Aula 5 usinagem - material para ferramenta de corte

PROCESSO DE FABRICAÇÃO

Professor: Norimar de Melo Verticchio

FERRAMENTAS DE CORTE

Requisitos desejados em uma ferramentas de corte

NENHUM MATERIAL POSSUI TODAS ESSAS

CARACTERÍSTICAS

• Resistência à compressão• Dureza• Resistência à flexão e tenacidade• Resistência do gume• Resistência interna de ligação• Resistência a quente• Resistência à oxidação• Pequena tendência à fusão e caldeamento• Resistência à abrasão• Propriedades térmicas

Evolução dos materiais de ferramenta

Aço ferramenta (1868)

Aço rápido (1900)

Stellite (1910)

Metal duro (1926)

Cerâmicas (1938)

Nitreto de boro cúbico

(década de 50)

Diamante mono e

policristalino (década de 70)

Evolução dos materiais de ferramenta

Evolução dos materiais de ferramenta Evolução dos materiais de ferramenta

Evolução dos materiais de ferramenta Evolução dos materiais de ferramenta

Aço ferramenta

Características

• Aços carbono (0,8 a 1,5 % de C);• Sem ou com mínimos teores de

elementos de liga;• Principal material utilizado ate 1900;• Baixo custo;• Facilidade de afiação – obtenção de

gumes vivos;• Tratamento térmico relativamente

simples;• Resistem a temperatura de até

aproximadamente 250°C.

Áreas de aplicação

• Materiais de baixa velocidade decorte

• Usinagem de aços doces comVc < 25 m/min

• Brocas para uso doméstico – hobby• Ferramentas para carpintaria

Aço rápido

Desenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em 1900 na ExposiçãoMundial de Paris.

• Principais elementos constituintes (W, Mo, Co, V), elementos que conferemalta tenacidade às ferramentas.

Composição

• temperatura limite de 520 a 600°C; • Dureza de 60 a 67 HRC• maior resistência à abrasão em relação ao aço-ferramenta; • tratamento térmico complexo.

Características

Aço rápido

Aumento no teor de elementos de liga:

Maior produtividade

destes materiais;

Aumento na resistência ao desgaste;

Aumento na vida das

ferramenta;

Porém torna-se mais difícil a

fabricação deste material;

Maiores custos de produção

Aço rápido

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.

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 temperaturaspelo baixo coeficiente de transmissão de calor do TiN.

Baixo atrito;

Não há formação de aresta postiça.

Aço rápido

Ferramentas para todas as operações de usinagem

Ferramentas para desbaste e acabamento

Machos e cossinetes de

roscas

Brocas helicoidais

Alargadores Fresas de todos os tipos

Ferramentas de plainar Escareadores

Ferramentas para trabalho a

frio

Ferramentas para trabalho em madeira

Áreas de aplicação dos aços-rápidos

Ligas fundidas

Dureza mantém-se constante até 700-800°C

Velocidades de corte superiores às utilizadascom os aços rápidos

Maior tenacidade, menor dureza a quente eresistência ao desgaste do que os carbonetossintetizados.

• Stellite• Tantung• Rexalloy

• Chromalloy

Nomes comerciais Áreas de aplicação das Ligas Fundidas

Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida

Material para abrasivos

Isoladores térmicos, isoladores elétricos

Fundição de materiais cerâmicos

Metal duro - Widia

OMetal Duro (Carbonetos Sinterizados) surgiram em1927 com o nome de widia (wie diamant - comodiamante), com uma composição de 81% de tungstênio,6% de carbono e 13% de cobalto.

Composição• O metal duro é composto decarbonetos e cobalto responsáveispela dureza e tenacidade,respectivamente

Metal duro - Widia

Características Elevada dureza;

Elevada resistência à compressão;

Elevada resistência ao desgaste;

Possibilidade de obter propriedades distintasnos metais duros pela mudança específica doscarbonetos e das proporções do ligante.

Controle sobre a distribuição da estrutura.

Metal duro - Widia

Fatores que afetam as propriedades dos carbonetos

sintetizados: • tipo e tamanho das partículas• tipo e propriedades dos ligantes• quantidade de elementos de liga

Carbonetos:

• fornecem dureza a quente e resistência ao desgaste (WC, TiC, TaC, NbC, ...)

Ligante metálico:

• Atua na ligação dos carbonetos frágeis (Co ou Ni);

Metal duro - Widia

• Solúvel em Co - alta resistência de ligação interna e de gume• Boa resistência ao desgaste abrasivo (melhor que TiC e TaC)• Limitações de vc’s devido à tendência à difusão em temperaturas elevadas

Carboneto de tungstênio (WC)

• Baixa tendência à difusão• Boa resistência à quente• Pequena resistência de ligação interna - baixa reistência de gume• Os metais duros com alto teor de TiC são frágeis

Carboneto de Titânio (TiC)

• Em pequenas quantidades - refino do grão - proporciona um aumento de tenacidade e de resistência do gume

• A resistência interna do metal duro cai menos do que quando é utilizado TiC

Carboneto de Nióbio (NbC)

Metal duro - Widia

• Em pequenas quantidades - refino do grão - proporciona um aumento de tenacidade e de resistência do gume• A resistência interna do metal duro cai menos do que quando é utilizado TiC

Carboneto de Tântalo (TaC)

• Componente de maior influência nas propriedades dos Cermets• Menor solubilidade no aço• Maior resistência à difusão que o TiC• Alta resistência ao desgaste• Estrutura de grãos finos

Nitreto de titânio (TiN)

• Melhor metal de ligação para metais duros com base em WC• Boa solubilidade do WC• Bom ancoramento dos cristais de WC

Cobalto (Co)

Metal duro - Widia

Metal duro - Widia

• Divididos em três grupos (P,K e M) e classificados de acordocom à tenacidade e resistência ao desgaste, de acordo com umanumeração (p. ex. P01, P10,..., K10, ...)

Classificação dos Metais Duros

Metal duro - Widia

Principais fatores que afetam a escolha da pastilha:• Material da peça: Aço, aço inox, ferro fundido• Operação: Acabamento, usinagem média, desbaste• Condições de usinagem: Boas, médias, difíceis

Metal duro - Widia Metal duro revestidos - Widia

Consequências do processo sobre a ferramenta Funções dos revestimentos

• Proteção do material de base daferramenta

• Redução de atrito na interfacecavaco/ferramenta

• Aumento da dureza na interfacecavaco/ferramenta

• Condução rápida de calor para longe daregião de corte

• Isolamento térmico do material de base daferrmenta

Metal duro revestidos - Widia

Substrato tenaz com revestimento duro (TiC, TiN, Ti(C,N), Al2O3, ...), combinando-se assim uma alta resistência a choques com alta resistência a desgaste (maior vida de ferramenta).

É freqüente a deposição de várias camadas

Exigências aos revestimentos• Espessura regular da camada sobre a face e flancos• Composição química definida• Possibilidade de fabricação em grandes lotes


Principais revestimentos

Carboneto de Titânio (TiC)


Carbonitreto de titânio (Ti(C,N))

Nitreto de alumínio-titânio ((Ti, Al)N)

Óxido de Alumínio (Al2O3)

Camadas de diamante


Carboneto de titânio (TiC)

alta dureza

proteção contra o desgaste na superície de saída

tendência à difusão relativamente baixa


estabilidade termodinâmica

baixa tendência à difusão

Nitreto de Alumínio-titânio ((Ti, Al)N)

boa resistência à oxidação

boa dureza à quente

Óxido de alumínio (Al2O3)

boa resistência à abrasão

boa resistência à oxidação


Cermet

• Adição de TIC aumenta a resistência ao desgaste

• Escassez de Tungstênio

Fatores que contribuíram para o surgimento dos CERMET: Composição:

• TiC • TiN• N (ligante)

Aplicações:

• Acabamento de aços (alta vc e baixo f)

Cerâmicas

As cerâmicas são compostas de elementos metálicos e não metálicos, geralmente,na forma de óxidos, carbonetos ou nitretos. A maioria tem estrutura cristalina, masem contraste com os metais, as ligações entre os elementos são Iônicas oucovalentes

CerâmicasCERÂMICAS A BASE DE AL2O3

Propriedades:• Alta dureza• Alta resistência ao desgaste• Excelente estabilidade química

• Baixa tenacidade

Aplicações:• Acabamento de materiais fundidos

• Aços tratados superficialmente

• Aços temperados

Observação:• Exige máquinas com alta rigidez e sem vibração

CerâmicasCERÂMICAS MISTAS

Base de Al2O3 + adição de TiC ou ZrO2 ou TiNComposição:

• Maior tenacidade• Melhores propriedades térmicas

Propriedades melhoradas:

• Torneamento em geral e mandrilamento de ferro fundido cinzento.• Torneamento de materiais endurecidos (abaixo de HRC65).

Aplicações:

CerâmicasCERÂMICAS MISTAS (WHISKERS)

Base de Al2O3 reforçada com SiCComposição

Propriedades:

Grande aumento da tenacidade

Aumento da resistência ao desgaste

Aplicações:

Usinagem de aços duros, aços inoxidáveis, superligas de níquel

CerâmicasCERÂMICAS A BASE DE Si3N4

Torneamento e fresamentode ferro fundido

Aplicações:

Composição:• Cristais de Si3N4, com faseintegranular de SiO2

Composição:• Si, Al, O e N

Torneamento e Fresamento de aço e superligas de níquel

Aplicações:

Alta afinidade químicacom o ferro a altatemperatura

Baixa afinidade químicacom o ferro a altatemperatura

Materiais ultraduros para ferramentas

Materiais com dureza superior a 3000 HV são denominados ultraduros

Diamantes naturais mono e policristalinos

Diamantes sintéticos

monocristalinos

Diamantes sintéticos

policristalinos (PCD)

Nitreto cubico de boro

monocristalino(cBN)

Nitreto cubico de boro

policristalino(PcBN)

Diamantes mono e policristalinos

Caracterísiticas Material de maior dureza encontrado na natureza

Pode ser natural ou sintético

Monocristalino (anisotrópico) ou policristalino (isotrópico)

Diamante policristalino

Primeira síntese em 1954 (GE)

Síntese sob 60 a 70 kbar, 1400 a 2000 graus C

Cobalto é usado como ligante

Substitui metal-duro e diamante monocristalino, em alguns casos

Campo de aplicação

• Usinagem de metais não ferrosos,plásticos, madeira, pedra, borracha, etc.• Usinagem de precisão e ultraprecisão.• Pequenas ap e f, tolerâncias estreitas(baixa resistência a flexão dasferramentas)

Nitreto de Boro cúbico

• Segundo material de maior dureza conhecido• Obtido sinteticamente (primeira síntese em 1957), com transformação de estrutura hexagonal para cúbica (pressão + temperatura)

• Quimicamente mais estável que o diamante (até 2000 graus)

Caracterísiticas

Aplicações:

Torneamento de aço

endurecido (HRC60) e ferro fundido cinzento.

Acabamento em fresamento

de ferro fundido cinzento

Ligas duras (Ni, Co, ...);

Emprego em operações

severas (corte interrompido), tanto quanto

em

operações de desbaste e acabamento.

Seleção de ferramentas


1 - Caracteristicas da peca: Analise as dimensões e as exigências de qualidade do canal da peça a ser usinada:• Tipo de operação (interna ou externa, p.ex. corte, usinagem de canal geral, torneamento,canais , canais frontais, perfilamento e saídas para retífica) que afeta a escolha daferramenta.

• Profundidade de corte• Largura de corte• Raios do canto• Exigência quanto à qualidade (tolerância, acabamento superficial)


1 - Após analisar a característica, é o momento de observar a peça:• O material é fácil quanto à quebra de cavacos?• A fixação da peça é boa?• Escoamento de cavacos

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