Materiais para Ferramentas Usinagem

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MATERIAL DA PEÇA
PEÇA
manuseio
Características
especiais
fixação
FERRAMENTA
Geometria da
ferramenta
Material da
ferramenta
TECNOLOGIA DETECNOLOGIA DETECNOLOGIA DETECNOLOGIA DE
USINAGEMUSINAGEMUSINAGEMUSINAGEM
PROCESSOEstratégia
Controle e
monitoramento
CAD/CAM
MÁQUINA-
FERRAMENTA
Segurança
Construção
de baixo peso
Base da máquina
Fixação dos
suportes da
ferramenta
Sistema de fluido
refrigerante
Fuso de alta
frequência
controle
Motores
CNC controle
FerramentaFerramenta
materialmaterial
revestimentorevestimento
geometriageometria
CAVACO CONTÍNUO
Formado continuamente. Força de corte varia
muito pouco, a qualidade superficial é boa. 
CAVACO CISALHADO
Ruptura parcial ou total do cavaco. Soldagem
devida à alta pressão e temperatura. Serilhado
nas bordas. Variação da força de corte, 
superfície com ondulosidade. 
CAVACO ARRANCADO
Usinagem de materiais frágeis. Rompimento
em pequenos segmentos (presença de 
grafita). Superfície com qualidade superficial 
inferior.
Exigências básicas para um material de corte
Elevada dureza a frio e a quente Tenacidade
Resistência ao desgaste por abrasão
Estabilidade química
Custo e facilidade de obtenção
Avarias e desgastes
especificação do fim de vida da ferramenta
tipos de avarias
lascamentos trincas longitudinais trincas transversais
deformação plástica do gume
Avarias e desgastes
especificação do fim de vida da ferramenta
tipos de avarias
tipos de desgastes
de flanco (VB) 
de cratera (KT)
Vbmáx
 
Vbmédio Kt Vbmáx 
Desgaste de 
Cratera Face 
Desgaste 
de Flanco 
Difusão
Abrasão
Oxidação
Adesão
D
e
s g
a
s t
e
 
T o
t a
l
Temperatura de Corte
(Velocidade de Corte; Avanço e outros fatores)
Zona de oxidação
Flanco
Face
Oxidação
Material da Peça Ck53 N
Material de Corte HW-P30
Velocidade de Corte V =125m/minCCondições de Corte a f = 3 0,25 mmp • •
2
Tempo de corte t = 20minc
Cavaco
Aço C10
Ferramenta
Metal Duro P30
TiC - WC 
(Tac/NbC)
Metal Duro P30
Aço Ck53
Dissolução do WC no: Zona A: Fe - Co - MK
Zona B: Co - Fe - MKFe W C; (FeW) C; (FeW) CCo - WC - MK
Fe C Co
B
A
3 3 6 23 6
C
Aço rápido
Desenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em
1900 na Exposição Mundial de Paris
Composição
Elementos de Liga: tungstênio, cromo e vanádio como elementos básicos de liga e 
pequena quantidade de manganês para evitar fragilidade. 
Em 1942 devido a escassez de tungstênio provocada pela guerra, este foi substituído pelo
molibdênio.
Características
temperatura limite de 520 a 600oC mantendo dureza de 60-67 HRC;
maior resistência à abrasão em relação ao aço-ferrameta;
preço elevado; tratamento térmico complexo.
Aço Rápido com Cobalto
O aço rápido ao cobalto, denominado de aço super-rápido, apareceram pela primeira vez
em 1921.
Característica
maior dureza a quente; maior resistência ao desgaste; menor tenacidade.
Metal duro
1. Elevada dureza; 
2. Elevada resistência à compressão; 
3. Elevada resistência ao desgaste; 
4. Possibilidade de obter propriedades distintas nos
metais duros pela mudança específica dos carbonetos e 
das proporções do ligante. 
5 Controle sobre a distribuição da estrutura
carbonetos de tungstênio (WC):dureza a qte
cobalto: ligante
TiC (Carbonetos de Titânio): pouca tendência à difusão; redução da resistência interna e dos 
cantos. 
TaC (Carbonetos de Tântalo) e NbC (Carboneto de Nióbio): pequenas quantidades diminuição
do tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade e a resistência dos cantos.
Metal duro - Fabricação
Fabricação do pó Prensagem Sinterização
(Ti,Ta)C
D
u
r
e
z
a
R
e
s
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s
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TaC
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TaC
TiC
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D
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Conteúdo 
de Co
Tamanho do
 Grão do WC
Conteúdo de Car-
bonetos Mistos
Qualidade do Material da Ferramenta
Alta Resistência
 ao Desgaste
 Alta
Tenacidade
Conteúdo de Co:
Tamanho do Grão do WC:
Conteúdo de Carbonetos Mistos: Conteúdo de Carbonetos Mistos:
Tamanho do Grão do WC:
Conteúdo de Co:
Classificação dos MD
WC-CO
WC-(Ti, Ta, Nb)C-Co e
TiC/TiN-Co, Ni. - CERMETS
Metal duro - Fabricação
Retífica Tratamento dos gumes Cobertura
Gravação e 
etiquetagem
Nos metais-duros, consegue-se significativamente aumentar tanto a dureza do material quanto a tensão de escoamento transversal, 
com a diminuição do tamanho de grão do carboneto de tungstênio WC
Tamanho dos micro-grãos da classe K03 
(aumento de 10000 x – MEV)
2 µm ▬▬▬ 10000 x
1 32
Resultados com Tamanho dos micro-grãos da classe K03 
 
Material:Material:Material:Material:
 DIN 1.2083
 
Dureza:Dureza:Dureza:Dureza:
 
 52 HRC
 
Ferramenta:Ferramenta:Ferramenta:Ferramenta:
 
topo esférico
 
diâmetro: 6 mm
 
comprimento: 156 mm
 
Tecnologia:Tecnologia:Tecnologia:Tecnologia:
 
corte concordante/periférico
 
rampa 75°
 
a
 n
 
: 0,3 mm
 
a
 et
 
: 0,3 mm
 
f
 z
 
: 0,1 mm
 
v
 c
 
: 250 m/min
 
0.00
 
0,03
 
0,05
 
0,08
 
0,10
 
0
 
19
 
33
 
47
 
61
 
75
 
89
 
103
 
117
 
131
 
145
 
159
 
173
 
187
 
201
 
215
 
229
 
243
 
257
 
271
 
Comprimento usinado (L) [m] 
 
 
 
Ferramenta 1
 
Ferramenta 2
 
Ferramenta 3
 
Desgaste de flanco máximo (VBmax) [mm] 
14
min
10
8
6
4
2
0
(
B
)
 
:
 
R
e
s
i
s
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N
/
m
m
²
(
H
)
 
:
 
D
u
r
e
z
a
 
H
V
3
0
v = 16 m/min
f = 0,1 mm
a = 1,0 mm
c
p
Placa de corte reversível
SPGN 120308
Gume afiado
χ = 75°
r
Padrão Grão finíssimo Grão ultrafiníssimo
Padrão Grão 
finíssimo
Grão
ultrafiníssimo
Torneamento de fundido duro
(80 shore)
V
i
d
a
 
ú
t
i
l
 
 
T
WC-6Co-Metal Duro
Adesão
Descascamento
Abrasão
Oxidação
Difusão
Efeitos superfíciais
Efeitos volumétricos
Tensões
Formação de trincas
Micro-fraturas
Fraturas
Fenômenos de desgaste em ferramenta revestida 
Processos de revestimento: CVD
Chemical Vapour Deposition
CH4
2H
Entrada de gás
2H + T1C14
H2
Líquido T1C14
Vaporizador
Saída de gás
camada de camada de camada de camada de TiCTiCTiCTiC= o = o = o = o tetracloretotetracloretotetracloretotetracloreto de titânio (TiClde titânio (TiClde titânio (TiClde titânio (TiCl4444) vaporizado ) vaporizado ) vaporizado ) vaporizado éééé levado levado levado levado juntamente com metano (CHjuntamente com metano (CHjuntamente com metano (CHjuntamente com metano (CH4444) ) ) ) 
No processo CVD de alta temperatura clNo processo CVD de alta temperatura clNo processo CVD de alta temperatura clNo processo CVD de alta temperatura cláááássico (processo HTssico (processo HTssico (processo HTssico (processo HT----CVD) que CVD) que CVD) que CVD) que 
ocorre a uma temperatura de 900 a 1100ocorre a uma temperatura de 900 a 1100ocorre a uma temperatura de 900 a 1100ocorre a uma temperatura de 900 a 1100°°°°C e, a uma pressão abaixo da C e, a uma pressão abaixo da C e, a uma pressão abaixo da C e, a uma pressão abaixo da 
pressão atmosfpressão atmosfpressãoatmosfpressão atmosféééérica, ocorre uma rearica, ocorre uma rearica, ocorre uma rearica, ocorre uma reaçççção quão quão quão quíííímica, na qual mica, na qual mica, na qual mica, na qual éééé formado formado formado formado 
carboneto de titâniocarboneto de titâniocarboneto de titâniocarboneto de titânio
2
150101000
244 4 nHHclTiCnHCHTiCL
mbarC ++ →++ −
ο
Fresamento a seco
Aço para melhoramento
Fresamento 
 molhado
D
e
s
g
a
s
t
e
175
min
125
100
75
50
25
0
sem CVD MT-CVD
V
i
d
a
 
ú
t
i
l
 
 
 
T
c
Tipo de revestimento
41 Cr 4 St 52-3 X2CrNi1812 Liga de Titânio
s
e
m
 
 
 
 
s
e
m
 
 
 
 
C
V
D
 
(
T
i
C
 
-
 
T
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N
)
s
e
m
 
 
 
 
Tipo de revestimento
M
T
-
C
V
D
5
4
3
2
1
C
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m
p
r
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m
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-
r
e
l
a
ç
ã
o
250 32 160 80
18
80
0,1
3 - 5
3 12 7
125 25 35
0,33 0,28 0,085
2,5 3 2
32 131 60
(Rm = 950 N / mm²)
D = 100 mm
v = 113 m/min
f = 0,1 mm
a = 6 mm
D (mm)
Z
v (m/min)
f (mm)
a (mm)
a (mm)
c
z
p
c
z
p
e
M
i
c
r
o
t
r
i
n
c
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D
e
s
g
a
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t
e
Physical Vapour Deposition. 
Deposição em vácuo onde, primeiramente, um material é transformado em
vapor, então é transportado nessa fase e por último é depositado na superfície
de um substrato.
Deposição de ligas, multi-camadas, nanocamadas e camadas com gradiente de 
composição.
A técnica consiste basicamente na aplicação de uma voltagem negativa (bias) 
nos substratos. A forma através da qual o material é transformado para a fase
vapor é o principal ponto de distinção dos processos.
Vaporização a vácuo;
Sputtering
Ionplating
PVD
-temperatura de processo de 200 até 600 °°°°C com solicitação relativamente pequena de temperatura do material 
do substrato
- A resistência à flexão do substrato continua não afetada em razão da baixa temperatura de revestimento.
- Em camadas PVD surgem tensões de compressão, que limitam a espessura da camada real de 3 a 5 µµµµm. O 
perigo de formação de fissuras nesse tipo de solicitação é reduzido através dos tensões de compressão.
- O processo PVD em ferramentas revestidas necessita um pré-trabalho superficial e um desenvolvimento do 
processo muito cuidadoso a fim de se obter uma excelente 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 direcionadas num só sentido para a rotação das partes revestidas.
- Há grande quantidade de sistemas de camadas e materiais de substratos.
PVD
B
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m
b
a
 
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v
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c
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A
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o
Metal duro com revestimento simples: 
TiC: baixo coeficiente de atrito, menor difusão, menos adesão e soldas a frio, menores forças de 
avanço e passiva; alta dureza, baixo coeficiente de dilatação térmica;
TiN: alta força de ligação interna, estável quimicamente, pouca difusão, pouco desgaste de cratera;
Al2O3: alta dureza (frágil), alta resistência a quente, alta resistência química, baixa resistência a 
oscilações de temperaturas;
Revestimentos múltiplos: deposição de 10 camadas com combinação das propriedades
Metal Duro HW-P10 Cermet HT-P15
TiN
(Ti, Ta, W) (C, N)
(Ti, Ta, W, Mo) (C, N)
(Ti, Ta, W, Mo) (C, N)
Ligante
Co, Ni (Ti, W, Mo)
Ni (Ti, Al)
- Parte efetiva principal
Ligante
Co-W-C-
(Ti, Ta, Nb, W) C
WC
Pastículas de material duro
Microscópio eletrônico de varredura
3
Microscópio eletrônico de varredura
Representação esquemática Representação esquemática
Pastículas de material duro
Cerâmicas
Cerâmicas
Cerâmicas óxidas Cerâmicas não óxidas
Cerâmica
 óxida
Cerâmica
 mista
Cerâmica
reforçada
c/ whisker
Cerâmica
de nitreto
de silício
Al O2 3
32Al O +ZrO
43 Si N + aditivos sinterizados
2 
Al O +TiC2 3
Al O +ZrO 
+TiC
32 2 
Al O 
+ SIC - Whisker
32 
Si N + Sialon + aditivos sinterizados
Si N + material duro + 
 aditivos sinterizados
43 
3 4
Cerâmicas
Cerâmica óxida Cerâmica mista Cerâmica de nitreto de silício
Cerâmica reforçada com Whisker Ampliação Cerâmica de nitreto de silício revestida
( Al O + ZrO ) ( Al O + TiC ) ( Si N + MgO )
Al O + SiC - Whisker ) ( Al O + SiC - Whisker ) ( Si N + Al O )
2 3 2 3 3 4
3 42 3 2 3
Cerâmica a base de óxido (Puro)
Característica: baixa resistência; baixa condutividade térmica; fratura do gume, caso
a condição de corte não seja boa; baixa dureza.
Cerâmica a base de óxido (mista)
Característica: Devido à adição de novos elementos como carbonetos de titânio e 
tungstênio, os insertos: melhor resistência ao choque térmico; melhor
condutividade térmica.
Cerâmica a base de nitreto de silício
Característica: melhor resistência ao choque; considerável dureza a quente; é
excelente para usinar ferro fundido cinzento a seco; Os insertos são obtidos através
de prensagem de alta pressão a frio seguida de sinterização, ou mais
alternativamente, através de pressão a quente. 
Cerâmicas
Material da
ferramenta
Material da peça : GG26Cr
Velocidade de corte: vc=600-360 m/min
Avanço: f=0,46 mm
Profundidade de corte: ap=3 mm
Al 0 /Cerâmica Si N /Cerâmica
0
2 3 3 4
150
300
450
600
750
1350
Peças
1500
Peça bruta Chanfrado Não chanfrado
Material da peça : GG25
Velocidade de corte: vc=1000 m/min
Avanço: f=0,5 mm
Profundidade de corte: ap=3 mm
Peças
600
450
300
150
0
Q
u
a
n
t
i
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d
e
 
 
N
ChanfradoNão chanfrado
Aplicação de cerâmica de corte Si3N4 na 
usinagem de discos de freio (de acordo com 
Daimler – Benz, Feldmühle)
Característica: mais estáveis que o diamante, 
especialmente contra a oxidação; dureza elevada; alta
resistência à quente; resistência ao desgaste; 
quebradiço; alto custo; excelente qualidade superficial 
da peça usinada; envolve elevada força de corte devido
à geometria de corte negativa, alta fricção durante a 
usinagem.
Usinagem de aços duros; de desbaste e de 
acabamento; cortes severos e interrompidos; 
Os cristais de boro cúbico são ligados por cerâmica ou
ligante metálico, através de altas pressões e 
temperatura. 
As partículas orientadas a esmo, conferem uma densa
estrutura policristalina similar a do diamante sintético. 
CBN
Aplicaçõesonde fluido de corte deve ser descartado
Característica: especialmente contra a 
oxidação; dureza elevada; alta
resistência à quente; resistência ao
desgaste; quebradiço; alto custo; 
excelente qualidade superficial da peça
usinada; envolve elevada força de corte
devido à geometria de corte negativa, 
alta fricção durante a usinagem.
Os cristais de boro cúbico são ligados
por cerâmica ou ligante metálico, 
através de altas pressões e 
temperatura. 
As partículas orientadas a esmo, 
conferem uma densa estrutura
policristalina similar a do diamante 
sintético. 
4 direções principais de clivagem
Classificação dos diamantes
Diamantes negros: são “amorfos”, quando
aquecidos perdem a sua dureza. 
ferramentas para retificar rebolos, pontas
de brocas para minas. 
Bolos: são diamantes claros, de 
crescimento irregular, são redondos, não
encontram aplicação como ferramentas
utilizadas na usinagem.
Bort:(usado na usinagem de ultra precisão), 
especialmente o africano, monocristalino. 
Anisotropia, suas propriedades variam com 
a direção. 
Diamante
Diamante policristalino: diamante sintético. A 
camada de diamante policristalino é produzida
pela sinterização das partículas de diamante com 
cobalto num processo de alta pressão (600 à
700MPa) e alta temperatura (1400 à 2000°C). A 
camada de aproximadamente 0,5mm de 
espessura, ou é aplicada diretamente sobre uma
pastilha de MD pré sinterizada, ou então é ligada
ao metal duro através de uma fina camada
intermediária de um metal de baixo ponto de 
fusão. 
Usinagem de micro-
precisão
Características principais do fresamento de grafita Industrial
aumento da vc relacionado com aumento da vida da ferramenta 
aumento do avanço até um certo valor
corte discordante
Standwegendekriterium:
VB = 100 µmmax
Werkzeug:
Schaftfräser
D = 12 mm
z = 2
Werkstoff:
Graphit EK 85
Schnitt-
bedingungen:
f = 0,05 mm
a = 3 mm
a = 12 mm
p
e
z
25
m
20
15
10
5
0 2100m/min15001200900600300
HM K10
HM P25
HM K10 (TiN)
Cermet
Schnittgeschwindigkeit vc
S
t
a
n
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w
e
g
 
p
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o
 
Z
a
h
n
 
L
f
z
250
m
200
150
100
 50
0 2100m/min15001200900600300
K10, diamantbeschichtet
PKD
Schnittgeschwindigkeit vc
S
t
a
n
d
w
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g
 
p
r
o
 
Z
a
h
n
 
L
f
z
Velocidade de corte vc Velocidade de corte vc
LL
Critério de fim de vida: VBmax= 100 µm
material: grafite EK 85
Ferramenta: topo reto; D= 12 mm, z= 2
parâmetros de corte: fz= 0,05 mm/rot
ap= 3 mm; ae= 12 mm
Quadro Comparativo de Propriedades
Tempo de Usinagem em função do tipo de Material de Ferramenta e Década