Avarias, desgaste e mecanismos de desgaste

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Usinagem convencional
Avarias, desgaste e mecanismo de desgaste
 
Por maior que seja a dureza e a resistência ao desgaste das ferramentas de corte e por menor que seja a resistência mecânica da peça, ferramenta de corte sempre sofrerá um processo de desgaste.
Embora o custo com ferramenta represente apenas uma fração do custo de fabricação, desgastes acelerados e/ou avarias levam a paradas de equipamentos para troca.
	Produtividade
	Evolução máquinas e ferramentas
 
Avarias e desgaste na ferramenta de corte
 
Pode se distinguir 3 fenômenos pelos quais uma ferramenta de corte perde sua eficácia na usinagem:
 
Avarias e desgaste na ferramenta de corte
Avaria
Quebra 
Lascamento 
Trincas
Desgaste
Flanco 
Cratera 
Entalhe
Deformação plástica da aresta de corte sem perda de material
 
Avarias e Desgaste na ferramenta de corte
Quebra: tipo de avaria mais comum nas ferramentas cerâmicas e nos ultra duros, pois os mesmos não possuem tenacidade suficiente para resistir aos esforços durante o fresamento.
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Lascamento: esta avaria é resultado da remoção de partículas maiores de uma só vez, depende da tenacidade da ferramenta mas pode ocorrer até em ferramentas de aço rápido. Além disso, continuidade do lascamento pode levar a quebra da ferramenta.
 
Operações de corte intermitente e elevada seção de corte podem contribuir com o surgimento desta avaria.
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Trincas: não existe a perda imediata de material, mas sua presença compromete a continuidade do processo. As trincas são comumente observadas em metal duro e cermets.
 
Nas ferramentas cerâmicas, na maioria das vezes, a propagação da trinca é imediata. 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Trincas na ferramenta de corte em virtude do processo submetido
No fresamento, uma aresta pode sofrer trincas devido ao choque mecânico originados na entrada ou na saída de corte, ou pelo choque de origem térmica causado pela flutuação da temperatura.
A flutuação da temperatura ocorre pois a ferramenta se aquece durante a parte ativa e se resfria durante a parte inativa, obedecendo um comportamento cíclico.
 
 
Trincas de origem térmica
Trincas de origem mecânica
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Trincas de origem térmica: A distribuição cíclica de tensões na região de corte da ferramenta, ocorrem quando a camada superficial, submetida a uma elevada temperatura, se dilata. Porém, as camadas subseqüentes a temperaturas inferiores terão uma menor dilatação. 
Tais camadas impedirão o processamento de uma maior dilatação na camada superficial. Desta forma, originam-se na camada superficial tensões de compressão. Em consequência disto, haverá a determinada distância das superfícies de contato, tensões de tração
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Trincas de origem térmica: Ocorrem perpendicularmente a aresta de corte
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Trincas origem térmica:
O número de sulcos está relacionado com o número de trincas térmicas, que por sua vez é função da variação cíclica da temperatura durante o giro de cada dente da ferramenta de corte.
	Tenacidade da ferramenta
	Velocidade de corte
	Avanço
	Profundidade de corte
	Penetração de trabalho
	Condutividade térmica do substrato
	Fluido de corte
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Trincas de origem térmica:
							
							
 
 
Cond. térmica P40; k= 75 W/mK
Cond. térmica P25; K= 40W/mK
Maior condutividade térmica menos trincas térmicas
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Trincas de origem térmica:
							
							
 
 
O aumento da penetração de trabalho aumenta o tempo ativo e reduz o tempo inativo. Assim, a ferramenta passa a sofrer menor variação da temperatura.
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Trincas de origem mecânica:
A avarias de origem mecânica podem surgir devido aos “choques mecânicos” ocorridos durante a entrada da aresta de corte na peça.
Quando um ferramenta gira em alta rotação, ás vezes podendo chegar a 50.000 rpm, a ferramenta vai experimentar um número elevado de impactos por minuto
Se a situação for desfavorável a ferramenta pode sofrer lascamento, quebra. Entretanto, mesmo, trabalhando adequadamente, a aresta estará sujeita a um carregamento repetitivo que pode levar ao aparecimento de trincas por fadiga.
							
							
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Trincas de origem mecânica:
A avaria de origem mecânica também sofre influência dos parâmetros de corte (velocidade de corte, avanço, penetração de trabalho e profundidade de corte).
Os problemas de choques mecânicos podem ser agravados pela tendência de adesão do cavaco na superfície de saída da ferramenta
							
							
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
Desgaste nas ferramentas de corte: os tipos de desgaste são: desgaste cratera (KT); desgaste de flanco (VBB); desgaste de entalhe(VBN).
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Desgaste de flanco: é a principal forma para avaliar a vida de uma ferramenta de corte. No desgaste de flanco ocorre uma perda do ângulo de folga, promovendo o aumento dos níveis de contato entre ferramenta e peça. 
Ocasiona a deterioração do acabamento superficial da peça, pois modifica totalmente a aresta de corte original.
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Desgaste de cratera: O desgaste de cratera ocorre na superfície de saída da ferramenta, causado pelo atrito entre a ferramenta e o cavaco. O desenvolvimento deste tipo de desgaste está diretamente ligado à temperatura e à pressão de corte.
O crescimento do desgaste de cratera pode gerar a quebra da ferramenta, quando tal desgaste se encontra com o desgaste de flanco.
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Desgaste de entalhe:
 
 
O desgaste de entalhe ocorre pela formação de pequenas crateras que surgem na aresta de corte.
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Evolução do desgaste: O desgaste obedece a 3 estágios
Estágio I:
Estágio II:
Estágio III:
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Critério de fim de vida da ferramenta: Os critério de vida recomendados para ferramenta de HSS, metal duro e cerâmicas em operações de desbaste são:
Desgaste de flanco médio (VBB = 0,3 mm)
Desgaste de flanco máximo (VBB máximo = 0,6 mm)
Desgaste de entalhe (VBN = 1 mm)
Falha catastrófica
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Critério de fim de vida da ferramenta:
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Considerações gerais:
Desgaste da ferramenta sempre provocará interrupções no processo de fabricação (independente de ser operação de usinagem ou não) para troca de ferramenta e preparação do equipamento (setup). 
Toda e qualquer interrupção de um processo de fabricação pode gerar atrasos na programação da produção e consequentemente demora na entrega de um determinado pedido junto ao cliente.
Desta forma, para a melhor utilização dos recursos produtivos é fundamental a seleção adequada das condições inicias do processo (parâmetros de entrada).
 
 
Mecanismos de formação de desgaste da ferramenta de corte
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Mecanismo de desgaste
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Mecanismo de desgaste: A literatura apresenta variação na classificação dos mecanismos de desgaste, porém, grande parte dos trabalhos existentes considera pelo menos 6 mecanismos diferentes
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
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Deformação plástica da aresta de corte sob altas tensões de compressão: Ocorre devido a combinação de alta tensões de compressão e elevadas temperaturas podemcausar a deformação plástica da aresta de corte de aço rápido ou metal duro
Deformação plástica superficial por cisalhamento a altas temperaturas: Ocorre na usinagem de materiais com alto ponto de fusão e devido a elevadas temperaturas de corte e altas tensões de cisalhamento.
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Difusão: 
Envolve a transferência de material, no nível atômico e é fortemente dependente da temperatura.
Se não fosse a existência da zona de aderência este mecanismo de desgaste seria desprezível.
Atua tanto na superfície de saída quanto na superfície de folga, e a taxa de desgaste aumentará em função do aumento da velocidade
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Aderência e arrastamento (attriction): 
Frequentemente chamado de adesão. Ocorre em baixas velocidade de corte onde o fluxo de material sobre a superfície de saída da ferramenta se torna irregular.
A aresta postiça de corte pode aparecer, e na sua presença o contato com a ferramenta torna-se menos contínuo, principalmente se a APC for instável.
Além disso, fragmentos microscópicos são arrancados da superfície da ferramenta e arrastado junto com o fluxo de material
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Abrasão
Envolve a perda de material por microsulcamento, microcorte, ou microlascamento, causado por partículas duras que possuem elevada dureza
Estas partículas podem estar contidas no material da peça ou são as partículas da própria ferramenta arrancadas por attrition.
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Desgaste de entalhe
Não propriamente um mecanismo, mas sim uma forma de desgaste. Porém, ainda não existe um consenso na literatura que explique exatamente o mecanismo que provoca o desgaste de entalhe. Há diferentes prováveis causas para o desenvolvimento do desgaste de entalhe:
	Presença de camada encruada de material na superfície da peça
	Concentração de tensão devido ao gradiente de tensão na superfície livre
	Formação de trincas térmicas devido ao alto gradiente de temperatura
 
 
 
Desgaste das ferramentas de usinagem
 
Quantificação da vida da ferramenta: A velocidade de corte, é sem dúvida, o parâmetro de maior influência no desgaste em uma ferramenta de corte de usinagem. Desta forma, a curva de vida é expressa em termos de velocidade de corte