Ferramentas de Corte

O processo de usinagem, que utiliza como ferramenta um material mais duro que o da peça, é a operação mais comum entre os processos de fabricação existentes. Baseado no princípio da dureza relativa, o surgimento de novos materiais e ligas estruturais com excelentes propriedades de resistência mecânica e elevada dureza contribui para o aparecimento de novos materiais de ferramentas mais resistentes para as operações de usinagem .

Por outro lado, a usinagem de materiais frágeis e/ou operações de cortes interrompidos (como o caso do fresamento, por exemplo) requerem materiais de ferramentas com suficiente tenacidade para suportarem os choques e os impactos inerentes a tais processos.

Como dureza e tenacidade são duas propriedades frequentemente opostas (normalmente alta dureza significa baixa tenacidade e vice-versa), o balanço destas propriedades nos materiais de ferramenta de corte se tornou um desafio para os fabricantes. Mais uma vez a dedicação em estudos e investimentos na pesquisa mostra-se eficientes, pois hoje se pode encontrar no mercado grande número de ferramentas com invejáveis características simultâneas de tenacidade e dureza. A conciliação dessas propriedades foi conseguida com a produção de ferramentas com diferentes composições químicas, tamanho de grãos finos e total controle dos processos de fabricação e tratamento térmico, o que lhes confere um grau de pureza e qualidade excepcionais.

A ferramenta de corte ideal deve ter as seguintes características (MODERN METAL CUTTING, 1994):

• Ter alta dureza, resistência ao desgaste de flanco e deformações plásticas.
• Ter alta tenacidade para resistir a choques e quebras
• Ser quimicamente inerte com o material a ser usinado e resistir em altas temperaturas ao desgaste por oxidação e difusão (craterização).
• Ter boa resistência a choques térmicos.

A característica da ferramenta escolhida influenciará diretamente em sua vida útil, na escolha da máquina, tempos de fabricação, custo do operador, entre outros fatores (HEISEL, 2007).

Os materiais para ferramentas mais utilizados nas operações de usinagem não apresentam uma classificação geral (FERRARESI, 1990). Entretanto, com base nas suas características químicas, elas podem ser agrupadas da seguinte maneira (DINIZ et al, 2008).

• Aços-rápidos
• Metal duro
• Cerâmica de corte
• Nitreto de boro cúbico
• Diamante
  

A figura 1 mostra a relação entre tenacidade e dureza dos principais materiais de corte disponíveis no mercado. O aço rápido apresenta grande tenacidade e consequentemente uma baixa dureza, o que impede sua utilização em velocidades de acima de 60 m/min quando comparado da usinagem de aço ou ferro fundido. Os materiais de corte nobres, como por exemplo, a cerâmica, o CBN e o PCD, possuem elevada dureza e baixa tenacidade. Portanto, necessitam de condições de corte de alta estabilidade, como por exemplo, alta rigidez da fixação da peça e da ferramenta de corte, assim como cortes contínuo ou pouco interrompido e máquinas com altas rotações, pois trabalham com altas velocidades de corte (acima de 500 m/min).

Neste contexto, o metal duro é o material que possui a melhor relação entre tenacidade e dureza. O metal duro é o material de corte mais utilizado para a usinagem em nível mundial. Cerca de 45% de tudo que é usinado é feito com ferramentas de metal duro. A tendência para os próximos anos é aumentar ainda mais a utilização do metal duro devido ao seu contínuo desenvolvimento.


Figura 1- Desenvolvimento das ferramentas de corte

Sabe-se que todos os materiais de engenharia apresentam uma queda de resistência com o aumento da temperatura. A Figura 2 mostra o comportamento da dureza dos principais grupos de ferramentas de corte com a temperatura de trabalho. Nota-se que até mesmo o metal duro e as cerâmicas têm sua dureza reduzida, com o aumento da temperatura de corte, mas numa taxa bem menor que aquelas apresentadas pelos aços-rápidos. Isto garante a aplicação destas ferramentas em condições de corte bem mais desfavoráveis que aquelas a que podem se submeter os aços-rápidos.

Figura 2- Variação da dureza de alguns materiais de ferramentas de corte com a temperatura

No próximo post, será feita uma descrição detalhada dos materiais de ferramentas mais utilizados no corte do ferro fundido, o metal duro e a cerâmica.

Referências:

DINIZ, A.E.; MARCONDES, F.C.; COPPINI,N.L. Tecnologia da Usinagem dos Materiais, 6° edição São Paulo: Artiliber Editora, 2008. 262p

FERRARESI, D. Fundamentos da Usinagem dos Metais, vol. 1, São Paulo: Editora
Edgard Blücher LTDA, 1970. 754p.

MODERN METAL CUTTING: A pratical handbook. SANDVIK Coromant, 1996

Grande abraço e até lá !

Msc. Sander Gabaldo