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Apostila 
Usinagem
Cláudio Roberto Losekann
(retirado do original disponível na internet)
Andre
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Apostila
Usinagem
Cláudio Roberto Losekann
(retirado do original disponível na internet)
II
ÍNDICE ANALÍTICO
ÍNDICE ANALÍTICO.......................................................................................................................................... II
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................................................... III
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO .......................................................................................................................1
4.4 - FERRAMENTAS DE CORTE...................................................................................................................1
4.4.1 - TERMINOLOGIA ...............................................................................................................................2
4.4.2 - MOVIMENTOS DA PEÇA E DA FERRAMENTA..............................................................................7
4.4.3 - PRINCIPAIS ÂNGULOS DA FERRAMENTA....................................................................................9
4.4.4 - MATERIAIS USADOS PARA FERRAMENTA DE CORTE..............................................................12
4.5 - PARÂMETROS DE CORTE...................................................................................................................27
4.5.1 - FORÇAS DE CORTE .......................................................................................................................27
4.5.2 - VELOCIDADE DE CORTE..............................................................................................................29
4.5.3 - POTÊNCIA DE USINAGEM ............................................................................................................31
4.5.4 - REMOÇÃO DO MATERIAL.............................................................................................................34
4.5.5 - TEMPO DE CORTE .........................................................................................................................34
4.5.6 - RENDIMENTO MÁXIMO ................................................................................................................34
4.6 - SELEÇÃO DA FERRAMENTA DE CORTE .........................................................................................35
4.6.1 - USINABILIDADE DOS MATERIAIS ...............................................................................................38
4.6.2 - ÍNDICE DE USINABILIDADE ........................................................................................................39
4.6.3 - ESCOLHA DA FERRAMENTA DE TORNEAMENTO COM PASTILHAS ......................................40
4.6.4 - DESGASTE E FALHA DA FERRAMENTA DE CORTE..................................................................50
4.6.5 - CRITÉRIOS PARA DETERMINAÇÃO DO FIM DE VIDA DA FERRAMENTA .............................55
4.6.6 - ESPECIFICAÇÃO DA VIDA DE UMA FERRAMENTA DE CORTE ENTRE DUAS AFIAÇÕES
SUCESSIVAS ...............................................................................................................................................56
5 - TORNO ...........................................................................................................................................................57
5.1 - TIPOS DE TORNOS................................................................................................................................59
5.2 - PARTES FUNDAMENTAIS DO TORNO HORIZONTAL ...................................................................62
5.3 - ACESSÓRIOS.........................................................................................................................................65
5.4 - SISTEMA DE FIXAÇÃO DA FERRAMENTA DE CORTE .................................................................69
5.5 - ANÉIS GRADUADOS.............................................................................................................................70
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................................................................................72
III
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 4.48 - FERRAMENTAS DE CORTE DE TORNEAMENTO. ................................................................................1
FIGURA 4.49 - SUPERFÍCIES NA PEÇA. ....................................................................................................................2
FIGURA 4.50 - FERRAMENTA DE CORTE DE TORNO ................................................................................................3
FIGURA 4.51 - FERRAMENTA DE CORTE DE FRESADORA ........................................................................................3
FIGURA 4.52 - TORNEAMENTO COM PASTILHA DE CORTE. .....................................................................................5
FIGURA 4.53 - GEOMETRIA DA PASTILHA DE CORTE. .............................................................................................5
FIGURA 4.54 - GUMES DE UMA FERRAMENTA DE CORTE. ......................................................................................6
FIGURA 4.55 - DIREÇÃO DE CORTE E DE AVANÇO. .................................................................................................8
FIGURA 4.56 - DIREÇÕES E ÂNGULOS EM UMA FRESA. ...........................................................................................9
FIGURA 4.57 - PRINCIPAIS ÂNGULOS EM UMA FERRAMENTA DE CORTE. ................................................................9
FIGURA 4.58 - MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA DE CERMETOS E METAL DURO..................................18
FIGURA 4.59 - REVESTIMENTO DE TIN EM UMA PASTILHA DE METAL DURO. .......................................................21
FIGURA 4.60 - FORÇAS ATUANTE NO CORTE. .......................................................................................................28
FIGURA 4.61 - CURVAS DE ROTAÇÕES DO EIXO X DIÂMETRO DA PEÇA PARA DESBASTE EM TORNO. ....................37
FIGURA 4.62 - CURVAS DE ROTAÇÕES DO EIXO X DIÂMETRO DA PEÇA PARA ACABAMENTO EM TORNO. ..............38
FIGURA 4.63 - TIPOS DE FIXAÇÃO DE PASTILHAS COM PORTA-FERRAMENTAS......................................................41
FIGURA 4.64 - DETALHE DA PEÇA A SER USINADO. ..............................................................................................42
FIGURA 4.65 - MONOGRAMA PARA ESCOLHA DO MATERIAL DA PASTILHA PARA USINAGEM DE AÇOS. .................43
FIGURA 4.66 - MONOGRAMA PARA ESCOLHA DO MATERIAL DA PASTILHA PARA USINAGEM DE AÇOS INOXIDÁVEIS
E LIGAS RESISTENTES AO CALOR....................................................................................................................43
FIGURA 4.67 - DESGASTE DE FLANCO COM ENTALHE...........................................................................................50
FIGURA 4.68 - CRATERIZAÇÃO. ...........................................................................................................................51
FIGURA 4.69 - DEFORMAÇÃO PLÁSTICA...............................................................................................................52
FIGURA 4.70 - ARESTA POSTIÇA. .........................................................................................................................52
FIGURA 4.71 - MARTELAMENTO DE CAVACOS. ....................................................................................................53
FIGURA 4.72 - MICROLASCAS. .............................................................................................................................53
FIGURA 4.73 - FISSURAS TÉRMICAS. ....................................................................................................................54
FIGURA 4.74 - QUEBRA DA PASTILHA. .................................................................................................................55FIGURA 5.1 - ESQUEMA DO TORNO HORIZONTAL. ................................................................................................58
FIGURA 5.2 - ESQUEMA DO MECANISMO DO TORNO HORIZONTAL........................................................................59
FIGURA 5.3 - TORNO VERTICAL. ..........................................................................................................................60
FIGURA 5.4 - TORNO REVOLVER..........................................................................................................................61
FIGURA 5.5 - TORNO COPIADOR...........................................................................................................................61
FIGURA 5.6 - TORNO AUTOMÁTICO......................................................................................................................62
FIGURA 5.7 - CABEÇOTE MÓVEL..........................................................................................................................63
IV
FIGURA 5.8 - CARRO INFERIOR, TRANSVERSAL E SUPERIOR. ................................................................................64
FIGURA 5.9 - BANCADA. ......................................................................................................................................65
FIGURA 5.10 - PLACA DE ARRASTO, GRAMPO E CONTRA-PONTA. .........................................................................66
FIGURA 5.11 - PLACA DE CASTANHAS INDEPENDENTES. ......................................................................................67
FIGURA 5.12 - PLACA UNIVERSAL........................................................................................................................67
FIGURA 5.13 - PINÇAS. ........................................................................................................................................68
FIGURA 5.14 - LUNETAS. .....................................................................................................................................69
FIGURA 5.15 - SISTEMA DE FIXAÇÃO DA FERRAMENTA DE CORTE........................................................................70
FIGURA 5.16 - ANEL GRADUADO NO TORNO. .......................................................................................................71
1
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
4.4 - FERRAMENTAS DE CORTE
FIGURA 4.48 - Ferramentas de corte de torneamento.
2
4.4.1 - TERMINOLOGIA
A terminologia adotada para a descrição de ferramentas de corte não segue as as
normas NBR-6162/80 "Conceitos das técnicas de usinagem. Movimento e relações
geométricas" e NBR 6163/1980 " Ferramentas de usinagem. Geometria da cunha cortante" em
virtude de que as mesmas foram traduzidas das norma alemã DIN 6581/66 e suas traduções
são inadequadas e ferem a norma ISO 3002/82. A terminologia adotada são mais apropriadas
às traduções do inglês, italiano, francês e do que se encontra em catálogos de fabricante de
ferramentas de corte.
Superfícies na peça
- Superfície a usinar: é a superfície da peça a ser removida pela usinagem;
- Superfície usinada: é a superfície desejada, produzida pela ação da ferramenta de corte;
- Superfície transitória: é a parte da superfície produzida na peça pelo gume da
ferramenta e removida durante o curso seguinte de corte, durante a rotação seguinte da
peça ou da ferramenta ou pelo gume seguinte.
FIGURA 4.49 - Superfícies na peça.
3
Elementos da ferramenta
- Corpo: parte da ferramenta que segura as lâminas ou pastilhas de corte ou na qual são
produzidas as arestas cortantes.
- Haste: parte pela qual a ferramenta é fixada.
- Furo da ferramenta: é o furo pelo qual a ferramenta pode ser colocada ou fixada num
eixo, árvore ou mandril.
FIGURA 4.50 - Ferramenta de corte de torno
FIGURA 4.51 - Ferramenta de corte de fresadora
- Eixo da ferramenta: linha reta imaginária com relações geométricas definidas com as
superfícies de locação usadas para fabricação e afiação da ferramenta ou para fixar a
4
ferramenta na sua utilização. Geralmente o eixo da ferramenta é a linha de centro da haste
ou do furo da ferramenta.
- Partes ativas: são as partes funcionais ou cortantes da ferramenta e que compreendem os
elementos produtores de cavacos, definidos mais adiante: os gumes, face e flanco. No caso
de ferramentas multicortantes, cada dente tem uma parte ativa.
- Base: é uma superfície plana na haste da ferramenta, paralela ou perpendicular ao plano de
referência da ferramenta, conforme descrito mais adiante. Útil para locar ou orientar a
ferramenta na sua fabricação, afiação e medição. Nem todas as ferramentas têm uma base
claramente definida.
- Cunha: é a porção da parte ativa da ferramenta incluída entre a face e o flanco. Pode ser
associada tanto com o gume principal como com o gume secundário.
Superfícies da ferramenta
- Quebra-cavaco: é uma modificação da face destinada a controlar ou quebrar o cavaco,
consistindo quer de uma ranhura integral ou de uma obstrução integral ou postiça.
- Face: é a superfície ou as superfícies sobre a qual o cavaco escoa. Quando a face é
composta de várias superfícies inclinadas uma em relação as outra, estas são designadas
como primeira face, segunda face, etc., a partir do gume. Estas superfícies podem ser
chamadas de chanfros e, salvo indicação em contrário, são sempre associadas ao gume
principal.
- Face reduzida: é uma superfície especialmente preparada e separada do resto da face por
um ressalto e projetada de forma que o cavaco entra em contato apenas com a face
reduzida. Não deve ser confundida com os chanfros associados a uma ranhura ou ressalto
destinado a produzir a quebra dos cavacos nem com as múltiplas faces da ferramenta.
- Flanco: é a superfície ou as superfícies da cunha voltadas a correspondente superfície
usinada da peça. Quando o flanco é composto de várias superfícies inclinadas uma em
relação as outra, estas são designadas como primeiro flanco, segundo flanco, etc., a
começar do gume. Estas superfícies podem ser chamadas de chanfros e salvo indicação em
contrário, se supõe associadas com o gume principal.
5
FIGURA 4.52 - Torneamento com pastilha de corte.
FIGURA 4.53 - Geometria da pastilha de corte.
6
Gumes
São arestas formadas pela face e flanco, destinada a efetuar o corte
- Gume principal da ferramenta: é toda a parte do gume que começa no ponto em que o
ângulo do gume da ferramenta é zero e do qual pelo menos uma parte é projetada para
produzir a superfície transitória na peça.
- Gume secundário da ferramenta: é o restante do gume, se houver, mas em direção
contrária a do gume principal da ferramenta. Ele não é previsto para produzir qualquer
superfície transitória na peça. Algumas ferramentas dispõem de mais do que um gume
secundário, como por exemplo o bedame.
- Gume ativo: é a parte do gume que está realmente engajada no corte, num dado momento,
gerando tanto a superfície transitória como a superfície usinada da peça.
- Quina: é a parte relativamente pequena dos gumes, na qual se encontram os gumes
principal e secundário. A quina pode ser curva, reta ou ponto efetivo de interseção dos
gumes principal e secundário.
FIGURA 4.54 - Gumes de uma ferramenta de corte.
7
4.4.2 - MOVIMENTOS DA PEÇA E DA FERRAMENTA
Todos os movimentos, direções de movimentos e velocidades são definidos
relativamente à peça.
- Movimento de corte: corresponde ao movimento principal produzido pela máquina ou
manualmente, com o objetivo de provocar um movimento relativo entre a ferramenta e a
peça, de modo que o material da peça é levado sobre a face da ferramenta. Num torno o
movimento de corte é produzido pela rotação da peça; em furadeiras e fresadoras, é
produzido pela rotação da ferramenta de corte; numa plaina, é produzido pelo
deslocamento longitudinal da ferramenta de corte. O movimento de corte só pode
remover material sob a forma de cavacos por mais de uma rotação ou curso, se houver um
movimentode avanço, como definido a seguir. Geralmente, o movimento de corte
absorve mais energia consumida num processo de usinagem.
- Movimento de avanço é o movimento produzido pela máquina ferramenta ou manualmente,
com o objetivo de provocar um movimento relativo adicional entre a peça e a ferramenta,
o qual somado ao movimento de corte leva a geração de uma superfície usinada com as
características geométricas desejadas.
- Movimento resultante de corte é o movimento resultante efetivo dos movimentos de corte
e de avanço.
- Velocidade de corte (VC) é a velocidade instantânea do movimento principal, do gume em
relação a peça. É importante não confundir velocidade de corte com rotação da peça ou
ferramenta. A velocidade de corte é a velocidade tangencial do gume da ferramenta, em
relação à peça, e é expressa normalmente em m/min. A rotação de peça ou ferramenta é
uma velocidade angular, expressa em rpm.
- Velocidade de avanço (Vf ) é a velocidade instantânea do movimento de avanço do ponto
selecionado do gume em relação a peça.
- Velocidade resultante de corte (Ve) é a velocidade instantânea do movimento resultante da
ferramenta em relação à peça.
8
- Direção do movimento de corte é a direção instantânea do movimento de corte, no ponto
selecionado do gume.
FIGURA 4.55 - Direção de corte e de avanço.
- Direção do movimento de avanço é a direção instantânea do movimento de avanço do
ponto selecionado do gume em relação à peça.
- Direção resultante de corte é a direção instantânea do movimento de corte, no ponto
selecionado do gume, em relação à peça.
- Ângulo da direção de avanço (ϕ) é o ângulo entre as direções dos movimentos simultâneos
de avanço e de corte. É medido no plano de trabalho.
- Ângulo da direção resultante de corte (η) é o ângulo entre as direções dos movimentos de
corte e a direção resultante de corte. É medido no plano de trabalho.
9
FIGURA 4.56 - Direções e ângulos em uma fresa.
4.4.3 - PRINCIPAIS ÂNGULOS DA FERRAMENTA
FIGURA 4.57 - Principais ângulos em uma ferramenta de corte.
10
- Ângulo de incidência principal ou de folga ( ααn ) - A função do ângulo de incidência é
evitar o atrito entre a peça e o flanco (superfície de incidência) da ferramenta e permitir
que o gume penetre no material e corte-o livremente.
Se o material da ferramenta é de alta resistência, pode-se usar ângulos de incidência
grandes, sem perigo de quebra. Assim pode-se usar ângulos maiores em ferramentas de aço
rápido do que em ferramentas de metal duro, pois o aço rápido é muito mais resistente e tenaz
que o metal duro. Da mesma maneira se o material a usinar for mole, como o alumínio,
permite ângulos bem maiores do que a usinagem de materiais duros, como o ferro fundido
coquilhado, que solicitam muito mais o gume que o alumínio. Um dos critérios para
determinação do fim de vida da ferramenta é a medição da largura da marca de desgaste.
Quando esta atinge um determinado valor, determina um atrito excessivo, com todas as suas
conseqüências (aquecimento, aumento da força e potência de corte, mau acabamento
superficial, etc.).
Se o ângulo for muito pequeno:
1. O gume não pode penetrar convenientemente no material e a ferramenta cega
rapidamente;
2. Ocorre atrito contra a peça, gera sobre aquecimento da ferramenta e acabamento
superficial ruim.
Se o ângulo for muito grande:
1. O gume quebra ou solta uma série de pequenas lascas, em virtude de apoio deficiente.
O tamanho do ângulo de incidência depende de:
1. Resistência do material da ferramenta;
2. Resistência do material da peça a ser usinada.
11
- Ângulo de saída do cavaco ( γγn ) - É um dos ângulos mais importantes da ferramenta,
pois influi decisivamente na força e na potência de corte, no acabamento de superfície
usinada e no calor gerado. Sua função é a de facilitar o escoamento do cavaco. Em
princípio, deve ser o maior possível, pois isto determina uma retirada mais fácil do cavaco.
O ângulo de saída depende dos seguintes fatores:
1. Resistência à compressão e tenacidade do material da ferramenta de corte;
2. Resistência e dureza do material a usinar;
3. Quantidade de calor gerado pelo corte;
4. maiores velocidades de avanço, exigem menores ângulos de saída.
- Ângulo de cunha ( ββn ) - É o ângulo de cunha da ferramenta. As ferramentas de corte,
especialmente as pastilhas de corte, vem de fabrica com ângulo apropriado para usinagem
de materiais pré-estabelecidos em função do material da pastilha. Quando a ferramenta é
de aço, o ângulo pode ser modificado mediante afiação.
- Ângulo de cisalhamento ( φφ ) - O ângulo φ entre o plano de cisalhamento e a direção do
movimento principal de corte. Pode ser determinado por medição direta.
A tabela abaixo mostra recomendações, cujos valores nominais podem ser mudados de
acordo com as condições da máquina. Quando se utiliza um avanço elevado, o ângulo de folga
ou incidência ( αn ) e de saída de cavaco ( γn ) devem ser reduzidos para se obter uma aresta de
corte mais robusta ( βn ).
Material Dureza (HB) αn γn βn
Aços < 175 8 15 67
Aços 175 - 250 8 8 74
Aços > 250 6 0 84
Aços inoxidáveis 8 15 67
Ferros fundidos < 250 8 8 74
Ferros fundidos > 250 6 0 84
Latão 10 10 70
Bronze 8 10 72
Cobre 10 30 50
12
Alumínio 10 35 45
4.4.4 - MATERIAIS USADOS PARA FERRAMENTA DE CORTE
As exigências básicas para materiais usados como ferramenta de corte são:
1. Elevada dureza a frio e a quente, bem superior a da peça usinada;
2. Tenacidade para resistir a consideráveis esforços de corte e impacto;
3. Resistência à abrasão;
4. Facilidade de obtenção a preços econômicos;
5. Estabilidade química.
Todos os materiais de corte conhecidos hoje, não satisfazem a todas as exigências
citadas acima, se são extraordinários em algumas propriedades, se apresentam de forma bem
inferior em outras. Desta forma em cada trabalho específico deve-se analisar quais
características são fundamentais, para escolher o material mais adequado ao caso. Hoje são
empregados os seguintes grupos de materiais de corte:
⇒ aços carbono;
⇒ aços rápidos comuns;
⇒ aços rápidos com cobalto;
⇒ ligas fundidas;
⇒ metais duros;
⇒ cermetos ou compósitos
⇒ cerâmicas;
⇒ diamantes;
⇒ nitreto de boro cúbico (CBN).
13
- Aços carbono - São aços com teores de 0,8 a 1,5% de C. Até 1.900 eram praticamente os
únicos aços utilizados para fabricação de ferramentas de corte. Com o aparecimento dos
aços rápidos, seu emprego para ferramenta de corte reduziu-se a aplicações secundárias,
sendo hoje apenas utilizado nos seguintes casos:
1. Pequenas oficinas de reparo, uso doméstico e de lazer;
2. Ferramentas que serão utilizadas uma única vez ou para execução de poucos peças;
3. Para ferramentas de forma, na usinagem de latão e ligas de alumínio.
Para melhorar a qualidade dos aços carbono, sua composição é as vezes modificada
pela adição de pequenas quantidades de cromo, vanádio e tungstênio. As qualidades dos aços
carbono que justificam o seu emprego ainda hoje são:
1. Preço baixo;
2. Facilidade de afiação, obtendo-se gumes muitos vivos;
3. Tratamento térmico relativamente simples;
4. Boa tenacidade.
O principal inconveniente dos aços carbono é o fato de perderem a sua dureza e,
portanto, seu poder de corte, em temperaturas relativamente baixas, em torno de 250 °C. Por
isto, na usinagem de aços doces só podem ser usados em velocidades inferiores a 25m/min,
sendo impróprios para aços de alta resistência.
- Aços rápidos comuns - A indústria mecânica passou por uma grande revolução no início
do século XX com a descoberta do aço rápido e com a organização do trabalho através da
administração científica (princípio de organização industrial onde o ponto principal é a
eficiência do trabalho, e os fatores humanos são deixados em segundo plano), ambos
apresentados por F. W. Taylor. O desenvolvimento original do aço rápido partiu do
emprego de tungstênio (wolfrâmio), cromo e vanádio , como elementos básicos de liga,
14
com um teor de carbono de 0,5 a 0,8%, baixo teorde silício (0,05%) e teor de manganês
tão baixo quanto possível, a fim de evitar a fragilidade. Um dos tipos mais populares foi o
aço rápido 18-4-1, assim chamado pelas percentagens correspondentes de tungstênio,
cromo e vanádio participantes de sua composição.
No decorrer dos anos, foram introduzidas algumas modificações na composição deste
aço rápido, oferecendo ligas de maior resistência à abrasão ou ao impacto. Em 1.942, em
virtude da escassez de tungstênio provocada pela guerra, passaram a ser utilizadas ligas em
que o mesmo era substituído total ou parcialmente por molibdênio. Estes aços rápidos são de
mais difícil forjamento e de tratamento térmico mais complexo. O menor preço do
molibdênio, e pelo fato de participar na composição com metade da percentagem do
tungstênio, por ter aproximadamente a metade do peso específico do tungstênio, fazem com
que os aços rápidos ao molibdênio sejam bem mais baratos do que os aços rápidos ao
tungstênio, para propriedades equivalentes. Por esta razão, hoje dominam o mercado aos aços
rápidos ao molibdênio. A principal vantagem dos aços rápidos sobre o aço carbono é o de
manterem sua dureza até temperaturas em torno de 520 a 600 oC, enquanto que estes já
amolecem em temperaturas ao redor de 250 oC. Isto associado com uma maior resistência à
abrasão, permite aos aços rápidos velocidades de corte bem mais elevadas e maior vida da
ferramenta. As desvantagens do aço rápido são: preço elevado e tratamento térmico complexo,
com temperaturas em torno de 1.300 °C para têmpera.
- Aços rápidos com cobalto - Em 1.921 apareceu pela primeira vez uma melhoria
substancial das características do aço rápido, pela adição de um novo elemento de liga: o
cobalto. A adição de cobalto aumenta substancialmente a temperatura crítica de trabalho
do aço rápido, ou seja, a dureza a quente e a resistência ao desgaste, mas resulta numa
menor tenacidade. As adições de cobalto ficaram inicialmente limitadas em 5%, em
virtude do difícil problema de forjamento desses aços. Com o aperfeiçoamento das
técnicas de forjamento foi possível utilizar ligas com 8 e até 12% de cobalto.
15
- Aço rápido com revestimento de TiN (Nitreto de titânio) - Revestimentos de TiN
aplicados por processo PVD (processo de deposição física de vapor), em temperaturas
inferiores a 550 oC (abaixo da temperatura de revenimento do aço rápido), conferem uma
aparência dourada à ferramenta e produzem os seguintes efeitos:
1. Redução do desgaste na face e no flanco da ferramenta;
2. Caráter não metálico, estabilidade química e mínima tendência de adesão do TiN,
asseguram baixo atrito e impedem a aderência de material na ferramenta e portanto, a
formação do gume postiço. Isto reduz a força de corte e melhora o acabamento superficial;
3. Proteção do metal de base contra altas temperaturas pelo baixo coeficiente de transmissão
de calor do TiN.
A camada de TiN tem de 1 a 3 µm de espessura. O sucesso da ferramenta depende,
porém, pouco da espessura da camada e muito mais de sua aderência ao material de base. O
lascamento do revestimento tem sido a maior causa do insucesso de ferramentas com
revestimento. De qualquer forma, o efeito estabilizador do TiN tem sido mantido nas
ferramentas, pelo menos na primeira e na segunda reafiação, mesmo que removida parte da
camada protetora.
- Aço rápido sinterizado - É obtido pelo processo de metalurgia do pó, que permite adição
controlada e bem distribuída de elementos de liga, resultando numa estrutura muito
uniforme e muito fina em toda seção transversal da ferramenta. Tem-se as seguintes
vantagens:
1. Menor deformação durante a têmpera e o revenido;
2. Menos tendência à formação de trincas e de tensões internas;
3. Tenacidade um pouco mais elevada;
4. Vida mais longa e menor dispersão no tempo de vida das ferramentas;
5. Melhores condições de aderência de revestimentos de TiN.
16
- Ligas fundidas - Foram descobertas por Elwood Haynes, em 1.922 sendo constituídas por
altas percentagens de tungstênio, cromo e cobalto. Estas ligas são fundidas e vazadas em
moldes, sendo depois as peças limpas das rebarbas de fundição e colocadas na medida
final por retificação. Estas ferramentas são mais conhecidas pelos nomes comerciais de
Stellite, Tantung, Rexalloy, Chromoloy. É fabricada no país pela Eries, sob o nome de
Steltan. Uma composição típica é a seguinte: 17% de tungstênio, 33% de cromo, 44% de
cobalto e 3% de ferro. A percentagem destes elementos pode variar com o objetivo de
obter-se variações de dureza e resistência ao desgaste, Em lugar de tungstênio pode ser
usado, também, em parte, manganês, molibdênio, vanádio, titânio e tântalo, e em lugar do
cobalto, o níquel. As ligas fundidas caracterizam-se por sua elevada resistência a quente, o
que permite sua utilização em temperaturas de 700 a 800 oC. A dureza a quente é uma
característica inerente ao material e não ao resultado de um tratamento térmico. As ligas
fundidas não são temperáveis. Aquecidas a temperaturas extremas, o material amolece
mas volta a ter a sua dureza original quando resfriado. Isto distingue este material do aço
rápido. As ligas fundidas tem qualidades intermediárias entre o aço rápido e o metal duro.
- Metais duros - O tungstênio é o metal de mais alto ponto de fusão: 3.387 oC, de mais alta
resistência a tração: 4.200 MPa, de mais baixo coeficiente de dilatação térmica linear:
4,4.10-6 oC-1, peso específico de 19,3 kgf/dm3. Como o aumento do rendimento luminoso
das lâmpadas incandescentes depende da elevação de temperatura do filamento, desde
cedo os fabricantes de lâmpadas pesquisaram a possibilidade de aplicação do tungstênio
na fabricação dos filamentos. A dificuldade de fusão do tungstênio, pela inexistência de
cadinhos que possam suportar a temperatura de 3.400 oC, levou a técnica da sinterização e
ao desenvolvimento da chamada " metalurgia do pó ". Os estudos desenvolvidos
inicialmente pela Osram, na Alemanha, para a fabricação de filamentos de tungstênio para
lâmpadas incandescentes, foram cedidos a Krupp para o estudo da aplicação do carboneto
de tungstênio na usinagem de metais. Em 1.927 a Krupp fez sucesso com o seu produto
"Widia", nome comercial tomado em linguagem popular como sinônimo de metal duro e
que provém da contração das palavras alemãs " wie diamant", isto é, " como diamante".
17
Em sua composição original participa somente o carboneto de tungstênio, tendo como
ligante o cobalto. Uma composição típica é a seguinte: 81% de tungstênio, 6% de carbono e
13% de cobalto. A técnica de fabricação dos metais duros pode ser descrita, de modo bastante
sintético, como segue:
1. O minério do qual se parte para obtenção do carboneto de tungstênio é geralmente a
Scheelita, assim chamada em homenagem ao químico sueco K. W. Scheele. Trata-se
quimicamente do tungstato de cálcio (CaWO4), do qual existem quantidades apreciáveis
no nordeste brasileiro. Através de uma série de operações químicas é o mesmo reduzido a
trióxido de tungstênio (WO3).
2. O tungstênio é obtido em estado extremamente puro e dividido em partículas, pela
redução do trióxido de tungstênio pelo hidrogênio.
3. O tungstênio é misturado com carbono puro (grafite) e a mistura é levada a um forno,
onde, em condições apropriadas de temperatura, se obtém o carboneto de tungstênio.
4. O carboneto é, em seguida, moído e misturado com pó muito puro e fino de cobalto. O
conjunto é perfeitamente misturado num moinho de bolas.
5. A mistura é, em seguida, comprimida a frio, em matrizes, obtendo-se peças já com a
forma desejada (pastilhas), com resistência suficiente para serem manipulados. As
pressões usadas são da ordem de 400 MPa.
18
FIGURA 4.58 - Microscopia eletrônica de varredura de cermetos e metal duro.
6. As pastilhas são levadas a um forno de pré-sinterização com atmosfera de hidrogênio. A
uma temperatura em torno de 900oC se dá uma sinterização parcial do cobalto, adquirindo
o produto uma consistência e dureza suficientes para a sua manipulaçãonas operações
subsequentes, sem quebra.
7. Resfriado o produto, este é cortado e levado à forma final por meio de rebolos
apropriados, sem maior dificuldade, pois as peças não possuem ainda nenhuma dureza.
Esta operação deve levar as pecas à formas precisas, pois qualquer operação posterior à
sinterização resulta difícil e onerosa. Deve-se contar, ainda, com a retração na operação
final de sinterização. Este processo é utilizado na fabricação de peças de forma especial ou
pastilhas de pequeno consumo.
8. As peças pré-sinterizadas e usinadas, assim como as pastilhas prensadas, são levadas para
o forno de sinterização que trabalha sobre vácuo ou em atmosfera de hidrogênio. A
temperatura varia de 1.350 a 1.600 oC, dependendo da composição do material e do tipo
de forno. Na sinterização, uma liga eutética de cobalto se funde e introduz-se, pela ação
de capilaridade, entre as partículas de carboneto, envolvendo e dissolvendo algumas destas
partículas. No decorrer da sinterização, há uma contração linear de 15 a 22%, dependendo
teor de cobalto e da pressão com que o material foi prensado nas matrizes.
O metal duro apresenta uma altíssima resistência à compressão, dureza 76 a 78
Rockwell C, mantendo elevada dureza até cerca de 1.000 °C, coeficiente de dilatação térmica
cerca de metade da do aço, densidade da ordem de 14 kgf/dm3, notável resistência à
compressão de cerca de 3.500 N/mm2, módulo de elasticidade E = 620.000 N/mm2, elevada
condutibilidade térmica (8 a 20 vezes a do aço).
As ferramentas de carboneto de tungstênio foram empregadas a princípio com
extraordinário sucesso na usinagem de ferro fundido e materiais não ferrosos, mas com
resultados medíocres na maioria das operações com aço. Verificou-se que a causa principal do
insucesso residia no forte atrito que se estabelece entre a ferramenta de metal duro e o cavaco
19
de aço. Isto faz com que o cavaco escorregue com grande pressão e sob elevada resistência,
com forte formação de calor. Na ferramenta forma-se rapidamente uma cratera, levando o
gume de corte ao esfacelamento. Também ocorrem problemas de difusão e de dissolução, que
solucionar este problema foram feitos vários desenvolvimentos no metal duro, dando origem a
uma série de tipos de ferramentas, cada uma indicada para uma dada aplicação.
- Metais duros com carbonetos combinados - Muitos anos após a introdução dos metais
duros, verificou-se que o atrito entre o carboneto e o cavaco era fortemente reduzido pela
adição de carboneto de titânio e de tântalo na composição original. Estes carbonetos
apresentam maior dureza do que o de tungstênio. Atualmente são usados como
componentes dos metais duros:
1. WC - O carboneto de tungstênio é solúvel no cobalto, o que resulta a alta resistência das
ligações internas e dos cantos dos metais duros de puro WC-Co. O WC tem alta
resistência à abrasão, mas a utilização na usinagem de aço é limitada pela tendência de
difusão do carbono e de dissolução no cobalto e no ferro.
2. TiC - Os carbonetos de titânio têm pouca tendência à difusão. Disto resulta a alta
resistência dos metais duros que tem TiC na sua composição. Reduz-se, porém em
paralelo, a resistência das ligações internas e dos cantos. TiC forma um carboneto misto
com WC. Metais duros com alto teor de TiC são frágeis. São utilizados na usinagem de
aços com altas velocidades de corte.
3. TaC - Em pequenas percentagens, o carboneto de tântalo atua no sentido de diminuir o
tamanho dos grãos, melhorando assim a tenacidade e a resistência dos cantos.
4. NbC - O carboneto de nióbio tem efeito semelhante ao TaC. Ambos os carbonetos
ocorrem no metal duro como cristais mistos Ta-Nb-C.
Devido à adição dos carbonetos combinados, os metais duros foram aperfeiçoados
para cada aplicação específica, e foi necessário classificá-los conforme o tipo de trabalho a ser
feito. Os metais duros são divididos em três grupos de aplicação P, M e K. Cada classe possui
20
uma composição química diferente e tipos específicos de material a usinar. A seleção de
pastilhas será visto em capítulo posterior.
Grupo principal de usinagem P (Classe azul)
Indicado para a usinagem de aço, aço fundido e ferro fundido maleável, nodular ou
ligado, de cavaco comprido. Além de WC, tem percentagens mais ou menos elevadas de TiC (
até 35%) e TaC ( até 7%), apresentando um atrito baixo com cavacos de materiais dúcteis.
Grupo principal de usinagem M (Classe amarela)
Para usinagem de aço, aço fundido, aço ao Mn, ferros fundidos ligados, aços
inoxidáveis austeníticos, ferros fundido maleável e nodular e aços de corte livre, ou seja, par
uso universal em condições satisfatórias. Constituem tipos intermediários entre o grupo P e K.
Grupo principal de usinagem K (Classe vermelha)
Para usinagem de ferros fundido comum e coquilhado, ferro fundidos maleáveis de
cavaco curto, aços temperados, não ferrosos, não metálicos e madeira. Os metais duros deste
grupo se compõem quase que exclusivamente de WC e de Co, como elemento ligante.
Pequenas percentagens de VC, TiC, TaC e NbC são acrescentadas as vezes para melhorar
certas características.
Em cada grupo, os metais duros são fabricados em diversos graus, correspondendo a
uma dureza decrescente e uma tenacidade crescente e vice-versa. Os tipos mais duros são
usados em usinagens de acabamento (altas velocidades e cortes leves), enquanto que os tipos
mais tenazes e menos duros, em virtude de teores mais altos de cobalto, são usados em cortes
pesados de desbaste, em velocidades mais baixas ou em condições desfavoráveis de usinagem
(vibrações, cortes interrompidos, máquinas velhas etc.). Os tipos mais duros, em geral exigem
ângulos de saída negativos.
- Metais duros de múltiplas faixas de aplicação - Partindo de matérias primas com mais
alto grau de pureza e com controle mais rigoroso do processo de sinterização, foi possível
obter pastilhas de metal duro de elevada resistência à flexão com mínima perda de dureza.
Os cuidados se referem especialmente à granulometria mais fina e uniforme, à distribuição
21
mais perfeita dos carbonetos e a melhoria da solubilidade dos carbonetos no metal de
ligação. Pode-se assim produzir pastilhas que cobrem mais faixas de aplicação, reduzindo
assim o número de tipos necessários nas diversas operações de usinagem. Existem
inclusive propostas para eliminar da norma o grupo de aplicação K.
- Metais duros com uma camada de revestimento - Com objetivo de melhor explorar as
vantagens de cada um dos carbonetos componentes, desenvolveu-se os metais duros
revestidos. Eles se compõem de uma base de metal duro relativamente tenaz, sobre a qual
se aplica uma ou mais camadas finas, duras, resistentes à abrasão e de fina granulometria,
de um material composto de carbonetos (por exemplo: TiC, HfC, ZrC), de nitretos (TiN,
HfN, Zr2O3), de carbonitretos (TiCN) ou de óxidos (Al2O3). Estes revestimentos permitem
um aumento substancial da vida das ferramentas. Em condições adequadas este aumento
corresponde a um múltiplo de tempo de vida das ferramentas de metal duro convencional.
O revestimento é hoje mais freqüentemente aplicado pelo processo de deposição química
de vapor ( CVD ). A figura abaixo mostra como são estas camadas em uma pastilha de
metal duro (GC4025 - Sandvic). Neste tipo de pastilha a camada total de revestimento não
ultrapassa a 10 µm de espessura.
FIGURA 4.59 - Revestimento de TiN em uma pastilha de metal duro.
- Cerâmica - As ferramentas de cerâmica de óxido de alumínio extremamente puro como
de misturas de óxido de alumínio com carbonetos metálicos têm adquirido importância
crescente em máquinas automáticas de alta velocidade, para usinagem de peças de aço e
ferro fundido. Em condições adequadas, é possível usar velocidades de corte 4 a 5 vezes
maiores do que aquelas empregadas com metal duro, o que representa uma vantagem na
redução do tempo efetivo de corte.
22
- Cerâmicas brancas - Durante muitos anos as pastilhas cerâmicas não tiveram o sucesso
industrialesperado. Isto se deve, em parte, ao fato de que as cerâmicas exigem máquinas-
ferramentas de elevada velocidade, grande potência e extrema rigidez. Além disto, a alta
velocidade de corte implica em um fluxo intenso de cavacos muito quentes, tornando
imprescindível uma proteção adequada ao operador. O componente principal da cerâmica
de corte é o Al2O3. O material de partida apresenta sob a forma de um pó finíssimo, cujas
partículas estão compreendidas entre 1 e 10 µm. As peças se obtém prensando fortemente
a matéria prima que pode ser Al2O3 com 99,98% de pureza, ou então, em composição de
89 a 99% de Al2O3 e o restante de óxido de silício, de magnésio, de cromo ou de níquel
ou, ainda, outros componentes. A qualidade de uma ferramenta de cerâmica depende de
sua baixa porosidade associada a tamanhos de grãos pequenos
A cerâmica, como ferramenta de corte, tem as seguintes características:
1. Alta dureza a quente, que se mantém até cerca de 1.600 °C, permitindo altas velocidades
de corte (5 a 10 vezes superiores a do metal duro convencional);
2. Elevada estabilidade química do óxido de alumínio, que se mantém até uma temperatura
próxima do seu ponto de fusão (2.050 °C);
3. Altíssima resistência a compressão;
4. Baixo coeficiente de atrito;
5. Nenhuma afinidade química com o aço, não formando gume postiço.
Estas duas últimas qualidades asseguram um excelente acabamento superficial. O
menor desgaste da ferramenta, assegura também melhor precisão dimensional das peças.
Como problemas da usinagem com cerâmica, pode-se citar:
1. Grande fragilidade;
2. Condutibilidade térmica muito baixa.
23
A fixação das pastilhas cerâmicas tem sido feita por colagem (Araldite, Epoxy) ou por
grampos. Este último modo é o mais freqüente. As pastilhas podem ser reafiadas por rebolos
de diamante, porém, a tendência é a utilização das assim chamadas pastilhas "descartáveis".
Estas, de forma quadrada ou triangular, apresentam 8 ou 6 gumes afiados de fábrica, que são
usados sucessivamente por giro da pastilha em seu suporte. Depois de usados todos os gumes,
a pastilha é jogada fora. As ferramentas de cerâmica têm sido utilizadas com sucesso no
acabamento e desbaste de ferro fundido com dureza Brinell superior a 180 kgf/mm2 e o ferro
fundido coquilhado com dureza Brinell até 500 kgf/mm2, inclusive para aço temperado com
uma dureza até 60 HRC. Também são próprias para a usinagem de materiais que apresentam
forte efeito abrasivo, como plástico, grafite, ebonite. Na realidade quase todos os materiais
podem ser usinados com cerâmica. As poucas exceções são:
1. Alumínio, que reage quimicamente com Al2O3.
2. Ligas de titânio, com alta percentagem de níquel e materiais resistentes ao calor, devido a
tendência a reações químicas.
3. Magnésio, berílio e zircônio, que são inflamáveis na temperatura de trabalho da cerâmica.
A pastilha de cerâmica de corte tem as seguintes propriedades:
 Cor (cerâmica pura) -------------------------- branca
 Peso específico (gf/cm3) -------------------------- 3,7 a 4,1
 Dureza (HRA) ------------------------- 90 a 95
 Resistência à compressão (N/mm2) ------------------- 3.500
 Resistência à flexão (N/mm2) -------------------------- 150 a 400
 Temperatura de amolecimento (°C) ------------------- 1.800
 Coeficiente de dilatação térmica linear (°C-1) -------- 0,8.10-6
24
- Cerâmicas mistas - Ao lado das pastilhas cerâmicas acima descritas, estão sendo
utilizadas ferramentas de corte com menos de 90% de Al2O3, porém com adições de
óxidos e carbonetos metálicos, especialmente de carboneto de titânio e também carboneto
de tungstênio. Estes materiais são denominados CERMETOS (cerâmica + metal) na
literatura anglo-americana, que são compósitos. São obtidos por prensagem a quente, o
que produz uma estrutura de partida mais compacta do que no caso da cerâmica pura. São
em geral de cor preta. Na sinterização, a presença de carbonetos de titânio e outros óxidos,
inibe o crescimento dos grãos. Isto confere aos cermetos elevada dureza, maior tenacidade,
resistência ao desgaste do gume e à formação de crateras. Ao contrário dos materiais
cerâmicos, os cermets são condutores elétricos, têm razoável condutividade térmica e são
menos frágeis. Têm um peso específico de 5 a 6 gf/cm3. São menos sujeitos à trincas
térmicas do que as cerâmicas puras. São usados na usinagem de ferro fundido com dureza
Brinell maior que 235 HB e aços com dureza de 34 a 66 HRC.
- Cerâmicas à base de nitreto de silício - Em 1.981, foi introduzido um novo tipo de
cerâmica de corte, denominada SIALON que contém nitreto de silício (Si3N4), além do
Al2O3 e de uma fase TiC. Sua dureza a quente é ainda melhor que a das cerâmicas mistas.
A resistência a choques térmicos aproxima-se da dos carbonetos. O SIALON, sob a forma
de pastilhas pretas, está superando as outras cerâmicas na usinagem em alta velocidade de
ferro fundido e ligas de níquel.
- Diamantes naturais (monocristalinos) - Os diamantes naturais são obtidos com a
extração mineral e classificam-se em Carbonos, Ballos e Borts. Os Carbonos ou
diamantes negros são diamantes aparentemente "amorfos", que por aquecimento, perdem a
sua dureza e, por isto são empregados apenas para aplicações especiais, como ferramentas
para retificar rebolos, pontas de brocas para minas, assim como para trabalhar fibras,
borracha e plásticos. Os Ballos são diamantes claros, de crescimento irregular,
especialmente duros em virtude de sua estrutura. Pelo fato de serem redondos, não
encontram aplicação na fabricação de ferramentas de corte e de rebolos. Os Borts,
25
especialmente o africano, é claro. Seu valor depende da qualidade e do número de bordos
naturais de trabalho que oferece, se bem que hoje dá-se mais importância à dureza. Isto
porque, em lugar de bordos naturais, prefere-se gumes lapidados no diamante com ângulos
apropriados. Os Borts são diamantes mono-cristalinos. Sua característica principal é a sua
anisotropia, isto é, suas propriedades mecânicas (dureza, resistência, módulo de
elasticidade) variam com a direção. Eles têm também quatro direções preferenciais de
clivagem. Conclui-se daí, que para tanto a preparação do diamante por lapidação como
para a sua montagem num porta-ferramenta, deve-se conhecer a disposição da estrutura
cristalina. Enquanto que a lapidação deve ocorrer sempre na direção de mínima dureza, a
montagem do monocristal no porta ferramenta deve ser feita de modo que a força de
usinagem seja orientada na direção de máxima dureza. Ferramentas de diamante
monocristalino são especialmente indicadas na usinagem de metais leves como bronze,
latão, cobre, ligas de estanho, borracha dura e mole, bem como vidro, plástico e pedras. O
campo de aplicação são principalmente as operações de usinagem fina, onde são feitas
grandes exigências de precisão dimensional e qualidade superficial.
A usinagem de aço e ferro fundido não é possível, em virtude da afinidade do ferro
com o carbono. O diamante, na zona de contato com a peça de aço, em virtude da alta
temperatura, transforma-se em grafite e reage com o ferro. Isto leva a um rápido desgaste do
gume. O diamante permite obter uma elevada precisão dimensional e acabamento brilhante
que iguala-se a um apurado polimento. A velocidade de corte praticamente não tem limite
superior. Velocidades de 2.000 m/min já foram experimentadas com sucesso. Não se
recomendam velocidades inferiores a 100 rpm. Os avanços usualmente de 0,02 mm/rot a 0,06
mm/rot e as profundidades de corte de 0,01 ate 0,2 mm.
- Diamante policristalino - Em 1.973 foi apresentado pela primeira vez uma ferramenta
com uma camada de diamante sintético policristalino. A matéria prima são partículas
muito finas de diamantes sintéticos, de granulação muito definida para obter-se o máximo
de homogeneidade e densidade. A camada de diamante policristalino é produzida pela
sinterização das partículas de diamante com cobalto num processo de alta pressão (6.000 a
7.000MPa) e alta temperatura (1.400 a 2.000 oC). A camada de aproximadamente 0,5 mm
26
de espessura, ou é aplicada diretamente sobre uma pastilha de metal duro pré-sinterizado
ou então é ligada ao metal duro através de uma fina camada intermediária de um metal de
baixo módulo de elasticidade.
A camada de diamante tem caráter isotrópico em virtude da distribuição irregular dos
grãos de diamante. Não atinge nunca a dureza do diamante monocristalino na direção de
máxima dureza. As pastilhas com uma camada de diamante policristalino podem ser soldadas
em cabos ou fixadas mecanicamente em porta-ferramentas padronizados, pois tem a forma e
as dimensões iguais as das pastilhas comerciais de metal duro. As ferramentas de diamante
policristalino podem ser usadas na usinagem de metais leves, cobre, latão, bronze, estanho,
diversos plásticos, asbesto, fibras reforçadas de vidro, carbono ou outros materiais, exceto
materiais ferrosos e duralumínio.
- Nitreto de boro cúbico cristalino (CBN) Depois do diamante, os cristais cúbicos de
nitreto de boro são o material mais duro que se conhece. Trata-se de um material sintético,
obtido pela reação de halogênietos de boro com amoníaco. Como no carbono, existe uma
forma macia, de estrutura cristalina hexagonal, igual ao do grafite e uma forma dura,
tetragonal, de estrutura idêntica ao do diamante. Nitreto de boro foi obtido pela primeira
vez em 1.957, pela transformação de nitreto de boro de estrutura hexagonal em estrutura
tetragonal, sob pressões de 5.000 a 9.000 MPa e temperaturas de 1.500 a 1.900 °C, na
presença de um catalisador (lítio). O CBN é quimicamente bem mais estável do que o
diamante, especialmente contra oxidação. Sob pressão atmosférica, o CBN é estável até
2.000 °C, enquanto no diamante já ocorre grafitização a 900 °C.
As pastilhas de CBN são executadas de forma análoga as de diamante policristalino.
Umas camada de 0,5 mm de espessura de partículas de nitreto de boro são sinterizadas num
processo de alta pressão e alta temperatura, com a presença de uma fase ligante, efetivando-se
simultaneamente a fixação sobre uma base de metal duro. Distinguem-se pastilhas que devem
ser soldadas num cabo e retificadas com rebolo de diamante e pastilhas de fixação mecânica,
que podem ser usadas com porta-ferramentas convencionais. As ferramentas de CBN são
empregadas preferencialmente na usinagem dos aços duros (45 a 65 HRC), mesmo em
condições difíceis, aço rápido, ligas resistentes a altas temperaturas na base de níquel e
27
cobalto. Além disso, servem para a usinagem de revestimentos duros, com altas percentagens
de carbonetos de tungstênio ou Cr-Ni, aplicados por soldagem de deposição ou jato de
material liquefeito por chama. São usadas velocidades de corte de 50 a 200 m/min, avanços de
0,1 a 0,3 mm, profundidade menor ou igual a 2,5 mm.
Devido sua elevada resistência ao impacto, podem ser usadas em cortes severos,
interrompidos e na remoção de cascas tenazes, abrasivas e irregulares de peças fundidas e
forjadas e peças de ferro fundido coquilhado. As ferramentas de CBN servem para cortes
interrompidos bem como par usinagem de desbaste, de acabamento e usinagem fina.
Rugosidades inferiores a 1 µm são obtidos, dispensando a retificação.
4.5 - PARÂMETROS DE CORTE
4.5.1 - FORÇAS DE CORTE
Têm sido feito muitos estudos em relação às várias forças atuantes na usinagem e para
os diferentes tipos de máquinas-ferramentas, especialmente as forças exercidas pela
ferramenta de corte, as forças exercidas na ferramenta e as forças do material da peça sobre o
cavaco. Através da representação esquemática de uma operação de usinagem, mostrado
abaixo, e admitindo-se a formação de um cavaco contínuo e o corte superficial paralelo a
superfície original, a ferramenta exerce uma força resultante R sobre o cavaco, a qual pode ser
decomposta em duas componentes:
Fn = força normal a face da ferramenta de corte;
Ff = força de atrito do cavaco com a face da ferramenta de corte.
O cavaco deve ficar sujeito a uma reação R', igual e oposta, da peça no plano de
cisalhamento com as componentes Fn e Fs de cisalhamento ao longo do plano de
cisalhamento. A força R aplicada na ferramenta pode ser decomposta nas componentes Fc, na
28
direção do movimento da ferramenta e FL, normal a força Fc. As componentes FC e FL podem
ser medidas por meio de um dinamômetro.
A espessura do cavaco t2 pode ser medido e, conhecido a profundidade de corte ap e o
ângulo de saída do cavaco γγn , pode-se determinar o valor do ângulo de cisalhamento φ, com
boa aproximação, através da expressão φ =





arcseno
a
t
p
2
. A partir das forças FC e FL e dos
ângulos conhecidos γγn e φ, todas outras variáveis podem ser calculadas através de relações
trigonométricas.
FIGURA 4.60 - Forças atuante no corte.
O coeficiente de atrito “µ” entre o cavaco e a ferramenta de corte pode ser calculado
pela expressão µ
γ
γ
=
+ ⋅
− ⋅
F F
F F
L C n
C L n
tg
tg
.
29
4.5.2 - VELOCIDADE DE CORTE
A velocidade de corte é a velocidade periférica da peça em relação a ferramenta e, no
caso de torneamento, é expressa pela fórmula V
D n
c
m=
⋅ ⋅π
1000.
, cuja unidade é m/min quando
“Dm” é o diâmetro da peça usinada [mm] e “n” é a rotação da peça [rpm]. Taylor demonstrou
que a relação entre a vida da ferramenta e a velocidade de corte pode ser expressa
aproximadamente pela seguinte equação empírica:
V
Ct
c
v
nT
=
onde: Vc - velocidade de corte [m/min]
Tv - tempo efetivo de corte entre duas afiações sucessivas = tempo de vida da
ferramenta [min];
Ct - constante cujo valor depende de outras variáveis como máquina, ferramenta e
peça. Seu valor é numericamente igual a velocidade de corte que dá a ferramenta a vida de 1
minuto.
n - expoente cujo valor depende até certo ponto das outras variáveis: máquina,
ferramenta e processo.
Ferramenta Peça n
Aço Rápido Aço 0,125 a 0,167
FoFo 0,14 a 0,25
Latão 0,25
Cobre 0,13
Alumínio 0,41
Metal Duro Aço 0,2
FoFo 0,25
Alumínio 0,41
Cerâmica Aço 0,50
 Tabela - valores médios de n.
30
Material a usinar Aço Rápido com fluído Metal Duro a seco
SAE 1112 125 785
SAE 1020 116 680
SAE 3140 46 310
SAE 4140 47 300
SAE 4340 407
SAE 8640 80 331
Aço Inox 85 890
FoFo 170 Brinell 585
FoFo 183 Brinell 419
FoFo 207 Brinell 306
FoFo 215 Brinell 265
Tabela - valores de Ct para condições médias de corte.
Exercício: Qual a velocidade de corte recomendada para a usinagem, sob condições médias de
corte, de aço níquel-cromo SAE 3150, sendo desejável uma vida de 45 minutos.
a) ferramenta de aço rápido com fluido de corte;
b) ferramenta de metal duro.
A vida da ferramenta, para uma dada velocidade de corte, é evidentemente
influenciada pelas dimensões do corte. A relação empírica geral entre a velocidade de corte,
para uma vida da ferramenta de t minutos e o avanço e a profundidade de corte é expressa
usualmente sob a forma:
V
C
a
t
x yt
p n
=
⋅ f
Onde: Vt - velocidade de corte para uma vida de t minutos [m/min]
ap - profundidade de corte [mm]
fn - avanço por rotação ou avanço por dente [mm/r]
x e y são expoentes cujos valores médios na prática valem:
Aço →→ x = 0,14 e y = 0,42
Ferro fundido →→ x = 0,10 e y = 0,30
Esta equação permite deduzir dois fotos importantes da técnica de usinagem dos metais:
31
a) Quando se aumenta o avanço ou a profundidade de corte a velocidade deve ser reduzida
para manter a vida da ferramenta constante;
b) A velocidade de corte diminui numa proporção bem menor do que o aumento do avanço ou
da profundidade, resultando um volume de material removido, consideravelmente maior,
para um mesmo temo de vida da ferramenta.
Conclui-se, como lei geral: a combinação de uma profundidade máxima possível e um
grande avanço com baixa velocidade de corte determina uma alta taxa de remoção de
material durante uma dada vida da ferramenta. A aplicação desta regra é bastante vantajosa
na usinagem de desbaste de peças estáveis, em máquinas rígidas, que permitem operações decorte brandas. Os limites de aplicação desta regra são dados pelo progressivo pioramento do
aspecto da superfície usinada e pelo aumenta das forças de corte atuando sobre a ferramenta, a
peça e a máquina. No limite existirão problemas de qualidade de acabamento, dificuldade de
sujeição da peça que escorrega na placa, empenamento da peça, quebra da ferramenta,
deformações elásticas na máquina-ferrramenta.
4.5.3 - POTÊNCIA DE USINAGEM
As potências necessárias para a usinagem resultam como produtos das componentes da
força de usinagem pelas respectiva componentes da velocidade de corte. Os fatores que mais
influenciam a potência de usinagem são:
• velocidade de corte;
• dimensões do corte;
• ângulo de saída da ferramenta.
Potência de corte (Pc)
É a potência disponível no gume da ferramenta e consumida na operação de remoção
de cavacos, é ela que interessa nos cálculos de força e pressões específicas.
[ ]P
F
 CVc
c c=
⋅
⋅
V
60 75
32
Onde: Fc - força de corte [kgf];
Vc - velocidade de corte [m/min].
A força de corte pode ser expressa pela relação:
F k Sc c= ⋅ [N, kgf]
onde: fn - avanço por rotação [mm/r];
ap - profundidade de corte [mm];
kc - pressão específica de corte [N/mm
2], [kgf/mm2];
S - área da seção do cavaco - S p n= ⋅a f
e, assim, a fórmula pode ser reescrita como:
F kc c p n= ⋅ ⋅a f
Profundidade
ap [mm]
Avanço fn [mm/r]
0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 3,2
0,8 3.260 2.800 2.370
1,6 3.100 2.800 2.350 2.100
3,2 2.927 2.520 2.200 1.800 1.640
6,4 2.520 2.160 1.820 1.620 1.410
12,7 2.160 1.890 1.610 1.400
25,4 1.960 1.660 1.420
Tabela - Pressão especifica kc [N/mm2] para usinagem de aço 1020 (1 kgf = 9,81 N)
[ ]P
k
 kWc
c p n c=
⋅ ⋅ ⋅
⋅
V a f
60 1000
Onde: fn - avanço por rotação [mm/r];
ap - profundidade de corte [mm];
33
kc - pressão específica de corte [N/mm
2];
Vc - velocidade de corte [m/min].
Dividindo pelo rendimento, tem-se a potência útil.
Potência de avanço (Pa)
A potência de avanço é dada por:
[ ]P
F
 CVa
a a=
⋅
⋅
V
60 75
Onde: Fa - força de avanço [kgf];
Va - velocidade de avanço [mm/min].
Relação entre potência de corte e potência de avanço
[ ]P
F
F
 CVc
c c
a a
=
⋅ ⋅
⋅
1000 V
V
Potência fornecida pelo motor
P
P
m
e=
η
ηη= rendimento da máquina (60 a 80%)
P P Pm c a= +
ou seja,
34
[ ]P
P P
 CVm
c c a a=
⋅
⋅
+
⋅
⋅ ⋅
V V
60 75 1000 60 75
4.5.4 - REMOÇÃO DO MATERIAL
A quantidade de material removido (cavaco) é dado pela expressão abaixo:
Q V a fz c p n
3 cm= ⋅ ⋅ ⋅1000 [ / min]
Onde: fn - avanço por rotação [mm/r];
ap - profundidade de corte [mm];
Vc - velocidade de corte [m/min].
4.5.5 - TEMPO DE CORTE
O tempo de corte é dado pela expressão abaixo:
T
l
f nc
m
n
=
⋅
[min]
Onde: fn - avanço por rotação [mm/r];
n - rotação [rpm];
lm - comprimento usinado [mm].
4.5.6 - RENDIMENTO MÁXIMO
O máximo rendimento econômico da usinagem é obtido quando toda a potência
disponível na máquina ferramenta é utilizada, ao mesmo tempo que é assegurada uma vida
suficientemente longa para a ferramenta. Para um dado material a usinar, ambos os fatores,
vida da ferramenta e potência consumida, são funções das variáveis ferramenta. O problema
35
consiste pois, em ajustar estas variáveis de modo que a máquina seja integralmente
aproveitada e a vida da ferramenta seja máxima.
4.6 - SELEÇÃO DA FERRAMENTA DE CORTE
Em cada caso deve-se verificar qual a propriedade mais importante a ser exigida da
ferramenta. Estas propriedades são:
⇒ Dureza a frio e a quente;
⇒ Resistência à compressão e a flexão;
⇒ Tenacidade;
⇒ Resistência a abrasão;
⇒ Estabilidade química.
A tenacidade é fundamental nos seguintes casos: impactos devidos a cortes
interrompidos ou pontos duros no material; alta pressão nas ferramentas devido a avanços e
profundidades de cortes grandes; vibrações, esforços de flexão grandes devidos ao balanço
excessivo da ferramenta ou pequena seção transversal da mesma. A dureza a quente e
resistência à abrasão é fundamental na usinagem com altas velocidades de corte ou no
trabalho de materiais de difícil usinabilidade. A dureza a frio é a qualidade mais importante
na usinagem de materiais de pequena resistência, à baixa velocidade.
1. Na usinagem de plásticos, alumínio e magnésio, em que mesmo com altas velocidades não
se estabelecem temperaturas superiores a 450 °C, o emprego do aço rápido comum 18-4-1 dá
resultados iguais ou superiores ao aço rápido com cobalto. O metal duro dá excelentes
36
resultados, pois a baixa resistência destes materiais não exige tenacidade, mas apenas alta
dureza a frio da ferramenta.
2. Se a máquina não tem potência ou velocidade suficiente para operar nas velocidades
recomendadas para o metal duro, o aquecimento do gume cortante não será da ordem de
colocar-se a dureza a quente como propriedade fundamental. Nestas condições, talvez, a
tenacidade do gume seja mais importante, pois a pressão do cavaco se estabelece mais
próxima do gume quanto mais baixa a velocidade de corte e menor avanço.
Efetivamente, o metal duro empregado em baixas velocidade de corte dá um
acabamento ruim a peça e a ferramenta tem uma vida muito curta. Verifica-se, também muitas
vezes, que a durabilidade de uma ferramenta de aço rápido ao cobalto, usinando aço doce, é
maior com velocidade de 50 m/min do que com 30 m/min.
3. O emprego de cerâmica exige máquinas com velocidades elevadas. A máquina deve ser
rígida sem qualquer vibração. Isto explica porque a descoberta de novas ferramentas exigiu o
projeto e a construção de novas máquinas-ferramentas, de características apropriadas ao
aproveitamento integral das vantagens oferecidas pelas ferramentas.
4. Ferramentas com gume de corte muito grande, como ferramentas de forma exigem um alto
grau de tenacidade. O metal duro raramente poderá ser aplicado nestes casos.
Na opção de uso de aço comum e aço rápido como ferramenta de corte para
torneamento, por exemplo, a velocidade de corte é diretamente proporcional a rotação da peça
e o número de rotações da árvore do torno não pode ser adotado arbitrariamente pelo
operador. A sua determinação depende de alguns fatores, dentre os quais são de grande impor-
tância a espécie do material a tornear, a espécie do material da ferramenta de corte, o diâmetro
da peça, o tipo de operação (desbaste ou acabamento). Por exemplo, para tornear material
macio, usa-se rotação maior do que para material duro. Para um mesmo material a tornear,
emprega-se maior número de rotações quando a ferramenta é de aço rápido, do que no caso de
37
ser a ferramenta de aço ao carbono. Os gráficos abaixo mostram a relação do diâmetro da
peça, material e rotação recomendada.
20 40 60 80 100
0
50
100
150
200
250
300
DESBASTE COM FERRAMENTA DE CORTE DE AÇO CARBONO
 Ferro fundido e aço duro
 Aço doce
 Aço semi-duro
 Bronze
 Alumínio e latão
R
ot
aç
õe
s 
do
 e
ix
o 
(r
pm
)
Diâmetro (mm)
20 40 60 80 100
0
100
200
300
400
500
R
ot
aç
õe
s 
do
 e
ix
o 
(r
pm
)
DESBASTE COM FERRAMENTA DE CORTE DE AÇO RÁPIDO
 Ferro fundido
 Aço doce e bronze
 Aço semi-duro
 Aço duro
 Alumínio e latão
Diâmetro (mm)
a) b)
FIGURA 4.61 - Curvas de rotações do eixo x diâmetro da peça para desbaste em torno.
38
20 40 60 80 100
0
50
100
150
200
250
300
350
ACABAMENTO COM FERRAMENTA DE CORTE DE AÇO CARBONO
 Ferro fundido e aço semi-duro
 Aço doce
 Aço duro
 Bronze
 Alumínio e latão
R
ot
aç
õe
s 
do
 e
ix
o 
(r
pm
)
Diâmetro (mm)
20 40 60 80 100
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
ACABAMENTO COM FERRAMENTA DE CORTE DE AÇO RÁPIDO
 Ferro fundido
 Aço doce e bronze
 Aço semi-duro
 Aço duro
 Alumínio e latão
R
ot
aç
õe
s 
do
 e
ix
o 
(r
pm
)
Diâmetro (mm)
a) b)
FIGURA 4.62 - Curvas de rotações do eixo x diâmetro da peça para acabamento em
torno.
4.6.1 - USINABILIDADE DOS MATERIAIS
Chama-se usinabilidade a propriedade dos materiais de deixarem-se trabalhar com
ferramentas de corte. Na usinagem verifica-se que os materiais se comportam de mododiferente, sendo que alguns podem ser usinados facilmente enquanto que outros oferecem uma
série de problemas ao operador. Entre os problemas mais freqüentes estão:
1. Desgaste rápido da ferramenta;
2. "Empastamento" ou "enganchamento" da ferramenta pelo material da peça;
3. Lascamento do gume de corte;
4. Acabamento superficial ruim;
5. Necessidade de grandes forças e potências de corte.
39
Os critérios mais utilizados para a avaliação da usinabilidade são:
1. Vida da ferramenta entre duas afiações sucessivas;
2. Grandeza das forças que atuam sobre a ferramenta e da potência consumida;
3. Qualidade do acabamento superficial obtido por usinagem;
4. Facilidade de formação de cavaco.
4.6.2 - ÍNDICE DE USINABILIDADE
O índice de usinabilidade é uma grandeza que expressa as características do material
durante o corte sob condições pré-estabelecidas. Não é uma grandeza absoluta, como a
resistência à tração dos materiais, mas uma grandeza percentual relacionada com um material
chamado padrão. Pela classificação americana o material padrão (de fácil usinagem) é o aço
SAE 1112 (0,13% C, 0,70 a 1,0% Mn, 0,07 a 0,12% P, 0,16 a 9,23% S), adotando-se para este
material um índice de usinabilidade de 100.
Na tabela abaixo, tem-se o índice de usinabilidade de diversos aços e ferros fundidos,
eles exprimem as velocidades de corte relativas que podem usar para um dado material, a fim
de obter-se a mesma vida da ferramenta quando da usinagem do aço SAE 1112. Com estes
índices, tendo-se determinado uma velocidade de corte para um dado material, numa operação
de características dadas, pode-se determinar qual a velocidade apropriada a ser usada com
qualquer um dos materiais da lista, na mesma operação ou sob condições semelhantes.
Tomando como exemplo que o torneamento de um aço ABNT 1020 (IU = 65) com velocidade
de corte de 40 m/min deu tempo de vida da ferramenta de 2 horas, a velocidade de corte para
um aço ABNT 4340 (IU = 45), para o mesmo tempo de vida da ferramenta é dado pela
expressão V Vc c
4340
1020
IU
IU4340 1020
= ⋅ , no qual a velocidade é 27,69 m/min.
40
Classe I
(IU > 70)
Classe II
55 < IU < 60
Classe III
40 < IU < 50
Classe IV
IU < 40
1109 85 1141 65 1008 55 2515 30
1115 85 1020 65 1010 55 3310 40
1117 85 1030 65 1015 60 52000 30
1118 80 1035 65 1050 50 9315 40
1120 80 1040 60 1070 45 Aço ferramenta 30
1132 75 1045 55 1320 50 Aço rápido 35
1137 70 2317 55 1335 50 Aço inox 25
1022 70 3120 60 1340 45
1016 70 3130 55 2330 50
1111 95 3140 55 2340 45
1112 100 4032 65 3145 50
1113 135 4037 65 4150 50
4022 70 4042 60 4340 45
FoFo
maleável
comum
70 4047 55 6120 50
FoFo macio 80 4130 65 6145 50
FoFo duro 40 4137 60 6152 45
Tabela - Índice de usinabilidade de diversos tipos de aço e ferro fundido.
4.6.3 - ESCOLHA DA FERRAMENTA DE TORNEAMENTO COM
PASTILHAS
Utilizando catálogos de fabricante, a escolha é facilitada. Há vários fabricantes de
pastilhas de corte e de ferramentas de fixação. Tomando-se como base o catálogo da Sandvik,
segue-se os seguintes passos para a escolha da ferramenta.
1. Considerar o material a usinar. Considerar o material da peça a usinar conforme ISO (P -
aços, M - aços inoxidáveis e ferro fundido branco e K - ferro fundidos cinzentos e
nodulares);
2. Selecionar o sistema de fixação mais apropriado para a operação ou escolher primeiro a
pastilha. Em caso de dificuldades para encontrar uma pastilha adequada para o porta-
ferramenta selecionado, é melhor escolher primeiro a pastilha e depois o porta-ferramenta,
ou até mesmo um sistema diferente porta-ferramenta/fixação.
41
FIGURA 4.63 - Tipos de fixação de pastilhas com porta-ferramentas.
- Definir o tipo de aplicação (F - acabamento, M - usinagem média ou, R - desbaste) e
escolher a geometria da pastilha,
- Definir as condições de usinagem (boas, média ou, difíceis) e escolher a classe da pastilha.
Exemplo de condições boas de usinagem é aço laminado a quente e, exemplo de
condições difíceis de usinagem é aço fundido (tem a superfície irregular como rebarbas de
fundição).
42
Para escolher a pastilha correta para a sua operação deve-se levar em consideração a
forma, tamanho, raio de ponta e classe da pastilha.
3. Escolher os dados de corte. Velocidades de corte e avanços para diferentes materiais são
mostrados nas embalagens das pastilhas, o que torna mais fácil a programação dos dados
de corte.
Exemplo: Fazer operações de torneamento em um aço ABNT 1020 utilizando
pastilhas de corte para desbaste médio e as roscas com ferramenta de aço rápido conforme o
desenho abaixo. Material da peça - aço ABNT 1020.
FIGURA 4.64 - Detalhe da peça a ser usinado.
Para a seleção da ferramenta de corte deveria se levar em conta também a habilidade
do operador para a execução da peça. Quando o operador é inexperiente, o material da
ferramenta de corte deve ser o mais tenaz possível, quando o operador é experiente, o material
da ferramenta de corte pode ter maior resistência ao desgaste (menos tenaz). Para este
exercício, será considerando que o operador é meio experiente e, por isto, será escolhido que o
material da ferramenta de corte deverá ter propriedade mecânica intermediária para a
usinagem da peça. As figuras abaixo mostram recomendações do material da pastilha (classe
da pastilha) para usinagem de aços comuns (P) e aços inoxidáveis (M). Exemplo a classe da
pastilha CG4025 corresponde às condições intermediárias entre tenacidade e resistência ao
desgaste. É uma classe de metal duro com cobertura CVD (deposição química de vapor). A
43
cobertura espessa e resistente ao desgaste e o substrato tenaz com boa segurança da aresta
torna uma classe de uso geral de alta performance para aplicações para desbaste médio e leve
em aços.
FIGURA 4.65 - Monograma para escolha do material da pastilha para usinagem de
aços.
FIGURA 4.66 - Monograma para escolha do material da pastilha para usinagem de aços
inoxidáveis e ligas resistentes ao calor.
Seguindo os passos de escolha da ferramenta, definição do material da peça seguido da
escolha do sistema de fixação (cunha-grampo), a pastilha será codificada segundo a ISO, cujo
código consiste de 9 símbolos, incluindos os símbolos 8 e 9 que são usados quando
necessário. O fabricante pode também acrescentar dois símbolos a mais (12), conforme a
representação abaixo.
44
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Classe da pastilha
1. Formato da pastilha - representado por letra;
2. Ângulo de folga - representado por letra;
3. Tolerâncias para s e iC/iW (s - espessura da pastilha, iC - diâmetro do círculo inscrito, iW)
- representado por letra;
4. Tipo de pastilha - representado por letra;
5. Tamanho da pastilha = comprimento da aresta de corte (mm) - representado por número;
6. Espessura da pastilha (mm) - representado por número;
7. Raio de ponta - representado por número;
8. Condições da aresta de corte - representado por letra;
9. Versão da ferramenta - representado por letra (opcional - quando necessário);
10. Largura do chanfro - representado por número;
11. Ângulo do chanfro - representado por número;
12. Opção do fabricante - representado por duas letras. PF = ISO P - Acabamento, PR = ISO P
- Desbaste.
Exemplo:
T N M G 16 04 08 S R 010 20 PF GC4035 (HT)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Classe da pastilha
1. Formato da pastilha
45
2. Ângulo de folga
3. Tolerância ± para s e iC/iW
Classe s iC/iW
G ±0,025
M ±0,13 ±0,05 - ±0,15
U ±0,08 - ±0,25
Círculo inscrito
iC (mm)
Tolerância da classe
M U
3,97
5,0
5,56
6,0
6,35 ±0,05 ±0,08
8,0
9,525
10,0
12,0 ±0,08 ±0,13
12,7
15,875
16,0 ±0,10 ±0,18
19,05
20,0
25,0 ±0,13 ±0,25
46
32,0 ±0,15 ±0,25
4. Tipo de pastilha
5. Tamanho da pastilha (mm)
C D R S T V W
iC
3,97 06
5,0 05
5,56 09
6,0 06
6,35 06 07 11 11
8,0 08
9,525 09 11 09 09 16 16 06
10,0 10
12,0 12
12,7 12 15 12 12 22 22 08
15,875 16 15 15 27
16,0 16
19,05 19 19 19 33
20,0 20
25,0 25
32,0 32
47
6. Espessura da pastilha - s (mm)
01 - s = 1,59
T1 - s = 1,98
02 - s = 2,3803 - s = 3,18
T3 - s = 3,97
04 - s = 4,76
05 - s = 5,56
06 - s = 6,35
07 - s = 7,94
09 - s = 9,52
10 - s = 10,00
12 - s = 12,00
7. Raio de ponta - rε (mm)
00 - rε = pastilha redonda
04 - rε = 0,4
08 - rε = 0,8
12 - rε = 1,2
16 - rε = 1,6
24 - rε = 2,4
8. Condições da aresta de corte
48
9. Versão da ferramenta
10. Largura do chanfro
010 - bγn 0,10
025 - bγn 0,25
070 - bγn 0,70
150 - bγn 1,50
200 - bγn 2,00
11. Ângulo de chanfro
15 - γn 0,10
20 - γn 0,25
Procurando no catálogo do fabricante, observa-se que a pastilha de classe GC4025 tem
as propriedades mecânicas, de tenacidade e resistência ao desgaste, intermediárias. Logo da
tabela abaixo, parte do catálogo, obtém-se para usinagem de aço ABNT 1020 - (CMC 01.1)
ISO - P - as recomendações de avanço e velocidades de corte com uso de refrigeração.
49
ISO CMC Material Kc 0,4 Dureza Brinel GC4025
(N/mm2) (HB) Avanço, fn (mm/r)
0,1 - 0,4 -0,8
Velocidade de corte, VC
(m/min)
01.1 C = 0,1 - 0,25% 2.000 125 475 - 325 - 225
01.2 C = 0,25 - 0,55% 2.100 150 430 - 290 - 205
01.3 C = 0,55 - 0,80% 2.180 170 410 - 275 - 195
P 02.1 Não endurecido 2.100 180 450 - 300 - 210
02.2 Temperado 2.775 275 290 - 205 - 155
02.2 Temperado 2.775 350 240 - 170 - 130
03.11 Aço liga recozido 2.500 200 285 - 195 - 145
03.21 Aço ferramenta 3.750 325 130 - 90 - 70
Pode-se verificar, em tabela do fabricante, que não se encontra todos os dados de corte
para as diferentes dureza de materiais. Da tabela abaixo pode-se extrair que para usinagem de
desbaste médio (PM), para esta classe de pastilha, para um material da peça CMC 01.2, de
dureza HB = 150, os valores recomendados são: ap = 3 mm; fn = 0,3 mm/r e VC = 325 m/min,
(ap = 10 x fn ) conforme a tabela abaixo.
ISO CMC Material Aplicação rε ap fn VC
mm mm mm m/min
01.2 Aço carbono Acabamento fino QF 4015 04 0,5 0,12 430
Sem liga Acabamento PF 4015 08 0,4 0,2 395
C = 0,25 - Usinagem média PM 4025 08 3,0 0,3 325
 0,55% Desbaste leve PR 4025 12 4,0 0,4 290
Desbaste PR 4025 12 5,0 0,5 260
Desbaste pesado HR 4025 16 10,0 0,8 205
02.1 Aço baixa liga Acabamento fino QF 4015 04 0,5 0,12 465
Acabamento PF 4015 08 0,4 0,2 425
Usinagem média PM 4025 08 3,0 0,3 330
P Desbaste leve PR 4025 12 4,0 0,4 290
Desbaste PR 4025 12 5,0 0,5 265
Desbaste pesado HR 4025 16 10,0 0,8 210
03.11 Aço alta liga Acabamento fino QF 4015 04 0,5 0,12 340
Acabamento PF 4015 08 0,4 0,2 295
Usinagem média PM 4025 08 3,0 0,3 220
Desbaste leve PR 4025 12 4,0 0,4 195
Desbaste PR 4025 12 5,0 0,5 180
Desbaste pesado HR 4025 16 10,0 0,8 145
50
As seguintes recomendações de profundidade de corte - ap - em função do avanço para
diferentes materiais da ferramenta de corte é dado abaixo:
- Aço carbono - ap = (1 a 3) x fn;
- Aço rápido - ap = (3 a 6) x fn;
- Metal duro - ap = (6 a 10) x fn;
- Cerâmicos - ap = (10 a 15) x fn.
Exercício: Verificar os dados da pastilha de código CNMG 120408 FR01015 PR GC4035
4.6.4 - DESGASTE E FALHA DA FERRAMENTA DE CORTE
Nenhum material de ferramenta é capaz de resistir integralmente, e por tempo longo,
aos efeitos de contato e escorregamento sob altas temperaturas e pressões na usinagem sem
que sofra desgaste e alterações na forma ou nos seus contornos. A ferramenta desgasta-se
progressivamente e acaba por ficando sem fio - cega. Esse desgaste pode apresentar-se de
várias maneiras distintas a seguir com as causas e soluções possíveis:
1. Desgaste de flanco com entalhe;
a. Desgaste rápido de flanco causando
acabamento superficial de má qualidade
ou fora da tolerância.
b/c. Desgaste tipo entalhe causando
acabamento superficial de má qualidade e
risco de quebra da aresta.
FIGURA 4.67 - Desgaste de flanco com entalhe.
51
Causa Solução
a. Velocidade de corte mito alta ou resistência
ao desgaste insuficiente.
Reduzir a velocidade de corte. Selecionar uma
classe mais resistente ao desgaste.
Selecionar urra classe com cobertura de
Al2O3.
b/c. Oxidação Selecionar uma classe com cobertura de
Al2O3. Para materiais endurecidos, selecionar
um ângulo de posição menor ou uma classe
mais resistente ao desgaste.
b/c. Atrito Reduzir a velocidade de corte (Quando usinar
materiais resistentes ao calor com cerâmicas,
aumentar a velocidade de corte).
c. Oxidação Selecionar uma classe de cermeto.
2. Craterização;
Excessiva craterização causando o
enfraquecimento da aresta. A quebra da aresta
de corte na área em uso causa acabamento
superficial de má qualidade.
FIGURA 4.68 - Craterização.
Causa Solução
Desgaste por atrito devido a temperatura
elevada no corte na face de topo.
Selecionar uma classe com cobertura de
Al2O3.
Selecionar uma pastilha da geometria
positiva.
Reduzir primeiro a velocidade para obter uma
temperatura mais baixa, depois reduzir o
avanço.
52
3. Deformação plástica;
Deformação plástica
a - depressão da aresta,
b - impressão no flanco,
levando a um mal controle de cavacos e
acabamento superficial insatisfatório. Risco
de desgaste excessivo no flanco levando à
quebra da pastilha.
FIGURA 4.69 - Deformação plástica.
Causa Solução
Temperatura de corte muito alta combinada
com alta pressão.
Selecionar uma classe mais dura com melhor
resistência à deformação plástica.
a - Reduzir a velocidade;
b - Reduzir o avanço;
4. Aresta postiça;
Aresta postiça causando acabamento
superficial insatisfatório e microlascas na
aresta de corte quando a aresta postiça é
removida.
FIGURA 4.70 - Aresta postiça.
53
Causa Solução
O material da peça é soldado à pastilha devido
a:
- Baixa velocidade de corte. Aumentar velocidade de corte.
- Geometria de corte negativa. Selecionar uma geometria positiva.
5. Martelamento de cavacos;
A parte da aresta de corte que não está em uso
é danificada pelo martelamento de cavacos. A
face de topo e o suporte da pastilha podem ser
danificados.
FIGURA 4.71 - Martelamento de cavacos.
Causa Solução
Os cavacos são desviados contra a aresta de
corte.
Mudar o avanço.
Selecionar uma geometria alternativa de
pastilha.
6. Microlascas;
Pequenas fraturas na aresta de corte
(microlascas) causando acabamento
superficial insatisfatório e desgaste excessivo
no flanco.
FIGURA 4.72 - Microlascas.
54
Causa Solução
Classe muito quebradiça. Selecionar uma classe mais tenaz.
Geometria da pastilha muito fraca. Selecionar uma pastilha com uma geometria
mais robusta (chanfros maiores para pastilhas
de cerâmica).
Aresta postiça. Aumentar a velocidade de corte ou selecionar
uma geometria positiva.
Reduzir o avanço no início do corte.
7. Fissuras térmicas;
Pequenas fissuras perpendiculares à aresta de
corte, causando microlascas e acabamento
superficial insatisfatório.
FIGURA 4.73 - Fissuras térmicas.
Causa Solução
Fissuras térmicas devido a variações de
temperatura causadas por:
- Usinagem intermitente. Selecionar uma classe mais tenaz com melhor
resistência a choques térmicos.
- Variação no fornecimento de refrigerante. O refrigerante deve ser aplicado em
abundância ou não ser usado.
8. Quebra da pastilha;
55
Quebra da pastilha que danifica não só a
pastilha, mas também o calço e a peça.
FIGURA 4.74 - Quebra da pastilha.
Causa Solução
Classe muito quebradiça. Selecionar uma classe mais tenaz.
Carga excessiva sobre a pastilha. Reduzir o avanço e/ou a profundidade de
corte.
Geometria da pastilha muito fraca. Selecionar uma geometria mais forte,
preferencialmente uma pastilha de face única.
Pastilha muito pequena. Selecionar uma pastilha mais espessa.
4.6.5 - CRITÉRIOS PARA DETERMINAÇÃO DO FIM DE VIDA DA
FERRAMENTA
À medida que a ferramenta vai-se desgastando, observam-se variações mais ou menos
profundas no processo de usinagem. A temperatura eleva-se progressivamente, a força e a
potência consumida aumentam, as dimensões da superfície usinada se alteram, o acabamento
superficial piora. Em condições extremas, ocorre um faiscamento intenso no corte, a
superfície usinada apresenta-se áspera. Com ferramentas de aço rápido, ocorre um
sobreaquecimento do gume, que amolece e fica com aspecto de queimado, ao mesmo tempo
que ocorre, um