Ferramentas de Corte

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Ferramentas de Corte
Introdução
Nem sempre é possível se produzir peças e componentes para máquinas e equipamentos em geral no formato ou com as dimensões que se necessita para uma determinada aplicação. Uma das maneiras de se dar forma a peça é através de ferramentas de corte, que, basicamente retiram material da peça na forma de cavacos até se obter as dimensões e formas necessárias. 
Esse processo é chamado de usinagem, e permite obter peças com dimensionamento preciso e superfície extremamente regular, melhorando a precisão e eficiência da mesma.
Muitas vezes o processo de usinagem é utilizado com o propósito de dar acabamento para peça, realizando-se ajustes finais e regularizando a superfície da mesma, removendo assim defeitos superficiais, diminuindo o atrito ou ainda removendo oxidação proveniente do processamento.
Existem ferramentas de corte indicadas para as mais diversas formas de usinagem, dependendo da necessidade específica. É muito importante se utilizar a ferramenta adequada, da forma adequada para se obter um processamento adequado e eficiente, bem como para não comprometer ou danificar a ferramenta.
Outro fator de extrema importância a se levar em consideração é a composição da ferramenta. As características do material com qual a ferramenta é fabricada vão determinar as condições em que essa ferramenta poderá ser operada com máxima eficiência. 
Materiais para produção de ferramentas de corte
Metais
Figura 1: Ferramentas de corte metálicas
Embora as cerâmicas apresentem naturalmente maior dureza, os metais possuem melhor tenacidade, o que faz desses materiais os mais utilizados na fabricação de ferramentas de cortes. 
A presença de elementos de liga, como o tungstênio aumentam consideravelmente a dureza desses materiais. Carbonetos também são adicionados (inclusive o carboneto de tungstênio WC) como elementos de liga, melhorando consideravelmente a dureza e a resistência ao desgaste.
A principal desvantagem dos materiais metálicos é a susceptibilidade dos mesmos a oxidação, principalmente a elevadas temperaturas, sendo que esses materiais possuem, em geral, uma temperatura máxima de trabalho menor que as cerâmicas, embora as propriedades possam ser melhoradas com a presença de elementos de liga.
Aços
Existem basicamente dois tipos de aços utilizados para a fabricação de ferramentas de corte: Aços-Ferramentas e Aços Rápidos. Eles possuem composição e aplicações bastante distintas entre si.
Aços ferramentas: possuem entre 0,8 e 1,5%p de carbono e possuem ou não mínimas concentrações de elementos de liga, e é processado com tratamentos térmicos simples, o que faz esse material ter um baixo custo de produção, porém sua aplicação é limitada a baixas velocidades de corte e a materiais de baixa dureza. Utilizado na produção de ferramentas domésticas e para carpintaria;
Aços rápidos: possuem grandes quantidades de elementos de liga, sendo o principal deles o tungstênio (pelo menos 7%, chegando a 18%), contendo também consideráveis teores de vanádio, cobalto e molibdênio (entre outros). Possui superior dureza e tenacidade em comparação ao aço-ferramenta, porém sua produção é de complexidade maior, o que faz dele um material de custo elevado.
Metal Duro
Possui ampla utilização como ferramenta de corte devido à elevada durabilidade das ferramentas produzidas, altas velocidades de cortes que podem ser utilizadas e ainda possuem elevada resistência à temperatura (podem atingir até 1000ºC). Composto basicamente de carboneto de tungstênio e cobalto (WC-Co), podem ainda possuir diversos elementos de ligas, o que garante uma grande gama de propriedades que podem ser obtidas, tornando esse material muito versátil.
Essa versatilidade, aliada a grande resistência ao desgaste (chega a durar de 2 a 4 vezes mais que uma ferramenta de ligas de aço) e a elevada dureza (semelhante ou até superior a do aço rápido), fazem desse material o mais utilizado na fabricação de ferramentas de corte industriais.
Fabricado através de metalurgia do pó, pode ainda apresentar como elementos de liga carbonetos de titânio, de nióbio e/ou de tântalo e nitreto de titânio.
Cerâmicas
Figura 2: Ferramentas com insertos cerâmicos (Diamante e CBN)
Embora as cerâmicas sejam materiais de comportamento naturalmente frágil e a presença de defeitos possa levar a uma falha catastrófica, a qualidade dos materiais cerâmicos atuais tem melhorado de maneira considerável, o que tem tornado viável a fabricação cada vez mais significativa de ferramentas de corte a partir de cerâmicas.
As cerâmicas possuem propriedades extremamente desejáveis na fabricação de ferramentas de corte, como a elevada estabilidade química, o que torna a aplicação desses materiais em altas temperaturas extremamente viável, dureza naturalmente superior aos metais, o que torna esses materiais, mesmo apresentando comportamento frágil, desejáveis na produção de ferramentas de corte.
Cerâmicas a Base de Alumina (Al2O3)
Possuem alta resistência em temperaturas elevadas, é utilizada na usinagem de aços de alta resistência e ferros fundidos. É extremamente sensível a choques térmicos, o que faz necessário sempre a utilização de refrigeração apropriada e tem baixíssima tenacidade, sendo pouco resistente a flexão
Cerâmicas Mistas
Essas cerâmicas possuem teores entre 5 e 40% de carboneto e/ou nitreto de titânio, o que confere a elas um considerável aumento na tenacidade, na resistência a abrasão e, principalmente, ao choque térmico. Ferramentas desse tipo de cerâmica são utilizadas na usinagem de aços de elevada dureza, como aços temperados e cementados. 
Compósitos Reforçados com Whiskers
Whiskers são fibras micrométricas monocristalinas virtualmente isentas de defeitos, utilizadas como reforço em compósitos aumentando consideravelmente a tenacidade e a resistência mecânica.
Compósitos de matriz alumínica com reforço de whiskers de carboneto de silício (SiC) chegam a ter um aumento de tenacidade de até 60% em relação a cerâmicas a base de alumina. São também menos susceptíveis a choques térmicos.
Nitreto de Boro Cúbico - CBN
Material sintético, obtido através de complexa síntese (produzido através de reação entre halogênios de boro com amoníaco, em seguido sofre transformação de fase hexágona para cúbica a elevadíssimas pressões e temperaturas), porém possui propriedades excepcionais.
Depois do diamante, é o segundo material de maior dureza conhecido, porém é quimicamente mais estável que o diamante, o que permite que o mesmo seja utilizado em situações mais severas que o diamante.
Ferramentas de CBN são utilizadas na usinagem de materiais de dureza superior a 45 HRC, como aços rápidos, aços resistentes a altas temperaturas e ligas duras. Diferentemente do diamante pode ser usado amplamente na usinagem de materiais ferrosos como aços diversos e ferros fundidos, pois não possui afinidade química com esses materiais.
Diamante
O diamante, forma alotrópica do carbono com estrutura cúbica, é o material de maior dureza conhecido. Sendo a dureza a principal propriedade de um material para fabricação de ferramentas de corte, o diamante é um material desejável para a produção de ferramentas.
Atualmente a síntese de diamantes sintéticos de qualidade industrial aumentou consideravelmente a viabilidade desse material como ferramenta de corte, que hoje já substituiu o metal-duro em várias aplicações, porém esse material tem uma desvantagem: ele possui afinidade com o ferro, o que impossibilita que materiais ferrosos de qualquer espécie sejam usinados com o diamante.
Com exceção de materiais ferrosos, o diamante não possui outras restrições quanto à aplicação, sendo utilizado na usinagem de metais não ferrosos, plástico, madeira, pedras e cerâmicas, principalmente quando exigido alta precisão.
Como toda cerâmica é um material frágil, possuindo baixa resistência a flexão e baixa tenacidade, de forma que a ferramenta deve se utilizada tomando-se as devidas precauções para não danificar a ferramenta e ainda comprometer a usinagem.
Classificaçãodas ferramentas de corte
Quanto à constituição da ferramenta:
Ferramentas Inteiriças: 
Figura 3: Ferramenta inteiriça
Ferramentas feitas exclusivamente de metal, seja por fundição, forjamento, laminação ou metalurgia do pó. Toda a ferramenta é constituída do material de corte, geralmente de geometria tetragonal, sendo posteriormente afiada da maneira requisitada para a aplicação. Produzidas de aços-carbono, aços rápidos, metal duro e ligas metálicas em geral.
Ferramentas com insertos soldados:
Figura 4: Ferramenta com inserto soldado
Possui um corpo feito de material mais econômico, e a parte cortante, feita de material de melhor qualidade de corte, soldada ou ainda montada sobre esse corpo. Possuem a desvantagem de possuir gume único, porém em grande parte dos processos de usinagem apenas um gume é utilizado, o que faz dessa desvantagem irrelevante nessas aplicações. Além dos materiais metálicos, cerâmicos como o Diamante e o Nitreto de Boro cúbico são utilizados nessas ferramentas.
Ferramentas com insertos intercambiáveis:
Figura 5: Ferramenta com Inserto intercambiável
O corpo da ferramenta possui um sistema de identificação padronizado, o que torna bastante prático a substituição da ferramenta de corte, caso necessário. É amplamente utilizado com insertos de metal duro, podendo ser ainda de outros materiais, como o diamante e o CBN.
Figura 6: Exemplo de insertos intercambiáveis
Quanto à função
Ferramenta para desbastar:
Utilizada para se retirar material, então é desejável que o cavaco retirado seja o mais grosso possível. Pode ser reta ou curva, geralmente de aço rápido, metal duro soldado ou intercambiável.
Ferramenta para facear:
Utilizada tanto para desbastar, como para fazer acabamento, podendo também ser curva ou reta.
Ferramenta para sangrar:
Utilizada na fabricação de canais, arruelas e polias, basicamente faz sulcos no material que podem ser utilizados para alojar anéis de vedação, de trava, etc. 
Ferramenta para formar:
Geralmente possuem arestas de corte com o formato do perfil que se deseja dar a peça como ângulos e sulcos arredondados.
Ferramenta para roscar:
Servem basicamente para fazer roscas nas peças, sendo preparadas de acordo com a rosca desejada.
Quanto ao ângulo da aresta cortante (para plainas e tornos):
Ângulo negativo:
Figura 7: Aresta cortante negativa
Utilizada no desbaste de materiais duros ou que possuam ressaltos e descontinuidades. 
Ângulo positivo:
Figura 8: Aresta cortante positiva
Utilizado na usinagem de materiais de baixa dureza, como, por exemplo, ligas de alumínio e bronze.
Ângulo neutro:
Figura 9: Aresta cortante neutra
Utilizado na usinagem principalmente de materiais duros e exige menor potência que os ângulos positivos e negativos.
Maquinas e ferramentas de corte:
Fresadoras
Fresadoras são máquinas para usinagem tridimensional, de movimento contínuo que utilizam ferramentas de corte chamadas fresas. A capacidade de usinagem tridimensional, combinada com uma grande variedade tipos e geometrias de fresas, fazem da fresadora uma máquina de usinagem extremamente versátil, capaz de usinar paralelamente a superfície superior da peça ou perpendicularmente.
Fresas específicas permitem a formação de ângulos diversos, ranhuras circulares, elípticas, a formação de canais tetragonais, trilhos internos várias outras possibilidades geométricas.
Figura 10: Exemplo de fresadora
Tipos
Os principais tipos são a fresadora universal e a fresadora horizontal. Esses tipos são mais versáteis, sendo os outros empregados em usinagens mais específicas.
Uma fresadora universal possui a maior versatilidade, pois a peça pode ser deslocada nos três eixos (x,y e z) segundo a necessidade, permitindo a usinagem das peças em geometrias complexas. A figura 10 trata de uma fresadora desse tipo.
Já uma fresadora horizontal possui o eixo-arvore paralelo à superfície da mesa, sendo capaz de se deslocar nos eixos horizontais (x e y).
Tipos de fresa
Fresa de disco: possuem reduzida espessura em comparação com o diâmetro. Podem ser utilizadas na forma de um trem de fresas, para executar perfis ou contornos em peças, como também acoplada a fresas cilíndricas para a realização de cortes, entre diversas outras aplicações.
Figura 11: Fresa de disco
Fresa de haste: são fresas de pequenos diâmetros utilizadas em altas velocidades. Possuem a distribuição das lâminas de maneira a favorece a liberação dos cavacos.
Figura 12: Fresa de haste
Fresa cilíndrica: utilizada para desbastar e aplainar as peças, como também para rebaixar superfícies. Possuem dentes retos ou helicoidais ao longo da superfície cilíndrica.
Figura 13: fresa cilíndrica
Fresa de perfil: possuem formas complexas e, muitas vezes, são formadas por mais de uma peça conjugada. Essas fresas esculpem o perfil por elas formada na peça.
Fresa angular: possuem formatos angulados, utilizadas para formar ângulos, principalmente internos a peça, trilhos, canais e dentes.
Figura 14: Fresa angular
Plaina
Como próprio nome já diz, as plainas têm como função a obtenção de superfícies planas. A plaina utiliza dum movimento alternado cujo ciclo consiste no avanço e retorno da ferramenta ou da peça, dependendo do tipo de plaina, dessa forma, a ferramenta sempre retira material de forma linear. Essa ferramenta possui apenas uma aresta de corte.
Tipos de plaina
Existem dois tipos principais de plaina: a plaina limadora, que pode ser vertical ou horizontal, sendo essa segunda a mais comum e a plaina de mesa.
Plaina limadora: esse tipo de plaina possui uma morsa na qual a peça a ser usinada é fixada, essa morsa pode ser movida transversalmente a direção da usinagem ou ainda verticalmente. Durante o avanço a ferramenta corta o material longitudinalmente e durante o retorno ela não realiza trabalho, cada ciclo se chama passo, o avanço transversal de cada passo pode ser ajustado segundo a necessidade de um acabamento superficial preciso ou não. Outro fator que influencia no acabamento superficial é a angulação da aresta de corte. A plaina vertical é utilizada geralmente em superfícies internas.
Figura 15: Plaina limadora
Plaina de mesa: muito mais versátil que uma plaina limadora, a plaina de mesa é capaz de usinar qualquer superfície do material. Diferentemente da limadora, nesse caso quem se move em ciclos de avanço e retorno é a peça a ser usinada, a ferramenta fica fixa, movendo-se apenas transversalmente a cada paço. Pode possuir também dimensões muito superiores a plaina limadora (a limadora tem, em média 1000 mm, enquanto que a plaina de mesa pode chegar aos 4500 mm) permitindo a usinagens de peças muito maiores.
Torno
O torno é uma máquina de usinagem utilizada para se trabalhar em peças cilíndricas. A peça a ser torneada é fixa por uma extremidade e então é rotacionada de maneira uniforme enquanto que uma ferramenta de corte de um gume retira cavacos de material.
O torno permite uma usinagem bastante complexa da peça cilíndrica, permitindo a criação de sulcos, chanfros, rachuras, perfurações entre várias outras possibilidades.
Existem basicamente três movimentos em um torno: o movimento circular da peça, que é responsável pelo corte, em vista que a ferramenta de corte fica fixa; o deslocamento superficial da ferramenta de corte ao longo do eixo da peça, esse movimento é equivalente ao passo e o movimento da ferramenta de corte perpendicularmente ao eixo da peça, utilizado para rebaixá-la ou para cria sulcos e desníveis.
Tipos de torno
Existem diversos tipos de tornos, que podem ser automáticos, semi-automáticos e manuais, os quatro tipos mais utilizados são o torno horizontal, o vertical o de placas e o revólver.
Torno horizontal: tipo mais básico, utilizado para criação de peças individuais de maneira totalmente manual;
Figura 16: Torno horizontal
Torno vertical: possuem eixo de rotação vertical, são utilizados principalmente na usinagem de peças de grande massa, cuja elevação horizontal é difícil sendo a direção vertical mais viável para a usinagem;
Figura17: Torno vertical
Torno de placa: utilizado para usinar peças de diâmetro grande e comprimento reduzido;
Torno revolver: tem como principal característica a utilização de um porta-ferramentas múltiplo chamado torre revolver, capaz de alternar as ferramentas a serem utilizadas de maneira ordenada e eficiente evitando erros no dimensionamento.
Retificadora
Retificadora é um aparelho de usinagem utilizado para dar o acabamento final em superfícies, tendo como objetivo deixar as mesmas com uma regularidade elevada e com dimensionamento preciso. É uma operação crítica e de extrema precisão.
A retificação também pode ser utilizada na recuperação de peças usadas, pois a quantidade de material removido pelo processo de retificação pode ser desprezível, apenas melhorando a superfície, sem alterar o dimensionamento de forma significativa.
Rebolos
A retificação é realizada utilizando um rebolo, que é basicamente um aglomerado de partículas abrasivas unidas por um ligante. Essas partículas abrasivas podem variar de tamanho e de dureza, dependendo do acabamento final requerido e do material a ser usinado. Os principais materiais utilizados são:
Alumina (Al2O3)
Carboneto de Silício (SiC)
Nitreto de boro cúbico - CBN
Diamante
Todos esses materiais possuem elevadíssima dureza. Essas partículas que são responsáveis pela remoção da fina camada de material durante a retificação. Os principais ligantes utilizados são:
Vitrificados
Resinóides
Borrachas
Metálicos
O ligante tem como objetivo aglomerar os abrasivos, sendo que ele não participa da abrasão. Dependendo da natureza do ligante pode ser necessária a utilização de refrigerante ou não.
Tipos de retificadora
As retificadoras podem ser planas ou cilíndricas, ambas tem o mesmo objetivo, sendo a retífica plana análoga as fresas e plainas enquanto a retífica cilíndrica é análoga ao torno.
Figura 18: retífica plana (esq.) e cilíndrica (dir.)
Furadeira
Furadeira é a máquina utilizada para realizar perfurações em geral, principalmente em materiais metálicos e madeiras, utilizando-se de uma broca. A furadeira pode ser utilizada também para abrir furos já existentes de maneira controlada eficiente. Podem também ser utilizadas para polir e lixar materiais, pela utilização de rebolos e escovas.
Brocas 
Broca é uma ferramenta de Fe formato helicoidal, que tem como objetivo perfurar o material, de forma precisa e rápida e ainda levar os cavacos para fora da abertura. Geralmente são feitas de aço rápido, devido à excepcional dureza e resistência moderada dessa liga e também pelo fato dela permanecer dura a altas temperaturas.
Figura 19: exemplos de brocas
Serra
Ferramenta de corte propriamente dita seve para cortar materiais e, sua capacidade de corte depende principalmente da composição e da geometria da lâmina.
Serra circular
Utiliza de um disco rotativo para cortar os materiais, esse disco pode ser considerado tanto um rebolo quanto uma fresa de pequena espessura, dependendo da natureza do mesmo pode possuir dentes ou não. Discos utilizados para cortar madeira costumam ter dentes enquanto que os utilizados para metais não mais próximos de um rebolo de mínima espessura.
Figura 20: discos para serras circular
Serra-fita
A serra-fita possui é formada por uma lâmina de espessura muito pequena, contínua que fica entre polias e volantes girando de forma que a parte utilizada no corte fica sempre esticada e tensionada. 
Podem ser resfriadas ou não, dependendo do modelo e da natureza do material a ser cortado, que pode ser desde polímeros de baixa densidade, até barras metálicas de grande espessura. Existe serras-fitas horizontais, que se beneficiam da gravidade como também ferras-fitas verticais, utilizadas para o corte de materiais de baixa densidade, como madeira e polímeros.
Figura 21: serra fita horizontal
Conclusão
As ferramentas de cortes permitem que peças mecânicas extremamente complexas e com funcionalidades bem específicas possam ser produzidas, segundo a necessidade da indústria. O avanço e a automação dos processos de corte, bem como o desenvolvimento dos novos materiais, permitiu que peças e componentes mecânicos fabricados com elevada precisão no dimensionamento. Isso permite a produção de máquinas cada vez mais eficientes e isentas de defeitos, porém para que isso possa ocorrer, é necessário um controle muito preciso de como o processo de usinagem é realizado, bem como a seleção da ferramenta mais adequada, para que o processo possa ser feito da maneira mais rápida, eficiente e precisa possível.