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Materiais para fabricação de ferramentas

Conseqüência dos esforços sobre a Ferramenta

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Materiais para fabricação de ferramentas

Requisitos desejados em uma ferramentas de corte

Pequena tendência à fusão e caldeamento

Resistência do gume

Resistência à abrasão

Resistência à oxidação

Resistência à flexão e tenacidade

Resistência a quente

Resistência à compressão

Dureza

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Materiais para fabricação de ferramentas

Critérios para seleção de ferramentas de corte

Relação Custo/benefício da ferramenta

Forma e dimensões da ferramenta

Condição da máquina

Material da peça

Processos de usinagem

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Evolução dos materiais de ferramenta

● Aço ferramenta (1868)

● Aço rápido (1900)

● Metal duro (1926)

● Cerâmicas (1938)

● Nitreto de boro cúbico (anos 50)

● Diamante mono e policristalino (anos

70)

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Classificação dos materiais de ferramentas

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Materiais para Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida

Materiais Metálicos Materiais de Ligação Materiais Cerâmicos

Aço-ferramentaAço-rápido

Metal-duro (WC)Cermets (TiC/TiN)

Cerâmica Óxida Cerâmica Não-Óxida

Cerâmica de Corte Materiais de Altíssima Dureza

Diamante CBN

Óxida Mista Reforço c/Wiskers

C/Si2N4

Al2O3

Al2O3+ ZrO2

Al2O3

Al2O3+ ZrO2+ TiC

Al2O3+ SiC-wiskers

Si2N4 + demais

Monocristalino

Policristalino

CBN

CBN + TiC

CBN + BNhexagonal

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Propriedades dos materiais de ferramentas

Velo

cida

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uent

e

Tenacidade, resistência à flexão

Vc dureza resist.flexão

Diamante

CBN

Cerâmicas

CERMETS

Metal durorevestido

Metal duroAço-rápidorevestido

Aço-rápido

Materia

l

ideal

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Aços ferramenta

-Baixo custo;-Facilidade de afiação – obtenção de gumes vivos;-Tratamento térmico relativamente simples;-Elevada dureza e resistência ao desgaste;-Resistem a temperatura de até aproximadamente 250°C

AÇOS PARA TRABALHOS A

QUENTE operações de

punçonamento, cisalhamento e

forjamento condições de pressão e abrasão

AÇO PARA DEFORMAÇÃO A

FRIOtemperatura de trabalho 205º a 260º C, utilizados em matrizes e punções

para corte de chapas para estampagem, rebarbação, trefilação, flangeamento e

forjamento

AÇOS RESISTENTES AO CHOQUE

talhadeiras, formões, contra-rebites, punções

AÇOS TEMPERÁVEIS EM ÁGUA

corte de metais duros (machos e alargadores), cutelaria

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Aços rápidos

- Aço ferramenta com alta liga de tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio, cobalto e nióbio.

-Desenvolvido para aplicação de usinagem em elevadas velocidades

-Resistem a temperatura de até aproximadamente 520 a 600°C

-Tratamento térmico complexo (banho de sais)

– Designação: HS + % W - Mo - V - Co (ex.: HS 10-4-3-10).

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Aços rápidos com cobertura

Revestimentos que incrementam resistência ao desgaste

TiC

TiN

- Alta dureza (~2300 HV)- Elevada ductilidade.- Redução do caldeamento a frio (aresta postiça)- Baixo coeficiente de atrito.-Quimicamente inerte.

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Metal Duro – WIDIA

Produto da metalurgia do pó Sinterização de partículas duras

Carboneto de titânio + Ferro

NíquelCobalto + Tântalo

TungstênioNióbio

- Material de ferramenta mais utilizado na indústria- Indústria automobilística consome cerca de 70% das ferramentas de metal duro produzidas no mundo- Resistem a temperatura de até aproximadamente 1000°C- Aumento na vida útil das ferramentas na ordem de 200 a 400%

Composição típica: 81% W, 6% C e 13% Co

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Classificação conforme ISO em classes P, M e K.

Usinagem de materiais

frágeis que fazem pouco atrito com a ferramenta

(fofo, latão)

Usinagem de aços que produzem cavacos

contínuos

Alto teor de Carbonetos de

W

Classe Intermediária

Alto Teor de TiC e TaC

KMPCLASSE

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Metais Duros com Cobertura

Substrato tenaz com revestimento duro (TiC, TiN, Ti(CN), Al2O3, ...),

combinando-se assim uma alta resistência a choques com alta resistência a desgaste (maior

vida de ferramenta).

Processos de revestimentoCVD (chemical vapour deposition)PVD (physical vapour deposition)

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Metais Duros Revestidos

➔ 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

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Cerâmicas de Corte

- Empregada na usinagem de aços e ferros fundidos;

- Altas velocidades de corte, altas potências de acionamento;

- Exigem máquinas rígidas e proteção ao operador.

Propriedades e características de cerâmicas

- Resistentes à corrosão e às altas temperaturas

- Elevada estabilidade química (boa resistência ao desgaste)

- Resistência à compressão

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Nitrero de Boro - CBN

- 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)

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Diamante

● Material de maior dureza encontrado na natureza● Pode ser natural ou sintético● Monocristalino (anisotrópico) ou policristalino (isotrópico)

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Diamante

● Usinagem de ferro e aço não é possível (afinidade Fe-C);

● Usinagem de metais não ferrosos, plásticos, madeira, pedra, borracha.

● Usinagem de precisão e ultraprecisão

● Pequenas ap e f, tolerâncias estreitas (baixa resistência a flexão das

ferramentas)

● Emprego de altas velocidades de corte;

● Tempos de vida de até 80 vezes maior que os das ferramentas de metal

duro;

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Revestimento de Ferramentas

- Proteção do material de base da ferramenta

- Redução de atrito na interface cavaco/ferramenta

- Aumento da dureza na interface cavaco/ferramenta

- Condução rápida de calor para longe da região de corte

- Isolamento térmico do material de base da ferrmenta