Fundamentos da Usinagem de Materiais

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22001111--11

SUMÁRIO
PARTE 1 – FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS
1 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR USINAGEM.................................................................. 4
1.1 Classificação dos Processos de Usinagem...........................................................................................................8
1.2 Planejamento deProcessos.................................................................................................................................8
2 DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS PROCESSOS DE USINAGEM ............................................................................ 10
2.1 Processos de Usinagem com Ferramentas deGeometria Definida................................................................10
2.2 Processos de Usinagem com Ferramentas deGeometria Não-Definida........................................................14
2.3 Processos Não-Convencionais de Usinagem....................................................................................................17
2.4 Comparação dos Diferentes Processos deFabricação por Usinagem............................................................20
3 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE ENTRADA DO PROCESSO ........................................................................ 24
3.1 Material da Peça.................................................................................................................................................24
3.2 Geometria da Peça .............................................................................................................................................27
3.3 Material da Ferramenta.....................................................................................................................................30
3.4 Geometria da Ferramenta..................................................................................................................................37
3.5 Parâmetros de Corte ..........................................................................................................................................42
3.6 Meio Lubrirrefrigerante......................................................................................................................................43
3.7 Máquina-Ferramenta.........................................................................................................................................47
4 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE SAÍDA DO PROCESSO............................................................................. 52
4.1 Tipos eFormas de Cavaco..................................................................................................................................52
4.2 Força e Potência de Usinagem...........................................................................................................................57
4.3 Temperatura na Região de Corte......................................................................................................................63
4.4 Vibrações.............................................................................................................................................................67
4.5 Falhas na Ferramenta de Corte..........................................................................................................................72
4.6 Acabamento da Superfície Usinada...................................................................................................................78
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................................... 87

Prof. Dr. André João de Souza
4FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS
PARTE 1
FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS
1 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR USINAGEM
Fabricar é transformar matérias-primas em produtos acabados, por uma variedade de processos.
A idéia de fabricar teve início a milhares de anos, quando o homem pré-histórico percebeu que, para
sobreviver, precisava de algo mais que pernas e braços para se defender e caçar.
Sua inteligência logo o ensinou que se ele tivesse uma pedra nas mãos, seu golpe seria mais forte,
e se a pedra tivesse um cabo esse golpe seria mais forte ainda. Se essa pedra fosse afiada poderia cortar
a caça e ajudar a raspar a peles dos animais. Foi a partir da necessidade de se fabricar um machado que
o homem desenvolveu as operações de desbastar, cortar e furar. Durante centenas de anos a pedra foi
a matéria-prima, mas por volta de 4000 A.C. ele começou a trabalhar com metais, começando com o
cobre, depois com o bronze e finalmente com o ferro para a fabricação de armas e ferramentas.
Para se ter uma idéia do número de fatores que devem ser considerados num processo de fabri-
cação veja, por exemplo, a produção de um simples artigo: o clipe. Primeiro ele deve ser projetado para
atender o requisito funcional que é segurar folhas de papéis juntas. Para tanto, ele deve exercer uma
força suficiente para evitar o deslizamento de uma folha sobre a outra. Eles são, geralmente, feitos de
arame de aço, embora hoje se encontre no mercado clipe de plástico. O comprimento do arame reque-
rido para sua fabricação é cortado e então dobrado várias vezes, para dar a forma final própria. Por sua
vez, o arame é feito por um processo de trefilação a frio. Neste processo a seção transversal de uma
haste longa é reduzida, ao passar por uma matriz de fieira, que também confere algumas propriedades
mecânicas ao material, como resistência e dureza. A haste por sua vez, é obtida por processos como a
trefilação e a extrusão de um lingote. Para evitar delongas, nenhuma informação quanto ao processo de
obtenção deste lingote será abordada. A fabricação de um simples clipe envolve projeto, seleção de um
material adequado e de um método de fabricação para atender os requisitos de serviço do artigo. As
seleções são feitas não somente com base em requisitos técnicos, mas também com base nas conside-
rações econômicas, minimizando os custos para que o produto possa ser competitivo no mercado.
O projetista de produtos ou engenheiro projetista especifica as formas, dimensões, aparência, e o
material a ser usado no produto. Primeiro são feitos os protótipos do produto. Neste estágio, é possível
fazer modificações, tanto no projeto original como no material selecionado, se análises técnicas e/ou
econômicas assim indicarem. Um método apropriado é então escolhido pelo engenheiro de fabricação.
A Figura 1.1 mostra um procedimento correto para se chegar à etapa de fabricação.

Figura 1.1 - Diagrama mostrando o procedimento requerido para o projeto de um produto,
que são etapas que antecedem a fabricação
Os processos de transformação de metais e ligas metálicas em peças para a utilização em conjun-
tos mecânicos são inúmeros e variados: pode-se fundir; soldar; utilizar a metalurgia em pó; ou usinar o
metal a fim de obter a peça desejada. Evidentemente, vários fatores devem ser considerados quando se
escolhe um processo de fabricação. Como por exemplo:
• forma e dimensão da peça;
• material a ser empregado e suas propriedades;
• quantidade de peças a serem produzidas;
• tolerâncias e acabamento superficial requerido;
• custo total do processamento.
A Fundição é um processo de fabricação sempre inicial, pois precedem importantes processos de
fabricação como usinagem, soldagem e conformação mecânica. Esses utilizam produtos semiacabados
(barras, chapas, perfis, tubos, etc.) como matéria prima que advém do processo de fundição.
Podemos dividir os processos de fabricação de metais e ligas metálicas em: os com remoção de
cavaco, e os sem remoção de cavaco. A Figura 1.2 mostra a classificação dos processos de fabricação,
destacando as principais operações de usinagem.
Processos de usinagem envolvem operações de corte que permitem remover excessos de um ma-
terial bruto com auxílio de uma ferramenta até que este resulte em uma peça pronta que, posterior-
mente, irá compor algum engenho mecânico que, por sua vez, farão parte de bens duráveis. Nestas
operações de corte são geradas aparas que se costumam chamar de cavacos. Assim, processos de usi-
nagem, invariavelmente, implicam na geração de cavacos.
Um subgrupo da norma DIN 8580 sob o termo separar, compreende os processos de fabricação
com remoção de cavaco com ferramenta de geometria definida, que se caracteriza pela aplicação de
ferramentas com características geometricamente definidas. Já há aproximadamente 12 a 50 mil anos o

ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem 2011-1
6 FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS
homem estava em condições de produzir ferramentas de pedras com arestas de corte (gumes) afiadas
por lascamento, como nos mostram achados arqueológicos da idade da pedra (Fig. 1.3).
Figura 1.2 – Classificação dos processos de fabricação
Figura 1.3 - Ferramentas de pedra lascada
Mas um fato marcante para o desenvolvimento tecnológico foi a descoberta de metais como o
cobre, o zinco e o ferro. Já a partir de 700 A.C., praticamente todas as ferramentas eram executadas em

ferro, e a partir do séc. XVII foram descobertas constantes melhorias no processo de fabricação do ferro
e na siderurgia do aço, que colocaram o aço em posição vantajosa em relação aos metais até então co-
nhecidos. No entanto, estudos sistemáticos sobre a tecnologia de usinagem só iniciaram no início do
século XIX e levaram entre outros a descoberta de novos materiais de corte. No início de 1900, com a
descoberta do aço-rápido, o americano Frederick Winslow TAYLOR (1856-1915) determinou um passo
marcante no desenvolvimento tecnológico da usinagem.
Os metais-duros sinterizados e os materiais de ferramentas baseados em materiais oxicerâmicos
são outros resultados de uma pesquisa intensiva na área de materiais para ferramentas que até hoje
ainda não está concluída e sim está submetida a uma melhora constante; isto referido à fabricação e
utilização de materiais para ferramentas, como p.ex. os materiais nitreto de boro cúbico (CBN – cubic
boron nitride) e diamante (PCD – polycrystalline diamond).
Para poder satisfazer as exigências crescentes feitas à qualidade das peças e a viabilidade econô-
mica do processo de fabricação, as ferramentas de corte devem ser usadas de forma econômica, para
que as variáveis envolvidas na usinagem (geometria da ferramenta, condições de corte, material da
peça etc.) sejam consideradas quanto à sua influência e o seu efeito sobre o resultado do trabalho.
No estudo das operações dos metais, distinguem-se duas grandes classes de trabalho: as opera-
ções de usinagem e as operações de conformação.
Uma simples definição de operação de usinagem pode ser tirada da Figura 1.2 como sendo pro-
cesso de fabricação com remoção de material em forma de cavaco. Consultando, porém, uma bibliogra-
fia especializada pode-se definir usinagem de forma mais abrangente, como sendo o processo de remo-
ção de material que ao conferir à peça a forma, as dimensões, o acabamento, ou ainda a combinação
qualquer destes itens, produz cavaco. E por cavaco entende-se a “porção de material da peça de forma
geométrica irregular retirada pela ferramenta de corte. Além desta característica, estão envolvidos no
mecanismo da formação do cavaco alguns fenômenos particulares, tais como o recalque, a aresta posti-
ça de corte, a craterização na superfície de saída da ferramenta e a formação periódica do cavaco
(dentro de determinado campo de variação da velocidade de corte).
Como operação de conformação entende-se aquela que visa conferir à peça a forma ou as di-
mensões, ou o acabamento específico, ou ainda qualquer combinação destes três bens, através da de-
formação plástica do metal. Devido ao fato da operação de corte em chapas estar ligada aos processos
de estampagem profunda, dobra e curvatura de chapas, essa operação é comumente estudada no gru-
po de operações de conformação dos metais.
Na maioria das aplicações industriais, a usinagem é usada para converter blocos (tarugos) metáli-
cos fundidos, forjados ou pré-moldados em perfis desejados, com tamanho e acabamento específicos,
de acordo com as necessidades do projeto. Quase todos os produtos manufaturados possuem compo-
nentes que precisam ser usinados, muitas vezes com grande precisão. Logo, este conjunto de processos
é um dos mais importantes do sistema de manufatura, pois agrega valor ao produto final.
A usinagem é reconhecidamente o processo de fabricação mais popular do mundo, transforman-
do em cavacos algo em torno de 10% de toda a produção de metais, e empregando dezenas de milhões
de pessoas em todo o mundo.

1.1 Classificação dos Processos de Usinagem
1.1.1 Classificação quanto ao processo de remoção de material
O processo de remoção por usinagem pode ser dividido em duas grandes categorias:
• Processos convencionais, em que as operações de corte empregam energia mecânica na remoção do
material, principalmente por cisalhamento, no contato físico da ferramenta com a peça – ex: torne-
amento, furação e retificação.
• Processos especiais (não-convencionais), em que as operações se utilizam de outros tipos de energia
de usinagem (p.ex. termelétrica), não geram marcas-padrão na superfície da peça e a taxa volumétri-
ca de remoção de material é muito menor que a dos processos convencionais – ex: laser (radiação),
eletroerosão (elétrons) e plasma (gases quentes).
1.1.2 Classificação quanto à geometria da ferramenta de corte
Os processos convencionais de usinagem ainda podem ser subdivididos em duas classes:
• Operações de corte com ferramentas de geometria definida (arestas cortantes com formato e tama-
nho conhecidos) – p.ex. torneamento, furação, fresamento.
• Operações de corte com ferramentas de geometria não-definida (partículas abrasivas com formatos
aleatórios e compostas por arestas minúsculas de corte) – p.ex. retificação, brunimento, lapidação.
1.1.3 Classificação quanto à finalidade da operação de corte
Quanto à finalidade, as operações de usinagem podem ser classificadas em:
• Operações de desbaste, em que a usinagem, anterior a de acabamento, visa obter na peça a forma e
dimensões próximas das finais.
• Operações de acabamento, em que a usinagem é destinada a obter na peça as dimensões finais, ou
um acabamento especificado, ou ambos.
1.2 Planejamento de Processos
O planejamento de processos é um procedimento de tomada de decisões com o objetivo de obter
um plano de processo econômico.
• Os parâmetros a serem considerados são: geometria da peça; matéria prima; acabamento superfici-
al; tolerâncias dimensionais; tolerâncias geométricas; tratamentos térmicos e superficiais; tamanho
do lote (quantidade).
• As restrições devem ser tecnológicas e independentes da sequência escolhida de processos de usina-
gem, máquinas-ferramentas e operações de corte. Depende da disponibilidade de:
− Peça
Restrições relativas ao material, à geometria, às dimensões etc. Deve-se considerar a rugosidade e
as tolerâncias dimensionais e geométricas relacionadas ao processo e aos máximos valores de a-

vanço e profundidade de corte. Alguns pesquisadores consideram os valores máximos de veloci-
dade e profundidade de corte dependentes do material.
− Máquinas-ferramentas
O processo de usinagem gera esforços dinâmicos que excitam a estrutura da máquina e a peça u-
sinada como resultado em algumas situações a superfície pode ficar ondulada ou com marcas.
− Ferramentas de corte
Velocidade de corte acima de um determinado limite altera o mecanismo de desgaste da ferra-
menta. O avanço e a geometria da ferramenta influem na rugosidade gerada na superfície usina-
da. As dimensões da ferramenta limitam a profundidade de corte.
− Tecnologia
Com base na teoria de usinagem pode-se dizer que existem limites mínimo e máximo para os va-
lores de profundidade de corte, avanço e velocidade de corte. Valores baixos de avanço e profun-
didade: retorno elástico ou abrasivo; valores altos: desgaste de cratera. Velocidade de corte alta:
desgaste por difusão; baixa: aresta postiça de corte. Os limites podem ser estimados com base no
material a ser usinado na ferramenta.
− Usuário/operador
O operador pode limitar por prática os valores de avanço, profundidade e velocidade de corte.
• Os critérios de otimização devem ser econômicos, visando sempre maximizar a taxa de retorno com:
máxima produção; mínimo custo; máxima produtividade
• As decisões a tomar envolvem a escolha do processo de usinagem, o detalhamento das operações de
corte e a seleção de diferentes parâmetros do processo, tais como: máquina-ferramenta; tipo de fi-
xação e localização; ferramentas de corte; trajetórias das ferramentas; condições de corte.

2 DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS PROCESSOS DE USINAGEM
2.1 Processos de Usinagem com Ferramentas de Geometria Definida
2.1.1 Torneamento
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de
uma ou mais ferramentas monocortantes1
. Para tanto, a peça gira em torno do eixo principal de rotação
da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetória coplanar com o referi-
do eixo. Quanto à forma da trajetória, o torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo (Fig. 2.1).
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Figura 2.1 – Alguns processos de torneamento: (a) cilíndrico externo; (b) cônico externo; (c) curvilíneo;
(d) cilíndrico interno; (e) cônico interno; (f) sangramento radial
• Torneamento retilíneo. Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma
trajetória retilínea. O torneamento retilíneo pode ser: cilíndrico (externo, interno, sangramento axi-
al), cônico (externo, interno), radial (faceamento, sangramento radial) ou de perfil (radial ou axial).
• Torneamento curvilíneo. Processo de torneamento, no qual a ferramenta se desloca segundo uma
trajetória curvilínea.
2.1.2 Aplainamento
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas, geradas por um
movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou ver-
tical. Quanto à finalidade, as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamen-
to de desbaste a aplainamento de acabamento (Fig. 2.2).
1
Denomina-se ferramenta de usinagem mecânica a ferramenta destinada à remoção de cavaco. No caso de possuir uma única
superfície de saída, a ferramenta é chamada ferramenta monocortante; quando possuir mais de uma superfície de saída, é
chamada ferramenta multicortante.

(a) (b) (c)
Figura 2.2 – Alguns processos de aplainamento: (a) de superfícies; (b) de perfis;(c) de rasgos de chaveta
2.1.3 Furação
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa
peça, com auxílio de uma ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça
giram e simultaneamente a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coinci-
dente ou paralela ao eixo principal da máquina. A furação subdivide-se nas operações (Fig. 2.3):
(a) (b) (c) (d)
Figura 2.3 – Alguns processos de furação: (a) em cheio; (b) escareamento; (c) escalonada; (d) de centro
• Furação em cheio. Processo destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça, removendo todo
o material compreendido no volume do furo final, na forma de cavaco. No caso de furos de grande
profundidade há necessidade de ferramenta especial.
• Escareamento. Processo destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça pré-furada.
• Furação escalonada. Processo destinado à obtenção de um furo com dois ou mais diâmetros, simul-
taneamente.
• Furação de centros. Processo destinado à obtenção de furos de centro, visando uma operação pos-
terior na peça.
• Trepanação. Processo de furação em que apenas uma parte de material compreendido no volume
do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo maciço.
2.1.4 Alargamento
Processo mecânico de usinagem destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilíndricos ou
cônicos, com auxílio de ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram
e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo
de rotação da ferramenta. O alargamento pode ser de desbaste (cilíndrico, cônico) ou acabamento (ci-
líndrico, cônico) (Fig. 2.4).

(a) (b) (c) (d)
Figura 2.4 – Alguns processos de alargamento: (a) cilíndrico de desbaste; (b) cilíndrico de acabamento;
(c) cônico de desbaste; (d) cônico de acabamento
2.1.5 Rebaixamento
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de uma forma qualquer na extremidade de
um furo. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma
trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta (Fig. 2.5)2
.
Figura 2.5 – Processos de rebaixamento
2.1.6 Mandrilamento
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de
uma ou várias ferramentas de barra. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se deslocam
simultaneamente segundo uma trajetória determinada. O mandrilamento pode ser cilíndrico, radial,
cônico e de superfícies especiais (p.ex. esférico, sangramento etc.). Quanto à finalidade, as operações
de mandrilamento podem ser classificadas ainda em desbaste e acabamento (Fig. 2.6).
(a) (b) (c)
Figura 2.6 – Alguns processos de mandrilamento: (a) cilíndrico; (b) radial; (c) cônico
2.1.7 Fresamento
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de
ferramentas geralmente multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se des-
locam segundo uma trajetória qualquer. Distinguem-se dois tipos básicos de fresamento: tangencial e
frontal. Há casos que os dois tipos básicos de fresamento comparecem simultaneamente, podendo ha-
ver ou não predominância de um sobre outro (Fig. 2.7).
2
As operações indicadas nas figuras são denominadas por alguns autores, de escareamento.

(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Figura 2.7 – Alguns processos de fresamento: (a) cilíndrico tangencial; (b) cilíndrico tangencial concordante;
(c) cilíndrico tangencial discordante; (d) frontal; (e) frontal de canal com fresa de topo; (f) composto
• Fresamento cilíndrico tangencial. Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana
paralela ao eixo de rotação da ferramenta. Quando a superfície obtida não for plana ou o eixo de ro-
tação da ferramenta for inclinado em relação à superfície originada na peça, será considerado um
processo especial de fresamento tangencial.
• Fresamento frontal. Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana perpendicular
ao eixo de rotação da ferramenta.
2.1.8 Serramento
Processo mecânico de usinagem destinado ao secionamento ou recorte com auxílio, de ferramen-
tas multicortantes de pequena espessura. Para tanto, a ferramenta gira ou se desloca, ou executa am-
bos os movimentos e a peça se desloca ou se mantém parada. O serramento pode ser retilíneo (alterna-
tivo, contínuo) e circular (Fig. 2.8).
(a) (b) (c)
Figura 2.8 – Alguns processos de serramento: (a) alternativo; (b) contínuo; (c) circular
• Serramento retilíneo. Processo de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo uma traje-
tória retilínea com movimento alternativo ou não (contínuo).
• Serramento circular. Processo de serramento no qual a ferramenta gira ao redor de seu eixo e a
peça ou ferramenta se desloca.

2.1.9 Brochamento
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de
ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a peça se deslocam em trajetória retilínea,
coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta. O brochamento pode ser interno ou externo (Fig. 2.9).
(a) (b)
Figura 2.9 – Processos de brochamento: (a) interno; (b) externo
2.1.10Roscamento
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de filetes, por meio da abertura de um ou
vários sulcos helicoidais de passo uniforme, em superfícies cilíndricas ou cônicas de revolução. Para tan-
to, a peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente segundo uma trajetória retilí-
nea paralela ou inclinada ao eixo de rotação. O roscamento pode ser interno ou externo (Fig. 2.10).
(a) (b) (c)
Figura 2.10 – Alguns processos de roscamento: (a) externo com ferramenta de perfil único; (b) interno com
ferramenta de perfil múltiplo; (c) interno com macho
2.2 Processos de Usinagem com Ferramentas de Geometria Não-Definida
2.2.1 Retificação
Processo de usinagem destinado à obtenção de superfícies com auxílio de ferramenta abrasiva de
revolução3
• Retificação tangencial. Processo de retificação executado com a superfície de revolução da ferra-
menta. Pode ser: cilíndrica (externa ou interna, de revolução ou não, com diferentes avanços da fer-
ramenta ou da peça); cônica (externa ou interna, com diferentes avanços da ferramenta ou da peça);
de perfis; plana; sem centros (com avanço longitudinal da peça ou radial do rebolo).
. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se desloca segundo uma trajetória
determinada, podendo a peça girar ou não. A retificação pode ser tangencial ou frontal (Fig. 2.11).
3
Denomina-se de usinagem por abrasão ao processo mecânico de usinagem no qual são empregados abrasivos ligados ou
soltos. Segundo a Norma ABNT PB26, ferramenta abrasiva é aquela constituída de grãos abrasivos ligados por aglutinante,
com formas a dimensões definidas. A ferramenta abrasiva com a forma de superfície de revolução adaptável a um eixo, E de-
nominada rebolo abrasivo. Não são considerados rebolos abrasivos rodas ou discos de metal, madeira, tecido, papel, tendo
uma ou várias camadas de abrasivos na superfície.

• Retificação frontal. Processo de retificação executado com a face do rebolo. É geralmente executada
na superfície plana da peça, perpendicularmente ao eixo do rebolo. A retificação frontal pode ser
com avanço retilíneo ou circular da peça.
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Figura 2.11 – Alguns processos de retificação: (a) cilíndrica externa com avanço longitudinal;(b) tangencial plana;
(c) frontal com avanço retilíneo da peça; (d) cônica externa com avanço longitudinal; (e) cilíndrica interna com
avanço longitudinal; (f) cilíndrica sem centros com avanço longitudinal contínuo da peça
2.2.2 Brunimento
Processo mecânico de usinagem por abrasão, empregado no acabamento de furos cilíndricos de
revolução, no qual todos os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a su-
perfície da peça e descrevem trajetórias helicoidais. Para tanto, a ferramenta ou a peça gira e se desloca
axialmente com movimento alternativo (Fig. 2.12a)
2.2.3 Lapidação
Processo mecânico de usinagem por abrasão, executado com abrasivo aplicado por porta-
ferramenta adequado, com objetivo de se obter dimensões especificadas da peça4
2.2.4 Polimento
(Fig. 2.12b).
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual a ferramenta é constituída por um disco ou
conglomerado de discos revestidos de substâncias abrasivas (Fig. 2.12c).
2.2.5 Espelhamento
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual é dado o acabamento final da peça por meio
de abrasivos, associados a um porta-ferramenta específico para cada tipo de operação, com o fim de se
obter uma superfície especular.
4
Segundo a Padronização Brasileira ABNT PB26, abrasivo é um produto natural ou sintético, granulado, usado de várias formas,
com a finalidade de remover o material das superfícies das peças até o desejado.

(a) (b) (c)
Figura 2.12 – Processos de usinagem por abrasão: (a) brunimento; (b) lapidação; (c) polimento
2.2.6 Lixamento
Processo mecânico de usinagem por abrasão executado por abrasivo aderido a uma tela e movi-
mentado com pressão contra a peça (Fig. 2.13a).
2.2.7 Jateamento
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual as peças são submetidas a um jato abrasivo,
para serem rebarbadas, asperizadas ou receberem um acabamento (Fig. 2.13b).
(a) (b)
Figura 2.13 – Processos de usinagem por abrasão: (a) lixamento com fita abrasiva; (b) jateamento
2.2.8 Superacabamento
Processo mecânico de usinagem por abrasão, empregado no acabamento de peças, no qual os
grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça. Para tanto, a
peça gira lentamente e, a ferramenta se desloca com movimento alternativo de pequena amplitude e
freqüência relativamente grande. O processo pode ser cilíndrico (Fig. 2.14a) ou plano (Fig. 2.14b).
(a) (b)
Figura 2.14 – Usinagem de superacabamento: (a) cilíndrico; (b) plano

2.2.9 Afiação
Processo mecânico de usinagem por abrasão, no qual é dado o acabamento das superfícies da cu-
nha cortante da ferramenta, com o fim de habilitá-la desempenhar sua função. Desta forma, são obtidos
os ângulos finais da ferramenta. A Figura 2.15a mostra o processo de afiação de uma ferramenta (bit) de
aço-rápido utilizando um esmeril (pedra abrasiva).
2.2.10Limagem
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de
ferramentas multicortantes (elaboradas por picagem) de movimento contínuo ou alternativo. O proces-
so contínuo se dá por lima de segmentos em forma de fita (Fig. 2.15b) e o processo alternativo através
de ferramenta manual.
2.2.11Tamboreamento
Processo mecânico de usinagem no qual as peças são colocadas no interior de um tambor rotati-
vo, juntamente ou não com materiais especiais, para serem rebarbadas ou receberem um acabamento.
A Figura 2.15c esquematiza o processo.
(a) (b) (c)
Figura 2.15 – Processos de usinagem por abrasão: (a) afiação; (b) limagem contínua; (c) tamboreamento
2.3 Processos Não-Convencionais de Usinagem
2.3.1 Usinagem por ultrassom
Processo de usinagem não convencional que utiliza energia mecânica na remoção de material em
que a erosão é o mecanismo principal. A remoção consiste na utilização de freqüências ultrassônicas na
usinagem de materiais. Essa técnica tomou novo impulso a partir dos anos 80 devido ao seu desempe-
nho na usinagem de cerâmicas avançadas. Esses materiais, devido às propriedades mecânicas como
elevada dureza e fragilidade, mostram-se muito difíceis de serem usinados por técnicas convencionais
de usinagem. Em relação aos outros processos não tradicionais de usinagem a vantagem principal é a
preservação da integridade superficial do material usinado. O princípio do processo de usinagem por
ultrassom baseia-se na transformação de um sinal elétrico em vibrações mecânicas de mesma freqüên-
cia. Este sinal elétrico deve ser de alta freqüência, situado na faixa dos 20 kHz. As vibrações produzidas
por um transdutor têm sua amplitude amplificada por um amplificador mecânico e transmitida a uma
ferramenta de forma através do sonotrodo (Fig. 2.16).

Figura 2.16 – Esquema da usinagem por ultrassom
2.3.2 Usinagem por jato d’água
Este processo enquadra-se no grupo de remoção mecânica, onde a força de impacto exercida por
um jato de água em alta pressão na superfície de contato do material supera a tensão de compressão
entre as moléculas, seccionando o mesmo com auxílio de grãos abrasivo. A configuração das instalações
para corte com jato d’água (Fig. 2.17) pode ser subdividida em três blocos funcionais: bomba de alta
pressão; instalação de corte; estação de filtragem.
Figura 2.17 – Esquema de uma instalação de corte por jato d’água
2.3.3 Usinagem eletroquímica
Este é um processo não-convencional muito importante e relativamente novo (década de 90) no
qual o principal objetivo é a remoção de material empregando um eletrólito e corrente elétrica contínua
para ionizar e remover porções metálicas da peça-obra. A remoção é realizada através do escoamento a
alta velocidade do eletrólito entre uma ferramenta (cátodo) e uma peça (ânodo), segundo um perfil
apresentado por uma ferramenta (eletrodo). Os esquemas da Figura 2.18 mostram a usinagem eletro-
química, na qual se pode observar a ferramenta e a peça mergulhadas em um eletrólito.

(a) (b)
Figura 2.18 – Usinagem eletroquímica, ferramenta e peça: (a) a ser usinada; (b) já usinada
2.3.4 Usinagem por eletroerosão
Processo de usinagem não convencional que utiliza energia termelétrica na remoção de material
em que a fusão e a vaporização do material usinado formam os mecanismos principais. É um processo
de usinagem por descargas elétricas para a geração de orifícios, ranhuras e cavidades, geralmente de
pequenas dimensões. A remoção de material é ocasionada por faíscas elétricas incidentes a alta fre-
quência. A descarga de faíscas é produzida por pulsação controlada de corrente contínua entre a peça-
obra (eletrodo positivo) e a ferramenta (eletrodo negativo) imersas em um fluido dielétrico ionizado. A
distância da ferramenta à peça varia entre 10 e 50 µm. O fluido dielétrico serve como condutor da faísca
e como meio refrigerante. O perfil do eletrodo corresponde à contraforma do detalhe a ser obtido na
peça. Este processo aplica-se bem a materiais de elevada dureza e baixa usinabilidade. Há dois proces-
sos básicos de eletroerosão (Fig. 2.19): a fio e por penetração.
(a) (b)
Figura 2.19 – Usinagem por eletroerosão: (a) a fio; (b) por imersão
2.3.5 Usinagem por feixe de elétrons
Processo baseado na energia termelétrica para remoção de material. Para tanto, utiliza um feixe
de elétrons a alta velocidade, que atua no vácuo, provocando a vaporização do metal da peça-obra pelo
choque dos elétrons contra a superfície da peça-obra. O processo se aplica à confecção de pequenos
orifícios e cavidades. Os componentes básicos, presentes em todas as máquinas de feixe de elétrons,
são: canhão emissor de elétrons, lentes de focalização e sistema de ajuste de foco. Estes componentes
estão alojados numa câmara de vácuo, Figura 2.20.

Figura 2.20 – Esquema de uma máquina para produção de feixes de elétrons
2.3.6 Usinagem a laser
Processo baseado na energia termelétrica para remoção de material em que o metal é fundido e
vaporizado por feixe colimado de luz monocromática intensa chamada LASER (do inglês light amplifica-
tion by stimulated emission of radiation). O sistema produz um feixe de luz concentrado, obtido por
excitação dos elétrons de determinados átomos, utilizando um veículo ativo que pode ser um sólido
(rubi) ou um gás (CO2 sob pressão). Este feixe de luz produz intensa energia na forma de calor (Fig. 2.21).
Este processo também se aplica a chapas finas de metal, madeira, plástico, vidro e cerâmica, com um
mínimo de desperdício e sem distorções. Ao utilizar o laser tem-se um corte de altíssimo nível de preci-
são, o que permite realizar tarefas extremamente delicadas.
(a) (b)
Figura 2.21 – Representação esquemática de uma máquina laser: (a) câmara; (b) sistema de amplificação da luz
2.3.7 Usinagem por arco plasma
Processo baseado na energia termelétrica para remoção de material, em que o plasma é gerado
pela sujeição de um volume de gás aquecido por arco elétrico a uma temperatura suficientemente alta
para iniciar a ionização ao bombeamento de elétrons em alta velocidade gerados por um arco elétrico.
O plasma é utilizado como elemento de fusão e vaporização da peça-obra. A Figura 2.22 mostra o prin-
cipio de remoção na usinagem por arco plasma.
2.4 Comparação dos Diferentes Processos de Fabricação por Usinagem
Diante dos muitos processos de fabricação por usinagem disponíveis, dos inúmeros aparatos tec-
nológicos, dos recém desenvolvidos em laboratórios de pesquisa para aplicações nos diversos setores de

produção, e da sedução exercida pelas novidades e pelos modismos, não são poucos os profissionais da
área que encontram dificuldades para discernir qual a melhor solução para cada necessidade.
Figura 2.22 – Princípio de remoção pela usinagem por arco plasma
Na verdade, não existe uma regra geral para se determinar a qual a decisão é a mais ou menos
correta. Em cada caso, é importante comparar os custos e as condições técnicas. Sobretudo, é preciso
que se tenham conhecimentos e informações sobre as opções disponíveis, para se poder avaliar criteri-
osamente o interesse industrial de cada método de trabalho.
Uma maneira interessante de formar uma visão de conjunto consiste em agrupar os diversos mé-
todos em função dos atributos comuns que apresentam.
Um fator importante na análise dos métodos de produção é a natureza da energia envolvida no
processo. De acordo com esta natureza, podem-se agrupar os métodos avançados de usinagem em qua-
tro categorias: mecânica, química, eletroquímica e termelétrica, como mostra a Tabela 2.1.
Tabela 2.1 – Divisão dos processos não-convencionais de usinagem
NATUREZA ENERGÉTICA MODO DE REMOÇÃO PROCESSO
Mecânica Erosão
Jato D’água
Ultrassom
Química Reações químicas Remoção química
Eletroquímica Reações eletrolíticas Remoção eletroquímica
Termelétrica Fusão/vaporização
Corte a laser
Corte a plasma
Feixe de elétrons
Eletroerosão
A Tabela 2.1 põe em evidência o modo de remoção de material em cada um dos métodos avan-
çados. Por outro lado, nos processos tradicionais de usinagem, o arranque de material se dá, em geral,
por cisalhamento. Outro aspecto importante a considerar refere-se aos campos de aplicação destes
novos processos de usinagem, destaque da Tabela 2.2. Nota-se nesta última tabela que a eletroerosão
aplica-se somente a materiais condutores. Conseqüentemente, o processo não se presta à usinagem de
materiais maus condutores, como a madeira, as resinas etc., das quais habitualmente são feitas as ma-
trizes, protótipos e moldes para fundição.

Tabela 2.2 – Aplicações dos métodos avançados de usinagem
PROCESSO APLICAÇÕES
Eletroerosão
Remoção eletroquímica
Corte a plasma
Usinagens diversas em materiais condutores
Ultrassom Usinagens diversas em materiais maus condutores
Remoção química Usinagem de peças delicadas
Corte a laser
Feixe de elétrons
Jato D’água
Microusinagem
A usinagem eletroquímica também só se aplica a corpos condutores. Óxidos isolantes ou materi-
ais vitrificados são obstáculos ao uso desse método.
O corte por plasma é outro método aplicável apenas a metais condutores, como o aço inoxidável,
o alumínio e outros metais não-ferrosos, tendo surgido como uma alternativa ao oxicorte, que não era
aplicável aos materiais acima por gerar reações químicas.
Numa segunda categoria, a dos métodos aplicados a materiais maus condutores, destacam-se o
ultrassom e o ultrassom rotativo. Estes métodos são especialmente adequados para a usinagem de ma-
teriais frágeis, duros ou quebradiços, como o vidro, a cerâmica e o diamante.
Quando o objetivo é a microusinagem, o campo de escolha do método pode recair sobre o feixe
de elétrons, o jato de água ou o laser.
Entretanto, uma análise mais acurada de qualquer desses métodos é necessária, antes da defini-
ção do procedimento a adotar. Por exemplo, o feixe de elétrons pode levar a alterações da estrutura
cristalina, na região de corte, o que o tornaria contra-indicado para usinagem de aços com alto teor de
carbono, onde um endurecimento da superfície não é desejável.
Como se vê, certas condições impõem um procedimento particular: alguns materiais não podem
ser atacados por abrasão, por eletroerosão ou por eletrólise. Uma fresa não pode usinar uma forma
reentrante, que um eletrodo facilmente usinaria. Alguns materiais excluem a possibilidade de usinagem
termelétrica. O feixe de elétrons produz grande exatidão, mas só se justifica sua aplicação para dimen-
sões reduzidas.
Ou seja, uma visão de conjunto das diferentes técnicas é sempre indispensável para julgar com
conhecimento de causa, sem deixar de lado os procedimentos convencionais, facilmente ignorados,
embora mais econômicos em algumas situações.
A Figura 2.23 apresenta uma visão comparativa geral dos processos convencionais e dos proces-
sos avançados de usinagem. Vale lembrar que as variáveis analisadas nesse quadro não esgotam todas
as possibilidades que devem ser avaliadas na determinação de um método particular de trabalho.

Figura 2.23 – Quadro comparativo dos processos de usinagem (convencionais e não-convencionais)

3 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE ENTRADA DO PROCESSO
Dentre as variáveis envolvidas no processo de fabricação com formação de cavaco, existem aque-
las nas quais se podem intervir (variáveis independentes de entrada) e aquelas nas quais não se podem
(variáveis dependentes de saída), já que sofrem influência da mudança nos parâmetros de entrada. A
Figura 3.1 resume as relações entrada/saída associadas com o processo de torneamento.
Figura 3.1 – Relações de entrada e saída em torneamento
As variáveis independentes de entrada destacadas na Figura 3.1 são: material da peça, material
da ferramenta, geometria da ferramenta, parâmetros de corte e máquina-ferramenta.
3.1 Material da Peça
As propriedades físicas, químicas e mecânicas do material da peça bruta (dureza, resistência à tra-
ção, composição química, inclusões, afinidade química com o meio lubrirrefrigerante ou com a ferra-
menta, microestrutura, encruamento etc.) podem ser especificadas ou previamente conhecidas.
A usinabilidade de um material é definida como uma grandeza tecnológica que expressa, por
meio de um valor numérico comparativo, um conjunto de propriedades (que influem sobre: a vida da
ferramenta, os esforços de corte, o acabamento da superfície usinada, a temperatura de corte, a produ-
tividade e as características do cavaco) em relação a outro material tomado como padrão. Em outras
palavras, a usinabilidade expressa o grau de dificuldade de se usinar um determinado material. A usina-
bilidade é uma propriedade que depende da interação entre o processo de fabricação e as característi-
cas do material da peça. Algumas propriedades dos materiais podem influenciar na usinabilidade: dure-
za e resistência mecânica, ductilidade, condutividade térmica e taxa de encruamento.
Ferramenta de Corte
Geometria:
• ângulos (α, γ, κr)
• raio de quina (rε)
• arredondamento do gume
Material:
• dureza
• acabamento
• revestimento
Planejamento Experimental
Seleção dos níveis e do número
de variáveis de entrada
Máquina-ferramenta
Parâmetros de Corte
Avanço (f)
Profundidade de corte (ap)
Velocidade de corte (vc)
Ambiente de corte:
• a seco
• com lubri-refrigerante
Peça ou Componente
Material
Geometria
Cristalografia
Pureza
Tratamento térmico
Dureza
PROCESSO DE
TORNEAMENTO
Variáveis de Saída
Tipo de cavaco
Força
Potência
Temperatura
Vibração
Falhas na ferramenta
Acabamento da superfície
Dimensões da peça
Ferramenta de Corte
Geometria:
• ângulos (α, γ, κr)
• raio de quina (rε)
• arredondamento do gume
Material:
• dureza
• acabamento
• revestimento
Planejamento Experimental
Seleção dos níveis e do número
de variáveis de entrada
Máquina-ferramenta
Parâmetros de Corte
Avanço (f)
Profundidade de corte (ap)
Velocidade de corte (vc)
Ambiente de corte:
• a seco
• com lubri-refrigerante
Peça ou Componente
Material
Geometria
Cristalografia
Pureza
Tratamento térmico
Dureza
PROCESSO DE
TORNEAMENTO
Variáveis de Saída
Tipo de cavaco
Força
Potência
Temperatura
Vibração
Falhas na ferramenta
Acabamento da superfície
Dimensões da peça

Normalmente, materiais com baixos valores de dureza permitem-se usinar com maiores parâme-
tros cinemáticos (velocidade de corte e avanço) e de profundidade, bem como obter longos tempos de
vida da ferramenta e, consequentemente, altas taxas de remoção de cavacos a menores custos opera-
cionais. Também se esperam baixas forças e potências de usinagem. Exceções são os materiais de baixa
dureza e alta ductilidade, que tendem a formar cavacos longos, produzir rebarbas excessivas na peça
usinada e gerar arestas postiças de corte nas ferramentas. Tais rebarbas exigem operações posteriores,
aumentando assim os custos e o tempo de entrega. Materiais com baixa ductilidade e baixa dureza são,
geralmente, de fácil usinagem, como é o caso do ferro fundido: os cavacos tendem a ser altamente
segmentados e a energia necessária para a sua remoção é baixa.
Alta condutividade térmica significa que o calor produzido na região de formação de cavacos é ra-
pidamente conduzido para as imediações, longe da região de corte. Altos valores desse parâmetro são,
em geral, desejados. Infelizmente, a condutividade do material usinado nem sempre é uma escolha do
engenheiro de fabricação, embora se possam projetar algumas ligas para melhorar o desempenho dos
processos de usinagem. De maneira bem geral e simplificada, podem-se classificar as ligas metálicas
para usinagem na seguinte ordem: a) ligas de alumínio, de cobre e de magnésio; b) aços não-ligados; c)
ferros fundidos; d) aços ligados; e) aços inoxidáveis; f) ligas de alta resistência térmica e mecânica.
(a) Liga de Alumínio 6061-T6 (b) Aço-carbono 1045 (c) Ferro Fundido Vermicular
(d) Aço liga 4140 (Cr-Mo) (e) Aço Inox Austenítico (f) Liga Ti-6Al-4V
Figura 3.2 – Exemplos de ligas metálicas para usinagem (microscopia óptica com ampliação 500×)
Embora nem todos os materiais usinados estejam na lista anterior, os que lá constam servem de
comparação para estabelecer uma usinabilidade relativa. Analogamente, durante a usinagem dessas
ligas, a vida da ferramenta piora na mesma proporção.

À medida que são deformados plasticamente, alguns materiais metálicos apresentam a caracte-
rística de aumentar a sua resistência mecânica, o que pode ser denominado “endurecimento por de-
formação” ou encruamento. O nível de encruamento depende da taxa de deformação e da capacidade
de endurecimento do material. Uma alta taxa de encruamento significa um rápido aumento de resistên-
cia em relação à taxa de deformação. Quando se formam cavacos, a taxa de deformação é localmente
muito alta. Materiais com alta taxa de encruamento são os aços inoxidáveis austeníticos, com ligas de
alta resistência térmica e mecânica. Aços-carbono, no entanto, são materiais com baixa taxa de encru-
amento. Altas taxas de encruamento significam que mais energia é necessária para a remoção de mate-
rial, levando a maiores forças e potencia de corte. Em geral, baixos valores de parâmetros cinemáticos e
de profundidade devem ser usados para valores aceitáveis em termos de vida da ferramenta. Para ma-
teriais com altas taxas de encruamento, arestas de corte com geometrias afiadas são preferíveis para
que se diminua a taxa de deformação, evitando-se, assim, o endurecimento.
A microestrutura do material que está sendo usinado também desempenha um papel significativo
no desempenho da operação de usinagem. Macroinclusões possuem tamanhos maiores que 0,15 mm.
Elas são, em geral, duras e de caráter abrasivo, causando desgaste, ou mesmo avarias, à aresta de corte.
Estas são mais frequentes em aços de baixa qualidade e devem ser evitadas para a maioria das aplica-
ções em peças usinadas.
Previamente à operação de corte, o material pode ter sido laminado a quente, laminado a frio,
normalizado, recozido ou endurecido.
Por conta da longa exposição a altas temperaturas, acima da recristalização, a estrutura de um
material laminado a quente é, em geral, heterogênea e grosseira. Já a laminação a frio, ou o trabalho a
frio, é realizado em peças ou barras para uniformizar a microestrutura, ou mesmo provocar endureci-
mento quando o material e propenso ao endurecimento por deformação. O trabalho a frio, em geral,
provoca aumento de dureza e redução na vida das ferramentas. Porém, pode levar à redução de rebar-
bas na peça e de aresta postiça de corte na ferramenta.
A estrutura normalizada é aquela que passou por aquecimento na temperatura de austenização
por tempo suficiente para uma completa normalização e foi resfriada até a temperatura ambiente. Isso
resulta em uma estrutura mais fina e homogênea, que permite melhores condições de usinagem com
parâmetros de corte mais altos.
A condição de material recozido é usada, na maioria das vezes, para a redução da dureza em um
processo no qual as lamelas de cementita da estrutura perlítica são esferoidizadas. Isso provoca signifi-
cativa redução de dureza e torna a estrutura menos abrasiva, aumentado assim a vida da ferramenta. A
Figura 3.3a apresenta a microestrutura ferrítica/perlítica de um aço ABNT 1045 laminado a quente. Após
o processo de recozimento de esferoidização, a microestrutura passa a ser constituída de carbonetos
globulares dispersos em uma matriz ferrítica, como mostra a Figura 3.3b.
A integridade superficial da peça previamente à operação de usinagem também pode ser signifi-
cativa para o desempenho do processo. Superfícies forjadas ou fundidas muitas vezes são inevitáveis.
Porém, as superfícies forjadas podem estar endurecidas, aumentando assim o desgaste das ferramentas
– da mesma forma que a presença de resíduos de areia de fundição acelera o desgaste abrasivo. Em
muitos casos, a limpeza de superfícies antes da usinagem pode melhorar o desempenho da usinagem.

(a) (b)
Figura 3.3 – Microscopia óptica do aço ABNT 1045: (a) microestrutura ferrítica/perlítica;
(b) microestrutura obtida após recozimento de esferoidização
Os elementos de ligas em um material a ser usinado são fatores de extrema importância para ori-
entar o engenheiro de fabricação: eles são os principais responsáveis pela melhoria das propriedades
físicas e mecânicas das ligas. Os principais elementos de liga adicionados ao aço para melhorar sua usi-
nabilidade são: enxofre (S), selênio (Se), telúrio (Te), chumbo (Pb), bismuto (Bi), estanho (Sn), fósforo (P)
e nitrogênio. Tais elementos, isoladamente ou formando compostos, interrompem a matriz ferrítica,
austenítica ou martensítica do aço, facilitando a quebra do cavaco, a lubrificação da ferramenta e, con-
sequentemente, diminuindo os esforços de corte. No entanto, essas mesmas qualidades que fazem os
elementos de ligas adequados a componentes mecânicos de alta responsabilidade e desempenho em
serviço, tornam os mesmos difíceis de usinar, uma vez que a formação de cavacos os leva a falha por
ruptura ao cisalhamento.
3.2 Geometria da Peça
A seleção dos processos de usinagem é feita com base na análise da capacidade do processo de
executar o formato geométrico da peça com a exatidão e o acabamento superficial requeridos.
Inicialmente selecionam-se os grupos de processos compatíveis com o tamanho e a forma geomé-
trica da peça a ser usinada (axissimétrica ou prismática) e com as possíveis características adicionais
(furos, roscas, cavidades etc.). A Tabela 3.1 mostra os grupos conforme o formato da superfície.
Tabela 3.1 – Grupos de processos de usinagem de acordo com o formato desejado da peça
AXISSIMÉTRICA PRISMÁTICA CARACTERÍSTICAS
ADICIONAIS
Torneamento
Retificação
Brunimento
Polimento
Lapidação
Fresamento
Retificação
Brunimento
Polimento
Lapidação
Furação
Alargamento
Mandrilamento
Fresamento
Retificação
Brochamento
Roscamento

OBS. Uma seção transversal que, ao girar em torno de um eixo, origina um sólido de revolução que cor-
responde a uma peça axissimétrica. Uma superfície prismática é aquela gerada por uma reta que se
desloca paralelamente a si mesma acompanhando uma linha poligonal aberta ou fechada; prisma é o
sólido limitado por uma superfície prismática fechada e por dois planos paralelos.
Uma vez selecionado o grupo de processos de usinagem, a seleção final será feita com base no
acabamento superficial e também nas tolerâncias dimensionais e geométricas requeridas.
A geometria de uma peça (tamanho e forma) pode ser gerada através de processos anteriores, ou
pode ser selecionada a partir da matéria-prima padrão para usinagem. Geralmente estas variáveis influ-
enciam diretamente no processo de usinagem ou nos parâmetros que são selecionados, como por e-
xemplo, a profundidade de corte.
3.2.1 Peças similares a sólidos de revolução
Peças axissimétricas – similares a sólidos de revolução (eixos, engrenagens, polias, tampas) – são
as que, por exemplo, podem ser submetidas às operações de desbaste e acabamento em torneamento.
Os fatores que devem ser considerados na escolha entre uma peça forjada ou de barra na confec-
ção desses elementos de máquinas (sólidos de revolução) são: o cálculo dimensional; o sobrematerial a
ser removido; a disponibilidade da máquina-ferramenta.
Exemplos de peças axissimétricas com relação L/D (comprimento/diâmetro) grande: eixos, pinos e
varões. Exemplos com L/D pequeno: engrenagens, polias, volantes e buchas.
A Figura 3.4 mostra diferentes geometrias e superfícies de peças e componentes que podem ser
obtidas através de operações de torneamento.
Figura 3.4 – Possíveis geometrias de peças fabricadas por torneamento
3.2.2 Peças não-similares a sólidos de revolução
Peças não-similares a sólidos de revolução são aquelas que, após a usinagem, apresentam super-
fícies prismáticas, ou seja, peças formadas por superfícies planas e/ou não axissimétricas. São exemplos
de peças não-similares a sólidos de revolução: carcaças, tampas e garfos.
A Figura 3.5 mostra diferentes geometrias e superfícies de peças e componentes que podem ser
obtidas através de operações de fresamento.

Figura 3.5 – Possíveis geometrias de peças fabricadas por fresamento
3.2.3 Peças especiais
A usinagem de materiais na escala micro e nanométrica está sendo considerada por muitos a cha-
ve para as futuras tecnologias. Além dos já conhecidos processos de litografia usados na fabricação de
dispositivos eletrônicos, as tecnologias de micro e nanousinagem desempenham um papel importante
na miniaturização das máquinas, com usos destacados em aplicações biológicas e médicas, sensores
eletromecânicos, atuadores e microreatores químicos, entre outros (vide Fig. 3.6a).
Por outro lado, a usinagem de peças muito grandes exige máquinas-ferramentas de grande porte
e toda a rotina de trabalho diferenciada. Como parte desta rotina, pode-se citar as dificuldades de mo-
vimentação das peças em função da localização das faces e diâmetros a serem usinados com auxílio de
operações com ponte rolante. Outro fator a ser considerado é que as peças são geralmente estruturas
mecano-soldadas, necessitando de montagem posterior. A Figura 3.6b mostra um rotor de hidrelétrica
fabricado a partir de um disco fundido maciço de aço inox martensítico; após a usinagem do perfil hi-
dráulico, as meias-conchas que complementam a peça são fixadas por solda ao disco principal.
(a) (b)
Figura 3.6 – Tamanhos e geometrias especiais obtidas em usinagem: (a) nanousinagem; (b) rotor de hidrelétrica

3.3 Material da Ferramenta
Sabe-se que o processo de usinagem baseia-se na remoção de material, utilizando na ferramenta
um material mais duro e mecanicamente mais resistente que na peça. Além disso, as condições requeri-
das de processo dependem do material a ser usinado, dos parâmetros de corte e das características da
máquina-ferramenta. Por outro lado, a seleção do material da ferramenta que produza o desempenho
desejável em tais condições ainda é um desafio, pois nenhum material apresenta as propriedades a se-
rem exigidas da ferramenta no seu mais alto grau.
Partindo-se do princípio da dureza relativa, o surgimento de novos materiais e ligas estruturais
com excelentes propriedades de resistência mecânica e elevada dureza contribuíram para o apareci-
mento de novos materiais para a concepção de ferramentas mais resistentes para as operações de usi-
nagem. Porém, o corte de materiais frágeis ou as operações de corte interrompido requerem materiais
com suficiente tenacidade para suportar os choques e impactos inerentes ao processo de usinagem.
Como, em geral, dureza e tenacidade são duas propriedades antagônicas (alta dureza se associa a baixa
tenacidade e vice-versa), o balanço destas propriedades nos materiais de ferramentas de corte se tor-
nou um desafio para os fabricantes. A Figura 3.7 mostra o comportamento de cada material em relação
a estas duas propriedades. A conciliação destas propriedades foi conseguida com a produção de ferra-
mentas com diferentes composições químicas, refinamento dos grãos, controle dos processos de fabri-
cação e do tratamento térmico, o que lhes confere graus compatíveis de pureza e qualidade.
Figura 3.7 – Relação entre a tenacidade e a dureza entre os materiais aplicados como ferramenta de corte
As principais propriedades desejadas em um material para ferramenta de corte são: alta dureza;
suficiente tenacidade para evitar falha por fratura; alta resistência ao desgaste abrasivo, à compres-
são e ao cisalhamento; boas propriedades térmicas e mecânicas em altas temperaturas; alta resistên-
cia ao choque térmico; alta resistência ao impacto; ser quimicamente inerte. Estas não se reúnem em
um só material, mas dependendo da aplicação, priorizam-se algumas delas que possam ser reunidas.
Desde as primeiras aplicações surgiram diversos materiais aplicados a ferramentas de corte Os
dois tipos de materiais mais comuns usados em ferramentas de corte destinadas às operações tradicio-
nais de usinagem são: o aço-rápido e o metal-duro, que juntos somam 90% das aplicações na indústria
moderna. Materiais avançados como: nitreto de boro cúbico (CBN – cubic boron nitride), cerâmica e
diamantes, detêm 10% das aplicações.

3.3.1 Aço-rápido
O aço-rápido (AR) é usado em ferramentas de uso geral [usinagem de peças forjadas, fundidas ou
sinterizadas (metalurgia do pó)], em ferramentas de geometria complexa ou naquelas usadas em situa-
ções em que as velocidades de corte são mais modestas. Principais propriedades: dureza a quente, re-
sistência ao desgaste e tenacidade.
Desenvolvido por F. W. TAYLOR, no final do século XIX, o aço-rápido foi o responsável pelo primeiro
grande salto tecnológico na história da usinagem. Com o seu advento, foi possível aumentar as veloci-
dades de corte antes obtidas com ferramentas de aço-carbono (3 a 5 m/min) em cerca de 10 vezes (30 a
35 m/min) – razão pela qual os aços-rápidos possuem este nome (em inglês HSS – high-speed steel).
Hoje, comparando com os materiais das ferramentas atuais, esses valores são relativamente baixos.
Apesar disso, esse grupo de materiais ainda resiste, pois mais de um século depois de descobertos, ain-
da são largamente empregados (cerca de 40% das ferramentas aplicadas na indústria são de HSS). As
principais aplicações de aços-rápidos são em brocas, fresas inteiriças, cossinetes, brochas e até em fer-
ramentas de barra para aplicações em torneamento de peças de diâmetros reduzidos, cuja velocidade
de corte conseguida é inferior à velocidade econômica de corte dos materiais mais resistentes (Fig. 3.8).
Figura 3.8 – Algumas aplicações dos aços-rápidos
Com elevada tenacidade, resistência ao desgaste e dureza a quente quando comparados com os
aços-carbonos usados na fabricação de ferramentas, o aço-rápido é um aço alta liga com microestrutura
martensítica com inclusões de carbonetos. As ferramentas de aço-rápido são divididas em dois grandes
grupos: aços ao tungstênio (W), identificados pela letra “T”, e aços ao molibdênio (Mo), identificados
pela letra “M”. Assim, os principais elementos de liga dos aços-rápidos são: tungstênio (W), molibdênio
(Mo), cobalto (Co), vanádio (V), cromo (Cr) e outros.
Diferente do que acontece com os aços convencionais, que são temperados e revenidos, e cuja
dureza exibe uma queda contínua com o aumento da temperatura de revenimento, os aços-rápidos
apresentam uma elevação de dureza quando revenidos em temperaturas entre 480 o
C e 565 o
C, depen-
dendo da composição química. Quando da seleção de um aço-rápido, deve-se considerar as principais
características necessárias ao desempenho da função. A Tabela 3.2 mostra algumas dessas característi-
cas e suas relações com os elementos de liga presentes.

Tabela 3.2 – Principais características dos aços-rápidos e suas relações com os elementos de liga presentes
CARACTERÍSTICAS ELEMENTOS DE LIGA
Dureza a quente W, Mo, Co (com W ou Mo), V, Cr, Mn
Resistência ao desgaste abrasivo V, W, Mo, Cr, Mn
Profundidade de endurecimento B, V, Mo, Cr, Mn, Si, Ni
Empenamento mínimo Mo (com Cr), Cr, Mn
Aumento da tenacidade pelo refinamento do grão V, W, Mo, Mn, Cr
Apesar da existência de materiais para ferramenta mais avançados que o aço-rápido, em diversos
processos de usinagem, a aplicação destes materiais é restrita devido às formas ou geometrias das fer-
ramentas, ou ainda às condições tanto de operação quanto da máquina operatriz. Um exemplo é a ope-
ração de fresamento com fresas de pequeno diâmetro. Neste caso, além da dificuldade de obtenção da
forma da fresa, a grande maioria das máquinas operatrizes não atinge as velocidades de corte necessá-
rias para o uso de fresas de metal-duro, sendo o aço-rápido ainda bastante usado. Porém, algumas pro-
priedades, como resistência ao desgaste e coeficiente de atrito do aço-rápido não condizem com a efici-
ência de corte almejada. Uma solução bastante usada por fabricantes de ferramentas de corte é a apli-
cação de uma camada de cobertura de material com resistência ao desgaste (e outras propriedades,
como inércia química, baixo coeficiente de atrito) mais elevada sobre a ferramenta de aço rápido.
Popularmente chamadas de ferramentas de aço-rápido sinterizado, este processo de fabricação
apresenta como vantagens a possibilidade do uso de partículas de carbonetos muito menores, com me-
lhor dispersão, além de um número maior de elementos de liga em comparação com AR fabricado pelo
processo convencional. Lembrando que sinterização é apenas parte de processo de metalurgia do pó.
3.3.2 Metal-duro (MD)
O metal-duro é usado em cerca de 50% das aplicações devido ao custo e à combinação da dureza
à temperatura ambiente, dureza a quente, resistência ao desgaste e tenacidade, possível graças à varia-
ção da sua composição. A ferramenta de MD pode ser aplicada em altas velocidades de corte.
A grande vantagem do metal duro é manter o corte da ferramenta vivo por muito mais tempo,
mesmo quando submetido à velocidade de trabalho inúmeras vezes superior ao que suportaria o aço
rápido. O metal duro aumentou significativamente a produtividade, por ter a propriedade de manter a
dureza e assim o fio de corte, mesmo quando muito aquecido, pois quanto mais rápido se executa uma
usinagem, maior o calor gerado na interface ferramenta-peça.
Desde o princípio, o metal-duro, por ser fruto da metalurgia do pó, foi desenvolvido em forma de
pastilhas que, no começo, eram soldadas a hastes ou cabeçotes metálicos para, deste modo, formar a
chamada ferramenta. Como as soldas não resistem às altas temperaturas geradas na usinagem e por
isso soltariam as pastilhas durante o processo, causando acidentes, estas passaram a ser intercambiá-
veis e fixadas mecanicamente aos seus suportes, facilitando o processo de troca de uma ferramenta
gasta por uma nova. A Figura 3.9 ilustra o processo de fabricação da ferramenta MD.

Figura 3.9 – Esquema do processo de fabricação da ferramenta de metal-duro
O metal-duro é composto de carbonetos metálicos em forma de minúsculas partículas que são in-
crustadas em metal ligante. Os componentes mais importantes são o carboneto de tungstênio (WC)
denominado fase a (determina a resistência ao desgaste) e o metal ligante cobalto (Co) denominado
fase b. (determina a tenacidade). Com o tempo, outros componentes foram adicionados a essa compo-
sição básica. A adição de carbonetos de titânio (TiC) (aumentar a resistência à craterização), de tântalo
(TaC) e de nióbio (NbC) (maior tenacidade ao MD) denominados fase g, melhoraram muito a perfor-
mance das ferramentas de metal-duro quanto a prevenir desgastes que se originam nos processos de
formação de cavacos particulares a cada tipo de material.
Mais tarde, os pesquisadores descobriram a possibilidade de se revestir a superfície das pastilhas
com finas camadas de fase g. Este revestimento pode ser obtido tanto pelo processo CVD (Chemical
Vapor Deposition), quanto pelo processo PVD (Physical Vapor Deposition). Estas camadas, que medem
de 3 a 5 µm de espessura, proporcionaram maior durabilidade à aresta de corte, pois a camada extrafi-
na e extremamente dura sobre o núcleo tenaz permitiu que uma mesma pastilha suportasse tanto mai-
ores esforços de corte (em operações de desbaste) quanto altas velocidades (em operações de acaba-
mento). Apesar de no início os revestimentos serem simples, a tecnologia do revestimento evoluiu até
as pastilhas multirrevestidas, com camadas sobrepostas, onde cada uma delas exerce uma função espe-
cífica a fim de conter os diferentes processos de desgastes que se desenvolvem durante a usinagem.
Comumente se tem um triplo revestimento: TiC/TiCN/TiN ou TiC/Al2O3/TiN. Entretanto, existem
registros de ferramentas com até doze camadas de diferentes revestimentos. Cada camada tem uma
função específica e a sua associação permite oferecer um material com todas as vantagens possíveis de
se obter com a técnica. Uma única pastilha em uma determinada classe pode ser aplicável tanto em
acabamento quanto em desbaste de metais, que podem variar do aço ao ferro fundido. Normalmente, o
TiC ou o TiCN são revestimentos muito utilizados como a 1ª camada, pois garantem uma coesão muito
boa com o substrato. Além disso, o TiC é um dos mais duros revestimentos utilizados, o que garante
resistência ao desgaste. O Al2O3 é um revestimento intermediário muito empregado pela sua inércia
química, sua dureza (e, portanto, resistência ao desgaste) e sua baixa condutividade térmica a altas
temperaturas. O TiN se apresenta como a camada mais externa, pois proporciona baixos coeficientes de

atrito entre a ferramenta e o cavaco e entre a ferramenta e a peça. O TiNAl tem se mostrado excelente
na usinagem de ferro fundido e pode se aplicado na usinagem de superligas de níquel. A Figura 3.10
mostra a estrutura do metal duro com o substrato de carboneto de tungstênio e a matriz metálica de
cobalto, além dos revestimentos aplicados na superfície da ferramenta.
Figura 3.10 – Microestrutura do metal duro
A Norma ISO 513 (2004) (classification and application of hard cutting materials for metal re-
moval with defined cutting edges – designation of main groups and groups of application) apresenta a
classificação de grupos de ferramentas. A letra de designação da classe é sempre acompanhada de um
número que representa a tenacidade a resistência ao desgaste da ferramenta: quanto maior o número,
maior a tenacidade e menor a resistência ao desgaste.
A subdivisão dentro de cada classe de metal-duro (P, M, K) depende principalmente de:
• A composição química do material da ferramenta, incluindo qualidade e quantidade de carbonetos.
Por exemplo, a presença de TiC garante maior resistência ao desgaste, e uma maior quantidade de
Co garante maior tenacidade.
• O tamanho dos grãos de carboneto: quanto mais finos, maior a tenacidade da ferramenta, aliada a
uma maior dureza média.
Comumente pode-se encontrar nos catálogos de fornecedores referências sobre o grau de dureza
e tenacidade das distintas classes de metal-duro, incluindo informações sobre os seus materiais consti-
tuintes. Essas informações são úteis para a escolha e adequação da ferramenta ao processo de usina-
gem que se deseja executar. A tabela da Figura 3.11 mostra esta designação.
3.3.3 Materiais avançados
Na busca por aumentar produtividade, ferramentas avançadas trazem benefícios adicionados à
usinagem em grande escala, que permitem tornear, furar e fresar peças complexas de difícil usinagem
com mais eficiência. Ferramentas de corte de alta tecnologia podem dobrar as taxas de usinagem, en-
quanto prolonga a vida útil da aresta, reduzindo as forças de corte na máquina e possibilitando também
a economia de energia.

Figura 3.11 – Classificação dos metais duros segundo a norma ISO 513 (2004)
A Figura 3.12 mostra as ferramentas avançadas de geometria definida utilizadas em operações de
corte de alto desempenho: (a) Cerâmica branca; (b) CERMET; (c) PCD; (d) CBN.
(a) (b) (c) (d)
Figura 3.12 – Ferramentas avançadas: (a) cerâmica branca; (b) CERMET; (c) PCD; (d) CBN

3.3.3.1 Cerâmicas
As cerâmicas são muito importantes nos últimos anos na usinagem em alta velocidade de aço e
ferro fundido. Nestes casos, a velocidade de corte pode ser de 4 a 5 vezes maior que as ferramentas de
metal duro (menor tempo de usinagem). Durante muitos anos as cerâmicas não obtiveram sucesso co-
mercial por exigirem máquina-ferramenta com altas velocidades de corte, potência elevada e extrema
rigidez. A alta velocidade de corte implica num fluxo intenso de cavacos, tornando necessária sua efici-
ente remoção e proteção do operador. A possibilidade de se utilizar baixos avanços (na ordem de 0,1
mm/volta) e altas velocidades de corte (na ordem de 1000 m/min) permite excelente acabamento (se-
melhante à retificação). As cerâmicas de corte são classificadas segundo o seu teor de óxidos de alumí-
nio em cerâmica branca e cerâmica mista (CERMETS).
A cerâmica branca consiste de materiais com óxido de alumínio superior a 90%, o que dá a cor
branca. O componente principal é o coríndon (Al2O3), o qual é uma forma estável α da alumina. O mate-
rial de partida é um pó finíssimo (1 a 10 µm), sendo que as peças são obtidas pela prensagem a frio da
matéria-prima que pode ser Al2O3 com 99,98% de pureza, ou então, uma composição de 90 a 99% de
coríndon e o restante de SiO2, MnO2, CrO2 ou Ni2O3. A qualidade da ferramenta cerâmica óxida depende
da sua pequena porosidade associada a pequenos tamanhos de grãos.
A cerâmica mista (CERMET) possui teor de Al2O3 menor que 90%, com adição de óxidos e carbo-
netos metálicos, especialmente o TiC e o WC. Ela é obtida por prensagem a quente, produzindo uma
estrutura mais fechada, geralmente de cor preta. A presença de TiC, WC e outros óxidos inibe o cresci-
mento dos grãos, resultando em elevada dureza, maior tenacidade e resistência a impactos e aos des-
gastes do flanco e na face. CERMETS são condutores elétricos, têm razoável condutividade térmica, são
menos frágeis e menos sujeitos às trincas térmicas do que as brancas. É empregada no desbaste e no
acabamento de ferro fundido duro, ferro fundido maleável, esferoidal e cinzento até dureza de 700 HB e
de aços (aços de cementação, beneficiamento, aço rápido e aço de alta liga) com dureza até 64 HRC.
3.3.3.2 Diamante
É o material mais duro conhecido. Podem ser naturais (MCD) ou sintéticos (PCD).
Os diamantes naturais (MCD – Monocrystalline Diamonds) são monocristalinos e anisotrópicos
(as propriedades mecânicas variam com a direção). A lapidação deve ser feita na direção de menor du-
reza e a montagem no porta-ferramenta deve ser feita na direção de máxima dureza. São indicados na
usinagem de metais leves, latão, bronze, cobre, liga de estanho, borracha, vidros, plásticos e pedras.
Aplicam-se para a usinagem fina (precisão e qualidade semelhante ao polimento). São classificados em:
• Negros: são aparentemente “amorfos”, perdem a dureza por aquecimento e são empregados em
aplicações especiais, como ferramentas para afiar rebolos, pontas de brocas para minas, assim como
para trabalhar fibras, borrachas e plásticos.
• Ballos: são diamantes claros, possuem crescimento irregular e são especialmente duros em função
de sua estrutura. Por serem arredondados, não se aplicam à fabricação de ferramentas de corte.
• Borts (africanos): são aqueles cujo valor depende da dureza, da qualidade e do número de bordos
naturais de trabalho que oferece. As arestas podem ser lapidadas em ângulos apropriados.

Os diamantes sintéticos (PCD – Polycrystalline Diamonds) são policristalinos produzidos pela sin-
terização de partículas de diamante com cobalto num processo de alta pressão (6000 a 7000 MPa) e alta
temperatura (1400 a 2000o
C). A camada é isotrópica e nunca atinge a dureza do diamante monocristali-
no na direção de máxima dureza. A matéria-prima das ferramentas de corte é formada por partículas
muito finas de diamantes sintéticos, de granulação muita definida para se obter o máximo de homoge-
neidade e densidade. A camada de 0,5 mm de espessura, ou é aplicada diretamente sobre a pastilha de
metal-duro sinterizado previamente, ou então é ligada ao metal-duro através de uma fina camada in-
termediária de um metal de baixo módulo de elasticidade. Os diamantes sintéticos são usados em ope-
rações de acabamento e desbaste na usinagem dos mesmos materiais usinados pelo MCD, com exceção
de asbesto, fibras reforçadas de vidro carbono, carvão grafite, metal duro pré sinterizado. Especial apli-
cação na usinagem de ligas alumínio-silício, que são de difícil usinagem.
As usinagens de aço e ferro fundido não são possíveis com diamante em virtude da afinidade do
ferro com o carbono: devido à alta temperatura na região de corte, o carbono se transforma em grafite
e reage com o ferro, levando a aresta cortante a um rápido desgaste. A velocidade de corte mínima é de
100 m/min, avanços entre 0,02 e 0,06 mm/volta, profundidades de corte entre 0,01 e 0,2 mm. De certa
forma, a velocidade de corte não tem limite: vc = 2000 m/min foram experimentadas com sucesso.
3.3.3.3 CBN
Depois do diamante, o nitreto de boro cúbico (CBN – Cubic Boron Nitride) é o material mais duro
que se conhece. Ele é obtido sinteticamente pela transformação do nitreto de boro de estrutura hexa-
gonal em estrutura cúbica sob pressões de 5000 a 9000 MPa e temperaturas de 1500 a 1900o
C, na pre-
sença de um catalisador, geralmente lítio.
As pastilhas de CBN são fabricadas da mesma forma que as de diamante policristalino. Uma ca-
mada de 0,5mm de espessura, de partículas de CBN é sinterizada num processo de alta pressão e altas
temperaturas, na presença de uma fase ligante, sobre uma base de metal duro. O CBN é quimicamente
mais estável que o diamante, especialmente contra a oxidação. Além disso, sob pressão atmosférica, o
CBN é estável até 2000o
C enquanto o diamante não ultrapassa os 900o
C (grafitização). Outra vantagem é
a não-afinidade química do CBN com aços e ferros fundidos. São empregadas na usinagem de aços du-
ros (45 a 65 HRc), mesmo em condições difíceis, aço-rápido, ligas resistentes a altas temperaturas a base
de Ni e Co, revestimentos duros com altas porcentagens de WC ou Cr-Ni. Pela sua resistência ao impacto
podem ser usadas em grãos abrasivos, na usinagem de peças forjadas e fundidas e peças de ferro fundi-
do coquilhado, para cortes interrompidos, desbaste e acabamento, usinagem fina, obtendo rugosidades
inferiores a 1,0 µm – dispensando a etapa posterior de retificação. Podem ser aplicadas velocidades de
corte entre 50 e 200 m/min, avanços de 0,1 a 0,3 mm e profundidades de corte inferiores a 2,5 mm.
3.4 Geometria da Ferramenta
A ferramenta de corte é geralmente designada para realizar uma operação específica de usina-
gem, e a geometria (ângulos) desta ferramenta deve ser devidamente escolhida para poder executá-la
com precisão. Ela apresenta as seguintes partes construtivas mostradas pelas Figuras 3.13 e 3.14.

Figura 3.13 – Cunha de corte da ferramenta de torneamento
(a) ferramenta de tornear
(b) fresa frontal (c) broca helicoidal
Figura 3.14 – Arestas de corte e superfícies da parte de corte de uma ferramenta de: (a) torneamento;
(b) fresamento; (c) furação
• Cunha de corte: cunha formada pela intersecção das superfícies de saída e de folga da ferramenta de
corte (Fig. 3.13).
• Parte de corte: parte ativa da ferramenta constituída pelas suas cunhas de corte. A parte ativa da
ferramenta é construída ou fixada sobre um suporte ou cabo da ferramenta, através do qual é possí-
vel fixar a ferramenta para construção, afiação, reparo, controle e trabalho. Pode-se ter, portanto,
uma superfície de apoio da ferramenta (Fig. 3.14a), ou a ferramenta poderá ser fixada pelo seu eixo
(Fig. 3.14b e 3.14c).
• Superfície de saída (Aγ): superfície da cunha de corte sobre a qual o cavaco é formado e sobre a qual
o cavaco escoa durante sua saída da região do trabalho de usinagem (Fig. 3.13 e Fig.3.14).

• Superfície principal de folga (Aα): superfície da cunha de corte da ferramenta que contém sua aresta
principal de corte e que defronta com a superfície em usinagem principal (Fig. 3.13 e Fig.3.14).
• Superfície secundária de folga (A'α): superfície da cunha da ferramenta que contém sua aresta de
corte secundária e que defronta com a superfície em usinagem secundária (Fig. 3.13 e Fig. 3.14).
• Aresta principal de corte S: aresta da cunha de corte formada pela intersecção das superfícies de
saída e de folga principal (Fig. 3.13). Gera na peça a superfície em usinagem principal (Fig. 3.14).
• Aresta secundária de corte S': aresta da cunha de corte formada pela intersecção das superfícies de
saída e de folga secundária. Gera na peça a superfície em usinagem secundária (Fig. 3.14).
• Ponta de corte: parte da cunha de corte onde se encontram a aresta principal e a secundária de corte
(Fig. 3.14). A ponta de corte pode ser uma interseção das arestas, ou a concordância das duas arestas
através de um arredondamento, ou o encontro das duas arestas através de um chanfro.
O fenômeno de corte é realizado pelo ataque da cunha da ferramenta sobre a peça. O rendimen-
to desse ataque depende dos valores dos ângulos da cunha, pois é esta que rompe as forças de coesão
do material da peça. Os ângulos e superfícies na geometria de corte das ferramentas são elementos
fundamentais para o rendimento e a durabilidade delas. A denominação das superfícies da ferramenta,
dos ângulos e das arestas é normalizada pela norma brasileira NBR 6163/90.
Os ângulos da ferramenta servem para determinar a posição e a forma da cunha de corte. Para a
designação dos termos da cunha, foi empregada a geometria de uma ferramenta de torneamento, já
que nesta é mais simples de exemplificar os diversos aspectos. As definições aqui representadas, em
principio, valem para todas as ferramentas de corte de geometria definida.
Os ângulos da ferramenta são classificados em: de folga (α), de cunha (β), de saída (γ), de quina
(εr), de posição principal (χr), de posição secundário (χ’r) e de inclinação (λ).A Figura 3.15 mostra os ân-
gulos dispostos conforme os traços do plano de corte, do plano de referência e do plano de medida.
Figura 3.15 – Ângulos da ferramenta de corte
A Figura 3.16a mostra os ângulos medidos no plano de medida e a Figura 3.16b os ângulos medi-
dos no plano de referência. Observe que os ângulos medidos no plano de medida são complementares
(α + β + γ = 90o
) e os ângulos medidos no plano de referência são suplementares (χr + εr + χ’r = 180o
).

(a) (b)
Figura 3.16 – (a) ângulos da ferramenta no plano de medida (normal à aresta principal de corte);
(b) ângulos da ferramenta no plano de referência
3.4.1 Ângulos da ferramenta no plano de medida
• Ângulo de folga (α). Formado entre a superfície de folga e o plano de corte medido no plano de me-
dida da cunha cortante; influencia na diminuição do atrito entre a peça e a superfície principal de fol-
ga. A função do ângulo de folga (α) é evitar o atrito entre a superfície transitória da peça e a superfí-
cie de incidência (flanco) da ferramenta e permitir que a aresta de corte penetre no material e corte
livremente. A grandeza de α depende principalmente dos seguintes fatores: resistência do material
da ferramenta de corte; resistência e dureza do material da peça a ser usinada. Exemplificando: na
usinagem de alumínio fundido com ferramenta AR, recomenda-se α = +13o
± 1o
; na usinagem de aço
inoxidável com ferramenta MD, recomenda-se α = +7,5o
± 2,5o
(STEMMER, 1995, p.54).
• Ângulo de cunha (β). Formado pelas superfícies de folga e de saída; é medido no plano de medida da
cunha cortante. A principal função do ângulo β é aumentar a resistência mecânica da ferramenta,
visto que materiais de difícil corte exercem maior pressão próxima à aresta de corte e por isso exi-
gem uma cunha menos aguda. Conseqüentemente, tais materiais provocam maior aquecimento na
região mais próxima à ponta da ferramenta (cunha e quina). Portanto, quanto maior for β, maior a
área de dissipação de calor e maior a resistência da ferramenta de corte.
• Ângulo da saída (γ). Formado pela superfície de saída da ferramenta e pelo plano de referência me-
dido no plano de medida; é determinado em função do material, uma vez que tem influência sobre a
formação do cavaco e sobre a força de corte. Este é um dos ângulos mais importantes da ferramenta,
pois influi decisivamente ma força e na potência necessária ao corte, no acabamento da superfície
usinada e no calor gerado. A grandeza de γ depende principalmente dos seguintes fatores: resistên-
cia do material da ferramenta de corte; resistência e dureza do material da peça a ser usinada; quan-
tidade de calor gerado pelo corte; aumento da velocidade de avanço. Exemplificando: na usinagem
de alumínio fundido com ferramenta AR, recomenda-se γ = +25o
± 5o
; na usinagem de aço inoxidável
com ferramenta MD, recomenda-se γ = −1,5o
± 5,5o
(STEMMER, 1995, p.62).

3.4.2 Ângulos da ferramenta no plano de referência
• Ângulo de posição principal (χr). Formado pela projeção da aresta principal de corte sobre o plano de
referência e pela direção do avanço medido no plano de referência. O ângulo χr tem as seguintes
funções: controlar o choque de entrada da ferramenta; distribuir as tensões de corte favoravelmente
no início e no fim de corte; alterar a espessura do cavaco e o comprimento atuante da aresta de cor-
te; aumentar o ângulo de quina (εr); gerar uma força passiva na ferramenta que ajuda a eliminar e-
ventuais vibrações; influir na direção de saída do cavaco. Em trabalhos de desbaste usuais, o ângulo
χr pode variar de 30o
a 60o
. Na ferramenta de sangrar e no bedame, χr = 90o
. Não se aconselha usar
χr > 90o
para não acunhar a ponta da ferramenta no material.
• Ângulo de quina (εr). Formado pela projeção das arestas lateral e principal de corte sobre o plano de
referência e medido no plano de referência. É determinado conforme o avanço. A principal função
do ângulo εr (assim como do ângulo β) é aumentar a resistência mecânica da ferramenta, visto que
materiais de difícil corte exercem maior pressão próxima à aresta de corte e por isso exigem uma
quina menos aguda. Conseqüentemente, tais materiais provocam maior aquecimento na região mais
próxima à ponta da ferramenta (cunha e quina). Portanto, quanto maior for εr, maior a área de dissi-
pação de calor e maior a resistência da ferramenta de corte.
• Ângulo de posição secundário (χ’r). Formado entre a projeção da aresta lateral de corte sobre o pla-
no de referência e a direção de avanço medido no plano de referência. O ângulo χ’r indica a posição
da aresta secundária de corte. Sua principal função é controlar o acabamento, ou seja, permitir que
apenas uma pequena parte da aresta secundária entre em contato com a superfície usinada, evitan-
do assim vibrações. No entanto, deve-se lembrar que o acabamento da superfície usinada depende
também do raio de quina da ferramenta (rε).
Além dos ângulos, também as quinas de corte são arredondadas em função do acabamento su-
perficial da peça. O raio de quina (rε) é o raio da curva de concordância medido no plano de referência
da ferramenta (Fig. 3.17) que une a aresta principal e a secundária da ferramenta de corte, com o obje-
tivo de reforçar a quina e reduzir as forças atuantes na mesma. Isto reduz a espessura do cavaco na qui-
na. A escolha do raio de quina mais apropriado depende principalmente da profundidade de corte re-
querida na operação de corte. O grau de acabamento (quantificado pela rugosidade) obtido na superfí-
cie usinada depende em grande parte de rε e do avanço (f).
Figura 3.17 – Raio de quina no plano de referência
Na figura, ap representa a profundidade de corte [mm] e f o avanço [mm/volta]. Observa-se que a
posição da aresta principal indica a direção de avanço.

3.4.3 Ângulo de inclinação
O ângulo de inclinação (λ) é o ângulo formado entre a aresta principal de corte e sua projeção so-
bre o plano de referência medido no plano de corte (Fig. 3.18). Tem por finalidade controlar a direção
do escoamento do cavaco, proteger a quina da ferramenta contra impactos e atenuar vibrações. Em
ferramentas adequadas para operações de desbaste, em geral, recomenda-se o emprego de λ = −4o
± 1o
(STEMMER, 1995, p.63).
(a) (b)
Figura 3.18 – Ângulo de inclinação no plano de corte: (a) negativo; (b) positivo
3.5 Parâmetros de Corte
Para cada operação de usinagem é necessário decidir quais serão os parâmetros de corte utiliza-
dos [velocidade de corte (vc), avanço (f) e profundidade de corte (ap)]. Muitos fatores vão de encontro a
tais decisões, pois todas as variáveis dependentes de saída são influenciadas por elas. A seleção apropri-
ada destes parâmetros depende também de outras variáveis de entrada que devem ser escolhidas com
antecedência: a quantidade total de material a ser removido; os materiais da peça e da ferramenta; e as
operações de corte envolvidas.
Levando-se em conta o volume de material removido por unidade de tempo e o acabamento da
superfície usinada, os valores adotados para os parâmetros de corte podem ser grandes ou pequenos,
dependendo da necessidade e da disponibilidade de materiais e/ou ferramentas. Assim, as operações
de corte nos diferentes processos de usinagem são de desbaste e/ou de acabamento.
3.5.1 Operações de desbaste
Como regra geral, a combinação de uma profundidade de corte (ap) máxima possível e de um
grande avanço (f) com uma baixa velocidade de corte (vc) determina uma alta taxa de remoção de mate-
rial durante uma dada vida da ferramenta sem muita preocupação com o acabamento superficial. As-
sim, grande quantidade de cavaco é retirada na unidade de tempo e se otimiza a vida da ferramenta.
Quão pequena deve ser essa vc, depois de escolhidos f e ap, depende das Considerações Econômicas do
Processo de Usinagem.
A aplicação dessa regra geral é bastante vantajosa na usinagem de peças estáveis em máquinas
rígidas, que permitem operações pesadas. O avanço é limitado pela resistência da ferramenta e pela
força de corte que pode causar vibração e a profundidade de corte é limitada pela força de corte e pelo
sobrematerial da peça.

Os limites de aplicação dessa regra são dados pela progressiva piora do aspecto da superfície usi-
nada e pelo aumento das forças atuantes na ferramenta, na peça e na máquina. No limite há, pois, pro-
blemas de qualidade de acabamento, dificuldade de sujeição da peça que escorrega na placa, empena-
mento da peça, quebra da ferramenta, deformações elásticas na máquina-ferramenta etc..
3.5.2 Operações de acabamento
O objetivo é obter qualidades superficial, dimensional e geométrica da peça. Assim, como regra
geral, a combinação de um avanço (f) mínimo possível e de uma pequena profundidade de corte (ap)
com uma alta velocidade de corte (vc) faz com que se tenha a geração de uma quantidade razoável de
cavaco na unidade de tempo sem que haja influência da vibração na remoção do sobrematerial da peça.
Quão grande deve ser essa vc, depois de escolhidos f e ap, depende, novamente, das Considera-
ções Econômicas do Processo de Usinagem.
3.6 Meio Lubrirrefrigerante
Em se tratando de sistemas de fabricação, qualquer esforço para aumentar a produtividade e/ou
reduzir custos deve ser considerado. Na usinagem, o uso de meios lubrirrefrigerantes (também chama-
dos fluidos de corte, óleos de corte, meios de lubrificação e arrefecimento, líquidos refrigerantes etc.),
quando escolhidos e aplicados apropriadamente, traz benefícios.
Existem diversas formas de classificar os meios lubrirrefrigerantes, mas sem uma padronização.
Embora a utilização de meios sólidos (e.g. grafita e S2Mo) e gasosos (e.g. ar comprimido, CO2, N2) seja
eventualmente descrita na literatura técnica, a aplicação de meios líquidos (e.g. óleos, emulsões, solu-
ções) representa a grande maioria nas aplicações em usinagem. A seleção deve recair sobre o meio que
possua composição química e propriedades corretas para lidar com as adversidades de um processo de
usinagem específico. A seleção correta do fluido para uma combinação particular peça/ferramenta pode
significar a diferença entre o sucesso e o fracasso em quase todos os processos. O fluido deve ser apli-
cado de modo que permita a sua ação o mais próximo possível da aresta de corte nas interfaces pe-
ça/ferramenta/cavaco, de modo a assegurar que suas funções sejam adequadamente exercidas.
Não há um consenso em relação à melhor direção de aplicação do fluido. A Figura 3.19 mostra as
direções possíveis. A Direção A é a mais tradicional, possivelmente pelo fato de os primeiros sistemas
serem rígidos e possuírem poucos graus de liberdade, dificultando assim a aplicação do fluido em outras
direções. Entretanto, mostra-se inadequada quando cavacos emaranhados são gerados, pois impedem o
acesso do fluido à interface ferramenta/cavaco. A Direção B se justifica quando o fluido é aplicado na
interface ferramenta/cavaco sob elevada pressão, já que a aplicação se dá no sentido contrário ao do
movimento do cavaco. A Direção C apresenta a vantagem de atingir diretamente a interface pe-
ça/ferramenta, reduzindo assim o desgaste de flanco e contribuindo para a qualidade da superfície usi-
nada. Além disso, essa posição está relativamente protegida dos cavacos. A Direção D leva em conta os
canais internos de lubrificação, com a principal vantagem de se atuar diretamente no local de corte,
região esta difícil de ser atingida. É indicada para as operações de furação (em especial, perfuração pro-
funda), torneamento, fresamento, roscamento e escareamento e para máquinas com troca automática

de ferramentas, em que se dispensa a intervenção manual no alinhamento de bocais. No entanto, são
necessários investimentos em máquinas e ferramentas que possibilitem o fluxo nesta direção.
Figura 3.19 – Direções possíveis de aplicação do fluido lubrirrefrigerante
A Figura 3.20 ilustra exemplos de aplicação do fluido lubrirrefrigerante em operações de: (a) tor-
neamento, (b) furação e (c) fresamento.
(a) (b)
(c)
Figura 3.20 – Aplicação do fluido lubrirrefrigerante em: (a) torneamento; (b) furação; (c) fresamento
A lubrificação e a refrigeração têm por finalidade:
• aumentar a vida da ferramenta;
• reduzir a força e, consequentemente, a potência de corte;
• melhorar o acabamento da superfície usinada;
• aumentar a eficiência da remoção do cavaco da região de corte;
• reduzir o risco de distorção da peça;
• proteger a máquina-ferramenta e a peça contra a oxidação.
A
B
C D
h
PEÇA
CAVACO
FERRAMENTA

Sob baixas velocidades de corte, caso em que as temperaturas são menores, a refrigeração tem
pouca importância, enquanto a lubrificação é fundamental para reduzir o atrito peça/ferramenta e fer-
ramenta/cavaco e evitar a formação da aresta postiça de corte (APC). A eficiência da lubrificação de-
penderá da habilidade de penetrar nas interfaces no curto período de tempo disponível e de formar um
filme com resistência ao cisalhamento menor que a resistência do material da peça. Isto pode ser con-
seguido com uma mistura adequada de aditivos (antiespumantes, anticorrosivos, detergentes etc.).
Sob altas velocidades de corte, as temperaturas são elevadas; além disso, as condições não são
favoráveis para a penetração do fluido nas interfaces para que ele exerça suas funções. Deste modo,
como refrigerante, o fluido favorece a transferência de calor da região de corte, reduzindo assim a tem-
peratura da ferramenta e da peça, ainda que a temperatura na interface ferramenta/cavaco não seja
significativamente alterada. Além disso, mesmo que a concentração de óleo seja mínima, haverá redu-
ção do coeficiente de atrito e, portanto, da temperatura.
Apesar dos benefícios apresentados, a utilização do fluido lubrirrefrigerante em processos de usi-
nagem gera custos associados a: a aquisição, o armazenamento, o preparo, o controle em serviço e o
descarte. Estas despesas chegam a 16% do custo total de fabricação da peça. Além dos custos operacio-
nais, outros fatores como impacto ecológico, exigências legais quanto à preservação do meio ambiente,
preservação da saúde do ser humano etc. passaram a justificar os esforços atuais no sentido de reduzir
o consumo de fluidos lubrirrefrigerantes.
Dentro da indústria, as questões ambientais envolvem danos à saúde do operador devido ao con-
tato do fluido lubrirrefrigerante com sua pele e a respiração e/ou ingestão de poluentes derivados dos
mesmos. Fora da indústria, quando do descarte ao fim de sua vida, o fluido lubrirrefrigerante afeta o
solo e a água; quando da própria utilização deste fluido, afeta o ar.
A aplicação de quantidade reduzida de fluido (QRF) em processos de usinagem com ferramentas
de geometria definida é caracterizada por vazões inferiores a 120 litros por hora. Em operações de reti-
ficação, a QRF é marcada por vazões inferiores a 60 litros por hora. Para que a utilização do fluido seja
minimizada, duas técnicas têm sido intensamente experimentadas: o corte com mínima quantidade de
fluido (MQF), onde uma quantidade mínima de óleo é pulverizada em um fluxo de ar comprimido a va-
zões inferiores a 0,05 litros por hora; e o corte completamente sem fluido (corte a seco).
3.6.1 Usinagem com MQF
A MQF é aplicada nas operações de corte em que não é possível a eliminação do fluido lubrirrefri-
gerante. Na técnica de MQF (também chamado atomização ou névoa), o fluido é aplicado em vazões
muito baixas (10 a 20 ml/h), normalmente nas direções B e C (Fig. 3.18). Isto exige adaptação das carac-
terísticas técnicas dos fluidos. A Figura 3.21 mostra a MQF aplicada em furação comparada com a apli-
cação regular de fluido lubrirrefrigerante.
Embora os resultados encontrados sejam promissores (redução das forças de usinagem e da ru-
gosidade da peça), eles não são consistentes, ou seja, apresentam variações de desempenho em compa-
ração com método tradicional (jorro a baixa pressão) de acordo com as condições de corte para diferen-
tes processos de usinagem.

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