Apostila Usinagem PUC Minas Capítulo 10

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Fundamentos da Usinagem dos Materiais - Vida da Ferramenta e Quantificação do 
Desgaste 
 
Capítulo 10 
 
Vida da Ferramenta e Quantificação do Desgaste 
 
10.1 – Introdução 
No Capítulo 8 mostraram-se as formas de desgaste predominantes na ferramenta de 
corte e os possíveis mecanismos atuantes que podem promover estas formas. Neste 
capítulo serão abordados tópicos relativos à quantificação do desgaste da 
ferramenta. 
Antes, é preciso definir vida da ferramenta (Ferraresi, 1976): 
“Vida da ferramenta é o tempo em que a mesma trabalha efetivamente, sem 
perder o corte ou até que se atinja um critério de fim de vida previamente 
estabelecido” 
O fim de vida de uma ferramenta de corte será definido pelo grau de desgaste 
previamente estabelecido. O tamanho deste desgaste irá depender de inúmeros 
fatores. Entre outros, pode-se citar os seguintes: 
• Receio de quebra da cunha cortante; 
• Elevadas temperaturas atingidas na interface cavaco-ferramenta; 
• As tolerâncias dimensionais estabelecidas no projeto já estão comprometidas; 
• O acabamento da superfície usinada já não é mais satisfatório; 
• Aumento nas dimensões das rebarbas; 
• Aumento da força de usinagem; 
• Aumento do nível de ruído; 
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• Aumento do nível de vibrações; 
• Outros. 
Como expressar a vida da ferramenta 
 
Fixado um critério para fim de vida, como exemplo o estabelecido na Norma ISO 
3685, ou em experiências acumuladas anteriormente, a vida da ferramenta pode ser 
expressada de diversas maneiras: 
• Número de peças produzidas; 
• Percurso de avanço (mm); 
• Percurso efetivo de corte (Km); 
• Velocidade de corte para determinado tempo de vida (ex. vc60 = 150 m/min); 
• Volume de material removido; 
• Outros. 
 
10.2 - Estudo das formas de desgaste 
Neste tópico serão abordados os aspectos característicos da formas dominantes de 
desgaste, como flanco, cratera e entalhe. 
Durante o processo de usinagem, ocorre o contato físico da ferramenta com a peça 
e o contato do cavaco com a ferramenta, em um determinado meio e condições 
dinâmicas de corte. Isto conseqüentemente acarretará mudanças na geometria e na 
forma original da aresta da ferramenta, devido a ocorrência de desgaste progressivo. 
Na Figura 8.4 mostrou-se as principais áreas de desgaste e identifica três formas de 
desgastes: flanco, cratera e entalhe. A seguir serão apresentados os principais 
mecanismos associados a cada uma dessas formas. 
 
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10.2.1 - Desgaste de Cratera 
Segundo Aspinwail e Chen (1978), este tipo de desgaste geralmente está associado 
às elevadas temperaturas geradas na interface cavaco ferramenta, ocorrendo devido 
a combinação dos mecanismos de desgaste denominados difusão e adesão, e 
ocorrem na superfície de saída da ferramenta durante o deslizamento do cavaco 
pela mesma. A máxima profundidade de cratera geralmente ocorre próxima ao ponto 
médio do comprimento de contato entre o cavaco e a superfície de saída, onde, 
acredita-se, a temperatura atinja seu maior valor. A posição da cratera relativa a 
aresta de corte varia de acordo com o material usinado, ocorrendo em geral atrás da 
aresta de corte. A profundidade e a largura da cratera formada na superfície de 
saida da ferramenta, estão relacionadas à velocidade e ao avanço empregados 
durante o processo de corte (Ferraresi, 1977). 
Pode não ocorrer em alguns processos de usinagem, principalmente quando se 
utiliza ferramentas de metal duro recobertas (a cobertura de Al2 O3 é a mais eficiente 
contra a craterização), ferramentas cerâmicas e quando o material da peça é frágil 
(gera cavacos curtos). O crescimento do desgaste de cratera gera a quebra da 
ferramenta, quando tal desgaste se encontra com o desgaste frontal.(Diniz et 
al,1999) 
 
10.2.2 - Desgaste de Entalhe 
Conforme comentado no item 3.10.6 o mecanismo de formação do entalhe não está 
bem explicado. Portanto consideraremos que sob certas circunstâncias e condições 
de operação, um grande entalhe é formado na aresta principal de corte (detalhe ‘O’ 
da Figura 2.20) , na extremidade livre do cavaco, levando ao enfraquecimento da 
aresta de corte. Entalhes menores também são formados na aresta secundária de 
corte (detalhe ‘D’ da Figura 3.13), influenciando principalmente o acabamento 
superficial produzido. 
 
10.2.3 - Desgaste Flanco 
Em geral, é o principal fator a limitar a vida das ferramentas de corte. Decorre da 
perda do ângulo de folga da ferramenta, ocasionando um aumento da área de 
contato entre a superfície de folga e o material da peça, aumentando 
consequentemente o atrito naquela área.Todo processo de usinagem causa 
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desgaste de flanco, este tipo de desgaste provoca a deteriorização do acabamento 
superficial e a perda das características dimensionais da peça. Este desgaste é 
incentivado pelo aumento da velocidade de corte. 
Beloni (2001) descreve em sua tese o modelo gráfico que Smith (1989), apresentou 
para representar a evolução do desgaste de flanco VBBmáx com o tempo de 
usinagem (curva da Figura 10.1). Nesta curva tem-se destacada a evolução do 
desgaste por regiões, denominadas de região primária ou inicial, região secundária 
ou progressiva e região terciária ou catastrófica. 
 
Figura 10.1 - Curva representativa da evolução do desgaste de flanco de uma 
ferramenta (Smith,1989). 
 
Smith (1989) apresentou como justificativa para a ocorrência dessas regiões a 
própria evolução do desgaste durante o corte. A região inicial, no inicio do processo 
de corte, é caracterizada pela fase de acerto das arestas cortantes ainda novas 
sobre a peça. Nesta etapa, tem-se um crescimento bem acelerado do desgaste de 
flanco. Com o decorrer da usinagem, já na região secundária da Figura 10.1, 
verifica-se uma evolução menos acentuada do desgaste, justificada pela 
uniformidade que o contato das arestas da ferramenta passam a ter com o material 
da peça. Mas com o crescimento do tempo de trabalho, a medida que a ferramenta 
vai se desgastando, a evolução do desgaste VBBmax passa outra vez a crescer 
rapidamente. Essa nova etapa, denominada região terciária ou catastrófica, e que 
normalmente se inicia quando a ferramenta atinge valores de desgaste de flanco 
máximo da ordem de 0.8 mm, caracteriza a necessidade de se proceder a 
substituição das ferramentas por outras novas 
 
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10.3 - Critérios para medição de desgaste de uma ferramenta 
A norma ISO 3685 utiliza os parâmetros KT, VBB, VBBmáx e VBN para quantificar o 
desgaste nas ferramentas de corte (Figura 10.3). O critério recomendado para 
avaliar ferramentas de aço-rápido , metal duro e cerâmica é: 
a) Desgaste de flanco médio, VBB= 0.3 mm; 
b) Desgaste de flanco máximo, VBBmáx = 0.6 mm; 
c) Profundidade de cratera, KT = 0,06 + 0,3 f, onde f é avanço em mm/rev; 
d) Falha catastrófica. 
 
Mede-se ainda o valor dos desgastes gerados na superfície de folga pelos entalhes 
(VBN e VBC). Na superfície de saída tem-se os desgastes: profundidade de cratera 
(Kt), largura da cratera (KB) e distância do centro da cratera à aresta de corte (KM), 
conforme esquematizado na Figura 10.3. 
 
 
 
Figura 10.2 – Parâmetros utilizados para medir os desgastes das ferramentas de 
corte (Trent e Wright,1999). 
 
 
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10.3.1 - Quantificação da Vida da Ferramenta 
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Umametodologia simplificada para expressar a vida da ferramenta, T, em função da 
velocidade de corte, vc, mantendo os demais parâmetros (f, ap, geometria, materiais 
da ferramenta e da peça, processo, máquina e fluido) constantes, consiste, 
incialmente em levantar pelo menos três curvas de desgaste, para três distintas vc, 
conforme esquematizado na Figura 10.3. 
 
a) Curvas de desgaste b) T x vc. 
Figura 10.3 – Gráficos auxiliares para expressar a vida da ferramenta em função da 
velocidade de corte. 
 
Obtida a parte “a” da Figura 10.3, deve-se estabelecer o critério de fim de vida da 
ferramenta e neste caso foi VBBmáx = 0,8 mm, obtendo-se três pontos “m”, “n” e “o”. 
Cada ponto tem as suas coordenadas relativas ao eixo “x”, correspondentes à vida, 
T em min e em relação ao eixo “y”, correspondentes à vc em m/min. De posse destes 
pontos constrói-se o gráfico apresentado na Figura 10.3 “b”. Para linearizar a curva, 
no próximo passo, aplica-se logaritmo nos dois eixos e obtém-se o gráfico mostrado 
na Figura 10.4. 
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Figura 10.4 – Gráfico logT x logvc. 
A partir deste gráfico, demonstra-se matematicamente que a vida da ferramenta, T, 
pode ser expressa em função da velocidade de corte, vc, pela Equação 
Simplificada de Taylor (Equação 10.1). 
x
cvKT
−= . (10.1) 
As Análises da Equação (10.1) e da Figura 10.4, conduzem a observações que K é a 
vida da ferramenta para vc = 1 m/min e x é corresponde à inclinação da reta. Esta 
equação é bastante simplificada, pois na sua obtenção diversos parâmetros foram 
assumidos constantes. Portanto, ela só tem aplicação dentro da faixa de vc avaliada 
e para vc menores do que o limite inferior ensaiado, não é recomendado a sua 
utilização, já que ela por regra geral, somente se aplica à região fora da APC (aresta 
postiça de corte). 
Uma análise mais realista pode ser realizada para o estabelecimento da relação da 
vida da ferramenta com os diversos parâmetros que influenciam na usinagem. Isso 
pode ser estabelecido por meio da Equação Expandida de Taylor, segundo a 
Equação (10.2). 
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hge
BBmáx
dc
p
ba
c vibraçãoprocessofluidoVafvKT .......
−−−= (10.2) 
 
Nesta equação podem ser incorporados os diversos parâmetros de influência, mas o 
seu grande inconveniente é o enorme tempo de obtenção. São necessários 
inúmeros ensaios experimentais, consumindo horas de máquina, mão-de-obra e 
materiais, o que faz com que os custos associados sejam muito elevados. 
Em ambientes industriais essa forma expandida praticamente não tem nenhuma 
aplicação. Mas, a forma simplificada é freqüentemente obtida, principalmente devido 
aos coeficientes K e x serem utilizados para a determinação das condições 
econômicas de corte: velocidade de corte de máxima produção (vcmxp) e de mínimo 
custo (vcmincus), que definem o Intervalo de Máxima Eficiência (IME).