PCU Processos de Conformao e Usinagem.pptx

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UNIP

Ramon Antonio Barbosa

29/03/2018

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PCU- Processos de Conformação e Usinagem
Usinagem
Usinagem
Definição sobre usinagem
Aplica-se a todos os processos de fabricação onde ocorre a remoção de material sob a forma de cavaco (DIN 8580)
Usinagem
Cavaco
Confere forma, dimensão e acabamento a peça através da remoção de material sob a forma de cavaco.
Porção irregular de material da peça que é retirado pela ferramenta.
O estudo da usinagem é baseado:
- mecânica (atrito, deformação).
termodinâmica (calor).
nas propriedades dos materiais.
Importância da Usinagem na Industrial Metal-Mecânica
➔ 80% dos furos são realizados por usinagem;
➔ 100% dos processos de melhoria da qualidade superficial são feitos por usinagem;
➔ 70% das engrenagem para transmissão de potência;
➔ 90% dos componentes da indústria aeroespacial;
➔ 100% dos pinos médico-odontológicos;
Usinagem
O torneamento é um processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies de revolução com o auxílio de uma ou mais ferramentas monocortantes. Para tanto, a peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetória coplanar com o eixo referido. Quanto à forma da trajetória, o torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo.
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Usinagem
Usinagem
Retificas, serras e torno cnc
furação é um processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça, com auxílio de uma ferramenta multicortante. Para tanto a ferramenta ou a peça se desloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da
máquina. A furação subdivide-se nas operações:
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Usinagem
Usinagem
brochamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a peça se desloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta.
Tamboreamento: Processo mecânico de usinagem no qual as peças são colocadas no interior de um tambor rotativo, junto ou não de materiais especiais, para serem rebarbados ou receberem um acabamento
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Grandezas físicas no processo de corte
Corte
Força o material da peça a escoar sobre a face da ferramenta, proporcionando a formação de cavaco. Movimento entre a peça e a ferramenta, no qual sem o movimento de avanço, origina uma única retirada do cavaco.
Avanço
Combinado ao movimento de corte, proporciona remoção contínua do cavaco e consequente formação de uma superfície usinada. Movimento entre a peça e a ferramenta que juntamente com o movimento de corte origina a retirada continua de cavaco.
Movimento efetivo de corte
Resulta dos movimentos de corte e de avanço realizados ao mesmo tempo.
Geometria das ferramentas de corte
A geometria da ferramenta de corte exerce influência, juntamente com outros fatores na usinagem dos metais.
Geometria das ferramentas de corte
O ângulo de cunha é dimensionado de acordo com a resistência que o material usinado oferece ao corte. Essa resistência será tanto maior quando maior for a dureza e a tenacidade do material.
Angulo de cunha da ferramenta (β): ângulo entre a superfície da saída e a de folga.
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Ângulos de corte
Somente o ângulo de cunha não garante que o material seja cortado com sucesso, outros ângulos também assumem papel importante e estão relacionados com a posição da ferramenta em relação a peça. Eles são os ângulos de folga(α), e de saída(γ).
Ângulos de corte
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Ângulos de corte
⇒ Se α (ângulo de folga) é grande (o ângulo β diminui): a cunha da ferramenta perde resistência, podendo soltar pequenas lascas ou quebrar;
⇒ α depende principalmente da resistência do material da ferramenta e da peça a usinar.
⇒ Geralmente o ângulo α esta entre 2° e 14°.
O ângulo de folga:
Se α é pequeno ( o ângulo β aumenta) : a cunha não penetra convenientemente no material, a ferramenta perde o corte rapidamente, há grande geração de calor que prejudica o acabamento superficial;
⇒ Se α é grande (o ângulo β diminui) : a cunha da ferramenta perde resistência, podendo soltar pequenas lascas ou quebrar;
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Ângulos de corte
Ângulo de saída (y): ângulo entre a superfície de saída e o plano de referencia do material. Influi decisivamente na força e na potencia necessária ao corte, no acabamento superficial e no calor gerado.
Quanto maior for o ângulo y menor será o trabalho de dobramento do cavaco.
O ângulo y depende principalmente de:
Resistencia do material da ferramenta e da peça a usinar.
Quantidade de calor gerado pelo corte.
Velocidade de avanço.
Ângulos de corte
O ângulo de saída (γ) deve ser:
⇒ Maior para materiais que oferecem pouca resistência ao corte. Se γ (ângulo de saída) aumenta, o β (ângulo de cunha da ferramenta) diminui;
⇒ Menor (e as vezes até negativo) para materiais mais duros e com irregularidades na superfície.
⇒ Se o ângulo γ diminui, o β (ângulo de cunha da ferramenta) aumenta;
Ângulos de corte
O ângulo y negativo é muito usado para corte de materiais de difícil usinabilidade e em corte interrompidos, com o inconveniente da necessidade de maior força e maior calor gerado pela ferramenta, geralmente o ângulo y está entre -10 e 30°.
O ângulo de saída pode ser negativo, positivo ou nulo.
Ângulos de corte
A primeira o ângulo de saída é neutro;
O segundo e o terceiro são positivos e o terceiro é negativo
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Ângulos de corte
GEOMETRIA
Geometria positiva e negativa
Pastilha Neutras e Negativas
Normalmente são pastilhas bifaciais, ou seja, podem ser utilizadas uma ou duas faces. São identificáveis por ter dimensões das faces iguais.
O ângulo de cunha é robusto, indicado para operações severas.
Consomem maior potência que as pastilhas positivas, o que requer máquinas mais rígidas e potentes.
Preferencialmente indicados para usinagens em desbastes externas e internas sob condições desfavoráveis e cortes interrompidos.
Pastilhas positivas
São pastilhas de face única, ou seja, apenas um lado é utilizado. A face superior é maior que a inferior;
São mais frágeis ( que as negativas); O ângulo de cunha é menor;
Consomem menos potência; Geram esforços de corte bem menores;
Preferencialmente usadas em usinagens internas de desbaste leve, semi-acabamento.
Também indicadas para desbaste leve ou médio livres de vibrações e cortes interrompidos.
Cálculo da Velocidade de Corte
A velocidade de corte é a velocidade tangencial instantânea resultante da rotação da peça no ponto de contato da ferramenta a uma profundidade de corte definida, onde os movimentos de corte e avanço ocorrem simultaneamente.
Vc = velocidade de corte [m/min]
d = diâmetro da peça (ferramenta) [mm]
n = rotação da peça (ferramenta) [rpm]
Para processos com movimento de rotação (torneamento, fresagem) a velocidade de corte é calculada pela equação.
Os valores da velocidade de corte são encontradas em tabelas fornecidas pelos fabricantes de ferramentas de corte.
Os valores de rpm e gpm são ajustados nas máquinas-ferramentas antes do início da usinagem. Em máquinas de usinagem CNC os valores da velocidade de corte são inseridos nos programas e são convertidos em rpm automaticamente pelo comando da máquina.
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Usinagem - Exercícios
Tem-se que calcular a velocidade de corte com a qual torneia-se uma peça cujas dimensões são as seguintes:
Dados:
Ø = 50 mm
n = 160 rpm
Adote π = 3
Resposta: ≈ 24 m/min
Vc= (50*160*3)/1000= 24m/min
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Cálculo da Velocidade de Avanço
Vf = velocidade de avanço [mm/min]
f = avanço [mm/rot]
n = rotação da peça (ferramenta) [rpm]
Vc = velocidade de corte [m/min]
d = diâmetro da peça (ferramenta) [mm]
Geralmente: Vf < Velocidade de corte, somente nos processos de roscamento Vf assume valores razoáveis.
Para ferramentas multicortantes (fresas), distingui-se o avanço por dente fz e o valor de f = fz .z ( z: número de dentes);
Os valores de “f” ou “fz” são
fornecidos pelos catálogos de fabricantes de ferramenta de corte. A Tabela 2.2 mostra o avanço por dente para fresas de aço-rápido
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Cálculo da Velocidade de Avanço
Embora exista uma fórmula que expressa a velocidade de corte, ela é fornecida por tabelas que compatibilizam o tipo de operação com o tipo de material da ferramenta e o tipo de material a ser usinado.

Quando o trabalho de usinagem é iniciado, é preciso ajustar a rotação da máquina-ferramenta: rpm (rotações por minuto). Isso é feito tendo como dado básico a velocidade de corte.
A escolha da velocidade de corte correta é importantíssima tanto para a obtenção de bons resultados de usinagem quanto para a manutenção da vida útil da ferramenta e para o grau de acabamento.
É o parâmetro mais influente na qualidade do acabamento superficial da peça;
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Cálculo da Velocidade de Avanço
Vc= (3*d*n)/1000
N= Vc*1000/3.d
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Cálculo da Velocidade de Avanço
ESTUDO DOS CAVACOS
Cavaco é o material removido do tarugo (Billet) durante o processo de usinagem, cujo objetivo é obter uma peça com forma e/ou dimensões e/ou acabamento definidas.
ESTUDO DOS CAVACOS
ESTUDO DOS CAVACOS
A formação do cavaco influencia diversos fatores ligados a usinagem, tais como:
Desgaste da ferramenta;
Os esforços de corte;
O calor gerado na usinagem;
A penetração do fluido de corte;
ESTUDO DOS CAVACOS
Assim estão envolvidos com o processo de formação de cavaco os seguintes aspectos:
Econômicos;
Qualidade da peca;
Segurança do Operador;
Utilização adequada da máquina, etc;
Mecanismo de formação do cavaco
Tipos de cavaco
De ruptura
Contínuo
De cisalhamento
O fenômeno de formação do cavaco é periódico
Tipos de cavaco
Tipos de cavaco
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Etapas de mecanismo de formação de cavaco
Recalque: uma pequena porção de material é recalcada (sofre deformações elásticas e plásticas) contra a superfície de saída da ferramenta.
Deslizamento: a deformação plástica aumenta até que as tensões de cisalhamento sejam suficientemente grandes, causando deslizamento entre a porção recalcada e a peça (sem ruptura do material).
Ruptura;
Escorregamento entre a superfície de saída da ferramenta;
É um fenômeno periódico e dependente das propriedades do material da peça.
CAVACO CONTÍNUO
Mecanismo de Formação: O cavaco é formado continuamente, devido a ductilidade do material e a alta velocidade de corte;
Acabamento Superficial: Como a força de corte varia muito pouco devido a contínua formação do cavaco, a qualidade superficial é muita boa.
Lamelas justapostas: usinagem de materiais dúcteis.
Altas velocidades de corte: grandes ângulos de usinagem;
Exemplos: aços com baixo teor de carbono e aluminio.
Não há uma distinção muito nítida entre os cavacos contínuos e de cisalhamento. Conforme as condições de usinagem e a geometria da ferramenta, se estas impuserem uma deformação maior no cavaco, pode-se passar do cavaco contínuo ao de cisalhamento, mas o principal fator determinante do tipo de cavaco é o material da peça usinada. Em geral, materiais dúcteis, (aços, alumínios) formam cavacos contínuos ou de cisalhamento e materiais frágeis (ferros fundidos e latões) formam cavacos de ruptura.
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CAVACO CISALHADO
Mecanismo de Formação: O material fissura no ponto mais solicitado. Ocorre ruptura parcial ou total do cavaco. A soldagem dos diversos pedaços (de cavaco) é devida a alta pressão e temperatura desenvolvida na região. O que difere um cavaco cisalhado de um contínuo (aparentemente), é que somente o primeiro apresenta um serrilhado nas bordas.
Acabamento Superficial: A qualidade superficial é inferior a obtida com cavaco contínuo, devido a variação da força de corte. Tal força cresce com a formação do cavaco e diminui bruscamente com sua ruptura, gerando fortes vibrações que resultam em uma superfície com ondulações.
Exemplos: aços ligas e aços carbono
CAVACO DE RUPTURA
(ARRANCADO)
Mecanismo de Formação: Este cavaco é produzido na usinagem de materiais frágeis como o ferro fundido, bronze duro e latão. O cavaco rompe em pequenos segmentos devido a presença de grafita (FoFo), produzindo uma descontinuidade na microestrutura.
Acabamento Superficial: Devido a descontinuidade na microestrutura produzida pela grafita (no caso do FoFo), o cavaco rompe em forma de concha gerando uma superfície com qualidade superficial inferior.
Lamelas separadas: usinagem de materiais frágeis.
Quanto à forma, os cavacos são classificados como:
Em fita: o cavaco em fita é o que apresenta maiores inconvenientes, devendo ser evitado, as demais formas podem ser utilizadas dependendo da aplicação.
Helicoidal: quando a remoção de material é elevada este tipo de cavaco deixa com maior facilidade o espaço entre os demais dentes da ferramenta.
Espiral;
Em lasca ou pedaços: preferido quando houver pouco espaço disponível ou quando o cavaco é removido pelo fluido de corte.
Quanto à forma, os cavacos são classificados como:
Em fita
Helicoidal;
Espiral;
Em lasca ou pedaços.
Quando se formam cavacos longos em forma de fita é necessário que o operador pare a máquina periodicamente para remover o cavaco amontoado. Isso representa um desperdício de tempo. Outras vezes, o operador tenta remover o cavaco com a máquina em funcionamento, o que representa um risco para sua segurança.
O cavaco em lascas é preferido quando houver pouco espaço disponível, ou quando o cavaco deve ser removido por fluido refrigerante sob pressão, como no caso da furação profunda.
Em fresamento frontal de acabamento, quando a remoção de cavaco é elevada, prefere-se a formação de cavacos helicoidais, pois estes saltam fora do bolsão de entupimento desse espaço.
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Efeitos indesejáveis dos cavacos do tipo contínuos (em fita):
Pode ocasionar acidentes, visto que eles se enrolam em torno da peça, da ferramenta ou dos componentes da máquina;
Dificulta a refrigeração direcionada, desperdiçando o fluido de corte;
Dificulta o transporte (manuseio), ocupa muito volume;
Ele prejudica o corte, no sentido de poder afetar, o acabamento, as forças de corte e a vida útil das ferramentas.
Ocupa mais espaço.
Fatores que influenciam a forma do cavaco:
1 - O material da peça (principal fator);
2- vc (velocidade de corte);
3 - f (avanço);
4 - γ (ângulo de saída);

Influência dos parâmetros de corte na formação do cavaco.
Geralmente, o aumento da profundidade de corte tendem a mover a forma do cavaco para cima da figura, enquanto o avanço move a forma do cavaco para a direita.
Quanto maior o avanço, menor o cavaco.
Quanto Menor a velocidade de corte, menor o cavaco.
Quanto menor o ângulo se saida, menor o cavaco.
Grandes profundidades de corte facilitam a quebra do cavaco.
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Mecanismo de ruptura do cavaco
Apesar das condições de corte poderem ser controladas para evitar ou pelo menos reduzir a tendência de formação de cavacos longos em fita.
O método mais efetivo, no entanto, para produzir cavacos curtos é o uso de quebra-cavacos.
A diminuição do ângulo de saída e/ou inclinação da ferramenta e o aumento do atrito cavaco-ferramenta, também promovem a curvatura vertical.
Para facilitar a quebra do cavaco, pode-se:
Aumentar a fragilidade através de tratamento térmico ou de trabalho a frio (encruamento) do material. Partículas de MnS e Pb em aços de usinabilidade melhorada também tem uma ação de aumento de fragilidade do material.
Quanto menor a espessura do cavaco mais flexíveis (dúcteis), eles são e assim, se tornam mais difíceis de quebrar.
Diminuição do ângulo de saída ou a colocação de quebra-cavacos;
Em baixas velocidades de corte os cavacos geralmente apresentam boa curvatura natural, e portanto, não costumam apresentar problemas com relação à quebra. Quandoa s velocidades de corte aumentam, o problema da quebra do cavaco passa a ter muita importância.
Grandes profundidades de usinagem auxiliam o aumento da capacidade de quebra do cavaco;
A relação entre raio de ponta e profundidade de usinagem influencia na quebra do cavaco. Quando a relação a/r é pequena, o cavaco se dobrará lateralmente, formando um cavaco que não se quebra com facilidade. Quando essa relação é grande, além da curvatura lateral, haverá também curvatura vertical do cavaco e ele se dobrará no sentido de encontrar a superfície de folga da ferramenta e lá se quebrar.
A mudança das condições de usinagem com o fim específico de se obter uma forma adequada de cavaco, deve ser o tanto quanto possível evitada, pois estas são fixadas levando-se me consideração requisitos técnicos e econômicos do processo.
Os ângulos negativos de saída e de inclinação, quando exagerados, aumentam os esforços de corte, podendo ocasionar vibrações indesejadas na ferramenta ou mesmo impossibilitar o corte, no caso da máquina ferramenta não possuir potência suficiente.
Assim, o meio mais adequado para se obter a quebra do cavaco é a utilização de elementos de forma colocados na superfície de saída da ferramenta, denominados quebra cavacos.
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Pastilha
Quebra-cavaco
Mecanismo de ruptura do cavaco
Os quebra-cavacos podem ser moldados na superfície de saída da ferramenta ou postiços
Mecanismo de ruptura do cavaco
Macro geometria
com quebra-cavacos
Quebra cavacos moldados impossibilitam ou dificultam a afiação da ferramenta, mesmo assim, são muito utilizadas, pois quebra-cavacos postiço exige que o operador o coloque na posição correta sobre a superfície de saída da ferramenta, o que nem sempre é realizado corretamente. Outro ponto desvantajoso para quebra cavacos postiços é que ele também se desgasta e precisa ser substituído de tempos em tempos, sua utilização implica mais um item de estoque e muitas vezes, por ser pequeno, é de difícil manipulação pelo operador.
Portanto, o quebra cavaco moldado leva vantagem e, atualmente, a grande maioria das ferramentas de usinagem de materiais que formam cavacos contínuos possuem quebra cavacos moldados.
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Tipos mais comuns de quebra-cavacos
a
b
c
a) Quebra-cavaco fixado mecanicamente;
b) Quebra-cavaco usinado diretamente na ferramenta;.
c) Quebra-cavaco em pastilha sinterizada
Vantagens do uso de quebra-cavacos:
Redução de transferência de calor para a ferramenta por reduzir o contato entre o cavaco e ferramenta;
Maior facilidade de remoção dos cavacos;
Menor riscos de acidentes para o operador;
Obstrução menor ao direcionamento do fluido de corte sobre a aresta de corte da ferramenta.
Ao se procurar deformar mais o cavaco visando aumentar a sua capacidade de quebra, pode-se aumentar bastante os esforços de corte, com consequente aumento da temperatura e diminuição da vida de ferramenta.
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Influência da velocidade de corte na quebra do cavaco
Em baixas velocidades de corte os cavacos geralmente apresentam boa curvatura, quebrando com facilidade.
Quando as velocidades aumentam, no caso de materiais dúcteis, pode haver maior dificuldade para a quebra.
Influência da velocidade de corte na quebra do cavaco
Grandes profundidades de usinagem facilitam a quebra do cavaco.
A relação entre o raio da ponta da ferramenta e a profundidade de usinagem influencia na quebra do cavaco:
ap/r pequeno = dificuldade na quebra
ap/r grande = facilidade na quebra
r
TEMPERATURA DE CORTE
Fontes de geração de calor:
- Atrito entre peça e ferramenta;
´
Atrito entre cavaco e ferramenta;
Deformação/cisalhamento do cavaco;
TEMPERATURA DE CORTE
Conhecer as temperaturas de corte é importante porque temperaturas elevadas:
reduzem a vida da ferramenta,
produzem cavacos quentes que colocam em risco a segurança do operador da máquina e
podem causar imprecisões nas dimensões da peça devido à expansão térmica do material trabalhado.
Principais fontes de Dissipação de Calor na usinagem
Cavaco
Peça
Ferramenta
Meio ambiente
Danos do calor
No cavaco:
nenhum;
Na peça:
dilatação térmica e dano metalúrgico superficial;
Na ferramenta:
Maior facilidade de desgaste;
Temperatura de corte
Calor é proporcional à potência consumida e ao volume de cavaco gerado;
Meios p/ se evitar e/ou minimizar os efeitos do calor:
- materiais de ferramentas;
- materiais de usinabilidade melhorada;
- fluidos de corte;
Fluidos de corte
Fluidos de corte são aqueles líquidos e gases aplicados na ferramenta e no material que está sendo usinado, a fim de facilitar a operação de corte.
De acordo com Stoeterau (2004), as funções dos fluidos de corte podem ser classificadas em caráter funcional e caráter econômico. Com relação ao caráter funcional, podemos destacar redução do atrito entre ferramenta e cavaco; expulsão dos cavacos gerados; refrigeração da ferramenta; refrigeração da peça; melhoria do acabamento da superfície usinada e refrigeração da máquina ferramenta. Com relação ao caráter econômico, podemos destacar redução do consumo de energia; redução dos custos de ferramenta; e diminuição ou eliminação da corrosão na peça.
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Fluidos de corte sintético (soluções químicas)
Fluidos de corte: óleo sintético
Quimatic 2- 500ml por R$55
Indicado para alumínio e suas ligas. Reduz o atrito ferramenta-peça-cavaco, aumentando a vida útil da ferramenta e garantindo um ótimo acabamento da peça; Garante um corte mais limpo e mais rápido, sem emplastamento ou engripamento.
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Fluidos de corte: óleo sintético
Óleo solúvel
Refrigerantes para cut-offs, serras,...
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FUNÇÕES DOS FLUIDOS DE CORTE
A utilização de fluidos de corte na usinagem inicia-se em 1890, com a água e a seguir soluções água/soda ou água/sabão (evitar a oxidação - peça e ferramenta).
A água tem alto poder refrigerante, mas um baixo poder lubrificante (além de provocar oxidação).
Por isto, outros fluidos de corte foram desenvolvidos.
Nos últimos anos muito tem se discutido sobre o corte a seco ou com mínima quantidade de fluido (MQF).
FUNÇÕES DOS FLUIDOS DE CORTE
Os custos operacionais do fluido de corte podem chegar a 17% dos custos de fabricação por peça em indústrias metalúrgicas.
Os fluidos de corte podem causar danos à saúde se absorvidos (contato pela pele, respiração e/ou ingestão) pelo ser humano.
As doenças mais comuns são: dermatites, alergias, perda da capacidade pulmonar, câncer gastrointestinal e outros tipos de câncer. Os fluidos de corte podem também afetar o meio ambiente (solo, água e ar).
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Fluido de usinagem como Refrigerante
Como refrigerante ele atua:
Sobre a ferramenta e evita que ela atinja temperaturas muito altas e perca suas características de corte.
Sobre a peça, evitando deformações causadas pelo calor.
Sobre o cavaco, reduzindo a força necessária para que seja cortado.
Fluido de usinagem como Lubrificante
Fluido de usinagem como Lubrificante:
Atua reduzindo o atrito melhorando o rendimento da máquina pois facilita o deslizamento dos cavacos sobre a ferramenta;
Redução de esforços;
Fluido de usinagem como
ação de limpeza
A ação de limpeza ocorre como consequência da aplicação do fluido de corte em forma de jato, cuja pressão afasta as aparas deixando limpa a zona de corte e facilitando o controle visual da qualidade do trabalho.
FUNÇÕES DOS FLUIDOS DE CORTE
Principais funções dos fluidos de corte são:
• Refrigeração a altas velocidades;
• Lubrificação a baixas velocidades.
Outras funções
Proteção contra corrosão
Arrastamento dos cavacos
Eliminação do gume postiço
Objetivos
Aumentar a vida da ferramenta;
Aumentar a eficiência de remoção de material;
Melhorar o acabamento superficial;
Reduzir a força e potência de corte;
Qualidades acessórias
Resistência a infectação por bactérias e fungos.
Não ter tendência ao envelhecimento (formação de borras, espumas, oxidação, perda de estabilidade).
Não afetar a saúde, quer pelo contato direto, quer pelos seus vapores e névoas.
Facilidade de preparação e manutenção.
Não atacar metais,
plásticos, tintas, borrachas, elementos de vedação e outras peças da máquina.
Não atacar ligantes dos rebolos (na retificação).
Boa transparência, para permitir a observação do processo de usinagem.
Baixa inflamabilidade.
Não afetar ou poluir o meio ambiente, nem na utilização nem no descarte.
Não ter cheiro incomodativo.
Poder de remover impurezas.
Boa molhabilidade e resistência a altas pressões.
Boa filtrabilidade.
Não formar espuma.
Ter baixa viscosidade, a fim de que flua facilmente;
Alta condutividade térmica e alto calor específico;
Evita dilatação e danos térmicos à estrutura superficial das peças;
Viscosidade adequada suficientemente baixa para permitir fácil circulação do fluido, suficientemente alta para garantir aderência às superfícies da ferramenta;
Água
Primeiro fluido de corte utilizado. Vantagens = abundância, baixo custo, não é inflamável e tem baixa viscosidade.
Desvantagens = provoca corrosão dos materiais ferrosos e apresenta baixo poder umectante (molhabilidade). Praticamente não são utilizados na produção.
A água tem elevado calor específico e elevada condutividade térmica em relação a outros líquidos, e este é o motivo pelo qual a água é usada como a base nos fluídos de corte refrigerantes.
Óleo Integral
Óleo integral: Fluidos integrais, isentos de água:
Base mineral (óleos de petróleo, etc);
Base vegetal (óleos de mamona, canola, etc);
Base sintética (ésters, solventes sintéticos);
Óleo Integral
Óleo mais viscoso = maior poder de lubrificação; aplicável onde o calor gerado por atrito é muito grande, principalmente em desbaste pesado.
Óleo menos viscoso = maior poder de refrigeração; aplicável para altas velocidades de corte (o calor é rapidamente dissipado).
Problemas = alto custo em relação aos emulsionáveis, risco de incêndio, ineficiência à altas velocidades de corte, baixo poder refrigerante, formação de fumos(névoa) e riscos à saúde.
O ar comprimido pode ser utilizado com objetivo de resfriar a região de corte por meio de um jato, puro ou misturado a outro fluido, direcionado contra a interface, contra a superfície interna do cavaco, com razoável desempenho. A maior restrição na sua utilização é o intenso nível de ruído promovido no local de trabalho. Já a água, por ser altamente corrosiva aos materiais ferrosos, praticamente não é utilizada como fluido de corte. Enfim, as suas aplicações são bastante restritas.
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Óleo Integral
Podem causar câncer e dermatites.
Estes óleos têm excelentes propriedades lubrificantes, bom controle anti-ferrugem e longa vida útil.
No entanto, apresentam menor poder refrigerante quando comparados com os fluidos de corte solúveis em água, devido ao seu calor específico ser cerca de metade em relação ao da água.
Não são corrosivos.
Longa duração se mantido limpos.
Emulsões
Não é uma solução (água e óleo não se misturam).
É comum que se tenha 60% ou mais de óleo na água.
Para que a mistura ocorra, é necessário aditivar o óleo com emulsificantes. Os emulsificantes (sabões e sulfanatos) possuem moléculas formadas por duas regiões distintas; uma delas é hidrófoba (teme a água) e a outra é hidrófila (gosta de água). Quando o óleo emulsionável é jogado na água, o emulsificante concentra-se na interface da água com o óleo. Então a região hidrófoba mistura-se com o óleo e a hidrófila mistura-se com a água. Esse fenômeno forma uma película capaz de evitar que as gotículas de óleo se aglutinem e se separem da emulsão.
A denominação “óleo solúvel” é imprópria porque o óleo não está solubilizado na água, mas sim disperso por causa do emulsificador.
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Emulsões
Especialmente adequadas onde o requisito principal é a refrigeração, quando a retirada de material não é muito grande. Os aditivos eliminam os inconvenientes da água (corrosão/ baixo poder umectante).
Fluidos utilizados em operações de alta velocidade.
Consistem em gotas de óleo suspensas em água.
Emulsões
Os óleos solúveis combinam as propriedades de lubrificação e anti-corrosão dos óleos com a excelente característica refrigerante da água.
As vantagens em relação aos óleos de corte incluem a melhor extração de calor da interface peça/ferramenta, melhor limpeza da superfície de trabalho, economia resultante da diluição em água, e condições de trabalho mais saudável e segura.
Já a desvantagem reside em apresentar menor poder de lubrificação, não diminuindo de forma eficiente o atrito entre peça e ferramenta.
Emulsões são sistemas coloidais formados de dois líquidos imiscíveis, onde um deles dispersa no outro sob a forma de finas gotículas. A miscibilidade dos dois líquidos é conseguida mediante duas situações:
1- Adição de energia mecânica ao sistema, ou seja, submetendo o sistema a forte agitação (se misturam por um curto período, quando a agitação cessa, os dois líquidos voltam a se separar);
2- adição de uma pequena quantidade de uma terceira substancia (agente emulsificante), seguido por agitação. Neste caso, verifica-se a formação de uma mistura leitosa que é aparentemente uniforme.
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Micro-emulsões
Também chamados semi-sintéticos. Apresentam aditivos e compostos químicos que realmente se dissolvem na água, formando moléculas individuais.
Apresentam menor quantidade de óleo na água (tipicamente, em torno de 10%). Os semi-sintéticos têm maior vida útil, porque é necessária uma menor quantidade de emulsionantes (em relação às emulsões). Portanto sofrem menos ataques por bactérias.
Soluções químicas (fluidos sintético)
Consistem de sais orgânicos e inorgânicos e aditivos (principalmente os de lubricidade, biocidas, EP, anticorrosivos e umectantes).
Também conhecidas como fluidos sintéticos. Não apresentam óleo mineral em sua fórmula básica.
Os sintéticos, teoricamente, têm vida útil infinita.
Não sofrem ataques por bactérias. Alguns são biodegradáveis. Uma vez adicionado à agua, não pode ser separado. É necessário um fluido para cada tipo de processo (ex: torneamento, fresamento).
Soluções (fluidos sintéticos): As soluções são misturadas de água e produtos orgânicos e inorgânicos especiais que lhe conferem propriedades para seu uso como fluido de corte. As soluções não contém óleo na sua composição
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Soluções químicas (fluidos sintético)
São produtos compostos por inibidores de ferrugem, detergentes e agentes umectantes.
Essas soluções devem se diluídas em água para o uso, refrigeram bem e dão boa proteção contra a corrosão, porém não lubrificam.
As soluções químicas são empregadas em retífica e outras operações onde a necessidade de refrigeração e detergência são predominantes.
Seleção do fluido de corte
Considerar principalmente: material da peça e da ferramenta, operação de usinagem e severidade da operação.
O óleo integral é preferível para condições severas. Enquanto os fluidos aquosos são preferidos para condições brandas.
Semi-sintético: micro-emulsão;
Sintético: soluções químicas;
Aditivos
Antiespumantes: evitam a formação de espuma que poderia impedir a boa visão da região de corte e comprometer o efeito de refrigeração do fluido;
Anticorrosivos: protegem a peça, a ferramenta e a máquina-ferramenta da corrosão (são produtos à base se nitrito de sódio);
Antioxidantes: tem a função de impedir que o óleo se deteriore quando em contato com o oxigênio no ar;
Detergentes: reduzem a deposição de iôdo, lamas e borras (composto de magnésio, bário, cálcio, etc);
Aditivos
Emulgadores: são responsáveis pela formação de emulsões de óleo na água;
Biocidas: substâncias ou misturas químicas que inibem o crescimento de microorganismos;
Agentes EP (extrema pressão): para operações mais severas de corte, eles conferem aos fluidos de corte uma lubricidade melhorada para suportarem elevadas temperaturas e pressões de corte reduzindo o contato da ferramenta com o material. Os principais agentes EP são à base de enxofre, cloro e fósforo.
DICAS TECNOLÓGICAS
Fofo cinzento: são normalmente usinados
a seco, porém um óleo emulsionável pode ser útil para ajudar a remover o cavaco que é o tipo de ruptura;
• O alumínio e suas ligas podem ser usinados a seco. Para algumas ligas é necessário o fluido de corte, que pode ser uma emulsão com mistura de óleo mineral e graxo e a maioria das emulsões solúveis. Não requer aditivos EP e o enxofre ataca o metal instantaneamente;
• Devido a altas fragilidades das ferramentas cerâmicas, deve-se tomar cuidado ao aplicar um refrigerante, porque os choques térmicos podem causar trincas superficiais.
DICAS TECNOLÓGICAS
• Magnésio e suas ligas normalmente são usinados secos e a altíssimas velocidades de corte, entretanto, um refrigerante pode ser usado. Emulsões são proibidas, pois a água reage com o cavaco para liberar hidrogênio, que apresenta riscos de ignição. O enxofre ataca o metal;
• O cobre e suas ligas geralmente usam óleos solúveis. O enxofre causa descoloração das peças;
Usinagem a seco
Melhor alternativa para resolver os problemas causados pelos fluidos de corte, porém exige uma adaptação compatível de todos os fatores influentes neste processo;
Usinagem a seco
Método de usinagem a seco:

Pistola Automática de Ar produz um jato constante de ar para a ferramenta de corte que afasta os cavacos durante a usinagem a seco.
Usinagem a seco
Desvantagens:
Redução da vida útil da ferramenta;
Redução de parâmetros de corte;
A maior consequência dessas desvantagens é uma menor produtividade ;
MQF
A MQF (Mínima Quantidade de Fluido) seria uma solução intermediária e a curto prazo, entre a usinagem a seco e a usinagem com fluido cortante;

MQF
Minimização da quantidade de fluido.
A MQF é aplicada nas operações de corte em que não é possível a eliminação do fluido de corte.
Na técnica de MQF (também chamado atomização ou névoa), o fluido é aplicado em vazões muito baixas (10 a 20 ml/h).
Direcionado contra áreas de atrito.
MQF
Desvantagens da MQF :
custos adicionais para pressurizar o ar e suportes tecnológicos;
Fumaça de óleo gerados (apesar de ser menor do que no fluido cortante).
DIREÇÕES DE APLICAÇÃO DO FLUIDO
Direção A: Aplicação convencional de fluido na forma de jorro à baixa pressão (sobre-cabeça);
Direção B: Aplicação de fluido entre a superfície de saída da ferramenta e a parte inferior do cavaco. Nesta aplicação, estudada em algumas pesquisas, o fluido é aplicado sob alta pressão;
Direção C: Aplicação do fluido entre a superfície de folga da ferramenta e a peça.
Técnicas de aplicação do fluído de corte
Inundação com jorro a baixa pressão:
Realizada através de tubeiras;
As vezes chamado de jorro de resfriamento porque é geralmente usado com fluído de corte do tipo refrigerante.
No jato direto, um fluxo continuo de fluido é diretamente aplicado nas interfaces cavaco-ferramenta ou ferramenta-superfície usinada na operação de usinagem.
Técnicas de aplicação do fluído de corte
2) Névoa (ou pulverização):
Essencialmente usadas com fluídos de corte a base de água.
O fluído é aplicado diretamente na operação sob a forma de gotículas suspensas em vapor em alta velocidade injetado através de um jato de ar pressurizado.
Este tipo de aplicação geralmente não é tão eficaz quanto o jorro direto para o resfriamento da ferramenta.
Devido à corrente de ar de alta velocidade, a aplicação da névoa pode ser mais eficaz em fornecer o fluido de corte nas áreas de difícil acesso por inundação convencional.
Fluído de Corte
A refrigeração pode ser necessária devido a:
a) Ferramenta – para minimizar desgaste e aumentar vida;
b) Peça – para evitar dilatação térmica (ou deformações de paredes finas) e dano metalúrgico superficial.
Principalmente fluidos aquosos
Fluído de Corte
Situações em que o fluido refrigerante aumenta a vida da ferramenta:
a) Ferramenta de aço rápido;
b) Corte contínuo com ferramenta de metal duro;
Fluído de Corte
Situações em que fluido refrigerante é necessário devido à peça:
a) Quando as tolerâncias dimensionais forem críticas, principalmente em peças de paredes finas;
b) Operações de retificação
Fluído de Corte
Situações em que o uso de fluido refrigerante deve ser evitado:
a) Corte com ferramentas cerâmicas puras e mistas;
b) Torneamento de aço endurecido;
c) Fresamento com ferramenta de metal duro
Fluído de Corte
Situações em que o fluido de corte não interfere na vida da ferramenta:
a) Usinagem do ferro fundido cinzento – grafita é lubrificante;
b) Torneamento e fresamento de ligas de Mg e Al (exceto (Al-Si)
Usinabilidade
Usinabilidade pode ser definida como uma grandeza tecnológica que expressa, por meio de um valor numérico comparativo, um conjunto de propriedades de usinagem, de um material em relação a outro tomado como padrão.
Em outras palavras, pode-se entender usinabilidade como o grau de dificuldade de se usinar um determinado material.
Usinabilidade
Apesar da usinabilidade geralmente se referir ao material usinado, deve-se reconhecer que a performance da usinagem depende de outros fatores além de somente o material, como:
– Tipo de operação de usinagem;
– Ferramental;
Material da ferramenta: composição química, dureza a quente, tenacidade, tratamento térmico, etc.
Geometria da ferramenta: ângulos, raio de quina, dimensões, forma do gume, etc.
Qualidade do gume: grau de afiação, desgaste, trincas, rugosidade da face e dos flancos, etc.
– as condições de corte: Velocidade de corte; avanço e profundidade; corte contínuo ou interrompido, comprimento de contato entre o gume e a peça, etc.
Usinabilidade
Um material que tenha uma boa usinabilidade, quando se leva em conta uma propriedade de usinagem, como por exemplo a vida da ferramenta e não possuir boa usinabilidade quando se leva em conta outra propriedade, como por exemplo a rugosidade da peça usinada.
Usinabilidade
A usinabilidade depende do estado metalúrgico da peça, da dureza, das propriedades mecânicas do material, de sua composição química, das operações anteriores efetuadas sobre o material (a frio ou a quente);
Encruamento: quando metais são deformados plasticamente, eles aumentam a sua resistência. Este é o fenômeno do encruamento, que depende da taxa de deformação e da “habilidade” do material em encruar.
Taxa de Encruamento Os Aços inoxidáveis austeníticos são materiais que possuem alta taxa de encruamento, requer muita energia para a formação do cavaco ( baixa usinabilidade). Com isso, o corte acarretará um aumento de dureza numa fina camada da superfície usinada. Também devido à alta de encruamento, a formação da aresta postiça de corte fica facilitada. Os aços carbonos são materiais que possuem baixas taxas de encruamento (alta usinabilidade).
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Usinabilidade
Cuidado com o termo usinabilidade Um material que tenha uma boa usinabilidade, quando se leva em conta uma propriedade de usinagem, como por exemplo a vida da ferramenta e não possuir boa usinabilidade quando se leva em conta outra propriedade, como por exemplo a rugosidade da peça usinada.
Usinabilidade
Periodo no qual uma ferramenta pode ser mantida usinando de
forma economica
O carater economico pode ser relacionado principalmente com:
● tolerancias dimensionais
● tolerancias geometricas
● qualidade superficial da peca
● nivel de vibracoes no processo
● nivel de esforcos no processo
● possibilidade de reafiacao da ferramenta, entre outros
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Usinabilidade
Há vários métodos para medir o índice de usinabilidade:
O ensaio chamado de longa duração, é o mais aceito.
O material ensaiado e o material “padrão” são usinados até o fim de da vida da ferramenta (ou valor de desgaste pré-determinado para a ferramenta), em diversas velocidades de corte;
Obtêm-se a velocidade de corte para uma determinada vida da ferramenta.
Por exemplo, VC20 (velocidade para uma vida de 20 minutos).
O material padrão mais utilizado (ensaio de aços) é o aço AISI B1112. O I.U. do material padrão é considerado 100%.
Usinabilidade
São critérios que são utilizados para determinar quando uma ferramenta deve ser substituída no processo.
Esses critérios e relacionado com:
desvios nas tolerâncias dimensionais;
desvios nas tolerâncias geométricas;
perda de qualidade superficial da peça;
aumento no nível de vibrações no processo;
aumento no nível de esforços no processo;
aumento do custo de reafiação da ferramenta;
formação de rebarba;
aumento da temperatura de corte;
nível de desgaste na ferramenta;
Usinabilidade
IU>1- FACEIS DE USINAR
IU<1- DIFICEISDE USINAR
IU=1 MESMA VELOCIDADE DE CORTE PARA O TEMPO DE VIDA DETERMINADO
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Usinabilidade
Usinabilidade
Em um sentido mais geral, a vida da ferramenta é determinada pelo instante na qual a
ferramenta não produz mais peças economicamente satisfatórias. A velocidade de corte é a variável de operação mais importante e de maior influência sobre a temperatura e, com isso, sobre a vida da ferramenta.
O estudo clássico de Taylor estabeleceu uma relação entre a ferramenta de corte (v) e o tempo (T) para alcançar um comprimento de desgaste de certas dimensões. Assim, a equação de Taylor é dada pela Equação
Alguns valores do expoente y são: aço rápido=0,1; carboneto sinterizado=0,2; ferramenta cerâmica=0,4.
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De acordo com Taylor, a equação que expressa a vida da ferramenta em função da velocidade de corte pode ser escrita da seguinte forma:
Muitas vezes encontra-se na literatura a equação de Taylor expressa sob a forma
Vc.ty = C
y é a inclinação da curva (expressa em termos lineares ao invés de na escala dos eixos)
C é o valor da velocidade quando a curva intercepta o eixo das velocidades. C representa a velocidade de corte que resulta em uma vida de ferramenta de 1 min.
Os parâmetros y e C (ou x e K) variam com o material da peça e com os parâmetros de usinagem.
Usinabilidade
Usinabilidade
Usinabilidade
Outros ensaios, chamados de curta duração: Usando além do critério de vida da ferramenta, outros critérios tais como a força de usinagem, o acabamento superficial, etc.. São chamados de curta duração, porque são utilizadas condições forçadas de usinagem e/ou materiais de ferramentas pouco resistentes ao desgaste, a fim de que a vida da ferramenta termine rapidamente e o ensaio possa ser realizado em curto espaço de tempo.
Vantagens dos ensaios de curta duração: Quando o critério é a força de usinagem ou a rugosidade da peça, o ensaio é de curta duração, pois com somente algumas passadas da ferramenta na peça, pode-se obter os valores desejados, não se necessitando que o desgaste cresça até o fim da vida da ferramenta.
Problemas relativos à usinabilidade
Desgaste rápido ou super aquecimento da ferramenta;
Empastamento ou enganchamento da ferramenta pelo material da peça;
Lascamento do gume de corte;
Mau acabamento superficial da peça usinada;
Necessidade de grandes forças ou potências de corte.
Critérios para determinação do fim de vida da ferramenta
Falha completa da ferramenta;
Falha preliminar da ferramenta;
Largura da marca de desgaste no flanco;
Vibrações intensas da peça ou da ferramenta, ruídos fortes por vibração da máquina;
Profundidade de cratera KT ou distância KL;
Deficiência de acabamento superficial;
Formação de rebarbas de usinagem na peça;
Brusca variação na forma dos cavacos;
Alterações de dimensões da peça;
Força de corte, torque ou potência;
Aumento da força de avanço;
Aumento na temperatura do gume.
Usinabilidade e as Propriedades do Material
É comum se pensar que a usinabilidade é uma propriedade ligada à dureza do material da peça e à sua resistência mecânica.
Assim, segundo esse raciocínio, um material mole é de boa usinabilidade e um material duro de baixa usinabilidade.
Porém, esse raciocínio é falso.
Usinabilidade e as Propriedades do Material
Outros fatores também são bastante importantes, como a quantidade de inclusões e de aditivos para melhorar a usinabilidade, a quantidade de partículas duras, a micro-estrutura, a tendência ao empastamento do cavaco do material na superfície de saída da ferramenta, etc..
Dureza e Resistência Mecânica
Valores baixos de dureza e resistência mecânica normalmente favorecem a usinabilidade.
Quando porém se tem materiais muito dúcteis a baixa dureza pode causar problemas, pois facilita a formação de aresta postiça de corte.
Nestes casos, é bom que a dureza seja aumentada através de trabalho a frio.
Ductilidade
Baixos valores de ductilidade são geralmente benéficos a usinabilidade.
A formação de cavacos curtos é facilitada e se tem menor perda de energia com o atrito cavaco-superfície de saída da ferramenta.
Porem, em geral, consegue-se baixa ductilidade com alta dureza e vice-versa.
Condutividade térmica
Uma alta condutividade térmica do material da peça significa que o calor gerado pelo processo é rapidamente retirado da região de corte e, assim. a ferramenta não é excessivamente aquecida e, portanto, não se desgasta tão rapidamente.
Então, uma alta condutividade térmica favorece a usinabilidade do material.
Condutividade térmica
Porém, esta propriedade não pode ser facilmente alterada dentro de um determinado grupo de materiais, isto é, todos os aços liga tem condutividade térmica similares, o mesmo acontecendo entre os aços ligados, aços inoxidáveis, alumínios, ferros fundidos, etc.
Dentre os tipos de materiais mais usinados, os que tem maior condutividade térmica são os alumínios, seguidos pelos aços sem liga, vindo depois os aços ligados e os aços inoxidáveis.
Taxa de Encruamento
Os Aços inoxidáveis austeníticos são materiais
que possuem alta taxa de encruamento, requer muita energia para a formação do cavaco ( baixa usinabilidade).
Com isso, o corte acarretará um aumento de dureza numa fina camada da superfície usinada.
Também devido à alta de encruamento, a formação da aresta postiça de corte fica facilitada.
Os aços carbonos são materiais que possuem baixas taxas de encruamento (alta usinabilidade).
Exceção feita
O alumínio em geral pode ser facilmente usinado.
A energia consumida por unidade de volume do metal é muito baixa.
Apenas o magnésio e sua ligas podem ser usinadas com a mesma taxa de energia consumida e o desgaste da ferramenta raramente é um problema.
FERRAMENTAS DE METAL DURO UTILIZADAS NA USINAGEM DO ALUMÍNIO O material de ferramenta típico para usinagem de ligas de alumínio (com exceção das ligas de alumínio-silício) é o metal duro classe K sem cobertura. A classe K é recomendada pois as temperaturas de corte são baixas e, por isso, a formação do desgaste de cratera via processo difuso não é um problema.
Por outro lado, metais duros a base de carboneto de titânio (classe P) são inadequados para a usinagem de alumínio, devido à grande afinidade físico-química entre o alumínio e o titânio.
A ferramenta é sem cobertura pois não se necessita grande resistência ao desgaste e, por outro lado, requer-se uma aresta bastante afiada, o que não é fácil de ser obtido com espessas camadas de cobertura sobre a ferramenta. Além disso, como já foi observado, coberturas com titânio não poderiam ser utilizadas.
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Exceção feita
As ligas de alumínio-silício, onde as partículas de silício presentes são altamente abrasivas e desgastam rapidamente a ferramenta de metal duro.
Com relação porém aos critérios de usinabilidade baseados na rugosidade da peça e na característica do cavaco, não se pode dizer que o alumínio tenha uma boa usinabilidade, pois, o cavaco formado é longo e o acabamento superficial insatisfatório.
Elementos de Liga e Usinabilidade do Alumínio
Elementos de Liga
Influência na Usinabilidade
Sn, Bi e Pb
Atuam como lubrificantes e fragilizadores do cavaco
Fe, Mn, Cr e Ni
Combinam entre si ou c/ Al e/ou c/ Si, p/ formarem partículas duras - favorecem a quebra do cavaco e em gde qtidade, tem efeito abrasivo sobre a ferramenta
Mg
Em teores baixos (< 0.3%) aumenta
a dureza do cavaco e diminui o coef. de atrito entre cavaco e ferra/a
Si
Aumenta a abrasividade da peça - a vida da ferra/a diminui c/ o aumento do tamanho da fase primária do Si
Cu
Forma o intermetálico CuAl2 que fragiliza o cavaco
Usinagem de Ligas Al-Si
Dentre as ligas de Al é a que mais desgasta a ferramenta, devido às partículas abrasivas de Si;
% de Si varia de 7 a 20% - quanto mais Si, maior é o desgaste da ferramenta;
PCD tem sido usado com sucesso na usinagem destas ligas.
As ligas eutéticas e hiper-eutéticas de alumínio- silício geram altas taxas de desgaste de flanco. Ferramentas de diamante policristalino tem sido usadas com sucesso sem um desgaste excessivo, que geralmente acontece quando elas são usinadas com ferramentas de metal duro.
A usinagem de ligas de alumínio com ferramenta de diamante é realizada com alta velocidade de corte (100 a 3000m/min), com valores limitados pela máquina-ferramenta e não pelo desgaste. Além disso, o acabamento obtido é no torneamento é com rugosidade equivalente a retífica.
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Usinabilidade dos Aços
Baixa dureza – APC e dificuldade na quebra do cavaco;
Alta dureza – abrasão e difusão;
Aços baixo carbono – trabalho a frio aumenta a usinabilidade.
Usinabilidade dos Aços
Efeito do Encruamento (por trefilação a frio) na Vida da Ferramenta
COM O TRATAMENTO TERMICO, EU NÃO ALTERO A COMPOSIÇÃO, PORÉM MODIFICO A SUA MICROESTRUTURA;
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Usinabilidade dos Aços
Efeito da Microestrutura na Usinabilidade do Aço 4140 (A)
Usinabilidade dos Aços
Micro-inclusões indesejáveis– partículas duras e abrasivas como carbonetos e Al2O3.
Elementos de liga com efeitos positivos – chumbo, enxofre, fósforo, bismuto, cálcio;
Elementos de liga com efeitos negativos – V, Mo, Nb, W, Ni, Co e Cr;
Teores ideais de C – 0,3 a 0,6%
Os principais elementos de liga adicionados para melhorar a usinabilidade são o enxofre (S), selênio (Se),telúrio (Te), chumbo (Pb), bismuto (Bi), estanho (Sn), fósforo (P) e nitrogênio. Isoladamente, ou formando compostos, interrompem a matriz do aço. Facilitando a quebra do cavaco, a lubrificação da ferramenta e, consequentemente, diminuindo os esforços de corte.
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Um terceiro fator fator metalúrgico é a presença de inclusões.
As macro-inclusões ( com diâmetro maior que 150 µm) são em geral muitop duras e abrasivas. Contudo, estão associadas a aços de baixa qualidade.
Já as micro-inclusões, estão presentes em todos aços, em algum nível. O efeito delas na usinabilidade dos aços pode ser subdividido em: Inclusões indesejáveis = partículas duras e abrasivas (ex:carbonetos,óxidos de alumínio).
Inclusões “toleráveis” = não causam muito dano à usinabilidade,conseguem fazer parte do fluxo de cavaco (ex:óxidos de manganês e de ferro).
nclusões desejáveis (em altas velocidades de corte) = os silicatos (Si). Em altas temperaturas, eles perdem muito de sua dureza, formando na zona de corte uma camada que retarda o desgaste da ferramenta.
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Usinabilidade dos Aços Inoxidáveis
Aços Inoxidáveis são ligas ferrosas que possuem um mínimo de de 12% de cromo com finalidade de resistir a corrosão. Os aços inoxidáveis são divididos em 3 classes, de acordo com sua estrutura: Ferríticos, martensíticos (série 400) e Austeníticos (série 300).
Tipos: ferríticos, martensíticos e austeníticos:
Ferríticos – Os ferríticos possuem principalmente o cromo como elemento de liga. Eles têm propriedades semelhantes ao ferro puro. E boa usinabilidade, se comparados aos outros inoxidáveis.
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Usinabilidade dos Aços Inoxidáveis
Tipos: ferríticos, martensíticos e austeníticos:
Austeníticos – muito dúctil, com alta taxa de encruamento – formam cavacos longos que tem tendência a empastar sobre a sup. de saída da ferramenta; Os austeníticos, possuem alto teor de níquel (Ni) , o que altera suas propriedades mecânicas: maior deformabilidade, tenacidade, resistência em altas temperaturas, soldabilidade e resistência à corrosão. Além disto têm : baixa condutividade térmica, alto coeficiente de atrito e alto coeficiente de dilatação térmica. Ou seja, são os inoxidáveis que apresentam a maior dificuldade para a usinagem.
Usinabilidade dos Aços Inoxidáveis
Martensíticos – com altos teores de C. Alta dureza, c/ partículas duras e abrasivas de carbonetos. Um maior esforço de corte é requerido, devido à presença de partículas duras e abrasivas de carboneto de cromo. Para combater o encruamento (austeníticos), uma das técnicas é a adição de elementos que formam inclusões frágeis. Outra alternativa é realizar um processo de deformação a frio antes da usinagem.
Usinabilidade dos Ferros Fundidos
Fofo cinzento – grafita em forma de veios – alto teor de Si – cavaco de ruptura – fácil de usinar – grafita é lubrificante, podendo ser usinado a seco;
Se teor de Si diminui e/ou taxa de resfriamento aumenta – fofo cinzento se transforma em branco – C em forma de carboneto (cementita) – baixa vida da ferramenta.
O último fator metalúrgico importante é a presença de elementos de liga. Alguns elementos (como o chumbo, o enxofre e o fósforo) têm efeito positivo na usinabilidade. Por outro lado, os elementos formadores de carbonetos (como o vanádio,o molibdênio, o nióbio, o tungstênio) e outros (como manganês, níquel, cobalto e cromo) têm efeito negativo na usinabilidade. O carbono, quando presente em teores entre 0,3 a 0,6 %, tende a melhorar a usinabilidade.
Na usinagem de ferros fundidos cinzentos não se utiliza fluído de corte líquidos, pois este poderia carregar os minúsculos cavacos formados consigo e fazê-los penetrar nas partes de atrito da máquina- ferramenta, danificando-a.
Com isso, se torna difícil a obtenção de tolerâncias apertadas, devido ao fato de que a peça se aquece bastante e, com isso, se dilata muito. A opção para operações de usinagem em acabamento de ferros fundidos cinzentos é a utilização de ar comprimido como fluido refrigerante.
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Usinabilidade dos Ferros Fundidos
Fofo nodular – grafita em forma de nódulos - maior resist. mecânica, tenacidade e dutilidade que o cinzento – cavacos longos – menor vida da ferramenta.
Fofo maleável – cementita em forma de carbonetos esféricos ou até sem carbonetos – cavacos longos.
O ferro fundido branco (cheio de carbonetos duros e abrasivos) tem uma usinabilidade da ordem de 10 vezes menor que o cinzento. O ferro fundido cinzento forma cavacos de ruptura, enquanto os maleáveis e nodulares formam cavacos longos.
Para concluir, em termos gerais pode ser dito que quanto maior a dureza e a resistência de um tipo de ferro fundido pior é sua usinabilidade.
\
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Usinabilidade dos Ferros Fundidos
Usinabilidade dos Ferros Fundidos
Microestrutura da matriz
Dureza Brinell
Índice de vida da fer.
Ferrita
120
20
50% de ferrita e 50% de perlita
150
10
Perlita grossa
195
2
Perlita média
215
1,5
Perlita fina
218
1
Perlitafina com 5% decarbetode ferro
240
0,3
Falha e desgaste da ferramenta de corte

A falha de uma ferramenta de corte pode ocorrer de três formas distintas:
Lascamento do gume;
Desgaste do flanco (superfície de incidência) formando uma marca de desgaste;
Desgaste da face (superfície de saída) sob a forma de uma cratera;
Avarias da Ferramenta
“Desgaste é a perda ou deslocamento de massa de um material causado por algum tipo de fenômeno tribológico”;
Os desgastes são caracterizados por perda ou deslocamento contínuo de material, ao longo da vida da ferramenta.
Quando ocorre o desgaste, que pode atingir níveis elevados e comprometer a qualidade do processo de usinagem. Pode ocorrer tanto no corte interrompido como no contínuo. Este desgaste ocorre de maneira progressiva, implicando na perda de material tanto da superfície de saída como da superfície de folga.
Um sistema tribológico consiste nas superfícies de dois componentes que se encontram em contato móvel um com o outro e com a área adjacente. O tipo, evolução e extensão do desgaste são determinados pelos materiais e acabamentos
dos componentes, eventuais materiais intermédios, influências da área adjacente e condições de operação.
153
Avarias da Ferramenta
Na avaria da ferramenta também acontece uma perda ou deslocamento de massa, porém, de forma descontínua.
As avarias são mais comuns nos processos de corte interrompido, onde as ferramentas estão submetidas a exigências extremas, principalmente com relação a choques térmicos e mecânicos
Um sistema tribológico consiste nas superfícies de dois componentes que se encontram em contato móvel um com o outro e com a área adjacente. O tipo, evolução e extensão do desgaste são determinados pelos materiais e acabamentos dos componentes, eventuais materiais intermédios, influências da área adjacente e condições de operação.
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AVARIAS E DESGASTE
DA FERRAMENTA
Aristides Magri
Desgaste frontal (a) acompanhados de entalhes indicados pelas letras (b) e (c) em uma ferramenta de metal duro
155
Avarias da Ferramenta
Desgaste
Flanco
Cratera
Entalhe
Deformações Plásticas da Aresta de Corte;
Lascamento, Trincas e Quebra da Ferramenta;
Avarias da Ferramenta
Avarias da Ferramenta
Desgaste de entalhe
Ocorre na região de interface entre o contato
peça/ferramenta/cavaco, no lado exposto da superfície de corte.
A formação do entalhe é resultado da ação das rebarbas produzidas nas bordas do cavaco, as quais apresentam uma taxa de encruamento maior que na parte central do cavaco, tornando-se uma região com dureza mais elevada, envolvendo um mecanismo de aderência e arrancamento.
Desgaste de entalhe
Como consequência de uma superfície mais dura, o desgaste é acelerado nessa localização.
Desgaste de entalhe
Desgaste Frontal (ou de flanco)
O desgaste de flanco ocorre na lateral, ou seja, na superfície de folga da ferramenta.
Causado pelo contato entre ferramenta e peça.
É o tipo de desgaste mais comum.
Desgaste Frontal (ou de flanco)
Ocasiona deterioração do acabamento superficial da peça e, por modificar totalmente a forma da aresta de corte original, faz com que a peça mude de dimensão, podendo sair de sua faixa de tolerância. É incentivado pelo aumento da velocidade de corte.
Usinagem - Avarias
Frontal – alta vc, baixa resistência ao desgaste da ferramenta;
Entalhe – oxidação – alta vc, cobertura da ferramenta inadequada, fluido de corte sem anti-oxidantes.
Usinagem - Avarias
As formas de desgaste mais regulares e previsíveis são o desgaste de flanco e de cratera. Em decorrência disto, procura-se estabelecer condições de corte, na usinagem de metais, onde estas formas de desgastes, principalmente o desgaste de flanco, são dominantes sobre o fim de vida da ferramenta de corte.
Cratera
É a concavidade que se forma na face (superfície de saída) da ferramenta devido ao atrito da mesma com o cavaco;
Pode ser o colapso da ferramenta, a marca de desgaste ou o efeito combinado.
O desgaste provoca um deslocamento do gume.
Cobertura de Al2O3 e ferramentas cerâmicas são eficientes contra a craterização.
Materiais de cavacos curtos não geram desgaste de cratera.
Cratera
Deformação Plástica da Aresta de Corte

É um tipo de avaria da ferramenta que é devido ao excesso de pressão aplicada à ponta da ferramenta, somado à alta temperatura nesse local.
A deformação plástica da aresta de corte faz com que a mesma tome uma forma bem típica
Deformação Plástica da Aresta de Corte

O aumento desta deformação pode acabar provocando a quebra da aresta de corte.
A utilização de uma ferramenta com maior dureza a quente e maior resistência à deformação plástica pode evitar essa ocorrência.
Outra medida que pode ser tomada é a mudança das condições de usinagem, visando a redução dos esforços e da temperatura de corte.
Lascamento
Quebra de pedaços do gume, produzindo superfícies ásperas e irregulares devido a sobre solicitações térmicas e/ou mecânicas.
Avaria da ferramenta que partículas maiores são retiradas de uma só vez. O desgaste retira continuamente partículas muito pequenas.
Ocorrem principalmente em ferramentas com material frágil e/ou quando a aresta de corte tem baixa resistência mecânica.
Prejudica o acabamento da peça e pode provocar a quebra da ferramenta.
Lascamento
Lascamento
Causas do lascamento
Ferramenta pouco resistente devido a:
Ângulo de cunha n muito pequeno;
Mau acabamento do gume;
Pastilha muito dura ou pouco tenaz para o serviço que está sendo executado;
Acontecem em ferramentas frágeis, quando a aresta é pouco reforçada ou em fresamento.
Sobresolicitações mecânicas devido a:
Cortes interrompidos ou impactos, especialmente na usinagem de materiais muito tenazes;
Inclusões duras no material da peça. Estas inclusões provocam lascamentos parciais, especialmente nos graus mais duros e resistentes ao desgaste de metal duro e nas cerâmicas. Os aços rápidos são pouco sensíveis a este tipo de solicitação;
Dimensões excessivas do cavaco;
Vibrações de qualquer origem, principalmente em ferramentas de metal duro ou cerâmicas.
resfriamento brusco de pastilhas muito quentes, na afiação ou na usinagem.
Causada principalmente por fluxo irregular do fluido de corte, principalmente em processo de fresamento.
O lascamento pode ser eliminado na maioria dos casos por:
Usar ângulos de incidência adequados;
Empregar ângulos de saída negativos em todos os trabalhos severos com pastilhas de metal duro ou cerâmicas, especialmente em cortes interrompidos, usinagem de fundidos com inclusões duras, peças com cordões de solda, etc;
Trincas
As trincas são fendas causadas pela variação da temperatura e/ou pela variação dos esforços mecânicos.
Quando tem origem térmica, elas ocorrem perpendicularmente à aresta de corte e, quando tem origem mecânica, são paralelas à aresta.
Ferramenta danificada por trincas de origem térmica
Fonte: (SANDVIK - COROMANT, 1999).
Ferramenta danificada por trincas de origem térmica
Causas do desgaste da ferramenta
Os fatores principais de desgaste são:
Abrasão
Aderência
Difusão
Abrasão
Tanto o desgaste frontal quanto o desgaste de cratera podem ser gerados pela abrasão, porém ela se faz mais proeminente no desgaste frontal, já que a superfície de folga atrita com um elemento rígido que é a peça, enquanto a superfície de saída atrita com um elemento flexível que é o cavaco.
O desgaste gerado pela abrasão é incentivado pela presença de partículas duras no material da peça e pela temperatura de corte, que reduz a dureza da ferramenta.
Abrasão
Assim, quanto maior a dureza a quente da ferramenta, maior sua resistência ao desgaste abrasivo.
Às vezes, partículas duras arrancadas de outra região da ferramenta por aderência ou por abrasão e arrastadas pelo movimento da peça, causam o desgaste abrasivo em uma área adjacente da ferramenta.
Abrasão
Adesão ou Aderência
Quando dois metais são forçados em um contato com altas pressões e temperaturas, uma adesão (soldagem) ocorre entre eles.
Essas condições estão presentes entre o cavaco e a superfície de saída da ferramenta.
À medida que o cavaco escoa na ferramenta, pequenas partículas da ferramenta aderem ao cavaco e são retiradas da superfície, resultando em desgaste da superfície.
A aresta postiça de corte é fruto da adesão do cavaco a ferramenta.
Tem grande influência na diminuição deste tipo de desgaste, a utilização adequada do fluido de corte e o recobrimento da ferramenta com material de baixo coeficiente de atrito como o nitreto de titânio.
Adesão ou Aderência
Adesão ou Aderência
Adesão ou Aderência
Difusão
Esse é um processo em que uma troca de átomos ocorre por meio da fronteira de contato entre dois materiais.
No caso do desgaste de ferramenta, a difusão ocorre na fronteira cavaco-ferramenta, fazendo com que a superfície da ferramenta fique empobrecida dos átomos, que são responsáveis pela sua dureza.
À medida
que esse processo continua, a superfície da ferramenta se torna mais suscetível à abrasão e à adesão.
A difusão é considerada um dos principais mecanismos do desgaste de cratera.
Difusão
Depende da temperatura e da afinidade físico-química.
Gera principalmente o desgaste de cratera.
Não ocorre em ferramentas de Al2O3.
É minimizada por cobertura de Al2O3.
A ABRASÃO SE MANTEM CONSTANTE independente DA TEMPERATURA. A difusão só irá ocorrer em altas temperaturas.
A velocidade de corte é de extrema importância no desgaste da ferramenta. Em velocidades baixas, o desgaste é severo devido ao cisalhamento de aresta postiça de corte e da aderência.
Porém, em velocidades altas, a intensificação do desgaste se deve principalmente a fatores como a temperatura de corte, a abrasão mecânica, a difusão e a oxidação
190
Diminuindo a velocidade de corte, eu tenho um aumento da vida útil da ferramenta.
Para Vc= 200m/min, a ferramenta durará 5min
Para Vc= 130m/min, a ferramenta durará 60min
Um aumento de 50% na Vc, reduz a vida da ferramenta em 90%.
191
Quanto menor o avanço, maior o tempo de vida da ferramenta.
Para um avanço de 0,375mm, o tempo de vida da ferramenta será de 24 minutos.
Para um avanço de 0,250mm, o tempo de vida da ferramenta será de 60 minutos.
Um aumento de 50% no avanço, reduz a vida da ferramenta em 60%. O efeito do avanço na vida da ferramenta é menor do que o da velocidade de corte.
192
Para a profundidade de corte de 5mm, a ferramenta durará 20 minutos.
Para a profundidade de corte de 10mm, a ferramenta durará 17,5minutos.
A redução de 50% da profundidade de corte, aumentara a vida da ferramenta em 15%.
Apresentando assim, pouco efeito na vida da ferramenta.
193
Usinagem - Avarias
potencial
ap - reduz o número de cortes
fn - melhora o tempo de corte
vc - melhora a vida da ferramenta
Efeito na vida útil da ferramenta

ap - pouco efeito na
vida útil da ferramenta

fn - menos efeito na
vida útil da ferramenta do que vc

vc - amplo efeito na
vida útil da ferramenta
Ajuste vc para obter melhor economia
Usinagem - Avarias
Efeitos da faixa de avanço (fn)
Muito pesado
Perda de controle dos cavacos.
Acabamento superficial insatisfatório.
Formação de crateras - deformação plástica.
Alto consumo de potência.
Solda dos cavacos.
Martelamento dos cavacos.
Usinagem - Avarias
Efeitos da profundidade de corte (ap)
Muito profunda
Alto consumo de potência.
Quebra da pastilha.
Aumento das forças de corte.
Usinagem - Avarias
vc baixas – APC
vc moderadas – aderência
vc altas – abrasão, difusão e oxidação
Tipos de ferramentas de corte
Ferramentas integrais
198
Tipos de ferramentas de corte
Ferramentas com insertos intercambiaveis
199
Principais características de um material de ferramenta
Dureza a quente
Resistência ao desgaste por abrasão
Tenacidade
Estabilidade Química
Existem ferramentas de corte indicadas para as mais diversas formas de usinagem, dependendo da necessidade específica. É muito importante se utilizar a ferramenta adequada, da forma adequada para se obter um processamento adequado e eficiente, bem como para não comprometer ou danificar a ferramenta.
200
Materiais para ferramentas de corte
Aço-carbono- aços ferramentas
- C de 0,8 a 1,5 %;
- Até 1900 eram os únicos materiais disponíveis para ferramentas.
- utilizados em baixíssimos Vc, no ajuste de peças.
- Comum até 200° C (limas, machos manuais), acima desta temperatura a ferramenta perde a sua dureza;
- Com elementos de liga (V, Cr, Mo e W) até 400° C (brocas, machos, etc.)
Materiais para ferramentas de corte
Tungstênio e Molibdênio: o tungstênio está sempre presente nos aços rápidos.
O molibdênio é introduzido como o seu substituto, gerando a outra classe de aços rápidos.
Ambos formam carbonetos responsáveis pela elevada resistência ao desgaste e dureza a quente desses aços. Como o molibdênio tem um peso atômico menor que o do tungstênio (cerca de metade), ao ser adicionado na mesma porcentagem em peso, produzirá o dobro de átomos para ligar-se ao carbono do aço. Nessas condições, usa-se 1% de molibdênio para substituir 1,6 a 2,0% de tungstênio.
Materiais para ferramentas de corte
Vanádio e Nióbio:
A cada 1% de vanádio acrescentado precisa-se aumentar o teor de carbono em 0,25% para a formação de carbonetos.
O carboneto de vanádio é o carboneto mais duro encontrado nos aços rápidos. Os aços com alto teor de vanádio e carbono são os que possuem melhor resistência ao desgaste.
O vanádio tem sido substituído pelo nióbio, que tem características semelhantes e, no Brasil, é mais barato.
Vanádio dificulta a formação de carbonetos.
203
Materiais para ferramentas de corte
Cromo:
juntamente com o carbono, é o principal responsável pela alta temperabilidade dos aços rápidos.
Cobalto:
aumenta a dureza a quente elevando, em consequência, a eficiência do corte quando este é tal que temperaturas elevadas são alcançadas.
Devido a essa característica, aços rápidos ao cobalto são recomendados para cortes em desbaste pesado e para a usinagem de materiais que apresentam cavacos curtos como o ferro fundido, em que a temperatura se eleva bastante devido à impossibilidade de utilização de fluido de corte.
Materiais para ferramentas de corte
Aço-carbono- aços ferramentas
- Baixo custo;
- Facilidade de afiação – obtenção de gumes vivos;
- Tratamento térmico relativamente simples;
- Elevada dureza e resistência ao desgaste;
- Resistem a temperatura de até aproximadamente 250°C;
Aço Rápido
Aço ferramenta de alta liga de W, Mo, Cr, V, Co e Nb.
Estrutura martensítica com carbonetos encrustrados – martensita confere dureza a quente e carbonetos resistência à abrasão.
Tipo T – aços ao W e aços ao W-Co.
Tipo M – aços ao Mo e ao Mo-Co.
Aços rápidos: possuem grandes quantidades de elementos de liga, sendo o principal deles o tungstênio (pelo menos 7%, chegando a 18%).
O aço rápido tipo T e M apresentam desempenho parecido, porém o M é o mais barato.
206
Aço Rápido
Com o aço rápido foi possível aumentar as velocidades de corte antes obtidas com ferramentas de aço-carbono (3 a 5 m/min) em cerca de 10 vezes (30 a 50 m/min). Comparando com os valores das ferramentas atuais, esses valores são relativamente baixos.
As principais aplicações são em brocas, fresas inteiriças, e brochas.
O aço rápido é um aço alta liga com microestrutura martensítica com inclusões de carbonetos.
Aço-rápido
- Desenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em 1900 na exposição mundial de Paris;
- Indicados para operações de baixa e média Vc;
- Dureza a quente até 600° C;
- Elementos de ligas, W, Co, Mo, Cr e V;
- Desvantagens: preço elevado e difícil tratamento térmico.
Surgiram em 1921;
O cobalto aumenta a dureza a quente e a resistência ao desgaste, mas diminui a tenacidade;
Teor de Co varia de 5 a 12%.
Aço Rápido com cobertura
Cobertura PVD de TiN, TiCN ou TiAlN
Características desta camada
- alta dureza (evita a abrasão);
- boa estabilidade química (evita a difusão);
- baixo coeficiente de atrito (evita a abrasão);
- dificuldade de formação de APC;
- espessura de 1 a 4 mm.
- redução do caldeamento a frio, o que gera diminuição da aresta postiça de corte;
Aço Rápido com cobertura
Materiais para ferramentas
Ferramenta
Comprimento usinado (min)
Índice de duração de vida
vc = 44 vc = 57
m/min
vc = 44 vc = 57
m/min
Não revestida
8680 5760
1 1
(TiN)1
19110 15030
2.2 2.6
Ti(C;N)
15470 17470
1.8 3
(TiN)2
16800 16470
1.9 2.9
Materiais para ferramentas
Metal Duro
Produto da metalurgia do pó feito de partículas duras sinterizadas com um aglomerante;
Partículas duras – carbonetos – WC, TiC e TaC;
Aglomerante ou ligante – Co.
Em 1927 a Krupp lançou o produto Widia (“Wie
diamant” – como diamante);
Composição típica: 81% de W, 6% de C e 13% de Co;
Tungstênio (W), metal de mais alto ponto de fusão (3387º C);
Maior resistência à tração (4200 N/mm2);
Mais baixo coeficiente de dilatação térmica;
A dificuldade de fusão do W levou ao desenvolvimento da metalurgia do pó;
O metal duro se mostrou eficiente na usinagem de ferro fundido cinzento, mas com baixa resistência a craterização na usinagem dos aços.
Aços geram cavacos longos que podem atritar com a superfície de saída, ocasionando o desgaste por cratera.
213
Metal Duro
Possui ampla utilização como ferramenta de corte devido à elevada durabilidade das ferramentas produzidas, altas velocidades de cortes que podem ser utilizadas e ainda possuem elevada resistência à temperatura (podem atingir até 1000ºC).
Propriedades variam com: tipo e tamanho das partículas, tipo e propriedade dos ligantes, técnica de manufaturamento e quantidade de elementos de liga.
Metal Duro
Estrutura do metal duro:
α = carbonetos de tungstênio
β = cobalto
γ = carbonetos de titânio, tântalo e nióbio
Porta ferramentas de aço.
Pastilhas ou insertos de metal duro.
215
Metal Duro
Características do metal duro
Elevada dureza;
Elevada resistência à compressão;
Elevada resistência ao desgaste;
Possibilidade de obter propriedades distintas nos metais duros pela mudança específica dos carbonetos e das proporções do ligante.
Controle sobre a distribuição da estrutura.
Componentes dos metais duros e suas propriedades
Adição de carboneto de titânio e de tântalo ao metal duro reduz grandemente o atrito;
Estes carbonetos apresentam dureza maior que o de tungstênio; Atualmente são usados como componentes dos metais duros.
Material de ferramenta mais utilizado na indústria - Indústria automobilística consome cerca de 70% das ferramentas de metal duro produzidas no mundo;
Resistem a temperatura de até aproximadamente 1000°C;
Aumento na vida útil das ferramentas na ordem de 200 a 400%;
Metal Duro
Metal Duro
Aços
Material de referência:
Aço baixa-liga,
CMC 02.1 / 180 HB
Aços inoxidáveis
Material de referência:
Aço inoxidável austenítico, CMC 05.21 / HB 180
Ferros fundidos
Material de referência:
Ferro fundido cinzento, CMC 08.2 / HB 220
Ferro fundido nodular,
CMC 09.2 / HB 250
Ligas de alumínio
Material de referência:
Fundido, não envelhecido CMC 30.21 / HB90
Ligas resistentes ao calor
Material de referência:
À base de níquel,
CMC 20.22 / 180 HB
Aço endurecido
Material de referência:
Endurecido e temperado,
CMC 04.1 / HRC 60
ISO
K
ISO
M
ISO
P
ISO
H
ISO
S
ISO
N
O grupo P é formado por metais duros contendo teores elevados de TiC (até 35%) e TaC (até 7%), o que lhes confere uma elevada dureza a quente, resistência ao desgaste e resistência à difusão. Esta classe de metais duros é indicada para a usinagem de materiais dúcteis, de cavacos
contínuos que, por apresentarem uma área de contato cavaco-ferramenta grande, desenvolvem altas temperaturas durante a usinagem.
220
Metal Duro
Classe P - aços
Classe M – aços inoxidáveis
Classe K – ferros fundidos e alumínios
Número baixo - acabamento
Número médio – desbaste médio
Número grande – desbaste pesado
FofoKa- alerta vermelho
221
AÇO E MATERIAIS DÚCTEIS
AÇO INÓX E MATERIAIS DE
DUREZA INTERMEDIÁRIA
FERRO FUNDIDO E LATÕES
222
Classe P: (WC + Co com adições de TiC, TaC e às vezes NbC) aplicamos a usinagem de aços e materiais que produzem cavacos longos; Pastilha revestida;
Classe K: (WC + Co puros) usinagem do FoFo e das ligas não ferrosas que produzem cavacos curtos;
Classe M: intermediária.
As ferramentas de cortes de metal duro operam com elevadas Vc, temperaturas até 1300°C.
222
Classificação ISO de Metais Duros
ISO
% WC
% TiC+TaC
% Co
Densidade [g/cm³]
Dureza [HV]
Res. à ruptura transversal [kgf/mm²]
P01
30
64
6
7,2
1800
75
P10
55
36
9
10,4
1600
140
P20
76
14
10
11,9
1500
150
P30
82
8
10
13
1450
170
P40
77
12
11
13,1
1400
180
P50
70
14
16
12,9
1300
200
M10
84
10
6
13,1
1650
140
M20
82
10
8
13,4
1550
160
M30
81
10
9
14,4
1450
180
M40
78
7
15
13,5
1300
200
K10
92
2
6
14,8
1650
150
K20
91,5
2,5
6
14,8
1550
170
K30
89
2
912
14,5
1450
190
K40
88
-
14,3
1300
210
TENACIDADE
+
RES. AO DESGASTE
+
223
. A Figura 5 mostra as principais propriedades dos metais duros. Pode-se observar que os metais duros da classe P apresentam as maiores durezas (e menores tenacidades), ao contrário
dos metais duros da classe K, com resultados opostos
223
Resistência ao desgaste (Dureza)
O formato da pastilha depende da operação
Seleção do tamanho da partícula
Acabamento:
Operações com baixas profundidades de corte e baixos avanços;
F=0,1-0,3 mm/rotação;
Ap= 0,5-2,0mm
Seleção do tamanho da partícula
Usinagem média:
Operações de desbaste médio a leve;
Uma ampla gama de combinações de profundidade de corte e faixas de avanços.
F=0,2-0,5 mm/rotação;
Ap= 1,5-5,0mm
Metal Duro com cobertura
Objetivo: conjugar tenacidade do núcleo com resistência ao desgaste da periferia.
Uma forma interessante de obtermos ferramentas que tenham alta resistência ao choque, combinada com alta resistência ao desgaste e, com isso, conseguirmos ferramentas de maior vida, é por meio do revestimento com camadas de alta dureza.
Cobertura CVD (principal) ou PVD
Metal Duro com cobertura
Carboneto de Titânio (TiC);
Nitreto de titânio (TiN)
Carbonitreto de titânio (Ti(C,N))
Nitreto de alumínio-titânio ((Ti, Al)N)
Óxido de Alumínio (Al2O3) – Camadas de diamante
TiCN
TiN/Al2O3 (multi-camada)
TiN
Uma evolução no processo de revestimento surgido na década de 80 foi o revestimento multicamada, formado por uma combinação de TiC, TiN, TiCN, Al2O3 e ocasionalmente HfN que resultam em um revestimento de espessura total próxima a 10 μm. O desenvolvimento dos revestimentos multicamadas possibilitou o aumento da vida e campo de aplicação das ferramentas.
233
Metal Duro com cobertura
Processo de deposição química a vapor - CVD (Chemical Vapour Deposition): a deposição dos revestimentos ocorre por meio de reações químicas em uma faixa de temperatura entre 900 e 1100°C;
• Processo de deposição física a vapor - PVD (Physical Vapour Deposition): a deposição ocorre por meio de vapores gerados no interior de um forno a baixa pressão, em temperaturas em torno de 500° C. O processo PVD traz benefícios como a possibilidade de revestir substratos de aço-rápido (devido à temperatura relativamente mais baixa), obtenção de revestimentos com granulometria
mais fina (possibilidade de revestir cantos vivos).
234
Metal Duro com cobertura
Principais características das camadas:
TiC ou TiCN
Promove adesão das outras camadas com o núcleo. Revestimento usado em corte interrompido.
Al2O3
Baixa condutividade térmica, alta dureza a quente e alta estabilidade química.
TiN
Reduz coeficiente de atrito e boa estabilidade química. Menos propício ao desgaste de cratera na usinagem de materiais ferrosos.
Carboneto de titânio (TiC) – aplicado em camadas que variam de 4 a 8 μm, égeralmente a primeira (ou única) camada de revestimento, por possuir alta afinidade com o metal duro, o que lhe garante uma boa adesão ao núcleo da ferramenta. Possui elevada dureza (3000 HV, a maior entre os materiais utilizados como cobertura), alta resistência ao desgaste por abrasão e baixa tendência de soldagem com o material da peça. Devido ao fato de conter carbono, necessita de uma barreira térmica para evitar a difusão na usinagem de aços. O carbonitreto de titânio (TiCN), também usado como revestimento em ferramentas de metal duro,
possui propriedades semelhantes ao TiC, exceto pelo seu menor coeficiente de atrito.
• Óxido de alumínio ou alumina (Al2O3) – material de maior estabilidade química encontrado na natureza. Exatamente por isso, é usado