Apostila usinagem parte1

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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.

(a) (b)
Figura 3.21 – Comparação das quantidades de fluido aplicado em furação: (a) normal; (b) MQF
A elevada razão entre a área e o volume das gotículas permite a rápida evaporação do fluido, pro-
vocando a refrigeração. Portanto, fluidos com baixo ponto de fusão e alto calor latente de vaporização
(ou seja, com elevada concentração de água) devem apresentar melhores resultados.
Considerando o uso da MQF na usinagem, o vapor, a névoa e a fumaça de óleo podem ser consi-
derados subprodutos indesejáveis, os quais caracterizam um aumento de poluição suspensa no ar e têm
se tornado fator de preocupação. Com isso, tem-se a necessidade do controle das emissões (por meio
de encapsulamento da máquina-ferramenta e de sistema de exaustão eficiente) e do ruído produzido
pela linha de ar comprimido em funcionamento contínuo.
3.6.2 Usinagem a seco
Na usinagem a seco, não se verificam as funções primárias dos fluidos de corte: refrigeração, lu-
brificação e transporte de cavacos. Assim, exige-se uma adaptação compatível de todos os fatores influ-
entes: máquina, peça, ferramenta, processo e parâmetros de corte. Modernas ferramentas de corte têm
sido desenvolvidas para suportar altas temperaturas na região de corte, sem perder a dureza e a resis-
tência ao desgaste. Com isso, é possível aumentar a produtividade com a usinagem a seco, pois não se
elimina apenas o custo com o lubrificante-refrigerante, mas também o tempo e o custo com a manuten-
ção. Além dos aspectos tecnológicos e econômicos citados, os aspectos ecológicos também merecem
destaque (os fluidos de corte são nocivos ao homem e agridem o meio ambiente).
A Figura 3.22 esquematiza os fatores influentes na usinagem a seco.
Figura 3.22 – Fatores influentes na usinagem a seco

3.7 Máquina-Ferramenta
O conceito de máquina é bastante genérico e significa “um conjunto de mecanismos capaz de
cumprir uma determinada função”. Máquinas-ferramentas têm um sentido mais limitado e significa
“um conjunto de mecanismos que permite fabricar alguma coisa”. Máquinas-ferramentas de usinagem
têm um sentido mais restrito ainda e abrange aquelas cuja função é permitir a geração de cavacos na
remoção de material da peça. Uma definição simples para as máquinas-ferramentas é que são máquinas
utilizadas para fabricar outras máquinas.
Máquina-ferramenta é a máquina constituída por um conjunto de componentes/ elementos/ sis-
temas mecânicos, elétricos, hidráulicos e/ou pneumáticos (simples ou complexos), capaz de transformar
fisicamente um corpo (formato geométrico e dimensões).
A transformação física que o corpo sofre até chegar a sua forma final pode ser com ou sem a reti-
rada de material. Esta transformação pode ser tanto por usinagem como por conformação. Nos dois
casos é necessário operar com ferramentas adequadas para se chegar ao objetivo. Quase sempre o pro-
duto final parte de um corpo que tem uma forma aproximada. Através de transformações sucessivas
chega-se então à forma desejada. A sucessão ordenada dessas transformações é chamada de ciclo de
fabricação. Aqui será abordado apenas o estudo das máquinas que transformam os corpos com forma-
ção de cavacos na retirada de material.
As máquinas-ferramentas clássicas realizam, com muita facilidade, movimentos retilíneos e de ro-
tação. Com elas, é possível conseguir exatidão em superfícies planas e superfícies de revolução. Combi-
nações simples permitem obter formas helicoidais (roscas e perfis de dentes de engrenagens) e superfí-
cies combinadas (perfis simultaneamente helicoidais e cônicos).
Perfis mais complexos podem ser obtidos por reprodução. Os pantógrafos para gravação de mol-
des e de matrizes e as laminadoras de roscas são exemplos desse tipo de máquinas.
Entre as máquinas de reprodução que funcionam por abrasão, merecem menção as retificadoras
de cames cilíndricos, utilizadas para fabricação de calibradores, virabrequins, eixos-comando de válvulas
etc. Essas máquinas funcionam com a ajuda de um gabarito, ou por comparação ótica de um traçado
com o perfil da peça.
Para usinar peças de grandes dimensões, foi necessário acrescentar potência e massa a essas má-
quinas, o que tornou indispensável o uso de servomecanismos, comandados por embreagens magnéti-
cas, distribuidores hidráulicos ou amplificadores eletrônicos, com evidentes reflexos sobre o seu preço.
O fator econômico não deve ser negligenciado, pois interfere na avaliação do interesse industrial
de cada método de trabalho. A viabilização técnica e econômica dos novos métodos não implica, contu-
do, o desaparecimento das formas tradicionais de trabalho.
É possível prever que as máquinas de reprodução clássicas associadas a equipamentos de coman-
do numérico serão reservadas para os trabalhos em grandes séries. Para que seja econômico atribuir-
lhes tarefas menos repetitivas, é necessário que a quantidade de material a retirar seja grande e que a
quantidade de peças a reproduzir compense os gastos com o ferramental.

3.7.1 Torneamento
Para o desempenho de diferentes operações de torneamento, existe uma grande variedade de
tornos que podem ter diferentes configurações: universal, revólver, vertical, copiador, automático, com
comando numérico etc. (vide Fig. 5.5 e Tab. 5.1).
As operações podem ser combinadas em máquinas-ferramenta com múltiplas capacidades, cha-
madas de centros de torneamento. Os centros de torneamento são máquinas numericamente controla-
das capazes de efetuar operações simultâneas em diferentes direções da peça, e.g. sangramento e face-
amento (vide Seção 5.3.1.2).
A Figura 3.23 mostra algumas máquinas-ferramentas para torneamento.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 3.23 – Máquinas-ferramentas para torneamento: (a) torno universal NARDINI; (b) detalhe de um torno
revólver; (c) torno CNC ROMI; (d) torno automático “corta-tubos” ATLASMAQ
3.7.2 Furação
As máquinas-ferramenta de furar, ou simplesmente furadeiras, consistem basicamente de uma
árvore, que gira com velocidades determinadas, onde se fixa a ferramenta. Esta árvore pode deslizar na
direção de seu eixo. Também se pode ter uma mesa onde se fixa e movimenta-se a peça. As partes prin-
cipais de uma furadeira variam de acordo com a sua estrutura.
Podem-se classificar as furadeiras de diversas maneiras. Quanto ao sistema de avanço pode-se
classificar como manual (ou sensitiva) ou automática (elétrico ou hidráulico). Quanto ao tipo de máqui-
na pode-se classificar como: portátil, de coluna, de bancada, radial e horizontal. Quanto ao número de

árvore podem-se classificar as furadeiras como: simples, quando possuem apenas uma árvore; gêmea,
que possui duas árvores; e múltipla quando possui três ou mais árvores.
A Figura 3.24 mostra algumas máquinas-ferramentas para furação.
(a) (b) (c) (d)
Figura 3.24 – Máquinas-ferramentas para furação: (a) furadeira de bancada SCHULZ; (b) furadeira de coluna CLARK;
(c) furadeira radial BRUMAGIO; (d) furadeira horizontal VERRY STILLER
3.7.3 Fresamento
As máquinas-ferramentas de fresar, ou simplesmente fresadoras, possibilitam usinar praticamen-
te qualquer peça com superfícies de todos os tipos e formatos com auxílio de suas ferramentas e dispo-
sitivos especiais. Para tanto, elas devem: ser projetadas para suportar grandes esforços; apresentar a-
cionamento eficiente e posicionamentos precisos do eixo-árvore e da mesa de trabalho (lugar da má-
quina onde se fixa a peça a ser usinada); ser facilmente operáveis.
As fresadoras podem ser classificadas de diversas formas, sendo que as principais levam em con-
sideração o tipo de avanço, a estrutura, a posição do eixo-árvore em relação à mesa de trabalho e a sua
aplicação. As fresadoras são, na maioria dos casos, classificadas de acordo com a posição do seu eixo-
árvore em relação à mesa de trabalho. Por existirem diversos modelos de fresadoras, as partes princi-
pais de uma máquina podem variar de uma configuração para outra.
Quanto ao sistema de avanço pode-se classificar como manual ou automática (elétrica ou hidráu-
lica). Quanto à sua estrutura podem-se ter fresadoras de oficina (ou ferramenteira – maior flexibilidade)
e de produção (maior produtividade). Quanto à posição do eixo-árvore: horizontal (eixo árvore paralelo
à mesa de trabalho); vertical (eixo árvore perpendicular à mesa de trabalho); universal (pode ser confi-
gurada para vertical ou horizontal); omniversal (universal com a mesa que pode ser inclinada); duplex
(dois eixos-árvore simultâneos); triplex; multiplex; especiais. Quanto à aplicação, tem-se fresadoras:
convencional (ferramenteira); pantográfica (gravadora); chaveteira (específica para fazer chavetas in-
ternas e/ou externas); dentadora (específica para usinar engrenagens); copiadora (o apalpador toca um
modelo e a ferramenta o reproduz na peça).
A Figura 3.25 mostra algumas máquinas-ferramentas para fresamento.

(a) (b)
(c) (d)
Figura 3.25 – Máquinas-ferramentas para fresamento: (a) fresadora vertical FRITZ WERNER; (b) fresadora universal
DEB’MAQ (c) fresadora CNC (centro de usinagem) DIMA; (d) hexapod VARIAX (Universidade de Nottingham)
3.7.4 Escolha da máquina-ferramenta
A escolha de uma máquina ferramenta para uma determinada aplicação envolve pessoal técnico
que tenha conhecimento na área de produção, para, em função das necessidades da empresa, bem
como da perspectiva de expansão ou da versatilidade de fabricação de produtos, optar pela máquina
mais adequada. Para tanto, deve-se considerar:
• Tipo de máquina. A escolha se inicia evidentemente no tipo de peça a ser produzida. A máquina deve
fornecer como a sua operação mais trivial, mais simples, aquela operação ou operações necessárias
para confecção das peças.
• Rigidez. O nível de vibrações na estrutura da máquina e componentes, durante a usinagem define a
qualidade superficial assim como a linearidade e geometria previamente definidas no desenho. É e-
vidente que a massa estrutural e sua distribuição devem ser criteriosamente estudadas para que a ri-
gidez seja a melhor possível.
• Potência. Potência instalada é função do porte da máquina. Potência consumida é função da resis-
tência oferecida durante a operação. A escolha deve recair sobre a necessidade.

• Rendimento. A energia disponível na ferramenta de corte, com relação à energia consumida para o
acionamento é o parâmetro que entendemos ser o mais importante. Ou seja, quanto menores as
perdas, maior a eficiência, menor o custo de produção.
• Versatilidade. Uma vez definidos, o tipo de peça, número de operações, possibilidade de fabricação
de outras peças, tamanho, volume, faz-se uma análise da autonomia oferecida pela máquina ferra-
menta. O que queremos e o que a máquina pode produzir.
• Capacidade de produção. É importante que, antes de se adquirir uma máquina-ferramenta, o inte-
ressado tenha os dados relativos a velocidade de produção desejada nas várias etapas de crescimen-
to da indústria para comparar com os limites máximos de produção oferecidos pela máquina, inclusi-
ve com possíveis adaptações.
• Precisão dimensional. Novamente uma questão de comparação entre as tolerâncias exigidas pelas
peças a serem produzidas e aquelas que a máquina permite.
• Faixa velocidade de trabalho. As variações de velocidades oferecidas pelo equipamento são impres-
cindíveis como parâmetros de escolha. As máquinas podem ter faixas grandes com grandes interva-
los (grandes escalões) ou faixas pequenas com pequenos intervalos (escalões) de velocidades ou vi-
ce-versa. Se as peças a serem produzidas exigem baixas velocidades com pequenas variações, a esco-
lha recai sobre aquela que mais próximo desta faixa oferecer.
• Espaço útil de trabalho. Nos três eixos (x, y, z) é importante já se ter estabelecidas as dimensões de
mínimo e máximo de operação. Peças longas de pequena seção ou peças curtas de grande seção le-
vam a seleção de máquinas de autonomia diferente, nos três eixos.
• Capacidade de carga. Além das dimensões existem materiais de diferentes densidades. Logo para um
mesmo volume, é importante verificar se, para um material de maior densidade, não haverá prejuízo
na rigidez da máquina-ferramenta.

4 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE SAÍDA DO PROCESSO
As variáveis dependentes de saída são determinadas pelo processo, baseando-se na prévia sele-
ção das variáveis independentes de entrada. Uma maneira de controlar o processo de usinagem é atuar
diretamente nas variáveis de entrada (independentes) e mensurar seu efeito através da medida de vari-
áveis dependentes de saída. As condições ideais para um determinado processo de usinagem podem ser
determinadas com um melhor aproveitamento da ferramenta de corte e uma melhor taxa de remoção
de material. Desta forma, a pessoa responsável pelo controle da produção trabalha na supervisão destas
variáveis, usualmente indiretas.
As variáveis dependentes de saída importantes são: tipo de cavaco; força e potência de corte;
temperatura na região de corte; vibrações; falhas na ferramenta de corte; acabamento da superfície
usinada; tamanho e propriedades finais da peça ou do componente etc..
4.1 Tipos e Formas de Cavaco
Nas operações de usinagem que utilizam corte contínuo em materiais dúcteis, como por exemplo,
o torneamento de aços baixo carbono, o controle do cavaco (tipo e principalmente forma) pode ser
imprescindível para a produtividade da empresa. Esse problema se agrava quando novas gerações de
ferramentas mais resistentes ao desgaste permitem o uso de altas velocidades de corte em máquinas
CNC, em sistemas produtivos altamente automatizados, com mínima supervisão humana.
A formação do cavaco influencia diversos fatores ligados à usinagem, tais como o desgaste da fer-
ramenta, os esforços de corte, o calor gerado na usinagem, a penetração do meio lubrirrefrigerante etc.
Assim, estão envolvidos com o processo de formação do cavaco aspectos econômicos e de qualidade da
peça, a segurança do operador, a utilização adequada da máquina-ferramenta etc.
Observando os tipos de cavacos formados em usinagem, verifica-se que os mesmos podem apre-
sentar aspectos distintos, dependendo das variáveis independentes de entrada.
Pressupondo que as condições de corte na região de cisalhamento podem levar a um grau de de-
formação máxima εo, é possível distinguir os quatro principais tipos do cavaco no diagrama tensão de
cisalhamento (τ) × deformação (ε) conforme mostra a Figura 4.1.
O cavaco contínuo é o mais desejável do ponto de vista de acabamento da peça, durabilidade da
ferramenta e energia consumida, pois ele desliza suave e uniformemente sobre a face (superfície de
saída) da ferramenta. O material rompe na zona primária de cisalhamento com deformações elevadas
(εo < εP) e permanece homogêneo, com estrutura regular, sem fragmentação. As deformações não le-
vam a encruamentos acentuados. Apesar da forma de fita externa não apresentar nenhuma evidência
clara de fratura ou trinca, esses fenômenos ocorrem para que uma nova superfície seja formada. O pro-
cesso não é restringido por vibrações. O cavaco é removido com ajuda de quebra-cavacos e sua forma-
ção é favorecida pela utilização de: ângulo de saída grande, avanço pequeno (pequena espessura de
cavaco), velocidade de corte alta, ferramenta afiada, lubrirrefrigerante eficiente e máquina rígida.

Figura 4.1 – Tipos de cavaco em dependência das propriedades dos materiais
O cavaco lamelar (ou segmentados) ocorre quando a estrutura do material é irregular ou quando
vibrações (geradas por grandes avanços e/ou altas velocidades de corte) levam a variações na espessura
do cavaco. Apresentam-se constituídos de lamelas (ou segmentos) distintas justapostas em uma dispo-
sição contínua. São caracterizados por grandes deformações (εP < εo < εR) continuadas em estreitas ban-
das entre segmentos com pouca ou quase nenhuma deformação nos seus interiores. Trata-se de um
processo muito diferente do que se verifica na formação do cavaco contínuo. Podem ocorrer tanto para
avanços grandes como para altas velocidades de corte.
No cavaco cisalhado (ou cavaco parcialmente contínuo), a formação é descontínua, pois a força
de corte cresce progressivamente com a deformação do material até seu encruamento acentuado,
rompimento e fragmentação (εo > εR), quando então a força cai bruscamente e a aresta cortante reinicia
o processo de deformação, repetindo-se o ciclo. A qualidade da superfície usinada passa a ser inferior e
há uma tendência de se ter vibrações. Apresenta-se em geral como uma fita contínua, pois os efeitos da
pressão e da temperatura caldeiam (soldam por fricção) os fragmentos. O que difere um cavaco cisalha-
do de um contínuo (aparentemente), é que somente o primeiro apresenta serrilhado nas bordas. Po-
dem ocorrer para velocidades de corte extremamente baixas (1 a 3 m/min).
O cavaco arrancado (descontínuo ou de ruptura) tem a forma de pequenos fragmentos indepen-
dentes e distintos, gerados por ruptura (tensões de tração e compressão), já que não são capazes de
suportar grandes deformações sem se quebrar. Os cavacos não são cisalhados e sim arrancados da su-
perfície com o que a estrutura superficial da peça, muitas vezes é danificada por microlascamentos.
A Figura 4.2 mostra três dos quatro tipos de cavacos obtidos na usinagem de diferentes materiais
durante a sua formação: contínuo, lamelar, cisalhado.
Quanto à sua forma, os cavacos podem ter a seguinte classificação: em fita, helicoidais, em espi-
ral, em lascas ou pedaços. Entretanto, a norma ISO 3685 (1993) classificou mais detalhadamente a for-
ma dos cavacos (Fig. 4.3).

(a) (b) (c)
Figura 4.2 – Tipos de cavaco: (a) contínuo; (b) lamelar; (c) cisalhado
Legenda: 1 Cavaco em fita; 1.1 Longo; 1.2 Curto; 1.3 Emaranhado. 2 Cavaco tubular; 2.1 Longo; 2.2 Curto; 2.3 Emaranhado. 3 Cavaco
espiral; 3.1 Plano; 3.2 Cônico. 4 Cavaco helicoidal tipo arruela; 4.1 Longo; 4.2 Curto; 4.3 Emaranhado. 5 Cavaco helicoidal cônico; 5.1 Longo;
5.2 Curto; 5.3 Emaranhado. 6 Cavaco em arco; 6.1 Conectado; 6.2 Solto; 7 Cavaco fragmentado. 8 Cavaco tipo agulha.
Figura 4.3 – Formas de cavacos produzidos na usinagem dos metais (ISO 3685, 1993)
Diversos problemas práticos têm relação com a forma do cavaco produzido na usinagem, já que
esta tem implicações nas seguintes áreas:
• Possível dano à ferramenta ou à peça. Um cavaco longo, em forma de fita, pode se enrolar na peça,
danificando seu acabamento superficial. Isto é ainda mais sério em operações de corte interno, nas
quais o cavaco em fita não tem como sair e acaba danificando bastante o acabamento da superfície
usinada da peça. Além do dano à peça, o cavaco em fita pode também prejudicar a ferramenta: em
operações de torneamento, por exemplo, quando o cavaco se enrola sobre a peça, ele tenta pene-
trar entre a peça e a ferramenta, podendo causar a quebra da ferramenta. Em operações de furação,
o cavaco em fita pode entupir o canal helicoidal da broca e causar também a sua quebra.

• Forças de corte, temperatura e vida da ferramenta. Ao se deformar mais o cavaco visando aumen-
tar sua capacidade de quebra, pode-se aumentar bastante os esforços de corte, com conseqüente
aumento da temperatura e diminuição da vida da ferramenta.
• Manipulação e armazenagem do cavaco. Um cavaco longo, em forma de fita, é muito mais difícil de
manusear e requer um volume muito maior para ser armazenado que um cavaco curto com o mes-
mo peso. Além disso, é necessário que o operador pare a máquina periodicamente para remover o
cavaco amontoado. Isto representa um desperdício de tempo.
• Segurança do operador. Um cavaco longo, em forma de fita, pode atingir o operador e machucá-lo
com gravidade.
4.1.1 Influência do material da peça
O material da peça é o que mais influencia a forma e o tipo dos cavacos.
Cavacos contínuos, lamelares e cisalhados podem ser produzidos em qualquer das formas mos-
tradas na Figura 4.3, dependendo dos parâmetros de corte e do uso de quebra-cavacos. A obtenção
destes depende muito da ductilidade (ou fragilidade) do material da peça e dos parâmetros de corte.
Os cavacos contínuos são gerados na usinagem de materiais dúcteis como os aços de baixo car-
bono, alumínio e cobre. Os cavacos cisalhados são concebidos na usinagem de aços-carbono ligados ou
não. Os cavacos lamelares são formados na usinagem de ligas de alta resistência térmica e mecânica
(e.g. titânio, Inconel 718, AISI 4320). Já os cavacos do tipo arrancado só podem ser classificados quanto
às formas de lascas, ou em pedaços, formados na usinagem de materiais frágeis como ferro fundido,
bronze duro e latão.
Resumindo, materiais frágeis tendem a formar cavacos na forma de pequenas partículas (descon-
tínuos). Por outro lado, materiais dúcteis tendem a formar cavacos longos e contínuos que são perigo-
sos e difíceis de manusear. Por isso, muito se tem feito no sentido de aumentar a capacidade de quebra
do cavaco em materiais dúcteis.
4.1.2 Influência da geometria da ferramenta
Em princípio, o ângulo de saída (γ) deve ser o maior possível, pois isto determina uma retirada
mais fácil do cavaco. Entretanto, um aumento de γ diminui a resistência da ferramenta e aumenta sua
sensibilidade aos choques. Em geral, um aumento no ângulo de saída (γ) tende a mudar as formas do
cavaco da direita para a esquerda (Fig. 4.3), isto é, produzir cavacos em fitas (ou contínuos).
Um ângulo de inclinação (λ) positivo com ângulo de posição χr = 90o
faz com que o cavaco flua no
sentido de se afastar da superfície usinada, enquanto que com um ângulo λ (−), o cavaco flui na direção
da superfície usinada. Com um ângulo λ = 0, o cavaco flui em sentido aproximadamente paralelo à su-
perfície usinada. Um ângulo λ positivo ou negativo gera cavacos sob forma helicoidal e contínua, en-
quanto que um λ neutro gera cavacos sob forma espiralada e contínua, situação em que um grande
volume pode ocasionar acidentes.

A curva de concordância reduz a espessura do cavaco na quina. Se o raio da curva (rε) é pequeno,
apenas a espessura da parte final do cavaco é reduzida. Se rε é grande, a redução da espessura é gradu-
al, diminuindo a pressão específica de corte e a quantidade de calor gerado na quina da ferramenta.
4.1.3 Influência dos parâmetros de corte
Em geral, um aumento na velocidade de corte (vc) ou uma redução no avanço (f) tendem a mudar
a forma do cavaco de fragmentado para contínuo (da direita para a esquerda na Fig. 4.3). A Figura 4.4
mostra como as formas de cavaco são afetadas pelo avanço e pela profundidade de corte.
Figura 4.4 – Efeito do avanço e da profundidade de corte na forma dos cavacos
O avanço f é o parâmetro mais influente, seguido da profundidade de corte ap, a afetar a forma
do cavaco. A espessura (h) e a largura (b) do cavaco são modificadas em função de f, de ap e do ângulo
de posição (χr) da ferramenta conforme equação (4.1) que será devidamente detalhada na Seção 5.2.2.
χ = =p
r
a h
sen
b f
(4.1)
Pode-se observar que, para um mesmo f e uma mesma ap, uma diminuição do ângulo χr propicia
uma diminuição da espessura (h) do cavaco e um aumento da largura (b). De maneira geral, quanto
menor for esta espessura, mais flexível é o cavaco e, portanto, maior será a dificuldade de quebra. Isso
pode inclusive prejudicar o acabamento usinado.
As formas de cavacos longos é que causam os maiores transtornos quanto à segurança de produ-
tividade, exigindo, portanto, mais cuidado e especial atenção ao seu controle. Apesar de os parâmetros
de corte serem escolhidos na maioria das vezes para evitar ou reduzir a formação de cavacos contínuos,
o método mais efetivo para produzir cavacos curtos é a utilização de quebra-cavacos postiços ou inte-
grais (anteparo ou cratera). Os quebra-cavacos modificam a superfície de saída das ferramentas, cau-
sando uma curvatura mais acentuada nos cavacos e levando-os à quebra por flexão.
Existem diversas geometrias de pastilhas intercambiáveis, com quebra-cavacos moldados na su-
perfície de saída, destinadas a quebrar o cavaco em uma determinada faixa de condições de usinagem,
principalmente f e ap. (Fig. 4.5). Pode-se dizer então que uma ferramenta projetada para quebrar o ca-
vaco em operações de desbaste médio (f e ap médios) não quebra o cavaco se for utilizada em opera-
ções de acabamento (f e ap baixos) e nem em operações de desbaste pesado (f e ap altos) e vice-versa.

Figura 4.5 – Região de usinagem f × ap adequada para cada tipo de quebra-cavacos
4.2 Força e Potência de Usinagem
A força de usinagem “F” é a força que atua sobre a aresta da ferramenta durante a operação de
corte. As suas componentes são obtidas mediante uma decomposição ortogonal, de acordo com as con-
siderações tecnológicas e físicas da formação do cavaco.
A parcela “Fz” projetada sobre a direção de corte é a força de corte (Fc); a parcela normal à dire-
ção de corte “Fx” projetada sobre a direção de avanço é a força de avanço (Ff); a parcela radial “Fy” pro-
jetada perpendicularmente ao plano de trabalho é a força passiva ou de profundidade (Fp).
De acordo com a Norma ABNT NBR 12545 (TB-391/1991), as forças de usinagem (F) geradas nos
processos de torneamento, furação e fresamento podem ser esquematizadas através da Figura 4.6.
A determinação das componentes da força de usinagem sempre foi uma área importante, tanto
na prática quanto na pesquisa, relativa às operações de corte com ferramentas de geometria definida. A
usinagem de um material usando parâmetros de corte definidos, meio lubrirrefrigerante específico e
ferramenta de corte determinada (material e geometria), gera forças, energia e potência de usinagem.
Uma mudança em qualquer uma das variáveis de entrada altera os valores das forças. Assim, se for ne-
cessário modificar tais valores, dever-se-á alterar os parâmetros que geram estas forças.
As forças são importantes, pois influenciam as deflexões na ferramenta e na peça, afetando as
dimensões finais do componente usinado. As forças também são responsáveis pelos fenômenos de vi-
bração, comuns em usinagem. Busca-se sempre uma forma de se controlar as forças geradas (e a potên-
cia consumida) para assim poder assegurar a integridade do sistema máquina/ferramenta/peça.
As componentes da força de usinagem durante a operação de corte podem estar muitas vezes su-
jeitas a alguma flutuação dinâmica ao longo do tempo por variações nos parâmetros de usinagem e/ou
oscilações do sistema porta-ferramenta(s) (Fig. 4.7). As duas principais causas são: instabilidade dinâmi-
ca provocada pela variação da velocidade da ferramenta com relação à velocidade da peça e a influência
do achatamento da ponta da ferramenta com o desgaste na ação de corte.
A pressão específica de corte Ks [N/mm2
] equivale à energia de corte por unidade de volume
[J/cm3
], ou seja, a energia necessária para remover uma unidade de volume do material da peça. Equi-
vale ainda à potência de corte necessária para remover uma unidade de volume de material da peça por
unidade de tempo [W⋅s/cm3
].

(a) (b)
(c)
Figura 4.6 – Componentes ortogonais da força de usinagem nos processos de: (a) torneamento longitudinal
externo; (b) furação em cheio; (c) fresamento tangencial discordante; (d) fresamento frontal (ABNT NBR 12545)
Figura 4.7 – Parcelas estática e dinâmica da força de usinagem em função do tempo de usinagem
(condições fixas de corte)
Força Estática:
média dos dados de amostragem
Força Dinâmica:
limites de oscilação
numa certa freqüência
Transitório no início do corte,
quando a ferramentaé engrenada
Tempo
ForçadeUsinagem
F
t

Os mecanismos de deformação plástica e rupturas inerentes aos processos de usinagem podem
ser compreendidos pelo conceito de energia de corte. No corte com ferramentas de geometria definida,
cerca de ¾ da energia total é associada ao cisalhamento do cavaco na zona de deformação primária, na
direção do plano de cisalhamento, e o ¼ restante está associada aos efeitos nas interfaces cavaco/face
da ferramenta (zona secundária) e peça/flanco da ferramenta (zona terciária). A energia consumida no
corte essencialmente converte-se em calor. Desse calor, aproximadamente de 80% a 90% é transferido
para o cavaco, 5% a 10% à peça e 5% a 10% à ferramenta. A Figura 4.8 mostra as zonas.
Figura 4.8 – Zonas de deformação do material no processo de usinagem
Os fatores que influenciam a energia de corte (ou pressão específica de corte) e, consequente-
mente, as componentes da força de usinagem, são: material da peça; material e geometria da ferramen-
ta; parâmetros de corte; meio lubrirrefrigerante; estado da ferramenta.
À medida que aumenta a porcentagem de carbono dos aços, Ks (e, por conseguinte, Fc) aumenta.
Entretanto, o aumento da porcentagem de fósforo causa uma diminuição de Ks, pois interrompe a ma-
triz ferrítica, austenítica ou martensítica do aço, facilitando a quebra do cavaco e a lubrificação da fer-
ramenta (S, Se, Te, Pb, Bi, Sn e N atuam no mesmo sentido).
Em geral, quando a dureza da peça cresce, Ks também cresce, mas isso não pode ser uma regra, já
que materiais com dureza semelhantes podem ter Ks bem diferentes, principalmente se um deles tiver
um dos elementos de liga citados no parágrafo anterior.
Dentre as propriedades de um material, aquela que mais pode ser correlacionada com Ks é a ten-
são de ruptura (ou de escoamento) ao cisalhamento do material. Mesmo assim, esta correlação deve
ser feita com cuidados, pois esta tensão é obtida em ensaios estáticos e o processo de formação de ca-
vacos é bastante dinâmico.
4.2.2 Influência do material da ferramenta
Com a variação do material da ferramenta ocorre uma pequena variação do coeficiente de atrito
entre a peça e a ferramenta (superfície de folga) e entre a ferramenta e o cavaco (superfície de saída),
mas esta variação não chega a influir significativamente nos valores de Ks (e, conseqüentemente, de Fc).
Por exemplo, ferramentas com cobertura de TiN tendem a diminuir esse coeficiente de atrito e, com
isso, propiciam valores de Ks menores que com as outras ferramentas.
cavaco
peça
atrito
deformação plástica
quebra do cavaco
Desgaste
de cratera
ferramenta
Desgaste
de flanco
Flanco
Face
cavaco
peça
atrito
deformação plástica
quebra do cavaco
Desgaste
de cratera
ferramenta
Desgaste
de flanco
Flanco
Face

Uma alteração do ângulo de folga (α) na faixa de 5o
a 12o
não tem nenhum efeito evidente sobre
as componentes da força de usinagem. Entretanto, ângulos muito pequenos (menores que 5o
) promo-
vem um aumento do atrito entre a peça e a ferramenta (superfície de folga), fazendo com que Ks au-
mente. Da mesma forma, uma alteração do raio de quina (rε) não exerce nenhuma influência significati-
va sobre as forças, enquanto for obedecida a exigência: ap ≥ 2⋅rε.
Quanto maiores os ângulos de saída (γ) (principalmente) e de inclinação (λ), menores serão a de-
formação e o trabalho de separação do cavaco da peça e, por conseguinte, menores serão: a tempera-
tura, a Ks e o desgaste da ferramenta.
Porém, com o aumento do ângulo γ, a resistência da cunha da ferramenta diminui e a sua sensibi-
lidade aos choques aumenta. Assim, recomenda-se o uso de ângulos γ negativos (−) para fortalecer a
aresta de corte – principalmente na usinagem de materiais frágeis (com formação de cavacos curtos).
Somente na usinagem de materiais dúcteis (com formação de cavacos longos) em que esforços de corte
reduzidos são gerados, é que se recorre aos ângulos γ positivos (+). A substituição de um ângulo γ(+) por
um γ (−), nas mesmas condições de usinagem, exige uma potência de corte maior. Uma vez que esta
potência é transformada em calor, o γ (−) acarreta um aumento da temperatura na região de corte. Esta
é uma das razões por que o γ (−) é empregado somente na usinagem com pastilhas MD e cerâmica.
Um ângulo λ (−) produz força no sentido longitudinal da ferramenta (força passiva Fp), tendendo a
afastá-la da peça. Esta força tende a reduzir os inconvenientes de folgas e apertos deficientes da ferra-
menta, forçando o carro porta-ferramenta contra seu fuso de acionamento. No caso de peças com L/D
grande, deve-se usar λ = 0 ou muito pequeno para evitar que surja a parcela passiva da força de usina-
gem, deformando a peça e alterando as dimensões de usinagem.
Como visto na Seção 3.4.1, um pequeno ângulo χr gera um cavaco fino e largo conforme equa-
ção (3.2) anteriormente apresentada. Com isso, a força de usinagem se distribui sobre um comprimento
maior da aresta de corte, diminuindo a pressão específica de corte sobre a ferramenta. Assim, um χr
pequeno permite que se aumente o avanço de modo que Ks seja mantida no valor máximo suportável
pela aresta. Isto permite uma substancial redução no tempo de usinagem.
A ação do ângulo de posição (χr) sobre as forças de avanço (Ff) e passiva (Fp) ocorre devido à loca-
lização geométrica da aresta principal de corte com relação ao eixo da peça. Com maiores valores de χr
a componente da força de usinagem aumenta na direção de avanço (Ff), diminui na direção passiva (Fp)
e têm seu máximo em χr = 90o
. Se χr for aumentado, a espessura h do cavaco aumenta na mesma pro-
porção que a largura b diminui. Como a força de corte (Fc) é diretamente proporcional à ap (equivalente
a b), ela aumenta de maneira inversamente proporcional a f (equivalente a h), resultando das duas vari-
ações uma pequena redução de Fc com aumento de χr (Fig. 4.9).
O raio de quina rε tem o inconveniente de aumentar de 5 a 20% a potência necessária ao corte
provavelmente devido à indução dos dobramentos transversal e longitudinal do cavaco.

(a) (b)
Figura 4.9 – (a) Influência de χr nas componentes Ff e Fp em torneamento; (b) variação das três componentes da
força de usinagem com o aumento de χr.
A Figura 4.10 apresenta qualitativamente a dependência das componentes da força de usinagem
em função dos parâmetros de corte (vc, f, ap).
(a) (b) (c)
Figura 4.10 – Dependência das componentes das forças de usinagem em relação a: (a) profundidade de corte; (b)
avanço; (c) velocidade de corte; (d) ângulo de posição
A pressão específica de corte (Ks) diminui com o aumento do avanço (f), já que com o crescimento
de f, a velocidade de avanço (vf = f⋅n) aumenta e, por conseguinte, o coeficiente de atrito diminui, pois o
corte se torna mais dinâmico.
O aumento da profundidade de corte (ap) praticamente não altera o valor de Ks (a não ser para
pequenos valores de ap), pois o crescimento de ap só faz aumentar o comprimento de contato ferramen-
ta/peça sem aumentar as velocidades envolvidas.
Portanto, pode-se dizer que o crescimento das componentes da força de usinagem é diretamente
proporcional ao da profundidade de corte (Fig. 4.10a), mas, quando o avanço cresce, as componentes
também crescem, mas não na mesma proporção, já que ocorre diminuição do valor de Ks (Fig. 4.10b).
A presença da aresta postiça de corte (APC – fenômeno que será detalhado na Seção 4.5.1) ten-
de a diminuir Ks devido ao efeito do aumento de γ que a APC proporciona. Assim, no corte de materiais
dúcteis com baixa vc (onde há ocorrência da APC), os valores de Ks (e, portanto, das componentes de F)
variam dependendo do tamanho e da geometria da APC (vide Fig. 4.10c). Em velocidades de corte usu-
almente utilizadas (sem APC), os valores de Ks tendem a diminuir com o aumento de vc (e, por conse-
guinte, da temperatura de corte) por causa da redução da dureza do cavaco e dos coeficientes de atrito.

4.2.4.1 Considerações Importantes
Admita-se inicialmente que a área da seção transversal de corte (A) permaneça constante. Au-
mentando-se o avanço (f) e diminuindo-se a profundidade de corte (ap) na mesma proporção, a pressão
específica de corte (Ks) diminui, conforme já citado na Seção 4.2.1. Logo, para a mesma potência de
corte (Pc), mesma área da seção de corte (A), tem-se, de acordo com a Equação 4.2, a possibilidade de
se utilizar uma velocidade de corte maior. Isto permitirá uma remoção de maior quantidade de cavaco
na unidade de tempo e por unidade de potência.
⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅
= = = s p cc c s c
c
K a f vF v K A v
P
60000 60000 60000
(4.2)
Porém dois fatores importantes devem ser levados em consideração: o desgaste da ferramenta e
o acabamento da superfície usinada. Como será visto na Seção 4.5.4, o avanço influencia mais no des-
gaste do que a profundidade de usinagem. Logo, um aumento da geração de cavaco proveniente do
aumento do avanço e da diminuição da profundidade de usinagem acarreta um desgaste maior da fer-
ramenta – maior ainda se este aumento de avanço for acompanhado pelo crescimento da velocidade de
corte (como sugerido anteriormente).
Também será visto que o aumento do avanço contribui para o aumento da rugosidade superficial
da peça. Portanto, a solução acima sugerida para diminuir a potência de corte (aumentar f e diminuir ap
na mesma proporção) ou para manter a potência constante e retirar maior volume de cavaco na unida-
de de tempo (aumentar f e diminuir ap na mesma proporção e aumentar vc) trará danos para o desgaste
da ferramenta e para o acabamento da peça e só deve ser usada quando se tem problemas de potência
na máquina, ou em algum outro caso específico.
Na Seção 4.5.4 será mostrado que a velocidade de corte tem uma influência bem maior no des-
gaste da ferramenta do que o avanço. Assim, se o avanço é aumentado e a velocidade de corte diminuí-
da na mesma proporção, o volume de cavaco retirado na unidade de tempo é mantido constante e a
vida da ferramenta cresce consideravelmente. Porém, com isso, a força de corte (Fc) cresce (a força
cresce, mas a potência cai, pois Ks diminui com o aumento do avanço e o produto ap⋅f⋅vc fica constante –
equação 3.3), o que pode causar vibração.
Além disso, existem outras limitações a este procedimento:
• A diminuição da vc não pode ser tal que fique menor que o valor da velocidade crítica (vcr) e comece a
produzir aresta postiça de corte (APC) e consequentemente maior desgaste da ferramenta.
• O aumento do avanço causa aumento da rugosidade da peça e é limitado pelo raio de ponta da fer-
ramenta. Como regra geral para operações de torneamento, se o avanço for maior do que metade
do raio de ponta, a ferramenta corre o risco de quebrar.
4.2.5 Influência do meio lubrirrefrigerante
O fluido lubrirrefrigerante influi sobre Ks modificando as condições de atrito entre peça e ferra-
menta e entre ferramenta e cavaco. Quanto mais eficiente for a penetração do fluido e quão maior for o
seu efeito lubrificante, maior será a diminuição das componentes da força de usinagem. Em altas veloci-
dades de corte, essa penetração é dificultada.

4.2.6 Influência do estado da ferramenta
KÖNIG & KLOCKE afirmam que é possível verificar uma variação da influência do desgaste da ferra-
menta sobre as componentes da força de usinagem – dependendo do tipo de desgaste. Por exemplo, o
desgaste de cratera (o qual conduz a um ângulo de saída γ mais positivo) pode produzir uma diminuição
destas componentes. Se, no entanto, ocorrer um predomínio de desgaste de flanco, as forças tendem a
aumentar de maneira continuada, pois a área de contato entre a peça e o flanco aumenta (aumentando
o atrito). Já DIMLA afirma que Ff é insensível à formação da cratera e também que Fp e Ff podem ser mais
influenciadas pelo desgaste que Fc.
A medição da força de usinagem mostra-se eficaz na detecção de falhas transitórias na aresta de
corte da ferramenta. Em geral, uma mudança brusca e repentina no nível de amplitude do sinal de força
indica fratura (lascamento ou quebra) na ferramenta.
Existem dois diferentes pontos de vista sobre a fratura da ferramenta. O primeiro é baseado na
evidência de que as componentes Ff e Fp primeiramente crescem por causa do aumento do esforço cau-
sado pela compressão dos fragmentos desprendidos da ferramenta por ela mesma contra a peça para
em seguida declinar para zero por causa da ausência da parte fragmentada da ferramenta. Isto ocorre
antes de a peça (ou ferramenta) completar uma volta completa. Depois disso, as componentes podem-
se manter em valores altos (pelo aumento do atrito da ferramenta contra a peça) ou baixos (o lasca-
mento promoveu uma afiação forçada da aresta de corte). O segundo ponto de vista explica que tanto
Fc quanto Ff são sensíveis à fratura, mas somente Fc exibe uma consistente mudança (decréscimo) de
nível absoluto quando a aresta de corte quebra. A magnitude da queda na Fc como conseqüência da
fratura é proporcional ao comprimento fraturado ao longo da aresta de corte. O nível da Ff pode aumen-
tar ou diminuir, dependendo da intensidade do lascamento.
Algumas das limitações inerentes na abordagem destas componentes são as perturbações causa-
das pelas variações no material da peça, na velocidade de corte, na profundidade de corte e na geome-
tria da ferramenta. Estas variações podem gerar a mesma ordem de magnitude que os diferentes níveis
de desgastes e avarias em ferramentas de corte. Por exemplo, pode-se observar uma redução das forças
com o aumento da velocidade de corte (vc); isto se dá devido à redução da resistência do material em
altas temperaturas. As forças aumentam proporcionalmente com a profundidade de corte (ap); entre-
tanto, isto vale somente se ap for maior que o raio de quina (rε) da ferramenta (vide Fig. 4.10a).
4.3 Temperatura na Região de Corte
O calor gerado na região de contato entre a peça e a ferramenta de corte é um parâmetro que
permite a medida do desempenho desta durante o processo de usinagem. A contínua necessidade de
aumento das velocidades de corte em processos de usinagem de alto desempenho tem impulsionado
pesquisas de novos materiais resistentes a altas temperaturas assim como estudos da maximização da
taxa de remoção de material.
Mais de 90% de todo o trabalho mecânico na usinagem – proveniente da deformação plástica do
cavaco na região de cisalhamento, do atrito do cavaco com a face da ferramenta e do atrito da peça
com o flanco da ferramenta – se converte em calor. Conseqüentemente, a temperatura na região de

corte se elevará, de acordo com o calor específico e a condutividade térmica dos materiais em contato,
além das dimensões das seções onde se dissipa calor. Os efeitos de formação e transmissão de calor no
corte de metais são muito complexos, pois o aumento da temperatura promove mudanças nas caracte-
rísticas físicas e mecânicas da peça. Além disso, a temperatura também influencia a precisão da máqui-
na, a dimensão e a rugosidade da peça usinada.
A temperatura é um dos principais fatores que influenciam o desgaste de ferramenta, basicamen-
te originária da energia de deformação do material e do atrito que ocorre nas interfaces peça/ ferra-
menta e ferramenta/cavaco. Em geral, devido às altas temperaturas na região de corte, as ferramentas
perdem sua dureza original, aumentando rapidamente o desgaste por abrasão e, em muitos casos, ele-
mentos químicos constituintes da ferramenta podem difundir-se para dentro do cavaco, ou reagir qui-
micamente com a peça ou com o fluido lubrirrefrigerante (vide Fig. 4.16).
A representação na Figura 4.11a informa as quantidades percentuais de calor absorvidas pela pe-
ça, cavaco e ferramenta. A maior parte do calor (75%) é transportada pelo cavaco. A parcela principal da
energia mecânica é transformada na região de cisalhamento. As quantidades de calor das diversas regi-
ões de transformação de energia são dissipadas por condução, irradiação e convecção para o meio am-
biente. Como conseqüências desse balanço térmico têm-se campos de temperatura [Fig. 4.11b] que se
modificam até que haja equilíbrio entre a quantidade de calor gerada e a transmitida para fora.
(a) (b)
Figura 4.11 – Interface peça/cavaco/ferramenta durante a usinagem de aço com σr = 850 MPa com ferramenta
P20 (vc = 60 m/min, h = 0,32 mm, γ = 10
o
): (a) geração de calor; (b) distribuição de temperatura
A aplicação dos parâmetros de corte na busca da máxima produtividade e do maior tempo de vi-
da para a ferramenta é limitada pela temperatura. Estudos sobre a formação e transmissão de calor na
região de corte em função das diferentes condições de usinagem permitem determinar as ferramentas
mais apropriadas para uma maior eficiência do processo. O primeiro registro de experiências em usina-
gem, realçando seu aspecto térmico, foi em 1798. De lá para cá, o progresso tem sido bastante lento no
sentido de identificar com precisão a distribuição de temperaturas na cunha da ferramenta. Assim, atu-
almente são conhecidos os princípios gerais dos fenômenos térmicos que ocorrem na região de corte.
As parcelas do trabalho mecânico total desenvolvido nas operações de usinagem em metais são
compostas pelos trabalhos: das forças que produzem as deformações plásticas de deslizamento, das
forças de cisalhamento e das forças de atrito.

O trabalho das forças que produzem as deformações plásticas de deslizamento é muito importan-
te, no caso da usinagem de aços de baixo carbono, devido aos valores das deformações. Também ocorre
no caso da usinagem de aços de alto carbono, mais duros, por causa dos altos valores das forças de cor-
te. No caso da usinagem de metais frágeis, como ferro fundido cinzento, as deformações plásticas são
pequenas. Já no caso de aços com estruturas austeníticas (aços resistentes ao calor), as forças de corte
são consideráveis e apresentam altas forças de atrito. Decorre, então, que, na usinagem desses aços, os
trabalhos das deformações plásticas e de atrito são particularmente grandes.
O trabalho das forças que produzem o cisalhamento e os consequentes deslizamentos no cavaco
e sobre a superfície usinada é relativamente pequeno. Porém, o trabalho é muito maior no caso da usi-
nagem de metais de alta dureza e de metais quebradiços - o que não ocorre no caso de metais macios.
O trabalho das forças de atrito da peça com as superfícies de folga (principal e secundária) da fer-
ramenta e do cavaco com a superfície de saída pode ser considerável, sobretudo no caso da usinagem
de aços de baixo carbono e com ferramentas desgastadas. Pode ser elevado ainda no caso em que a
temperatura seja alta, aumentando assim o atrito interno nas camadas amolecidas do metal usinado.
A Figura 4.12 mostra a dureza a quente dos principais materiais de ferramentas.
Figura 4.12 – Variação da dureza a quente em função da temperatura para diferentes materiais de ferramenta
Observa-se na Figura 4.12 que, apesar da baixa tenacidade, as cerâmicas apresentam altíssima re-
sistência ao calor (cerca de 1600 o
C). Já o aço-rápido, no outro extremo, possui alta tenacidade e baixa
resistência térmica (entre 520 e 600 o
C, variando com o teor de Co: quanto maior o teor, maior a tempe-
ratura crítica). Carbonetos sinterizados (MD) apresentam temperatura crítica em torno de 1000 o
C.
Como o trabalho de dobramento do cavaco diminui com o aumento do ângulo de saída γ [o
], a
temperatura gerada T [o
C] também diminui pela relação:
T = 575 − 10⋅γ (4.3)

Materiais de difícil usinagem apresentam a zona de maior pressão mais próxima à aresta de corte
da ferramenta. E a zona de maior pressão sobre a ferramenta é, também, a de maior aquecimento. Nes-
tas condições, estes materiais provocam maior aquecimento mais próximo à quina da ferramenta, zona
em que a área de dissipação do calor é mínima.
Se o aquecimento for demasiado, provocando o amolecimento do material, é preciso reduzir o
ângulo de saída (e aumentar β) para aumentar a área de dissipação do calor como mostra a Figura 4.13.
No caso de materiais de boa usinabilidade (caso a), o calor máximo é gerado longe da aresta cortante e
a área de dissipação do calor é grande. Assim, pode-se aumentar γ, acrescendo a facilidade de saída do
cavaco e reduzindo o calor gerado (caso b).
(a) (b)
Figura 4.13 – Dissipação de calor afetada pelo ângulo de saída: (a) pequena área de dissipação;
(b) grande área de dissipação
Todas as considerações supracitadas são muito mais importantes para o aço-rápido que para me-
tal-duro em virtude da elevada temperatura crítica deste último.
O trabalho realizado e o calor gerado dependem das propriedades do material da peça e da fer-
ramenta, da geometria da ferramenta e das condições de corte. O calor aumenta com a taxa de remo-
ção de material, seja por meio do aumento da velocidade de corte, do avanço ou da profundidade de
corte. Entre esses parâmetros, a vc é a mais influente, seguida por f e depois ap. Sabe-se que a tempera-
tura afeta as propriedades mecânicas do material da peça e, por conseguinte, a interação das forças
entre a ferramenta e a peça; sabe-se também que a temperatura tem uma considerável influência nas
falhas da ferramenta, tanto no flanco quanto na face, por efeitos dos mecanismos de desgaste.
Considerando o mesmo par ferramenta/peça, a quantidade de calor gerada na usinagem – e, con-
sequentemente a temperatura – aumenta diretamente com a velocidade de corte e com a força de cor-
te (principal componente da força de usinagem). Como a força de corte é proporcional ao avanço (não
diretamente) e à profundidade de corte (diretamente), pode-se afirmar que para uma maior produtivi-
dade em usinagem, os parâmetros de corte devem ser incrementados. Todavia, esse aumento deve ser
limitado, porque haverá, ao mesmo tempo, acréscimo da temperatura, e esta, por sua vez, altera as
propriedades mecânicas da ferramenta, que se desgasta rapidamente, o que reduz de maneira drástica
a sua produtividade. O usuário deve sempre fazer um estudo criterioso de otimização a fim de realizar
uma operação de usinagem economicamente viável.

De modo a minimizar o efeito do aquecimento na ferramenta durante a usinagem e manter a pe-
ça sob condições de temperatura ambiente sem que ocorram dilatações térmicas muito grandes, são
utilizados meios lubrirrefrigerantes com diversas composições. Seu principal objetivo é retirar o calor
gerado durante o processo de corte, melhorando assim o tempo de vida das ferramentas e aprimorando
o acabamento e as tolerâncias dimensionais e geométricas das peças. Ademais, o fluido evita o surgi-
mento de arestas postiças de corte, principalmente na usinagem do aço inoxidável e do alumínio e suas
ligas, pois ambos apresentam uma tendência a aderir na ferramenta durante o recalque do material.
Entretanto, sua utilização gera elevados custos de consumo e descarte, além do prejuízo ambiental.
4.4 Vibrações
Os processos de usinagem são influenciados pela dinâmica da operação de corte e pela dinâmica
do sistema máquina/ferramenta/peça. Tal sistema apresenta características de rigidez e de amorteci-
mento de vibrações que são essenciais para a qualidade das operações. Um dos fenômenos mais impor-
tantes presentes em processos de usinagem é a vibração relativa entre a ferramenta e a peça, exercen-
do grande influência sobre o resultado final do trabalho. Vibrações descontroladas no sistema podem
causar: desgaste prematuro e avarias na ferramenta de corte; deterioração da qualidade superficial e
perda de precisão dimensional das peças; danos aos componentes da máquina; ruídos indesejáveis e
desagradáveis; aumento do consumo de energia elétrica.
Qualquer movimento que se repete depois de certo intervalo de tempo é denominado vibração
ou oscilação. A vibração, portanto, é o estudo do movimento de oscilação de um corpo em torno de
uma posição de equilíbrio, bem como das forças e/ou momentos a ele associadas. Ela pode ser quantifi-
cada em termos de movimento ondulatório (deslocamento, velocidade, aceleração), forma da onda
(senoidal, randômica, de impulso), valor instantâneo, valor de pico (ou pico a pico), valor eficaz, período
e freqüência etc. Para que haja vibração é necessário que o corpo rígido seja capaz de armazenar ener-
gia cinética, tenha certa elasticidade e sofra excitação de uma fonte externa. Assim, é praticamente
impossível evitar que o movimento ondulatório se propague através dos materiais sólidos, isto é, que as
vibrações ocorram. Em usinagem, as vibrações podem ser causadas por uma fonte externa, pela própria
máquina ou devido à ação de forças geradas durante o corte do material.
As oscilações das componentes ortogonais da força de usinagem (variações cíclicas das parcelas
dinâmicas) geram movimentos periódicos na estrutura da máquina-ferramenta. Estas oscilações são
chamadas de vibrações mecânicas. Dentre as vibrações mecânicas enquadram-se as vibrações forçadas
e as trepidações (chatters) geradas por um mecanismo de auto-excitação na formação do cavaco. Em
geral, uma auto-excitação atinge uma ou outra freqüência natural do sistema dinâmico, o que pode
causar trepidações intensas e comprometer o acabamento superficial da peça usinada.
O nível máximo tolerável destas vibrações mecânicas – isto é, a sua máxima amplitude – depende
da aplicação. Por exemplo, em operações de desbaste, a preocupação está em qual nível de amplitude
se tem o maior tempo de vida de ferramenta, enquanto que em acabamento, o nível deve ser caracteri-
zado para que haja o melhor acabamento superficial e a maior precisão dimensional na peça usinada.

A medição direta da vibração mecânica é difícil de ser efetuada, pois na determinação das carac-
terísticas representativas do sinal, o modo de vibração depende da freqüência. Por isso, parâmetros
correlacionados, tais como variações da parcela dinâmica da força de usinagem por unidade de tempo
(aceleração), são medidos, e características derivadas deste padrão são obtidas.
Em 1907, F. W. TAYLOR citou que a vibração é o mais obscuro e delicado de todos os problemas
enfrentados pelo operador/técnico em usinagem – observação ainda válida nos dias de hoje, como mos-
tram muitas publicações em usinagem.
4.4.1 Instabilidade na usinagem
Vibrações forçadas durante as operações de corte estão associadas com as forças periódicas re-
sultantes do desbalanceamento de peças rotativas, de erros de precisão em alguns componentes mecâ-
nicos de deslocamento da máquina, ou simplesmente da ação intermitente de ferramentas multicortan-
tes com a peça. Vibrações auto-excitadas geralmente ocorrerem sob condições associadas a um aumen-
to nas taxas de remoção de material. Estas são muitas vezes referidas como trepidação (chatter).
As vibrações são variáveis de saída, resultantes do processo de corte, que causam instabilidades
no sistema máquina/ferramenta/peça. Geralmente elas são auto-excitadas (gerados por interações do
processo de usinagem com a estrutura da máquina-ferramenta) ou forçadas (causados por elementos
mecânicos da máquina-ferramenta). Podem também ser livres, com comportamentos aleatórios, de-
pendentes das condições de corte, das propriedades do material e até de distúrbios ambientais. A Tabe-
la 4.1 cita as principais instabilidades com suas características, localizações, causas e possíveis soluções.
Tabela 4.1 – A classificação da instabilidade na usinagem
VIBRAÇÕES AUTO-EXCITADAS VIBRAÇÕESFORÇADAS VIBRAÇÕES LIVRES (ALEATÓRIAS)
CARACTERÍSTICAS
Resulta em aspecto
ondulado na
superfície usinada.
Amplitude de
vibração depende
do amortecimento
do sistema
Vibrações simultâ-
neas em duas
direções
Condições forçadas
Depende do
ambiente de
trabalho
Depende das
condições de corte.
Depende das
propriedades do
material e de seu
tratamento térmico
LOCALIZAÇÃO
Entre a aresta de
corte e a peça.
Entre o flanco da
ferramenta e a
peça.
Entre a face da
ferramenta e o
cavaco.
Na direção de corte
e na direção de
avanço.
Em todo o processo
de corte.
Em todo o processo
de corte.
Entre o flanco da
ferramenta e a
peça.
Entre a face da
ferramenta e o
cavaco.
Zona de corte.
CAUSAS
Sobreposição de
corte.
Atritos no flanco e
na face da ferra-
menta.
Atritos no flanco e
na face da ferra-
menta.
Variação na
espessura h.
Variação do ângulo
de cisalhamento.
Componente do
movimento
desbalanceado (ex.
eixo-árvore)
Distúrbios ambien-
tais.
Desgastes e avarias
da ferramenta
Amolecimento e
endurecimento do
material.
Grãos duros e
outras falhas
superficiais.
SOLUÇÕES
Seleção correta de
“ap” e “n” conforme
gráficos de estabili-
dade regenerativa
Seleção correta dos
ângulos α e γ.
Alterar “f”.
Seleção de corretos
parâmetros de
corte.
Seleção de correta
ferramenta de
corte.
parâmetros de
corte.
Selecionar materiais
de ferramenta de
alta qualidade.
parâmetros de
corte.
Isolar a máquina-
ferramenta se
necessário.
Balanceamento
correto dos
componentes da
máquina-
ferramenta.

4.4.1.1 Vibrações forçadas
Vibrações forçadas em máquinas-ferramentas podem ser geradas por duas maneiras de fontes de
energia: externas e internas.
Fontes externas de vibrações (como ondas sísmicas originárias de alguma perturbação do solo de-
vido a alguma outra máquina, por exemplo, prensa) geralmente são transferidas à estrutura por meio da
base da máquina-ferramenta. O desenvolvimento e uso de um efetivo isolador de vibrações é uma boa
maneira para minimizar ou eliminar tais vibrações.
Diversas fontes internas causam vibrações forçadas em máquinas-ferramentas tais como: eixo-
árvore desbalanceado em alta rotação; força de impacto da ferramenta contra a peça; força de inércia
causada pela reação da máquina ao estímulo etc..
4.4.1.2 Vibrações auto-excitadas
As vibrações auto-excitadas ou trepidações (chatters) são um dos maiores responsáveis pelo aca-
bamento pobre (ondas) na superfície das peças usinadas em processos com ferramentas de geometria
definida (torneamento, fresamento, furação) e indefinida (retificação). Representam uma seqüência de
violentas oscilações causadas por intensas flutuações da força de usinagem durante o movimento relati-
vo entre a peça e a ferramenta de corte na formação de cavacos.
Para ilustrar, a Figura 4.14 mostra a detecção da vibração auto-excitada (chatter) durante uma
operação de torneamento. No caso, em condições severas de usinagem, a trepidação próxima dos 10
segundos ocorreu por causa do sistema de fixação da peça no torno: a ponta do contraponto encontra-
va-se estendida além do apropriado.
(a) (b)
Figura 4.14 – Trepidação: (a) sinal de vibração detectado; (b) aspecto deteriorado da superfície usinada
Materiais com baixo coeficiente de elasticidade (p.ex. titânio) podem causar trepidação (chatter)
e deflexão na peça (especialmente quando se usina partes delgadas da peça), e problemas de tolerância
dimensional no acabamento final. Outra situação ocorre com o ferro fundido cinzento, que apresenta
tendência à trepidação quando são usinadas seções com espessuras finas de paredes.
Vibração Chatter
(detecção durante o passe)
0
0,3
0,6
0,9
1,2
0 10 20 30 40 50 60
Amplitude[VRMS]

Quando vibrações livres são induzidas (distúrbios externos à máquina-ferramenta, inclusões no
material da peça etc.) e o material da ferramenta em uso não é suficientemente tenaz, isto pode resul-
tar em falha prematura ou, em casos extremos, em quebra da aresta de corte (principalmente se forem
aplicados Cerâmica, CBN ou PCD). A ferramenta de aço-rápido (AR) – seguida pela ferramenta de metal-
duro (MD) – é a mais tenaz e resistente à fratura e, portanto, ideal para processos que envolvam cortes
interrompidos e máquinas-ferramentas com baixa rigidez sujeitas à vibração e trepidação (vide Fig. 3.7).
A geometria da peça, suas tolerâncias (dimensional e geométrica), seu material e a qualidade da
superfície usinada definem a geometria (formato) da ferramenta de corte (inserto).
O formato do inserto determina a fragilidade ou robustez inerente à ferramenta de corte, fato
que tem particular relevância se operações de desbaste em torneamento são necessárias. Além disso,
esta geometria afetará se a ferramenta está ou não sujeita a vibração e o prognóstico da sua vida útil.
Assim, se a preocupação é com a vibração da ferramenta, da peça, ou de ambos, então uma geometria
mais afiada como as recomendadas para torneamento de acabamento ou faceamento com menor com-
primento exposto da aresta de corte pode ser mais apropriado.
A dimensão do arredondamento da quina influi nas tendências à vibração (Fig. 4.15) e, em certos
casos, nos avanços. O raio de quina rε corresponde à transição entre as arestas principal e secundária de
corte e determina a robustez ou a fragilidade da quina (vide Fig. 3.17). Em geral, desbastes devem ser
realizados com um maior rε possível, pois é o ponto forte da ferramenta. Além disso, um maior rε permi-
te avanços mais elevados, embora seja importante acompanhar todas as tendências vibracionais possí-
veis. Por outro lado, ferramentas robustas, com rε grande, tendem a gerar vibrações devidas: ao com-
primento excessivo de contato entre aresta de corte e a peça; e à espessura desuniforme do cavaco.
Figura 4.15 – Geometrias de insertos para torneamento
Em operações de corte com ferramentas rotativas (furação e fresamento, por exemplo), o pro-
blema da vibração é agravado pela diminuição do diâmetro e pelo aumento da relação comprimen-
to/diâmetro (l/d) da ferramenta. Para contornar tal problema, costuma-se reduzir a taxa de remoção de
material, abdicando-se muitas vezes da elevada rotação disponível no eixo-árvore da máquina-
ferramenta (centros de usinagem modernos).
R
-
S
90o
C
80o
T
60o
D
55o
V
35o
MaiorResistência Mecânica MaiorVersatilidade
MaiorTendênciaà Vibrações Menor Exigênciade Potência

Na Seção 4.2.3 mencionou-se que um ângulo de inclinação negativo (λ−) produz uma força pas-
siva que tende a afastar a ferramenta da peça e, por conseguinte, força o carro porta-ferramenta contra
seu fuso de acionamento. Isto tende a reduzir os inconvenientes de folgas e apertos deficientes da fer-
ramenta. Folgas, especialmente como ocorrem em máquinas velhas, levam a vibrações, que causam um
mau acabamento na superfície usinada, desgaste rápido ou mesmo quebra da ferramenta (se ela for de
material frágil, como metal-duro ou cerâmica). Entretanto, um Fp excessivo pode danificar a geometria
da peça e alterar as dimensões da peça usinada.
O parâmetro de corte mais significante e que é decisivo para a geração da trepidação em opera-
ções de usinagem é a profundidade de corte (ap). Para pequenas profundidades de corte, o corte é está-
vel (livre de trepidações). Aumentando-se ap, a trepidação certamente aparecerá acima de um determi-
nado valor chamado profundidade de corte limite (aplim) acima do qual ela tende a crescer continuamen-
te. Considerando a vibração auto-excitada presente no fresamento, ap muda de valor em função das
rotações do eixo-árvore, devido à estabilidade encontrada para alguns valores de rotação (Fig. 4.16).
Figura 4.16 – Variação da profundidade de corte devido à vibração auto-excitada
A aplicação de lubrirrefrigerantes diminui os coeficientes de atrito entre a peça e a superfície de
folga da ferramenta e entre a superfície de saída desta e o cavaco gerado na operação de corte pela
ação lubrificante – principalmente sob baixas velocidades de corte. Isto favorece o corte, reduzindo os
esforços e diminuindo a tendência à vibração.
4.4.7 Influência da máquina-ferramenta
Todos os tipos de trepidação são causados por uma retroalimentação no interior da máquina-
ferramenta entre a operação de corte, a sua estrutura física e o seu sistema de acionamento. A função
de transferência da máquina-ferramenta, em termos de rigidez e amortecimento, desempenha um pa-
pel fundamental na estabilidade da retroalimentação global do sistema. No início dos anos 2000, a rigi-
dez estática da maioria das máquinas-ferramentas, medida entre a ferramenta de corte e a peça, ficava
em torno de 5 kN/mm. Uma rigidez superior a 10 kN/mm é muito boa, enquanto que uma rigidez abaixo
de 1000 N/mm é considerada baixa, mas talvez aceitável para a produção de baixo custo, utilizando
máquinas-ferramentas de pequeno porte.

Uma das causas da vibração é o atrito entre a superfície usinada e a superfície de folga (flanco) da
ferramenta: a tendência à vibração cresce com o aumento da largura da marca de desgaste de flanco
(VB). Uma aresta sem capacidade de corte e alterada geometricamente pode aumentar a força de usi-
nagem, aumentando, por conseguinte, as deflexões na peça e podendo ainda gerar vibrações auto-
excitadas. Com o aumento da vibração, a vida da ferramenta tende a diminuir com maior rapidez, pois
microlascamentos são produzidos na aresta de corte.
Diferentes publicações mostram que as vibrações mudam seu comportamento com os desgastes.
No caso das avarias (fraturas), um pico de sinal de vibração RMS é detectado num intervalo de tempo
reduzido. Estas vibrações podem ser medidas com a utilização de um acelerômetro piezelétrico (saída
em volts), principalmente na aquisição de sinais com freqüências entre 1 e 20 kHz.
A Figura 4.17 ilustra os sinais de vibração da ferramenta adquiridos para a mesma aresta de corte
após 1 minuto (novo) e após 14 minutos (desgastado).
(a) após 1 minuto (b) após 14 minutos
Figura 4.17 – Sinais de vibração da ferramenta de metal-duro no torneamento a seco do aço ABNT 1040 com
f = 0,3 mm, vc = 350 m/min e ap = 1,5 mm em tempos de vida diferentes
Diferentes autores estudaram a relação entre a vibração e o desgaste da ferramenta com o intui-
to de verificar o fim de vida da mesma em operações de usinagem. A maioria dos resultados mostrou
que o método é apropriado para satisfazer este propósito. Também afirmam que um dos principais pro-
blemas na utilização de sinais de vibração reside no fato de que estes não variam somente com o des-
gaste, mas também com os parâmetros de usinagem, geometria da ferramenta etc.
As interrelações entre os sinais de vibração e a força de usinagem determinam a natureza dinâmi-
ca do processo, tornando a utilização destas variáveis (dependentes) atrativa no desenvolvimento de
sistemas de monitoramento do estado da ferramenta. Por outro lado, o comportamento dinâmico in-
corpora a vibração e certos aspectos da parcela dinâmica da força de usinagem. Assim, a fusão das ca-
racterísticas extraídas dos sinais de força e vibração no desenvolvimento de sistemas de monitoramento
baseados em múltiplos sinais sensórios poderá se tornar indispensável em chão de fábrica.
4.5 Falhas na Ferramenta de Corte
Em função das condições de corte durante o processo de usinagem, a ferramenta fica sujeita a
uma combinação de vários fatores de origem térmica, mecânica, química e abrasiva (elevada pressão de
Sinal de Vibração
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Tempo [min]
TensãoElétrica[VRMS]
Sinal de Vibração
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
15,0 15,2 15,4 15,6 15,8 16,0
Tempo [min]
TensãoElétrica[VRMS]

contato entre peça/ferramenta/cavaco). Como nem o material da peça nem o da ferramenta de corte é
homogêneo, desgastes e avarias de naturezas distintas podem ser observados na ferramenta durante
seu uso. Em decorrência de tais solicitações, a deterioração da mesma torna-se relativamente rápida.
A Figura 4.18 ilustra o aspecto da ferramenta de corte com os principais tipos de falha durante as
operações de torneamento. Os efeitos superficiais representam os desgastes (no flanco e na face) e os
efeitos volumétricos as avarias (trincas e fraturas).
Figura 4.18 – Tipos de falha na ferramenta de corte em torneamento
Em geral, os desgastes se apresentam como falhas contínuas, isto é, possuem comportamento
determinístico (podem ser modeladas matematicamente) ao longo de sua progressão até a deterioração
completa da ferramenta. Isto permite um controle maior da vida. Por outro lado, as avarias são falhas
transitórias que ocorrem aleatoriamente (não podem ser descritas explicitamente por uma função ma-
temática), levam a ferramenta ao colapso (quebra total) e são detectadas freqüentemente somente
após o ocorrido. Por exemplo, no lascamento da aresta cortante, a superfície usinada pode ficar extre-
mamente danificada sem falar na quebra, que pode acarretar danos irreversíveis à peça.
Os diversos mecanismos (processos) de falhas em ferramentas de corte agem simultaneamente,
de forma que tanto sua causa como seu efeito dificilmente podem ser distinguidos entre si. Todos eles
são observados na prática, mas certamente um prevalecerá sobre os demais, dependendo principal-
mente do material da peça e da ferramenta, da operação de usinagem, das condições de corte, da geo-
metria da ferramenta de corte e o do emprego do meio lubrirrefrigerante. O conhecimento do meca-
nismo de desgaste é de grande interesse, pois permite uma seleção criteriosa da ferramenta mais indi-
cada e das condições mais apropriadas de usinagem.
A literatura apresenta variações na classificação dos mecanismos e processos de falhas em ferra-
mentas de corte. Porém, grande parte dos trabalhos existentes considera pelo menos 4 (quadro) dife-
rentes mecanismos (processos): abrasão, adesão, difusão e oxidação (Fig. 4.19).
O mecanismo de abrasão mecânica ocorre em toda a faixa de temperatura a qual é submetida
uma ferramenta de corte. A presença da adesão limita-se a baixas velocidades de corte (formação da
aresta postiça de corte). Os mecanismos de difusão e oxidação só ocorrem de forma acentuada em altas
velocidades de corte (altas temperaturas). A Figura 4.20 representa a ação desses mecanismos sobre o
desgaste total da ferramenta em função do aumento da temperatura de corte.

(a)
(b) (c) (d)
Figura 4.19 – Principais mecanismos de desgaste:(a) abrasão; (b) adesão; (c) difusão; (d) oxidação
Figura 4.20 – Regiões de influência das causas do desgaste
Geralmente a deformação plástica e o atrito, inerentes ao processo, geram altas temperaturas na
região de corte (interface ferramenta/peça), fazendo com que a resistência ao desgaste da ferramenta
diminua de maneira considerável. O problema é complexo, mas significativo. Como a ferramenta se
desgasta, sua geometria e seu tamanho modificam-se. Uma aresta sem capacidade de corte e alterada
geometricamente pode aumentar a força de usinagem. Já um aumento na potência consumida promove
um acréscimo da temperatura na região de corte, acelerando o desgaste. Além disso, alterações dimen-
sionais da ferramenta modificam a geometria da peça.
Durante a usinagem dos metais, a ação de corte altera a forma e, portanto, a geometria original
da ferramenta de corte, pois se verificam desgastes progressivos no flanco (superfície de incidência) e
na face (superfície de saída) da ferramenta. O desgaste de cratera na face, a marca de desgaste no flan-
co e o entalhe são os desgastes típicos. As Figuras 4.21 e 4.22 mostram, respectivamente, os tipos de
desgaste mais comumente encontrados em ferramentas de corte e o esquema da padronização típica
de desgastes segundo a norma ISO 3685. A norma ISO 3685 determina os parâmetros de medida dos
desgastes desenvolvidos no flanco e na face da ferramenta. No flanco mede-se a largura da marca de
desgaste (VB), sendo: VBB o desgaste médio de flanco; VBmáx o desgaste máximo de flanco; VBN o des-
gaste de entalhe na aresta principal de corte; VBC o desgaste de entalhe na aresta secundária de corte.
Na face mede-se a profundidade da cratera (KT) e a distância do centro da cratera à aresta cortante (KM).

(a) (b) (c)
Figura 4.21 – Desgastes na ferramenta de corte: (a) desgaste de cratera; (b) desgaste de flanco; (c) entalhe
Figura 4.22 – Padrão de desgaste para uma ferramenta de corte (ISO 3685)
No caso das avarias, elas podem ser subdividas em: deformações plásticas, trincas e fraturas (las-
camentos e quebra). A Figura 4.23 mostra os tipos de avarias comumente encontrados em ferramentas.
As trincas térmicas (devido ao aumento do gradiente de temperatura a cada entrada da ferra-
menta na peça) são a maior causa das falhas da ferramenta em altas velocidades de corte. Já as trincas
mecânicas (por causa dos choques mecânicos na entrada e/ou na saída da ferramenta na peça – princi-
palmente em operações de fresamento) são as principais responsáveis pelas falhas (geralmente lasca-
mentos) em baixas velocidades de corte.
O lascamento é uma falha acidental e prematura que pode ocorrer quando a ferramenta é pouco
resistente (ângulo de quina εr muito pequeno; pastilha muito dura e pouco tenaz) ou quando acontecem
sobresolicitações de origem mecânica (impactos ferramenta-peça, peça com inclusões duras e vibra-
ções) ou térmica (resfriamento brusco). Já a quebra é definida como a ruptura da quina ou da aresta de
corte pela ação de grandes forças de usinagem.

(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 4.23 – Avarias na ferramenta de corte: (a) aresta postiça de corte (APC); (b) deformação plástica;
(c) trincas térmicas; (d) lascamento; (e) quebra
É recomendável que superfícies forjadas ou fundidas de peças que serão posteriormente usinadas
sejam limpas, visto que o forjamento promove o endurecimento (aumentando assim o desgaste das
ferramentas) e os resíduos da areia de fundição aceleram o desgaste abrasivo.
Macroinclusões frequentemente presentes nos aços de baixa qualidade são geralmente duras e
abrasivas, e causam desgastes e avarias à aresta de corte.
Aços-carbono são materiais com baixa taxa de encruamento. Materiais com alta taxa de encrua-
mento (p. ex. aço inoxidável austenítico) necessitam de mais energia para remover material, levando a
maiores forças e potências de corte e a menores tempos de vida das ferramentas.
Materiais laminados a frio apresentam microestrutura uniforme e muitas vezes são assim traba-
lhados para reduzir a taxa de encruamento. Em geral, apresentam alta dureza e promovem desgastes
acelerados nas ferramentas (tempo de vida reduzido).
O desgaste de flanco (VB), resultante principalmente da abrasão mecânica (atrito entre a peça e a
superfície de folga da ferramenta de corte), pode ser minimizado utilizando uma classe de ferramenta
mais resistente ao desgaste (vide Fig. 3.11).

O desgaste de cratera (KT), resultante principalmente do mecanismo de difusão (causado pela a-
finidade química entre o cavaco e a superfície de saída da ferramenta de corte), pode ser minimizado
utilizando uma classe de ferramenta que possua cobertura de Al2O3.
OBS.: No torneamento de aço com ferramenta de metal-duro com cobertura (situação bastante
comum), pode-se dizer que não ocorre desgaste de cratera e a largura da marca de desgaste de flanco
(VB) cresce lentamente. Assim, a força de corte (Fc) aumenta vagarosamente com o tempo de corte até
atingir um determinado VB a partir do qual o substrato da ferramenta passa a ter contato com a peça.
Consequentemente, VB passa a crescer rapidamente, fazendo com que Fc também cresça muito rápido.
A deformação plástica ocorre pela combinação entre altas temperaturas e altas pressões na regi-
ão de corte. Ao selecionar uma classe de ferramenta com maior dureza a quente, a avaria é reduzida.
As trincas de origem mecânica e de origem térmica surgem devido às variações excessivas dos es-
forços e da temperatura na cunha de corte, respectivamente, para uma dada geometria de ferramenta.
O lascamento é uma conseqüência da propagação das trincas. Para minimizar tais ocorrências, reco-
menda-se a utilização de uma classe de ferramenta mais tenaz.
Se o ângulo de folga (α) é muito pequeno, a aresta de corte não pode penetrar convenientemente
no material; com isso, a ferramenta perde a capacidade de corte rapidamente por efeito do desgaste de
flanco, ou seja, tem a sua vida diminuída. Um dos critérios para determinar o fim de vida de uma ferra-
menta é a medição da largura da marca de desgaste de flanco. Esta largura, à medida que cresce, provo-
ca um aumento progressivo do atrito com a peça e, consequentemente, maior aquecimento da ferra-
menta, aumento da força e da potência de corte, mau acabamento da superfície usinada etc. Se α é
muito grande (β diminui significativamente), a aresta de corte sofre microlascamentos, lascamentos ou
quebra, em virtude de um apoio deficiente (dependendo da grandeza de α). Pode-se então dizer que,
usualmente, um excesso de α é mais prejudicial à usinagem que uma deficiência.
No caso de cortes interrompidos, o uso de um ângulo de inclinação (λ) negativo apropriado faz
com que o impacto da ferramenta se dê afastado da quina, evitando a quebra da ferramenta. Isto refor-
ça a aresta secundária, tendo um efeito idêntico sobre esta ao ângulo γ sobre a aresta principal.
O emprego de um ângulo de posição χr < 90o
faz com que o corte se inicie afastado da quina da
ferramenta, em um local onde a aresta principal de corte é mais resistente e mais apta a suportar o im-
pacto inicial da ferramenta contra a peça. Além disso, a aresta de corte inicia o trabalho de modo gra-
dual e uniforme, diminuindo os esforços e aumentando a vida da ferramenta. A saída da ferramenta
também é bem gradual. No caso de χr = 90o
, o corte inicia-se subitamente em toda a aresta de corte da
ferramenta. Na saída, a súbita redução da força de avanço (Ff) produz um retorno elástico da ferramen-
ta e da peça, aumentando instantaneamente o avanço (f) e a espessura do cavaco (h). Isto aumenta Ks
na aresta principal da ferramenta, podendo provocar lascamentos ou sua quebra.
Como visto na Seção 3.4.2, um pequeno ângulo χr faz com que a pressão específica de corte so-
bre a ferramenta diminua. Além disso, um χr pequeno determina um εr grande, reforçando esta parte da
ferramenta e ajudando a dissipar melhor o calor. Isso comumente diminui o desgaste e aumenta, por

conseguinte, a vida da ferramenta. Entretanto, certos materiais de difícil usinabilidade exigem que o
cavaco tenha uma espessura maior; isto é vantajoso pelo fato de ele fazer contato na superfície de saída
da ferramenta, em um ponto mais afastado da aresta de corte.
Selecionar velocidades de corte menores, que geram menos calor na região de corte e com isso
um desgaste menor da ferramenta é perfeitamente possível. No entanto, infelizmente a produtividade
diminui, pois a taxa de remoção de material (Q) decresce.
Alternativamente, a profundidade de corte e/ou o avanço podem ser aumentados para manter Q
com baixas velocidades de corte. Todavia, um aumento da profundidade de corte ou do avanço promo-
ve um crescimento da força de usinagem. Desta forma, enquanto a vida da ferramenta é aumentada,
alguma exatidão no processo de usinagem é diminuída, devido a um crescimento da deflexão na peça
ou por causa da presença de vibrações.
Na usinagem de materiais aplicando baixas velocidades de corte, o efeito lubrificante do fluido é
fundamental para reduzir o atrito entre a peça e o flanco da ferramenta e entre a face da ferramenta e o
cavaco. Isto reduz a ação da abrasão mecânica e da adesão (evitar a formação da APC).
Já utilizando altas velocidades de corte, o efeito refrigerante do fluido favorece a transferência de
calor da região de corte, reduzindo assim a temperatura da ferramenta e, por conseguinte, a ação da
difusão e da oxidação. Além disso, mesmo que a concentração de óleo seja mínima, haverá redução do
coeficiente de atrito (redução do mecanismo de abrasão) e, portanto, da temperatura.
4.6 Acabamento da Superfície Usinada
Acabamento é um termo coloquial largamente usado para designar a qualidade geral de uma su-
perfície usinada. A Figura 4.24 esquematiza a classificação de acabamento.
Figura 4.24 – Classificação de acabamento
— Mecânicos
Fatores
Subsuperficiais
(integridade)
— Metalúrgicos
• Deformação plástica
• Rebarbas
• Microdureza
• Trincas
• Tensões residuais
• Recristalização
• Transformações metalúrgicas
Fatores
Superficiais
(textura)
— Rugosidade
— Ondulações
— Marcas
— Falhas
Acabamento
da Superfície
Usinada

A textura está relacionada com as irregularidades presentes na superfície de materiais sólidos e
com as características dos instrumentos de medição; é definida em termos de rugosidade, ondulação,
marcas e falhas. A integridade é a característica através da qual podem ser relacionadas ou identificadas
as diversas exigências ou alterações metalúrgicas que poderão se desenvolver devido à usinagem como:
transformações de fases, distribuição e tamanho de grão, recristalização, inclusões no material etc..
O objetivo da usinagem é obter uma superfície técnica que apresente fatores superficiais e sub-
superficiais apropriados, a fim de garantir segurança, confiabilidade e longa vida ao componente fabri-
cado – principalmente quando vidas humanas estão em jogo. Por esse motivo, a importância do estudo
do acabamento aumenta à medida que crescem as exigências do projeto. Por exemplo, as superfícies
dos componentes deslizantes, como eixos de um mancal, devem ser lisas para que o atrito seja o menor
possível. Já as exigências de acabamento das superfícies externas da tampa e da base do mancal são
menores. A produção de superfícies lisas exige, em geral, custo de fabricação mais elevado.
O acabamento não está especificamente ligado à textura ou padrão característico da superfície
técnica, nem a valores específicos de rugosidade. Contudo, um “bom” acabamento implica baixos valo-
res de rugosidade, e vice-versa. Assim, a aptidão de um processo de usinagem em produzir um acaba-
mento específico depende das características da ferramenta, da peça, da máquina e da operação.
Os diferentes processos de fabricação mecânica determinam acabamentos diversos nas superfí-
cies. As superfícies por mais perfeitas que sejam, apresentam irregularidades. E essas irregularidades
compreendem dois grupos de erros: erros macrogeométricos e erros microgeométricos (Fig. 4.25).
Figura 4.25 – Irregularidades presentes na superfície usinada
Os erros macrogeométricos em usinagem são desvios geométricos (ondulação, ovalização, retili-
neidade, planicidade, circularidade etc.) que afetam as dimensões nominais das peças e podem ser oca-
sionados por diversos fatores (6M), principalmente:
• material da peça: usinabilidade, conformação ou dureza;
• máquina-ferramenta: ferramenta de corte, defeitos nas guias, erros de posicionamento;
• método: processo de fabricação para obtenção da peça, parâmetros de corte.
• medição: incerteza de medição, adequação do instrumento ao mensurando;
• mão de obra: erros de interpretação, falta de treinamento;
• meio ambiente: variação de temperatura, limpeza do local de trabalho.
Estes erros são verificados por meio de instrumentos convencionais de medição tais como mi-
crômetros, relógios comparadores, projetores de perfis etc.

Os erros microgeométricos são conhecidos como rugosidade. Rugosidade é o conjunto de irregu-
laridades, ou seja, pequenas saliências e reentrâncias que caracterizam uma superfície. Essas irregulari-
dades podem ser avaliadas com aparelhos eletrônicos, a exemplo do rugosímetro (Fig. 4.26).
Figura 4.26 – Rugosímetro portátil Mitutoyo modelo SJ-201
A rugosidade desempenha um papel importante no comportamento dos componentes mecâni-
cos. Ela influi na: qualidade de deslizamento; resistência ao desgaste; transferência de calor; qualidade
de superfícies ópticas; possibilidade de ajuste do acoplamento forçado; resistência oferecida pela super-
fície ao escoamento de fluidos e lubrificantes; qualidade de aderência que a estrutura oferece às cama-
das protetoras; resistência à corrosão e à fadiga; vedação; aparência.
Para dar acabamento adequado à superfície da peça necessita-se, portanto, determinar o nível
em que ela deve ser usinada, isto é, deve-se adotar um parâmetro que permita avaliar a rugosidade. O
parâmetro de medição aplicável à maioria dos processos de fabricação baseia-se nas medidas de pro-
fundidade da rugosidade: Ra (roughness average).
Define-se Ra como o desvio médio aritmético dos valores absolutos das ordenadas de afastamen-
to (yi), dos pontos do perfil de rugosidade em relação à linha média, dentro do percurso de medição (lm).
Essa grandeza pode corresponder à altura de um retângulo, cuja área é igual à soma absoluta das áreas
delimitadas pelo perfil de rugosidade e pela linha média, tendo por comprimento o valor lm, Figura 4.27.
Figura 4.27 – Definição da rugosidade média Ra
Ra é o parâmetro de medição mais utilizado em todo o mundo, sobretudo em superfícies onde:
• o controle contínuo da rugosidade nas linhas de produção faz-se necessário;
• o acabamento apresenta sulcos de usinagem bem orientados (gerados por exemplo pelos processos
de torneamento, furação e fresamento);
• exige-se pouca responsabilidade, como no caso de acabamentos com fins apenas estéticos.

A norma NBR 8404/1984 de indicação do Estado de Superfícies em Desenhos Técnicos esclarece
que a característica principal (o valor) da rugosidade Ra pode ser indicada pelos números da classe de
rugosidade correspondente, conforme a Tabela 4.2.
Tabela 4.2 – Classes de rugosidade
A Figura 4.28 mostra a classificação dos acabamentos superficiais – geralmente encontrados na
indústria metal-mecânica – em 12 grupos, e os organiza de acordo com o grau de rugosidade e o proces-
so de usinagem que pode ser usado em sua obtenção. Permite, também, visualizar uma relação aproxi-
mada entre as classes e os valores de Ra [µm].
Figura 4.28 – Classificação do acabamento das superfícies usinadas de acordo com o processo de fabricação
RUGOSIDADE Ra
(valor em µm)

Pode-se perceber na Figura 4.28 que há uma relação entre a rugosidade e o processo de usina-
gem empregado na peça. A melhor ou pior qualidade decorre das condições da ferramenta, do estado
da máquina-ferramenta, da velocidade de corte, da qualidade de trabalho, do assento da máquina etc.
Tradicionalmente, a textura da superfície tem sido aceita como critério que controla a qualidade
de uma superfície usinada. Assume-se, amplamente, haver relacionamentos diretos entre rugosidade e
tribologia, capacidade de carga, transferência de calor etc. Amplos dados foram acumulados para indi-
car que a textura é apenas uma parte da consideração. Alterações de natureza mecânica ou metalúrgica
abaixo da camada mais externa da superfície exercem também importante influência sobre o desempe-
nho do material. Isto se torna particularmente importante, onde a peça usinada é solicitada a altas ten-
sões (em particular, tensões alternadas) ou ambientes severos (sob altas temperaturas ou ambientes
corrosivos), visto que a resistência à fluência e outras propriedades mecânicas podem ser afetadas.
Embora a maioria das alterações ocorra nos primeiros 38 µm sob a superfície, tal distância pode
compreender uma parte significativa de um componente de precisão que está sendo projetado. Além
disso, salienta-se que muitas falhas em componentes mecânicos originam-se nos primeiros milésimos
de milímetros abaixo da superfície efetiva (obtida por instrumentos de medição). Estas situações enfati-
zam a necessidade de que os engenheiros encarregados do projeto, da fabricação e da garantia de qua-
lidade devam compreender ambos os aspectos da tecnologia de superfície (textura e integridade), a fim
de produzir componentes seguros, confiáveis e de longa vida.
Como durante a usinagem as energias (do processo) misturam-se com as propriedades do materi-
al da peça, podem conseqüentemente surgir efeitos superficiais tais como rugosidade, trincas e tensões
residuais. A combinação destes efeitos pode gerar desgaste ou fadiga na peça. Além disso, todo proces-
so possui alguma variabilidade inerente que se modifica com quase todas as variáveis de entrada. Assim,
é necessário selecionar apropriadamente os níveis das variáveis de entrada para se obter um compo-
nente com as tolerâncias (especificadas pelo projeto) e propriedades (técnicas superficiais) satisfatórias.
As superfícies usinadas são bem mais complexas do que parecem ser, já que seu desempenho po-
de ser influenciado por uma camada externa (transformações químicas e deformações plásticas) e por
camadas internas (transformações metalúrgicas e tensões residuais).
A Figura 4.29 mostra um desenho esquemático das camadas internas abaixo da superfície. A ca-
mada limite externa (1 e 2) é considerada como aquela onde ocorrem as reações químicas (adsorção,
oxidação etc.) na superfície recém-usinada. Logo abaixo, camada limite interna (3 a 5), encontra-se uma
camada que sofre transformações metalúrgicas e deformações plásticas devido à ação de corte da fer-
ramenta e variação de temperaturas envolvidas durante a usinagem. A intensidade da deformação plás-
tica e transformação metalúrgica diminuem gradativamente à medida que se distancia da superfície
usinada até que não seja mais percebida.
A fim de se garantir um bom acabamento superficial, o controle do estado microestrutural do ma-
terial é tão importante quanto o controle dos parâmetros de usinagem. Seções metalográficas de alta
magnitude, tomadas paralelamente e perpendicularmente às marcas de avanço, podem ser usadas no
controle efetivo de alterações microestruturais que podem causar falhas.

Figura 4.29 – Camadas superficiais de corpos sólidos
Basicamente a rugosidade é decorrente da forma geométrica da quina da ferramenta e do movi-
mento relativo entre a peça e a ferramenta de corte.
No processo de torneamento, se o avanço f [mm/volta] é menor que o raio de quina rε [mm] da
ferramenta, o valor de Ra [µm] é calculado aproximadamente pela Equação 4.4:
2 2
a
1000 f f
R 32,075
r18 3 r εε
⋅
= =
⋅
(4.4)
Para uma operação de fresamento tangencial, o valor de Ra [µm] é calculado teoricamente em
função do avanço por dente fz [mm] e pelo diâmetro da fresa D [mm], conforme Equação 4.5:
2 2
z z
a
1000 f f
R 64,15
D9 3 D
⋅
= = ⋅
⋅
(4.5)
Para uma operação de fresamento frontal, o valor de Ra [µm] é determinado pela Equação 4.6:
( )2 2
a zR 500 r r 0,25 fε ε= ⋅ − − ⋅ (4.6)
Pode-se constatar pelas Equações 4.4, 4.5 e 4.6 que Ra diminui com o aumento de rε.
As ferramentas com χr > 90o
geram superfícies com acabamento superior àqueles obtidos com
ferramentas com χr < 90o
. Estudos mostraram que as melhores condições de rugosidade são obtidas
com χr = 95o
. Um acabamento superficial relativamente pobre foi obtido com χr = 75o
. Isto se deve ao

aumento da força passiva, que faz com que o sistema ferramenta-peça fique menos rígido e mais susce-
tível a trepidações.
Além de rε e χr, outro parâmetro geométrico da ferramenta de corte exerce influência marcante
no acabamento superficial: o ângulo de posição secundário (χ’r).
A ocorrência de trepidações pode ser controlada pela adoção apropriada do ângulo de posição
secundário na geometria da ferramenta. Sendo assim, o valor de χ’r pode afetar diretamente o acaba-
mento superficial e a exatidão dimensional da peça e a vida da ferramenta de corte. Além disso, χ’r pro-
tege a aresta secundária de corte contra arranhões e cortes, reduzindo o atrito entre a superfície secun-
dária de folga e a superfície usinada da peça.
Outro fator importante a ser observado, é que o decréscimo em χ’r contribui para aumentar a re-
sistência da ponta da ferramenta de corte devido ao conseqüente aumento do ângulo de quina (εr).
Todavia, devido à condição dinâmica do processo de usinagem, χ’r ≥ 3o
. Mas quando χ’r é incrementado,
a rugosidade máxima (Rmax) aumenta, o que significa que a qualidade da superfície tende a piorar. Po-
rém, uma redução neste ângulo aumenta a força passiva porque a aresta de corte secundária torna-se
mais ativa e pode causar trepidações. Assim, os melhores resultados encontrados para o acabamento
foram obtidos com 5o
≤ χ’r ≤ 15o
.
As Figuras 4.30a e 4.30b mostram um esquema da geometria da superfície usinada por ferramen-
tas com χ’r grande e pequeno, respectivamente, procurando ressaltar as marcas de avanço e as partícu-
las aderidas à superfície. Estes esquemas sugerem que para χ’r grande (maior que 15o
), partículas aderi-
das à superfície da peça “camuflam” a profundidade real dos vales, fazendo com que a leitura do rugo-
símetro indique valores de Ra menores que o teórico. Já para χ’r pequeno, estas partículas agem de for-
ma oposta e a leitura do rugosímetro indica valores de Ra maiores que o teórico.
(a) (b)
Figura 4.30 – Esquema da geometria da superfície usinada por ferramentas com χ’r: (a) grande; (b) pequeno.
Os parâmetros de corte exercem uma influência decisiva na integridade superficial da peça usina-
da. Condições severas podem causar danos à superfície usinada, assim como às camadas diretamente
abaixo desta, o que pode conduzir à quebra da peça em serviço. Portanto, quando se seleciona os pa-
râmetros de um processo de usinagem, a vida do componente deve ser levada em consideração.

Os parâmetros de corte mais influentes no acabamento superficial são: o avanço (f), a profundi-
dade de corte (ap) e a velocidade de corte (vc). Um aumento do avanço tende a aumentar a rugosidade
da superfície, pois a altura dos picos e a profundidade dos vales das marcas de avanço são proporcionais
ao quadrado desse avanço. A profundidade de corte praticamente não tem influência sobre a qualidade
superficial, quando a profundidade for superior a um valor mínimo. Entretanto, um acréscimo de ap
promove um aumento das forças, podendo incrementar as vibrações e, por conseqüência, gerar superfí-
cies mais rugosas. Em baixas velocidades de corte o mau acabamento superficial pode ser explicado pela
presença da aresta postiça de corte (APC), uma vez que pequenas partículas desta são perdidas durante
o processo de corte e ficam aderidas na superfície da peça, deteriorando imensamente o acabamento.
Portanto, o acabamento melhora quando vc aumenta, uma vez que a APC desaparece.
O melhoramento conhecido do acabamento superficial pelo meio lubrirrefrigerante, quando se
usina em baixas velocidades de corte, é freqüentemente atribuído ao efeito da lubrificação da superfície
de saída da ferramenta que previne a formação ou reduz as dimensões da APC. Entretanto, estudos
mostraram que o lubrirrefrigerante não tem um efeito sobre o tamanho e a forma da APC, pois o fluido
não penetra na interface cavaco/ferramenta e, portanto, não evita a formação da APC. Assim, a melho-
ria no acabamento ocorre devido à ação lubrificante após a superfície usinada ter sido formada, preve-
nindo a aderência de partículas de APC comprimidas contra a peça durante a operação de usinagem.
A permanência do cavaco na região de corte pode comprometer o acabamento da superfície usi-
nada ou ainda promover avarias nas ferramentas de corte. Assim, sempre que possível, o cavaco deve
ser retirado desta região com a utilização de fluido lubrirrefrigerante sob alta pressão. A sua capacidade
de expulsar os cavacos depende da viscosidade e da vazão do fluido, além, é claro, do tipo de operação
de usinagem e do tipo de cavaco que está sendo formado.
4.6.5 Influência dos tipos e formas do cavaco
Além da forma geométrica da quina da ferramenta e do movimento relativo entre a peça e a fer-
ramenta de corte, o acabamento superficial na operação de usinagem depende também do tipo de ca-
vaco formado. Sabe-se que a formação do cavaco depende das condições de corte e do material da pe-
ça. A formação de cavacos descontínuos ou de cavacos contínuos com a presença de APC pode causar
trincas, as quais se estendem na superfície da peça usinada e cria flutuações nas forças. Estas forças
desviam a ferramenta e iniciam vibrações que afetam o acabamento superficial. Entretanto, a ocorrên-
cia de cavacos contínuos sem a presença de APC é a condição de corte mais desejável para se obter um
melhor acabamento superficial.
O desgaste de flanco causa deterioração do acabamento superficial da peça porque altera total-
mente a forma geométrica da aresta de corte original, muda as dimensões da peça, podendo a mesma
sair de sua faixa de tolerância.

O desgaste de cratera modifica a geometria da superfície de saída da ferramenta, alterando o va-
lor do ângulo de saída e modificando a curvatura do cavaco, facilitando o seu escoamento. Por isso, a
rugosidade da peça diminui, visto que o cavaco não colide com a superfície usinada da peça. Entretanto,
um aumento da cratera fragiliza a quina, podendo causar a quebra da ferramenta.
A deformação plástica provoca deficiência no controle dos cavacos e deterioração do acabamento
superficial da peça. Seu crescimento pode gerar lascamentos na aresta de corte. Se os lascamentos con-
tinuarem crescendo, provocam a quebra da ferramenta.
A aresta postiça de corte (APC) aderente à aresta de corte se deforma e se encrua, aumentando
sua resistência mecânica e fazendo às vezes de aresta de corte. Ela cresce gradualmente até romper-se
bruscamente. Parte da APC que rompe é carregada com o cavaco e parte adere à peça, prejudicando
sensivelmente seu acabamento superficial.

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