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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
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Evolução dos materiais de ferramenta Evolução dos materiais de ferramenta
Evolução dos materiais de ferramenta Evolução dos materiais de ferramenta
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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.
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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.
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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
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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
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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
Metal duro revestidos - Widia
Principais revestimentos
Carboneto de Titânio (TiC)
Nitreto de titânio (TiN)
Carbonitreto de titânio (Ti(C,N))
Nitreto de alumínio-titânio ((Ti, Al)N)
Óxido de Alumínio (Al2O3)
Camadas de diamante
Metal duro revestidos - Widia
Carboneto de titânio (TiC)
alta dureza
proteção contra o desgaste na superície de saída
tendência à difusão relativamente baixa
Nitreto de titânio (TiN)
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
Metal duro revestidos - Widia
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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:
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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)
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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
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)
Seleção de ferramentas
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