1. Processos de Usinagem
Prof. Daniel Alves de Andrade
AULA 10
1

2. USINABILIDADE
A usinabilidade indica a facilidade com que um determinado
material (normalmente um metal) pode ser usinado utilizando as
ferramentas e as condições de corte apropriadas.
Vários critérios são usados para caracterizar a usinabilidade, o
mais importante deles é
(1)a vida da ferramentas devido a sua importância econômica
em uma operação de usinagem.
Outros critérios são:
(2) ) as forças de corte,
(3) ) potência,
(4) acabamento da super_cie, e
(5) ) facilidade de retirada do cavaco.

3. USINABILIDADE
Apesar da usinabilidade geralmente se referir ao material
usinado, deve se reconhecer que a performance da usinagem
depende de outros fatores além de somente o material, como:
-‐tipo de operação de usinagem,
-‐ferramental e
-‐as condições de corte.
Adicionalmente, o critério de usinabilidade é uma fonte de
variação.
Um material usinado pode tender a fornecer para a ferramenta
uma vida mais longa, enquanto outro proporciona um
acabamento de super_cie melhor.

4. Vida da ferramenta
Fundamentals of Modern Manufacturing,
4th Editionby Mikell P. Groover, 2010.
1.Falha por Fratura.
2. Falha por Temperatura.
3. Desgaste Gradual.

5. Desgaste da ferramenta
Fundamentals of Modern Manufacturing,
4th Editionby Mikell P. Groover, 2010.

6. Índice de USINABILIDADE
• O teste de usinabilidade geralmente envolve a comparação
de materiais usinados.
• A performance durante a usinagem é medida em relação a
um material base, a um padrão.
• A performance relativa é expressa como um número
indexador, chamado de índice de usinabilidade IU (MR –
Machinability rating).
• O material usado como padrão é relacionado ao índice de
usinabilidade igual a 1.

7. Índice de USINABILIDADE
O aço B1112 é usado constantemente como material padrão para comparação de usinabilidade.
Materiais que são mais fáceis de usinar que ele tem taxas maiores que 1 e materiais mais difíceis,
tem taxas abaixo de 1.
Os índices de usinabilidade podem ser expressos em forma percentual.
IU =
Vc(material,Tvida )
Vc(B1112,Tvida )

8. Índice de USINABILIDADE
130
IU(5min) =
160Padrão
Teste

9. Valores Comparativos ao Aço B1112

10. Valores Comparativos ao Aço B1112

11. EXEMPLO

12. Solução
Curva de Taylor para o material de referência, usando o tempo de
vida de referência (60 min):
Velocidade de corte para o material desejado, usando o tempo de
vida de referência (60 min):
Índice de Usinabilidade:

13. Prof. Anna Carla -‐MECÂNICA -‐UFRJ
Prop. Mecânica x Usinabilidade
• À medida que a dureza aumenta, o desgaste abrasivo da ferramenta
aumenta, e, assim, a vida útildaferramenta é reduzida.
• Com o aumento da resistência do material, as forças de corte, a energia
específica de corte e a temperatura de corte aumentam, fazendo com que
o material se torne mais difícil de usinar.
• Durezas muito baixas podem ser prejudiciais para o desempenho da
operação de usinagem. Por exemplo, o aço de baixo carbono, que tem
dureza relativamente baixa, é com frequência muito dútilpara ser bem
usinado. A ductilidade elevada provoca rasgamento do metal à medida que
o cavaco é formado, o que resulta em acabamento ruim e problemas com
a retirada do cavaco. Pode também formar APC (aresta postiça). Para
aumentar a dureza da superfície do material e proporcionar a quebra do
cavaco durante o corte, a trefilação a frio é geralmente empregada em
barras de aço com baixo carbono antes da usinagem.

14. Prop. Térmicas x Usinabilidade
• Condutividade Térmica:
-‐ Alta Condutividade Térmica significa que o calor gerado pelo
processo é rapidamente retirado da região do corte e assim a
ferramenta não é excessivamente aquecida, favorecendo a
usinabilidade
-‐ A Condutividade Térmica de um mesmo grupo de materiais
não varia muito.
-‐Refrigeração facilita a usinagem, se a eficiência da redução de
temperatura for alta.

15. Encruamento x Usinabilidade
• A deformação plástica aumenta a resistência mecânica
taxa de(encruamento) e o
deformação.
encruamento depende da
• Quando a taxa de encruamento é alta, a resistência do material
é muito maior e requer maior energia para a formação do
cavaco causando valores das pressões específicas maiores.
• Com a alta taxa de encruamento, a formação da APC é facilitada.
• Maior ângulo de saída facilita a usinagem deste tipode material.

16. Composição Química x Usinabilidade
REDUÇÃO DA USINABILIDADE EM AÇOS
• O Teor de carbono tem efeito significativo sobre as propriedades do
aço. Conforme o carbono aumenta, a resistência e a dureza do aço
aumentam, o que reduz a performance na usinagem.
• A maior parte dos elementos de liga adicionados ao aço para melhorar
as propriedades são prejudiciais para a usinabilidade. O cromo, o
molibdênio, o tungstênio formam carbonetos no aço, o que aumenta o
desgaste da ferramenta e reduz a usinabilidade. O manganês e o níquel
aumentam a resistência e a tenacidade do aço, o que também reduz a
usinabilidade.

17. Composição Química x Usinabilidade
AUMENTO DA USINABILIDADE EM AÇOS
• O chumbo, o enxofre e o fósforo têm o efeito de reduzir o coeficiente
de atrito entre a ferramenta e o cavaco, reduzindo assim as forças, a
temperatura e a formação da aresta postiça de corte,
consequentemente, tem-‐se maior vida da ferramenta e melhor
acabamento superficial.
• Eles interrompem a matriz ferritica, austenítica ou martensítica do aço
facilitando a quebra do cavaco.
• Os aços-liga formulados para melhorar a usinabilidade são chamados
aços de usinagem fácil.

18. Composição Química x Usinabilidade
Cap. 9 – Anselmo Diniz
Fatores Metalúrgicos que afetam a usinabilidade de:
-‐Ligas de Alumínio
-‐Aço
-‐Aços Inox
-‐Ferro Fundido
-‐Ligas de Titânio
-‐SuperLigas de Níquel

19. Usinabilidade das ligas de Alumínio
O Alumínio , de forma geral, pode ser facilmente usinado.Apenas o magnésio e
suas ligas podem ser usinados com a mesma taxa (baixa) de energia
consumida. O desgaste da ferramenta raramente é um problema.
Com relação à rugosidade obtida e ao tipo de cavaco (longo), não se pode
dizer que o alumínio tem boa usinabilidade, em condições normais.
Contudo,as temperaturas de usinagem são geralmente baixas e pode-se
utilizar altas Vc ( que,com a geometria adequada da ferramenta,gerarão bom
acabamento)

20. Usinabilidade das ligas de Alumínio
Alguns fatores que podem afetar as características de usinagem do
alumínio: elementos de liga,impurezas, processos de fundição e tratamentos
aplicados ao metal.
Sob a mesma força de corte, o alumínio se deforma três vezes mais que o aço.
Assim, as forças de corte necessárias à usinagem são mais baixas (em relação
ao aço) e também não se deve utilizar esforços exagerados na fixação das
peças de alumínio.

21. Usinabilidade das ligas de Alumínio
A alta condutividade térmica favorece a usinabilidade. A dureza da liga deve ser
maior que 80 HB, caso contrário, tem-se tendência à formação de APC.
O material de ferramenta típico é o metal duro da classe K, sem cobertura. O
metal duro da classe P (à base de carboneto de titânio) é inadequado devido
à grande afinidade físico-química entre o alumínio e o titânio. A ferramenta é
sem cobertura, porque não se necessita de grande resistência ao desgaste.

22. Usinabilidade das ligas de Alumínio
A influência do processo de fundição se dá através da velocidade de resfriamento
do metal líquido. Esta velocidade é baixa na fundição em molde de areia
(em relação à fundição sob pressão). Por conseqüência, a macro-
estrutura é grosseira, com baixa dureza e resistência à tração (baixa
usinabilidade).
A forma e o tamanho das porosidades do processo de fundição também afetam a
usinabilidade, podendo caracterizar um corte interrompido durante a usinagem.

23. Usinabilidade dos Aços
O fator metalúrgico predominante é a dureza. Uma maior porcentagem
de carbono favorece a usinabilidade (aumento da dureza e redução da
ductilidade). O valor médio é 200 HB. Abaixo deste valor tem-se tendência à
formação de APC, acima, desgaste da ferramenta por abrasão e difusão.
Uma boa medida, para aços de baixo carbono, é promover seu encruamento
via trabalho a frio. Aumentando assim sua dureza e reduzindo a ductilidade.

24. Um segundo fator metalúrgico é a microestrutura. Sua variação, através de
tratamento térmico, afeta a usinabilidade.
Por exemplo, quando se passa de uma liga com 10% de ferrita e 90% de
perlita para uma liga com 35% de ferrita e 65% de perlita, a vida da ferramenta
cresce substancialmente. Apesar da dureza da peça ter decrescido somente
cerca de 6 % .
Usinabilidade dos Aços

25. Usinabilidade dos Aços
Um terceiro fator fator metalúrgico é a presença de inclusões. As macro-inclusões
( com diâmetro maior que 150 µm) são em geral muitop duras e abrasivas.
Contudo, estão associadas a aços de baixa qualidade. Já as micro-
inclusões, estão presentes em todos aços, em algum nível. O efeito delas na
usinabilidade dos aços pode ser subdividido em:
Inclusões indesejáveis = partículas duras e abrasivas (ex:carbonetos,óxidos
de alumínio).

26. Usinabilidade dos Aços
Inclusões “toleráveis” = não causam muito dano à
usinabilidade,conseguem fazer parte do fluxo de cavaco (ex:óxidos de manganês
e de ferro).
Inclusões desejáveis (em altas velocidades de corte) = os silicatos (Si). Em altas
temperaturas, eles perdem muito de sua dureza, formando na zona de corte
uma camada que retarda o desgaste da ferramenta.

27. Usinabilidade dos Aços
O último fator metalúrgico importante é a presença de elementos de liga. Alguns
elementos (como o chumbo, o enxofre e o fósforo) têm efeito positivo
na usinabilidade. Por outro lado, os elementos formadores de carbonetos
(como o vanádio,o molibdênio, o nióbio, o tungstênio) e outros (como
manganês, níquel, cobalto e cromo) têm efeito negativo na usinabilidade.
O carbono, quando presente em teores entre 0,3 a 0,6 %, tende a melhorar
a usinabilidade.

28. Técnicas metalúrgicas para melhorar a
elementos de liga; Engenharia de inclusões.
usinabilidade dos aços: adição de
Os principais elementos de liga adicionados para melhorar a usinabilidade são o
enxofre (S), selênio (Se),telúrio (Te), chumbo (Pb), bismuto (Bi), estanho (Sn),
fósforo (P) e nitrogênio. Isoladamente, ou formando compostos, interrompem
a matriz do aço. Facilitando a quebra do cavaco, a lubrificação da ferramenta
e, consequentemente, diminuindo os esforços de corte.
Aços de usinabilidade melhorada

29. Aços de usinabilidade melhorada
Durante a fabricação do aço, surgem inclusões que podem ter efeito benéficos ou
prejudiciais à usinabilidade dos aços. A Engenharia de inclusões trata das
técnicas de minimização dos efeitos prejudiciais. O principal tema, no âmbito
dos aços de usinabilidade melhorada, é o controle do oxigênio e da
formação de óxidos.

30. Usinabilidade dos aços inoxidáveis
Aços inoxidáveis são ligas ferrosas que possuem um mínimo de 12% de
cromo com a finalidade de resistir à corrosão. Outros elementos de liga são
também utilizados (Ni,Cu,Al,Si,Mo).Dividem-se em : ferríticos,martensíticos e
austeníticos.
Os ferríticos possuem principalmente o cromo como elemento de liga. Eles
têm propriedades semelhantes ao ferro puro.E boa usinabilidade, se
comparados aos outros inoxidáveis.

31. Usinabilidade dos aços inoxidáveis
Os austeníticos, possuem alto teor de níquel (Ni) , o que altera suas propriedades
mecânicas : maior deformabilidade,tenacidade, resistência em altas
temperaturas, soldabilidade e resistência à corrosão. Formam cavacos longos
com tendência à formação de aresta postiça . Além disto têm : baixa
condutividade térmica, alto coeficiente de atrito e alto coeficiente de
dilatação térmica. Ou seja, são os inoxidáveis que apresentam a maior
dificuldade para a usinagem.

32. Usinabilidade dos aços inoxidáveis
Os martensíticos apresentam altos teores de carbono. Isto eleva a dureza
e, portanto, piora a usinabilidade. Um maior esforço de corte é requerido,
devido à presença de partículas duras e abrasivas de carboneto de cromo.
Para combater o encruamento (austeníticos), uma das técnicas é a adição
de elementos que formam inclusões frágeis. Outra alternativa é realizar um
processo de deformação a frio antes da usinagem.

33. Usinabilidade dos ferros fundidos
Ferros fundidos são ligas ferro-carbono com porcentagem de carbono (C) entre
2 e 4 %. Principais propriedades: boa rigidez, resistência à compressão,
relativo baixo ponto de fusão ( viabiliza o processo de fabricação por fundição).
Dividem- se em: cinzento,branco,nodular,maleável (e vermicular ! ).
O FoFo branco têm baixo teor de silício, o que causa a formação de carbonetos.
Portanto o material é duro e frágil (usinabilidade ruim).

34. Usinabilidade dos ferros fundidos
O ferro fundido cinzento por outro lado apresenta a melhor usinabilidade entre
os fundidos. Têm alto teor de silício, o que gera muito carbono livre (grafite) e
quase nenhuma cementita (carboneto). Forma cavacos de ruptura.
O FoFo nodular apresenta grafite em forma de nódulos. A resistência mecânica, a
tenacidade e a ductilidade aumentam consideravelmente. Devido à
estas características, a usinabilidade é boa (bem melhor que o FoFo branco).

35. Usinabilidade dos ferros fundidos
O FoFo maleável surge quando o FoFo branco é tratado termicamente. A
cementita é transformada em carbonetos esféricos ou até mesmo removida.
O material resultante é maleável, dúctil e resistente. De boa
usinabilidade (intermediária entre o cinzento e o nodular ).
O FoFo vermicular é a "novidade" entre os ferros fundidos. No Brasil já uma
empresa usinando este material (www.tupy.com.br)