Livro Capitulo6

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AVARIP,tS E DESGASTE DA FERRAMENTA - 105
CAPíTULO 6
AVARIAS E DESGASTES
DA FERRAMENTA
Diversos são os tipos de desgastes e avarias que acontecem em uma
ferramenta de usinagem. Dentre eles os principais são:
a) Desgaste Frontal (ou de flanco) - ocorre na superfície de folga da ferramenta,
causado pelo contato entre ferramenta e peça. É o tipo de desgaste mais
comum. Todo processo de usinagem causa desgaste frontal (figura 6.1).
Sempre existe a formação do desgaste indicado pela letra a na figura 6.1.
Em algumas ocasiões também ocorre a formação dos desgastes indica-
dos como b e c na figura, sempre nos dois extremos de contato entre a
superfície de folga da ferramenta e a peça, que são também chamados
de desgaste de entalhe. Este tipo de desgaste 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.
b) Desgaste de Cratera - é o tipo de desgaste que ocorre na superfície de saída
da ferramenta, causado pelo atrito entre ferramenta e cavaco (figura 6.2).
Pode não ocorrer em alguns processos de usinagem, principalmente quan-
do se utiliza ferramentas de metal duro recobertas (a cobertura de AI203
é a mais eficiente contra a craterização), ferramentas cerâmicas e quan-
do o material da peça é frágil (gera cavacos curtos). ° crescimento do
desg ste de cratera resulta na quebra da ferramenta, quando tal desgas-
t n ntr com o desgaste frontal.
I I / ,/ 111, I, A~ t de Corte - é um tipo de avaria da ferramenta.
ponta da ferramenta, somada à alta
1111 II NOLOGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS AVAR!AS E DESGASTE DA FERRAMENTA - 107
lU bra da aresta de corte. É evitado pelo emprego de uma ferramenta
m maior dureza a quente e maior resistência à deformação plástica, ou
I I mudança das condições de usinagem e/ou geometria da ferramenta,
vi ndo a diminuição dos esforços e da temperatura de corte.
d) Lascamenfo - é um tipo de avaria da ferramenta. Ao contrário dos des-
gastes frontal e de cratera, que retiram continuamente partículas muito
pequenas da ferramenta, no lascamento (figura 6.4) partículas
maiores são retiradas de uma só vez.
Ocorrem principalmente em ferramentas com material frágil e/ou quan-
do a aresta de corte é pouco reforçada. Prejudicam o acabamento
superficial da peça e, se continuam crescendo, provocam a quebra
da ferramenta.
I/,i /I I . 1 - Desgaste Frontal
e) Trincas - outro tipo de avaria da ferramenta. São causadas pela variação
da temperatura e/ou pela variação dos esforços mecânicos. Quando
as trincas têm origem térmica (variação da temperatura), elas ocor-
rem perpendicularmente à aresta de corte (figura 6.5) e quando têm
origem mecânica são paralelas à aresta (figura 6.6).
Alguns fatores que geram variação de temperatura ou de esforços
mecânicos na usinagem são: corte interrompido, acesso irregular do
fluido de corte, variação da espessura de corte (típica do fresamento)
e solda da pastilha no porta-ferramenta.
Este último ocorre pois o coeficiente de dilatação térmica do metal
duro é aproximadamente a metade do coeficiente do aço, que é o
material do porta-ferramenta. Assim, quando a interface pastilha-por-
ta-ferramenta atinge temperatura alta, que tenta dilatar os dois cor-
pos, o aço se dilata mais que o metal duro, gerando tensões na
interface que levam à trinca do material mais frágil, o metal duro.
O crescimento das trincas leva à quebra da ferramenta.
Para se evitar a formação das trincas pode-se, dentre outros procedi-
mentos, escolher uma ferramenta mais tenaz, diminuir o avanço por
dente e posicionar a fresa corretamente em relação à peça (estes
dois últimos fatores, é lógico, no processo de fresamento).
I IIJIIII t , /1/ /"/11/ I 111/'1 111 ("
'I, "," (,,/I,
li/li (I I 1I I 111/1111"
f) Quebra - como foi visto acima, todos os desgastes e avarias da ferramenta ao
crescerem podem gerar a quebra da ferramenta.
Algumas vezes, porém, a quebra (figura 6.7) pode ocorrer inesperada-
mente devido a alguns fatores como: ferramenta muito dura (em geral,
quão mais resistente ao desgaste é a ferramenta, menos tenaz e menos
r I t nt o choque ela é), carga excessiva sobre a ferramenta, raio de
p nl I, fi 1111d ponta ou ângulo de cunha pequenos, corte interrompi-
li , fi li HI I 1\ I HlI n do movimento de corte, entupimento dos canais
11 , plll ,"« IV I , u bolsões de armazenamento dos cavacos,
11 111111 11 r II 1/111 111 I n n ~o somente dano na ferramen-
I I ( • 1\ " 111" 1111 'Ir I I qu r danificada, mas toda
I'I 11111 I 111 I I' I li' 11/1 pOli, I"r 11111 nt \ ( corte não seja
11" 1I •• 'tll,1 I "li 11 t 111 1\11 '111/ I 11111111 I 11 'Pl I ri \ p
1111\ II N LOGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS
Igura 6.5 - Trincasa Origem Térmica
Figura 6.6 _.Trincas de
Origem Mecânica
I/jllf I 1.1
AVARIAS E DESGASTE DA FERRAMENTA - 109
Tabela 6.1 - Causas e Ações para Minimização de Avarias e Desgastes da Ferramenta.
TIpo de Desgaste Possíveis Causas Ações para Minimização
elou Avaria
Desgaste de • Velocidade de corte muito alta ou muito • Redução da velocidade de corte.
Flanco baixa (se a causa for a presença da APC. • Seleção de classe de ferramenta
• Resistência ao desgaste insuficiente mais resistente ao desgaste.
da ferramenta. • Aumento da velocidade de corte
• Abrasão se o desgaste for causado pela APC.
• Aresta Postiça de Corte.
Desgaste de • Oxidação • Seleção de fluido de corte
Entalhe com agentes anti-oxidantes.
• Redução da velocidade de corte.
Desgaste de • Difusão • Seleção de classe de ferramenta
Cratera que possua cobertura de óxido
de alumínio.
Deformação • Altas temperaturas combinadas com altas • Seleção de classe de ferramenta
Plástica pressões na região de corte. com maior dureza a quente.
• Redução da velocidade de corte.
Trincas de • Variação excessiva de esforço na aresta • Seleção de uma classe de
Origem de corte. ferramenta mais tenaz.
Mecânica • Redução do avanço.
• Suavização do primeiro contato da
ferramenta com a peça.
• Aumento da estabilidade.
Trincas de • Excessiva variação de temperatura. • Seleção de classe de ferramenta
Origem mais tenaz.
Térmica • Aplicação do fluido de corte em
abundância ou não aplicação.
Lascamento • Classe da ferramenta muito frágil. • Seleção de classe de ferramenta
mais tenaz.
• Geometria da ferramenta muito fraca. • Aumento do ângulo de ponta, raio
• Choques da ferramenta com a peça. de ponta e/ou do ângulo de cunha
(chanframento da aresta).
• Suavização do primeiro contato
da ferramenta com a peça.
6.1 - Medição dos Desgastes da Ferramenta
distância do centro da cratera à aresta de
I rgura do desgaste de flanco (Vs)
cosqast na superfície de folga
I· Ind o v lor dos
(V \ I V c),
1111 " NOLOGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS AVARIAS E DESGASTE DA FERRAMENTA -111
1I,1l~ 6.8-
I " stes da
I / rr. menta
M
c
.c
B VBsmax---------
VBs
A
IPe~al
VBA
N_ N
esta camada de cavaco já presa à ferramenta, ela se deforma e se encrua,
aumentando sua resistência mecânica e fazendo as vezes de aresta de corte. A
aresta postiça de corte (figura 6.9) tende a crescer gradualmente até que em um
certo momento rompe-se bruscamente, causando uma perturbação dinâmica.
Parte da aresta postiça que se rompe é carregada com o cavaco e parte adere
à peça, prejudicando sensivelmente o acabamento superficial da mesma. Ao se
romper, a aresta postiça arranca partículas da superfície de folga da ferramen-
ta, gerando um desgaste frontal muito grande, mesmo em velocidades de corte
baixas. A superfície de saída da ferramenta, por outro lado, é protegida (iá que
o cavaco nãoatrita com a mesma, mas com a aresta postiça) fazendo com que
o desgaste de cràtera seja mínimo. A força de corte diminui com a formação da
aresta postiça, pois o ânguloefetivo de saída aumenta.
nl m C usadores do Desgaste da Ferramenta
nõmenos causadores dos desgastes da ferramenta. Os
Corte
IFerramenta I
,.
Figura 6.9 - Aresta Postiça de Corte
J
11' II N OGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS
111111 rtlndld de de usinagem, diminuição dos ângulos de saída e de inclina-
11, I Ilr da refrigeração, etc., tendem a diminuir a velocidade crítica.
I III di ,à medida em que a ductilidade do material da peça diminui,
I t Ií t mbém a ocorrência da aresta postiça, pois os cavacos ficam
1\ 11 c lU t e atritam menos com a superfície de saída da ferramenta.
1\ m ma figura 6.10 mostra a inconveniência da usinagem na presença
111 11 P tiça. Nesta figura pode-se ver que, para um determinado valor de
I \ I , xlstem três valores de velocidade de corte, dois deles dentro da
I (I f rm ção da aresta postiça e um fora. Para desgastes da mesma ordem
I I 111/1 depois de um certo tempo de corte, é preferível a usinagem com
I IIc I v I cidades de corte, pois aí ter-se-á gerado um maior volume de cava-
I1 1\1 rn I to, é impossível conseguir-se um bom acabamento superficial da
ItI \ 11I nça da aresta postiça.
0,28
0,2
Cavaco contínuo com aresta postiço
4 I .I I Icrescente I I~ecres.f
20
I I I (o) (b I I-- material; CK 53 N
I16 __ ferromenta: P 30 '"'p , o • 2 .0,315 mm2 I I,12 -t-20min, "_600 \
/ \ li08
/ Y4 -~ mn -
',30,5 I 2 3 5 10 20 30 50 ICO I
o,
50
Velocidade de corte Vc (mlmin)
Frontal X Velocidade de Corte mostrando a região de formação
ri
g te de flanco na presença da aresta postiça é dife-
observa normalmente. Enquanto nas velocidades de
n o há aresta postiça de corte, a marca do desgaste é
r I I à direção de corte, ela se apresenta Inclln d m
rt quando a usinagem se processa n pr nç
(figura 6.11).
AVARIAS E DESGASTE DA FERRAMENTA - 113
enquanto que 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. Assim, quanto maior a dureza a quente da ferra-
menta, maior sua resistência ao desgaste abrasivo. As vezes, partículas du-
ras arrancadas de outra região da ferramenta por aderência ou mesmo por
abrasão e arrastadas pelo movimento da peça, causam o desgaste abrasivo
em um área adjacente da ferramenta.
Superfície de scído
SUp, de folgo
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Figura 6. 11 - Desgaste Frontal com e Sem a Presença da Aresta Postiça de Corte
\QI..JlWõ~iL.>- Editora Edgard Blucher, São
11 II (,N aGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS AVARIAS E DESGASTE DA FERRAMENTA - 115
I1 1111111 jr m para a superfície do outro. O fenômeno da aderência está presen-
111 te n ção da aresta postiça de corte, mas pode-se ter desgaste por ade-
11 I 111 mo sem a formação da aresta postiça. Também é importante na for-
11' () I sgaste de entalhe. .
11m rande influência na diminuição deste tipo de desgaste, a utilização
I '111 I I do fluido de corte (principalmente com efeito lubrificante) e o
1 111111111 nto da ferramenta com materiais de baixo coeficiente de atrito como o
11111 111 ti tlt nio.
I m ral, a zona de escorregamento (ao invés da zona de aderência), o
1111 file r mpido, a profundidade de usinagem irregular ou a falta de rigidez
1IIIIItlV( rn o fluxo irregular de cavaco e, portanto, facilitam o mecanismo de
I I1 I r aderência.
zona não é estável e se renova periodicamente, garantindo assim o fluxo
difusivo. Ela não ocorre nas ferramentas de aço rápido (pois em geral não se
utiliza altas velocidades de corte com estas ferramentas) e nas ferramentas
de material cerâmico (que não tem afinidade físico-química com materiais
ferrosos). Também o metal duro recoberto com camada de AI203 (cerâmico)
sofre muito pouco difusão e, por isso, quase não apresenta desgaste de
cratera.
e) Oxidação
qufmicas, no caso de metal duro, provocam a formação de
xo (FeWC26), que são menos resistentes e são rapidamen-
br ão. Trent, citado por Komanduri (1993) afirma que este
Altas temperaturas e a presença de ar e água (contida nos fluidos de
corte) geram oxidação para a maioria dos metais. O tungstênio e o cobalto
durante o corte formam filmes de óxidos porosos sobre a ferramenta, que são
facilmente levados embora pelo atrito, gerando desgaste. Porém, alguns óxi-
dos como o óxido de alumínio, são mais duros e resistentes. Assim, alguns
materiais de ferramenta (que não contém óxido de alumínio) desgastam-se
mais facilmente por oxidação. O desgaste gerado pela oxidação se forma es-
pecialmente nas extremidades do contato cavaco-ferramenta devido ao aces-
so do ar nesta região, sendo esta uma possível explicação para o surgimento
do desgaste de entalhe.
Sumarizando, o desgaste de flanco é causado principalmente por abrasão
(em altas velocidades de corte) e pelo cisalhamento da aresta postiça de corte.
O desgaste de cratera é devido principalmente à difusão e o desgaste de enta-
lhe à aderência e à oxidação.
Finalizando: a separação quantitativa da contribuição de cada um destes
fenômenos para a formação do desgaste é praticamente impossível, porém o
quadro qualitativo visualiza a importância de cada componente nas diferentes
velocidades de corte. Assim, em velocidades de corte baixas, o desgaste é rela-
tivamente elevado por causa do cisalhamento da aresta postiça de corte e da
aderência. Em velocidades de corte maiores, o desgaste é causado principal-
mente pelos fatores cuja intensidade depende da temperatura de corte como a
abrasão mecânica, a difusão e a oxidação.
J) I 1/1/
o entre ferramenta e cavaco é um fenômeno microscópico ativa-
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