usinagem prof daniel aula 10

Processos de Usinagem

Prof. Daniel Alves de Andrade

AULA 10

1

USINABILIDADE

A usinabilidade indica a facilidade com que um determinadomaterial (normalmente um metal) pode ser usinado utilizando asferramentas e as condições de corte apropriadas.

Vários critérios são usados para caracterizar a usinabilidade, o mais importante deles é(1)a vida da ferramentas devido a sua importância econômica em uma operação de usinagem.Outros critérios são:(2) ) as forças de corte,(3) ) potência,(4) acabamento da super_cie, e(5) ) facilidade de retirada do cavaco.

USINABILIDADE

Apesar da usinabilidade geralmente se referir ao materialusinado, deve se reconhecer que a performance da usinagemdepende de outros fatores além de somente o material, como:--tipo de operação de usinagem,--ferramental e--as condições de corte.

Adicionalmente, o critério de usinabilidade é uma fonte devariação.Um material usinado pode tender a fornecer para a ferramentauma vida mais longa, enquanto outro proporciona umacabamento de super_cie melhor.

Vida da ferramenta

Fundamentals of Modern Manufacturing,4th Edition by Mikell P. Groover, 2010.

1.Falha por Fratura.2. Falha por Temperatura.3. Desgaste Gradual.

Desgaste da ferramenta

Fundamentals of Modern Manufacturing,4th Edition by Mikell P. Groover, 2010.

Índice de USINABILIDADE

• O teste de usinabilidade geralmente envolve a comparaçãode materiais usinados.

• A performance durante a usinagem é medida em relação aum material base, a um padrão.

• A performance relativa é expressa como um númeroindexador, chamado de índice de usinabilidade IU (MR –Machinability rating).

• O material usado como padrão é relacionado ao índice deusinabilidade igual a 1.

Índice de USINABILIDADE

O aço B1112 é usado constantemente como material padrão para comparação de usinabilidade.Materiais que são mais fáceis de usinar que ele tem taxas maiores que 1 e materiais mais difíceis,tem taxas abaixo de 1.Os índices de usinabilidade podem ser expressos em forma percentual.

IU = Vc(material,Tv ida )Vc(B1112,Tv ida )

Índice de USINABILIDADE

130IU(5min)=

160Padrão

Teste

Valores Comparativos ao Aço B1112

Valores Comparativos ao Aço B1112

EXEMPLO

Solução

Curva de Taylor para o material de referência, usando o tempo devida de referência (60 min):

Velocidade de corte para o material desejado, usando o tempo devida de referência (60 min):

Índice de Usinabilidade:

Prof. Anna Carla -- MECÂNICA -- UFRJ

Prop. Mecânica x Usinabilidade

• À medida que a dureza aumenta, o desgaste abrasivo da ferramentaaumenta, e, assim, a vida útil da ferramenta é reduzida.

• Com o aumento da resistência do material, as forças de corte, a energia específica de corte e a temperatura de corte aumentam, fazendo com queo material se torne mais difícil de usinar.

• Durezas muito baixas podem ser prejudiciais para o desempenho da operação de usinagem. Por exemplo, o aço de baixo carbono, que temdureza relativamente baixa, é com frequência muito dútil para ser bemusinado. A ductilidade elevada provoca rasgamento do metal à medida que o cavaco é formado, o que resulta em acabamento ruim e problemas com a retirada do cavaco. Pode também formar APC (aresta postiça). Para aumentar a dureza da superfície do material e proporcionar a quebra do cavaco durante o corte, a trefilação a frio é geralmente empregada embarras de aço com baixo carbono antes da usinagem.

Prop. Térmicas x Usinabilidade

• Condutividade Térmica:-- Alta Condutividade Térmica significa que o calor gerado pelo

processo é rapidamente retirado da região do corte e assim aferramenta não é excessivamente aquecida, favorecendo ausinabilidade

-- A Condutividade Térmica de um mesmo grupo de materiaisnão varia muito.

-- Refrigeração facilita a usinagem, se a eficiência da redução detemperatura for alta.

Encruamento x Usinabilidade

• A deformação plástica aumenta a resistência mecânica

taxa de(encruamento) e o

deformação.

encruamento depende da

• Quando a taxa de encruamento é alta, a resistência do material

é muito maior e requer maior energia para a formação do

cavaco causando valores das pressões específicas maiores.

• Com a alta taxa de encruamento, a formação da APC é facilitada.

• Maior ângulo de saída facilita a usinagem deste tipo de material.

Composição Química x Usinabilidade

REDUÇÃO DA USINABILIDADE EM AÇOS• O Teor de carbono tem efeito significativo sobre as propriedades do

aço. Conforme o carbono aumenta, a resistência e a dureza do aço aumentam, o que reduz a performance na usinagem.

• A maior parte dos elementos de liga adicionados ao aço para melhoraras propriedades são prejudiciais para a usinabilidade. O cromo, o molibdênio, o tungstênio formam carbonetos no aço, o que aumenta o desgaste da ferramenta e reduz a usinabilidade. O manganês e o níquel aumentam a resistência e a tenacidade do aço, o que também reduz a usinabilidade.

Composição Química x Usinabilidade

AUMENTO DA USINABILIDADE EM AÇOS

• O chumbo, o enxofre e o fósforo têm o efeito de reduzir o coeficientede atrito entre a ferramenta e o cavaco, reduzindo assim as forças, a temperatura e a formação da aresta postiça de corte, consequentemente, tem--se maior vida da ferramenta e melhor acabamento superficial.

• Eles interrompem a matriz ferritica, austenítica ou martensítica do aço facilitando a quebra do cavaco.

• Os aços-liga formulados para melhorar a usinabilidade são chamadosaços de usinagem fácil.

Composição Química x Usinabilidade

Cap. 9 – Anselmo Diniz

Fatores Metalúrgicos que afetam a usinabilidade de:-- Ligas de Alumínio-- Aço-- Aços Inox-- Ferro Fundido-- Ligas de Titânio-- SuperLigas de Níquel

Usinabilidade das ligas de Alumínio

O Alumínio , de forma geral, pode ser facilmente usinado.Apenas o magnésio e

suas ligas podem ser usinados com a mesma taxa (baixa) de energia

consumida. O desgaste da ferramenta raramente é um problema.

Com relação à rugosidade obtida e ao tipo de cavaco (longo), não se pode

dizer que o alumínio tem boa usinabilidade, em condições normais.

Contudo,as temperaturas de usinagem são geralmente baixas e pode-se

utilizar altas Vc ( que,com a geometria adequada da ferramenta,gerarão bom

acabamento)

Usinabilidade das ligas de Alumínio

Alguns fatores que podem afetar as características de usinagem do

alumínio: elementos de liga,impurezas, processos de fundição e tratamentos

aplicados ao metal.

Sob a mesma força de corte, o alumínio se deforma três vezes mais que o aço.

Assim, as forças de corte necessárias à usinagem são mais baixas (em relação

ao aço) e também não se deve utilizar esforços exagerados na fixação das

peças de alumínio.

Usinabilidade das ligas de Alumínio

A alta condutividade térmica favorece a usinabilidade. A dureza da liga deve ser

maior que 80 HB, caso contrário, tem-se tendência à formação de APC.

O material de ferramenta típico é o metal duro da classe K, sem cobertura. O

metal duro da classe P (à base de carboneto de titânio) é inadequado devido

à grande afinidade físico-química entre o alumínio e o titânio. A ferramenta é

sem cobertura, porque não se necessita de grande resistência ao desgaste.

Usinabilidade das ligas de Alumínio

A influência do processo de fundição se dá através da velocidade de resfriamento

do metal líquido. Esta velocidade é baixa na fundição em molde de areia

(em relação à fundição sob pressão). Por conseqüência, a macro-

estrutura é grosseira, com baixa dureza e resistência à tração (baixa

usinabilidade).

A forma e o tamanho das porosidades do processo de fundição também afetam a

usinabilidade, podendo caracterizar um corte interrompido durante a usinagem.

Usinabilidade dos Aços

O fator metalúrgico predominante é a dureza. Uma maior porcentagem

de carbono favorece a usinabilidade (aumento da dureza e redução da

ductilidade). O valor médio é 200 HB. Abaixo deste valor tem-se tendência à

formação de APC, acima, desgaste da ferramenta por abrasão e difusão.

Uma boa medida, para aços de baixo carbono, é promover seu encruamento

via trabalho a frio. Aumentando assim sua dureza e reduzindo a ductilidade.

Um segundo fator metalúrgico é a microestrutura. Sua variação, através de

tratamento térmico, afeta a usinabilidade.

Por exemplo, quando se passa de uma liga com 10% de ferrita e 90% de

perlita para uma liga com 35% de ferrita e 65% de perlita, a vida da ferramenta

cresce substancialmente. Apesar da dureza da peça ter decrescido somente

cerca de 6 % .

Usinabilidade dos Aços

Usinabilidade dos Aços

Um terceiro fator fator metalúrgico é a presença de inclusões. As macro-inclusões

( com diâmetro maior que 150 µm) são em geral muitop duras e abrasivas.

Contudo, estão associadas a aços de baixa qualidade. Já as micro-

inclusões, estão presentes em todos aços, em algum nível. O efeito delas na

usinabilidade dos aços pode ser subdividido em:

Inclusões indesejáveis = partículas duras e abrasivas (ex:carbonetos,óxidos

de alumínio).

Usinabilidade dos Aços

Inclusões “toleráveis” = não causam muito dano à

usinabilidade,conseguem fazer parte do fluxo de cavaco (ex:óxidos de manganês

e de ferro).

Inclusões desejáveis (em altas velocidades de corte) = os silicatos (Si). Em altas

temperaturas, eles perdem muito de sua dureza, formando na zona de corte

uma camada que retarda o desgaste da ferramenta.

Usinabilidade dos Aços

O último fator metalúrgico importante é a presença de elementos de liga. Alguns

elementos (como o chumbo, o enxofre e o fósforo) têm efeito positivo

na usinabilidade. Por outro lado, os elementos formadores de carbonetos

(como o vanádio,o molibdênio, o nióbio, o tungstênio) e outros (como

manganês, níquel, cobalto e cromo) têm efeito negativo na usinabilidade.

O carbono, quando presente em teores entre 0,3 a 0,6 %, tende a melhorar

a usinabilidade.

Técnicas metalúrgicas para melhorar a

elementos de liga; Engenharia de inclusões.

usinabilidade dos aços: adição de

Os principais elementos de liga adicionados para melhorar a usinabilidade são o

enxofre (S), selênio (Se),telúrio (Te), chumbo (Pb), bismuto (Bi), estanho (Sn),

fósforo (P) e nitrogênio. Isoladamente, ou formando compostos, interrompem

a matriz do aço. Facilitando a quebra do cavaco, a lubrificação da ferramenta

e, consequentemente, diminuindo os esforços de corte.

Aços de usinabilidade melhorada

Aços de usinabilidade melhorada

Durante a fabricação do aço, surgem inclusões que podem ter efeito benéficos ou

prejudiciais à usinabilidade dos aços. A Engenharia de inclusões trata das

técnicas de minimização dos efeitos prejudiciais. O principal tema, no âmbito

dos aços de usinabilidade melhorada, é o controle do oxigênio e da

formação de óxidos.

Usinabilidade dos aços inoxidáveis

Aços inoxidáveis são ligas ferrosas que possuem um mínimo de 12% de

cromo com a finalidade de resistir à corrosão. Outros elementos de liga são

também utilizados (Ni,Cu,Al,Si,Mo).Dividem-se em : ferríticos,martensíticos e

austeníticos.

Os ferríticos possuem principalmente o cromo como elemento de liga. Eles

têm propriedades semelhantes ao ferro puro.E boa usinabilidade, se

comparados aos outros inoxidáveis.

Usinabilidade dos aços inoxidáveis

Os austeníticos, possuem alto teor de níquel (Ni) , o que altera suas propriedades

mecânicas : maior deformabilidade,tenacidade, resistência em altas

temperaturas, soldabilidade e resistência à corrosão. Formam cavacos longos

com tendência à formação de aresta postiça . Além disto têm : baixa

condutividade térmica, alto coeficiente de atrito e alto coeficiente de

dilatação térmica. Ou seja, são os inoxidáveis que apresentam a maior

dificuldade para a usinagem.

Usinabilidade dos aços inoxidáveis

Os martensíticos apresentam altos teores de carbono. Isto eleva a dureza

e, portanto, piora a usinabilidade. Um maior esforço de corte é requerido,

devido à presença de partículas duras e abrasivas de carboneto de cromo.

Para combater o encruamento (austeníticos), uma das técnicas é a adição

de elementos que formam inclusões frágeis. Outra alternativa é realizar um

processo de deformação a frio antes da usinagem.

Usinabilidade dos ferros fundidos

Ferros fundidos são ligas ferro-carbono com porcentagem de carbono (C) entre

2 e 4 %. Principais propriedades: boa rigidez, resistência à compressão,

relativo baixo ponto de fusão ( viabiliza o processo de fabricação por fundição).

Dividem- se em: cinzento,branco,nodular,maleável (e vermicular ! ).

O FoFo branco têm baixo teor de silício, o que causa a formação de carbonetos.

Portanto o material é duro e frágil (usinabilidade ruim).

Usinabilidade dos ferros fundidos

O ferro fundido cinzento por outro lado apresenta a melhor usinabilidade entre

os fundidos. Têm alto teor de silício, o que gera muito carbono livre (grafite) e

quase nenhuma cementita (carboneto). Forma cavacos de ruptura.

O FoFo nodular apresenta grafite em forma de nódulos. A resistência mecânica, a

tenacidade e a ductilidade aumentam consideravelmente. Devido à

estas características, a usinabilidade é boa (bem melhor que o FoFo branco).

Usinabilidade dos ferros fundidos

O FoFo maleável surge quando o FoFo branco é tratado termicamente. A

cementita é transformada em carbonetos esféricos ou até mesmo removida.

O material resultante é maleável, dúctil e resistente. De boa

usinabilidade (intermediária entre o cinzento e o nodular ).

O FoFo vermicular é a "novidade" entre os ferros fundidos. No Brasil já uma

empresa usinando este material (www.tupy.com.br)