cap.5 mat.s ferramentas

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15/06/22 1 MATERIAIS PARA MATERIAIS PARA FERRAMENTAS FERRAMENTAS Prof.:Antonio Fernando Mota Capítulo 5

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  • **MATERIAIS PARA FERRAMENTASProf.:Antonio Fernando MotaCaptulo 5

  • **Introduo Como fazer uma seleo criteriosa do material da ferramenta?Quais os Materiais para Ferramentas?

  • **Para a seleo criteriosa do material da ferramenta, os seguintes fatores devem ser ponderados:

    Material a ser usinado a dureza e o tipo de cavacoProcesso de usinagem ferramentas rotativas de pequeno dimetro que ainda utilizam materiais mais antigos (como o ao rpido) Condio da mquina operatriz potncia, gama de velocidades e estado de conservao;Forma e dimenso da ferramenta ferramenta no padronizadaCusto do material da ferramenta a relao custo/benefcio;

  • **condies de usinagem:Acabamento (alta vel. de corte, baixos avano e profundidade de usinagem, em peas que j sofreram uma operao anterior de usinagem e, portanto, no apresentam excentricidade, casca endurecida, etc.) exigem ferramentas mais resistentes ao desgaste. Em operaes de desbaste (baixa velocidade de corte, altos avanos e profundidade de usinagem, com peas que apresentam camada endurecida, excentricidade, etc.) a ferramenta deve apresentar maior tenacidade, em detrimento da resistncia ao desgaste;

  • ** Condies de operao: Se o corte for do tipo interrompido e /ou o sistema mquina-ferramenta-dispositivo de fixao for pouco rgido, exige-se uma ferramenta mais tenaz.

  • **OUTROS FATORES:Dureza a quente dependendo do tipo de operao, a temperatura da ferramenta pode ultrapassar 1000C;Resistncia ao desgaste resistncia ao atrito, muito ligada dureza a quente do material;Tenacidade resistncia ao choque;Estabilidade qumica para evitar o desgaste por difuso que, como vai ser visto no cap. 6, bastante importante em altas velocidades de corte.

  • **PARA O CASO DE AOS PARA FERRAMENTAS, PODE-SE ACRESCENTAR OUTRAS CARACTERSTICAS:Temperabilidade;Tamanho de gro;Resistncia aos choques trmicos (principalmente em processos com corte interrompido, como o fresamento).

  • **CLASSIFICAO GERAL DAS FERRAMENTAS:Aos rpidos;Aos rpidos com cobertura;Metal Coronite;Metal duro;Metal duro com cobertura;Material cermico;Nitreto Cbico de Boro (CBN);Diamante.Dureza a quenteResistncia ao desgaste por abrasoTenacidade

  • **FERRAMENTAS QUE NO SO MAIS UTILIZADAS NO AMBIENTE INDUSTRIAL, TEM SOMENTE IMPORTNCIA HISTRICA:Liga fundida (estelita);Ao carbono (com ou sem liga).

  • **5.2- DESCRIO DOS MATERIAIS PARA FERRAMENTASAos Rpidos um ao ferramenta de alta liga de tungstnio, cromo, vandio e nibio, quando foi desenvolvido em 1905, era o material de ferramenta que suportava as maiores velocidades de corte e elevada dureza a quente at 600C.

    A estrutura metalogrfica do ao rpido no estado temperado martenstica com carbonetos encrustados.

  • **Tabela 5.1- Composio e caractersticas dos aos rpidos

  • **a1) Efeito dos Elementos de liga nos aos RpidosCarbono - aumenta a dureza e possibilita a formao de carbonetos, que so partculas duras resistentes ao desgasteTungstnio e Molibdnio - aumenta a dureza e possibilitaVandio e Nibio A cada 1% de Vandio acrescentado precisa-se aumentar o teor de carbono em o,25% para a formao de carbonetos;Aos com alto teor de carbono e vandio so os que possuem melhor resistncia ao desgaste. O Vandio tem sido substitudo pelo Nibio, que tem caractersticas semelhantes e, no Brasil, mais barato;Cromo - juntamente com o carbono o principal responsvel pela alta temperabilidade;Cobalto - aumenta a dureza a quente elevando, em conseqncia, a eficincia do corte.

  • **A2-Aos Rpidos com CorberturaPara diversas ferramentas de usinagem tais como brocas, machos, alargadores, brochas, cortadores de dentes de engrenagens e alguns tipos de fresas, a aplicao de materiais mais resistentes ao desgaste que o ao rpido como o metal duro ou material cermico muito restrita, devido a forma e dimenso destas ferramentas e as condies das operaes de usinagem. Assim, o desenvolvimento destas ferramentas tem caminhado no sentido da melhoria das condies do prprio ao rpido, atravs da aplicao de uma camada de cobertura de um material mais resistente ao desgaste como o nitreto de titnio (mais usado) e o carbonitreto de titnio.

  • **TAL CAMADA POSSUI AS SEGUINTES CARACTERSTICASAlta dureza, da ordem de 2300 HV;Elevada ductilidade;Reduo sensvel do caldeamento a frio (evita a formao da aresta postia de corte)Baixo coeficiente de atrito;Quimicamente inerte;Espessura de 1 a 4 m;tima aparncia.

  • **REVESTIMENTO DE NITRETO DE TITNIO (TiN)1960, processo CVD (deposio qumica a vapor) temperatura da ordem de 1000C, acima da temperatura de revenimento dos aos.

    1980, processo PVD (deposio fsica a vapor) que realizado na faixa de 450 a 500C, temperatura que no prejudica o tratamento trmico j realizado nos aos rpidos.

    O PVD realizado em uma cmara de alto vcuo com a presena de um gs inerte, o argnio.

  • **A PRESENA DA CAMADA DE REVESTIMENTO DE TiN FAZ COM QUE:O corte acontea com esforos menores, devido ao seu baixo coeficiente de atrito;Devido ao fato desta camada possuir alta dureza (tanto a frio quanto a quente) e tambm ao pequeno atrito, os desgastes so menores, principalmente o desgaste na superfcie de folga da ferramenta.Existe uma menor tendncia formao da aresta postia de corte, porque, uma das caractersticas desta camada a reduo do caldeamento a frio.Nas mesmas condies de corte ento, a ferramenta revestida tem uma vida bem maior que a no revestida.Alm disto, mesmo depois de reafiada, a ferramenta revestida ainda ligeiramente mais eficiente que uma no revestida, pois com a afiao, a ferramenta perde a camada de revestimento somente em sua superfcie de sada (ou de folga, dependendo da fiao), mantendo a camada na outra superfcie.

  • **

    Fig. 5.1- Influncia da cobertura na vida til da Broca de Ao Rpidoa- ao rpido;b- ao rpido nitretado;c- TiN reafiado; d- TiN nova

  • **Tabela 5.2 Comparao da vida de fresas revestidas e no revestidas

  • ** LOGICO QUE UMA FERRAMENTA REVESTIDA BEM MAIS CARA QUE UMA NO REVESTIDA.Mas quando se leva em conta que a vida da ferramenta maior e que o tempo de corte menor devido s maiores velocidades de corte e avano que ela possibilita, tem-se que o tempo para usinagem total de uma pea pode diminuir bastante, no s pela diminuio do tempo de corte, mas tambm pela diminuio do nmero de paradas da mquina para a troca de ferramentas.

  • **b) CORONITEO Coronite um material para ferramenta recente (desenvolvimento da Sandvik Coromant), utilizado principalmente em fresas de topo, que so ferramentas de pequeno dimetro que, quando fabricadas de ao rpido no propiciam a eficincia que se deseja da operao e, quando fabricadas de metal duro, possuem a limitao de no poderem atingir as altas velocidades de corte requeridas pelo metal duro, devido s altas rotaes necessrias.

  • **COMPOSIO DO CORONITEO Coronite composto de finas partculas de nitreto de titnio (partculas de cerca 0,1 m de dimetro, muito menores que as partculas duras do metal duro, cujo tamanho varia de 1 a 10m) dispersas numa matriz de ao temperado.

  • **COMPOSIO DO CORONITEAs partculas de TiN so 35 a 60% do volume do material.

    Esta proporo de partculas duras bem maior do que o volume de partculas duras possvel de ser obtido no ao rpido (carbonetos),

    mas menor que o volume de partculas duras do metal duro.

  • **PROPRIEDADES DO CORONITE:Tenacidade similar ao ao rpido (bem maior que a do metal duro);

    Mdulo de elasticidade (que tem a ver com a rigidez do material) menor que o do metal duro, mas maior que o do ao rpido.

    Dureza a quente e resistncia ao desgaste bem maior que a do ao rpido;

    Baixa tendncia craterizao( formao do desgaste na superfcie de sada da ferramenta), devido ao fato de que o TiN muito estvel quimicamente;

    Capacidade de produzir superfcies com bons acabamentos maior que a do ao rpido e do metal duro.

  • **CARACTERSTICAS DO CORONITEUma das principais causas destas caractersticas do Coronite o fato de possuir partculas duras de TiN extremamente finas.

    Com isso fica mais fcil conseguir arestas afiadas da ferramenta e as partculas que so levadas embora da aresta durante o processo de desgaste so menores (fazendo com que, mesmo depois d um certo desgaste, aresta ainda esteja afiada).

  • **COMPOSIO DO CORONITENormalmente ela composta de trs partes:1. um ncleo de ao rpido ou de ao mola, que adiciona tenacidade ferramenta;

    2. uma camada de Coronite circundando o ncleo que representa cerca de 15% do dimetro da fresa;

    3. uma camada de cobertura de TiN ou TiNC com espessura aproximada de 2mm.

  • **CORONITE- AFINIDADE FSICO-QUMICAA alta afinidade fsico-qumica das camadas de TiCN ou TiN da cobertura com o Coronite criam uma forte ligao entre o substrato e a cobertura, diminuindo a possibilidade de lascamento.

    A camada de cobertura tem uma alta resistncia ao desgaste da superfcie de folga da ferramenta e o Coronite tem alta resisTncia ao desgaste de cratera.

    Assim, quando uma ferramenta deste tipo afiada na sua superfcie de sada (retirando dali toda a camada de cobertura) no precisa ser coberta de novo e, mesmo assim, mantm uma alta resistncia ao desgaste.

  • **c) METAL DUROO Metal Duro um produto da metalurgia do p feito de partculas duras finamente divididas de carbonetos de metais refratrios, sinterizados com um ou mais metais do grupo do ferro (ferro, nquel ou cobalto) formando um corpo de alta dureza e resistncia a compresso.

    As partculas duras so carbonatos de tungstnio, usualmente em combinao com outros carbonetos, como carbonetos de titnio, tntalo e nibio.

    O tamanho destas partculas varia entre 1 a 10 m e ocupam de 60 a 95% do volume do material.

  • **METAL DUROO metal aglomerante , na grande maioria de vezes, o cobalto.

    A utilizao do metal duro feita, na grande maioria das vezes, na forma de pastilhas soldadas ou fixadas mecanicamente (intercambiveis) sobre um porta-ferramentas de ao.

    A dureza em altas temperaturas e a tenacidade so propriedades que se exigem de qualquer material utilizado em ferramenta de usinagem e que encontram um compromisso bastante bom no metal duro, isto , pode-se ter metais duros de elevada tenacidade, como tambm pode-se conseguir metais duros com alta resistncia ao desgaste ou dureza a quente.

  • Classes de ISO Metal Duro

    ISOMaterialPAos carbono e aos ligasMAos inoxidveis

    KFerros fundidosNAlumnio, bronze latoSLigas resistentes ao calor - titnioHAos endurecidos e fofo coquilhado

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  • **d) Material CermicoO material cermico citado na literatura como ferramenta de usinagem desde a dcada de 50, quando as primeiras ferramentas foram utilizadas, mas s passaram a ser um material com uma porcentagem no desprezvel do mercado de ferramentas de corte na dcada de 80, depois dos desenvolvimentos conseguidos no campo das propriedades da cermica.

    O material cermico possui algumas propriedades que so muito interessantes para uma ferramenta de usinagem, tais como:Dureza quente e a frio, Resistncia ao desgaste,Excelente estabilidade qumica ( o que evita a difuso, o que muito importante quando se usina em altas velocidades e temperaturas)

  • **Desvantagens das Ferramentas Cermica:Baixa condutividade trmica, o que, dificulta a transferncia de calor e faz com que a regio prxima do contato cavaco-ferramenta e pea-ferramenta atinja temperaturas muito altas.

    Baixa tenacidade, o que facilita o trincamento e a quebra da ferramenta. Esta baixa tenacidade foi a principal razo que fez com que o material cermico no fizesse parte do mercado de ferramentas de corte h mais tempo.

  • **Classificao das Ferramentas Cermicas:1) base de xido de alumnio (Al2O3) dividem-se em:

    Cermicas puras;

    Cermicas mistas- contm alm da alumina o carboneto de titnio (TiC) ou o nitreto de de titnio (TiN). A alumina reforada com whiskers constituda por incluses de monocristais de SiC chamadas whiskers em uma matriz cermica (Al2O3).

  • **2) base de nitreto de silcio (Si3N4)So cristais de (Si3N4) com uma fase intergranular de SiO2 que so sinterizados na presena da alumina (sialon) e/ou xido de trio (Y2O3) e mangans (MnO).

  • **3) CERMETS - recebem este nome pois contm uma fase cermica e uma fase metlica. composto de partculas duras de TiC, TiN e/ou TiCN e geralmente o Ni como elemento de ligao.

  • **A tabela 5.4 mostra algumas propriedades relativas dos diversos tipos de materiais cermicos comparados com o metal duro.

  • d1) Aplicaes da Cermica como Material de Ferramentad1.1) Usinagem do ferro fundido;

    d1.2) usinagem de aos endurecidos em substituio retificao;

    d1.3) Usinagem de ligas de Titnio e Nquel resistentes ao calor.

    **

  • e) Diamante Os diamantes naturais (monocristais) so dentre os materiais encontrados na natureza, os de maior dureza. Seriam timos materiais para ferramentas de usinagem no fosse o seu elevado preo. Devido a isso so usados somente quando se deseja alta preciso de medidas e acabamentos brilhantes, como no caso de usinagem de espelhos e lentes.Em 1973, ferramenta com uma camada de diamante policristalino (sigla PCD), obtida por sinterizao.**

  • APLICAES DO DIAMANTE POLICRISTALINO (PCD)Ligas de alumnio e de cobre;Plstico abrasivos;Resinas reforadas com fibras de carbono e de vidro;Cermicas;Metais duros;Pedras naturais e concretos.

    OBS.: no pode ser usado na usinagem de metais ferrosos como o ao e o ferro fundido.**

  • g) Nitreto Cbico de Boro (CBN)O Nitreto Cbico de Boro um material sinttico obtido pela reao qumica:

    BCl4 + NH3 BN + 3HClO composto BN (grafite hexagonal) submetido a presses de 5.000 a 9.000 MPa e temperaturas de 1.500 a 1.900C, na presena de um catalizador (geralmente o ltio) antes de se transformar no CBN.O CBN quimicamente mais estvel que o diamante, podendo, portanto, usinar ligas ferrosas sem o problema de grande desgaste por difuso. Sua tenacidade similar ao material cermico.As ferramentas de CBN so empregadas na usinasgem de aos duros (de 45 a 65HRc). Em aos moles, que formam cavacos longos, os CBNs no se comportam bem devido excessiva craterizao.

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  • Aplicaes do CBN na indstria, comparando-o com material cermico ou com o processo de retificao:1) torneamento de disco de freioMaterial: Ferro Fundido Cinzento (200HB)Vc = 300-480 m/min; f =1,27 mm/volta; ap =1,4mm (condies tpicas de desbaste)Refrigerante : a secoResultados: CBN 3.000 peas por aresta; cermica 100 a 200 peas por aresta.**

  • Cuidados na utilizao de CBN:Aos no endurecidos no devem ser usinados com CBN;O sistema mquina-ferramenta-dispositivo de fixao-pea deve ser o mais rigido possvel;A geometria da ferramenta deve ser negativa ( -5) para garantir a resistncia aos choques, com ngulo de folga = 5-9 e o maior possvel ngulo lateral de posio ( no mnimo 15) para minimizar trincas na aresta;A aresta de corte deve ser chanfrada (chanfro de 0,1mm x 20 a 45) o que direciona os esforos de corte para o centro da ferramenta e, assim, diminui a possibilidade de quebra da aresta;**

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  • FIM

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  • Classes de Metal Duro sem Cobertura Composio e Propriedades

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