Metal duro com cobertura

O metal duro com cobertura tem a cada dia mais conquistado um maior espaço na usinagem moderna. As primeiras pastilhas de metal duro com cobertura foram desenvolvidas no final década de 60 (MODERN METAL CUTTING, 1994). Atualmente elas são muito aplicadas devido à extrema tenacidade aplicada aos substratos do metal duro, aliado à extrema dureza da cobertura. Isto tem possibilitado o aumento dos parâmetros de corte, assim como um processo de corte estável, isentos de quebras ou lascas.
O metal duro coberto é a primeira escolha para usinagens de varias ligas metálicas, nas operações de fresamento, torneamento e furação. As espessuras das coberturas geralmente variam entre 2 e 22 µm, sendo que o núcleo da pastilha permanece com a tenacidade original da classe de metal duro.

As principais características das coberturas

A seguir tem-se uma descrição dos principais materiais utilizados como coberturas de ferramentas de usinagem.

a) Carboneto de titânio (TiC) ou carbonitreto de titânio (TiCN) - possui excelente resistência ao desgaste por abrasão, além de funcionar como elemento que promove a adesão das camadas de cobertura com o metal duro do núcleo. A presença desta camada é importante, pois o óxido de alumínio (camada que normalmente está por cima do TiC) não possui alta afinidade física – química com o metal duro a fim de conseguir uma forte adesão com o núcleo. Na verdade, se outra camada que não seja o TiC (ou TiCN) for colocada sobre o metal duro utilizando-se o processo CVD, que exige altas temperaturas, a diferença na dilatação e contração térmica das camadas com o substrato de metal duro pode causar trincas na interface (BALSERS, 2009). Em geral, uma dessas camadas (TiC ou TiCN) é a única camada de cobertura ou é a camada de cobertura que está por debaixo das outras camadas (DINIZ et al., 2008, WERTHEIM et al., 2000).

b) Óxido de alumínio - garante a estabilidade térmica necessária em temperaturas elevadas devido ao fato de ser um material cerâmico refratário e por possuir alta resistência ao desgaste pó abrasão, além de alta resistência a ataques químicos e à oxidação. É o principal responsável pela baixa tendência de formação de desgaste de cratera das ferramentas de metal duro recoberto, devido à sua alta estabilidade química. Por outro lado, apresenta pequena resistência a choques térmicos e mecânicos (DINIZ et al., 2008).

c) Nitreto de titânio - reduz o coeficiente de atrito entre a pastilha e o cavaco. É quimicamente mais estável que o TiC, ou seja, tem menor tendência à difusão com aços. A espessura de camada está entre 5 a 7 µm (DINIZ et al., 2008).

d) Nitreto de háfnio - a vantagem do nitreto de háfnio quando comparado com o TiN é que ele proporciona à cobertura um maior coeficiente de expansão na base do metal, melhor dureza a quente e melhor resistência à abrasão. Esta cobertura é principalmente indicada para a usinagem de aços inoxidáveis e também para a usinagem de ligas termo resistente (DROBNIEWSKI, 2007).

A figura 1 faz comparação das características mecânicas e químicas de diversas camadas de cobertura.

Figura 1 - Coberturas para ferramentas de corte e suas características
(DROBNIEWSKI, 2003).

A figura 2 faz comparação das diferentes camadas de cobertura e suas respectivas durezas.

Figura 2 - Dureza e coloração das coberturas (WERTHEIM et al., 2000).


Deixe seu comentário, suas dúvidas e sugestões.

Grande abraço, feliz 2011 e até apróxima.

Att

Msc. Sander Gabaldo

Metal duro

O metal duro é o mais importante material para ferramentas de corte utilizado na indústria moderna, devido a sua combinação de dureza a temperatura ambiente, dureza a quente, resistência ao desgaste e tenacidade, combinação essa possível de obter-se pela variação da sua composição . É um produto da metalurgia do pó feito de partículas duras finamente divididas de carbonetos de metais refratários, sinterizados com um ou mais metais do grupo do ferro (ferro, níquel ou cobalto – o mais usual é o cobalto) formando um corpo de alta dureza e resistência à compressão. As partículas duras são carbonetos de tungstênio, usualmente em combinação com outros carbonetos, como carbonetos de titânio, tântalo e nióbio. O tamanho destas partículas varia geralmente entre 1 a 10 µm e ocupam de 60 a 95% do volume do material (SANDVIK COROMANT, 2003).
Dureza em altas temperaturas e tenacidade (ou capacidade de resistência ao choque) são propriedades que se exigem de qualquer material utilizado em ferramentas de usinagem e que encontram um compromisso bastante bom no metal duro. Podem se ter metais duros de elevada tenacidade, como também metais duros com alta resistência ao desgaste ou dureza a quente. Outras características que são normalmente controladas, pois afetam a capacidade de corte do metal duro, são a porosidade e a microestrutura.

A tabela 1.0 apresenta a composição química e algumas características correspondentes a diversas classes de metal duro. Pode-se ver nesta tabela que à medida que a quantidade de carbonetos sobe, a densidade cai e a dureza aumenta. Quando se introduz TaC (com ou sem nióbio), melhora-se tenacidade em relação às composições isentas deste carboneto. A substituição de TiC pelo TaC aparentemente não traz vantagens apreciáveis sob o ponto de vista de melhora da capacidade de corte. Entretanto, é certo que o aumento simultâneo dos dois carbonetos produz melhores resultados na usinagem, provavelmente devido à dureza a quente dessas composições. Vê-se também nesta tabela que à medida que o volume de cobalto cresce (e, com isso, diminui o volume de carbonetos) a tenacidade (medida pela resistência à ruptura transversal) aumenta.

Tabela 1.0 - Composição química do Metal Duro (SANDVIK COROMANT, 2003)

Atualmente, já são produzidos metais duros com partículas com cerca de 0,1 µm, o que melhora várias das características desejáveis a um material para ferramenta. Estes metais duros com micro grãos micrométricos ou sub-micrométricos podem ser classificados de acordo com o tamanho do grão de sua estrutura com: fino (0,8 a 1,3 µm), sub-micrométrico (0,5 a 0,8 µm), ultrafino (0,2 a 0,5 µm) e nanométrico (menor de 0,2 µm). Devido ao maior fator de empacotamento que grãos muito pequenos propiciam, à medida que se diminui o tamanho de grão do metal duro aumenta-se a dureza, resistência ao desgaste e tenacidade do material (DINIZ et al., 2008). Como exemplo, pode-se citar que um metal duro com grão fino e teor de cobalto de 6% tem dureza Vickers da ordem de 1600 HV30, enquanto os metais duros submicrométrico e ultrafino com o mesmo teor de cobalto têm dureza da ordem de 1800 e 2050 HV30, respectivamente. Exemplo similar pode ser dado com relação à tenacidade. Um metal duro com grão fino e 6% de cobalto têm resistência à ruptura transversal (propriedade que estima a tenacidade de um material) na casa de 2150 N/mm², enquanto que os metais duros submicrométrico e ultrafino tem esta propriedade na casa de 2950 e 3450 N/mm², respectivamente. Também a condutividade térmica do metal duro diminui quando se diminui seu tamanho de grão, o que faz com que uma menor porcentagem do calor gerado no processo flua pela ferramenta, o que torna adequada à utilização em processos com altas velocidades de corte (DINIZ et al., 2008).
O metal duro do grupo K (usinagem de ferro fundido) foi o primeiro tipo de metal duro a ser desenvolvido. O metal duro desta classe é composto de carbonetos de tungstênio aglomerados pelo cobalto. Este tipo de metal duro não é resistente ao mecanismo que gera o desgaste de cratera e, assim, os metais duros desta classe são indicados para a usinagem de materiais frágeis, que formam cavacos curtos (ferros fundidos e latões), e que não atritam muito com a superfície de saída da ferramenta, pois ao sofrerem uma pequena deformação, já se rompem e pulam fora da região de corte (DINIZ et al., 2008).

Referência bibliográfica

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

Abraço e até a próxima.

Mcs. Sander Gabaldo

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

Ferramentas de corte para usinagem

Olá amigos, vamos iniciar uma nova série de artigos entrando a fundo nas ferramentas de corte. I

remos abordar o metal-duro e cerâmica, um dos principais materiais de corte utilizados atualmente. Após conhecermos estes materiais, suas características e aplicações, iremos estudar os mecanismos de desgastes das ferramentas de corte.

Boa leitura, deixe seu comentário, suas experiências, ajude enriquecer este blog !!!

abraço
Msc. Sander Gabaldo

Influência do avanço por dente de corte

Olá amigos, hoje vamos falar sobre a influência do avanço por dente de corte na usinagem.

No processo de fresamento, chamado de avanço por dente (fz) visto que a fresa tem uma ou mais dentes de corte e no torneamento/furação chamado de avanço por volta (fn), em ambos os casos o valor é dado em milímetros.

Em geral, o avanço define o deslocamento da ferramenta, em direção axial ou radial, a cada rotação da peça, assim as principais influências do avanço na usinagem são:

• É o principal fator responsável pelos tempos e resultados da usinagem.
• Desbaste – onde grandes quantidades de material são removidas
• Acabamento – onde é necessário se obter boa qualidade superficial
• Controle do cavaco, principalmente em torneamento e furação

Mais especificamente para processos de fresamento, segue abaixo informações importantes para a adequação do avanço (vf, f, fz), entretando, deve se considerar uma série de fatores como por exemplo:
• tipo da fresa
• classe de metal duro
• acabamento superficial desejado
• material a ser usinado
• potencia da máquina

É importante mencionar que fresas com pastilhas de metal duro não deveriam trabalhar com avanços muito pequenos.

Importante:

O avanço não é diretamente proporcional à potencia consumida.
Maior avanço por faca (fz) reduz a potencia consumida para a remoção de um certo volume de material por unidade de tempo. Portanto com o mesmo avanço da mesa (vf), uma fresa de passo largo consome menos potencia do que uma fresa de passo fino.


Dúvidas, sugestões, comentários? deixe sua mensagem.

abraço e até a próxima.

Msc. Sander Gabaldo

Olá amigos, hoje vamos falar sobre a velocidade de corte.

Mas, o que é essa tal velocidade de corte? Velocidade de Corte é a velocidade relativa entre a ferramenta e a peça ou seja, é a velocidade com que o diâmetro (periférico) da peça passa pela ponta da ferramenta (para torneamento)

Combinada com o avanço, são os mais importantes dados de corte e são geralmente determinados pelo material a ser usinado.

A Velocidade de Corte é decisiva para a performance da ferramenta tendo influência direta nos seguintes fatores:

• Vida útil da aresta de corte


• Consumo de potência


• Segurança durante a usinagem


• Escolha do material da ferramenta.

Velocidades de Corte demasiadamente altas ou baixas, trazem com certeza, danos à ferramenta e conseqüentemente à usinagem, sem contar a segurança operacional. Quanto maior a velocidade de corte, menor a vida útil da ferramenta !

Abraço e até a próxima.

Msc. Sander Gabaldo

Influência dos parâmetros de corte na usinagem_Profundidade de corte (ap)

Profundidade de corte é a quantidade que a ferramenta penetra na peça, medida perpendicularmente ao plano de trabalho (na direção do eixo da fresa). No fresamento frontal, ap corresponde à profundidade de corte e no fresamento periférico, à largura de corte.

Do ponto de vista da economia de ferramenta deve-se escolher a maior profundidade de corte (ap) possível, ou seja, deve-se utilizar ao máximo o comprimento das arestas de corte.

Existem certos fatores que limitam a profundidade, como por exemplo:

• Potência da máquina => máquinas de baixa potência devem utilizar pequenas profundidades de corte (e também utilizar ferramentas com geometria de corte positiva).

• Rigidez da máquina => Estabilidade e condições de trabalho da máquina (máquinas com manutenção preventiva, isenta de folgas, rolamentos e fusos em boas condições de trabalho, bom sistema de lubrificação, etc....).

• Rigidez da fixação => Sistemas rígidos para fixação da peça afim de evitar que a mesma se mexa (afetando dimensional e tolerâncias) ou solte durante a usinagem (acidentes de trabalho, perdas na produção).

• Rigidez da peça => Em peças com geometrias finas e delgadas deve ser evitado grandes profundidades de corte afim de eliminar possiveis tendências a vibração. Em peças com paredes finas em ferro fundido, temos o lascamento das bordas, já em aço e não ferrossos (aluminio, cobre, bronze, entre outros) temos a tendência de deformações dimensionais, como por exemplo, empenamento, excesso de rebarbas, etc...).

A profundidade de corte (ap) e potencia necessária são diretamente proporcionais.

Exemplo de cálculo para ap = 2,5 mm e ap = 5,0 mm

Fresa com diâmentro de corte de 100,0 mm, 12 facas de corte efetiva e ângulo de posição de 45°vc:200m/min
n:637 U/min
fz:0,20mm
vf:1528mm/min
ae:40,0mm
ap:2,5mm
hm:0,14mm
Material: GG30
P:5,3kW

agora para uma profundidade de corte de 5,0mm a potência de corte necessária será de 10,6kW

Dúvidas, comentários, não hesite em contatar-me

até a próxima,

Msc. Sander Gabaldo