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Aula 05 - Materiais de Ferramenta Monocortante - (Parte 1) Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau Usinagem dos Materiais Aula 05 Tópicos ➔ Materias de ferramentas (parte - I) • Requisitos • Evolução • Tipos • Características • Emprego Usinagem dos Materiais Conseqüência dos esforços na de Ferramenta Peça Ferramenta ,n Cavaco ,f Atrito Forca Movimento relativo Calor Desgaste Material peça / material ferramenta Usinagem dos Materiais • Requisitos desejados em uma ferramentas de corte ➔ Resistência à compressão ➔ Dureza ➔ Resistência à flexão e tenacidade ➔ Resistência do gume ➔ Resistência interna de ligação ➔ Resistência a quente ➔ Resistência à oxidação ➔ Pequena tendência à fusão e caldeamento ➔ Resistência à abrasão ➔ Condutibilidade térmica, calor específico e expansão térmica Nenhum material de ferramenta possui todas estas características Usinagem dos Materiais Evolução dos materiais de ferramenta – 50 mil anos atrás (Paleolítico – Pedra Lascada): ● Emprego de ferramentas de pedra com gumes afiados por lascamento, adaptando a geometria de corte à tarefa a ser realizada. Usinagem dos Materiais Evolução dos materiais de ferramenta ● Aço ferramenta (1868) ● Aço rápido (1900) ● Stellite (1910) ● Metal duro (1926) ● Cerâmicas (1938) ● Nitreto de boro cúbico (década de 50) ● Diamante mono e policristalino (década de 70) Usinagem dos Materiais Classificação dos materiais de ferramentas Aço-ferramenta Aço-rápido Metal-duro (WC) Cermets (TiC/TiN) Cerâmica óxida Cerâmica não-óxida Diamante CBN Mista Reforçada c/ W iskers Óxida C/ Si3N4 A l2O3 A l2O3 + ZrO2 Al2O3 A l2O3 + ZrO2 + TiC A l2O3 + SiC-wisker Si3N4 + demais Diamante monocristalino Diamante policristalino CBN CBN + TiC CBN + BN hexagonal Materiais para Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida Materiais CerâmicosMateriais de LigaçãoMateriais Metálicos Materiais de Altíssima DurezaCerâmicas de Corte Usinagem dos Materiais Tenacidade, resistência à flexão Diamante CBN Cerâmicas CERMETS Metal-duro revestido Metal-duro Aço-rápido revestido Aço-rápido Vc 60 dureza resist. flexão Propriedades dos materiais de ferramentas Ve lo ci da de d e co rt e, re si st ên ci a ao de sg as te e d ur ez a a qu en te Ma ter ial de fer ram en ta ide al Usinagem dos Materiais Propriedades dos materiais de ferramentas Usinagem dos Materiais Resistência a quente dos principais materiais de ferramentas 2500 2000 1500 1000 500 200 400 600 800 1000 D ur ez a H V 1 0 Temperatura oC Cerâmicas óxidas Cerâmicas mistas Cerâmicas não óxidas Metal duro P-10 Stellite Aço rápido Usinagem dos Materiais Dureza e condutividade de alguns materiais de corte Diamante CBN B C SiC TiC - Al O Dureza (Vickers) [ N/mm ] Condutividade térmica [ W/mK ] 100 1000 100002500500010000 2 3 4 2 RT Usinagem dos Materiais CBN+PKD 2 MD - CVD 39,2 MD – PVD 5,9 MD S/ REV. 35 CERMETS 4 CERÂMICAS 14 Aplicação de materiais de ferramenta na indústria automobilística Usinagem dos Materiais Aços ferramenta Características - Aços carbono (0,8 a 1,5 % de C) - sem ou com mínimos teores de elementos de liga - Principal material utilizado ate 1900 - Baixo custo - Facilidade de afiação – obtençãcao de gumes vivos - Tratamento térmico relativamente simples ⇒ elevada dureza e resistência ao desgaste - Resistem a temperatura de até aproximadamente 250°C Usinagem dos Materiais Aços ferramenta Áreas de aplicação dos aços-ferramentas - Materiais de baixa velocidade de corte - Usinagem de aços doces com Vc < 25m/min - Brocas para uso doméstico – hobby - Ferramentas para carpintaria Usinagem dos Materiais Aços rápidos Usinagem dos Materiais Aços rápidos Características - Principais elementos constituintes (W, Mo, Co, V), elementos que conferem alta tenacidade às ferramentas. - Dureza de 60 a 67 HRC - Resistem a temperatura de até aproximadamente 520 a 600°C - Clássico 18 (%W) - 4 (%Cr) – 1 (%V) - Aço super rápido adição de Co - Tratamento térmico complexo - preço elevado Usinagem dos Materiais Aços rápidos Características – Composição química usual (5 a 7% formam carbonetos): 0,6 a 1,6% C 4% Cr 7 a 10% W 85 a 89% Fe 4 a 5% Mo 0,9 a 3% V – Designação: HS + % W - Mo - V - Co (ex.: HS 10-4-3-10). Usinagem dos Materiais Aços rápidos – Subdivisão em 4 grupos, segundo o teor de W e Mo - - + + - + - - - - - + (+) (+) - (+) + - - + - - - - + - - - + - + - - - - - - + - - H S 1 8 – 0 - 1 H S 1 8 – 1 - 2 -5 H S 1 2 – 1 - 4 -5 H S 1 0 – 4 - 3 - 1 0 H S 6 – 5 - 2 H S 6 – 5 - 3 -5 H S 6 – 5 - 2 -5 H S 2 – 9 - 1 H S 2 – 9 - 2 H S 2 – 1 0 - 1 8 6 % W + 5 % M o 2 % W + 9 % M o 1 2 % W 1 8 % W G ru p o N o m e n c la tu ra W M o V C o P a ra u s in a g e m d e a ç o d e m é d io e s fo rç o | d e a lto e s fo rç o <8 5 0 N / m m 2 / >8 5 0 N / m m 2 <8 5 0 N / m m 2 / >8 5 0 N / m m 2 d e s b a s te / a c a b a m e n to Usinagem dos Materiais Aços rápidos – Subdivisão – Grupo 1 ● alto teor de W (até 18%) ● bom revenimento ● empregado para desbaste de aço e ferro fundido – Grupo 2 ● teores de W de até 12% ● crescente teor de V ● revenimento um pouco pior que grupo 1 ● empregado para acabamento de materiais ferrosos e na usinagem de materiais não-ferrosos ● para ferramentas com forma complexa (boa maleabilidade e tenacidade) – Grupos 3 e 4 ● W + Mo (Mo substitui W) ● possui tenacidade muito boa ● empregado para todos tipos de ferramentas Usinagem dos Materiais Aços rápidos ➔ Influência dos elementos de liga – Aumento no teor de elementos de liga: ● Maior produtividade destes materiais; ● Aumento na resistência ao desgaste; ● Aumento na vida das ferramenta; ● Porém torna-se mais difícil a fabricação deste material; ● Maiores custos de produção Usinagem dos Materiais Aços rápidos ➔ Influência dos elementos de liga ● Tungstênio (W) – formador de carbonetos – melhora revenimento – melhora resistência ao desgaste ● Vanádio (V) – Formador de carbonetos – melhora resistência ao desgaste (resist. a quente) – usado para acabamento ● Molibdênio (Mo) – melhora temperabilidade – melhora tenacidade – substitui W ● Cobalto (Co) – eleva temperatura de sensibilização a quente – melhora dureza a quente – melhor solubilidade de carbonetos Usinagem dos Materiais Aços rápidos ● Aço-rápido com revestimento (TiC, TiN): ● Menor atrito; ● Redução no desgaste; ● Maior estabilidade química; ● Proteção térmica do substrato Usinagem dos Materiais Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos - Ferramentas para todas as operações de usinagem - Ferramentas para desbaste e acabamento - Machos e cossinetes de roscas - Brocas helicoidais - Alargadores - Fresas de todos os tipos - Ferramentas de plainar - Escareadores - Ferramentas para trabalho a frio - Ferramentas para trabalho em madeira - outras. Usinagem dos Materiais Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos Usinagem dos Materiais Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidosUsinagem dos Materiais Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos Usinagem dos Materiais Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos Usinagem dos Materiais Ligas Fundidas Características - Composição típica: ➔ 3% Fe ➔ 17% W ➔ 33% Cr ➔ 44% Co - Resistem a temperatura entre aproximadamente 700 a 800°C - W ⇒ Mn, Mo, V, Ti e Ta - Tratamento térmico complexo - Preço elevado Usinagem dos Materiais Ligas Fundidas Nomes comerciais: Stellite, Tantung, Rexalloy e Chromalloy Áreas de aplicação das Ligas Fundidas - Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida - Material para abrasivos - Isoladores térmicos, isoladores elétricos - Fundição de materiais cerâmicos - outros Usinagem dos Materiais ApresentaçãoT-2 Usinagem dos Materiais FIM - Aula 05 Usinagem dos Materiais
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