Usinagem prof daniel aula 10

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Aula usinagem, Desgaste de Ferramentas.
Como também materiais que promovem o aumento da vida útil, e com isso a diminuição dos intervalos de trocas de ferramentas, diminuindo com isto os custos operacionais e o aumento de produção,

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Usinagem prof daniel aula 10

  1. 1. Processos de Usinagem Prof. Daniel Alves de Andrade AULA 10 1
  2. 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. 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. 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. 5. Desgaste da ferramenta Fundamentals of Modern Manufacturing, 4th Editionby Mikell P. Groover, 2010.
  6. 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. 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. 8. Índice de USINABILIDADE 130 IU(5min) = 160Padrão Teste
  9. 9. Valores Comparativos ao Aço B1112
  10. 10. Valores Comparativos ao Aço B1112
  11. 11. EXEMPLO
  12. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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)

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