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Desgaste de Ferramentas

Consideraes gerais

Desgaste em ferramentas

Qualidade de uma pea usinada

Tipos de Desgaste

Pelo menos trs formas de desgaste podem ser identificadas

nesta figura:

I. Desgaste de cratera (rea A da Figura 11.22);

II. Desgaste de flanco (rea B da Figura 11.22);

III. Desgaste de entalhe (notch wear, reas C e D da figura).

Tipos de Desgaste

Desgaste de cratera e de flanco (VB)

Desgaste de flanco (VB)

Desgaste de Cratera (VB)

Desgaste de entalhe

Desgaste em ferramentas de Usinagem

Qualidade de uma pea usinada

Formas de avaliao do desgaste

Medio direta

inspeo visual com comparao de padres (lupas);

mecnica (paqumetros, micrmetros, outros);

ptica (microscpios de ferramentaria);

ptica/eletrnica (cmeras CCD).

Medio indireta

aumento das vibraes;

aumento do rudo;

piora da qualidade;

rejeio dimensional;

aumentos das foras;

outros.

VIDA DA FERRAMENTA E FATORES

QUE A INFLUENCIAM

Vida da Ferramenta e Fatores que a Influenciam

VIDA DA FERRAMENTA o tempo em que a mesma trabalha efetivamente, sem perder o corte, ou at que se atinja um critrio de fim de vida previamente estabelecido.


O critrio de fim de vida , geralmente, estabelecido pelo grau de desgaste. A grandeza deste desgaste depende de inmeros fatores, entre eles:

a) receio da quebra da aresta de corte devido ao desgaste;

b) temperaturas excessivas atingida pela ferramenta;

c) as tolerncias dimensionais no so mais possveis de se obter;

d) o acabamento superficial no mais satisfatrio;

e) aumento excessivo das foras de usinagem;

f) etc...


A vida da ferramenta pode ser expressa de vrias maneiras:

atravs do tempo total de trabalho (caso de cortes interrompidos, fresamento) [min]

percursos de corte [Km]

percurso de avano [mm]

volume de material removido [cm3]

nmero de peas produzidas

velocidade de corte para um determinado tempo de vida [m/min]


Desgaste VB e KT em funo da velocidade de corte, para um

determinado tempo de usinagem


Desgaste VB em funo da velocidade de corte, para ferro fundido

nodular com ferramenta de ao-rpido

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Velocidade de corte (m/min.)

De

sg

as

te f

lan

co

VB

(m

m)


Determinao da curva de vida de uma ferramenta T x VC

Curva de vida de uma ferramenta

Desgaste VB em funo da velocidade de corte, para ferro fundido

nodular com ferramenta de ao-rpido

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Tempo de Usinagem (min,)

De

sg

as

te f

lan

co

VB

(m

m)

40 m/min.

50 m/min.

60 m/min.

70 m/min.


Desgaste VB na ferramenta de ao-rpido na usinagem de ferro

fundido nodular.


Equao de Taylor:

K e x so constantes para cada par ferramenta-pea e para condies de corte fixas.

K = vida da ferramenta para vc = 1m/min

x = coeficiente angular da reta

T K vcx .


Os fatores que influenciam a vida da ferramenta, so os fatores que afetam a forma e os mecanismos de desgaste da mesma. So vrios parmetros e eles pode ser classificados assim:

Quanto pea

Quanto ferramenta de corte

Quanto ao fluido de corte

Quanto mquina ferramenta


Quanto pea:

composio qumica

tamanho de gro

fuso e processo de fundio

fabricao - fundido

- forjado

- laminado

- trefilado

tratamento trmico - recozimento

- normalizao

- tempera e revenido

- outros

propriedades: - resistncia a trao

- ductilidade

- dureza

- encruabilidade

dimenses e forma

microestrutura


Quanto ferramenta de corte:

composio

tratamento trmico

dureza e resistncia ao desgaste

geometria

tenacidade


Quanto ao fluido de corte:

propriedades refrigerantes

propriedades lubrificantes

forma de aplicao


Quanto mquina-ferramenta:

tipo de mquina

rigidez

avano

profundidade

velocidade de corte


FLUIDOS DE CORTE

1

Funes dos Fluidos de Corte

Principais:

Lubrificao baixas velocidades de corte;

Refrigerao altas velocidades de corte.

Menos importante:

Ajudar a retirar o cavaco da zona de corte;

Proteger a mquina ferramenta e a pea de corroso atmosfrica

2

Fluidos de corte

LUBRIFICANTE - A baixas velocidades de corte.

Reduzindo o atrito em condies severas de tenses extremamente altas.

COMO?

Lubrificao Hidrodinmica Lubrificao de Filme Misto

ou Limtrofe (Boundary Lubrication)

Penetrao do lubrificante na interface cavaco-ferramenta (apenas na zona de escorregamento)

Reao com o material do cavaco

Formao de uma camada de lubrificante slido (de baixa resistncia ao cisalhamento)

3

Fluidos de corte

Lubrificao hidrodinmica - Mancais.

4

Filme de leo lubrificante

Lubrificao hidrodinmica

Superfcie a

Superfcie b

Fluidos de corte

Lubrificao de filme misto - Usinagem

5

Superfcie a

Superfcie b

vcav

Fluidos de corte

REFRIGERANTE - A altas velocidades de corte

Reduzindo a temperatura de usinagem

COMO?

Aumentando a dissipao do Reduzindo a gerao de calor

calor pelo efeito refrigerante pelo efeito lubrificante

Os Fluidos de corte podem ter suas funes afetadas em superfcies

quentes, pela formao de colches de vapor que impedem o acesso

do fluido. 6

Fluidos de corte

RAZES PARA SE USAR FLUIDOS DE CORTE

Reduzir custos

Aumentar a taxa de produo

Como? Aumentando a vida das ferramentas

Reduzindo as foras / potncia de usinagem

Melhorando o acabamento superficial

facilitando a remoo dos cavacos da regio de corte

promovendo menos distoro na pea

7

Fluidos de corte

PRINCIPAIS PROBLEMAS CAUSADOS PELOS FLUIDOS

Problemas relativos a sade e segurana;

Promovem choques trmicos nas ferramentas;

Acelera o aparecimento de trincas de origem

trmica;

Manuteno e descarte.

8

Fluidos de corte

Fluidos de corte

Pessoas que trabalham freqentemente

com fluidos de corte podem:

Ter contato com a pele

Respirar sprays e vapores de fluidos

Engolir partculas

Dermatites

Problemas nos sistemas respiratrios e digestivos

Cncer 9

http://www.cdc.gov/niosh/images/derm041.gif

Hoje a legislao, originada de presses exercidas por

agncias de sade e de meio-ambiente, torna os problemas de

reciclagem e descarte dos fluidos de corte uma verdadeira

preocupao para os gerentes de produo.

Para garantir um sistema seguro e eficiente, os seguintes

itens tm que ser freqentemente monitorados e controlados:

Crescimento de bactrias e fungos

Odor

Fumaa

pH

Concentrao do fluido

Contaminao do fluido 10

Fluidos de corte

Fluidos de corte ADITIVOS

ANTIESPUMANTES

ANTICORROSIVOS

DETERGENTES

EMULGADORES

BIOCIDAS

EXTREMA PRESSO - EP

11

CLASSIFICAO DOS FLUIDOS DE CORTE

AR

AQUOSOS GUA

EMULSES

Fluidos emulsionveis

Fluidos semi-sintticos (microemulses)

SOLUES QUMICAS (FLUIDOS SINTTICOS)

LEOS MINERAIS

GRAXOS (VEGETAIS E ANIMAIS)

COMPOSTOS

USOS MLTIPLOS 12

Fluidos de corte

LEOS INTEGRAIS

leos minerais

leos graxos (vegetais ou animais)

leos compostos

leos de extrema presso

leos de usos mltiplos

13

Fluidos de corte

14

Fluidos vegetais

15

Fluidos vegetais

Vantagens

Alm das obvias vantagens de carter ambiental, os fluidos

de corte de base vegetal podem aumentar a vida das

ferramentas de corte, melhorar o acabamento superficial e

diminuir vibraes (ou chatter).

Maior poder lubrificante. Enquanto os leos de base mineral so formados por molculas de hidrocarbonetos puros, os leos de

base vegetal possuem alguns grupos funcionais contento

oxignio. Isto garante a esses leos uma carga levemente polar,

com maior atratividade por superfcies metlicas.

Maior ponto de inflamao 450oF (232oC) contra 235oF (113oC) para os leos de base mineral. Isto praticamente evita a formao

de fumaa com os leos vegetais.

Maior ndice de viscosidade natural, o que garante um fluido mais estvel nas temperaturas de trabalho.

16

Fluidos vegetais

Desvantagens

Maior capacidade de oxidao vida mais curta;

Menor estabilidade hidrulica devido a presena de steres, o que causa problemas nas emulses.

O crescimento de bactrias e fungos maior que em leos de base mineral.

Custos mais elevados (pode chegar a 3 vezes mais caros). Alm do custo de aquisio, o custo de

manuteno mais elevado.

SELEO DE UM FLUIDO DE CORTE

Embora ensaios de laboratrios ou testes nas linhas de produo devam ser os critrios bsicos na deciso final, algumas

informaes relevantes devem antes ser consideradas:

Material da pea

Material da ferramenta

Processo de usinagem

Outros fatores: Aceitao pelo operador da mquina

Facilidade de descarte

Sade humana e a contaminao do fluido

Fatores econmicos 17

Fluidos de corte

Direes de

aplicao do

fluido

18

Qual a melhor

direo?

1

2

3 4

1 Sobre-cabea

2 Na superfcie de sada

3 Na superfcie de folga

4 Pelo interior da ferramenta

Fluidos de corte

Mtodo de Aplicao dos Fluidos

Jorro de fluido baixa presso (torneira presso normal)

Pulverizao (MQF)

Sistema alta presso

19

Fluidos de corte

Ao se aplicar um fluido de corte, o

mesmo pode proporcionar

vantagens, no interferir ou

prejudicar, dependendo do processo,

das condies de corte, do material

da pea e do material da ferramenta. 20

Fluidos de corte

ONDE O FLUDO APRESENTA VANTAGENS

Na usinagem com ferramentas de geometria definida a aplicao do

fluido de corte essencial quando sem ele o corte torna-se impraticvel,

ou economicamente invivel. So exemplos clssicos:

USINAGEM COM FERRAMENTAS COM BAIXA RESISTNCIA AO CISALHAMENTO (Ao-Rpido e Ligas

Fundidas);

OPERAES ONDE O ACABAMENTO SUPERFICIAL E/OU AS TOLERNCIAS DIMENSIONAIS SO CRTICOS;

FURAO DE MATERIAIS QUE PRODUZEM CAVACOS DESCONTNUOS (COMO O FERRO FUNDIDO CINZENTO).

CORTE CONTNUO DE MATERIAL METLICO COM FERRAMENTAS DE METAL DURO COM OU SEM

REVESTIMENTO

21

Fluidos de corte

ONDE O FLUDO APRESENTA VANTAGENS

22

Diagrama mostrando a vida das ferramentas no torneamento de ao ABNT 8640 com ferramentas P35 revestidas, com

aplicao de diversos fluidos de corte. S3 = Fluido sinttico a 3%; SS3 = Semi-sinttico 3%; M3 = Emulsionvel 3%;

M10 = Emulsionvel 10%; D = Condio a seco (Machado et al 1997).

Fluidos de corte

ONDE O FLUIDO DE CORTE NO INTERFERE NO PROCESSO

Na realidade o fluido de corte sempre vai interferir no processo de

alguma forma. Seja poluindo o ambiente de trabalho ou impregnando a

pea ou componentes da mquina ferramenta, podendo, em alguns

casos, exigir a lavagem das peas usinadas. Entretanto, em termos de

vida da ferramenta, existem algumas aplicaes que o fluido no

contribui ou contribui muito pouco para aumentar a eficincia do

processo. Exemplos:

USINAGEM DE FERRO FUNDIDO CINZENTO

USINAGEM DE ALUMNIO E SUAS LIGAS (exceto ligas de Al - Si hipereutticas)

USINAGEM DE MAGNSIO E SUAS LIGAS 23

Fluidos de corte

ONDE O FLUIDO DE CORTE

PREJUDICA O PROCESSO

USINAGEM COM FERRAMENTAS CERMICAS;

USINAGEM DE MATERIAIS ENDURECIDOS

CORTE INTERROMPIDO (e.g., FRESAMENTO) COM FERRAMENTAS DE METAL DURO ONDE O

PRINCIPAL TIPO DE DESGASTE SO TRINCAS /

SULCOS DE ORIGEM TRMICAS;

24

Fluidos de corte

ONDE O FLUIDO DE CORTE PREJUDICA O PROCESSO

25

1

10

100

100 120 140 160 180 200 220

v [m/min]

T [

min

]

Dry Sol. 5% S.Synt. 5% Synt. 5% Synt. 10%

Curvas de vida de ferramentas de metal duro revestidas com a aplicao de diferentes fluidos de corte e a seco no

fresamento de ao 8640, fz = 0.175 mm/ver, ap = 1.75 mm and VBBmax = 0.7 mm.

Fluidos de corte

ONDE O FLUIDO DE CORTE PREJUDICA O PROCESSO

26 Sulcos desenvolvidos em forma de pente originados por trincas trmicas

Fluidos de corte

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