A usinabilidade no corte convencional de metal

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A usinabilidade no corte convencional de metal
 
A usinabilidade de um material pode ser definido como a facilidade com que pode ser cortado (usinado) por uma ferramenta para que tenha a qualidade de acabamento exigida.
Praticamente, nenhum dos materiais sujeitos a usinagem comportam-se da mesma maneira ao cortá-los com a mesma ferramenta, com a mesma velocidade de corte e taxas de alimentação, usando a mesma máquina e trabalhando em condições semelhantes. Alguns podem produzir aparas longas e encaracoladas (como aço suave), alguns podem produzir aparas curtas (como ferro fundido), alguns podem obter um acabamento suave, alguns podem acabar com uma superfície áspera, outros podem produzir vibração e alguns ainda podem produzir lotes de calor e rapidamente neutralizar a ferramenta.
Como os materiais trabalhados afetam a usinabilidade:
As propriedades dos materiais de trabalho que podem afetar a usinabilidade são: microestrutura, tamanho de grão, tratamento térmico, composição química, fabricação, dureza, resistência ao desgaste e resistência à tração, bem como propriedades físicas, como o módulo de elasticidade, condutividade térmica, expansão térmica e encruamento.
A estrutura de cristal, o arranjo de átomos como CCC (cúbico de corpo centrado), CFC (cúbica de face centrada) e hexagonal, podem tornar a separação de átomos mais fácil ou difícil e afetar a usinabilidade. Os átomos não são organizados de forma regular e um pedaço de metal é feito de regiões reguladoras denominadas “grãos de cristal” e nos limites dos grãos, os átomos estão desalinhados. O tratamento térmico pode mudar a estrutura do cristal e dessa forma afetar a capacidade de usinabilidade.
A composição química pode afetar a usinabilidade, por exemplo, se pegar o aço, a porcentagem de carbono presente no aço geralmente determina a classificação e a resistência do aço (como aço de baixo teor de carbono, aço de médio teor de carbono e de alto teor de carbono) tem uma Influência direta na usinabilidade – quanto maior o teor de carbono, mais difícil é o trabalho. Em aços de liga, a presença de elementos como o cromo, o níquel, o molibdênio e o vanádio, etc., podem causar uma menor usinabilidade.
Métodos de fabricação como fundição, rolamento a quente, laminagem a frio, forjamento podem alterar a estrutura, o tamanho do grão e outras propriedades dos metais e afetar a usinabilidade.
De um modo geral, qualquer alteração nas propriedades metálicas, devido à natureza da mudança, pode ter um efeito positivo ou negativo na usinabilidade.
Elementos de liga que ajudam a melhorar a usinabilidade:
No ferro e aço, a presença de enxofre (até 0,35%) ajuda a quebrar as aparas e ajuda na melhoria da usinabilidade. O chumbo atua como lubrificante na ponta da ferramenta facilitando a usinagem. A presença de nitrogênio também é desejável. O fósforo é mais um elemento cuja presença melhora a usinabilidade.
Aço para tornear
Em aplicações de aço, onde qualquer propriedade de material específico (como a dureza da superfície) ou a força não tem primordial importância (em produtos típicos como alças, alavancas, espaçadores, acessórios hidráulicos, parafusos de baixa tensão, etc.), é melhor usar um material de aço cuja usinabilidade é extremamente boa. Um típico aço de corte sem carbono livre é AISI C1118 (equivalente ao padrão indiano 14Mn1S14, DIN 15S20 e British En202) e outro aço carbono carbono de baixo custo popular é AISI C1139 (equivalente a Indian Standard 40Mn2S12, DIN 45S20 e British En15AM).
Classificação para aperfeiçoar a usinagem
Quando uma oficina de máquinas tem que empreender a usinagem de um novo material, ele deve chegar aos parâmetros de corte certos como material da ferramenta, velocidade de corte, taxa de alimentação, máquina certa a ser usada, etc. Sabendo o quão difícil ou fácil de maquinar quando comparado a um material familiar (como um aço de corte livre) seria de imensa ajuda. Esta informação comparativa é o que os dados da “Classificação para aperfeiçoar a usinagem” fornecem.
Tomando um aço típico para torneamento (AISI B1112, um aço com uma composição química com 0,08-0,13% de carbono, 0,60-0,90% manganês, fósforo 0,09-0,13% e enxofre 0,16-0,23% e com uma dureza de 160 BHN) como material de referência e alocando uma classificação para aperfeiçoar a usinagem (também referido como IU – Índice de Usinabilidade) de 1,0 para ele, a AISI conduziu ensaios de usinagem em uma variedade de materiais sob parâmetros controlados e comumente estabelecidos. Com base em tais ensaios, as classificações de usinabilidade foram alocadas para outros materiais.
Consequentemente, um material com IU menor que 1 é mais difícil de maquinar em comparação com o material B1112. Se o índice for superior a 1, é comparativamente mais fácil manusear esse material.
Por exemplo, o aço carbono médio AISI 1045 (IS: C45, DIN Ck45, British En8D) possui uma classificação de usinabilidade de 0,5. Isso significa que é duas vezes mais difícil de trabalhar em comparação com o B1112.
O material Inconel 718 (uma liga de ferro extremamente resistente e resistente ao calor com Ni plus Co até 55%, Cr até 21% e Mo até 3% que é usado em peças de foguetes, turbinas a gás e peças de reator nuclear) possui um índice de usinabilidade de cerca de 0,1, o que significa que é 10 vezes mais difícil de maquinar do que o aço de corte livre.
O ferro de padrão maleável, por exemplo, possui uma classificação de usinabilidade de 1.1 e significa que é 10% mais fácil de ser trabalhado se comparado com o aço de corte livre B1112.
Influência de outros parâmetros de corte na usinabilidade
Cada parâmetro de corte envolvido no corte de metal tem uma influência sobre outros parâmetros.
Dependendo da usinabilidade de um material, é preciso escolher outros parâmetros de corte para obter os melhores resultados, como taxa de produção e economia de usinagem de um componente para o acabamento necessário.
Material da ferramenta: quanto menor a classificação de usinagem de um material, mais difícil e mais resistente deve ser o material da ferramenta. A escolha do grau de carboneto apropriado e / ou o tipo de “revestimento de carboneto” para usar ou a necessidade de entrar em materiais como carboneto, cerâmica, etc., com certeza o material a ser cortado acaba por ficar ainda mais resistente.
Geometria de ferramentas: A escolha das ferramentas com base na quantidade certa, ângulo de inclinação e o modelo da ferramenta também devem ser considerados, com base na usinabilidade.
Velocidades: a velocidade de corte deve ser adequadamente equilibrada com o material da ferramenta e a classificação da usinagem do material de trabalho, para obter uma melhor vida útil da ferramenta. Enquanto uma velocidade maior de corte pode resolver um problema de acabamento superficial fraco para um material de trabalho, isso pode resultar em desgaste rápido da ferramenta, resultando em perda de controle na manutenção de dimensões.
Rigidez da máquina: o uso de máquinas-ferramentas antigas com potência limitada pode atuar como um obstáculo em materiais de usinagem com classificação de usinagem muito baixa. A necessidade de troca para máquinas-ferramentas CNC , equipadas com guias LM e parafusos de esfera, com força de fuso maior pode ser garantida no caso de usinagem de materiais muito resistentes a tolerâncias muito próximas e requisitos de acabamento de superfície.
Assim, a usinabilidade de um material desempenha um papel importante na decisão dos parâmetros de corte. O ideal é que o engenheiro do projeto leve em consideração a classificação de usinagem de um material antes de selecionar um para determinado aplicativo.