Avarias, desgastes e vida útil de ferramentas de corte

Avarias e
desgastes
Prof. Me. Lucas Aninger USINAGEM II 1

Definições e generalidades
 A propriedade dos materiais de se deixarem trabalhar com
ferramentas de corte denomina-se usinabilidade;
 Vários materiais apresentam dificuldades para serem usinados por
remoção de cavacos, o que provoca problemas ao operador;
 Dentre os problemas ocorrentes, pode-se citar: desgaste rápido ou
super-aquecimento da ferramenta, “empastamento ou
“enganchamento” da ferramenta pelo material da peça,
“lascamento” do gume de corte, mau acabamento superficial da
peça usinada, necessidade de grandes forças ou potências de corte,
etc;

 Fatores que influem na usinabilidade:
 Variáveis dependentes da máquina:
 rigidez estática da máquina, do porta-ferramenta e do dispositivo de
sujeição da peça;
 rigidez dinâmica: amortecimento e frequências de vibração de
trabalho;
 potência e força de corte disponíveis na ponta da ferramenta;
 gama de velocidades de corte e avanço.

 Variáveis dependentes da ferramenta:
 geometria da ferramenta: ângulos, raio de quina, dimensões, forma
do gume, etc;
 material da ferramenta (composição química, dureza a quente,
tenacidade, tratamento térmico, etc;
 qualidade do gume (grau de afiação, desgaste, trincas, rugosidade
da face e dos flancos, etc).

 Variáveis dependentes da peça:
 forma, dimensões, rigidez da peça;
 propriedades físicas, químicas e mecânicas do material da peça
(dureza, resistência à tração, composição química, inclusões,
afinidade química com o fluido de corte ou com a ferramenta,
microestrutura, encruamento, encruabilidade, etc);
 temperatura da peça (usinagem em altas e baixas temperaturas).

 Variáveis dependentes do fluido de corte:
 propriedades refrigerantes;
 propriedades lubrificantes;
 temperatura do fluido;
 forma e intensidade de aplicação.

 Variáveis dependentes do processo:
 velocidade de corte;
 dimensões de usinagem (avanço, profundidade);
 Modo de atuação da ferramenta sobre a peça (condições de entrada
e saída, corte contínuo ou interrompido, comprimento de contato
entre o gume e a peça, etc).

 Os critérios utilizados para avaliação do grau de usinabilidade de um
material são:
 vida da ferramenta entre duas reafiações sucessivas, expressa de
diversas formas;
 grandezas das forças que atuam sobre a ferramenta e da potência
consumida;
 qualidade do acabamento superficial obtido peça usinagem;
 facilidade de formação do cavaco.

 Apenas os três primeiros desses critérios podem ser expressos em
valores numéricos, e são mais usados como critérios na avaliação do
grau de usinabilidade;
 Vida da ferramenta, força de corte e potência consumida e
acabamento definem em grande parte o custo do trabalho de
usinagem realizado na fábrica;
 No entanto, é impossível de se determinar um “índice de
usinabilidade” como característica clara e definida de um material

 Em ensaios expeditos, nos quais se deseja obter um índice de
usinabilidade com um mínimo de dispêndio de tempo e de material,
utilizam-se variáveis de fácil mensuração para avaliar a facilidade
com que um material se deixa usinar, tais quais:
 momento ou força axial de avanço na broca, em operações de furar;
 tempo de execução de um furo de dimensões dadas, com um
mesmo esforço axial de avanço da broca;
 energia absorvida num corte executado com uma plaina tipo
pêndulo;
 temperatura da ferramenta ou do cavaco;
 grau de encruamento do cavaco;
 fator de recalque do cavaco.

Falha e desgaste da
ferramenta de corte
 A falha de uma ferramenta pode ocorrer de três formas distintas:
 lascamento do gume, que é a quebra de pedaços do gume,
produzindo superfícies ásperas e irregulares;
 desgaste do flanco formando uma marca de desgaste;
 desgaste na face sob a forma de uma cratera;

Falha e desgaste da
ferramenta de corte
 LASCAMENTO:
 Ocorre por causa das sobresolicitações de origem mecânica ou
térmica do gume. São causas do lascamento:
A – Ferramenta pouco resistente, devido a:
 ângulo de cunha βn ou ângulo de quina εr muito pequenos;
 mau acabamento do gume;
 pastilha muito dura e pouco tenaz para o serviço que está sendo
executado.

Falha e desgaste da
ferramenta de corte
B – Sobresolicitações mecânicas devido a:
 cortes interrompidos ou impactos;
 Inclusões duras no material da peça;
 Dimensões excessivas do cavaco;
 Vibrações de qualquer origem.
 C – Sobresolicitações térmicas, causando um fissuramento do gume
devido a um resfriamento brusco de pastilhas muito quentes, na
afiação ou na usinagem.

Falha e desgaste da
ferramenta de corte
 Para evitar o lascamento, recomenda-se:
 Usar ângulos de incidência adequados;
 Empregar ângulos negativos em trabalhos severos com pastilhas de
metal duro ou cerâmicas;
 Emprego de metal duro de grau adequado;
 Retificado fino ou polido da face e do flanco da ferramenta, evitando
acabamento grosseiro;
 Em usinagem com fortes impactos, provocar um leve “cegamento”
na gume com pedra de afiar (oilstone).

Gume retificado com
rebolo de grãos grossos

Falha e desgaste da
ferramenta de corte
 MARCA DE DESGASTE:
 É a faixa desgastada no flanco da ferramenta;
 A largura da marca de desgaste é que exprime o grau de desgaste.
Esta largura não é uniforme, mas é maior nos extremos da marca e
na quina da ferramenta;
 Um raio de quina adequado pode diminuir a largura da marca nesta
zona. Uma marca de desgaste irregular é devido normalmente a um
micro lascamento do gume.

Falha e desgaste da
ferramenta de corte
 CRATERA: concavidade que se forma na face da ferramenta, devido
ao atrito da mesma com o cavaco. A cratera é caracterizada pela
sua profundidade KT e pela distância do meio ao gume KM

Cratera

Causas do desgaste da
ferramenta
 A fim de se aumentar a vida das ferramentas, torna-se indispensável
saber as causas do desgaste dessas;
 Os fatores principais de desgaste são:
 deformação plástica;
 abrasão;
 aderência – entre peça e asperezas da ferramenta;
 difusão;
 oxidação do material;
 correntes elétricas iônicas.

ferramenta
 Deformação plástica: ocorre quando a dureza a quente do material
da ferramenta não é mais suficiente para resistir às pressões de
usinagem, verificando-se especialmente em maiores avanços;
 Abrasão: arrancamento de finas partículas de material, por causa do
escorregamento sob alta pressão e temperatura entre a peça e a
ferramenta.
 Esse desgaste aumenta com o número de inclusões e partículas
duras do aço (carbonetos e óxidos) e com o aumento da velocidade
de corte;
 A resistência a abrasão depende essencialmente da dureza do
material da ferramenta;

ferramenta
 Aderência: se deve à ação das altas temperaturas e pressões
presentes na zona de corte e ao fato de que a superfície inferior do
cavaco, recém arrancada, apresenta-se limpa sem camadas
protetoras de óxidos e, assim, quimicamente muito ativa;
 Um exemplo de aderência é o gume postiço, onde o desprendimento
ou arrancamento das partículas provoca maior desgaste na face da
ferramenta;
 Difusão: ocorre em temperaturas mais elevadas, em que as
moléculas adquirem certa mobilidade. Aço carbono e aço rápido não
possuem essa forma de desgaste;

ferramenta
 Nos metais duros, em usinagem de peças de aço, podem ocorrer os
seguintes fenômenos (700-13000 C):
 difusão do Fe na fase de Co, formando uma liga de baixo ponto de
fusão e de fácil desgaste;
 difusão do Co no aço, formando uma camada de cristais mistos;
 difusão do C, que sai dos carbonetos duros e migra para o aço, etc;
 O aumento de temperatura gera tensões no esqueleto de
carbonetos do metal duro. Isso se justifica pelo coeficiente de
expansão térmica do Co, que é de quatro vezes o do esqueleto de
carbonetos;

ferramenta
 Oxidação: ocorre no aquecimento de peças a altas temperaturas
com a formação de carepas. A oxidação em baixas temperaturas é
normalmente evitada por camadas protetoras de material oxidado;
 Pelo mesmo motivo, esse tipo de desgaste não se aplica aos aços
carbonos e aos aços rápidos;
 Na usinagem com metais duros em altas velocidades, observou-se
que o desgaste é menor numa atmosfera neutra se comparada à
presença de ar;
 Correntes elétricas: no contato entre a peça e a ferramenta, durante
a usinagem, é produzido um fenômeno termoelétrico gerado pelo
aquecimento do ponto de união de um par de materiais distintos.

Critérios para determinação
do fim da vida da ferramenta
 Com o desgaste da ferramenta, observam-se variações profundas no
processo de usinagem;
 Temperatura, força de corte e a potência consumida aumentam; as
dimensões da superfície usinada se alteram e o acabamento
superficial piora;
 Em condições extremas, ocorre um faiscamento intenso no corte, a
superfície usinada se apresenta áspera;
 A utilização da ferramenta até esse ponto é desaconselhável, pois
será necessário um longo trabalho de reafiação com a remoção de
uma extensa camada de material de corte, antes de se restabelecer
um gume adequado;

 A fixação do ponto representativo do fim da vida da ferramenta é
fundamental;
 Os critérios para determinar mais ou menos exatamente este ponto,
dependendo da escolha das exigências de usinagem e do material
da ferramenta, são:
 Falha completa da ferramenta: inabilita para o corte, por
superaquecimento, lascamento ou quebra;
 Falha preliminar da ferramenta: aparecimento na superfície
usinada ou transitória da peça, de uma estreita faixa altamente
polida, indicando forte atrito de escorregamento com o flanco da
ferramenta;

 Largura da marca de desgaste, no flanco: este é o critério mais
frequente na indústria para determinar o fim de vida da ferramenta
de metal duro ou cerâmica. Uma vez alcançada uma largura da
marca de desgaste da ordem 0,8 a 2 mm, as ferramentas de metal
duro perdem a eficiência de corte;
 Vibrações intensas da peça ou da ferramenta, ruídos fortes
por vibrações da máquina: impedem o prosseguimento da
usinagem. podem ter como causa o desgaste no flanco da
ferramenta;

 Profundidade Kt : em metais duros, a formação das crateras na
face pode determinar o fim da vida da ferramenta, ou porque a
profundidade Kt da cratera ameaça o lascamento da pastilha ou
porque a faixa K se reduz a ponto de ameaçar a integridade do
gume;
 Deficiência de acabamento superficial: ocorre uma mudança
súbita e pronunciada do grau de acabamento superficial, a qual
pode ser tomada como limite da vida da ferramenta;
 Formação de rebarbas;
 Forma dos cavacos: brusca variação da forma dos cavacos;

 Alteração de dimensões da peça: o desgaste provoca um
deslocamento do gume, o que por sua vez determina uma alteração
nas dimensões da peça usinada;
 Força de corte, torque ou potência: em ensaios de laboratório
(dinamômetros), pode-se fixar o fim da vida da ferramenta pelo
aumento de uma quantidade determinada, da força de corte, do
torque ou da potência consumida;
 Aumento da força de avanço: usado especialmente em brocas.
Relacionado com o desgaste do flanco;
 Aumento da temperatura do gume: usado em laboratório para
definir o fim da vida da ferramenta.

Métodos usuais de especificação da
vida de uma ferramenta de corte
entre suas afiações sucessivas
 As indicações da vida de uma ferramenta de corte podem se referir a:
 Tempo de máquina: tempo durante o qual a ferramenta fica na
máquina em operação, antes de se tornar necessária uma reafiação.
Especificação mais apropriada em máquinas automáticas;
 Tempo efetivo de corte: tempo durante o qual a ferramenta pode ser
utilizada em corte efetivo (em min.);
 Volume do metal removido: pela ferramenta entre duas reafiações
sucessivas;
 Número de peças usinadas: critério utilizado na produção seriada;

Métodos usuais de especificação da
vida de uma ferramenta de corte
entre suas afiações sucessivas
 Velocidade de corte equivalente: sob um determinado conjunto de
condições de corte, é a velocidade que permite obter um tempo
efetivo pré-fixado (velocidade de Taylor). Fixadas as condições de
corte, pode-se obter quase que qualquer tempo de vida efetivo da
ferramenta, alterando apenas a velocidade de corte;
 Velocidade de corte relativa: define-se como sendo a velocidade de
corte, expressa em determinada porcentagem da admissível para um
material padrão, que determina o mesmo tempo de vida na
ferramenta, tanto na usinagem do material sob teste como do
material padrão (ABNT B 1112, atribuído valor 100).

Bibliografia da disciplina
 Ferramentas de Corte 1 / Stemmer, Caspar Erich – Florianópolis:
Editora da UFSC – 1995.

Avarias, desgastes e vida útil de ferramentas de corte

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