Apostila Usinagem

Prévia do material em texto

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADDEE FFEEDDEERRAALL DDOO RRIIOO GGRRAANNDDEE DDOO SSUULL 
EESSCCOOLLAA DDEE EENNGGEENNHHAARRIIAA 
DDEEPPAARRTTAAMMEENNTTOO DDEE EENNGGEENNHHAARRIIAA MMEECCÂÂNNIICCAA 
AAPPOOSSTTIILLAA 
EENNGG0033334433 
PPrroocceessssooss ddee FFaabbrriiccaaççããoo ppoorr UUssiinnaaggeemm 
PPaarrttee 11 
PPrrooff.. DDrr.. AAnnddrréé JJooããoo ddee SSoouuzzaa 
22001111--11 
 
SUMÁRIO 
PARTE 1 – FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
1 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR USINAGEM.................................................................. 4 
1.1 Classificação dos Processos de Usinagem........................................................................................................... 8 
1.2 Planejamento de Processos ................................................................................................................................. 8 
2 DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS PROCESSOS DE USINAGEM ............................................................................ 10 
2.1 Processos de Usinagem com Ferramentas de Geometria Definida ................................................................10 
2.2 Processos de Usinagem com Ferramentas de Geometria Não-Definida ........................................................14 
2.3 Processos Não-Convencionais de Usinagem ....................................................................................................17 
2.4 Comparação dos Diferentes Processos de Fabricação por Usinagem ............................................................20 
3 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE ENTRADA DO PROCESSO ........................................................................ 24 
3.1 Material da Peça .................................................................................................................................................24 
3.2 Geometria da Peça .............................................................................................................................................27 
3.3 Material da Ferramenta .....................................................................................................................................30 
3.4 Geometria da Ferramenta..................................................................................................................................37 
3.5 Parâmetros de Corte ..........................................................................................................................................42 
3.6 Meio Lubrirrefrigerante......................................................................................................................................43 
3.7 Máquina-Ferramenta .........................................................................................................................................47 
4 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE SAÍDA DO PROCESSO............................................................................. 52 
4.1 Tipos e Formas de Cavaco ..................................................................................................................................52 
4.2 Força e Potência de Usinagem...........................................................................................................................57 
4.3 Temperatura na Região de Corte ......................................................................................................................63 
4.4 Vibrações .............................................................................................................................................................67 
4.5 Falhas na Ferramenta de Corte..........................................................................................................................72 
4.6 Acabamento da Superfície Usinada...................................................................................................................78 
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................................... 87 
 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
 
4 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
PARTE 1 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
1 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR USINAGEM 
Fabricar é transformar matérias-primas em produtos acabados, por uma variedade de processos. 
A idéia de fabricar teve início a milhares de anos, quando o homem pré-histórico percebeu que, para 
sobreviver, precisava de algo mais que pernas e braços para se defender e caçar. 
Sua inteligência logo o ensinou que se ele tivesse uma pedra nas mãos, seu golpe seria mais forte, 
e se a pedra tivesse um cabo esse golpe seria mais forte ainda. Se essa pedra fosse afiada poderia cortar 
a caça e ajudar a raspar a peles dos animais. Foi a partir da necessidade de se fabricar um machado que 
o homem desenvolveu as operações de desbastar, cortar e furar. Durante centenas de anos a pedra foi 
a matéria-prima, mas por volta de 4000 A.C. ele começou a trabalhar com metais, começando com o 
cobre, depois com o bronze e finalmente com o ferro para a fabricação de armas e ferramentas. 
Para se ter uma idéia do número de fatores que devem ser considerados num processo de fabri-
cação veja, por exemplo, a produção de um simples artigo: o clipe. Primeiro ele deve ser projetado para 
atender o requisito funcional que é segurar folhas de papéis juntas. Para tanto, ele deve exercer uma 
força suficiente para evitar o deslizamento de uma folha sobre a outra. Eles são, geralmente, feitos de 
arame de aço, embora hoje se encontre no mercado clipe de plástico. O comprimento do arame reque-
rido para sua fabricação é cortado e então dobrado várias vezes, para dar a forma final própria. Por sua 
vez, o arame é feito por um processo de trefilação a frio. Neste processo a seção transversal de uma 
haste longa é reduzida, ao passar por uma matriz de fieira, que também confere algumas propriedades 
mecânicas ao material, como resistência e dureza. A haste por sua vez, é obtida por processos como a 
trefilação e a extrusão de um lingote. Para evitar delongas, nenhuma informação quanto ao processo de 
obtenção deste lingote será abordada. A fabricação de um simples clipe envolve projeto, seleção de um 
material adequado e de um método de fabricação para atender os requisitos de serviço do artigo. As 
seleções são feitas não somente com base em requisitos técnicos, mas também com base nas conside-
rações econômicas, minimizando os custos para que o produto possa ser competitivo no mercado. 
O projetista de produtos ou engenheiro projetista especifica as formas, dimensões, aparência, e o 
material a ser usado no produto. Primeiro são feitos os protótipos do produto. Neste estágio, é possível 
fazer modificações, tanto no projeto original como no material selecionado, se análises técnicas e/ou 
econômicas assim indicarem. Um método apropriado é então escolhido pelo engenheiro de fabricação. 
A Figura 1.1 mostra um procedimento correto para se chegar à etapa de fabricação. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
5 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
 
Figura 1.1 - Diagrama mostrando o procedimento requerido para o projeto de um produto, 
que são etapas que antecedem a fabricação 
Os processos de transformação de metais e ligas metálicas em peças para a utilização em conjun-
tos mecânicos são inúmeros e variados: pode-se fundir; soldar; utilizar a metalurgia em pó; ou usinar o 
metal a fim de obter a peça desejada. Evidentemente, vários fatores devem ser considerados quando se 
escolhe um processo de fabricação. Como por exemplo: 
• forma e dimensão da peça; 
• material a ser empregado e suas propriedades; 
• quantidade de peças a serem produzidas; 
• tolerâncias e acabamento superficial requerido; 
• custo total doprocessamento. 
A Fundição é um processo de fabricação sempre inicial, pois precedem importantes processos de 
fabricação como usinagem, soldagem e conformação mecânica. Esses utilizam produtos semiacabados 
(barras, chapas, perfis, tubos, etc.) como matéria prima que advém do processo de fundição. 
Podemos dividir os processos de fabricação de metais e ligas metálicas em: os com remoção de 
cavaco, e os sem remoção de cavaco. A Figura 1.2 mostra a classificação dos processos de fabricação, 
destacando as principais operações de usinagem. 
Processos de usinagem envolvem operações de corte que permitem remover excessos de um ma-
terial bruto com auxílio de uma ferramenta até que este resulte em uma peça pronta que, posterior-
mente, irá compor algum engenho mecânico que, por sua vez, farão parte de bens duráveis. Nestas 
operações de corte são geradas aparas que se costumam chamar de cavacos. Assim, processos de usi-
nagem, invariavelmente, implicam na geração de cavacos. 
Um subgrupo da norma DIN 8580 sob o termo separar, compreende os processos de fabricação 
com remoção de cavaco com ferramenta de geometria definida, que se caracteriza pela aplicação de 
ferramentas com características geometricamente definidas. Já há aproximadamente 12 a 50 mil anos o 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
6 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
homem estava em condições de produzir ferramentas de pedras com arestas de corte (gumes) afiadas 
por lascamento, como nos mostram achados arqueológicos da idade da pedra (Fig. 1.3). 
 
Figura 1.2 – Classificação dos processos de fabricação 
 
Figura 1.3 - Ferramentas de pedra lascada 
Mas um fato marcante para o desenvolvimento tecnológico foi a descoberta de metais como o 
cobre, o zinco e o ferro. Já a partir de 700 A.C., praticamente todas as ferramentas eram executadas em 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
7 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
ferro, e a partir do séc. XVII foram descobertas constantes melhorias no processo de fabricação do ferro 
e na siderurgia do aço, que colocaram o aço em posição vantajosa em relação aos metais até então co-
nhecidos. No entanto, estudos sistemáticos sobre a tecnologia de usinagem só iniciaram no início do 
século XIX e levaram entre outros a descoberta de novos materiais de corte. No início de 1900, com a 
descoberta do aço-rápido, o americano Frederick Winslow TAYLOR (1856-1915) determinou um passo 
marcante no desenvolvimento tecnológico da usinagem. 
Os metais-duros sinterizados e os materiais de ferramentas baseados em materiais oxicerâmicos 
são outros resultados de uma pesquisa intensiva na área de materiais para ferramentas que até hoje 
ainda não está concluída e sim está submetida a uma melhora constante; isto referido à fabricação e 
utilização de materiais para ferramentas, como p.ex. os materiais nitreto de boro cúbico (CBN – cubic 
boron nitride) e diamante (PCD – polycrystalline diamond). 
Para poder satisfazer as exigências crescentes feitas à qualidade das peças e a viabilidade econô-
mica do processo de fabricação, as ferramentas de corte devem ser usadas de forma econômica, para 
que as variáveis envolvidas na usinagem (geometria da ferramenta, condições de corte, material da 
peça etc.) sejam consideradas quanto à sua influência e o seu efeito sobre o resultado do trabalho. 
No estudo das operações dos metais, distinguem-se duas grandes classes de trabalho: as opera-
ções de usinagem e as operações de conformação. 
Uma simples definição de operação de usinagem pode ser tirada da Figura 1.2 como sendo pro-
cesso de fabricação com remoção de material em forma de cavaco. Consultando, porém, uma bibliogra-
fia especializada pode-se definir usinagem de forma mais abrangente, como sendo o processo de remo-
ção de material que ao conferir à peça a forma, as dimensões, o acabamento, ou ainda a combinação 
qualquer destes itens, produz cavaco. E por cavaco entende-se a “porção de material da peça de forma 
geométrica irregular retirada pela ferramenta de corte. Além desta característica, estão envolvidos no 
mecanismo da formação do cavaco alguns fenômenos particulares, tais como o recalque, a aresta posti-
ça de corte, a craterização na superfície de saída da ferramenta e a formação periódica do cavaco 
(dentro de determinado campo de variação da velocidade de corte). 
Como operação de conformação entende-se aquela que visa conferir à peça a forma ou as di-
mensões, ou o acabamento específico, ou ainda qualquer combinação destes três bens, através da de-
formação plástica do metal. Devido ao fato da operação de corte em chapas estar ligada aos processos 
de estampagem profunda, dobra e curvatura de chapas, essa operação é comumente estudada no gru-
po de operações de conformação dos metais. 
Na maioria das aplicações industriais, a usinagem é usada para converter blocos (tarugos) metáli-
cos fundidos, forjados ou pré-moldados em perfis desejados, com tamanho e acabamento específicos, 
de acordo com as necessidades do projeto. Quase todos os produtos manufaturados possuem compo-
nentes que precisam ser usinados, muitas vezes com grande precisão. Logo, este conjunto de processos 
é um dos mais importantes do sistema de manufatura, pois agrega valor ao produto final. 
A usinagem é reconhecidamente o processo de fabricação mais popular do mundo, transforman-
do em cavacos algo em torno de 10% de toda a produção de metais, e empregando dezenas de milhões 
de pessoas em todo o mundo. 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
8 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
1.1 Classificação dos Processos de Usinagem 
1.1.1 Classificação quanto ao processo de remoção de material 
O processo de remoção por usinagem pode ser dividido em duas grandes categorias: 
• Processos convencionais, em que as operações de corte empregam energia mecânica na remoção do 
material, principalmente por cisalhamento, no contato físico da ferramenta com a peça – ex: torne-
amento, furação e retificação. 
• Processos especiais (não-convencionais), em que as operações se utilizam de outros tipos de energia 
de usinagem (p.ex. termelétrica), não geram marcas-padrão na superfície da peça e a taxa volumétri-
ca de remoção de material é muito menor que a dos processos convencionais – ex: laser (radiação), 
eletroerosão (elétrons) e plasma (gases quentes). 
1.1.2 Classificação quanto à geometria da ferramenta de corte 
Os processos convencionais de usinagem ainda podem ser subdivididos em duas classes: 
• Operações de corte com ferramentas de geometria definida (arestas cortantes com formato e tama-
nho conhecidos) – p.ex. torneamento, furação, fresamento. 
• Operações de corte com ferramentas de geometria não-definida (partículas abrasivas com formatos 
aleatórios e compostas por arestas minúsculas de corte) – p.ex. retificação, brunimento, lapidação. 
1.1.3 Classificação quanto à finalidade da operação de corte 
Quanto à finalidade, as operações de usinagem podem ser classificadas em: 
• Operações de desbaste, em que a usinagem, anterior a de acabamento, visa obter na peça a forma e 
dimensões próximas das finais. 
• Operações de acabamento, em que a usinagem é destinada a obter na peça as dimensões finais, ou 
um acabamento especificado, ou ambos. 
1.2 Planejamento de Processos 
O planejamento de processos é um procedimento de tomada de decisões com o objetivo de obter 
um plano de processo econômico. 
• Os parâmetros a serem considerados são: geometria da peça; matéria prima; acabamento superfici-
al; tolerâncias dimensionais; tolerâncias geométricas; tratamentos térmicos e superficiais; tamanho 
do lote (quantidade). 
• As restrições devem ser tecnológicas e independentes da sequência escolhida de processos de usina-
gem, máquinas-ferramentas e operações de corte. Depende da disponibilidade de: 
− PeçaRestrições relativas ao material, à geometria, às dimensões etc. Deve-se considerar a rugosidade e 
as tolerâncias dimensionais e geométricas relacionadas ao processo e aos máximos valores de a-
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
9 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
vanço e profundidade de corte. Alguns pesquisadores consideram os valores máximos de veloci-
dade e profundidade de corte dependentes do material. 
− Máquinas-ferramentas 
O processo de usinagem gera esforços dinâmicos que excitam a estrutura da máquina e a peça u-
sinada como resultado em algumas situações a superfície pode ficar ondulada ou com marcas. 
− Ferramentas de corte 
Velocidade de corte acima de um determinado limite altera o mecanismo de desgaste da ferra-
menta. O avanço e a geometria da ferramenta influem na rugosidade gerada na superfície usina-
da. As dimensões da ferramenta limitam a profundidade de corte. 
− Tecnologia 
Com base na teoria de usinagem pode-se dizer que existem limites mínimo e máximo para os va-
lores de profundidade de corte, avanço e velocidade de corte. Valores baixos de avanço e profun-
didade: retorno elástico ou abrasivo; valores altos: desgaste de cratera. Velocidade de corte alta: 
desgaste por difusão; baixa: aresta postiça de corte. Os limites podem ser estimados com base no 
material a ser usinado na ferramenta. 
− Usuário/operador 
O operador pode limitar por prática os valores de avanço, profundidade e velocidade de corte. 
• Os critérios de otimização devem ser econômicos, visando sempre maximizar a taxa de retorno com: 
máxima produção; mínimo custo; máxima produtividade 
• As decisões a tomar envolvem a escolha do processo de usinagem, o detalhamento das operações de 
corte e a seleção de diferentes parâmetros do processo, tais como: máquina-ferramenta; tipo de fi-
xação e localização; ferramentas de corte; trajetórias das ferramentas; condições de corte. 
 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
10 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
2 DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS PROCESSOS DE USINAGEM 
2.1 Processos de Usinagem com Ferramentas de Geometria Definida 
2.1.1 Torneamento 
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de 
uma ou mais ferramentas monocortantes 1
 
. 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 referi-
do eixo. Quanto à forma da trajetória, o torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo (Fig. 2.1). 
 
 
(a) (b) (c) 
 
 
 
(d) (e) (f) 
Figura 2.1 – Alguns processos de torneamento: (a) cilíndrico externo; (b) cônico externo; (c) curvilíneo; 
(d) cilíndrico interno; (e) cônico interno; (f) sangramento radial 
• Torneamento retilíneo. Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma 
trajetória retilínea. O torneamento retilíneo pode ser: cilíndrico (externo, interno, sangramento axi-
al), cônico (externo, interno), radial (faceamento, sangramento radial) ou de perfil (radial ou axial). 
• Torneamento curvilíneo. Processo de torneamento, no qual a ferramenta se desloca segundo uma 
trajetória curvilínea. 
2.1.2 Aplainamento 
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas, geradas por um 
movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou ver-
tical. Quanto à finalidade, as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamen-
to de desbaste a aplainamento de acabamento (Fig. 2.2). 
 
1 Denomina-se ferramenta de usinagem mecânica a ferramenta destinada à remoção de cavaco. No caso de possuir uma única 
superfície de saída, a ferramenta é chamada ferramenta monocortante; quando possuir mais de uma superfície de saída, é 
chamada ferramenta multicortante. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
11 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
 
(a) (b) (c) 
Figura 2.2 – Alguns processos de aplainamento: (a) de superfícies; (b) de perfis; (c) de rasgos de chaveta 
2.1.3 Furação 
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa 
peça, com auxílio de uma ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça 
giram e simultaneamente a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coinci-
dente ou paralela ao eixo principal da máquina. A furação subdivide-se nas operações (Fig. 2.3): 
 
(a) (b) (c) (d) 
Figura 2.3 – Alguns processos de furação: (a) em cheio; (b) escareamento; (c) escalonada; (d) de centro 
• Furação em cheio. Processo destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça, removendo todo 
o material compreendido no volume do furo final, na forma de cavaco. No caso de furos de grande 
profundidade há necessidade de ferramenta especial. 
• Escareamento. Processo destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça pré-furada. 
• Furação escalonada. Processo destinado à obtenção de um furo com dois ou mais diâmetros, simul-
taneamente. 
• Furação de centros. Processo destinado à obtenção de furos de centro, visando uma operação pos-
terior na peça. 
• Trepanação. Processo de furação em que apenas uma parte de material compreendido no volume 
do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo maciço. 
2.1.4 Alargamento 
Processo mecânico de usinagem destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilíndricos ou 
cônicos, com auxílio de ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram 
e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo 
de rotação da ferramenta. O alargamento pode ser de desbaste (cilíndrico, cônico) ou acabamento (ci-
líndrico, cônico) (Fig. 2.4). 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
12 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
(a) (b) (c) (d) 
Figura 2.4 – Alguns processos de alargamento: (a) cilíndrico de desbaste; (b) cilíndrico de acabamento; 
(c) cônico de desbaste; (d) cônico de acabamento 
2.1.5 Rebaixamento 
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de uma forma qualquer na extremidade de 
um furo. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma 
trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta (Fig. 2.5)2
 
. 
 
Figura 2.5 – Processos de rebaixamento 
2.1.6 Mandrilamento 
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de 
uma ou várias ferramentas de barra. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se deslocam 
simultaneamente segundo uma trajetória determinada. O mandrilamento pode ser cilíndrico, radial, 
cônico e de superfícies especiais (p.ex. esférico, sangramento etc.). Quanto à finalidade, as operações 
de mandrilamento podem ser classificadas ainda em desbaste e acabamento (Fig. 2.6). 
 
(a) (b) (c) 
Figura 2.6 – Alguns processos de mandrilamento: (a) cilíndrico; (b) radial; (c) cônico 
2.1.7 Fresamento 
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de 
ferramentas geralmente multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se des-
locam segundo uma trajetória qualquer. Distinguem-se dois tipos básicos de fresamento: tangencial e 
frontal. Há casos que os dois tipos básicos de fresamento comparecem simultaneamente, podendo ha-
ver ou não predominância de um sobre outro (Fig. 2.7). 
 
2 As operações indicadas nas figuras são denominadas por alguns autores, de escareamento. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
13 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS(a) (b) (c) 
 
(d) (e) (f) 
Figura 2.7 – Alguns processos de fresamento: (a) cilíndrico tangencial; (b) cilíndrico tangencial concordante; 
(c) cilíndrico tangencial discordante; (d) frontal; (e) frontal de canal com fresa de topo; (f) composto 
• Fresamento cilíndrico tangencial. Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana 
paralela ao eixo de rotação da ferramenta. Quando a superfície obtida não for plana ou o eixo de ro-
tação da ferramenta for inclinado em relação à superfície originada na peça, será considerado um 
processo especial de fresamento tangencial. 
• Fresamento frontal. Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana perpendicular 
ao eixo de rotação da ferramenta. 
2.1.8 Serramento 
Processo mecânico de usinagem destinado ao secionamento ou recorte com auxílio, de ferramen-
tas multicortantes de pequena espessura. Para tanto, a ferramenta gira ou se desloca, ou executa am-
bos os movimentos e a peça se desloca ou se mantém parada. O serramento pode ser retilíneo (alterna-
tivo, contínuo) e circular (Fig. 2.8). 
 
(a) (b) (c) 
Figura 2.8 – Alguns processos de serramento: (a) alternativo; (b) contínuo; (c) circular 
• Serramento retilíneo. Processo de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo uma traje-
tória retilínea com movimento alternativo ou não (contínuo). 
• Serramento circular. Processo de serramento no qual a ferramenta gira ao redor de seu eixo e a 
peça ou ferramenta se desloca. 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
14 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
2.1.9 Brochamento 
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de 
ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a peça se deslocam em trajetória retilínea, 
coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta. O brochamento pode ser interno ou externo (Fig. 2.9). 
 
(a) (b) 
Figura 2.9 – Processos de brochamento: (a) interno; (b) externo 
2.1.10 Roscamento 
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de filetes, por meio da abertura de um ou 
vários sulcos helicoidais de passo uniforme, em superfícies cilíndricas ou cônicas de revolução. Para tan-
to, a peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente segundo uma trajetória retilí-
nea paralela ou inclinada ao eixo de rotação. O roscamento pode ser interno ou externo (Fig. 2.10). 
 
(a) (b) (c) 
Figura 2.10 – Alguns processos de roscamento: (a) externo com ferramenta de perfil único; (b) interno com 
ferramenta de perfil múltiplo; (c) interno com macho 
2.2 Processos de Usinagem com Ferramentas de Geometria Não-Definida 
2.2.1 Retificação 
Processo de usinagem destinado à obtenção de superfícies com auxílio de ferramenta abrasiva de 
revolução3
• Retificação tangencial. Processo de retificação executado com a superfície de revolução da ferra-
menta. Pode ser: cilíndrica (externa ou interna, de revolução ou não, com diferentes avanços da fer-
ramenta ou da peça); cônica (externa ou interna, com diferentes avanços da ferramenta ou da peça); 
de perfis; plana; sem centros (com avanço longitudinal da peça ou radial do rebolo). 
. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se desloca segundo uma trajetória 
determinada, podendo a peça girar ou não. A retificação pode ser tangencial ou frontal (Fig. 2.11). 
 
3 Denomina-se de usinagem por abrasão ao processo mecânico de usinagem no qual são empregados abrasivos ligados ou 
soltos. Segundo a Norma ABNT PB26, ferramenta abrasiva é aquela constituída de grãos abrasivos ligados por aglutinante, 
com formas a dimensões definidas. A ferramenta abrasiva com a forma de superfície de revolução adaptável a um eixo, E de-
nominada rebolo abrasivo. Não são considerados rebolos abrasivos rodas ou discos de metal, madeira, tecido, papel, tendo 
uma ou várias camadas de abrasivos na superfície. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
15 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
• Retificação frontal. Processo de retificação executado com a face do rebolo. É geralmente executada 
na superfície plana da peça, perpendicularmente ao eixo do rebolo. A retificação frontal pode ser 
com avanço retilíneo ou circular da peça. 
 
(a) (b) (c) 
 
(d) (e) (f) 
Figura 2.11 – Alguns processos de retificação: (a) cilíndrica externa com avanço longitudinal; (b) tangencial plana; 
(c) frontal com avanço retilíneo da peça; (d) cônica externa com avanço longitudinal; (e) cilíndrica interna com 
avanço longitudinal; (f) cilíndrica sem centros com avanço longitudinal contínuo da peça 
2.2.2 Brunimento 
Processo mecânico de usinagem por abrasão, empregado no acabamento de furos cilíndricos de 
revolução, no qual todos os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a su-
perfície da peça e descrevem trajetórias helicoidais. Para tanto, a ferramenta ou a peça gira e se desloca 
axialmente com movimento alternativo (Fig. 2.12a) 
2.2.3 Lapidação 
Processo mecânico de usinagem por abrasão, executado com abrasivo aplicado por porta-
ferramenta adequado, com objetivo de se obter dimensões especificadas da peça4
2.2.4 Polimento 
 (Fig. 2.12b). 
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual a ferramenta é constituída por um disco ou 
conglomerado de discos revestidos de substâncias abrasivas (Fig. 2.12c). 
2.2.5 Espelhamento 
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual é dado o acabamento final da peça por meio 
de abrasivos, associados a um porta-ferramenta específico para cada tipo de operação, com o fim de se 
obter uma superfície especular. 
 
4 Segundo a Padronização Brasileira ABNT PB26, abrasivo é um produto natural ou sintético, granulado, usado de várias formas, 
com a finalidade de remover o material das superfícies das peças até o desejado. 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
16 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
(a) (b) (c) 
Figura 2.12 – Processos de usinagem por abrasão: (a) brunimento; (b) lapidação; (c) polimento 
2.2.6 Lixamento 
Processo mecânico de usinagem por abrasão executado por abrasivo aderido a uma tela e movi-
mentado com pressão contra a peça (Fig. 2.13a). 
2.2.7 Jateamento 
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual as peças são submetidas a um jato abrasivo, 
para serem rebarbadas, asperizadas ou receberem um acabamento (Fig. 2.13b). 
 
(a) (b) 
Figura 2.13 – Processos de usinagem por abrasão: (a) lixamento com fita abrasiva; (b) jateamento 
2.2.8 Superacabamento 
Processo mecânico de usinagem por abrasão, empregado no acabamento de peças, no qual os 
grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça. Para tanto, a 
peça gira lentamente e, a ferramenta se desloca com movimento alternativo de pequena amplitude e 
freqüência relativamente grande. O processo pode ser cilíndrico (Fig. 2.14a) ou plano (Fig. 2.14b). 
 
(a) (b) 
Figura 2.14 – Usinagem de superacabamento: (a) cilíndrico; (b) plano 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
17 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
2.2.9 Afiação 
Processo mecânico de usinagem por abrasão, no qual é dado o acabamento das superfícies da cu-
nha cortante da ferramenta, com o fim de habilitá-la desempenhar sua função. Desta forma, são obtidos 
os ângulos finais da ferramenta. A Figura 2.15a mostra o processo de afiação de uma ferramenta (bit) de 
aço-rápido utilizando um esmeril (pedra abrasiva). 
2.2.10 Limagem 
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de 
ferramentas multicortantes (elaboradas por picagem) de movimento contínuo ou alternativo. O proces-
socontínuo se dá por lima de segmentos em forma de fita (Fig. 2.15b) e o processo alternativo através 
de ferramenta manual. 
2.2.11 Tamboreamento 
Processo mecânico de usinagem no qual as peças são colocadas no interior de um tambor rotati-
vo, juntamente ou não com materiais especiais, para serem rebarbadas ou receberem um acabamento. 
A Figura 2.15c esquematiza o processo. 
 
 
(a) (b) (c) 
Figura 2.15 – Processos de usinagem por abrasão: (a) afiação; (b) limagem contínua; (c) tamboreamento 
2.3 Processos Não-Convencionais de Usinagem 
2.3.1 Usinagem por ultrassom 
Processo de usinagem não convencional que utiliza energia mecânica na remoção de material em 
que a erosão é o mecanismo principal. A remoção consiste na utilização de freqüências ultrassônicas na 
usinagem de materiais. Essa técnica tomou novo impulso a partir dos anos 80 devido ao seu desempe-
nho na usinagem de cerâmicas avançadas. Esses materiais, devido às propriedades mecânicas como 
elevada dureza e fragilidade, mostram-se muito difíceis de serem usinados por técnicas convencionais 
de usinagem. Em relação aos outros processos não tradicionais de usinagem a vantagem principal é a 
preservação da integridade superficial do material usinado. O princípio do processo de usinagem por 
ultrassom baseia-se na transformação de um sinal elétrico em vibrações mecânicas de mesma freqüên-
cia. Este sinal elétrico deve ser de alta freqüência, situado na faixa dos 20 kHz. As vibrações produzidas 
por um transdutor têm sua amplitude amplificada por um amplificador mecânico e transmitida a uma 
ferramenta de forma através do sonotrodo (Fig. 2.16). 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
18 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
Figura 2.16 – Esquema da usinagem por ultrassom 
2.3.2 Usinagem por jato d’água 
Este processo enquadra-se no grupo de remoção mecânica, onde a força de impacto exercida por 
um jato de água em alta pressão na superfície de contato do material supera a tensão de compressão 
entre as moléculas, seccionando o mesmo com auxílio de grãos abrasivo. A configuração das instalações 
para corte com jato d’água (Fig. 2.17) pode ser subdividida em três blocos funcionais: bomba de alta 
pressão; instalação de corte; estação de filtragem. 
 
Figura 2.17 – Esquema de uma instalação de corte por jato d’água 
2.3.3 Usinagem eletroquímica 
Este é um processo não-convencional muito importante e relativamente novo (década de 90) no 
qual o principal objetivo é a remoção de material empregando um eletrólito e corrente elétrica contínua 
para ionizar e remover porções metálicas da peça-obra. A remoção é realizada através do escoamento a 
alta velocidade do eletrólito entre uma ferramenta (cátodo) e uma peça (ânodo), segundo um perfil 
apresentado por uma ferramenta (eletrodo). Os esquemas da Figura 2.18 mostram a usinagem eletro-
química, na qual se pode observar a ferramenta e a peça mergulhadas em um eletrólito. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
19 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
 
(a) (b) 
Figura 2.18 – Usinagem eletroquímica, ferramenta e peça: (a) a ser usinada; (b) já usinada 
2.3.4 Usinagem por eletroerosão 
Processo de usinagem não convencional que utiliza energia termelétrica na remoção de material 
em que a fusão e a vaporização do material usinado formam os mecanismos principais. É um processo 
de usinagem por descargas elétricas para a geração de orifícios, ranhuras e cavidades, geralmente de 
pequenas dimensões. A remoção de material é ocasionada por faíscas elétricas incidentes a alta fre-
quência. A descarga de faíscas é produzida por pulsação controlada de corrente contínua entre a peça-
obra (eletrodo positivo) e a ferramenta (eletrodo negativo) imersas em um fluido dielétrico ionizado. A 
distância da ferramenta à peça varia entre 10 e 50 µm. O fluido dielétrico serve como condutor da faísca 
e como meio refrigerante. O perfil do eletrodo corresponde à contraforma do detalhe a ser obtido na 
peça. Este processo aplica-se bem a materiais de elevada dureza e baixa usinabilidade. Há dois proces-
sos básicos de eletroerosão (Fig. 2.19): a fio e por penetração. 
 
(a) (b) 
Figura 2.19 – Usinagem por eletroerosão: (a) a fio; (b) por imersão 
2.3.5 Usinagem por feixe de elétrons 
Processo baseado na energia termelétrica para remoção de material. Para tanto, utiliza um feixe 
de elétrons a alta velocidade, que atua no vácuo, provocando a vaporização do metal da peça-obra pelo 
choque dos elétrons contra a superfície da peça-obra. O processo se aplica à confecção de pequenos 
orifícios e cavidades. Os componentes básicos, presentes em todas as máquinas de feixe de elétrons, 
são: canhão emissor de elétrons, lentes de focalização e sistema de ajuste de foco. Estes componentes 
estão alojados numa câmara de vácuo, Figura 2.20. 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
20 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
Figura 2.20 – Esquema de uma máquina para produção de feixes de elétrons 
2.3.6 Usinagem a laser 
Processo baseado na energia termelétrica para remoção de material em que o metal é fundido e 
vaporizado por feixe colimado de luz monocromática intensa chamada LASER (do inglês light amplifica-
tion by stimulated emission of radiation). O sistema produz um feixe de luz concentrado, obtido por 
excitação dos elétrons de determinados átomos, utilizando um veículo ativo que pode ser um sólido 
(rubi) ou um gás (CO2 sob pressão). Este feixe de luz produz intensa energia na forma de calor (Fig. 2.21). 
Este processo também se aplica a chapas finas de metal, madeira, plástico, vidro e cerâmica, com um 
mínimo de desperdício e sem distorções. Ao utilizar o laser tem-se um corte de altíssimo nível de preci-
são, o que permite realizar tarefas extremamente delicadas. 
 
(a) (b) 
Figura 2.21 – Representação esquemática de uma máquina laser: (a) câmara; (b) sistema de amplificação da luz 
2.3.7 Usinagem por arco plasma 
Processo baseado na energia termelétrica para remoção de material, em que o plasma é gerado 
pela sujeição de um volume de gás aquecido por arco elétrico a uma temperatura suficientemente alta 
para iniciar a ionização ao bombeamento de elétrons em alta velocidade gerados por um arco elétrico. 
O plasma é utilizado como elemento de fusão e vaporização da peça-obra. A Figura 2.22 mostra o prin-
cipio de remoção na usinagem por arco plasma. 
2.4 Comparação dos Diferentes Processos de Fabricação por Usinagem 
Diante dos muitos processos de fabricação por usinagem disponíveis, dos inúmeros aparatos tec-
nológicos, dos recém desenvolvidos em laboratórios de pesquisa para aplicações nos diversos setores de 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
21 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
produção, e da sedução exercida pelas novidades e pelos modismos, não são poucos os profissionais da 
área que encontram dificuldades para discernir qual a melhor solução para cada necessidade. 
 
Figura 2.22 – Princípio de remoção pela usinagem por arco plasma 
Na verdade, não existe uma regra geral para se determinar a qual a decisão é a mais ou menos 
correta. Em cada caso, é importante comparar os custos e as condições técnicas. Sobretudo, é preciso 
que se tenham conhecimentos e informações sobre as opções disponíveis, para se poder avaliar criteri-
osamente o interesse industrial de cada método de trabalho. 
Uma maneira interessante de formar uma visão de conjunto consiste em agrupar os diversos mé-
todos em função dos atributos comuns que apresentam. 
Um fator importante na análise dos métodos de produção é a natureza da energia envolvida no 
processo. De acordo com esta natureza, podem-se agrupar os métodos avançados de usinagem em qua-
tro categorias: mecânica, química, eletroquímica e termelétrica, como mostra a Tabela 2.1. 
Tabela 2.1 – Divisão dosprocessos não-convencionais de usinagem 
NATUREZA ENERGÉTICA MODO DE REMOÇÃO PROCESSO 
Mecânica Erosão 
Jato D’água 
Ultrassom 
Química Reações químicas Remoção química 
Eletroquímica Reações eletrolíticas Remoção eletroquímica 
Termelétrica Fusão/vaporização 
Corte a laser 
Corte a plasma 
Feixe de elétrons 
Eletroerosão 
 
A Tabela 2.1 põe em evidência o modo de remoção de material em cada um dos métodos avan-
çados. Por outro lado, nos processos tradicionais de usinagem, o arranque de material se dá, em geral, 
por cisalhamento. Outro aspecto importante a considerar refere-se aos campos de aplicação destes 
novos processos de usinagem, destaque da Tabela 2.2. Nota-se nesta última tabela que a eletroerosão 
aplica-se somente a materiais condutores. Conseqüentemente, o processo não se presta à usinagem de 
materiais maus condutores, como a madeira, as resinas etc., das quais habitualmente são feitas as ma-
trizes, protótipos e moldes para fundição. 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
22 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Tabela 2.2 – Aplicações dos métodos avançados de usinagem 
PROCESSO APLICAÇÕES 
Eletroerosão 
Remoção eletroquímica 
Corte a plasma 
Usinagens diversas em materiais condutores 
Ultrassom Usinagens diversas em materiais maus condutores 
Remoção química Usinagem de peças delicadas 
Corte a laser 
Feixe de elétrons 
Jato D’água 
Microusinagem 
 
A usinagem eletroquímica também só se aplica a corpos condutores. Óxidos isolantes ou materi-
ais vitrificados são obstáculos ao uso desse método. 
O corte por plasma é outro método aplicável apenas a metais condutores, como o aço inoxidável, 
o alumínio e outros metais não-ferrosos, tendo surgido como uma alternativa ao oxicorte, que não era 
aplicável aos materiais acima por gerar reações químicas. 
Numa segunda categoria, a dos métodos aplicados a materiais maus condutores, destacam-se o 
ultrassom e o ultrassom rotativo. Estes métodos são especialmente adequados para a usinagem de ma-
teriais frágeis, duros ou quebradiços, como o vidro, a cerâmica e o diamante. 
Quando o objetivo é a microusinagem, o campo de escolha do método pode recair sobre o feixe 
de elétrons, o jato de água ou o laser. 
Entretanto, uma análise mais acurada de qualquer desses métodos é necessária, antes da defini-
ção do procedimento a adotar. Por exemplo, o feixe de elétrons pode levar a alterações da estrutura 
cristalina, na região de corte, o que o tornaria contra-indicado para usinagem de aços com alto teor de 
carbono, onde um endurecimento da superfície não é desejável. 
Como se vê, certas condições impõem um procedimento particular: alguns materiais não podem 
ser atacados por abrasão, por eletroerosão ou por eletrólise. Uma fresa não pode usinar uma forma 
reentrante, que um eletrodo facilmente usinaria. Alguns materiais excluem a possibilidade de usinagem 
termelétrica. O feixe de elétrons produz grande exatidão, mas só se justifica sua aplicação para dimen-
sões reduzidas. 
Ou seja, uma visão de conjunto das diferentes técnicas é sempre indispensável para julgar com 
conhecimento de causa, sem deixar de lado os procedimentos convencionais, facilmente ignorados, 
embora mais econômicos em algumas situações. 
A Figura 2.23 apresenta uma visão comparativa geral dos processos convencionais e dos proces-
sos avançados de usinagem. Vale lembrar que as variáveis analisadas nesse quadro não esgotam todas 
as possibilidades que devem ser avaliadas na determinação de um método particular de trabalho. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
23 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
 
Figura 2.23 – Quadro comparativo dos processos de usinagem (convencionais e não-convencionais) 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
24 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
3 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE ENTRADA DO PROCESSO 
Dentre as variáveis envolvidas no processo de fabricação com formação de cavaco, existem aque-
las nas quais se podem intervir (variáveis independentes de entrada) e aquelas nas quais não se podem 
(variáveis dependentes de saída), já que sofrem influência da mudança nos parâmetros de entrada. A 
Figura 3.1 resume as relações entrada/saída associadas com o processo de torneamento. 
 
Figura 3.1 – Relações de entrada e saída em torneamento 
As variáveis independentes de entrada destacadas na Figura 3.1 são: material da peça, material 
da ferramenta, geometria da ferramenta, parâmetros de corte e máquina-ferramenta. 
3.1 Material da Peça 
As propriedades físicas, químicas e mecânicas do material da peça bruta (dureza, resistência à tra-
ção, composição química, inclusões, afinidade química com o meio lubrirrefrigerante ou com a ferra-
menta, microestrutura, encruamento etc.) podem ser especificadas ou previamente conhecidas. 
A usinabilidade de um material é definida como uma grandeza tecnológica que expressa, por 
meio de um valor numérico comparativo, um conjunto de propriedades (que influem sobre: a vida da 
ferramenta, os esforços de corte, o acabamento da superfície usinada, a temperatura de corte, a produ-
tividade e as características do cavaco) em relação a outro material tomado como padrão. Em outras 
palavras, a usinabilidade expressa o grau de dificuldade de se usinar um determinado material. A usina-
bilidade é uma propriedade que depende da interação entre o processo de fabricação e as característi-
cas do material da peça. Algumas propriedades dos materiais podem influenciar na usinabilidade: dure-
za e resistência mecânica, ductilidade, condutividade térmica e taxa de encruamento. 
 
Ferramenta de Corte
Geometria:
• ângulos (α, γ, κr)
• raio de quina (rε)
• arredondamento do gume
Material:
• dureza
• acabamento
• revestimento
Planejamento Experimental
Seleção dos níveis e do número
de variáveis de entrada
Máquina-ferramenta
Parâmetros de Corte
Avanço (f)
Profundidade de corte (ap)
Velocidade de corte (vc)
Ambiente de corte:
• a seco
• com lubri-refrigerante
Peça ou Componente
Material
Geometria
Cristalografia
Pureza
Tratamento térmico
Dureza
PROCESSO DE
TORNEAMENTO
Variáveis de Saída
Tipo de cavaco
Força
Potência
Temperatura
Vibração
Falhas na ferramenta
Acabamento da superfície
Dimensões da peça
Ferramenta de Corte
Geometria:
• ângulos (α, γ, κr)
• raio de quina (rε)
• arredondamento do gume
Material:
• dureza
• acabamento
• revestimento
Planejamento Experimental
Seleção dos níveis e do número
de variáveis de entrada
Máquina-ferramenta
Parâmetros de Corte
Avanço (f)
Profundidade de corte (ap)
Velocidade de corte (vc)
Ambiente de corte:
• a seco
• com lubri-refrigerante
Peça ou Componente
Material
Geometria
Cristalografia
Pureza
Tratamento térmico
Dureza
PROCESSO DE
TORNEAMENTO
Variáveis de Saída
Tipo de cavaco
Força
Potência
Temperatura
Vibração
Falhas na ferramenta
Acabamento da superfície
Dimensões da peça
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
25 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
Normalmente, materiais com baixos valores de dureza permitem-se usinar com maiores parâme-
tros cinemáticos (velocidade de corte e avanço) e de profundidade, bem como obter longos tempos de 
vida da ferramenta e, consequentemente, altas taxas de remoção de cavacos a menores custos opera-
cionais. Também se esperam baixas forças e potências de usinagem. Exceções são os materiais de baixa 
dureza e alta ductilidade, que tendem a formar cavacos longos, produzir rebarbas excessivas na peça 
usinada e gerar arestas postiças de corte nas ferramentas. Tais rebarbas exigem operações posteriores, 
aumentando assim os custos e o tempo de entrega. Materiais com baixa ductilidade e baixa dureza são, 
geralmente,de fácil usinagem, como é o caso do ferro fundido: os cavacos tendem a ser altamente 
segmentados e a energia necessária para a sua remoção é baixa. 
Alta condutividade térmica significa que o calor produzido na região de formação de cavacos é ra-
pidamente conduzido para as imediações, longe da região de corte. Altos valores desse parâmetro são, 
em geral, desejados. Infelizmente, a condutividade do material usinado nem sempre é uma escolha do 
engenheiro de fabricação, embora se possam projetar algumas ligas para melhorar o desempenho dos 
processos de usinagem. De maneira bem geral e simplificada, podem-se classificar as ligas metálicas 
para usinagem na seguinte ordem: a) ligas de alumínio, de cobre e de magnésio; b) aços não-ligados; c) 
ferros fundidos; d) aços ligados; e) aços inoxidáveis; f) ligas de alta resistência térmica e mecânica. 
 
(a) Liga de Alumínio 6061-T6 (b) Aço-carbono 1045 (c) Ferro Fundido Vermicular 
 
(d) Aço liga 4140 (Cr-Mo) (e) Aço Inox Austenítico (f) Liga Ti-6Al-4V 
Figura 3.2 – Exemplos de ligas metálicas para usinagem (microscopia óptica com ampliação 500×) 
Embora nem todos os materiais usinados estejam na lista anterior, os que lá constam servem de 
comparação para estabelecer uma usinabilidade relativa. Analogamente, durante a usinagem dessas 
ligas, a vida da ferramenta piora na mesma proporção. 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
26 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
À medida que são deformados plasticamente, alguns materiais metálicos apresentam a caracte-
rística de aumentar a sua resistência mecânica, o que pode ser denominado “endurecimento por de-
formação” ou encruamento. O nível de encruamento depende da taxa de deformação e da capacidade 
de endurecimento do material. Uma alta taxa de encruamento significa um rápido aumento de resistên-
cia em relação à taxa de deformação. Quando se formam cavacos, a taxa de deformação é localmente 
muito alta. Materiais com alta taxa de encruamento são os aços inoxidáveis austeníticos, com ligas de 
alta resistência térmica e mecânica. Aços-carbono, no entanto, são materiais com baixa taxa de encru-
amento. Altas taxas de encruamento significam que mais energia é necessária para a remoção de mate-
rial, levando a maiores forças e potencia de corte. Em geral, baixos valores de parâmetros cinemáticos e 
de profundidade devem ser usados para valores aceitáveis em termos de vida da ferramenta. Para ma-
teriais com altas taxas de encruamento, arestas de corte com geometrias afiadas são preferíveis para 
que se diminua a taxa de deformação, evitando-se, assim, o endurecimento. 
A microestrutura do material que está sendo usinado também desempenha um papel significativo 
no desempenho da operação de usinagem. Macroinclusões possuem tamanhos maiores que 0,15 mm. 
Elas são, em geral, duras e de caráter abrasivo, causando desgaste, ou mesmo avarias, à aresta de corte. 
Estas são mais frequentes em aços de baixa qualidade e devem ser evitadas para a maioria das aplica-
ções em peças usinadas. 
Previamente à operação de corte, o material pode ter sido laminado a quente, laminado a frio, 
normalizado, recozido ou endurecido. 
Por conta da longa exposição a altas temperaturas, acima da recristalização, a estrutura de um 
material laminado a quente é, em geral, heterogênea e grosseira. Já a laminação a frio, ou o trabalho a 
frio, é realizado em peças ou barras para uniformizar a microestrutura, ou mesmo provocar endureci-
mento quando o material e propenso ao endurecimento por deformação. O trabalho a frio, em geral, 
provoca aumento de dureza e redução na vida das ferramentas. Porém, pode levar à redução de rebar-
bas na peça e de aresta postiça de corte na ferramenta. 
A estrutura normalizada é aquela que passou por aquecimento na temperatura de austenização 
por tempo suficiente para uma completa normalização e foi resfriada até a temperatura ambiente. Isso 
resulta em uma estrutura mais fina e homogênea, que permite melhores condições de usinagem com 
parâmetros de corte mais altos. 
A condição de material recozido é usada, na maioria das vezes, para a redução da dureza em um 
processo no qual as lamelas de cementita da estrutura perlítica são esferoidizadas. Isso provoca signifi-
cativa redução de dureza e torna a estrutura menos abrasiva, aumentado assim a vida da ferramenta. A 
Figura 3.3a apresenta a microestrutura ferrítica/perlítica de um aço ABNT 1045 laminado a quente. Após 
o processo de recozimento de esferoidização, a microestrutura passa a ser constituída de carbonetos 
globulares dispersos em uma matriz ferrítica, como mostra a Figura 3.3b. 
A integridade superficial da peça previamente à operação de usinagem também pode ser signifi-
cativa para o desempenho do processo. Superfícies forjadas ou fundidas muitas vezes são inevitáveis. 
Porém, as superfícies forjadas podem estar endurecidas, aumentando assim o desgaste das ferramentas 
– da mesma forma que a presença de resíduos de areia de fundição acelera o desgaste abrasivo. Em 
muitos casos, a limpeza de superfícies antes da usinagem pode melhorar o desempenho da usinagem. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
27 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
 
(a) (b) 
Figura 3.3 – Microscopia óptica do aço ABNT 1045: (a) microestrutura ferrítica/perlítica; 
(b) microestrutura obtida após recozimento de esferoidização 
Os elementos de ligas em um material a ser usinado são fatores de extrema importância para ori-
entar o engenheiro de fabricação: eles são os principais responsáveis pela melhoria das propriedades 
físicas e mecânicas das ligas. Os principais elementos de liga adicionados ao aço para melhorar sua usi-
nabilidade são: enxofre (S), selênio (Se), telúrio (Te), chumbo (Pb), bismuto (Bi), estanho (Sn), fósforo (P) 
e nitrogênio. Tais elementos, isoladamente ou formando compostos, interrompem a matriz ferrítica, 
austenítica ou martensítica do aço, facilitando a quebra do cavaco, a lubrificação da ferramenta e, con-
sequentemente, diminuindo os esforços de corte. No entanto, essas mesmas qualidades que fazem os 
elementos de ligas adequados a componentes mecânicos de alta responsabilidade e desempenho em 
serviço, tornam os mesmos difíceis de usinar, uma vez que a formação de cavacos os leva a falha por 
ruptura ao cisalhamento. 
3.2 Geometria da Peça 
A seleção dos processos de usinagem é feita com base na análise da capacidade do processo de 
executar o formato geométrico da peça com a exatidão e o acabamento superficial requeridos. 
Inicialmente selecionam-se os grupos de processos compatíveis com o tamanho e a forma geomé-
trica da peça a ser usinada (axissimétrica ou prismática) e com as possíveis características adicionais 
(furos, roscas, cavidades etc.). A Tabela 3.1 mostra os grupos conforme o formato da superfície. 
Tabela 3.1 – Grupos de processos de usinagem de acordo com o formato desejado da peça 
AXISSIMÉTRICA PRISMÁTICA CARACTERÍSTICAS 
ADICIONAIS 
Torneamento 
Retificação 
Brunimento 
Polimento 
Lapidação 
Fresamento 
Retificação 
Brunimento 
Polimento 
Lapidação 
Furação 
Alargamento 
Mandrilamento 
Fresamento 
Retificação 
Brochamento 
Roscamento 
 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
28 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
OBS. Uma seção transversal que, ao girar em torno de um eixo, origina um sólido de revolução que cor-
responde a uma peça axissimétrica. Uma superfície prismática é aquela gerada por uma reta que se 
desloca paralelamente a si mesma acompanhando uma linha poligonal aberta ou fechada; prisma é o 
sólido limitado por uma superfície prismática fechada e por dois planos paralelos. 
Uma vez selecionado o grupo de processos de usinagem, a seleção final será feita com base no 
acabamento superficial e também nas tolerâncias dimensionais e geométricasrequeridas. 
A geometria de uma peça (tamanho e forma) pode ser gerada através de processos anteriores, ou 
pode ser selecionada a partir da matéria-prima padrão para usinagem. Geralmente estas variáveis influ-
enciam diretamente no processo de usinagem ou nos parâmetros que são selecionados, como por e-
xemplo, a profundidade de corte. 
3.2.1 Peças similares a sólidos de revolução 
Peças axissimétricas – similares a sólidos de revolução (eixos, engrenagens, polias, tampas) – são 
as que, por exemplo, podem ser submetidas às operações de desbaste e acabamento em torneamento. 
Os fatores que devem ser considerados na escolha entre uma peça forjada ou de barra na confec-
ção desses elementos de máquinas (sólidos de revolução) são: o cálculo dimensional; o sobrematerial a 
ser removido; a disponibilidade da máquina-ferramenta. 
Exemplos de peças axissimétricas com relação L/D (comprimento/diâmetro) grande: eixos, pinos e 
varões. Exemplos com L/D pequeno: engrenagens, polias, volantes e buchas. 
A Figura 3.4 mostra diferentes geometrias e superfícies de peças e componentes que podem ser 
obtidas através de operações de torneamento. 
 
Figura 3.4 – Possíveis geometrias de peças fabricadas por torneamento 
3.2.2 Peças não-similares a sólidos de revolução 
Peças não-similares a sólidos de revolução são aquelas que, após a usinagem, apresentam super-
fícies prismáticas, ou seja, peças formadas por superfícies planas e/ou não axissimétricas. São exemplos 
de peças não-similares a sólidos de revolução: carcaças, tampas e garfos. 
A Figura 3.5 mostra diferentes geometrias e superfícies de peças e componentes que podem ser 
obtidas através de operações de fresamento. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
29 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
 
Figura 3.5 – Possíveis geometrias de peças fabricadas por fresamento 
3.2.3 Peças especiais 
A usinagem de materiais na escala micro e nanométrica está sendo considerada por muitos a cha-
ve para as futuras tecnologias. Além dos já conhecidos processos de litografia usados na fabricação de 
dispositivos eletrônicos, as tecnologias de micro e nanousinagem desempenham um papel importante 
na miniaturização das máquinas, com usos destacados em aplicações biológicas e médicas, sensores 
eletromecânicos, atuadores e microreatores químicos, entre outros (vide Fig. 3.6a). 
Por outro lado, a usinagem de peças muito grandes exige máquinas-ferramentas de grande porte 
e toda a rotina de trabalho diferenciada. Como parte desta rotina, pode-se citar as dificuldades de mo-
vimentação das peças em função da localização das faces e diâmetros a serem usinados com auxílio de 
operações com ponte rolante. Outro fator a ser considerado é que as peças são geralmente estruturas 
mecano-soldadas, necessitando de montagem posterior. A Figura 3.6b mostra um rotor de hidrelétrica 
fabricado a partir de um disco fundido maciço de aço inox martensítico; após a usinagem do perfil hi-
dráulico, as meias-conchas que complementam a peça são fixadas por solda ao disco principal. 
 
(a) (b) 
Figura 3.6 – Tamanhos e geometrias especiais obtidas em usinagem: (a) nanousinagem; (b) rotor de hidrelétrica 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
30 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
3.3 Material da Ferramenta 
Sabe-se que o processo de usinagem baseia-se na remoção de material, utilizando na ferramenta 
um material mais duro e mecanicamente mais resistente que na peça. Além disso, as condições requeri-
das de processo dependem do material a ser usinado, dos parâmetros de corte e das características da 
máquina-ferramenta. Por outro lado, a seleção do material da ferramenta que produza o desempenho 
desejável em tais condições ainda é um desafio, pois nenhum material apresenta as propriedades a se-
rem exigidas da ferramenta no seu mais alto grau. 
Partindo-se do princípio da dureza relativa, o surgimento de novos materiais e ligas estruturais 
com excelentes propriedades de resistência mecânica e elevada dureza contribuíram para o apareci-
mento de novos materiais para a concepção de ferramentas mais resistentes para as operações de usi-
nagem. Porém, o corte de materiais frágeis ou as operações de corte interrompido requerem materiais 
com suficiente tenacidade para suportar os choques e impactos inerentes ao processo de usinagem. 
Como, em geral, dureza e tenacidade são duas propriedades antagônicas (alta dureza se associa a baixa 
tenacidade e vice-versa), o balanço destas propriedades nos materiais de ferramentas de corte se tor-
nou um desafio para os fabricantes. A Figura 3.7 mostra o comportamento de cada material em relação 
a estas duas propriedades. A conciliação destas propriedades foi conseguida com a produção de ferra-
mentas com diferentes composições químicas, refinamento dos grãos, controle dos processos de fabri-
cação e do tratamento térmico, o que lhes confere graus compatíveis de pureza e qualidade. 
 
Figura 3.7 – Relação entre a tenacidade e a dureza entre os materiais aplicados como ferramenta de corte 
As principais propriedades desejadas em um material para ferramenta de corte são: alta dureza; 
suficiente tenacidade para evitar falha por fratura; alta resistência ao desgaste abrasivo, à compres-
são e ao cisalhamento; boas propriedades térmicas e mecânicas em altas temperaturas; alta resistên-
cia ao choque térmico; alta resistência ao impacto; ser quimicamente inerte. Estas não se reúnem em 
um só material, mas dependendo da aplicação, priorizam-se algumas delas que possam ser reunidas. 
Desde as primeiras aplicações surgiram diversos materiais aplicados a ferramentas de corte Os 
dois tipos de materiais mais comuns usados em ferramentas de corte destinadas às operações tradicio-
nais de usinagem são: o aço-rápido e o metal-duro, que juntos somam 90% das aplicações na indústria 
moderna. Materiais avançados como: nitreto de boro cúbico (CBN – cubic boron nitride), cerâmica e 
diamantes, detêm 10% das aplicações. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
31 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
3.3.1 Aço-rápido 
O aço-rápido (AR) é usado em ferramentas de uso geral [usinagem de peças forjadas, fundidas ou 
sinterizadas (metalurgia do pó)], em ferramentas de geometria complexa ou naquelas usadas em situa-
ções em que as velocidades de corte são mais modestas. Principais propriedades: dureza a quente, re-
sistência ao desgaste e tenacidade. 
Desenvolvido por F. W. TAYLOR, no final do século XIX, o aço-rápido foi o responsável pelo primeiro 
grande salto tecnológico na história da usinagem. Com o seu advento, foi possível aumentar as veloci-
dades de corte antes obtidas com ferramentas de aço-carbono (3 a 5 m/min) em cerca de 10 vezes (30 a 
35 m/min) – razão pela qual os aços-rápidos possuem este nome (em inglês HSS – high-speed steel). 
Hoje, comparando com os materiais das ferramentas atuais, esses valores são relativamente baixos. 
Apesar disso, esse grupo de materiais ainda resiste, pois mais de um século depois de descobertos, ain-
da são largamente empregados (cerca de 40% das ferramentas aplicadas na indústria são de HSS). As 
principais aplicações de aços-rápidos são em brocas, fresas inteiriças, cossinetes, brochas e até em fer-
ramentas de barra para aplicações em torneamento de peças de diâmetros reduzidos, cuja velocidade 
de corte conseguida é inferior à velocidade econômica de corte dos materiais mais resistentes (Fig. 3.8). 
 
Figura 3.8 – Algumas aplicações dos aços-rápidos 
Com elevada tenacidade, resistência ao desgaste e dureza a quente quando comparados com os 
aços-carbonos usados na fabricação de ferramentas, o aço-rápido é um aço alta liga com microestrutura 
martensítica com inclusões de carbonetos. As ferramentas de aço-rápido são divididas em dois grandes 
grupos: aços ao tungstênio (W), identificados pela letra “T”, e aços ao molibdênio (Mo),identificados 
pela letra “M”. Assim, os principais elementos de liga dos aços-rápidos são: tungstênio (W), molibdênio 
(Mo), cobalto (Co), vanádio (V), cromo (Cr) e outros. 
Diferente do que acontece com os aços convencionais, que são temperados e revenidos, e cuja 
dureza exibe uma queda contínua com o aumento da temperatura de revenimento, os aços-rápidos 
apresentam uma elevação de dureza quando revenidos em temperaturas entre 480 oC e 565 oC, depen-
dendo da composição química. Quando da seleção de um aço-rápido, deve-se considerar as principais 
características necessárias ao desempenho da função. A Tabela 3.2 mostra algumas dessas característi-
cas e suas relações com os elementos de liga presentes. 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
32 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Tabela 3.2 – Principais características dos aços-rápidos e suas relações com os elementos de liga presentes 
CARACTERÍSTICAS ELEMENTOS DE LIGA 
Dureza a quente W, Mo, Co (com W ou Mo), V, Cr, Mn 
Resistência ao desgaste abrasivo V, W, Mo, Cr, Mn 
Profundidade de endurecimento B, V, Mo, Cr, Mn, Si, Ni 
Empenamento mínimo Mo (com Cr), Cr, Mn 
Aumento da tenacidade pelo refinamento do grão V, W, Mo, Mn, Cr 
 
Apesar da existência de materiais para ferramenta mais avançados que o aço-rápido, em diversos 
processos de usinagem, a aplicação destes materiais é restrita devido às formas ou geometrias das fer-
ramentas, ou ainda às condições tanto de operação quanto da máquina operatriz. Um exemplo é a ope-
ração de fresamento com fresas de pequeno diâmetro. Neste caso, além da dificuldade de obtenção da 
forma da fresa, a grande maioria das máquinas operatrizes não atinge as velocidades de corte necessá-
rias para o uso de fresas de metal-duro, sendo o aço-rápido ainda bastante usado. Porém, algumas pro-
priedades, como resistência ao desgaste e coeficiente de atrito do aço-rápido não condizem com a efici-
ência de corte almejada. Uma solução bastante usada por fabricantes de ferramentas de corte é a apli-
cação de uma camada de cobertura de material com resistência ao desgaste (e outras propriedades, 
como inércia química, baixo coeficiente de atrito) mais elevada sobre a ferramenta de aço rápido. 
Popularmente chamadas de ferramentas de aço-rápido sinterizado, este processo de fabricação 
apresenta como vantagens a possibilidade do uso de partículas de carbonetos muito menores, com me-
lhor dispersão, além de um número maior de elementos de liga em comparação com AR fabricado pelo 
processo convencional. Lembrando que sinterização é apenas parte de processo de metalurgia do pó. 
3.3.2 Metal-duro (MD) 
O metal-duro é usado em cerca de 50% das aplicações devido ao custo e à combinação da dureza 
à temperatura ambiente, dureza a quente, resistência ao desgaste e tenacidade, possível graças à varia-
ção da sua composição. A ferramenta de MD pode ser aplicada em altas velocidades de corte. 
A grande vantagem do metal duro é manter o corte da ferramenta vivo por muito mais tempo, 
mesmo quando submetido à velocidade de trabalho inúmeras vezes superior ao que suportaria o aço 
rápido. O metal duro aumentou significativamente a produtividade, por ter a propriedade de manter a 
dureza e assim o fio de corte, mesmo quando muito aquecido, pois quanto mais rápido se executa uma 
usinagem, maior o calor gerado na interface ferramenta-peça. 
Desde o princípio, o metal-duro, por ser fruto da metalurgia do pó, foi desenvolvido em forma de 
pastilhas que, no começo, eram soldadas a hastes ou cabeçotes metálicos para, deste modo, formar a 
chamada ferramenta. Como as soldas não resistem às altas temperaturas geradas na usinagem e por 
isso soltariam as pastilhas durante o processo, causando acidentes, estas passaram a ser intercambiá-
veis e fixadas mecanicamente aos seus suportes, facilitando o processo de troca de uma ferramenta 
gasta por uma nova. A Figura 3.9 ilustra o processo de fabricação da ferramenta MD. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
33 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
 
Figura 3.9 – Esquema do processo de fabricação da ferramenta de metal-duro 
O metal-duro é composto de carbonetos metálicos em forma de minúsculas partículas que são in-
crustadas em metal ligante. Os componentes mais importantes são o carboneto de tungstênio (WC) 
denominado fase a (determina a resistência ao desgaste) e o metal ligante cobalto (Co) denominado 
fase b. (determina a tenacidade). Com o tempo, outros componentes foram adicionados a essa compo-
sição básica. A adição de carbonetos de titânio (TiC) (aumentar a resistência à craterização), de tântalo 
(TaC) e de nióbio (NbC) (maior tenacidade ao MD) denominados fase g, melhoraram muito a perfor-
mance das ferramentas de metal-duro quanto a prevenir desgastes que se originam nos processos de 
formação de cavacos particulares a cada tipo de material. 
Mais tarde, os pesquisadores descobriram a possibilidade de se revestir a superfície das pastilhas 
com finas camadas de fase g. Este revestimento pode ser obtido tanto pelo processo CVD (Chemical 
Vapor Deposition), quanto pelo processo PVD (Physical Vapor Deposition). Estas camadas, que medem 
de 3 a 5 µm de espessura, proporcionaram maior durabilidade à aresta de corte, pois a camada extrafi-
na e extremamente dura sobre o núcleo tenaz permitiu que uma mesma pastilha suportasse tanto mai-
ores esforços de corte (em operações de desbaste) quanto altas velocidades (em operações de acaba-
mento). Apesar de no início os revestimentos serem simples, a tecnologia do revestimento evoluiu até 
as pastilhas multirrevestidas, com camadas sobrepostas, onde cada uma delas exerce uma função espe-
cífica a fim de conter os diferentes processos de desgastes que se desenvolvem durante a usinagem. 
Comumente se tem um triplo revestimento: TiC/TiCN/TiN ou TiC/Al2O3/TiN. Entretanto, existem 
registros de ferramentas com até doze camadas de diferentes revestimentos. Cada camada tem uma 
função específica e a sua associação permite oferecer um material com todas as vantagens possíveis de 
se obter com a técnica. Uma única pastilha em uma determinada classe pode ser aplicável tanto em 
acabamento quanto em desbaste de metais, que podem variar do aço ao ferro fundido. Normalmente, o 
TiC ou o TiCN são revestimentos muito utilizados como a 1ª camada, pois garantem uma coesão muito 
boa com o substrato. Além disso, o TiC é um dos mais duros revestimentos utilizados, o que garante 
resistência ao desgaste. O Al2O3 é um revestimento intermediário muito empregado pela sua inércia 
química, sua dureza (e, portanto, resistência ao desgaste) e sua baixa condutividade térmica a altas 
temperaturas. O TiN se apresenta como a camada mais externa, pois proporciona baixos coeficientes de 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
34 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
atrito entre a ferramenta e o cavaco e entre a ferramenta e a peça. O TiNAl tem se mostrado excelente 
na usinagem de ferro fundido e pode se aplicado na usinagem de superligas de níquel. A Figura 3.10 
mostra a estrutura do metal duro com o substrato de carboneto de tungstênio e a matriz metálica de 
cobalto, além dos revestimentos aplicados na superfície da ferramenta. 
 
Figura 3.10 – Microestrutura do metal duro 
A Norma ISO 513 (2004) (classification and application of hard cutting materials for metal re-
moval with defined cutting edges – designation of main groups and groups of application) apresenta a 
classificação de grupos de ferramentas. A letra de designação da classe é sempre acompanhada de um 
número que representa a tenacidade a resistência ao desgaste da ferramenta: quanto maior o número, 
maior a tenacidade e menor a resistência ao desgaste. 
A subdivisão dentro de cada classe de metal-duro (P, M, K) depende principalmente de: 
• A composição química do material da ferramenta,incluindo qualidade e quantidade de carbonetos. 
Por exemplo, a presença de TiC garante maior resistência ao desgaste, e uma maior quantidade de 
Co garante maior tenacidade. 
• O tamanho dos grãos de carboneto: quanto mais finos, maior a tenacidade da ferramenta, aliada a 
uma maior dureza média. 
Comumente pode-se encontrar nos catálogos de fornecedores referências sobre o grau de dureza 
e tenacidade das distintas classes de metal-duro, incluindo informações sobre os seus materiais consti-
tuintes. Essas informações são úteis para a escolha e adequação da ferramenta ao processo de usina-
gem que se deseja executar. A tabela da Figura 3.11 mostra esta designação. 
3.3.3 Materiais avançados 
Na busca por aumentar produtividade, ferramentas avançadas trazem benefícios adicionados à 
usinagem em grande escala, que permitem tornear, furar e fresar peças complexas de difícil usinagem 
com mais eficiência. Ferramentas de corte de alta tecnologia podem dobrar as taxas de usinagem, en-
quanto prolonga a vida útil da aresta, reduzindo as forças de corte na máquina e possibilitando também 
a economia de energia. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
35 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
 
Figura 3.11 – Classificação dos metais duros segundo a norma ISO 513 (2004) 
A Figura 3.12 mostra as ferramentas avançadas de geometria definida utilizadas em operações de 
corte de alto desempenho: (a) Cerâmica branca; (b) CERMET; (c) PCD; (d) CBN. 
 
 
(a) (b) (c) (d) 
Figura 3.12 – Ferramentas avançadas: (a) cerâmica branca; (b) CERMET; (c) PCD; (d) CBN 
 
ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1 
 
36 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
3.3.3.1 Cerâmicas 
As cerâmicas são muito importantes nos últimos anos na usinagem em alta velocidade de aço e 
ferro fundido. Nestes casos, a velocidade de corte pode ser de 4 a 5 vezes maior que as ferramentas de 
metal duro (menor tempo de usinagem). Durante muitos anos as cerâmicas não obtiveram sucesso co-
mercial por exigirem máquina-ferramenta com altas velocidades de corte, potência elevada e extrema 
rigidez. A alta velocidade de corte implica num fluxo intenso de cavacos, tornando necessária sua efici-
ente remoção e proteção do operador. A possibilidade de se utilizar baixos avanços (na ordem de 0,1 
mm/volta) e altas velocidades de corte (na ordem de 1000 m/min) permite excelente acabamento (se-
melhante à retificação). As cerâmicas de corte são classificadas segundo o seu teor de óxidos de alumí-
nio em cerâmica branca e cerâmica mista (CERMETS). 
A cerâmica branca consiste de materiais com óxido de alumínio superior a 90%, o que dá a cor 
branca. O componente principal é o coríndon (Al2O3), o qual é uma forma estável α da alumina. O mate-
rial de partida é um pó finíssimo (1 a 10 µm), sendo que as peças são obtidas pela prensagem a frio da 
matéria-prima que pode ser Al2O3 com 99,98% de pureza, ou então, uma composição de 90 a 99% de 
coríndon e o restante de SiO2, MnO2, CrO2 ou Ni2O3. A qualidade da ferramenta cerâmica óxida depende 
da sua pequena porosidade associada a pequenos tamanhos de grãos. 
A cerâmica mista (CERMET) possui teor de Al2O3 menor que 90%, com adição de óxidos e carbo-
netos metálicos, especialmente o TiC e o WC. Ela é obtida por prensagem a quente, produzindo uma 
estrutura mais fechada, geralmente de cor preta. A presença de TiC, WC e outros óxidos inibe o cresci-
mento dos grãos, resultando em elevada dureza, maior tenacidade e resistência a impactos e aos des-
gastes do flanco e na face. CERMETS são condutores elétricos, têm razoável condutividade térmica, são 
menos frágeis e menos sujeitos às trincas térmicas do que as brancas. É empregada no desbaste e no 
acabamento de ferro fundido duro, ferro fundido maleável, esferoidal e cinzento até dureza de 700 HB e 
de aços (aços de cementação, beneficiamento, aço rápido e aço de alta liga) com dureza até 64 HRC. 
3.3.3.2 Diamante 
É o material mais duro conhecido. Podem ser naturais (MCD) ou sintéticos (PCD). 
Os diamantes naturais (MCD – Monocrystalline Diamonds) são monocristalinos e anisotrópicos 
(as propriedades mecânicas variam com a direção). A lapidação deve ser feita na direção de menor du-
reza e a montagem no porta-ferramenta deve ser feita na direção de máxima dureza. São indicados na 
usinagem de metais leves, latão, bronze, cobre, liga de estanho, borracha, vidros, plásticos e pedras. 
Aplicam-se para a usinagem fina (precisão e qualidade semelhante ao polimento). São classificados em: 
• Negros: são aparentemente “amorfos”, perdem a dureza por aquecimento e são empregados em 
aplicações especiais, como ferramentas para afiar rebolos, pontas de brocas para minas, assim como 
para trabalhar fibras, borrachas e plásticos. 
• Ballos: são diamantes claros, possuem crescimento irregular e são especialmente duros em função 
de sua estrutura. Por serem arredondados, não se aplicam à fabricação de ferramentas de corte. 
• Borts (africanos): são aqueles cujo valor depende da dureza, da qualidade e do número de bordos 
naturais de trabalho que oferece. As arestas podem ser lapidadas em ângulos apropriados. 
 
Prof. Dr. André João de Souza 
 
37 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
Os diamantes sintéticos (PCD – Polycrystalline Diamonds) são policristalinos produzidos pela sin-
terização de partículas de diamante com cobalto num processo de alta pressão (6000 a 7000 MPa) e alta 
temperatura (1400 a 2000oC). A camada é isotrópica e nunca atinge a dureza do diamante monocristali-
no na direção de máxima dureza. A matéria-prima das ferramentas de corte é formada por partículas 
muito finas de diamantes sintéticos, de granulação muita definida para se obter o máximo de homoge-
neidade e densidade. A camada de 0,5 mm de espessura, ou é aplicada diretamente sobre a pastilha de 
metal-duro sinterizado previamente, ou então é ligada ao metal-duro através de uma fina camada in-
termediária de um metal de baixo módulo de elasticidade. Os diamantes sintéticos são usados em ope-
rações de acabamento e desbaste na usinagem dos mesmos materiais usinados pelo MCD, com exceção 
de asbesto, fibras reforçadas de vidro carbono, carvão grafite, metal duro pré sinterizado. Especial apli-
cação na usinagem de ligas alumínio-silício, que são de difícil usinagem. 
As usinagens de aço e ferro fundido não são possíveis com diamante em virtude da afinidade do 
ferro com o carbono: devido à alta temperatura na região de corte, o carbono se transforma em grafite 
e reage com o ferro, levando a aresta cortante a um rápido desgaste. A velocidade de corte mínima é de 
100 m/min, avanços entre 0,02 e 0,06 mm/volta, profundidades de corte entre 0,01 e 0,2 mm. De certa 
forma, a velocidade de corte não tem limite: vc = 2000 m/min foram experimentadas com sucesso. 3.3.3.3 CBN 
Depois do diamante, o nitreto de boro cúbico (CBN – Cubic Boron Nitride) é o material mais duro 
que se conhece. Ele é obtido sinteticamente pela transformação do nitreto de boro de estrutura hexa-
gonal em estrutura cúbica sob pressões de 5000 a 9000 MPa e temperaturas de 1500 a 1900oC, na pre-
sença de um catalisador, geralmente lítio. 
As pastilhas de CBN são fabricadas da mesma forma que as de diamante policristalino. Uma ca-
mada de 0,5mm de espessura, de partículas de CBN é sinterizada num processo de alta pressão e altas 
temperaturas, na presença de uma fase ligante, sobre uma base de metal duro. O CBN é quimicamente 
mais estável que o diamante, especialmente contra a oxidação. Além disso, sob pressão atmosférica, o 
CBN é estável até 2000oC enquanto o diamante não ultrapassa os 900oC (grafitização). Outra vantagem é 
a não-afinidade química do CBN com aços e ferros fundidos. São empregadas na usinagem de aços du-
ros (45 a 65 HRc), mesmo em condições difíceis, aço-rápido, ligas resistentes a altas temperaturas a base 
de Ni e Co, revestimentos