Ferramentas_de_Usinagem

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Ferramentas de Usinagem
Prof. Antonio Fernando Godoy
Ferramentas de Usinagem
Norma NBR 6163 – Geometria da Cunha de Corte
	Ferramentas de Usinagem
	Qualquer ferramenta de usinagem deve possibilitar a retirada de material (cavaco) da peça com o menor esforço possível. Deve ainda garantir um excelente acabamento (forma e rugosidade), ser eficiente, resistente aos desgastes e avarias.
	Assim, a escolha de uma ferramenta para usinagem deve considerar:
	Material da Peça
(Aço, Ferro Fundido, Não Ferrosos, etc)
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	Tipos de operações de usinagem
(Faceamento, Canal, Roscas, Furos, etc)
	Volume de Produção
	Qualidade do Produto Final
	Material da Ferramenta
(aço, metal duro, etc)
	Vida da Ferramenta 
(Propriedades e Resistência aos desgastes)
	Custo da Ferramenta
	Máquina Ferramenta empregada
(Torno convencional, CNC, Fresadora, etc)
	
Ferramentas de Usinagem
	São dois os principais componentes de uma ferramenta que vão definir a sua qualidade e durabilidade:
	Geometria da cunha de corte
	(Arestas de corte, ângulos de saída, de folga, etc)
	Material empregado na sua fabricação
	(Aço rápido, Metal duro, Cerâmica, etc)
Ferramentas de Usinagem
	Para cada par material de ferramenta / material de peça, têm uma geometria de corte apropriada ou ótima
	A geometria da ferramenta tem influência na:
	Formação do cavaco (fita, quebradiço, etc)
	Saída do cavaco
	Forças de corte
	Desgaste da ferramenta
	Qualidade final do trabalho
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Cinemática do processo de usinagem
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	Geometria de Corte
	Refere-se a um ponto de corte escolhido na aresta de corte, para uma situação instantânea de evolução do processo de usinagem
	Sistemas de Referência
	Para definição e descrição dos ângulos da parte de corte, são necessários definir também os Sistemas de Referência
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 1) Geometria de Corte
Ferramenta para Torneamento
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Ferramenta para Furação
Ferramenta para Fresamento
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R
É a parte da ferramenta onde se encontram as arestas principal e secundária de corte. A ponta de corte pode ser a intersecção das arestas, ou a concordância das duas arestas mediante um arredondamento ou chanfro.
1.a) Ponta de Corte
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1.b) Partes Construtivas da Ferramenta
	 Cunha de corte: é a cunha da ferramenta formada pela intersecção das superfícies de saída e de folga.
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	Parte de corte: parte ativa da ferramenta constituída pelas suas cunhas de corte. A parte ativa é construída ou fixada sobre um suporte ou cabo da ferramenta, através do qual é possível fixar a ferramenta para construção, afiação, reparo, controle e trabalho
	Superfície de saída (Aγ) : é a superfície sobre a qual o cavaco é formado e sobre a qual o cavaco escoa durante a sua saída da região de trabalho de usinagem.
	 Superfícies de folga principal (Aα) : é a superfície de corte da ferramenta que contém sua aresta principal de corte e que defronta com a superfície em usinagem principal.
 
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	 Superfícies secundária de folga (A’α): é a superfície de corte da ferramenta que contém sua aresta de corte secundária e que defronta com a superfície em usinagem secundária.
	Aresta principal de corte (S): é a aresta da cunha de corte formada pela intersecção das superfícies e saída e de folga principal e voltada à direção de avanço no plano de trabalho. Gera na peça a superfície em usinagem principal.
	 	Aresta secundária de corte (S’): é a aresta da cunha de corte formada pela intersecção das superfícies de saída e de folga secundária. Gera na peça a superfície em usinagem secundária.
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2) Sistemas de Referências
	São dois os sistemas necessários para a determinação da geometria da ferramenta. Cada um dos sistemas é constituído por três planos ortogonais entre si:
- Sistema de Referência da Ferramenta
	Tem aplicação na determinação da geometria da parte de da ferramenta, durante o projeto, execução, afiação, reparo e controle da mesma, considerada neste instante como se considera um componente mecânico qualquer, completamente dissociada da máquina-ferramenta que irá utilizar.
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- Sistema Efetivo de Referência
	Se aplica na determinação da geometria da parte de corte que estará atuando durante a ocorrência do processo de usinagem, ou seja, com a ferramenta fixada na respectiva máquina ferramenta e com todas as condições operacionais definidas e atuantes.
	Desta forma, para projetar uma ferramenta, é necessário conhecer previamente a sua geometria com o auxílio deste sistema, o qual somente pode ser fixado após a escolha das velocidades de corte e de avanço.
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2.1) Sistema de Referência da Ferramenta contêm:
	Plano de referência da ferramenta (Pr): é o plano que, passando pelo ponto de corte escolhido, é perpendicular à direção admitida de corte.
	Plano de corte da ferramenta (Ps): é o plano que, passando pelo ponto de corte escolhido, é o plano tangente ou que contêm a aresta de corte e é perpendicular ao plano de referência da ferramenta (Pr).
	Plano de medida (ou ortogonal) (Po): é o plano que passando pelo ponto de corte escolhido é perpendicular ao plano de referência (Pr) e ao plano de corte (Ps).
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 - Sistema de Referência da Ferramenta
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Cinemática do Processo de Torneamento – nº 1
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Ângulos da cunha de corte medidos no plano de referência.
Servem para determinar a posição e a forma da cunha de corte.
a- Plano de Referência da Ferramenta
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Perfil da Usinagem Decorrente da Geometria da Ferramenta
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	Ângulo de posição (χr): 
	é o ângulo entre o plano de corte e o plano de trabalho, medido no plano de referência. O ângulo de posição é sempre positivo e situa-se forma da cunha de corte, de forma que seu vértice indica a ponta de corte.
	Ângulo de posiç. da aresta lateral/secundária (χ’r):
	 é o ângulo entre o plano de corte lateral/secundário e o plano de trabalho.
	Ângulo de ponta (ε): 
	é o ângulo entre os planos de corte correspondentes (plano principal e lateral/secundário), medido no plano de referência.
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Ângulos de Posição (Xr e X’r) em relação aos parâmetros de usinagem: Avanço (f) e Profundidade de Corte (ap). Esses parâmetros determinam a Largura (b) e Espessura (h) de corte, que por sua vez determinam a Área Específica de Corte (A).
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Cinemática do Processo de Torneamento – nº 2
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Ângulos medidos no plano de medida (ortogonal)
Plano de referência da ferramenta 
Plano de corte da ferramenta 
b- Plano de Medida da Ferramenta
Torneamento
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Furação
Fresamento
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	Ângulo de folga (α): 
	é o ângulo entre a superfície de folga e o plano de corte, medido no plano de medida/ortogonal. O ângulo de folga é positivo quando o plano de corte da ferramenta ficar fora da cunha de corte.
	Ângulo de cunha (β): 
	é o ângulo entre a superfície de saída e a superfície de folga, medido no plano de medida/ortogonal..
	Ângulo de saída (γ):
	é o ângulo entre a superfície de saída e o plano de referência, medido no plano de medida/ortogonal. O ângulo de saída é positivo quando o plano de medida/ortogonal ficar fora da cunha de corte.
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c- Plano de Corte da Ferramenta
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	Ângulo de inclinação (λ): 
	é o ângulo entre o a aresta de corte e o plano de referência da ferramenta, medido no plano de corte. O ângulo de inclinação situa-se sempre de forma que o seu vértice indica a ponta de corte. É positivo quando o plano de referência da ferramenta ficar fora da cunha de corte.
	O ângulo de inclinação situa-se de tal forma que seu vértice indica a ponta de corte.
	O ângulo de inclinação controla, juntamente com o ângulode posição, a direção de saída do cavaco.
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2.2) Sistema Efetivo de Referência contêm:
	
	Se os sistemas de referência da ferramenta e efetivo tiverem como suas origens o mesmo ponto de corte escolhido (e não existem motivos que justifiquem a escolha de pontos distintos), a única diferença entre os dois sistemas, será devido à rotação de um relação ao outro.
	No primeiro, o plano de referência da ferramenta é perpendicular à direção de corte (ou direção admitida de corte) e, no segundo, o plano efetivo de referência é perpendicular a direção efetiva de corte.
	Com isso, um sistema está rotacionado em relação ao outro de um ângulo igual ao ângulo da direção efetiva de corte (h).
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	Plano efetivo de referência (Pre): é o plano que, passando pelo ponto de corte escolhido, é perpendicular à direção efetiva de corte.
	Plano efetivo de corte (Pse): é o plano que passando pelo ponto de corte escolhido, é tangente à aresta de corte e perpendicular ao plano efetivo de referência (Pre).
	Plano de medida (ou ortogonal) (Poe): é o plano que passando pelo ponto de corte escolhido, é perpendicular ao plano efetivo de referência e ao plano efetivo de corte.
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- Sistema Efetivo de Referência
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- Materiais usados na fabricação de ferramentas
Seleção criteriosa:
	Material a ser usinado
(Dureza e o tipo de cavaco)
	Processo de usinagem
	Condição da Máquina ferramenta
(Potência, estado de conservação, etc.)
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	Forma e dimensões da ferramenta
	Custo do material da ferramenta
	Condições de usinagem
(Alta velocidade corte, baixos avanços e profundidade de corte)
	Condições de operação
(Corte contínuo ou interrompido)
	Sistema de fixação da ferramenta
(dispositivo)
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- Requisitos para uma ferramenta:
	Dureza a quente
(Temperatura > 1000 °C)
	Resistência ao desgaste
(Abrasão/atrito, principalmente a dureza a quente)
	Tenacidade
(Absorção de energia ao impacto)
	Estabilidade química
(Evitar desgaste por difusão)
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- Tipos de Materiais Empregados
	Aços rápidos c/ e s/ cobertura
	Coronite
	Metal duro c/ e s/ cobertura
	Cerâmico
	Nitreto de boro cúbico
	Diamante
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	Aços Rápidos
	Desenvolvida em 1905, é composta de alto teor de tungstênio, molibdênio, cromo, cobalto e nióbio.
	Comparado aos outros materiais, é mais tenaz, porém a resistência ao desgaste e dureza a quente só e superior aos aços carbono (material não mais utilizado).
	A microestrutura resultante é a martensita básica, proveniente do estado temperado e apresenta ainda carbonetos encrustrados.
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	Aços Rápidos com Coberturas
	Usado na fabricação de ferramentas de usinagem com aplicações mais críticas, tais como: Brocas, machos, alargadores, brochas, cortadores de dentes de engrenagens e alguns tipos de fresas.
	O objetivo é aliar a boa tenacidade do aço rápido e alta resistência ao desgaste do metal duro ou material cerâmico.
	Material usado na cobertura: nitreto de titânio (mais utilizado) e o carbonitreto de titânio.
	A cobertura é feita pelo processo PVD (deposição física a vapor), realizada a temperaturas da ordem de 450 a 500°C, em câmara de alto cavaco com atmosfera de gás inerte (Ar). 
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	Coronite
	Material de desenvolvimento recente, é utilizado principalmente em fresas de topo, que são ferramentas de pequeno diâmetro. Essas ferramentas fabricadas de aço rápido, não propiciam eficiência na operação e, quando fabricadas de metal duro, possuem limitação de altas velocidades de corte devido a alta rotação.
	Composto de finas partículas de nitreto de titânio (0,1 µm de diâmetro) - bem menores que partículas de metal duro (1 a 10 µm) - dispersas em matriz de aço temperado.
	Esta proporção de partículas duras é bem maior do que o volume de partículas possíveis de serem obtidas no aço rápido (carbonetos), mas menor do que o metal duro.
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	Principais propriedades
	Tenacidade similar ao aço rápido (bem maior que o metal duro).
	Módulo de elasticidade menor que a do metal duro, mas bem superior a do aço rápido.
	Dureza a quente e resistência ao desgaste bem maior que a do aço rápido.
	Baixa tendência à craterização (desgaste na superfície de saída). Estabilidade química do TiN.
	Proporciona superfícies com bom acabamento superior ao aço rápido.
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	Composição
	Um núcleo de aço rápido ou de aço mola, que adiciona tenacidade à ferramenta.
	Uma camada de coronite circundando o núcleo que representa cerca de 15% do diâmetro da fresa.
	Uma camada de cobertura de TiN ou TiCN com espessura de 2 µm.
A camada de cobertura proporciona alta resistência ao desgaste da superfície de folga bem como alta resistência ao desgaste de cratera.
Esse tipo de ferramenta pode ser reafiada.
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	Metal Duro
	Fabricado através do processo Metalurgia do Pó, feito de partículas duras finamente divididas em carbonetos de metais refratários, sinterizados com um ou mais metais do grupo do ferro (ferro, níquel ou cobalto, formando um corpo de alta dureza e resistência à compressão.
	Partículas de tungstênio são usualmente combinadas com carbonetos de titânio, tântalo e nióbio, aglomerada com cobalto.
	O tamanho destas partículas varia entre 1 a 10 µm e ocupam de 60 a 95% do volume do material.
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	Classes de Metal Duro
	Grupo P
	Constituído de metais duros de elevado teor de TiC + TaC. Confere elevada dureza a quente e resistência ao desgaste. Indicado para usinagem de materiais que produzem cavacos contínuos (aços e materiais dúcteis). Apresenta menor tenacidade e maior resistência ao desgaste do que os outros grupos.
Esses materiais geram uma grande área de contato com a superfície de saída, tendendo a provocar um grande desgaste de cratera.
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	Classes de Metal Duro
	Grupo K
	Primeiro tipo desenvolvido é composto de carbonetos de tungstênio aglomerados com cobalto. Não apresenta resistência ao desgaste de cratera sendo indicado na usinagem de metais frágeis que formam cavacos curtos (ferros fundidos e latões). Apresenta maior tenacidade e menor resistência ao desgaste do que os outros grupos.
Esses materiais não atritam muito com a superfície de saída da ferramenta, pois se rompem mais facilmente ao sofrerem pequena deformação.
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	Classes de Metal Duro
	Grupo M
	Grupo de ferramentas que apresenta propriedades intermediárias (tenacidade e resistência ao desgaste) em relação aos Grupos P e K, sendo destinados a fabricação de ferramentas com múltiplas aplicações. 
	Todas as ferramentas podem receber coberturas de carboneto de titânio e/ou óxido de alumínio, nitreto de titânio e carbonitreto de titânio. O objetivo é garantir a estabilidade térmica e aumentar a resistência ao desgaste.
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	Material Cerâmico
	As primeiras iniciativas de utilização do material cerâmico datam da década de 50.
	Possui propriedades importantes para uma ferramenta de usinagem, tais como: dureza a quente e à frio, resistência ao desgaste e excelente estabilidade química (evita difusão)
	Devido a suas características, possui outras propriedades que prejudicam o seu uso na usinagem, tais como: baixa condutividade térmica e baixa tenacidade.
Constituída basicamente de Al2O 3, chamada de cerâmica pura (cor branca).
Podem ainda conter MgO que inibe o crescimento de grão e ZrO2 que aumenta a tenacidade.
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	Nitreto de Boro Cúbico
	Conhecido também por Borazon, CBN ou PCB.
	O nitreto de boro cúbico é um material sintético obtido pela reação química, onde o composto BN tem uma estrutura de grafite hexagonal com aproximadamente um número igual de átomos de boro e nitrogênio arranjados alternadamente.BCL4 + NH3 ↔ BN + 3HCL
	Uma camada de 0,5 mm de espessura de partículas de nitreto de boro cúbico é sinterizada com a presença de uma fase ligante, efetivando-se simultaneamente a fixação sobre uma base de metal duro.
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Pós de boro
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	Nitreto de Boro Cúbico
	As plaquetas, como no caso o PCD, são posteriormente soldadas a um inserto intercambiável de metal duro ou soldadas diretamente a um porta-ferramenta de aço.
	É quimicamente mais estável que o diamante, portanto podendo usinar ligas ferrosas sem problema de desgaste por difusão.
	Apresenta tenacidade similar ao material cerâmico, e sua dureza, é inferior somente ao diamante.
	Podem ser aplicado tanto para a usinagem de desbaste 
 (0,5 < ap > 8 mm) quanto de acabamento (ap < 0,5 mm)
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	Diamante
	Diamante sintético PCD (Diamante Sintético Policristalino) surgiu no início da década de 70, muito em função do alto preço do diamante natural.
	A camada de PCD é produzida pela sinterização das partículas de diamante com cobalto num processo de alta pressão (≈ 7000 MPa) em altas temperaturas (1400 a 2000°C).
	A camada de 0,5 mm de espessura é aplicada diretamente sobre uma pastilha de metal duto ou é fixada nesta através de brasagem.
	A este conjunto dá-se o nome de plaqueta, sendo o comprimento desta muito pequeno, da ordem de poucos milímetros.
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	Em função da distribuição irregular dos grãos de diamante, é considerado anisotrópico possuindo maior resistência em uma direção em relação a outra.
	Apresenta boa tenacidade proporcionalmente a dureza deste material.
	Apresenta também boa condutividade térmica.
	No caso da usinagem de metais ferrosos, apresenta elevado desgaste da ferramenta por difusão.
	A medida que o tamanho de grão do diamante cresce, aumenta a resistência ao desgaste, porém perde em tenacidade. 
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	Características de aplicação
	Deve possuir arestas afiadas e ângulos positivos.
	Usar fluído de corte (refrigerante)
	Condições de usinagem estáveis (fragilidade), conjunto Máquinas e dispositivos de fixação.
	Baixos avanços e profundidades de corte e alta velocidade de corte.
	Não indicados para cortes interrompidos.