Aula sobre Materiais para ferramentas de usinagem

1. Processos de Usinagem
Prof. Daniel Alves de Andrade
AULA 07
1

2. ABRINDO UM PARÊNTESES...................
VIDEO DA HISTÓRIA DAS MÁQUINAS OPERATRIZES

3. AVARIAS E DESGASTES DA
FERRAMENTA

4. AVARIAS E DESGASTES DA FERRAMENTA
Dependendo das grandezas de entrada do processo de
usinagem, a ferramenta sofrerá uma determinada carga
mecânica e térmica.
Esta elevada solicitação da ferramenta conduz aos chamados
desgastes ou avarias.
Desgaste é o fenômeno progressivo nas superfícies da
ferramenta em função da ação de cortar, que muda a forma e,
portanto a geometria original da ferramenta.

5. AVARIAS E DESGASTES DA FERRAMENTA
Quanto aos desgastes, os mesmos são resultantes de vários
mecanismos distintos, dependendo da natureza do material
usinado e das condições de usinagem, predominará um ou outro
dos mecanismos sobre os demais.
Isto depende do material da peça e da ferramenta, da operação
de usinagem, das condições de corte, da geometria da
ferramenta e do emprego e da eficiência da aplicação de fluido
de corte.

6. MECANISMOS DE DESGASTE E AVARIA
Abrasão: envolve a perda de material por microsulcamento,
microcorte ou microlascamento, causado por partículas de
elevada dureza relativa. Estas partículas podem estar contidas
no material da peça (óxidos, carbetos e outros), ou são
partículas da própria ferramenta arrancadas de alguma forma.

7. Abrasão Mecânica
A abrasão ( ou atrito) mecânica é uma das principais causas de
desgaste da ferramenta.
•O desgaste gerado pela abrasão é incentivado pela presença de
partículas duras no material da peça e pela temperatura de
corte, que reduz a dureza da ferramenta.
•Assim, quanto maior a dureza a quente da ferramenta, maior
sua resistência ao desgaste abrasivo.
•As vezes, partículas duras arrancadas de outra região da
ferramenta por aderência ou mesmo por abrasão e arrastadas
pelo movimento da peça, causam o desgaste abrasivo em uma
área adjacente da ferramenta.

8. MECANISMOS DE DESGASTE E AVARIA
Difusão: transferência de átomos de um material para outro,
é dependente da temperatura e solubilidade dos elementos
da zona de fluxo. A área desgastada, quando observada no
microscópio, é lisa. A taxa de desgaste aumenta com a
velocidade de corte e o avanço.

9. Difusão
A difusão entre ferramenta e cavaco é um fenômeno
microscópico ativado pela temperatura na zona de corte.
A difusão no estado sólido consiste na transferência de átomos
de um metal a outro.
Depende da temperatura, da duração do contato e da afinidade
físico-química dos dois metais envolvidos.

10. Difusão
A difusão dos átomos de ferro do aço do cavaco para a
ferramenta, principalmente se esta for de metal duro, muda as
condições de equilíbrio entre os elementos constituintes da
mesma, levando a uma reação química entre eles.
Estas reações químicas, no caso de metal duro, provocam a
formação de carbonetos complexos (Fe W C26), que são menos
resistentes e são rapidamente removidos por abrasão.

11. MECANISMOS DE DESGASTE E AVARIA
Oxidação: gerada pelas altas temperaturas e presença de ar e
água, são originados óxidos complexos de tungstênio, cobalto
e ferro, que em decorrência de sua expansão volumétrica, em
relação ao WC, constituem-se elevações na superfície da
ferramenta, facilitando o lascamento e a quebra da aresta de
corte (entalhes).

12. MECANISMOS DE DESGASTE E AVARIA
Fadiga: variação nas forças ou na temperatura podem
fragilizar a ferramenta (trincas) levando-a à ruptura. Além da
ação cíclica, este fenômeno é provocado por variações na
temperatura causadas pelo acesso irregular do refrigerante de
corte.

13. MECANISMOS DE DESGASTE E AVARIA
Aderência: duas superfícies metálicas postas em contato
sob cargas moderadas, forma-se entre elas um extrato
metálico, de elevada resistência. Sob estas condições
fragmentos microscópicos são arrancados da superfície da
ferramenta e arrastados juntos com o fluxo e material.

14. Aderência
Também causada pelas baixas temperaturas e baixas velocidades
de corte, forma-se entre elas um extrato metálico que provoca
aderência.
A resistência deste extrato é elevada a tal ponto que, na tentativa
de separar as superfícies, ocorre ruptura em um dos metais e não
na superfície de contato.
O fenômeno da aderência esta presente na formação da aresta
postiça de corte, mas pode-se ter desgaste por aderência mesmo
sem a formação da aresta postiça.

15. MECANISMOS DE DESGASTE
Aresta Postiça de Corte:
Forma-se na superfície de
contato entre o cavaco e a sup.
de saída.
Uma camada de cavaco que
permanece aderente à aresta de
corte.
Em função dos esforços a
camada solda-se à ferramenta, o
fluxo provoca encruamento, a
APC cresce e depois se
desprende.

16. Mecanismos Causadores do Desgaste da
Ferramenta
Aresta Postiça de Corte.
Figura 6.9 – Aresta Postiça de Corte

17. Fig. 6.10 – Desgaste Frontal X Velocidade de Corte
Mostrando a região de formação da Aresta Postiça de Corte

18. PROVIDÊNCIAS – ARESTA POSTIÇA
Aumente a velocidade de corte e o avanço.
Não utilize refrigeração.
Selecione um quebra-cavacos mais positivo.

19. DESGASTES DA FERRAMENTA
Desgaste de Flanco ou Largura do desgaste na superfície
principal de folga (VB): é o desenvolvimento de uma zona de
desgaste da ferramenta devido à ação abrasiva existente entre a
ferramenta e a superfície nascente gerada na peça pela usinagem.

20. Desgaste Frontal ( ou de flanco)
ocorre na superfície de folga da ferramenta,
causado pelo contato entre ferramenta
peça. É o tipo de desgaste mais comum.
Todo processo de usinagem causa
desgaste frontal (figura 6.1)
Figura 6.1 – Desgaste Frontal

21. PROVIDÊNCIAS - FLANCO
Reduza a velocidade de corte.
Selecione uma classe mais resistente ao desgaste.

22. DESGASTES DA FERRAMENTA
Desgaste de Cratera ou Desgaste na superfície de saída da
ferramenta (KT) : a principal causa do desgaste de cratera é a
difusão, uma vez que ocorrem elevadas temperaturas na interface
cavaco/sup. de saída, assim sendo o desgaste aumenta com o
aumento das condições de corte (Vc).

23. b) Desgaste de Cratera
É o tipo de desgaste que ocorre na superfície de saída
da ferramenta, causado pelo atrito entre a ferramenta e
o cavaco (figura 6.2)
Não ocorre em todos os processos de usinagem, como
ferramentas de metal duro recoberto, ferramentas de
cerâmica e quando o material da peça é frágil (gera
cavacos curtos).
Figura 6.2 – Desgaste de Cratera

24. PROVIDÊNCIAS - CRATERA
Utilize refrigeração.
Selecione uma classe mais resistente ao desgaste.
Reduza a velocidade de corte e o avanço.

25. MEDIDAS DE DESGASTES

26. DESGASTES DA FERRAMENTA
Entalhes: originam-se principalmente nas extremidades da aresta
de corte, o que pode desencadear a deterioração prematura da
aresta da ferramenta.
A morfologia do entalhe depende em grande parte da precisão de
posicionamento da aresta de corte. Pode ocorrer tanto na
superfície principal de folga como na superfície secundária de
folga da ferramenta.

27. DESGASTES DA FERRAMENTA
O entalhe ocorre principalmente na usinagem de materiais
resistentes a altas temperaturas (ligas de níquel, titânio, cobalto e
aço inoxidável), devido à abrasão, difusão e “attrition”,
influenciada pelas interações com a atmosfera (oxidação).

28. PROVIDÊNCIAS - ENTALHE
Reduza a velocidade de corte.
Reduza a taxa de avanço.
Selecione ferramenta com um ângulo de posição menor.

29. AVARIAS DA FERRAMENTA
Quebras: a ruptura da ponta da ferramenta é originada pela ação de
elevados esforços de usinagem.
Podem ser causadas pelo uso de material de corte quebradiço,
ocorrência de corte interrompido, parada do corte sem a retirada
prévia da ferramenta, além de ε e β pequenos.

30. Quebra
Como foi visto, todos os desgastes e avarias da ferramenta, ao
crescerem podem gerar a quebra da ferramenta.
Fig.6.7 - Quebra da ferramenta
Algumas vezes, porém, a quebra (figura 6.7) pode ocorrer
inesperadamente devido à alguns fatores como:
Ferramenta muito dura, carga excessiva sobre a ferramenta,
raio da ponta, ângulo de ponta ou ângulo de cunha pequenos,
corte interrompido, parada instantânea do movimento de corte,
etc...

31. Quebra
A quebra da ferramenta ocasiona não somente
dano na ferramenta, mas também no porta-
ferramenta e na própria peça.

32. EXEMPLOS DE QUEBRA

33. PROVIDÊNCIAS – QUEBRA
Reduza a taxa de avanço e a profundidade de usinagem.
Selecione uma classe mais tenaz.
Selecione um quebra-cavacos mais resistente.
Selecione uma pastilha mais espessa.

34. AVARIAS DA FERRAMENTA
Lascamento: é o desprendimento de lascas ou lascamento de finas
partículas da aresta cortante causados principalmente pelo choque
térmico (corte interrompido por exemplo), são mais frequentes em
ferramentas que apresentam maior dureza.

35. Lascamento
É um tipo de avaria da ferramenta, pois ao contrário dos
desgastes frontal e de cratera que retiram continuamente
partículas muito pequenas da ferramenta, no lascamento (figura
6.4), partículas maiores são retiradas de uma só vez, podendo
levar até a quebra da ferramenta.
Ocorrem principalmente em ferramentas com material frágil
e/ou quando a aresta de corte é pouco reforçada, sobretudo em
pastilhas cerâmicas e de metal duro com recobrimento

36. EXEMPLOS DE LASCAMENTO

37. PROVIDÊNCIAS – LASCAMENTO
Aumente a velocidade de corte e reduza o avanço.
Selecione um quebra-cavacos mais resistente.
Selecione uma classe mais tenaz.
Minimize as vibrações do sistema.

38. AVARIAS DA FERRAMENTA
Deformação Plástica:
É uma avaria da ferramenta em função de elevadas pressões e
temperaturas, gerando deformação plástica da aresta de corte,
que toma uma forma bem típica.

39. Deformação Plástica da Aresta de Corte
Muitas vezes, a pressão aplicada à ponta da ferramenta somada à
alta temperatura gera deformação plástica da aresta de corte
(figura 6.3).
Figura 6.3 – Deformação Plástica
da Aresta de Corte
Tais deformações provocam deficiências do controle de cavacos e
deterioração do acabamento superficial da peça.
O crescimento desta deformação pode gerar a quebra da aresta de
corte.

40. AVARIAS DA FERRAMENTA
Deformação Plástica:
Ocorre principalmente quando a ferramenta trabalha com
elevados avanços, levando então a grandes esforços de usinagem,
a ferramenta pode vir a sofrer uma deformação plástica ou
mesmo uma quebra
Tais deformações provocam deficiências do controle de cavacos e
deterioração do acabamento superficial da peça. Ocorre
principalmente nos casos em que a ferramenta tem baixa
resistência à deformação e suficiente tenacidade.

41. É evitada pelo emprego de uma ferramenta com maior dureza a
quente e maior resistência à Deformação Plástica, ou pela
mudança das condições de usinagem e/ou geometria da
ferramenta, visando a diminuição dos esforços e da temperatura
de corte.
Como evitar a Deformação Plástica da
Aresta de Corte?

42. EXEMPLOS DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

43. PROVIDÊNCIAS – DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
Utilize refrigeração.
Selecione uma classe mais resistente ao desgaste.
Reduza a velocidade de corte e o avanço.

44. AVARIAS DA FERRAMENTA
Trincas: quando da ocorrência do
corte interrompido, variação da
espessura de corte ou acesso
irregular do fluido de corte, tais
fatores podem provocar variação
na temperatura e esforços de
corte.
As trincas transversais se
apresentam na sup. de folga,
enquanto que as perpendiculares
à aresta podem ocorrer também
na sup. de saída.

45. Trincas
São causadas pela variação da temperatura e/ou pela variação
dos esforços mecânicos.
Quando tem origem térmica, elas ocorrem perpendicularmente
à aresta de corte (figura 6.5)
•Figura 6.5 – Trincas de Origem Térmica

46. Trincas
As trincas quando tem origem mecânica são
paralelas à aresta –Figura 6.6.
Figura 6.6
Trincas de Origem Mecânica

47. AVARIAS - TRINCAS

48. PROVIDÊNCIAS - TRINCAS
Utilize refrigeração abundante ou usine sem fluido.
Reduza a velocidade de corte e o avanço.

50. Resumo