Processos e Condições de Usinagem de Materiais

U N I D A D E 5 U S I N A G E M D E M A T E R I A I S A V A R I A S D E S G A S T E S E V I D A D E F E R R A M E N T A S Marcelo de Jesus Rodrigues da Nóbrega AUTOR Qual o processo de usinagem mais indicado para a fabricação de uma peça específica Qual ferramenta devo utilizar para obter os melhores resultados na usinagem Quais as melhores condições econômicas de usinagem que permitirão otimizar o processo de fabricação com os menores custos Quais os parâmetros de usinagem mais apropriados para uma determinada operação de usinagem e quais os cálculos envolvidos Identificar os aspectos que envolvem avarias e desgastes de ferramentas de corte Conhecer o conceito de vida da ferramenta e cálculos associados Olá aluno a A usinagem se tornou um importante processo presente em diversos setores industriais por conta de seu baixo custo e flexibilidade de produção CCV INDUSTRIAL 2017 No entanto Casarin 2018 explica que trabalhar na área de usinagem exige uma série de conhecimentos que nos permitam responder questionamentos do tipo Portanto a partir da explanação do conteúdo proposto você encontrará conceitos fundamentais dos processos de usinagem tipos de ferramentas e máquinas básicas relacionadas aos processos mecânicos de usinagem aspectos geométricos da ferramenta de corte definição de velocidade de avanço e de corte e profundidade de corte características gerais de cavacos o uso de fluidos de corte condições econômicas de corte e os cálculos de força e potência de usinagem Além disso este material irá apresentar a Norma Regulamentadora NR 12 que tem por objetivo prevenir acidentes e doenças ocupacionais durante o uso de máquinas e equipamentos Objetivos de Aprendizagem Ao final dessa UA você deve apresentar os seguintes aprendizados APRESENTAÇÃO 01 CONHEÇA O CONTEUDISTA Sou Marcelo de Jesus Rodrigues da Nóbrega sou PósDoutor Sênior e Júnior em Engenharia pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ 2013 e 2019 Doutor em Engenharia Mecânica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro PUCRio 2010 Mestre em Tecnologia na Área de Processos Tecnológicos pelo Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca CEFETRJ 2004 Engenheiro Mecânico pelo CEFETRJ 2002 Tecnólogo em Mecânica também pelo CEFETRJ 2001 Licenciado em Física pela Universidade Cândido Mendes UCAM 2006 Licenciado em Matemática e Engenheiro Civil ambos pela Sociedade Augusto Motta UNISUAM 2002 Licenciado em Pedagogia UniBF 2022 ESPECIALIZAÇÃO NA ÁREA TECNOLÓGICA Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho FSS 2005 MBA em Negócios Imobiliários UniBF 2020 Especialista em Trânsito UniBF 2020 Especialista em Engenharia e Gerenciamento de Manutenção UniBF 2020 Especialista em Engenharia de Avaliações e Perícias UniBF 2020 Especialista em Higiene Ocupacional CESDA 2020 Especialista em Engenharia Elétrica Ênfase em Instalações Residenciais UCAM 2020 e Especialista em Engenharia Civil Sistemas Construtivos em Edificações FASOUZA 2020 ESPECIALIZAÇÃO NA ÁREA DE MEIO AMBIENTE Especialista em Engenharia de Meio Ambiente UNIG 2010 Especialista em Auditoria e Perícia Ambiental FUNIP 2020 Especialista em Saneamento FAVENI 2020 e Especialista em Gestão Ambiental UCAM 2019 ESPECIALIZAÇÃO NA ÁREA EDUCACIONAL Especialista em Gestão de Sistemas Educacionais UniBF 2022 Especialista em Gestão Escolar Administração Inspeção Orientação e Supervisão FAVENI 2020 Especialista em Docência do Ensino Superior pela Faculdade São Judas Tadeu FSJT 2002 Especialista em Metodologias Ativas e Prática Docente UniBF 2021 Especialista em Educação a Distância UniBF 2020 Especialista em Ciências Sociais UniBF 2021 Especialista em Ciências da Religião UniBF 2020 Marcelo de Jesus Rodrigues da Nóbrega 02 EXPERIÊNCIA PROFISSIONALTECNOLÓGICA Possuo experiência de mais de 18 anos nas áreas de Engenharia de Segurança do Trabalho e de Meio Ambiente especialmente nas áreas de Licenciamento Ambiental atividades Industriais de Geração e Cogeração de Energia Subestações de Energia Elétrica Helipontos e Estações RádioBase e Avaliação e Análise de Riscos Industriais e gestão de Unidades de Conservação Ambiental Possuo mais de 250 trabalhos técnicos nas áreas de Segurança do Trabalho e Meio Ambiente além de atuar como Perito Judicial nomeado em mais de 200 processos TJRJ TRT1 e JF EXPERIÊNCIA ACADÊMICAGESTÃO Possuo mais de 20 anos de experiência Docente no Ensino Superior e Técnico atuando principalmente nos seguintes temas Ergonomia e Segurança do Trabalho Perícia Judicial em Engenharia Resistência dos Materiais Desenho Técnico Desenho de Engenharia e Arquitetura Técnicas de Construção Civil Tópicos Especiais em Engenharia Civil Tópicos Especiais em Engenharia Mecânica Tópicos Especiais em Engenharia Elétrica Mecânica Aplicada Fabricação de Componentes Mecânicos Métodos Numéricos e Comportamento Mecânico dos Materiais Além disso possuo experiência docente e na coordenação de diferentes cursos na área das Engenharias Engenharia Civil Engenharia Mecânica Engenharia de Produção Engenharia Elétrica Engenharia Ambiental e Sanitária e Engenharia de Petróleo e como TutorOrientador na Universidade Aberta do Brasil 2020 Sou Editor de Revistas Científicas e Avaliador do MEC INEPENADE também atuando como Avaliador de Cursos de Graduação pelo INEPMEC Por fim participo como orientador eou avaliador de mais de 200 Trabalhos de Conclusão de Curso em diferentes níveis Doutorado Mestrado Especialização e Graduação 03 Desgaste adesivo a ferramenta e o cavaco se soldam em asperezas locais e o desgaste ocorre pela fratura das junções soldadas Desgaste abrasivo ocorre como resultado da presença de partículas duras na interface cavacoferramenta à medida que o cavaco se move sobre a superfície de saída desgastandoa por ação mecânica Desgaste por difusão no estado sólido ocorre pela difusão entre o material da ferramenta e a peça nas condições de temperatura elevada e contato íntimo que existem na interface cavacosuperfície de saída Aços ferramentas de alto teor de carbono contém de 07 a 15 de carbono Sua aplicação é limitada a velocidades de corte baixas pois sua dureza decresce rapidamente acima de 150 0C AVARIAS DESGASTES E VIDA DE FERRAMENTAS Avarias e desgastes de ferramentas Fonte Apostila de Processos de Fabricação da Disciplina Tecnologia Mecânica III Prof Hélio Cordeiro de Miranda As ferramentas de corte se submetem a forças elevadas sob condições de temperatura e desgaste também elevadas Existem três formas principais de desgaste no corte dos metais Numa ferramenta ocorre normalmente o desgaste na superfície de folga e o desgaste de cratera O processo de desgaste predominante depende da velocidade de corte Nas velocidades elevadas prevalece o desgaste por cratera enquanto a baixas velocidades o desgaste da superfície de folga é mais acentuado Neste sentido um bom material para ferramenta de corte deve possuir dureza e resistência ao desgaste a temperaturas elevadas com tenacidade suficiente para resistir à fratura ou à escamação e ainda ser de custo compatível com a operação Os principais materiais utilizados para confecção de ferramentas de corte são UNIDADE 5 04 Aços rápidos retém a dureza à quente até cerca de 540 0C podendo ser utilizado com velocidades de corte até duas vezes mais rápidas que os aços ao carbono Ferramentas de ligas fundidas nãoferrosas normalmente retém a dureza até 800C e como são frágeis são utilizadas em condições onde não existam impacto e vibrações severas Ferramentas de corte sinterizadas à base de carbonetos de tungstênio metal duro são úteis para o corte até temperaturas de 1100 0C podendo ser utilizadas até velocidades cinco vezes superiores às utilizadas com aços rápidos Ferramentas à base de materiais cerâmicos ou óxidos obtidos a partir de Al2O3 sinterizado são mais duras que os carbonetos sinterizados possuindo ainda maior resistência ao desgaste e a compressão porém são mais frágeis Diamante e Nitrato de boro cúbico NBC são ferramentas extremamente duras e empregadas normalmente em cortes especiais em altíssima velocidade Vida da ferramenta Fonte Apostila de Processos de Fabricação da Disciplina Tecnologia Mecânica III Prof Hélio Cordeiro de Miranda Em um sentido mais geral a vida da ferramenta é determinada pelo instante na qual a ferramenta não produz mais peças economicamente satisfatórias A velocidade de corte é a variável de operação mais importante e de maior influência sobre a temperatura e com isso sobre a vida da ferramenta O estudo clássico de Taylor estabeleceu uma relação entre a ferramenta de corte v e o tempo T para alcançar um comprimento de desgaste de certas dimensões Assim a equação de Taylor é dada por 05 U S I N A G E M D E M A T E R I A I S Quando considerados os parâmetros avanço a e profundidade de corte p a equação de Taylor é apresentada da seguinte forma O fim de vida de uma ferramenta de corte pode ser definido pelo grau de desgaste estabelecido O desgaste afeta precisão qualidade e aumento da força de corte A aresta da ferramenta se desgaste com maior facilidade na face de saída e no flanco sendo dependente da forma e da duração da solicitação térmica mecânica e química da região Para resumir podese afirmar que a vida da ferramenta deverá depender de seu material dos parâmetros de usinagem e de outros fatores tais como o fluido de corte e as propriedades do material da peça A facilidade com que o material pode ser usinado foi denominada de usinabilidade DESGASTE DE FERRAMENTAS NA USINAGEM Material utilizado nesta Unidade de Aprendizagem httpwwwgeocitieswscmovbr73ProcFabrCap4Desgaste A vida de uma ferramenta pode ser definida como sendo o tempo em que a mesma trabalha efetivamente sem perder o corte ou até que se atinja o critério de fim de vida previamente estabelecido O motivo do desgaste está na combinação de altas temperaturas de usinagem e fortes carregamentos mecânicos 06 USINAGEM DE MATERIAIS TIPOS DE DESGASTES As figuras a seguir ilustram os desgastes da ferramenta de corte que são basicamente de três tipos desgaste de flanco desgaste de cratera e desgaste de entalhe 07 USINAGEM DE MATERIAIS Exemplo de desgaste de flanco SANDVIK 2000 Exemplo de desgaste de cratera SANDVIK 2000 Desgaste de Flanco ocorre na superfície de folga da ferramenta causado pelo contato entre a ferramenta e a peça É o tipo mais comum de desgaste Ocasiona a deterioração do acabamento superficial da peça pois modifica totalmente a aresta de corte original Faz com que a peça mude de dimensão Exemplo de desgaste de sulco SANDVIK 2000 08 USINAGEM DE MATERIAIS Desgaste de cratera ocorre na superfície de saída da ferramenta causado pelo atrito entre a ferramenta e o cavaco O desenvolvimento deste tipo de desgaste está diretamente ligado à temperatura e à pressão de corte Outra característica deste tipo de desgaste é não influenciar diretamente na rugosidade ou na tolerância da peça mas sim na geometria do ângulo de saída e no comprimento de contato cavacopeça O crescimento do desgaste de cratera pode gerar a quebra da ferramenta quando tal desgaste se encontra com o desgaste de flanco As formas de desgaste mais regulares e previsíveis são o desgaste de flanco e de cratera Em decorrência disto procurase estabelecer condições de corte na usinagem de metais onde estas formas de desgastes principalmente o desgaste de flanco são dominantes sobre o fim de vida da ferramenta de corte No flanco da ferramenta onde ocorre o desgaste de flanco são medidas a largura média do desgaste VB e a largura máxima da marca de desgaste VBmáx Nem sempre a marca de desgaste é muito nítida devido a mudanças de cor ou oxidações que ocorrem no flanco nas regiões limites de contato Além disso a presença eventual de entalhes dificulta a interpretação precisa da marca de desgaste de flanco As grandezas de desgaste avaliadas estão representadas esquematicamente na figura a seguir Desgaste de entalhe ocorre na região de interface entre o contato peçaferramentacavaco no lado exposto da superfície de corte A formação do entalhe é resultado da ação das rebarbas produzidas nas bordas do cavaco as quais apresentam uma taxa de encruamento maior que na parte central do cavaco tornandose uma região com dureza mais elevada envolvendo um mecanismo de aderência e arrancamento Na região de formação de entalhe a ferramenta de corte também é submetida à ação oxidante da atmosfera O aumento progressivo do entalhe pode levar à quebra da ferramenta de corte bem como a um pior acabamento superficial Deformação plástica a aresta de corte gerada pela pressão aplicada à ponta da ferramenta somada à altas temperaturas Provoca deficiência no controle do cavaco e deterioração do acabamento da peça O crescimento desta deformação pode causar a quebra da ferramenta Pode ser evitada pelo uso de uma ferramenta com maior dureza a quente ou pela mudança nas condições de usinagem diminuição dos esforços e da temperatura ou modificação na geometria da ferramenta Lascamento Ao contrário dos tipos de desgaste anteriores que retiram continuamente partículas muito pequenas da ferramenta o lascamento é resultado da remoção de partículas maiores de uma só vez Fonte httpmoldesinjecaoplasticoscombravariasedesgastesdeferramentasdecorte 09 USINAGEM DE MATERIAIS Quebra Pode ser causada pelo crescimento contínuo dos desgastes anteriores Contudo a quebra pode ocorrer abruptamente devido à alguns fatores ferramenta muito frágil carga excessiva sobre a ferramenta raio de ponta ângulo de ponta ou ângulo de cunha pequenos corte interrompido parada instantânea do movimento de corte e até mesmo pelo entupimento dos canais para expulsão do cavaco Principais causas corte interrompido acesso irregular do fluido de corte solda da pastilha no portaferramentas Pode ser evitada através da escolha de ferramentas mais tenazes e redução do avanço por dente Trincas Causadas pela variação da temperatura origem térmica perpendicular à aresta ou variação dos esforços mecânicos origem mecânica paralela à aresta Ocorre principalmente em ferramentas muito frágeis ou nas condições de força excessiva de corte corte interrompido e material da peça com inclusões duras Prejudicam o acabamento da peça Se continuam crescendo provocam a quebra da ferramenta 10 USINAGEM DE MATERIAIS Ocasiona dano à ferramenta mas também ao portaferramenta e à própria peça De um modo geral temos os principais tipos de desgastes e suas respectivas áreas de incidência demonstradas na figura a seguir 11 USINAGEM DE MATERIAIS Principais áreas de desgaste de uma ferramenta de corte Fonte SANTOS S C e SALES 2007 Resumindo temos 12 USINAGEM DE MATERIAIS MECANISMOS DE DESGASTE Segundo alguns autores existem pelo menos seis diferentes processos de desgaste que podem acontecer nas ferramentas de corte deformação plástica superficial por cisalhamento a altas temperaturas deformação plástica da aresta de corte sob altas tensões de compressão desgaste difusivo desgaste por aderência e arrastamento desgaste abrasivo e desgaste de entalhe Este último não é propriamente um mecanismo mas sim um tipo de desgaste conforme mencionado anteriormente Isto porque não se sabe com exatidão o mecanismo que o provoca Portanto é comum tratar este tipo de desgaste como um mecanismo ISO 1993 MACHADO e SILVA 1999 Diniz et al 1999 no entanto citam como fenômenos causadores dos desgastes da ferramenta a aresta postiça de corte APC a abrasão mecânica a aderência a difusão e a oxidação Difusão fenômeno microscópico que consiste na transferência de átomos de um metal para o outro ativada pela temperatura de corte e pela afinidade físicoquímica dos dois metais envolvidos Ocorre principalmente na superfície de saída altas temperaturas sendo o principal mecanismo para formação do desgaste de cratera Apresentamse a seguir vários mecanismos destacados pela literatura na seguinte ordem difusão aderência abrasão oxidação e fadiga É um mecanismo que envolve a transferência de átomos de um material para outro É fortemente dependente da temperatura da solubilidade dos elementos envolvidos na zona de cisalhamento secundária e da duração de contato Em usinagem as velocidades relativas entre ferramentapeça ou ferramenta cavaco são altas e o tempo de contato entre esses materiais é muito pequeno a difusão tornase praticamente desprezível Este mecanismo de desgaste poderá atuar tanto na superfície de saída como na superfície de folga A taxa de desgaste aumenta com o aumento da velocidade de corte e do avanço Segundo alguns autores a difusão é responsável principalmente pelo desgaste de cratera em altas velocidades de corte pois é na superfície de saída da ferramenta que se tem as condições necessárias para a difusão isto é alta temperatura devido às altas velocidades e à zona de aderência e tempo de contato cavaco ferramenta devido a velocidade de saída do cavaco ser zero na zona de aderência 13 USINAGEM DE MATERIAIS Átomos de CO do MD na usinagem de ligas de Ti indo para o cavaco cratera Fonte httpwwwgrimaufscbrcnctransparenciasusinagemAula7DesgasteDeFerramentasv1 pdf Aderência a baixas temperaturas de corte pode ocorrer o fenômeno de formação de um extrato metálico entre duas superfícies em contato no qual ocorre a migração de partículas de uma superfície para a outra Contribui na formação do desgaste de entalhe e pode ser minimizado pelo uso adequado do fluido de corte lubrificação e o uso de materiais de ferramenta com baixo coeficiente de atrito Abrasão gerado pelo atrito entre as superfícies em contato Ocorre no desgaste de flanco e de cratera sendo mais proeminente no desgaste de flanco já que a superfície de folga atrita com um elemento rígido peça Sendo assim este mecanismo ocorre geralmente a baixas velocidades de corte onde o fluxo de material sobre a superfície de saída da ferramenta se torna irregular A APC pode aparecer e o contato com a ferramenta se torna menos contínuo Sob estas condições fragmentos microscópicos são arrancados da superfície da ferramenta e arrastados junto ao fluxo de material adjacente à interface Em geral a zona de escorregamento o corte interrompido a profundidade de usinagem irregular ou a falta de rigidez promovem o fluxo irregular de material e portanto o mecanismo de desgaste por aderência No microscópio as áreas desgastadas por aderência têm uma aparência áspera Portanto a utilização adequada de fluido de corte principalmente com efeito lubrificante e o recobrimento da ferramenta com materiais de baixo coeficiente de atrito como o nitreto de titânio tem grande influência na diminuição deste mecanismo de desgaste Este mecanismo envolve a perda de material por micro sulcamento ou micro corte causado por partículas de elevada dureza relativa e pela temperatura de corte que reduz a dureza da ferramenta Assim quanto maior a dureza a quente da ferramenta maior sua resistência ao mecanismo de desgaste por abrasão Estas partículas carbonetos e carbonitretos podem estar contidas no material da peça ou principalmente ser partículas da própria ferramenta que são arrancadas pelo mecanismo de desgaste por aderência por exemplo Este mecanismo de desgaste é muito importante na usinagem com pastilhas revestidas cerâmicas puras e cerâmicas mistas Tanto o desgaste de flanco quanto o desgaste de cratera podem ser gerados pela abrasão porém ela se faz mais proeminente no desgaste de flanco já que a superfície de folga atrita com um elemento rígido que é a peça enquanto que a superfície de saída atrita com um elemento flexível que é o cavaco 14 USINAGEM DE MATERIAIS Oxidação fenômeno que ocorre a altas temperaturas e na presença de ar e água contida no fluido de corte Provoca a formação de óxidos porosos na superfície da ferramenta que são facilmente levados pelo atrito Se forma especialmente nas extremidades do cavaco devido ao acesso do arfluido nesta região É fundamental para o desgaste de entalhe Fadiga ocorre principalmente no corte interrompido como no fresamento onde várias trincas pequenas podem ser observadas na ferramenta Estas trincas são causadas pela alternância da expansão e da contração das camadas superficiais da ferramenta quando estão aquecidas durante o corte e refrigeradas pela condução para dentro do corpo da ferramenta durante os intervalos entre os cortes Sendo assim em altas temperaturas e a presença de ar e água contida nos fluidos de corte geram oxidação para a maioria dos metais O tungstênio e o cobalto durante o corte formam filmes de óxidos porosos sobre a ferramenta que são facilmente levados embora pelo atrito gerando desgaste Porém alguns óxidos como o óxido de alumínio são mais duros e resistentes Alguns materiais de ferramenta que não contém óxido de alumínio desgastam se mais facilmente por oxidação O desgaste gerado pela oxidação se forma especialmente nas extremidades do contato cavacoferramenta devido ao acesso do ar nesta região sendo esta uma possível explicação para o surgimento do desgaste de entalhe ou sulco As trincas são normalmente iniciadas na posição mais quente sobre a superfície de saída a alguma distância da aresta então se propaga através da aresta e desce no flanco Dentes de fresa de carboneto frequentemente mostram várias trincas após o uso mas elas parecem fazer relativamente pouca diferença à vida da ferramenta na maioria dos casos Se as trincas se tornarem muito numerosas elas podem se juntar e causar quebras de pequenos fragmentos da aresta de corte Elas podem agir também como elevadores de tensão através da qual a fratura pode ser iniciada de outras causas É comum em ferramentas de metal duro 15 USINAGEM DE MATERIAIS Fonte httpwwwgeocitieswscmovbr73ProcFabrCap4Desgaste Inspeção visual com comparação de padrões lupas Mecânica paquímetros micrômetros outros Óptica microscópicos de ferramentaria Ópticaeletrônica câmeras CCD Aumento das vibrações Aumento do ruído Piora da qualidade Rejeição dimensional Aumentos das forças Outros MEDIÇÃO DE DESGASTE Medição Direta Medição Indireta 16 USINAGEM DE MATERIAIS Grandezas de medição de desgaste Fonte httpwwwgeocitieswscmovbr73ProcFabrCap4Desgaste Resumindo temos 17 USINAGEM DE MATERIAIS Fonte httpwwwgrimaufscbrcnctransparenciasusinagemAula7DesgasteDeFerramentasv1 pdf É válido esclarecer Desgastes X Avarias 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 que permite um controle maior da vida Vida da ferramenta tempo que a ferramenta trabalha efetivamente deduzido os tempos passivos até perder a sua capacidade de corte dentro de um critério previamente estabelecido Grandezas avaliadas para definir a vida da ferramenta tempo de corte volume de material cortado número de peças fabricadas Valores elevados de desgastes Temperaturas excessivas atingidas pela ferramenta Tolerâncias dimensionais fogem do controle Acabamento superficial deixa de ser satisfatório Componentes da força de usinagem aumentam excessivamente Mudanças no ruído Avarias são falhas transitórias que ocorrem aleatoriamente não podem ser descritas explicitamente por uma função matemática colapso quebra total detectadas frequentemente após o ocorrido Por exemplo lascamento do gume que a superfície usinada pode ficar extremamente danificada podendo acarretar danos irreversíveis à peça Deformação Plástica desgaste ou avaria Alguns autores classificam a deformação plástica como um desgaste apresenta comportamento determinístico ao mudar a geometria da aresta de corte pelo deslocamento de material Outros avaria de origem térmica causada pelas altas pressões e altas temperaturas aplicadas à ponta da ferramenta com baixa resistência ao cisalhamento e alta tenacidade deformação provoca deficiências no controle de cavacos e deterioração do acabamento da peça Antes de iniciar o próximo tópico que irá abordar a respeito dos principais fatores que influenciam na vida da ferramenta de corte é importante definir o que vem a ser a vida da ferramenta Fim da vida detectável quando ocorre mudança em uma ou mais características do processo 18 USINAGEM DE MATERIAIS Mudanças na forma de cavaco Vibrações entre a peça e ferramenta Definição do critério de desgaste devese conhecer a forma do desgaste e os mecanismos que regem seu surgimento Curvas de vida de uma ferramenta para um determinado material determinada através de ensaios de usinagem de longa duração gume da ferramenta trabalha em condições constantes de corte sendo utilizado um critério de fim de vida de desgaste previamente fixado 19 USINAGEM DE MATERIAIS Fonte httpwwwgrimaufscbrcnctransparenciasusinagemAula7DesgasteDeFerramentasv1 pdf Fonte httpwwwgrimaufscbrcnctransparenciasusinagemAula7DesgasteDeFerramentasv1 pdf FATORES QUE INFLUENCIAM NA VIDA DA FERRAMENTA DE CORTE O tempo em que uma aresta de corte trabalha efetivamente antes de ser reafiada ou substituída é denominado de vida da ferramenta de corte simbolizada por T Um critério deve ser usado então para determinar o fim de vida da ferramenta de maneira a manter o processo produtivo dentro de condições econômicas adequadas Este pode ser o desgaste máximo um valor limite para o acabamento superficial uma dimensão da peça usinada etc A ferramenta é então mantida na máquina até que este valor limite seja atingido sendo substituída Um critério universal para estabelecimento de fim de vida de ferramentas em processos de usinagem é ainda um assunto muito discutido porém sem uma aparente definição a curto e médio prazo Para o caso de um desgaste máximo a ISSO o International Standard Organization sugeriu um padrão medição do desgaste da ferramenta na ISO 3685 de 1977 cuja segunda edição foi publicada em 1993 Sabese que quando a temperatura aumenta a vida da ferramenta diminui A relação da vida da ferramenta e temperatura é a seguinte 20 USINAGEM DE MATERIAIS Onde θ é a temperatura de corte n e C3 são constantes para a combinação ferramentapeça Tipicamente o expoente n nesta relação está entre 005 e 01 Uma diminuição do ângulo de posição χr para mesmo avanço e mesma profundidade de usinagem acarreta uma diminuição da espessura de corte h segundo a relação E ao mesmo tempo um aumento da largura de corte b uma vez que 21 USINAGEM DE MATERIAIS Esta variação de χr permite maior vida da ferramenta pois resulta numa melhor distribuição da temperatura de corte num trecho da ferramenta Quanto maior o ângulo de saída γ menor a deformação do cavaco e menor a temperatura a pressão específica de corte e o desgaste da ferramenta Na usinagem de materiais com cavacos curtos onde a influência do ângulo de saída na temperatura e na pressão específica de corte é pequena é recomendável o uso de ângulos de saída negativos Mesmo no corte de materiais que formam cavacos longos onde a obtenção de baixa força de corte não é prioritária recomendase a utilização de ferramentas com geometrias negativas para fortalecer a aresta de corte já que a influência do ângulo de saída na vida da ferramenta não é muito pronunciada Somente em operações que formam cavacos longos e onde se necessita baixas forças de corte como operações em máquinas de baixa potência torneamento interno ou quando a peça não é muito rígida é que se recomenda a utilização de ferramentas com ângulos de saída positivos O crescimento do ângulo de folga α diminui o desgaste de flanco porque reduz a área de atrito entre a ferramenta e a peça Por outro lado seu crescimento também enfraquece a cunha de corte Dentre os parâmetros de corte o que mais influencia o desgaste é velocidade de corte seguida pelo avanço e pela profundidade de usinagem A velocidade de corte é a principal responsável pela temperatura na região de formação de cavacos Isso se deve ao fato de aumentar diretamente a potência de corte a velocidade de cisalhamento além de aumentar a velocidade relativa na interface cavacoferramenta Esses fatores culminam com um acentuado aumento na temperatura O aumento do avanço produz efeitos semelhantes porém em proporções menores da mesma forma que a profundidade de usinagem Por essas razões a velocidade de corte é principal responsável pela ocorrência e modificações nos mecanismos de desgaste A figura a seguir mostra esquematicamente como os mecanismos de desgaste atuam em função da velocidade de corte no processo Curvas de vida de uma ferramenta de corte Denominase vida de uma ferramenta o tempo que a mesma trabalha efetivamente deduzido os tempos passivos até perder a sua capacidade de corte dentro de um critério previamente estabelecido As grandezas avaliadas para definir a vida da ferramenta podem ser o tempo de corte o volume de material cortado ou número de peças fabricadas O fim da vida é detectável quando ocorre mudança em uma ou mais características do processo Rafael Kratochvil tese UFSC Dentre os diversos parâmetros de usinagem que afetam o desgaste de uma ferramenta todos podem ser otimizados para que a operação propicie o máximo rendimento possível As melhores e mais modernas máquinasferramentas e ferramentas de corte devem ser usadas para obterse a maior produtividade possível Quando esses fatores já são otimizados surge então a necessidade de se otimizar as condições de corte através dos parâmetros velocidade de corte v avanço f e profundidade de usinagem ap 22 USINAGEM DE MATERIAIS Influência da velocidade de corte do avanço e da profundidade de usinagem no desgaste de uma ferramenta torneando aço ABNT 1045 Ferramenta P30 γ5º α10º χ45º rε05 A figura a seguir mostra um exemplo de uma curva de desgaste obtida para um processo de torneamento com insertos de carbeto 23 USINAGEM DE MATERIAIS Exemplo de curva de desgaste obtida para o torneamento de aço com ferramentas de carbeto Com as curvas de desgaste devese estabelecer um valor limite de desgaste o qual definirá o tempo de vida da aresta de corte EXEMPLO Considerando a figura anterior adotouse VB08 mm Com esse limite de desgaste de flanco observase que o tempo de vida varia para cada velocidade de corte utilizada Para a velocidade v180 mmin o tempo de vida foi de 28 mim Ponto m na figura Para v144 mmin A vida foi de 50 min Ponto n na figura Para v128 mmin a vida foi de 70 min ponto o na figura Com esses valores constróise a curva de vida da ferramenta com os pares tempo de vida T e velocidade correspondente v A figura a seguir ilustra a curva de vida para o exemplo apresentado 24 USINAGEM DE MATERIAIS A curva da figura acima foi construída para o desgaste de flanco mas curvas semelhantes podem ser usadas para qualquer outro tipo de desgaste ou critério de fim de vida estipulado que tenha a velocidade de corte como fator determinante O desgaste também pode ser medido em função do percurso de corte L ao invés do tempo Isso pode ser particularmente interessante para o caso de usinagem em série onde os lotes de peças são muito grandes e o tempo de corte muito curto Considerando que os principais objetivos almejados na fabricação de produtos usinados são a qualidade dos mesmos acabamento superficial e precisão dimensional que atendam tolerâncias préestabelecidas e expectativas dos clientes e a alta produtividade com baixo custo Sabese ainda que a formação de cavacos se dá por intensivo cisalhamento e deslizamento sobre a ferramenta produzindo altas tensões e temperaturas elevadas Quando a velocidade de corte é aumentada há um consequente crescimento na temperatura e mudanças no fenômeno tribológico do escorregamento para a aderência na interface cavacoferramenta Temperaturas relativamente altas geradas na interface aumentam a atividade atômica favorecendo a ocorrência do fenômeno da aderência entre os materiais do cavaco e da ferramenta Sendo assim todos esses processos originam fenômenos que causam o desgaste da aresta ou gume de corte Embora seja um fato inevitável seu estudo pode levar a entender os fenômenos envolvidos e consequentemente a um maior controle sobre o desgaste uma vez que está diretamente ligado ao desempenho do processo de usinagem como um todo O desgaste acelerado leva a interrupções para troca de aresta além de aumentar o custo pelo maior consumo de ferramentas Portanto o desgaste das ferramentas deve sempre que possível ser controlado para um bom planejamento e alta produtividade do processo Em muitos casos a ferramenta não se desgasta mas antes sofre avarias as quais demandam a sua substituição imediata Fonte httpsedisciplinasuspbr A ferramenta de corte é solicitada térmica e mecanicamente durante a usinagem Como nem o material da peça nem o material da ferramenta são homogêneos uma série de avarias e desgastes de naturezas distintas podem ser observados na ferramenta de corte ao longo de sua utilização CONCLUINDO A UNIDADE 25 Para evitar que ocorra o colapso total da ferramenta é fundamental que sejam estipulados limites para as avarias e para os desgastes de flanco e cratera Fonte httpmoldesinjecaoplasticoscombravariasedesgastesdeferramentas decorte 26 Como leitura complementar referente ao tema desta unidade e para auxiliar na realização dos exercícios de fixação recomendase a leitura das normas apresentadas e da literatura presente no item Referências Bibliográficas DICA DO PROFESSOR 27 Questão 01 Explique o que é dureza a quente Questão 02 Qual parâmetro de usinagem utilizado em uma condição errada o desgaste frontal e o que esse modo de desgaste gera na minha superfície usinada Questão 03 Como é gerada a deformação plástica nas ferramentas de corte e o que esse modo de falha gera na superfície usinada Como podemos evitar essa falha na ferramenta Questão 04 Quais são as cotas necessárias para se estudar o mecanismo de desgaste das ferramentas Questão 05 Alguns desgastes são gerados por abrasão e outros por difusão qual a diferença entre esses dois modos de geração de desgaste EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 28 SAIBA MAIS Gerenciamento de ciclo de vida de ferramentas de usinagem Usinagem Desgaste e avarias Avarias desgaste mecanismos de desgaste e vida das ferramentas de corte Avarias e desgastes da ferramenta Vídeos LINK httpswwwyoutubecomwatchvBFhMjJgcJvM LINK httpswwwyoutubecomwatchvozhqKu1zdAg LINK httpswwwyoutubecomwatchvcBTYWVkvu30 LINK httpswwwyoutubecomwatchvrX1edeae0E0 30 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMORIM H J Estudo da relação entre velocidade de corte desgaste de ferramenta rugosidade e forças de usinagem em torneamento com ferramenta de metal duro Porto alegre 2002 COROMANT Sandvik Fluido de corte estratégias de aplicação na usinagem O mundo da usinagem 2004 DINIZ A E MARCONDES F C COPPINI N L Tecnologia da Usinagem dos Metais 9ª ed São Paulo Editora Artliber 2014 FERNANDES Ulysses de Barros Análise de métodos de lubrirefrigeração aplicados no processo de retificação cilíndrica interna de mergulho em aços endurecidos Tese Doutorado Programa de Pósgraduação em Ciência e Tecnologia de Materiais Universidade Estadual Paulista Bauru 2007 FERRARESI D Fundamentos da usinagem dos metais São Paulo Edgard Blucher 1970 ISO 3685 Testes de vida útil de ferramentas com ferramentas de torneamento de ponto único 1993 Sá Vinícius Maia de Avaliação do Desgaste da Ferramenta de Metal Duro Revestida com TiN no Fresamento do Aço ABNT4140 Temperado e Revenido Utilizando Duas Fresas de Diâmetros Diferentes Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais MG 2010 SANTOS S C e SALES W F Aspectos Tribológicos da Usinagem dos Materiais São Paulo Editora Artliber 2007 SCANDIFFIO Innocenzo Uma contribuição ao estudo do corte a seco e ao corte com mínima quantidade de lubrificante em torneamento de aço Universidade Estadual de Campinas São Paulo 2000 SILVA Leonardo Roberto da Estudo da geometria da aresta de corte de ferramentas aplicadas ao torneamento de superligas à base de níquel com alta velocidade de corte Escola de Engenheira de São Carlos Universidade de São Paulo 2002 31 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS LINKS DE SITES CONSULTADOS httpwwwgeocitieswscmovbr73ProcFabrCap4Desgaste httpsedisciplinasuspbrpluginfilephp5370871modresourcecontent1920 20Desgaste20em20Ferramentas20de20UsinagempdftextComo20avarias20te m2Dse3A20E280A2de20corte20Figura20813BtextTrincas20de20orig em20tC3A9rmica20ouestudar20o20desgaste20das20ferramentas httpmoldesinjecaoplasticoscombravariasedesgastesdeferramentasdecorte httpstuliomartinscombrdesgastedeferramentadecorte httpwwwgrimaufscbrcnctransparenciasusinagemAula7DesgasteDeFerramentasv1pdf 32 GABARITO Questão 01 Dependendo do tipo de operação a temperatura da ferramenta pode ultrapassar 1000ºC Então cada vez mais se procuram materiais de ferramentas que possam atingir essa temperatura com dureza suficiente para suportar as tensões do corte Questão 02 O desgaste frontal ocorre em todo o processo de usinagem mas é incentivado pelo aumento da velocidade de corte Ocorre na superfície de folga da ferramenta e é causado pelo contato entre a ferramenta e causa a deterioração do acabamento superficial da peça Questão 03 Deformação plástica mudança na geometria da aresta de corte pelo deslocamento do material ela ocorre devido altas tensões atuantes na superfície da ferramenta Em casos extremos vai gerar a total destruição da cunha cortante É mais comum ocorrer em ferramentas com resistência relativamente baixa ao cisalhamento e com maior tenacidade é evitado pelo emprego de uma ferramenta com maior dureza à quente e maior resistência à deformação plástica Questão 04 Medese no plano octogonal da ferramenta os desgastes na superfície de saída e na superfície de folga da ferramenta Na superfície de saída temse os desgastes profundidade da cratera largura da cratera e distância do centro da cratera à aresta de corte Na superfície de folga medese a largura do desgaste de flanco e o valor dos desgastes gerado na superfície de folga pelos entalhes Questão 05 O desgaste gerado pela abrasão é incentivado pela presença de partículas duras no material da peça e pela temperatura de corte que reduz a dureza da ferramenta OBS OUTROS EXERCÍCIOS COM GABARITO NESTE LINK httpmecanicadefabricarblogspotcom201511materiaisparaferramentahtml 33