Desgaste de Ferramenta de Corte – Processos de Usinagem

De acordo com FERRARESI (1970, pág. 426) “Vida da ferramenta é o tempo em que a mesma trabalha efetivamente, sem perder o corte ou até que se atinja um critério de fim de vida previamente estabelecido”

Da mesma forma, SANTOS; S. C. e SALES (2007) citam que o fim de vida de uma ferramenta de corte é definido pelo grau de desgaste previamente estabelecido. Este desgaste dependerá de vários fatores, podemos citar alguns como:

  • Receio de quebra da cunha cortante;
  • Altas temperaturas na interface da cavaco-ferramenta;
  • Aumento nas dimensões de rebarba;
  • Outros.

Segundo a NORMA ISO 3685 (1993), a vida da ferramenta pode ser expressa de diversas maneiras:

  • Número de peças produzidas;
  • Percurso de avanço (mm);
  • Percurso efetivo de corte (km);
  • Velocidade de corte para determinado tempo de vida;
  • Outros.

Sendo assim, através do controle de diversos fatores numa operação de usinagem, podemos saber quando a ferramenta deve ser substituída e estabelecer o limite econômico de uma ferramenta, utilizando-a ao máximo e prolongando sua vida.

Portanto, na prática, as avarias e falhas catastróficas costumam ocorrer em processos de corte interrompido, como o fresamento, devido aos choques térmicos e mecânicos envolvidos nestes processos. Por conseqüência, já nos processos de corte contínuo, como o torneamento, sua ocorrência é a mais rara, exceto para condições de corte que excedam as recomendadas, ou que a ferramenta possua algum defeito de fabricação (AMORIM, H. J., 2002).

Tipos de desgaste da ferramenta de corte

Primeiramente, para o melhor entendimento desse fenômeno serão apresentados os principais tipos de desgastes e suas respectivas áreas de incidência, seus mecanismos causadores e as avarias sofridas pelas ferramentas de corte.

Na Figura 1 temos alguns exemplos de desgaste de ferramenta de corte:

Tipos de desgaste da ferramenta de corte
  1. Item 1 Representa o desgaste de flanco;
  2. Item 2 Representa o desgaste de cratera;
  3. Item 3 Representa o desgaste de entalhe;
  4. Item 4 Representa uma deformação plástica
  5. Item 5 Representa o desgaste por lascamento
  6. Item 6 Representa novamente o desgaste de flanco
Principais áreas de desgaste de uma ferramenta de corte

Podemos através da Figura 2, distinguir pelo menos três formas de desgaste:

1)   De cratera (área A);

2) Flanco (área B);

3)   De entalhe (áreas C e D).

Em suma, cada área de desgaste de uma ferramenta é condicionado um desgaste específico como na superfície de saída, onde se origina o desgaste de cratera. Ao passo que o desgaste está associado às elevadas temperaturas geradas na interface cavaco ferramenta, ocorrendo devido à combinação de mecanismos de desgaste denominados difusão e adesão. Portanto a profundidade e a largura da cratera formada estão relacionadas à velocidade e ao avanço empregados durante o processo de corte (FERRARESI, 1970). Assim, ocorrendo o crescimento do desgaste de cratera, gera-se a quebra da ferramenta quando tal desgaste se encontra com o desgaste frontal (DINIZ et al, 2014).

A Figura 3 representa o desgaste de cratera de uma ferramenta localizada na superfície de saída de uma ferramenta.

Desgaste de cratera

Em síntese, o desgaste de flanco (Figura 4) ocorre nas superfícies de folga, atingindo tanto a aresta principal de corte como a secundária, ou ambas. Quando atinge a aresta principal de corte, resulta num aumento das temperaturas e forças envolvidas no corte, podendo causar vibrações tanto na ferramenta como na peça. Já na aresta secundária de corte, da qual dependem o controle dimensional e a qualidade do acabamento superficial da peça, um desgaste excessivo resulta numa superfície mal-acabada e peças fora da especificação (AMORIM, H. J., 2002).

Todavia, este tipo de desgaste em condições normais de usinagem, é o tipo que apresenta maior risco de danos a peça, onde é exigido mais potência de corte, motivo pelo qual costuma ser o mais usado na determinação de critérios de fim de vida da ferramenta.

Desgaste de flanco

Certamente ainda não existe um consenso na literatura que explique exatamente o mecanismo que provoca o desgaste de entalhe (Figura 5). Ele ocorre, principalmente, na usinagem de materiais resistentes a altas temperaturas e com alto grau de encruamento (tais como: ligas de níquel, titânio, cobalto e aço inoxidável). Geralmente, nas regiões onde acontece este tipo de desgaste, as condições de escorregamento prevalecem e o mecanismo de desgaste, provavelmente, envolve abrasão e transferência de material (difusão e “attrition”) e eles são bastante influenciados por interações com a atmosfera (SANTOS; S. C. e SALES, 2007).

Desgaste de entalhe

Mecanismo de desgaste da ferramenta de corte

Mecanismo de desgaste é todo fenômeno distinto capaz de provocar ou causar um desgaste de uma ferramenta de corte.

Em condições normais de corte, uma das formas de desgaste apresentadas na Figura 6 irá prevalecer, e se desenvolver por vários mecanismos. A literatura apresenta variações na classificação dos mecanismos de desgaste, porém, grande parte dos trabalhos existentes consideram pelo menos seis mecanismos diferentes (SANTOS; S. C. e SALES, 2007).

Mecanismos e processsos de desgaste

Será predominantemente uma ou outra forma de desgaste sobre as demais, apesar de normalmente trabalharem em conjunto, pois dependem da natureza do material usinado ou das condições de usinagem (FERRARESI, 1970).

Deformação plástica superficial por cisalhamento a altas temperaturas

Este não é propriamente um mecanismo, mas sim um processo de desgaste e ocorre mais provavelmente na usinagem de metais com alto ponto de fusão em ferramentas de aço rápido. As tensões cisalhantes na interface cavaco-ferramenta são suficientes para causar deformação plástica superficial. Devido às altas temperaturas ali desenvolvidas, a resistência ao escoamento do material da ferramenta, próximo à interface, é reduzida. Como consequência, material é arrancado da superfície da ferramenta, formando-se assim uma cratera (SANTOS; S. C. e SALES, 2007).

Deformação plástica da aresta de corte sob altas tensões de compressão

Segundo Santos; S. C. e Sales (2007), este também é mais um processo do que um mecanismo de desgaste, que ocorre na usinagem dos materiais de alta dureza. A combinação de altas tensões de compressão com altas temperaturas na superfície de saída pode provocar deformação plástica da aresta de corte das ferramentas de aço rápido e metal duro. Geralmente ocorre a altas velocidades de corte e avanço e leva a uma falha catastrófica.

Desgaste difuso

O processo de difusão é um fenômeno microscópico ativado pela temperatura na zona de corte. É um processo característico de altas velocidades, responsável pelo desgaste da cratera. A difusão do estado sólido consiste na transferência de átomos de um metal a outro. Depende da temperatura, da duração do contato e da afinidade física química dos dois metais envolvidos. As temperaturas associadas ao desgaste difusivo situam-se em torno de 850 ºC a 1200 ºC que não promove a fusão do material (TRENT et al., apud (SÁ, 2010).

Desgaste por aderência e arrastamento

O desgaste causado por aderência ocorre na zona onde há a “soldagem” entre o cavaco e a superfície de saída da ferramenta, chamada de aderência, e está associado à ocorrência da aresta postiça de corte (APC). O desgaste causado por aderência ocorre, na verdade, quando há a presença de APC instável, pois neste caso ela é periodicamente arrancada da ferramenta, carregando pequenas quantidades de material da ferramenta (AMORIM, H. J., 2002).

Devido à sua dependência ao aparecimento da APC, este mecanismo de desgaste costuma ocorrer a baixas velocidades de corte, e seus efeitos são vistos na superfície de saída da ferramenta.

Desgaste abrasivo

O desgaste abrasivo envolve a perda de material por micro-sulcamento, micro-corte ou micro-lascamento causado por partículas de elevada dureza relativa. Estas partículas podem estar contidas no material da peça (óxidos, carbonetos e carbonitretos), ou podem principalmente ser partículas da própria ferramenta que são arrancadas por attrition, por exemplo. Este mecanismo de desgaste é muito importante na usinagem usando pastilhas revestidas, cerâmicas puras e cerâmicas mistas de acordo com SANTOS; S. C. e SALES (2007).

Desgaste de entalhe

Não é propriamente um mecanismo, mas uma forma de desgaste. Conforme citado no item 2.2.1, o mecanismo de formação do entalhe não está bem explicado na literatura.

Desgaste da ferramenta de corte sem fluído

A usinagem a seco tem despertado a atenção de pesquisadores e técnicos que trabalham no âmbito da remoção de material, e, para os que a usam, ela apresenta vantagens econômicas e ecológicas. Analisando-se tecnicamente o corte a seco, ele só é viável quando o tempo de usinagem, o tempo de vida da ferramenta e qualidade superficial da peça forem pelo menos semelhantes às conseguidas com a usinagem usando-se fluidos de corte tradicionais. Usinagem com ferramentas cerâmicas deve normalmente ser feita a seco, pois o fluido pode promover choques térmicos com eventual fratura das ferramentas (SILVA, 2002).

As funções dos fluidos de corte não estão disponíveis em operações de usinagem a seco; isto significa que existe maior atrito entre a ferramenta e a peça e entre o cavaco e a ferramenta, como também maior dificuldade de expulsão dos cavacos. A ferramenta é submetida a uma maior carga térmica, o que pode resultar em níveis mais altos de desgaste por adesão, abrasão, difusão e oxidação e, portanto, a redução de sua vida (SCANDIFFIO, 2000).

O material da ferramenta selecionado para uma operação de corte de metal a seco é tão importante quanto a geometria da ferramenta escolhida. A dureza em altas temperaturas e a resistência ao desgaste do metal duro, cermets, cerâmica, CBN e PCD fazem esses materiais eminentemente satisfatórios para o uso em operações de usinagem a seco (SCANDIFFIO, 2000).

Desgaste da ferramenta de corte sem fluído

Desgaste da ferramenta de corte com MQF (Mínima quantidade de fluido)

Conforme KLOCKE et. al. 2000 apud FERNANDES, 2007, a técnica de Mínima Quantidade de Lubrificação (MQL) pode ser entendida como uma pequena quantidade de óleo lubrificante misturada a um fluxo de ar comprimido, formando uma névoa a qual é aspergida na região de contato entre peça e ferramenta. Como resultado, constatou-se, ainda segundo KLOCKE et. al. 2000 apud FERNANDES, 2007, que as boas propriedades lubrificantes do óleo empregado na MQL são responsáveis por reduzir o atrito minimizando desta forma, a taxa de calor gerado, mantendo a ferramenta dentro de uma faixa de temperaturas que não prejudiquem seu desempenho.

Entretanto a COROMANT (2004) cita que o efeito da refrigeração em vias de discussão, parece essencial para o sucesso de operações de corte em sua formação de cavaco, qualidade da superfície e vida da ferramenta. Por outro lado, novas técnicas, materiais e ferramentas, têm demonstrado que a usinagem a seco ou com mínima quantidade de fluido (MQF) pode apresentar resultados superiores em comparação com o uso de fluido refrigerante.

Desgaste da ferramenta de corte com MQF (Mínima quantidade de fluido)

REFERÊNCIAS

AMORIM, H. J. “Estudo da relação entre velocidade de corte, desgaste de ferramenta, rugosidade e forças de usinagem em torneamento com ferramenta de metal duro. ” Porto alegre, 2002.

COROMANT, Sandvik. Fluido de corte, estratégias de aplicação na usinagem. O mundo da usinagem. 2004. Publicação da Sandvik Coromant do Brasil. ISSN 1518-6091 RG. BN 217.147, 2004. Disponível em <www.sandvik.coromant.com/br> Acesso em: 18 mai. 2017.

DINIZ, A. E; MARCONDES, F. C.; COPPINI. N. L. “Tecnologia da Usinagem dos Metais”. 9ª ed. São Paulo: Editora Artliber, 2014.

FERNANDES, Ulysses de Barros. “Análise de métodos de lubri-refrigeração aplicados no processo de retificação cilíndrica interna de mergulho em aços endurecidos”. Tese (Doutorado). Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais. Universidade Estadual Paulista. Bauru, 2007.

FERRARESI, Dino. “Fundamentos da usinagem dos metais”. São Paulo: Edgard Blucher, 1970.

ISO, 3685. “Testes de vida útil de ferramentas com ferramentas de torneamento de ponto único”, 1993.

Sá, Vinícius Maia de. “Avaliação do Desgaste da Ferramenta de Metal Duro Revestida com TiN no Fresamento do Aço ABNT4140 Temperado e Revenido, Utilizando Duas Fresas de Diâmetros Diferentes”, Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, MG, 2010.

SANTOS; S. C. e SALES, W. F., “Aspectos Tribológicos da Usinagem dos Materiais”, São Paulo: Editora Artliber, 2007.

SCANDIFFIO, Innocenzo; “Uma contribuição ao estudo do corte a seco e ao corte com mínima quantidade de lubrificante em torneamento de aço”, Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 2000.

SILVA, Leonardo Roberto da; “ Estudo da geometria da aresta de corte de ferramentas aplicadas ao torneamento de superligas à base de níquel com alta velocidade de corte”, Escola de Engenheira de São Carlos – Universidade de São Paulo, 2002.

TÚLIO MARTINS

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