Exigências Básicas para um Material de Corte em Usinagem

UNIP 2020 all rights reserved Universidade Paulista Processos Conformação e Usinagem Aula 04 Curso Engenharia Mecânica UNIP 2020 all rights reserved Elevada dureza a frio e a quente É a resistência oferecida pelo material à penetração ao desgaste e ao atrito Medese usualmente a dureza com auxílio de penetrador que tem a forma de uma esferapirâmide com dimensões e cargas padronizadas A dureza da ferramenta deve ser bem maior que a do material a ser usinado porém dentro de um limite para que este não se torne muito quebradiço frágil EXIGÊNCIAS BÁSICAS PARA UM MATERIAL DE CORTE slide 0244 UNIP 2020 all rights reserved Tenacidade É a capacidade que o material tem de absorver energia deformarse até fraturarse incluindo a deformação plásticaO material deve ter uma boa tenacidade para resistir aos choquesimpactos que ocorrem durante a usinagem evitando com isso o surgimento de trincas e lascamentos na ferramenta EXIGÊNCIAS BÁSICAS PARA UM MATERIAL DE CORTE slide 0344 httpswwwcimmcombrportalnoticiaexibirnoticia6991exigenciasbasicasparaummaterialdecortetextNa20regiC3A3o20de20contato20entrepenetram20no20material20da20ferramenta UNIP 2020 all rights reserved Resistência ao desgaste por abrasão Na região de contato peçaferramentacavaco ocorrem elevadas pressões e presença de partículas muito duras Essas partículas devido ao movimento relativo entre os componentes causa o rápido desgaste por abrasão da ferramenta caso ela não possua elevada resistência EXIGÊNCIAS BÁSICAS PARA UM MATERIAL DE CORTE slide 0444 UNIP 2020 all rights reserved Estabilidade Química Na usinagem a ferramenta e a peça apresentam diferentes composições químicas e estão submetidas a elevadas temperaturas formando assim uma condição favorável para o surgimento de reações Estas reações podem resultar em desgaste e perdas de propriedades da ferramenta EXIGÊNCIAS BÁSICAS PARA UM MATERIAL DE CORTE slide 0544 UNIP 2020 all rights reserved Custo e facilidade de obtenção Existem materiais para ferramenta que são fáceis de fabricar e apresentam baixo custo de produção No entanto não apresentam todas as propriedades desejadas e por isto tem seu uso limitado exemplo aço ferramenta Por outro lado temse a disposição materiais com excelentes propriedades dentre as quais dureza e resistência ao desgaste porém com elevado custo Portanto o balanço qualidadecusto deverá ser adequado a necessidades específicas EXIGÊNCIAS BÁSICAS PARA UM MATERIAL DE CORTE slide 0644 UNIP 2020 all rights reserved Aço Ferramenta Aço Rápido Ligas Fundidas Metal Duro Cermet Cerâmica Nitreto de Boro Cúbico Cristalino Diamante MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 0744 Um cermet é um material compósito composto de materiais cerâmicos e metálicos Um cermet pode combinar propriedades atrativas de uma cerâmica como resistência e dureza a altas temperaturas e de um metal como a capacidade de sofrer deformação plástica UNIP 2020 all rights reserved Açoferramenta Denominase de aço ferramenta o material descrito abaixo aço não ligado Há diferenças de nomenclatura na bibliografia que pode também denominar aço ferramenta toda a gama de aços usados para fabricação de ferramentas Foi o único material aço empregado na confecção de ferramentas de corte até 1900 Característica Composição 08 a 15 de carbono Limitação Temperatura de trabalho até 250C acima desta temperatura a ferramenta perde sua dureza MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 0844 UNIP 2020 all rights reserved Aplicação Após o surgimento do aço rápido seu uso reduziuse a aplicações secundárias tais como Reparos uso doméstico e de lazer Ferramentas usadas uma única vez ou para fabricação de poucas peças Ferramenta de forma São ainda atualmente usados pelas seguintes características São os materiais mais baratos Facilidade de obtenção de gumes vivos Tratamento térmico simples Quando bem temperado obtémse elevada dureza e resistência ao desgaste MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 0944 UNIP 2020 all rights reserved Aço Rápido Desenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em 1900 na Exposição Mundial de Paris Composição Elementos de Liga tungstênio ou molibdênio cromo e vanádio como elementos básicos de liga e pequena quantidade de manganês para evitar fragilidade Características temperatura limite de 520 a 600C maior resistência à abrasão em relação ao aço ferramenta preço elevado tratamento térmico complexo MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1044 httpswwwusinagembrasilcombr14291classicosdausinagemaartedecortarmetaisfwtaylor2 httpswwwrevistaferramentalcombr UNIP 2020 all rights reserved Aço Rápido com Revestimento de nitreto de titânio TiN O revestimento de TiN é aplicado pelo processo PVD deposição física a vapor conferindo uma aparência dourada a ferramenta Característica Redução do desgaste na face e no flanco da ferramenta Proteção do metal de base contra altas temperaturas pelo baixo coeficiente de transmissão de calor do TiN Baixo atrito Não há formação de aresta postiça MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1144 UNIP 2020 all rights reserved BUE Temperatura da aresta de corte muito baixa Geometria ou classe inadequada MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1244 httpswwwsandvikcoromantcomptptknowledgepartingandgroovingtroubleshootingpartingandgrooving BUEaresta postiça UNIP 2020 all rights reserved Exercício Resolvido Um engenheiro foi contratado para solucionar um problema sobre Craterização O problema encontrado pelo engenheiro foi o seguinte Excessiva craterização causando o enfraquecimento da aresta A quebra da aresta de corte na área em uso causa acabamento superficial de má qualidade Causa Desgaste por difusão devido a temperaturas de corte muito altas na face de topo Após ter encontrado e definido qual seria a causa o engenheiro teve a seguintes soluções para o problema MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1344 UNIP 2020 all rights reserved I Selecionar uma classe com cobertura de Al2O3 II Reduza primeira a velocidade para obter uma temperatura mais baixa depois reduza o avanço III Selecionar uma pastilha de geometria negativa Indique a alternativa correta a Apenas I e III estão corretas b Apenas I está correta c Apenas II e III estão corretas d Apenas I e II estão corretas e Todas estão corretas MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1444 UNIP 2020 all rights reserved Aço Rápido com Cobalto O aço rápido ao cobalto denominado de aço super rápido apareceram pela primeira vez em 1921 Característica maior dureza a quente maior resistência ao desgaste menor tenacidade MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1544 UNIP 2020 all rights reserved Ligas Fundidas Desenvolvidas por Elwood Haynes em 1922 Composição tungstênio cromo e vanádio no lugar de tungstênio podese usar em partes manganês molibdênio vanádio titânio e tântalo no lugar do cromo o níquel Característica elevada resistência a quente temperatura limite de 700 a 800C qualidade intermediária entre o aço rápido e o metal duro MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1644 UNIP 2020 all rights reserved O Metal Duro Carbonetos Sinterizados surgiram em 1927 com o nome de widia wie diamant como diamante com uma composição de 81 de tungstênio 6 de carbono e 13 de cobalto MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1744 UNIP 2020 all rights reserved Característica Elevada dureza Elevada resistência à compressão Elevada resistência ao desgaste Possibilidade de obter propriedades distintas nos metais duros pela mudança específica dos carbonetos e das proporções do ligante Controle sobre a distribuição da estrutura MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1844 UNIP 2020 all rights reserved Propriedades variam com tipo e tamanho das partículas tipo e propriedades dos ligantes técnica de manufatura quantidade de elementos de liga MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 1944 UNIP 2020 all rights reserved Composição O metal duro é composto de carbonetos e cobalto responsáveis pela dureza e tenacidade respectivamente MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 2044 UNIP 2020 all rights reserved O tamanho das partículas varia entre 1 e 10 mícrons e compreende geralmente 60 à 95 da porção de volume MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 2144 UNIP 2020 all rights reserved As primeiras ferramentas compostas unicamente de carbonetos de tungstênioWC e cobalto eram adequadas apenas para a usinagem de ferro fundido Na usinagem do aço havia formação de cratera na face da ferramenta devido a fenômenos de difusão e dissolução ocorridos entre o cavaco da peça e a face da ferramenta MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 2244 Dissolução é quando as partículas partículas de açúcar por exemplo são colocadas em água e são cercadas por partículas de água Difusão é o movimento de partículas de uma região de maior concentração para uma região de baixa concentração UNIP 2020 all rights reserved Para solucionar tais problemas começouse a acrescentar outros carbonetos TiC TaC e NbC que conferem as seguintes características TiC Carbonetos de Titânio pouca tendência à difusão resultando na alta resistência dos metais duros redução da resistência interna e dos cantos TaC Carbonetos de Tântalo e NbC Carboneto de Nióbio em pequenas quantidades atuam na diminuição do tamanho dos grãos melhorando a tenacidade e a resistência dos cantos MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 2344 UNIP 2020 all rights reserved Exercício Resolvido Relacionando ao desgaste da ferramenta podemos afirmar que I Desgaste elevado que pode levar à quebra da aresta de corte em operações de desbaste II Desgaste frontal que prejudica o acabamento III Desgaste que provoca a elevação acentuada da temperatura com o conseqüente amolecimento e embotamento da aresta de corte MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 2444 UNIP 2020 all rights reserved IV Desgaste que provoca aumento excessivo na força de corte Indique a Alternativa correta aApenas a I e II estão correta b Apenas I e III está correta c Apenas a I está correta d Apenas II está correta e Todas estão corretas MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 2544 EXERCÍCIO RESOLVIDO UNIP 2020 all rights reserved MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 2644 UNIP 2020 all rights reserved Prensagem é um processo operação de prensar de comprimir apertar ou achatar na prensa prensagem de discos prensagem a frio FABRICAÇÃO DA PASTILHA DE METAL DURO slide 2744 UNIP 2020 all rights reserved Prensagem FABRICAÇÃO DA PASTILHA DE METAL DURO slide 2844 UNIP 2020 all rights reserved A sinterização é um processo no qual uma vez compactados são submetidos a temperaturas elevadas ligeiramente menores que a sua temperatura de fusão Este processo cria uma alteração na estrutura microscópica do elemento base FABRICAÇÃO DA PASTILHA DE METAL DURO slide 2944 UNIP 2020 all rights reserved Sinterização FABRICAÇÃO DA PASTILHA DE METAL DURO slide 3044 UNIP 2020 all rights reserved Retífica é o processo pelo qual se remove material estabelecendose contato entre a peça e o rebolo girando à alta velocidadeA retífica confere à peça exatidão de medidas e elevada qualidade de acabamento superficialA espessura do cavaco retirado através de retífica varia de 00025 a 003 mm A superfície retificada apresenta menor coeficiente de atrito e maior resistência à fadiga FABRICAÇÃO DA PASTILHA DE METAL DURO slide 3144 UNIP 2020 all rights reserved Retífica FABRICAÇÃO DA PASTILHA DE METAL DURO slide 3244 UNIP 2020 all rights reserved Escova FABRICAÇÃO DA PASTILHA DE METAL DURO slide 3344 UNIP 2020 all rights reserved Cobertura CVD PVD FABRICAÇÃO DA PASTILHA DE METAL DURO slide 3444 CVD usa gases precursores em estado de vapor e o filme depositado a partir de reações químicas sobre superfície do substrato PVD vaporiza o material sólido por calor e recondensa o vapor sobre a superfície do substrato para formar o filme fino sólido UNIP 2020 all rights reserved CVD PVD Processos de revestimentos para ferramentas Cobertura CVD PVD Deposição química a vapor Deposição física a vapor FABRICAÇÃO DA PASTILHA DE METAL DURO slide 3544 UNIP 2020 all rights reserved Variação da Dureza do Metal Duro com a Temperatura Dureza Vickers kgfmm² Temperatura C 1000 750 500 250 0 500 1000 2000 1500 aço rápido MD 15 Co MD 6 Co MATERIAIS EMPREGADOS NA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTAS slide 3644 UNIP 2020 all rights reserved Exercício 1 slide 3744 A respeito do custo e facilidade de obtenção de um material de corte existem materiais para ferramenta que são fáceis de fabricar e apresentam baixo custo de produção No entanto não apresentam todas as propriedades desejadas e por isto tem seu uso limitado exemplo AçoFerramenta Por outro lado temse a disposição materiais com excelentes propriedades dentre as quais dureza e resistência ao desgaste porém com elevado custo Portanto o balanço qualidadecusto deverá ser adequado a necessidades específicas UNIP 2020 all rights reserved A respeito das exigências de um material de corte podemos dizer que I Este possua elevada dureza a frio e a quente sendo isso a resistência oferecida pelo material à penetração ao desgaste e ao atrito A dureza da ferramenta deve ser bem menor que a do material a ser usinado porém dentro de um limite para que este não se torne muito quebradiço frágil II Este possua tenacidade isto é a capacidade que o material tem de absorver energia deformarse até fraturarse incluindo a deformação plástica O material deve ter uma boa tenacidade para resistir Exercício 1 slide 3844 UNIP 2020 all rights reserved aos choquesimpactos que ocorrem durante a usinagem evitando com isso o surgimento de arestas postiças por empastamento de material III E que tenha resistência ao desgaste por abrasão na região de contato peçaferramentacavaco onde ocorrem elevadas pressões e presença de partículas muito duras Essas partículas devido ao movimento relativo entre os componentes causa o rápido desgaste por abrasão da ferramenta caso ela não possua elevada resistência Baseado nas afirmações anteriores podemos dizer que Exercício 1 slide 3944 UNIP 2020 all rights reserved Exercício 1 slide 4044 aTodas estão corretas bTodas estão erradas c Apenas a afirmação I está correta d Apenas a afirmação II está correta e Apenas a afirmação III está correta UNIP 2020 all rights reserved Exercício 2 slide 4144 Um Cermet é um metal duro com partículas duras à base de titânio O nome Cermet combina as palavras cerâmicas e metal Originalmente os Cermets eram compostos de Tic e níquel Cermets modernos não contêm níquel e possuem uma estrutura projetada de partículas núcleo de carbonitreto de titânio Ti CN uma segunda fase dura de TiNbWCN e um ligante de cobalto rico em tungstênio As características do Cermets são UNIP 2020 all rights reserved I Baixa tendência a formação gume postiço II Resistência a temperatura baixa III Boa resistência a corrosão IV Baixa estabilidade química Indique a alternativa correta a Apenas I e II estão corretas b Apenas I está correta c Apenas I e III estão corretas d Apenas II III e IV estão corretas e Todas estão incorretas Exercício 2 slide 4244 Cermets baixa tendência a formação de gume postiço boa resistência a corrosão boa resistência ao desgaste resistência a temperatura elevada alta estabilidade química UNIP 2020 all rights reserved Exercício 3 slide 4344 O aço rápido apresenta uma série de elementos de liga utilizados para melhorar suas propriedades de usinagem Das alternativas a seguir qual não descreve o efeito da adição do elemento de liga no aço rápido a Cobalto aumenta a dureza a quente b Cromo aumenta a temperabilidade c tungstênio e molibdênio elevada resistência ao desgaste e dureza a quente d Vanádio e nióbio forma carbonetos sendo muito duros e resistentes ao desgaste e Carbono aumenta a ductilidade e forma carbonetos UNIP 2020 all rights reserved FERRARESI D Fundamentos da Usinagem dos Metais Ed Edgard Blucher 1977 BRESCIANI FILHO E ET alli Conformação Plástica dos Metais disponível para acesso livre em httpwwwocwunicampbrfileadminuseruploadcursosEM730CONFORMACA OPLASTICADOSMETAIS1pdf 2011 MACHADO A R et alli Teoria da Usinagem dos Materiais Ed Edgard Blucher 2011 NOVASKI O Introdução à Engenharia de Fabricação Mecânica Ed Edgard Blucher 2003 NOVASKI O Custos de Usinagem Ed Edgard Blucher 2003 MACHADO A R et alli Teoria da Usinagem dos Materiais Ed Edgard Bkucher 2011 SCHEAFFER L Conformação Mecânica Imprensa Livre Porto Alegre 1999 HELMAN H C et alli Fundamentos da Conformação Mecânica dos Metais Ed Artliber 2005 DINIZ A ET alli Tecnologia da Usinagem dos Materiais Ed Artlieber 2008 httpswwwhomesandvikbr httpportalinepgovbr REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS slide 4444 UNIP 2020 all rights reserved FIM