positivas normalmente apresentam apenas gumes empregáveis no 
lado superior. Insertos para suportes, com ângulo, de saída no suporte, 
normalmente apresentam um ângulo de incidência no inserto. Se o ângulo de 
incidência do inserto for 1 I o , como mostrado na figura 4.26 (ângulo de cunha 79°) 
e o ângulo de.saida.-de suporte + 5 o , então durante a usinagem tem-se um ângulo 
de saída :de : aproximadamente\-f- 6 o . Insertos negativos apresentam ângulo, de 
cunha de 90°, senda, possível empregar os gumes do lado superior e do lado 
inferior do inserto. 
positivo 
i í i ^ T 
• Inserto 
negativo 
. ... A G . D D ; t g 
Figura 4.26 - Comparação entre insertos com ângulos de saída positivo e negativo 
.Ferramentas reversíveis com ângulo de saída positivo e quebra-cavaco 
sinterizado ou retificado têm a mesma forma básica das ferramentas ou dos insertos 
187 
reversíveis negativos, porém usinam efetivamente, condicionados pela geometria do 
quebra-cavaco, figura 4.27. Esse tipo de insertos tem a vantagem de ter um ângulo 
de saída positivo, por conseguinte uma menor .força de corte e uma menor 
solicitação do inserto. O principal objetivado quebra-cavaco é quebrar os cavacos 
compridos, para não ocorrer- o . enrolamento. Em ...processos de usinagem 
automatizados utiliza-se quebra cavacos para que o cavaco quebre continuamente. 
Deve-se considerar,, no entanto, -que os .quebra-cavacos sínterizados" ou. 
retificados no inserto devem ser adaptados às condições de usinagem específicas. 
Para ampliar a faixa de aplicação dos insertos com quebra-cavaco. sínterizado, 
normalmente são encontradas várias ranhuras subsequentes sinterizadas no próprio 
material. Quebra-cavacos pequenos, sínterizados na região da quina da ferramenta 
garantem uma boa quebra de cavaco no acabamento. 
Figura 4.27 - Ferramentas reversíveis com quebra-cavaco sinterizado 
'.(Sandvik) P I 
As tolerâncias de fabricação de insertos reversíveis, em uma troca de insertos, 
por exemplo em máquinas de comando numérico, têm uma influência muito grande 
sobre as tolerâncias de fabricação das peças. Em decorrência disso, distinguem-se 
insertos reversíveis segundo as classes de precisão normal e precisão elevada. As 
tolerâncias em insertos normais estão na faixa de ± 0,13 mm e em insertos de 
188 
precisão elevada em ± 0,025 mm, possibilitando quedas tolerâncias dimensionais 
em peças-sejam melhoradas de. ± 0,1 mm após a troca de umo inserto, sem 
exigência de um reposicionamento da ferramenta. • -
Além -das formas' descritas ria ISO 1832,'existem-diversos insertos para 
usinagens especiais e insertos não-convencionais para-a usinagem com geometria 
definida.' 
Os sistemas de fixação para insertos reversíveis devem preencher as "seguintes 
exigências: . . . " ' • - • . 
- O inserto reversível,-a pós sua troca, deve ser fixado na mesma posição. 
- Durante a usinagem o inserto não deve mudar sua posição devido à força de 
usinagem. 
- Exige-se uma superfície plana no inserto-para que esta não se deforme durante a 
usinagem. . . . 
- O sistema de fixação deve garantir que o calor gerado no corte se[a transmitido 
facilmente para o suporte. 
-'A força de usinagem deve ser transmitida de tal forma ao suporte que efe ajude a 
centrar o~ inserto de corte. 
- De acordo, côm o'trabalho específico, deve ser possível a fixação de um quebra-
cavaco. ' 
Os suportes de ferramenta para o torneamento são padronizados pela ISO 
5Ó08. A figura 4.28 mostra um exemplo de aplicação para suportes de ferramenta. 
189 
Tipo da fixação . ._ 
(fixação superior) 
Forma do inserta. 
~ (quadrada) 
Forma da hasta 
(forma B) 
Ângulo-de incidência do 
Inserto ( a w s p - O t " t 
Sentido de corta 
(corte à esquerda) 
Altura da traste 
(h = 32 mm) 
Largura da haste 
(b = 32 mm) . 
Comprimento da hasta 
. . . (11 = 170 mm) 
Pecul iar idades -
(nenhuma) 
•c 
5 
32 
32 
P 
Figura 4.28 - Sistemas de representação para um suporte de ferramentas de 
torneamento (de acordo com a ISO 5Ó08) [1] 
. Na figura 4.29'são apresentados vários sistemas de fixação para insertos com e 
sem furo. A vantagem no sistema de fixação com furo-reside no fato de.que.todos 
os elementos de fixação estão, protegidos dos cavacos. Os. insertos podem ser 
fixados por bastões ou joelhos, de forma que os insertos ficam centrados sobre o 
suporte da ferramenta. • 
- grampo de fixação 
quebra-cavaco 
inseria 
' suporte 
- parafuso de fixação 
-porca excêntrica 
idefixacâa__^ 
•Joelho 
parafuso de fixação 
Figura 4.29 - Sistema de fixação para insertos intercambiáveis (Widia, Hertel) [1 ] 
190 
A forma de projeto mais simples, prevê urri* parafuso de fixação no Inserto. Uma 
outra possibilidade permite afixação por uma sapata'de fixação que fixa o quebra-
cavaco. e o inserto simultaneamente. Dessa maneira o quebra-cavaco pode ser 
adaptado.com variação contínua .das condições de corte, proporcionando .uma 
quebra de cavaco otimizada. ' - » 
Fixações com um grampo de sujeição são empregadas quando o quebra-
cavaco é apenas regulável escalonada mente e já está previamente adaptado às 
condições de usinagem. Havendo danificações no dispositivo de fixação, as diversas, 
peças geralmente podem ser substituídas por elementos de substituição fornecidos 
pelos'fabricantes da ferramenta. 
' Deve-se notar que .geralmente os componentes oferecidos por fabricantes 
distintos não são empregáveis no mesmo suporte. Por esse motivo não é 
economicamente aconselhável que em uma fábrica sejam empregados várias 
formas construtivas diferentes "de fixação de ferramenta e de fixação do inserto, pois 
este fato encareceria, consideravelmente a fixação de ferramentas, em decorrência 
do elevado custo do estoque a ser mantido na fábrica. 
Para reduzir o tempo de fixação e o tempo secundário nas produções, em série 
são utilizados algumas vezes sistemas especiais, por exemplo fixadores curtos ou 
Kasseten. Principalmente para máquinas com correias ou tornos copiadores são 
empregadas ferramentas que realizam a troca dos insertos usadas automaticamente 
durante o posicionamento das peças sem que haja perda detempoJ 
4.6 Preparação de ferramentas 
Caso deseja-se preparar uma ferramenta- para reduzir os tempos de retífica e 
custos de ferramenta,^ ferra menta deve ser reafiada dentro de prazos estritamente 
controlados. Isso significa que o gume não pode ser desgastado além de-um certo 
valor de desgaste admissível. A tabela 4.9 fornece informações sobre valores de 
desgaste que são empregados como critérios de fim de vida de uma ferramenta. 
A retifícação é realizada especialmente em ferramentas especiais e em 
ferramentas que realizam processos especiais com pastilhas soldadas.Uma exceção 
191 
são as ferramentas de metal duro maciço, por exemplo brocas e íresas dè topo., 
ferramentas de engrenagens de HSS, assim como insertos de PKD ou PCBN. A 
retíficação de insertos de metal duro,ou HSS não é economicamente viável. 
A retífica de correção de ferramentas deverá ser efetuada em equipamentos 
adequados. Só dessa forma, é possível garantir ângulos constantes e geometria de 
quebra-cavaco adequadas. Afiação manual não é precisa tendo uma Influência 
muito grande sobre o comportamento de desgaste e sobre a forma de cavaco 
produzida. 
Na afiação de ferramentas de • aço rápido em rebolos, dependendo dos 
diversos ângulos, como por exemplo para desbaste ou acabamento, os rebolos 
devem ser adaptados com dureza e granulometria adequada ao tipo de aço rápido 
a ser retificado. Como materiais empregados na retífica ou afiação de ferramentas 
de aço rápido tem-se rebolos de CBN ou rebolos de córíndum nobre. 
Tabela. 4.9 - Valores-característicos para desgastes, em ferramentas de diversos 
materiais [1] 
Material da 
Ferramenta 
Grandeza 
Valores de desgaste 
' desejáveis 
Desgaste de flanco 
VB mm 0,2 a 1,0 -
Aço rápido 
Desgaste de flanco 
V B _ mm 0,35 a 1,0' 
Profundidade de cratera KJ mm 0,1 a 0,3 
Desgaste de flanco 
VB mm 0,3 a 0,5 
Metal duro 
Desgaste de flanco 
VB m a x mm 0,5 a 0,7 
Profundidade de cratera KJ mm 0,1 a 0,2 
Cerâmica 
Desgaste de flanco VB mm 0,15 a 0,3 
Cerâmica 
Profundidade de cratera KJ mm 0,1 
Na figura 4.30 está representada a relação do tipo de desgaste- ocorrido nas 
diversas superfícies de corte. No desgaste de flanco a superfície de saída é solicitada. 
Ao contrário, no desgaste de cratera a superfície de Incidência é solicitada. Processos 
especiais de usinagem de acabamento produzem gumes de ferramentas muito 
afiados. Ferramentas revestidas possuem contudo um arredondamento nos gumes de 
192 
corte. Para manter a ação contra o" desgaste de.gumes de ferramentas revestidas 
afiados, a superfície livre e a superfície de saída são ratificadas com o surgimento do 
desgaste de flanco e desgaste de cratera respectivamente. 
Desgaste 
Retificação 
Com surgimento do desgaste 
de flanco, a retificação é feita 
na superfície de saída 
Processos: Perfuração 
Retificação 
Escareamento 
Com surgimento do desgaste 
de cratera, a laminação. afiada é 
feita na superfície de incidência 
Processos: Abrir Ranhuras 
Sangramento 
. Figura 4.30 - Superfícies de usinagem na retífica de correção [1] 
Na retificação de correção a qualidade da retífica atua fortemente- sobre a 
qualidade alcançada. Através da escolha carreta do método de retificação e das 
solicitações de processos adequados, uma retificação de correção deve realízar-se 
sem erros. Além disso, deverá ser observado durante o processo de retificação que a 
ferramenta não ultrapasse a temperatura de revenimento. 
De sobremodo em ferramentas com pastilhas soldadas, deve-se cuidar para 
evitar a formação de trincas decorrentes de um aquecimento ou esforço demasiados 
durante a afiação. 
Em metais duros a pós-retificação, retificação fina e a pré-retificação de chanfros 
e arredondamentos é realizada com diamante. Além disso, a retificação elefrolftica é 
vantajosa para a pré-retificação e para. a retificação de acabamento das. ferra mentas. 
193 
5 Cuidados no uso de Ferramentas.de Corte 
É necessário tomar.alguns cuidados com. as ferramentas, de corte' para que 
estas não tenham um desempenho inferior ao esperado. Assim como outros 
equipamentos de produção, òs . sistemas de transporte'"e a manutenção 
automatizada de ferramentas de corte são tecnologias de gerenciamento 
importantes que influenciam significativamente a produção. 
Se ocorrer uma frafura em uma ferramenta de corte devido à falta de cuidados, 
não importando quão perfeítos""os outros equipamentos estejam, será impossível 
obter uma boa qualidade no corte. 
5.1 Manuseio e manutenção de ferramentas de corte 
Quando for necessário transportar ou manusear as ferramentas, algumas 
precauções devem ser tomadas: 
- Deve ser evitado segurar vários insertos ao mesmo tempo, e também deve-se 
evitar guardá-los em uma sacola ou pastas que permitam o contato. Cada inserto 
deve ser guardado separadamente em um compartimento. 
- Contato entre os insertos poderá causar lascamento e/ou até frafura na cunha de 
corte da ferramenta. 
- Atenção ao manusear as ferramentas. 
- Derrubar ferramentas no chão pode danificar a cunha de corte da ferramenta. Este 
problema pode ocorrer facilmente, especialmente com ferramentas como 
cerâmicas, que são muito frágeis. 
- Quando as ferramentas são transportadas em caixas metálicas, deve-se tomar o 
cuidado de não deixar a cunha de corte da ferramenta entrar em contato "com a 
caixa. É necessária uma proteção para as ferramentas (de preferência plástico ou 
borracha). 
- Em alguns casos, assim como o inserto, a haste da ferramenta é feita de metal duro 
e podem ocorrer fraturas facilmente. A falta de cuidado no manuseio da haste da 
ferramenta pode danificar a base onde vai ser colocado o inserto. 
194 
- Recomenda-se o uso de luvas para o manuseio-de insertos: Quando os Insertos 
estão sendo colocados em :uma ferramenta hã o. risco de ocorrerem ferimentos, e 
estes riscos aumentam quando os insertos estão cobertos com óleo. Também devem 
ser usadas luvas durante a manutenção das ferramentas - porque ò suor e a 
oleosidade da mão podem provocar oxidação na ferramenta: 
5.2 Manutenção e gerenciamento de ferramentas de corte 
5.2.1 Princípios básicos 
- Gerenciamento das ferramentas não significa simplesmente guardar ferramentas 
usadas, mas sim preparar ferramentas para uso futuro, ou seja,1 manter as 
ferramentas em condições que permitam o uso quando necessário. 
- Se a cunha de corte da ferramenta está em condições de ser usada novamente, 
deve-se deixar a. ferramenta em seu estado, atual. Se o inserto ou a cunha de corte 
precisam ser trocados ou reafiados, deve-se fazer a sua manutenção antes, de 
guardar. 
-Como uma regra geral de ferramentas de insertos intercambiáveis, deve-se retirar 
os insertos da ferramenta se o próximo trabalho não for conhecido. 
- limpar as ferramentas antes de guardar. Se as ferramentas forem ficar guardadas 
por um longo período, deve-se protegê-las da oxidação (ferrugem). • 
- Guardar as ferramentas de acordo com com a aplicação, tamanho e frequência 
de uso. Também deve-se'diferenciar as novas das mais antigas. 
- Guardar as ferramentas de maneira que elas sejam facilmente acessíveis. 
- Conferir se as ferramentas danificadas foram consertadas, antes..de serem 
guardadas. 
- Não guardar ferramentas que sofreram danos permanentes juntamente com 
ferramentas.que ainda'podem ser usadas. 
195 
5.2.2 Prevenção do contato. entre,as ferramentas 
O contato entre as ferramentas causa^danos em volta da área de contato e 
pode resultar .na falta de precísão_ do-, corte.. Os seguintes passos podem ser 
tomados para se evitar esse problema: . . . . . 
- Armazenar as ferramentas de maneira que se evite o contato entre elas. 
- Manter as ferramentas em um local seguro de modo que elas não possam rolar e 
nem cair. 
- Quando retirar ferramentas de uma gaveta, ter certeza de que as ferramentas já 
não estejam desarrumadas antes de abrir. -
-Se houverem partes substituíveis que podem ser facilmente danificadas, ter sempre 
partes, reservas em estoque, essencialmente para ferramentas, de insertos 
intercambiáveis. 
5.2.3 Prevenção contra, oxidação 
- A oxidação prejudica substancialmente a rigidez de instalação da ferramenta, 
portanto deve-se manter as janelas fechadas na sala de estoque quandoa umidade 
do ar estiver afta. As ferramentas de corte frequentemente possuem revestimento 
que as protege contra a corrosão, mas se o-ar estiver úmido ainda assim pode 
ocorrer oxidação. 
- Ter atenção à diferença de temperaturas por causa da precipitação. No inverno, 
ferramentas de corte são normalmente usadas-em-locais, frios e posteriormente 
levadas a locais-mais quentes. Essa mudança cie temperatura pode causar 
oxidação., -
- Normalmente armários metálicos não possuem proteção contra oxidação e 
colocando ferramentas nesses armários pode-se induzir a formação de oxidação 
nas mesmas. É aconselhável cobrir os armários com materiais não-metáiicos e 
mantê-los limpos. 
- Se as ferramentas não forem usadas por um longo tempo, checar as condições 
destas periodicamente para evitara oxidação. 
196 
5.3 Aplicação de tecnologia ê manutenção de ferramentas de corte 
'Um dos mais importantes pontos na manutenção de equipamentos de 
produção é a aplicação de tecnologia. Não importa quão bem preservado está o 
equipamento, se o-operador cometer um erro como estabelecer condições de corte 
inadequadas, poderão ocorrer falhas e quebras do equipamento. O mesmo pode 
ser dito para ferramentas de'corte. 
5.3.1 Ferramentas de corte adequadas ao processo-de corte 
- Todos os equipamentos de produção tem a sua função, específica, e para que ele 
possa ser totalmente explorado deve-se aplicar o -método mais apropriado de 
operação da máquina. A escolha da ferramenta de corte deve ser feita de acordo 
com o corte a ser realizado. 
- SeIecionara.ferramenta.de acordo com o material a ser usinado. A seleção da 
classe, e. forma da-ferramenta- deve ser feita especialmente para materiais de difícil 
usinabílídadel 
- Usar somente^ a ferramenta para a aplicação prescrita-. 
- Usar a ferramenta na faixa de operação apropriada. A faixa, de operação incluí 
condições de corte, modo de corte, vida de ferramenta e fluidos de corte. 
- Quando, selecíonar fresas, escolhê-las de acordo com o formato e largura da 
peça. 
- Se ferramentas de corte têm aplicações específicas como acabamento, usá-las 
apenas nessas aplicações. Nunca usar ferramentas de. acabamento para desbaste. 
Aplicar ferramentas de corte para altas velocidades em baixas velocidades de corte 
pode causar a frafura da.ferramenta. 
- Se a máquina tiver pouca potência ou. pouca .rigidez-deve-se: selecíonar uma 
ferramenta bastante afiada e com alta resistência de corte. 
- Se o torno tiver pouca precisão deve-se escolher ferramentas de corte com 
pequeno raio de quina, excelente afiação e alta resistência de corte. 
197 
5.3.2 Cuidados no preparo de ferramentas de corte 
- Usar as ferramentas de corte de acordo com o íote e o fabricante. Quando forem 
usados insertos de fabricantes diferentes há a possibilidade de haver variações no 
desempenho de corte da ferramenta.. 
- No uso de ferramentas de insertos intercambiáveis, prestar.atenção em quebras e 
deformações do assento do inserto. 
- Quando colocar os insertos na máquina ter cuidado para não o apertar demais. 
Esse aperto pode causar a quebra da ferramenta. 
5.3.3 Instalação da ferramenta na máquina 
Cada ferramenta de corte e máquina tem uma estrutura diferente. A instalação 
adequada ou não de uma ferramenta de corte na máquina afeta a usinagem. Deve-
se, portanto,- atentar aos seguintes fatos: 
- Quando instalar a ferramenta de corte na máquina assegurar-se de que não há 
sujeira ou cavacos.no bloco da ferramenta, no porta-ferramentas, -mandril e eixo. 
- Quando for necessário usar um calço para fixar a ferramenta, assegurar-se de que 
o calço não.tenha sido deformado ou torcido. 
- Quando se for instalar ferramentas com vários insertos como fresas na máquina, 
ter certeza que a direção de corte está do- lado carreto. 
5.3.4 Considerações na escolha das condições de corte 
- Selecionar as condições de corte de acordo com as características da ferramenta 
de corte. 
- Fresas"- material da ferramenta, geometria da ferramenta, número de dentes, 
geometria do quebra-cavaco, condições de instalação da máquína-ferramenta. 
- Barra de mandrilar — material da ferramenta, geometria da ferramenta, existência 
e geometria do quebra-cavaco, condições de instalação da máquína-ferramenta. 
198 
- Furadeira e Alargador — material da ferramenta, geometria- da ferramenta, 
presença de furo guia, condições de instalação da máquina-ferramenta, modo de 
aplicação do fluido de corte. " - ' 
- Selecionar de acordo com o material da. ferramenta, que pode variar de aço 
rápido a diamante, e prestar atenção nas classes de metal duro (P, M, K). 
- Selecionar de acordo com as características da peça a ser usinada, como por 
exemplo a sua composição química, dureza, resistências, tratamento térmico, 
afinidade com o material da ferramenta. Também deve-se prestar tenção no 
formato da peça e produto final, relação entre diâmetro e comprimento da peça. 
-Verificar a presença de fluido de corte na operação e suas propriedades. 
199 
6 Meios Lub ri-refrigerantes ' 
ó.l Generalidades • : _ 
Na fabricação por usinagem desefa-se fabricar peças dentro de tolerâncias e 
acabamentos superficiais pré-especifiçados com o menor custo possível. Para se 
chegar a esses resultados, o emprego de fluídos de corte nas operações de corte 
tem sido extenso. Há mais de 100 anos atrás, W. H. Northcott foi provavelmente o 
primeiro a escrever sobre o significativo aumento na produtividade causado pelo 
uso de fluídos durante o corte de materiais. Em 1868, Northcott publica sua 
pesquisa em Londres, no livro entitulado "A Treatise-on Lathes and Turning". Em 
1894, o americano F. W. Taylor também mediu a influência do fluido de corte 
durante o processo de usinagem. Sua verificação se fez forrando grande quantidade 
de água na região peça-ferramenta-cavaco, com o que permitiu aumentar a 
velocidade de corte de 30 a 40% sem prejuízo para a vida da ferramenta de corte. 
Desde então, o desenvolvimento dos fluidos de corte tem sido crescente.com o 
intuito de melhorar o desempenho das operações de corte nos materiais. • 
A ideia da água surgiu na busca de minimizar o indesejável efeito da alta 
temperatura sobre a ferramenta, visto que o jorro da água levaria consigo parte do 
calor gerado durante o corte do material. Em seguida surgiram os óleos graxos, no 
intuito de diminuir o atrito do cavaco sobre a ferramenta. 
Os óleos minerais surgiram inicialmente aplicados na usinagem de latão, ligas 
não-ferrosas e em operações leves com aço. Para operações mais severas 
desenvolveu-se o uso de um composto de óleo mineral com óleo de toicinho, com 
bons resultados. 
O surgimento de novos materiais para ferramentas, possibilitando maiores-
velocidades de corte, gerou a necessidade de novos estudos e- desenvolvimento de 
novos fluídos de corte. Estes foram obtidos com aditivos "químicos, dosados nos 
fluidos de corte para satisfazer a necessidade exata nas operações de usinagem 
mais pesadas. As pesquisas levaram à utilização das mais variadas combinações de 
óleos minerais, óleos graxos e aditivos (enxofre, cloro, fósforo, etc), tendo cada 
combinação seu emprego específico. 
200 
Por sua grande importância nos processos de fabricação, grandes volumes de 
fluido' são utilizados nas linhas de. produção, o que- motiva- investimentos para 
melhorar ainda mais o" desempenho dos fluído de corte. Simultaneamente "à 
evolução tecnológica dos fluidos são iniciados estudos para investigar as reais 
influências dos fluídos de corte-na saúde do trabalhador e no meio ambiente,-uma 
vez que o consumo de fluido de corte empregado nas linhas de produção cresce 
" proporcionalmente ao aumento de produção.. 
.. . Nosúltimos anos, a crescente preocupação com o meio ambiente, associada a 
uma legislação trabalhista mais rigorosa, desperta a atenção de especialistas para 
os fluidos de corte, como fonte de problema, nocivo ao ser humano e ao meio 
ambiente. . . . 
Uma ideia do volume de fluido de corte empregado nos atuais sistemas de 
produção mecânica é dada na figura ó . l , onde é apresentado um recente 
levantamento realizado na Alemanha sobre o consumo atual total de óleos. 
Consumatotti d * rtuMo à* cor» 
Lufai 1/1< 
82.09» t 
Aitrov produtos 
ZTZ328t 
5S7-3*»t 
Ftufcfaaife 
eort»<KSS} 
75^*11 
154^X501 
Pira tutMWiilo do 
M8.3C0Í 
939.6891 
Ágoa 
47.07» t 2t415t 
COOCSBt t *» 
3 
Néaiafeefvate Mtsejvvfe o n ç a agia 
comtégu» («nuts ie» ) 
Figura ó. l — Consumo anual de óleos na Alemanha [11] 
201 
6.2 Funções dos fluidos de corte 
•A exigência primária feita a um fluido de'corte para .o processo de usinagem, é 
que ele leve a uma redução.nos custos de usinagem pela redução do desgaste da 
ferramenta e melhora da superfície do componente fabricado. O fluido deve 
desempenhar funções secundárias como o transporte de cavaco para fora da. região 
de trabalho, a refrigeração do sistema, bem como a refrigeração da peça, uma vez-
que para uma exigência maior da tolerância dimensional, um aquecimento 
demasiado leva a uma dilatação térmica do componente e isso deve ser evitado 
pelo fluido de corte (figura 6.2).. . 
Refrigeração Lubrificação 
• ^ D a n o s t é r m i c o s : ,.. 
- n a peça 
- n a feramenta 
" ^ F o r m a ç ã o c a v a c o 
•^ •Estab i l idade t é r m i c a 
d a máquma- fe r ramenta 
• " • A u m e n t o do atrito 
+ A u m e n t o d a s 
a d e s õ e s . 9 
r > Formação c a v a c o s , 
^ • R e t i r a d a - d e c a v a c o s : 
d a peca • 
de ferramenta 
a a m á q u i n a -
ferramenta 
Ferramenta Peça Máquína-ferramenta 
D e s g a s t e 
C h o q u e térmico 
Precisão de fo rma . " 
. P r e d s ã o de m e d i d a : .• 
Y ÇHiaffn^desoperficiar ' 
In f luênc ia de c a m a d a l imi te - ' 
*.-..•:.•..:. . . . • • - - -vr .^v-
Estab i l idade t á m i c a . 
Precisão 
Figura 6.2 - Funções primárias dos fluidos de corte [11] 
202 
6.2.1 Redução do atrito entre ferramenta e cavaco 
Durante o- processo de formação do cavaco, aparecem três fontes distintas de 
calor: A primeira na região-de cisalhamento, indicada pela zona C na figura 6.3, 
onde ocorre deformação plástica do material que está sendo usinado. Esta fonte 
afeta todo o volume do cavaco formado. A segunda fonte, indicada como zona A 
na figura 6.3;'afeta uma face do cavaco e uma face da ferramenta, onde o cavaco 
desliza sobre a superfície de saída da ferramenta, e ocorre devido ao atrito na 
interface ferramenta-cavaco. Na terceira fonte, indicada como zona B na figura 6.3,-
ocorre o atrito entre a ferramenta e a superfície usinada .da peça. Esta fonte afeta 
parte da superfície de incidência da ferramenta e toda a superfície usinada da peça. 
1 Sup. de incidência 
ou d * folga 
Figura 6.3 - Fontes de calor na formação do cavaco [11] 
A melhoria introduzida neste processo pelo uso de fluido de corte, 
especialmente do fluido onde predomine o caráter lubrificante, é a redução da 
intensidade das três fontes de calor, como segue: 
- Zona A - a aplicação de lubrificante diminui o coeficiente de atrito na interface 
ferramenta-cavaco, e ocorre menor quantidade de calor gerado pelo atrito; 
-. Zona B - a aplicação de lubrificante diminui o coeficiente' de atrito na- interface-
peça-ferramenta, e também diminui a quantidade de calor gerado pelo atrito; 
- Zona C - a diminuição do coeficiente de atrito l i , entre a ferramenta e o cavaco, 
provoca o aumento do ângulo de cisalhamento <J> e,, consequentemente, uma 
203 
diminuição na taxa de deformação s 0..A diminuição de ' s a acarreta um decréscimo-
da energia de deformação por cisalhamento e, consequentemente, um 
„ decréscimo- da quantidade de-calor gerado. Outra decorrência- do aumento do 
ângulo <j) é o aumento da velocidade do cavaco vc, que significa que o cavaco se 
afasta mais rapidamente da superfície de saída da ferramenta, diminuindo- assim o 
tempo de transmissão de calor do cavaco para a ferramenta. 
Ao se evitar que a temperatura ' suba, ;evitam-se • problemas na máquina---
ferramenta, peça e ferramenta. • . 
ó.2.2 Refrigeração da ferramenta* 
As três fontes de calor.descritas anteriormente contribuem para a elevação da 
temperatura da ferramenta. As condições na interface ferra menta-cavaco favorecem 
a ocorrência da difusão metálica entre os materiais da ferramenta e da peça. Tal 
difusão^ ocorre, sempre com prejuízo da ferramenta, quer pelo enfraquecimento da 
superfície: atíva da ferramenta:, quer pelo arrancamento. de partículas da mesma, 
sendo a tendência da; difusão, exponencial com a temperatura. Na. figura 6.4 é. 
possível verificar uma acentuada queda, na vida. da ferramenta- com o aumento da 
temperatura, da mesma. 
6 0 
130 
« 
E 
a 
1 
> 
to 
300 500 700 900 
Temperatura de corte °C 
Material dá peça: 
aço-carbono 
Material da ferramenta: 
aço-rápido. 
Figura 6.4 — Influência da temperatura de corte sobre a vida da ferramenta [11] 
204 
Ó.2.3 Refrigeração da peça 
Das três fontes de calor descritas anteriormente/duas (B e C da figura'ó.3) 
afetam díretamente a peça em usinagem e provocam um aumento da temperatura 
da mesma. Este aquecimento pode conduzir a quatro fatos indesejáveis na 
operação de usinagem: 
- Deformações da peça em usinagem devido às tensões oriundas de grandes 
.aquecimentos locais ou mesmo totais; 
- Cores de revenido na superfície usinada. E o caso da usinagem com ferramentas 
de geometria não definida (retirada de material por abrasão), em especial nas 
operações de retificação, no acabamento da peça; 
-Falseamento das medidas da peça em trabalho em operações onde'se tem 
tolerâncias estreitas. Acontece que a peça apresenta medidas diferentes quando 
aquecida em relação ao estado de temperatura ambiente. A refrigeração neste caso 
poderá manter a peça sempre em temperatura bem próxima da ambiente; 
- Dificuldade..do; operador manuseara peça usinada,.como. retirá-la da máquina, 
transportá-la, etc.- • 
Ó.2.4 Expulsão dos cavacos gerados 
No processo de usinagem o cavaco se torna indesejável tão logo acabe de ser 
produzido. Sua presença na região do corte pode provocar danificações e/ou 
deformações na máquina, na ferramenta ou na superfície da peça usinada. O 
emprego de fluido de corte facilita- a expulsão do cavaco em alguns casos,, como 
por exemplo, no torneamento, na furacão, no fresamento, etc. 
6.2.5 Melhoria do acabamento superficial 
Os fluídos de corte interagem como agentes lubrificantes e refrigerantes, 
contribuindo assim para o acabamento superficial-da peça e para a diminuição dos 
danos térmicos causados na superfície da peça. 
205 
6.2.6 Refrigeração da máquína-ferramenta 
• O calor gerado durante a.usinagem, transferido pela-ferramenta, .peia peça, 
pelo cavaco ou pela própria irradiação para,, a máquina, poderá afetar. as 
dimensões ou- disposições na máquína-ferramenta,. o que consequentemente 
prejudicará as medidas finais da peça usinada. 
6.2.7 Melhorias de caráter económico 
. . O.emprego de fluidos, de corte, na operação de usinagem tem como funções 
secundárias também algumas melhorias de caráter económico, discutidas a seguir:., 
- Redução do consumo de energia - conforme exposto anteriormente, o menor 
coeficiente de atrito na interface ferramenta-cavaco propiciado pela ação 
lubrificante diminui o grau de recalque Rc e, consequentemente, a força de 
usinagem F. 
- Redução -doscustos: .-de ferramenta - o custo da ferramenta na operação_ de 
usinagem está. ligado à. capacidade de produção durante a sua vida. .Uma 
ferramenta terá custo menor quanto maior for a sua produção, expressa em número 
de peças usinadas no tempo. O desgaste, por sua vez, tem por determinantes a 
ação abrasiva e a difusão metálica, esta última acelerada pela temperatura. O 
emprego de fluidos de corte poderá diminuir a severidade da ação abrasiva e a 
intensidade da difusão metálica. Como resultado diminui-se o desgaste da 
ferramenta, aumenta-se a vida T, a capacidade de produção e, com esta o custo 
operacional torna-se menor. 
- Diminuição ou eliminação da corrosão na peça - as superfícies recém-obtidas da 
peça pela operação de usinagem podem sofrer o. ataque corrosivo dos agentes 
exteriores (umidade atmosférica, vapores ácidos, etc) , o que poderá prejudicar a 
peça. A melhoria que proporcionam certos fluidos de corte se expressa pela 
proteção, através da película de fluido aderida às superfícies da peça usinada. Uma 
das desvantagens que podem ocorrer é no caso da necessidade de limpeza da 
superfície usinada, limpeza esta que então gera custo. 
20Ó 
6.3 Tipos de meios lubri-refrigerantes 
Existem inúmeras formulações especiais para refrigerar é lubrificar as operações 
de corte, porém todas podem ser classificadas em um dos cinco tipos básicos 
discutidos a seguir. 
6.3.1 Óleos de corte 
• São obtidos a partir de óleos minerais, com oú sem adição de aditivos. Os 
fluidos de corte baseados errfóleo mineral são classificados em ativos e inativos. Os 
ativos são aqueles que atacam a superfície em usinagem, pois nestes é 
acrescentado cerca de 2% de enxofre com a finalidade de durante a usinagem, 
devido à alta temperatura, liberar parte do enxofre para reagir quimicamente com a 
superfície nascente do cavaco. O cloro também pode ser usado como aditivo 
formando uma película metálica clorada na interface ferramenta-cavaco. Os 
aditivos cloro e enxofre conferem ao óleo de corte as propriedades de óleo de 
extrema pressão (EP) e anti-soldante, propriedades estas desejáveis no óleo de corte 
tendo em vista que as condições da interface são de pontos de alta pressão e alta 
temperatura, associados a um pequeno movimento de deslizamento. São indicados 
para usinagens mais severas. 
Atualmente o uso de cloro em fluidos de corte vem encontrando restrições em 
alguns países, em virtude dos danos que os compostos podem causar se forem 
descartados incorretamente. Os solventes clorados penetram no solo e acumulam-
se por um longo período, podendo facilmente atingir o lençol freático e contaminá-
lo totalmente. O despejo de 1 kg de solvente clorado pode contaminar 40.000 m 3 
de água. 
Os aditivos inativos são aqueles que não atacam a superfície em usinagem. 
São compostos por óleo mineral com adição de aditivos químicos inativos e, em 
geral, promovem alfa lubrificação. Dentre estes estão os óleos minerais puros, óleos 
graxos, compostos de óleo mineral e óleo graxo, compostos de óleo mineral e óleo 
graxo sulfurados e compostos de óleos minerais e óleos graxos sulfurados-clorados. 
207 
6.3.2 Óleos emulsionáveis 
Os óleos emulsionáveis, também chamados de óleos solúveis, consistem-na 
mistura de água, agentes emulsíficantes e aditivos de modo a produzir o fluido com 
as características necessárias. As principais vantagens desse tipo de óleo são: 
- Grande redução do calor, permitindo altas velocidades dê corte em algumas 
aplicações; 
- Removedor de cavaco nas condições de trabalho; 
- Ma is"-económico — diluído em água diminui os custos; 
- Possui melhor aceitação .pelo operador; . . . . . 
- Menos agressivo à saúde e mais benefícios à segurança — não-infta móvel, redução 
de emissão de hidrocarbonos. 
6.3.3 Fluidos sintéticos 
Estão nesta classe,, geralmente, os fluidos de corte que não contêm, óleos de 
petróleo, sendo sua composição formada, de acordo com as necessidades do 
trabalho. A maioria destes fluidos tem características de fluido refrigerante e alguns 
apresentam também poder lubrificante. As principais vantagens dos'fluidos de corte 
sintéticos são: 
- Alta capacidade de refrigeração; 
- Vida útil do fluido bastante grande (salvo o caso de contaminação por óleos para 
comandos hidráulicos ou lubrificantes); 
- Filmes residuais pequenos e de fácil remoção; 
- Fáceis de misturar, necessitando de pouca agitação; 
- Relativa facilidade no controle da concentração desejada. 
Ó.3.4 Fluidos gasosos 
Consiste no emprego de meios gasosos como fluido de corte. O ar é o mais 
comum fluido gasoso utilizado, estando presente até mesmo na usinagem a seco. O 
ar comprimido é utilizado para melhorar a retirada de calor e expulsão do cavaco. 
208 
da zona de corte. Os fluidos gasosos, com sua menor viscosidade, são mais efetivos 
do ponto de vista da penetrabilidade até a zona atíva da ferramenta. Outros gases 
como o argônío, hélio, nitrogénio e dióxido de "carbono também são. utilizados para 
a proteção contra a oxidação e refrigeração, porém apenas em casos específicos, 
visto ser esta uma usinagem antieconômíca. 
A aplicação de um ou de outro tipo de fluido de' corte em determinada 
operação deve seguir, como em outros casos nos processos de usinagem, uma 
relação de compromisso entre certos fatores do processo (tipo de operação, tempo 
de usinagem, qualidade exigida, materiais da peça e da ferramenta, máquina-
ferramenta, etc). De modo geral, uma das relações usualmente predominantes nos 
processos industriais é a relação custo-benefício. 
6.4 Efeitos do uso de fluídos de corte 
Durante a usinagem a ferramenta é submetida a- solicitações mecânicas e 
térmicas bastante elevadas, sendo que a. energia necessária para a formação do 
cavaco é transformada praticamente totalmente em calor, nas regiões de 
cisalhamento e a-frito. • • 
Como consequência dessa-solicitação, tem-se o aparecimento de causas de 
desgaste, como por exemplo o desgaste abrasivo-mecânico e o cisalhamento de 
micro-soldagem, que podem aparecer em todas as faixas de velocidades 
empregadas na usinagem, bem como processos de difusão e oxidação, que apenas 
ocorrem para certas temperaturas.. . 
O fluido de corte pode influenciar, em princípio, apenas o desgaste de adesão, 
pois leva à saída sequencial de pequenos gumes postiços dentro de uma certa faixa 
de velocidade. . . 
As formas de desgaste decorrentes de soldagem a frio, na faixa de velocidade 
baixa, podem ser evitadas de uma forma bastante ativa pelo-efeito de lubrificação 
do fluido de corte. Para as condições de contato existentes, é. desejado que sobre 
essa superfície metálica se formem camadas de graxa resistentes a alta pressão e 
com pequena resistência ao cisalhamento, que evitam o contato direto entre 
ferramenta e peça, de modo que as soldas a frio podem ser evitadas ou ao menos 
209 
reduzidas. Isto é possível de ser atingido .com aditivos de-alta pressão no fluido de 
corte, no entanto deve-sé considerar que a ação do enxofre, cloro e fósforo começa 
apenas a partir de uma certa temperatura. Em.decorrência disso, a composição do 
fluído de corte deve ser adaptada para a operação específica. A exigência básica é 
que o fluido de corte tenha condições de penetrar na região de contato. Na faixa de 
formação do gume postiço, essas condições são dadas pela flutuação do mesmo. 
• Com o aumento da velocidade de corte — na faixa em que começa a diminuir a 
formação dó gume postiço - as condições para formação de filmes de lubrificação 
resistentes. a' alta pressão se fornam cada vez mais desfavoráveis, visto que o 
aumento da velocidade de saída-do cavaco leva a uma diminuição' do tempo 
disponível para a reação entreos aditivos e a superfície metálica. Ao mesmo tempo, 
o aumento- da temperatura leva a deformações plásticas da ferramenta e a 
processos de difusão entre os parceiros de atrito, de forma que se torna necessária 
uma refrigeração da área de corte. 
'mm 
Deslocamento decorrente d< 
refrigeração crescente 
I 
| 
i • 
i En ulsão 1:50 
/ \ tf ^ Óla 
,_Seco. 
o 
te 
^ Óla 
,_Seco. 
l ~ ' "Tl-—L_ 
> 
o H32 
•a. 
Velocidade de corte \ 
Material da peça CSc55N 
Material da ferramenta S 1 2 - 1 - 4 - 5 
Tempo de corte t - 30 min 
Seção de usinagem a^-f «2-tL25mm 2 
! 1- t 
Deslocamento decorrente da 
refrigeração crescente 
Geometria da ferramenta 
a y n c | r 
89 MO -4»- 60° 90P 1 Imm 
Figura 6.5 — Curvas desgaste e velocidade de. corte para'o corte a. seco e para a 
aplicação de diversos fluidos de corte [1] 
Devido a isto, a partir dessas'velocidades, inicia-se então uma situação na qual 
a vida da ferramenta é menos influenciada pela capacidade de lubrificação de um 
210 
fluido de corte'e muito mais influenciada pela capacidade de transmissão de calor 
desse fluido, ou seja, pela refrigeração. Por outro lado,, é perfeitamente possível que 
através de uma refrigeração o desgaste da ferramenta seja aumentado"e portanto, a 
vida da mesma caia proporcionalmente. 
Se forem comparadas"as curvas velocidade de corte e desgaste da figura 6.5, 
obtidas para o corte a seco e com uma emulsão, pode-se reconhecer que o ponto 
de desgaste máximo da curva está-situado em um patamar mais elevado, bem 
como obtido para uma velocidade de corte maior em relação às outras curvas. 
Como a relação dos dois valores máximos corresponde aproximadamente • aos 
percursos deslocados na unidade dè tempo, pode-se concluir que a emulsão leva a 
um resfriamento e, em decorrência disso, a um aumento da resistência do material 
usinado. Masxomo ocorre apenas um pequeno aumento da ação lubrificante, tem-
se um comportamento de desgaste piorado para a emulsão de corte. 
O óleo, por sua vez, mostra uma pequena ação de refrigeração, porque o 
ponto de desgaste-máximo em relação ao corte a seco está deslocado apenas' por 
um pequeno:.valor.. No entanto o desgaste está reduzido pois o seu valor máximo 
está' no valor de: velocidade de corte mais elevado, o que corresponde a um 
percurso total percorrido maior;-mesmo assim o desgaste está no mesmo nível que 
para o corte a seco. Desses resultados, pode ser concluído que um aumento da 
vida da ferramenta com a diminuição da temperatura de trabalho só pode ser 
atingido sèas condições de usinagem forem escolhidas de tal forma que as 
temperaturas atingidas no-gume-este]am situadas na proximidade do ponto de 
amolecimento da ferramenta específica. É mostrado na figura ó.ó quão efetiva é a 
ação refrigerante de uma emulsão.. Apesar de o desgaste abrasivo com refrigeração 
intensiva em dependência da velocidade de corte ser maior que na usinagem a 
seco, as ferramentas tem, uma vida maior que sem fluido de corte. 
Os detalhamentos discutidos até o momento.se referiam basicamente a-
ferramentas de aço-rápido na faixa de velocidade de até 80 m/min. Em 
contraposição a essas Informações, na refrigeração de ferramentas de mefal-duro 
tem-se algumas características peculiares. Ferramentas de metal-duro trabalham em 
faixas de velocidades consideravelmente maiores ou são' empregadas para 
211 
usinagem de materiais de difícil usinagem, . que levam a solicitações térrnicas 
extremas. 
Material da peca C k 5 3 N 
Mat" da ferramenta S 12-1-4-5 
( E V 4 C o ) 
Seção de usinagerr f * 2x0,25 iwii^ 
Geometria da ferramenta 
20 30 50 m/min 100 
Velocidade de corte v c 
a. 7 X t r 
8 o 10° - 4 o 190° 60° 1 mm 
Ruido de corte 
Emulsão 1:50 
Figura ó.ó — Curvas de desgaste para o corte a seco e com emulsão [T] 
: Na figura 6.7, por exemplo,- estão mostrados os resultados das temperaturas 
médias na superfície de contato do material da peça (TíAl ló V 4) e metal-duro K 20 
em dependência da velocidade para dois avanços • diferenciados. O aumento da 
temperatura é decrescido com o aumento da velocidade de corte, e na.faixa de 100 
m/min atingem valores de 1200 a 1300 °C para os avanços indicados na figura. 
Neste caso a ação' de um fluído de corte com poder de refrigeração é o mais 
adequado, uma vez que para essas temperaturas a dureza a quente do metal-duro 
é tão reduzida, que as ferramentas serão danificadas pela deformação/plástica. 
Sobre a influência do fluido de corte no emprego de ferramentas de metal-
duro, a literatura dá diversas informações. Alguns autores afirmam que não é 
possível a penetração de fluido de corte na região de contato, outros por sua vez 
mostram a possibilidade da lubrificação submicroscópica entre o par ferramenta e 
material que está sendo cortado. 
212 
40 60 80 
Velocidade de corte v_ 
100 m/min 120 
Figura 6.7 - Influência da temperatura no gume da ferramenta para diversas 
velocidades de corte na usinagem da liga TiAI 6 V 4 [1] 
Os resultados do comportamento-da -força de corte, mostrados na figura 6.8, 
são para a usinagem de um aço beneficiado com ferramenta de metal-duro, 
empregando diversos fluidos de corte. O bisulfeto de molíbdênio (MoSJ. aplicado 
sobre a superfície-da peça antes da usinagem e a aplicação de fluído de corte 
durante a> usinagem, mostram que. para pequenas velocidades de corte tem-se uma 
diminuição considerável da força de corte. Já para-velocidades em torno de 64 
m/min as emulsões apresentam uma força de corte máxima, apenas desfocada em: 
relação ao máximo do corte a seco. Isso permite concluir sobre uma refrigeração 
dominante da emulsão, ao passo que o MoS 2 ainda mostra um efeito lubrificante 
considerável. 
213 
40 
daN/mm 
35 
«P- 30 
to 
•g 20 
m 
. o 
£ 15 
1 
Usinagenr* 
a seco 
———< . — ^ 
C > a*" 
1 j 
O — r ~- Emulsão 1:40 > 
12,5 20 3L5 50 30 125 200 m/min315 
Velocidade de corte v r 
Material da peça Ck 55 N 
Mat da ferramenta MO P30 
Seção de usinagem ap-f-3-Q,25( 
Geometria da feramenta 
i I r I t I « | t" [ f 
8 o I 10o! 0 o I 90? l85° 10,5 mm 
Figura ó.8 — influência de diversos fluidos de corte sobre a força de avanço [1] 
Para velocidades de corte acima desse valor, as forças de avanço tornam-se 
maiores do que no corte a seco, o que por sua ver leva à conclusão sobre uma 
' ^ ro tura de contato com o respectivo aumento da resistência do 
material decorrente da diminuição da temperatura. 
Esses resultados confirmam as conclusões [á obtidas para a usinagem com aço-
rápído, que para velocidades de corte maiores a influência do fluido de corte não é 
tão ativa pela lubrificação e sim mais ativa pela refrigeração e outros efeitos. 
Esses efeitos, por exemplo, podem ser a formação de certas formas de filmes de 
sulfatos ou óxidos de proteção sobre a superfície dã ferramenta, no entanto não se 
farão maiores referências a esses resultados- e informações específicas podem ser 
obtidasna literatura técnica correspondente. 
2T4 
6.5 Tendências no uso de fluidos de corte 
Até há poucos anos, as indústrias tinham como objetívo principal a fabricação 
de produtos visando satisfazer aspectos tecnológicos e económicos. Neste período a 
administração industrial era dominada pelos "custos". Recentemente, os aspectos 
ambientais tem-se tornado cada vez mais importantes dentro dos processos 
produtivos, somando-se aos aspectos económicos e tecnológicos. Num futuro 
próximo, para que uma indústria atinfa o sucesso produtivo deverá 
'obrigatoriamente encontrar • um estado de produção que leve em' conta 
simultaneamente os três aspectos mostrados na figura 6.9. 
Aspectos 
Ecológicos 
Leis de proteção 
AmbientalExigências da 
Sociedade 
Sistema 
Produtivo 
Aspectos 
Tecnológicos 
Mercado 
' Consumidor 
Aspectos 
Económicos, 
Figura 6.9 - Fatores integrantes de um moderno sistema produtivo [11]; 
Atualmente, os . aspectos "tecnológicos e económicos apresentam um 
significativo controle em quase todos os processos de-fabricação, por serem vitais à 
sobrevivência da empresa. Já os aspectos ecológicos, apresentam-se como uma 
tímida preocupação por parte de alguns empresários, e um descaso péla grande 
maioria. Neste contexto, leis e normas, de proteção ambientai estão surgindo de 
modo a obrigar a preocupação ambiental em todos os níveis de produção. 
215 
Especialmente dentro dos processos de usinagem/' entre os vários fafores 
existentes, os fluídos dè" corte se apresentam como um dos principais agentes 
nocivos ao homem e ao. meio ambiente, e por esta razão os esforços estão sendo 
concentrados no sentido de reduzir.e/ou eliminar.estp fonte de agressão. Quase 
que na sua. totalidade as operações de usinagem. utilizam fluidos de corte, o que. 
permite atingir níveis de produtividade satisfatórios. Estes níveis de.produção, por, 
sua vez, devem atender os níveis de consumo e manter a eficiência da cadeia de 
produção. . . . 
. Embora os fluidos de corte tenham uma importância significativa nas operações 
de usinagem, os aspectos nocivos impõem a.necessidade de soluções alternativas. 
Diversos estudos comprovam o elevado grau de agressão dos fluidos de corte e 
apontam para á necessidade de providências tecnológicas no sentido de reduzir 
e/ou eliminar seu uso. Tomando esta linha como meta básica para reduzir o 
impacto ambiental dos processos de usinagem, pode-se analisar o uso de fluídos de-
corre sob. os três aspectos básicos dos sistemas produtivos, quais sejam, aspecto 
económico, tecnológico e ecológico, conforme comentado a seguir: 
Aspectos económicos — uma maior atenção foi dispensada aos fluidos de corte 
quando os usuários, perceberam que os custos relacionados à introdução e ao 
tratamento dos fluidos de .corte, podem .atingir o dobro dos custos com as 
ferramentas. Estes - custos refletem-se diretamente' no custo total de produção. 
Embora a relação não seja direta, visto que a redução nos custos com fluido de 
corte não é proporcional à redução dos custos totais de produção, a redução do 
uso de fluidos de corte juntamente com uma otímlzação dos parâmetros de 
processo pode trazer benefícios económicos ao ciclo, produtivo.. , 
Aspectos tecnológicos — o emprego dos fluidos de corte tem, por. vários anos,, 
permitido atingir volumes de produção maiores r. atuando de forma eficaz 
principalmente- na refrigeração do processo de corte. Ainda. como . funções 
significativas podem ser citadas a lubrificação da interface peça-ferramenta e a 
expulsão do cavaco produzido da zona de corte.- . 
216 
Com • o crescente ' desenvolvimento 'de • novos - materiais para ferramenta, 
acompanhado'pela melhora das características'técnicas das máquinas-fèrramentas,. 
a refrigeração e a lubrificação vêm gradativamente perdendo importância dentro 
dos processos de usinagem. Face a isto, o fluido de corte passa a ter uma maior 
importância na função de reduzir o aporte térmico para a peça, permitindo desta 
forma a produção de.peças dentro de estreitas tolerâncias dimensionais. 
Aspectos ecológicos — o fluido de corte, visto pelo aspecto ecológico, mostra-se 
como um agente nocivo ao homem (operador e meio ambiente). Vários estudos 
realizados mostram que o contato permanente com os-fluidos de corte e seus 
subprodutos pode causar vários tipos de doenças de pele, alguns tipos de câncer e 
doenças pulmonares. Este contato pode ser diretamente através do próprio fluido, 
através de névoa, vapores ou subprodutos formados durante a usinagem. Por outro 
lado, o descarte dos fluidos deteriorados pelo uso provoca, de uma forma ou de 
outra, uma. agressão ao. meio ambiente. Pesquisas no sentido de tratar, reaproveitar 
ou reprocessar estes/fluidos: estão, sendo realizadas, porém atualmente os custos, 
envolvidos não são nada atratívos.. 
A criação de leis cada vez mais rígidas tenta reduzir gradativamente o impacto 
ambiental dos processos produtivos. Neste sentido a preocupação ecológica na 
cadeia produtiva ganha uma evidente importância no contexto geral da produção, 
reforçando a necessidade de desenvolvimento de estudos e pesquisas para reduzir 
e/ou eliminar os fluidos de corte em operações de usinagem. O desenvolvimento de 
formas alternativas não-nocivas de produção passa a ser de fundamental 
importância para a humanidade, uma vez que este procedimento^ a{udará a conter 
os atuais níveis de poluição mundial. ".' • 
6.5.1 Alternativas: ecológicas 
a) "Usinagem a seco 
A usinagem a seco se apresenta como a melhor alternativa' para resolver os 
problemas causados pelos fluidos de corte, porém a usinagem a seco não consiste 
217 
em simplesmente interromper a •alimentação de-fluido de corte de.um determinado, 
processo, mas sim exige uma adaptação compatível de todos os .fqtores influentes 
neste processo,, como mostrado na figura 6.10. 
Características da 
peça 
Operação de 
usinagem 
Ausência d a s funções 
do fluído 
USINAGEM A SECO 
Objeávo: obtenção econõmi ca 
e funcional de pecas 
Material a s e r 
usinado 
Máquína-
ferramenta 
Material da 
ferramenta 
Condições de corta 
Material do 
revestimento 
Figura 6.10 - Fatores influentes na usinagem a seco [11] 
Na usinagem a seco não se verificam as funções primárias dos fluidos de corte, 
ou seja,.refrigeração, lubrificação e transporte de cavacos. As consequências disto é 
que a usinagem a seco exige a introdução .de medidas adequadas que possam 
compensar a falta das funções, primárias, do fluido de corte. 
. As restrições à usinagem a seco podem ser as exigências de qualidade da 
peça, mas- também -podem resultar através de determinados materiais (peça-
ferramenta) e/ou combinações de processos. Percebe-se através da atua! situação 
da usinagem a seco, que-muitos, processos não são possíveis de'serem realizados-
devido à atual concepção e desenvolvimento em que se encontram as ferramentas. 
b) Otimização da ferramenta 
Outra forma de encontrar uma solução adequada à redução ou eliminação 
dos problemas oriundos da usinagem sem fluidos de corte é a otimização das 
características da ferramenta empregada no processo. A otimização do substrato, a 
otimização do revestimento e a otimização da geometria servem como ponto de 
218 
partida para-a solução dos problemas. Esta otimização deve ser conjunta entre estas 
três grandezas e o material a ser usinado." Entretanto, cada processo de usinagem 
possuí características próprias, e por_esta razão devem ser desenvolvidos estudos 
específicos para cada um. 
c) Usinagem com quantidade reduzida/mínima de fluido 
A impossibilidade de emprego da usinagem a seco em alguns casos torna 
necessária a manutenção do uso de fluidos de corte, porém os volumes podem ser 
reduzidos para bem abaixo dos volumes tradicionais. Uma drástica redução nos 
volumes empregados nas operações de usinagem contribui significativamente para 
a redução-do impacto ambiental provocado por estas operações. O sucesso 
técnico-econômico de cada operação irá exigir uma adaptação nas características 
técnicas dos fluidos adequadas a esta nova condição de trabalho. 
Um aspecto importante desta forma de utilização de fluido é a definição dos 
limites, dos volumes: empregados em cada caso. Como ainda não existe um termo 
técnico que defina claramente esta condição, os critérios usualmente aceitos são: 
Quantidade reduzida de fluida de corte — QRFC — este termo é utilizado quando 
a vazão defluido empregado na operação for menor que 2 l/min para processos 
com geometria definida, e menor que 1 l/mín por milímetro de largura de rebolo, 
para a retificação. 
Quantidade mínima-de fluido de corte — QMFC — este termo é empregado para 
sistemas de névoa, onde o consumo na operação fique abaixo de 50 mt/h de fluido 
de corte. • 
d) Substituição do processo 
Para os casos em que um determinado processo não permita o emprego das 
alternativas anteriores, uma solução extrema é substituir o processo em questão por 
um ou mais processos alternativos que permitam atingir os mesmos resultados que o 
219 
processooriginai,. Esta - solução -exige>. por:parte- do- usuário-, - a. .disposigpQ..par!3.-.., 
avaliar os processos utilizados e aceitar-o risco de tentar novas formas de.produção.-
,.-... ... i • .1.. •;.. 
• » ' * «*-.«• 
'•••:s -
220 
7 Usinabi l idade , . . . . . 
A-cíassíficação dos aços, assim como a sua designação, é feita primeiramente 
com base na sua composição química, subdividido-os em aços ..ligados e não-
ligados, e pela sua qualidade, com a subdivisão em aços básicos, aços. de 
qualidade e aços nobres. Essa designação é definida pelas normas'DIN EN 10020 
(1988) e DIN EN 10027-1 (1992). , ' . 
Para a determinação de aços fundidos déve-se observar as normas europeias 
dessa área: " 
DIN EN 1 0027-1 Sistemas de codificação — parte 1 : nomes, símbolos principais; 
DIN ENI 0027-2 Sistemas de codificação para aços — parte 2: sistema 
numérico; . " 
DIN EN 17006 -100 Sistemas de codificação para aços — símbolos adicionais 
para normas (Idêntico à norma ECISS 1C10: 1 991). 
A representação de ferros fundidos com grafita lamelar, ferros fundidos com 
grafita esférica; .ferros fundidos ligados temperados e ferros fundidos ligados 
resistentes ao desgaste está definido pela norma: 
- E DIN EN 15ó0 — área. da fundição — sistema de codificação para ferros fundidos 
— representação e número do material. 
Neste capítulo ainda são mantidas as denominações e representações antigas 
para aços, aços fundidos e ferros fundidos, visto ainda, estarem em uso industrial 
atualmente e as normas estarem em vigor. Para a determinação das novas 
representações devem ser observadas as normas listadas anteriormente. 
7.1 O Termo "Usinabilidade" 
O termo usinabilidade compreende todas as propriedades de um-material que 
têm influência sobre o processo de usinagem. Com o termo usinabilidade são 
descritas todas as dificuldades que um material apresenta na sua usinagem. 
A usinabilidade de um material sempre é observada no contexto do processo 
de fabricação, do material da 'ferramenta e das condições de corte. Para a 
descrição da usinabilidade muitas vezes são empregados os símbolos (ZJ e (7J, 
221 
onde o índice "v" está para o desgaste, e o índice "s" para o cavaco e formação de 
cavaco. ' • . 
A^usinabitídade Z, baseía-se na posição e no comportamento de desgaste em 
relação à velocidade de corte, trabalhando-se com velocidades de corte acima da 
faixa de formação de gume postiço. Para uma certa operação, a usinabilidade Z, deve 
ser aceita como boa quando o material pode ser usinado, com velocidade de corte 
elevada e com seção de cavaco grande, resultando um pequeno desgaste da 
ferramenta. Com a usinabilidade Z, é descrito .basicamente o comportamento de 
desgaste. 
A determinação'da usinabilidade-Zs~baseta-se em observações da formação 
de cavaco. Z^ é tido como bom, quando a adesão do material é pequena e não se 
formam cavacos ém forma de fíta_ou enrolados e a superfície é lisa e Isenta de 
rebarbas. Z s também depende da velocidade de corte, sendo que com o aumento 
da velocidade de corte geralmente veriflca-se uma melhora na qualidade 
superficial. 
Para. avaliar a usinabilidade-geralmente são usados quatro critérios: 
- Vida da ferramenta; 
- Força de usinagem; 
- Qualidade superficial da peça; 
- Forma dos cavacos. 
7.2 Testes de Usinabilidade 
A usinabilídaâe é uma propriedade complexa do material a ser usinado e é, 
na usinagem com um certo material de ferramenta, independente das propriedades 
de manutenção da integridade de gume da ferramenta. Como manutenção da 
Integridade de gumes é-definida a propriedade do gume de uma ferramenta de 
resistir aos esforços que ocorrem durante formação dos cavacos de um material da 
peça por um determinado tempo. No julgamento e no teste de usinabilidade são 
empregados vários critérios que necessariamente não são interdependentes, e 
devem portanto ser determinados separadamente. 
222 
7.2.1. Critério vida da ferramenta 
Para a caracterização da usinabilidade de_um material de'peça, a vida da 
ferramenta "1" é o critério de maior importância. A vida "T" é o tempo mínimo 
durante o qual uma ferramenta resiste do Início do corte até a sua utilização total, 
relacionada a um certo critério de fim de vida sob certas condições de usinagem. 
Para a determinação da vida de uma ferramenta, -na prática são empregados 
testes de longa duração, com as velocidades de corte usuais em máquinas-
ferramentas, o que no entanto exigem um elevado tempo de ensaio e grande 
quantidade de material. 
"Testes rápidos são empregados para obter uma informação rápida com o 
mínimo gasto de material possível, permitindo valores de comparação de 
usinabilidade de diversos materiais. Os valores característicos obtidos dos ensaios 
rápidos só permitem comparações vagas com os resultados obtidos nos testes de 
longa duração.. .Os...testes rápidos são empregados no controle de qualidade de 
entrada, de, material- da peça e da ferramenta, bem como para a supervisão-da 
usinabilidade;: . 
Testes de tomeamento-temperatura 
O teste de "torneamento-temperatura" é empregado como teste de longa 
duração, sempre que o fator dominante na vida da ferramenta é a temperatura e 
não o desgaste da ferramenta. A vida é definida como o tempo contado a partir do 
início do ensaio com velocidade de corte e avanço constantes (v. = constante e f = 
constante) até o instante em que se tenha destruição total da ferramenta (desgaste 
hiperproporcional). 
O reconhecimento do desgaste hiperproporcional e feito através do 
surgimento de marcas na superfície da peça ou se a superfície de corte apresenta 
superfícies brilhantes ou com cores de revenimento, que< podem- surgir devido à 
oxidação superficial da peça. Cavacos despedaçados ou uma modificação do ruído 
no processo também indicam uma destruição avançada da ferramenta, que terá 
como consequência a destruição da ferramenta como fim de vida. No relatório de 
223 
ensaio deve ser indicado o tempo para o qual ocorreram as primeiras alterações; 
bem como o tempo necessário para a destruição total da ferramenta. 
No torneamento longitudinal, são escolhidas quatro velocidades de corte com 
um certo escalonamento, obtendo-se vidas na faixa (5 min < T < 60 min). O 
material de ferramenta empregado é usualmnte especificado como sendo o aço-
rápido HS 10-4-3-10, com propriedades de qualidade superior. Metal-duro e 
cerâmica de corte não são adequados para esse tipo de ensaio' em virtude de sua 
alta dureza a quente. 
Em um papel log-log com divisões iguais, na abcissa é alocada a velocidade 
de corte em m/min, e na ordenada a vida em minutos, figura 7 .1 . O 
comportamento da curva pode ser aproximado por uma reta sobre toda a extensão 
do campo de velocidade. Partindo-se da equação da retar 
y = m x + n (7.1) 
Obtém-se para. a representação bilogarítmica: 
log T = k . log v c + log Q (7.2) 
e após a deslogaritmização obtém-se: 
T ^ v ^ . Q (7.3) 
Esta é a equação denominada de Equação de- Taylor. A modificação dessa 
equação para a variável v c também é empregada na prática,como segue: 
v c = T , / k . C T ou yc:T}/í=Cr (7.4) . 
onde 
Q = C; 1 / f c .(7.5) 
224 
100 
min 
80 
60 
40 
30 
20 
•> 1 0 
k =tan-n = -11,4 l"L 
j - = 0 , 0 9 
T 0 , 0 9 _ c r . 
T Vida 
v c Velocidade de corte 
T] Indinação da curva v c 
Material da peca Ck45 
Material da ferramenta S 10-4-3-10 
10 2 0 
Velocidade de corte v_ 
40 60 HL 100 
mm 
Figura 7.1 - Curva de vida no ensaio de torneamento - Yida [1] 
Nessa equação C^ (a vida T para uma velocidade de corte v c = 1 m/mín) e C T 
(velocidade de- corte v c para a vida T = 1 min) correspondem aos eixos de 
coordenadas, enquanto o fator !c representa a inclinação da reta (k — tan a^). 
Um comportamento inclinado da curva de vida, que indica, uma grande 
variação da vida para uma pequena variação da velocidade de corte, mostra uma 
influência dominante da temperatura, ao passo que um comportamento menos 
inclinado Indica uma influência grande do desgaste. Valores usuais para inclinação 
k estão situados entre -7 e -\. Materiais de peça e materiais de ferramenta têm' um : 
comportamento diferenciado para seções de cavaco, grandes, ou pequenas, 
principalmente para velocidades de corte que levam a vidas muito pequenas ou, 
muito grandes, de forma que essas condições também .podem influenciar a 
Inclinação da curva v c - T. 
225 
Ensaios de tomeamento-desgasfe 
O .ensaio de vida no torneamento relacionado ao desgaste sempre é 
executado quando não é a temperatura que leva ao final da vida da ferramenta, e 
sim o desgaste. Ensaios de usinabilidade com ferramentas de metal-duro' e 
ferramentas de aço-rápido, nas altas velocidades de corte usuais atualmente, 
normalmente apresentam desgaste abrasivo no flanco e desgaste de cratera na face 
simultaneamente, sendo ambos critérios para fim da vida. da ferramenta. 
' No ensaio de desgaste no torneamento, mantém-se a velocidade de corte 
constante e determina-se a -marca de desgaste no flanco e na face da ferramenta, 
em intervalos de tempo pré-determinados. De uma forma geral é suficiente quando 
a marca de desgaste de flancos VB, a profundidade- de cratera K í e o afastamento 
médio da cratera KM são medidos. 
Para a representação dos dados obtidos nos ensaios, emprega-se papel 
iog-tog com divisões iguais nos dois sentidos, em cuja abcissa se plota o tempo de 
corte. rc em: minutos,: e na ordenada a marca- de desgaste VB, ou a relação de 
desgaste K. Para uma velocidade de corte constante, os. valores, dos resultados 
aproxímam-se de-uma reta, figura 7.2. Tendo-se essas curvas, é determinada a vida 
correspondente T a uma marca de desgaste VB constante ou uma relação de 
cratera K para todas as velocidades de corte, sendo os valores correspondentes são 
plotados em diagramas de vida = ffvj ou T K =• f (v j . 
Dessas curvas pode-se obter: 
- A velocidade de corte para uma determinada vida (por exemplo T = 20, 30, 00 
min) e uma determinada marca de desgaste (por exemplo VB = 0,2 mm, K = 0,1 
ou KJ = 0,1 mm). Isto é, a velocidade de corte para a qual após uma vida de 
aproximadamente 30 min, ocorre uma marca de'desgaste com uma largura de, por 
exemplo, VB = 0,2 mm (escreve-se V^va-o^- É útil indicar-se ainda a inclinação 
das retas - 1 A da curva correspondente em um ponto; 
- As duas equações para as'formas de desgaste', marca de-desgasteou-profundidade-
de cratera da parte reta das curvas vc - T ou v c .T 1 / k = C T , onde os valor numérico - l / k 
e C T devem ser indicados. 
As curvas também fornecem informação sobre a influência dos tempos de 
corte e da velocidade de corte, sobre a ação do desgaste do material da peça e da 
22Ó 
garantia de corte do material da ferramenta. De um forma genérica, essas curvas 
são mais inclinadas para o-desgaste de cratera do que para desgaste de flanco. 
Valores usuais para k estão situados na faixa de -7 e -12 para aços-rápidos, -2 e -ó. 
para metal-duro e na faixa de -1,5 e -3 para cerâmica de corte. 
Flanco.. Faca 
Figura 7.2 - Esquema para a avaliação do estado de desgaste no ensaio de 
desgaste no torneamento (segundo a recomendação de Stahl-
Eísen-11Ó2) [1] 
Ensaios de torneamento com vida dependente, da temperatura e com aumento da 
velocidade de corte 
No ensaio do torneamento com vida da ferramenta dependente da 
temperatura e com velocidade de corte crescente (teste v^, como ensaio de curta, 
duração,, é realizado o. torneamento a seco,.com corte não-interrompido. Sob 
condições, de corte pré-determinadas procede-se a variação da velocidade de corte 
continuamente a partir de uma velocidade de corte iniciai (velocidade de corte ínciat 
= v ^ . Esse ensaio é executado até a destruição total do gume da ferramenta 
(desgaste hiperproporcional), que ocorre: para a velocidade v^, figura 7.3. O 
aumento de velocidade deverá ser de aproximadamente 5 m/min para um percurso 
227 
da ordem de 25 m. A velocidade inicial deve ser escolhida de tal forma que.o. 
gume da ferramenta atinfa o fim- da vida após um percurso total de 120 a 170 m, 
O, ensaio deve ser repetido 5 vezes para permitir a obtenção de um valor médio de 
v^ mais confíável. Como valor característico é considerada a velocidade média v^ 
na qual ocorre o desgaste hiperproporcional. 
Esse método é adequado para a supervisão do fornecimento de materiais de 
peça e para a determinação da usinabilidade de diversos materiais ferrosos tratados 
termicamente de maneira diferente, não sendo adequado para tirar conclusões 
sobre a usinabilidade de materiais quando da utilização dé ferramentas de metal-
duro ou cerâmica de corte. 
Desgaste Hiperproporcional 
, ^ ^ r ^ — 4- | v C £ Velocidade de corte máxima 
— ' " T j v T I I VQA. Velocidade de corte inicial 
0 50 100 m 150 
Comprimento de corte L 
Figura 7.3 - Ensaios v,^ com variação contínua da velocidade de corte [1] 
Ensaio de vida com medição do percurso total desenvolvido pela ferramenta 
Este é um ensaio de torneamento de curta duração executado com velocidade 
de corte elevada, no qual a temperatura é um critério de fim>de vida. Como nesse 
ensaio a medição da vida da ferramenta levaria a resultados muitos Imprecisos, 
mede-se o percurso desenvolvido na usinagem, Isto é, o percurso que a quina da 
ferramenta desenvolve ao longa do comprimento I d desde o início do corte até a 
destruição do gume. 
As ferramentas, os materiais da peça, os equipamentos empregados e as 
condições de trabalho para este tipo de ensaio são os mesmos empregados para o 
ensaio com vida dependente da temperatura e com aumento da velocidade de 
corte. O mesmo vale para a execução dos ensaios, assim como para a avaliação 
228 
dos resultados. O número característico do ensaio é a velocidade de corte que 
permite obter um percurso total de usinagem de 1 00 m..(vc100). 
Em decorrência da velocidade de corte elevada, só podem ser feitas 
comparações entre os resultados de trabalho dentro ' de um mesmo local de 
trabalho. Dificilmente os valores podem ser transferidos para outras condições. 
Para a determinação das grandezas de desgaste, são empregados diversos 
equipamentos. A marca de desgaste VB pode ser determinada com uma lupa ou 
com um microscópio de ferramentaria. 
O desgaste de cratera normalmente é medido com rugosímetro. (por exemplo 
Perthometer). Para tal, faz-se uma medição da cratera no sentido da saída do. 
cavaco, empregando-se uma agulha de medição específica para esse fim. O 
resultado descrito no protocolo de medição pode ser calculado manualmente. 
7.2.2 Critério força de usinagem 
O conhecimento da grandeza e da,orientação da força de usinagem F ou de 
suas componentes força de corte F c / força de avanço F fe força passiva Fp é a base: 
- Para o projeto de uma máquina-ferramenta,Isto é, para o dimensionamento 
correto das estruturas, acionamentos, fixação de ferramentas e guias, entre outros 
elementos; 
- Para a determinação das condições de corte em condições de trabalho; 
- Para a. avaliação da precisão de uma máquina-ferramenta, em certas condições de 
trabalho (deformação da peça e da máquina); 
- Para a determinação de procedimentos que ocorrem na região de formação de 
cavaco e para a explicação de mecanismos de desgaste. 
Além disso, a grandeza da força de usinagem é um critério para a 
usinabilidade de um materiab- geralmente materiais de. difícil usinabilidade. 
apresentam forças de usinagem maiores. 
Além das condições de corte, da geometria e do material da ferramenta, o 
material da peça também influencia a grandeza da força de usinagem. 
Dos fatores que influenciam a força de usinagem, Inicialmente serão 
enumeradas as condições de corte e a geometria da ferramenta. 
229 
Através do aumento do teor de carbono e do aumento da força específica de 
corte de um aço ao carbono (figura 7 . 4 ) , como também para aços com baixa liga 
de cromo, figura 7 . 5 , uma relação proporcional pode ser adotada com relativa 
precisão na~forma que segue: 
^ ( N / m m 2 ) = 1 4 5 0 (N/mm2) + 3 0 0 (N/mm 2) . A C 
CQ = 0 , 1 5 % com' A C = C - C 0 
(7-Ó) 
Parâmetro: aumento do teor de C 
S i ? 0 , 7 5 
1 
"1 f 
1 1 
> ~ r - 1 i 
Pr 
S "« 
4 - - - H -
r i i 
J — x _ T 
\ l / - 4 
1650 
5 N / m m * 
§ . 5 g = 1550 
co 1450 
LU 
0 
— L 
1 
/ 
/ —u 
v. r # ^ -+± \ 4 -_ i cr r -r T T r T T r T ~~7 
CT5G C35V Oc45 C W S N Oc45N CSd3 Oa50GSf70-2 
0 5 G O S S V CW5N C M 5 N Clc45V Q£3H OcáON Ck70K 
Q 5 N Oc45<3 Oc45N OÍ45N- 3)50-2. Oc53N OcéOV C105VTIG 
Figura 7 . 4 — Força' específica de corte e propriedades mecânicas de aços 
carbono [1 ] 
Variações significativas podem ocorrer principalmente com diferentes, teores de 
elementos de liga redutores da força específica de corte (por exemplo enxofre), 
figura 7.6. 
230 
Parâmetro: aumento do teor de C; de Cr e de outros elementos de ffga 
250 
200 
h 
-o es 
<B l5 "m 
ZI c 
J2 
a o 
(O ' 
tr 
150 
o 
35 
% 
30 
25 
. 0 
800 
N/W 2 
600 
W0 
Q 
0,85 
— 2 
3= 
S 0,75 
I 
1750 
N/no2 
5 <a -J LL Q-
láOO 
1500 
0 
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v r \ /— - A 
r - 1 t : 
1 1 1 . 1 1 
1 / 1 N. 
1 " 
1 
< í i 
\^\ 
- 4 -
J -
-f 
t 
4- 1 
— 1 — 
ISOMoSG 30CrNiMo8G 34Cr*3 -«Cr*3 lOOCnSG 
ISCrNíéG 30CrMoW3 3<OWo4G -tóCrMo4G 
19&NI8G 31CrWoVVG J4CrNTMoóG 50GV4G 
Figura .7.5 —Força.específica de corte e propriedades mecânicas de aços com-baixo 
teor de cromo [11 
Parâmetro: aumento do teor de S 
250 
<S> 5 ~a 
"2 H < 
I 1 I 
30 
- i h 
•5 " o f 
O t9 
i - O 
20 
1000 
N/mm2 
800 
600 
0 
0 , U 
% 
- 0,12 
0,03 
0 ,0* 
± 5 
— P i 
4 - 3 
l 
— 
-
Oc-tó N 
Figura 7.ó — Força específica de corte e propriedades mecânicas em função do teor 
de enxofre do material Ck 45N [1] 
231 
7.2.3 Critério qualidade superficial 
A qualidade de superfícies òbtidas~"por usinagem pode ser-um critério para a 
determinação dos parâmetros de entrada na usinagem, caso não ha|a outros 
critérios específicos. 
Como fatores influentes • sobre a qualidade- superficial, de início serão 
consideradas as condições de corte e a geometria da ferramenta. Os fatores que 
influenciam na superfície estão resumidos, de forma característica, na figura 7.7. 
A rugosidade cinemática é decorrente da forma da quina da ferramenta e do 
movimento relativo entre peça e ferramenta. No torneamento, ela é influenciada" 
principalmente pela forma do gume e pelo avanço. A figura 7.8 mostra as relações 
geométricas, enquanto a figura 7.9 faz uma comparação entre os valores medidos 
e a rugosidade calculada para uma velocidade de corte constante sem perturbações 
no processo devido ao gume postiço. O desvio entre a rugosidade real e a 
rugosidade, teórica, é relacionado com a espessura mínima de usinagem, que 
aumenta com o aumento do raio do gume. 
Grandezas influentes sobre a qualidade superficial na usinagem de metais 
Influenciado 
por 
avanço 
Velocidade de 
corta 
Ruoc^dadednemâflca { {Rugosidade da superfície de•corte j Outras influências 
Influenciado 
por. 
Desgastar» 
gume secundário 
Mec. de corte e 
Movimento Perfil do deformação no 
relativo do gume de corte gume de corte; 
gume da Zona de 
ferramenta retenção de 
: gume postiço , 
Influenciado 
por 
Geometria de 
corta ative 0,7.x 
Tipo, estrutura e 
resistência, do 
meteria! da peca 
Terrrperturada 
corte 
Mat de corte 
Alteração da 
superfície de 
corte 
Influenciado 
por: 
Desgaste na 
quina e 
supeifldelhre 
Relação entre 
atrito 9 desgaste 
Ruido 
refrigerante' 
Vibrações; cavacos em 
contato com a peça; 
deformação dos 
mecanismo» de avanço 
Influenciado 
por 
Rigidez de sistemas cinarrico* 
Fenamentarpeça^Tiáquina 
FotcadecortB-
Fòrmaçao de cavaco 
Esrutura intem do gume 
Material da peca 
ComScõee de corte 
Figura 7.7 - Fatores influentes sobre a qualidade superficial na usinagem de metais 
(segundo F. Beiz) [1 ] 
232 
Figura 7.8 - Condições geométricas no torneamento [ 1 ] 
Figura 7.9 - Rugosidade teórica e medida para diversos: avanços e raios de quina 
de ferramentas (segundo Moll e Brammerte) [1] 
233 
A influência da" velocidade de corte sobre a rugosidade está mostrada na. 
figura 7.10. O máximo da rugosidade para velocidades.,de corte pequenas está 
relacionado à formação do gume postiço e'às partículas do gume postiço que 
migram para a região entre a ferramenta e a superfície da peça. A redução 
.considerável dos valores de rugosidade para maiores velocidades de corte é 
explicada pela, redução da Intensidade da formação de gume postiço, na faixa em 
que se forma o cavaco contínuo. 
24 
. ~ um 
20 
16 
CD 1 7 
-o X í ca 
T3 
</> o 
O ) 3 
rr s 
Material da peça C"45 H 
Material da ferramenta HW - P10 
Seção transv. do cavaco ap. f= 3. 0,25 mm 2 
Geometria do gume 
a1 r8 
6o 5 o 0 o 70° 90° 1,2 mm 
50 100 150 
Velocidade de corte vc 
250 
Figura 7.10 - Influência da velocidade de corte sobre a rugosidade da peça [1] 
A profundidade de' corte a p não tem Influência sobre a qualidade superficial, 
desde que a mesma seja maior do que a p m i n (ap > a p m i n ) . Esse valor mínimo da 
profundidade de corte está situado na faixade 4 a 10 f im. 
Dos ângulos da geometria da ferramenta, o ângulo da saída e o ângulo de 
posição têm a maior influência sobre a qualidade superficial. Com o aumento 
positivo do ângulo de saída a rugosidade diminui. A diminuição do ângulo de 
234 
posição aumenta a probabilidade de vibrações regenerativas que levam a uma 
piora da qualidade superficial. ; . 
Também o desgaste da" ferramenta-tem uma influência sobre a qualidade 
superficial das peças. São importantes para a caracterização.-da superfície no 
torneamento o desgaste do flanco secundário e do raio de quina. O desgaste do 
gume principal, em virtude das condições geométricas no torneamento, não tem 
influência sobre a qualidade superficial (comparar com a figura 7.8). 
A figura 7.11 mostra a relação entre a rugosidade média Ra e o tempo- de 
corte t c para diversos avanços f. A rugosidade crescente com o aumento do tempo 
de corte é relacionada com a formação de ranhuras na área do gume secundário. 
Já a diminuição da rugosidade para um pequeno tempo de corte pode ser 
explicada pela estabilização do. gume. 
a 
/ I 
/ f =0,2 mm 
0 I I I I ' I • 
5 10 15 20 min 25 
Tempo de corte t c (min) 
Figura 7.11 - Dependênciaentre a rugosidade média R^e o tempo de corte 
(segundo D. Spurgeon e R. A. C. Slater) [1] 
A rugosidade cinemática pode ser superposta por uma rugosidade de 
processo. Esta pode ser verificada, por exemplo para o torneamento, na medição 
da rugosidade ao longo de uma ranhura. Geralmente a superfície se toma opaca. 
A formação da rugosidade de processo é, de uma forma geraf, regida por 
235 
fenómenos que ocorrem no gume da ferramenta, que por sua vez são relacionadas; 
diretamente ao comportamento do material que está sendo "usinado. As 
dependências básicas para a rugosidade de processo são mostradas na figura 
7.12. Particularidades para a influência de diversos materiais e as suas estruturas 
sobre a rugosidade serão elucidadas nos itens 7.3 a 7.7. 
Ctsalhamento na zona Deformação plástica posterior da / 
de corte superffáerusinada-pelogume-. :' 
Figura 7.12 - As diversas etapas na formação do gume postiço (segundo F. Berz) [1] 
7.2^4 Critério formação de cavaco 
A forma e tamanho dos cavacos, bem como a maneira-com que se forma o 
mesmo, têm uma importância predominante principalmente' em processos que 
apresentem um volume- de espaço reduzido para armazenamento do cavaco (por 
exemplo furacão, brochamento e fresamento) e em autómatos de usinagem, devido 
ao pequeno espaço disponível para o trabalho e ao grande volume de cavaco 
gerado. Além disso existe possibilidade de concluir-se sobre a usinabilidade de um 
material pelo fator de recalque do cavaco. 
As principais influências sobre a formação de cavaco são as condições de 
corte e a geometria da ferramenta. A quebra adequada do cavaco pode ser obtida 
. _ " 23Ó 
pelã diminuição da deformabilidade do material da peça ou pelo aumento da 
deformação do cavaco. Como a capacidade, de deformação- dp material é 
dependente da temperatura"na região de corte/ uma redução da velocidade de 
corte ou a refrigeração da região de corte levam a cavacos mais quebradiços. 
De importância maior, no entanto, é o aumento do grau de deformação por-
um maior curvamento do cavaco. Para istodeve-se reduzir o ângulo de saída ou 
empregar-se um quebra-cavaco. Também um aumento da espessura de usinagem, 
para o mesmo raio de curvatura do cavaco, leva a um grau de deformação maior 
na região externa do cavaco, o que por sua vez propicia a sua quebra. 
A formação do cavaco é basicamente influenciada pela deformabilidade, 
tenacidade e resistência ou estado metalúrgico do material da peça. Um aumento 
da resistência ou uma diminuição da tenacidade geralmente levam a uma quebra 
melhor do cavaco. Assim, estruturas com grãos grosseiros (por exemplo as obtidas 
por um tratamento térmico de crescimento de grão) ou com inclusões duras 
favorecem a ocorrência de cavacos irregulares ede quebra mais fácil. 
Umã:^fãrídè7~Trífiuêncía sobre o mecanismo de. formação, de cavaco é 
propiciada, pelos elementos químicos fósforo, enxofre e chumbo. Estes' materiais 
levam a um cavaco de quebra fácil e, em decorrência disso, são adicionados aos. 
aços dos quais se espera uma boa usinabilidade. 
Como o desgaste da ferramenta, principalmente a formação de uma cratera 
durante a usinagem, ternfuma influência Imediata sobre a geometria da ferramenta,, 
considera-se que o desgaste age sobre o mecanismo de formação de cavaco. 
Ferramentas de metal-duro sem quebra-cavacos sinterizados na pastilha apresentam 
cavacos com raio de curvatura menor à medida que aumenta da profundidade- de 
cratera, isto é, o grau de deformação do cavaco é aumentado. Disso, em geral, 
resulta uma quebra de cavaco melhor. 
Ferramentas com quebra-cavaco. stnterizada na pastilha tem .-essa ranhura 
modificada com o aumento do tempo de corte. Em virtude disso o raio de curvatura 
do cavaco pode aumentar e, em função deste aumento, a quebra de cavaco torna-se 
menos propícia. O critério da formação de cavacos normalmente é relacionado com 
o ensaio de vida da ferramenta pela observação dos cavacos produzidos. 
237 
Afigura 7.13 mostra diversas formas de cavaco e sua designação! As quatro 
formas superiores-apresentam um transporte de,cavaco difícil. Cavacos helicoidais 
planos preferencialmente apresentam- a sua saída tangenciando o flanco da 
ferramenta e, em decorrência disso, danificam o suporte e a quina da ferramenta. 
Cavacos de fitas, cavacos emaranhados e cavacos fragmentados apresentam um 
perigo ao operador da máquina-ferramenta. 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
-
\ 
j p | li i 3 Q 6) n ^ v 
em 
fita 
emara 
nhado 
fita 
hélice 
plana 
hélice 
oblíqua 
hélice 
cil. 
longa 
héiice 
cil. 
curta 
héiice 
espiral 
bom 
espiral vírgula arran 
cados 
fZZMIZM 1 " " ú t i i i | 
l l l l i l l desfavorável J | | § i 
Figura 7.13 — Formas de cavaco no torneamento (segundo recomendações de teste 
Stahl -Eisen) 
7.3 Fatores Influentes Sobre a. Usinabilidade de Aços 
• Do ponto de vista do material a usinabilidade de aços é determinada por sua 
estrutura e suas propriedades mecânicas (dureza, tenacidade). Para a formação da 
estrutura e, com isso, as propriedades mecânicas deve-se observar: 
- Teor de carbono; 
- Elementos de liga; 
Tratamentos térmicos. 
238 
7.3.1 Usinabilidade em função do teor de carbono" 
Como exemplo de aços de qualidade não-ligados (aços-carbono) e aços de 
baixa liga (soma dos elementos de liga <-5%) determina-se a influência do teor de 
carbono sobre a usinabilidade, que é responsável pela formação da estrutura e 
consequentemente pela dureza e tenacidade desses aços. 
Os principais elementos da estrutura desses aços são: . ^ 
- Ferrita (Fe-a); 
- Cementita (Fe3C); 
- Perlita. • " 
Dependendo do teor de carbono, caóa um destes elementos, cujas 
propriedades são mostradas na tabela 7 .1 , determina a usinabilidade dos aços. 
Tabela 7.1 - Propriedades mecânicas e componentes do sistema ferro-carbono 
(segundo Vieregge) [1] 
Dureza HV 10 
Res. Mecânica 
(RJ 
N/mm 2 
Res.Mec. 0,2% 
N/mm2 
Alongamento 
(23. 
% 
Ferrita 80 até 90 200 - 300 9 0 - 1 7 0 70 até 80 
Perlita 210 700 - 850 300 -500 30 até 50 
Cementita > 1100 - - -
Austenita 180 5 5 0 - 7 5 0 300 - 400 50 
Martensita * 650 até 900 1380 -3000 -
Ferrita 
A ferrita apresenta uma resistência pequena e baixa dureza, e tem uma alta 
deformabilidade. 
Cementita 
A cementita é dura e frágil e praticamente não pode ser usinada. Dependendo 
do teor de carbono do aço a cementita pode se apresentar de forma livre ou ser 
solubilizada na perlita. 
239 
Perlita 
-A:perlita é uma mistura .eutéíica de ferrita e cementita. Nos materiais tratados' 
nesse capítulo, a perlita aparece principalmente na forma lamelar. Dependendo do 
tratamento térmico (recozimento), a perlita pode estar também presente na forma 
globular. 
Aços-carbono com teor de carbono C < 0 , 8 % são classificados como 
hipoeutetóides. Os constituintes da estrutura de aços-carbono . não-ligados 
hipoeutetóídes estão mostrados na figura 7.14. 
PERLITA 
Mistura eutétjca deferrita (37%) 
a cementita (13%) 
Pequeno grau de deformação 
Alta dureza (210HV 10) 
Muito pequeno poder de adesão 
e ABS 
Provoca desgaste abrasivo 
Favorável à-formação de 
cavacos 
Nenhuma formação de rebarbas 
Boa qualidade superficial 
ura , 
FERRfTA 
a-ferro 
krz-tipo de estrutura 
Alto grau de deformação 
Bbca dureza (80- 90 HV10) 
Alto poder de adesão a 
ABS 
Pequena açáo de desgaste 
Desfavorável à formação 
de cavacos 
Formação de rebarbas 
Baixa qualidade superficial 
Figura .7 .14. — Constituintes da estrutura .de .aços-carbono, hipoeutetóides 
(normalizados) [1] 
A usinagem da ferrita é dificultada pelos seguintes faforesr 
Grande tendênciade. adesão com a ferramenta - formação de gume postiço; 
Formação de cavacos em fitas e cavacos emaranhados (indesefáveis), em 
decorrência de sua alta deformabilidade; 
Qualidade superficial ruim e formação de rebarbas na peça. 
A perlita apresenta dificuldades na usinagem pelos seguintes fatores: 
Forte desgaste abrasivo; 
240 
- Maiores forças de usinagem em decorrência da sua menor deformabilidade e 
sua maior dureza. ••" _• 
A usinabilidade de aços com um teor de carbono inferior a 0,25% é 
caracterizada principalmente pelqs propriedades da ferrita livre. Devido à alta 
deformabilidade desse material, a rugosidade da superfície usinada é grande. Em 
velocidades de corte baixas forma-se gume postiço. 
O desgaste das ferramentas aumenta pouco com o aumento da velocidade, e 
o mesmo comportamento é mostrado pela temperatura de corte. As ferramentas, 
empregadas devem apresentar um ângulo de saída positivo grande (por exemplo no 
torneamento y 0 > 6°). Para a diminuição da tendência-de adesão e para melhorar a 
qualidade superficial, em geral se empregam óleos de corte que apresentem 
qualidades de lubrificação melhores que as de refrigeração. 
Grandes dificuldades são encontradas na usinagem de aços com teor de 
carbono inferior a 0,25%, em operações de sangramento e de furacão, 
aJargamento e corte de rosca. Em virtude da alta deformabilidade e das 
características .dos' processos acima citados, processos de fabricação com baixa 
velocidade de- corte vão apresentar uma caracterização superficial de péssima 
qualidade. Além disso, tem-se a formação de rebarbas na usinagem. 
Com o aumento do teor de carbono (0,25% < C < 0,4%), aumenta a 
proporção de perlita. Com isso tem-se um maior influência das propriedades da 
perlita-sobre a usinabilidade do material, e a deformabilidade. diminui. Este efeito 
tem as seguintes consequências para a usinabilidade: 
-Diminuição da tendência à adesão e da faixa de formação- do gume postiço para 
velocidades de corte mais baixas, figura 7.15; 
- Em razão da maior solicitação da região dè canfato, aumenta a temperatura no 
gume e o desgaste da ferramenta; 
- Melhora da qualidade superficial, da formação de cavacos e das formas de 
cavaco. 
Como materiais de ferramenta podem ser empregados aço-rápido, metal-
duro e cerâmicas de corte (para altas velocidades de corte). No emprego de metal-
241 
duro deve-se.escolher os metais-duros menos reativos do grupo P, com alto.teor de 
carboneto, de titânio e carboneto de tântalo, sendo também empregados metais-
duros revestidos. As ferramentas devem apresentar geometria positiva. 
A usinabilidade pode ser melhorada consideravelmente pelo tratamento 
térmico de crescimento de grão para baixos teores de carbono, e pelo tratamento 
térmico de normalização para teores de carbono acima de 0,35%. Uma 
deformação., a frio do material tem um efeito positivo sobre a usinabilidade, 
principalmente sobre o critério de usinabilidade relacionado à formação de cavaco 
Velocidade de corte v c 
Figura 7.15 - Descrição esquemática do comportamento velocidade de corte -
desgaste, para o- tomeamento-.de aços com teor de carbono 
variável (segundo Vieregge) [1] 
Com o aumento do teor dé. carbono (0,4% < C < 0,8%), o percentual de 
perlita na matriz aumenta gradativamente e o teor de ferrita diminui até que se 
242 
atinja 0,8% de carbono, quando tem-se predominantemente perlita. O efeito dessa 
tendência sobre a usinabilidade é verificado principalmente em aços com baixos 
teores de carbono. - _ . ' 
Já em baixas velocidades de. corte, ocorrem temperaturas relativamente 
elevadas. Ao mesmo tempo tem-se uma solicitação de pressão crescente sobre a 
região de contato e principalmente o desgaste de cratera aumenta 
consideravelmente com o aumento da velocidade • de corre.' Raramente ocorrem 
dificuldades decorrentes de uma formação- de cavaco inadequada. A relação 
esquemática entre a usinabilidade e o" teor de carbono, levando em consideração o 
desgaste e a formação de cavaco, é mostrada na figura 7.1ó. Com o aumento do 
teor de carbono tem-se uma melhora na formação de cavaco e o desgaste 
aumenta. Uma boa usinabilidade é alcançada para aços carbono' com teor em 
torno de 0,25% C. 
as 
ç 
3 
0,25% Teor de carbono 
Figura 7.16 - Dependendo esquemática entre a usinabilidade (Z,+J e o teor de 
carbono para aços não-ligados (segundo Vieregge) [1 ] 
Aços com teores de carbono entre 0,4 e 0,8% são considerados de boa 
usinabilidade somente com relação aos critérios de formação de cavaco e 
qualidade superficial. Para reduzir o rápido avanço do desgaste em virtude das altas 
solicitações térmicas e mecânicas deve-se reduzir a velocidade de corte ou utilizar 
243 
fluidos refrigerantes. Outra medida no sentido de diminuir o desgaste é fazer um-
recozimentona peça. • • ' ' 
Como materiais de ferramenta,-assim como"nos aços com teor de carbono de 
0,25% < C < 0,4%, podem ser empregados todos os tipos de aço-rápído, os 
mefais-duros_ do grupo P com alto teor de TiC e TaC, metais-duros revestidos e 
ferramentas de cerâmica. Em decorrência, da solicitação térmica e mecânica mais : 
eíevada do gume da ferramenta, a cunha deve ser mais rígida (por exemplo no 
torneamento o ângulo de saída deve ser de ó° positivos). 
Na tabela 7.2 estão mostradas as composições químicas, as propriedades 
mecânicas e forças específicas para aços de baixa liga, aços hipoeutetóides e aços 
hípereutefóides. 
Tabela 7.2 - Composição química, propriedades mecânicas e forças específicas de 
corte para aços de baixo teor de elemento de liga [1] 
Nomenclatura Composição Química Propriedades Mecânicas Nomenclatura 
C Mn Cr V Rn, RpO.2 A Z HV 
10 
Kc u . 
Nomenclatura 
% % % % N/mm 2 N/mm 2 % % N/mm 2 
C15 0,13 0,41 — — 373 206 45 72 108 1352 
16MnCr5 0,15 1,00 1,00 — 510 294 37 75 163 1287 
C35 0,32 0,58 — 490 285 37 66 145 1391 
34Cr4 0,36 0,60 0,91 — 559 294 34 62 150 1494 
CkóO 0,61 0,74 —i — 608 304 29 51 180 1602 
50CrV4 0,52 1,00 1,06 0,10 667 374 29 53 197 1616 
lOOCró 1,01 0,36 1,43 — 624 385 32 61 202 1635 
Elementos adicionais : Teor de Si < 0,40 % Tratamento térmico realizado : 
Teor de P < 0,045 % G (recozido mole) 
Teor de. S < 0,045% Material de corte HM PI 0 
r v u para v c = 200 m/min 
Geometria do gume: 
7o Sr r* 
6° 5 o 0" 70° 90° 0,8 mm 
Os aços • hípereutefóides apresentam-um teor de carbono acima de- 0,8%, e 
quando refrigerados ao ar lentamente também apresentam uma estrutura composta 
de ferrita e cementita. No entanto, ao contrário dos aços hipoeutetóides, não ocorre 
ferrita livre na forma de uma matriz terrífica. A formação. de perlita ínicia-se 
diretamente nos contornos de grãos de austenita. Para teores de carbono 
244 
sensivelmente acima de., 0,8%, ocorre uma. precipitação de cementita np contorno 
de grão. A cementita forma cascas em torno dos grãos austeníticos ou perlítícos." 
O desgaste "de ferramenta na usinagem "de-aços com essa estrutura é muito 
grande. A pressão específica que age sobre a ferramenta e a temperatura na região 
de contato é elevada. Além disso, os elementos duros e frágeis apresentam um 
efeito abrasivo sobre a ferramenta. Já em velocidades de corte relativamente baixas 
tem-se um forte desgaste de cratera e de flanco, que rapidamente pode levar ao fim 
da vida da ferramenta. -Os materiais das ferramentas para usinagem de aços-
carbono hipereutetóides devem ter uma alta resistência de ligação interna e 
resistência de gume, além de uma alta resistência a abrasão mecânica. Como 
material de ferramenta são preferidos os metais-duros do grupo P (P05 até PI 0 
para o acabamento e P20 até P40 para o desbaste) e metais-duros revestidos com 
alta resistência do substrato.Em decorrência do grande gradiente do desgaste com o aumento da 
velocidade, de. corte,, deve-se optar por velocidades de corte pequenas e.grande 
seção de usinagem. A cunha da ferramenta deve apresentar alta estabilidade. Para 
o torneamento,, as ferramentas devem apresentar um ângulo de saída positivo y 0 de 
no máximo ó° e um ângulo de inclinação lateral Xs de até -4°. Na utilização de 
ferramentas de aço-rápido devem ser empregados os aços-rápidos com alto teor 
de molibdênio, bem como ferramentas com elevados teores de cobalto, para 
ferramentas simples sujeitas a grandes solicitações. 
7.3.2 Influências dos elementos de liga sobre a usinabilidade 
Os elementos de liga podem influenciar a usinabilidade de aços através da 
modificação da estrutura ou através da formação de inclusões lubrificantes ou 
abrasivas. A seguir serão descritas as influências de alguns-dos elementos de liga 
com mais importância.parada usinabilidade. . 
Manganês 
O manganês melhora a temperabilidade e aumenta a resistência dos aços 
(±100 N/mm 2 para cada 1% de manganês). Em razão da afta afinidade com o 
245 
enxofre o manganês- forma o sulfeto de-en-x&fce. Teores de manganês de até 1,5% 
melhoram a usinabilidade de aços com baixos teores de carbono em razão da boa 
formação do .cavaco. Em aços com maiores teores de carbono a usinabilidade é 
influenciada negativamente devido ao maior.desgaste da. ferramenta. 
Cromo, molíhdênio e tungsténio 
Cromo e molibdênio melhoram a temperabilidade e. influenciam a 
usinabilidade de aços cementados e aços endurecidos devido às alterações na 
estrutura cristalina e tenacidade. Em aços com maiores teores de carbono ou com 
elementos de liga, esses elementos, assim como o tungsténio, formam carbonetos 
especiais e carbonetos mistos, que podem piorara usinabilidade. 
Níquel 
Através da adição de níquel o aço tem a sua tenacidade aumentada. O níquel 
proporciona: um aumento da tenacidade principalmente a baixas temperaturas. Isto 
leva geralmente-a:.uma" piora da usinabilidade, especialmente-nos aços austeníticos 
com níquel.(com grandes teores de níquel). . 
Silício 
O silício aumenta a resistência, da ferrita nos aços. Com o oxigénio e na 
ausência de elementos desoxidantes, como por exemplo alumínio,' forma inclusões 
duras de óxido de silício (silicato). Deste fato pode resultar um aumento do desgaste 
da ferramenta. 
Fósforo 
A adição de fósforo, que é feita somente em alguns aços para autómatos, leva 
a segregações no aço' e com• um tratamento térmico-e'deformação térmica 
posterior, resultam numa fragilização dos cristais mistos a (fragilização da ferrita). 
Com isso resulta um cavaco arrancado e pequeno. Em teores de até 0 ,1% o fósforo 
atua positivamente sobre a usinabilidade. Maiores teores de fósforo levam a uma 
melhora da qualidade superficial, levam porém a um maior desgaste da ferramenta. 
24Ó 
Titânio, vanádio 
Titânio e vanádio em pequenas quantidades podem proporcionar .um 
aumento considerável -na resistência devido à . pequena granulometria dos 
carbonetos e carbonitretos. Com isso uma granulometria'mais fina tem-se piores 
propriedades de usinabilidade com relação às forças de usinagem e à forma de 
cavaco. • 
Enxofre , . 
O enxofre possui uma pequena solubilidade no ferro porém, dependendo dos 
elementos de liga do aço, forma diferentes sulfetos estáveis. Sulfetos de ferro do tipo 
FeS são indesejáveis, já que possuem um baixo pontode fusão e se situam nos 
contornos de grão. Isto leva a uma indesejável fragilidade a"quente do aço. São 
desejáveis os sulfetos de manganês que possuem uma temperatura de fusão 
relativamente maior. A ação positiva do sulfeto de manganês sobre a usinabilidade 
é-devida à.formdçãd, de cavacos favorável (cavacos curtos e quebradiços), melhora 
da qualidade superficial é da menor tendência à formação de gumes postiços. Com 
o aumento; das inclusões o sulfeto de manganês tem uma' influência negativa sobre 
as propriedades • mecânicas como tenacidade, alongamento, resistência à 
compressão e resistência à fadiga, especialmente quando a direção da solicitação 
está no sentido do fibramento mecânico do material. Com o aumento de alguns 
elementos de liga (por exemplo telúrio e selênío) as-propriedades de usinabilidade 
do sulfeto de manganês podem ser melhoradas na'prática. 
Chumbo 
O chumbo não é solúvel na matriz de ferro e ocorre na forma de inclusões 
submicroscópicas. Em razão do baixo ponto de fusão forma-se uma camada 
protetora de chumbo entre a ferramenta e o material, e reduz-se o desgaste da 
ferramenta. As forças, específicas de corte podem-ter uma. redução de até 50% e os 
cavacos são curtos e quebradiços. 
Inclusões não-metálicas 
Os elementos adicionados dòs aços na desoxidação,' como o alumínio, silício, 
manganês ou cálcio ligam-se ao oxigénio livre na formação do aço. Os óxidos de 
247 
alumínio e de silício no aço são inclusões duras não-deformáveís que pioram a 
usinabilidade do aço, especialmente quando os óxidos ocorrem em grandes 
quantidades ou em formas lamelares. Entretanto, através da escolha de um 
elemento desoxidante. apropriado, a usinabilidade pode ser influenciada 
positivamente. Através da desoxidação com cálcio-sílício ou ferro-silício, por 
exemplo, sob determinadas condições de usinagem pode-se formar camadas 
protetoras oxidas e sulfurosas no gume da ferramenta. 
7.3.3 Usinabilidade em dependência do tratamento térmico 
Através de tratamentos térmicos específicos a estrutura de um material com 
respeito à quantidade, forma e distribuição das segregações pode ser alterada, e 
com isso a resistência e a usinabilidade podem ser influenciadas positivamente. 
Como "tratamento térmico" entende-se o processo no qual a peça ou uma 
área-da peça é influenciada pelo ciclo temperatura-tempo e elementos adicionais 
físicos e/ou químicos para se atingir uma determinada estrutura e propriedades 
mecânicas. Basicamente pode-se diferenciar os tratamentos térmicos em três 
grupos. 
Uma distribuição regular da estrutura em toda a sud seção que se encontra no 
equilíbrio termodinâmico (por exemplo estrutura recozida mole) ou não se 
encontra em equilíbrio termodinâmico (por exemplo perlita, balnita, martensita). 
Uma distribuição da estrutura endurecida em uma pequena parcela da seção, 
com uma composição química constante (principalmente endurecimento 
superficial). 
Distribuição irregular da estrutura, especialmente na superfície da peça, em 
' razão das alterações da composição química (carbonetação, cementação etc). 
Os tratamentos térmicos descritos anteriormente são correntes e podem 
Influenciar, dependendo da composição química do aço, a usinabilidade e 
principalmente a formação de cavaco e o desgaste da ferramenta. As faixas de 
temperatura para os principais tratamentos térmicos que podem ser empregados 
com esta finalidade estão mostradas na figura 7.17. 
248-
0.8 _ 1,2 1,6 
Teor de Carbono em % de peso 
10 15 20 
Teor de cementita em % de peso 
25 30 
Figura 7.17 - Diagrama ferro-carbonc- com a indicação das faixas de temperatura 
para certos tratamentos térmicos [1] 
Difusão 
Uma" distribuição regular das segregações, que podem ter se formado na 
conformação a quente, e a eliminação de precipitações nos contornos de grão, 
podem ser corrigidos pelo tratamento térmico de difusão. 
Normalização 
A normalização (N) leva a uma estrutura fina regular na qual a usinabilidade 
depende do teor de carbono da estrutura analisada, que pode ser ferrita (pequenos 
desgastes, má formação de cavaco) ou de perlita (maior desgaste, melhor formação 
de cavaco). Nesse processo ocorre uma recristalização. Em aços hipoeutetóides as 
249 
temperaturas