Download - Aula 6 usinagem, fluidos e desgaste

Fluido de corte

-A utilização de fluidos de corte na usinagem inicia-se em 1890,com a água e a seguir

soluções água/soda ou água/sabão (evitar a oxidação - peça e ferramenta).

-A água tem alto poder refrigerante, mas um baixo poder lubrificante (além de provocar

oxidação). Por isto, outros fluidos de corte foram desenvolvidos.

-Nos últimos anos muito tem se discutido sobre o corte a seco ou com mínima quantidade

de fluido (MQF)

Fluido de corte

- A seleção adequada do fluido de corte deve recair sobre aquele que

possuir composição química e propriedades corretas para lidar com as

adversidades de um processo de corte específico.]

- Deve ser aplicado usando-se um método que permita sua chegada o mais

próximo possível da aresta de corte dentro da interface ferramenta/cavaco,

afim de assegurar que suas funções sejam exercidas adequadamente

Fluido de corte

-Os custos operacionais do fluido de corte podem chegar a 17% dos custos

de fabricação por peça em indústrias metalúrgicas (valor referência: 0,40 R$/

litro).

-Os fluidos de corte podem causar danos à saúde se absorvidos ( contato

pela pele, respiração e/ou ingestão) pelo ser humano. As doenças mais

comuns são : dermatites, alergias, perda da capacidade pulmonar, câncer

gastrointestinal e outros tipos de câncer.Os fluidos de corte podem também

afetar o meio ambiente (solo, água e ar).

Funções do fluido de corte:

Principais funções dos fluidos de corte são:

Lubrificação a baixa velocidade de corte;

Refrigeração a altas velocidade de corte;

Remoção dos cavacos da zona de corte;

Proteção da máquina-ferramenta e da peça contra oxidação.


Caráter Funcional:

• Redução do atrito entre ferramenta e cavaco;

• Expulsão dos cavacos gerados (principalmente em furações profundas);

• Refrigeração da ferramenta;

• Refrigeração da peça (redução de danos térmicos, manutenção da

medida, facilidade de manuseio);

• Melhoria do acabamento da superfície usinada (redução do atrito

peça/ferramenta e redução dos danos térmicos);

• Refrigeração da máquina-ferramenta (precisão de posicionamento)


Caráter Econômico:

• Redução do consumo de energia;

• Redução dos custos de ferramenta;

• Diminuição ou eliminação da corrosão na peça.

Energia específica para riscar os corpos de

prova:

Curvas de resfriamento para vários

materiais:

Coeficiente convectivo para os fluidos

de corte

Objetivos

Aumentar a vida da ferramenta

Aumentar a eficiência de remoção de

material

Melhorar o acabamento superficial

Reduzir a força e potência de corte

Qualidades Complementares

Resistência a infectação por bactérias e fungos.

Não ter tendência ao envelhecimento (formação de borras, espumas,

oxidação, perda de estabilidade).

Não afetar a saúde, quer pelo contato direto, quer pelos seus vapores e

névoas.

Facilidade de preparação e manutenção.

Não atacar metais, plásticos, tintas, borrachas, elementos de vedação e

outras peças da máquina.

Não atacar ligantes dos rebolos (na retificação).

Boa transparência, para permitir a observação do processo de

usinagem.

Baixa inflamabilidade.

Não afetar ou poluir o meio ambiente, nem na utilização nem no

descarte.

Não ter cheiro incomodativo.

Poder de remover impurezas.

Boa molhabilidade e resistência a altas pressões.

Boa filtrabilidade.

Não formar espuma.

Classificação dos fluidos de usinagem

I) Fluidos integrais, isentos de água:

Podem ser:

mineral(óleos de petróleo de base parafínica ou naftênica);

sintética(ésteres, diésteres);

vegetal(canola)ou ainda

mistos misturados para dar maior compatibilidade aos aditivos

Classificação dos fluidos de usinagem

I) Fluidos integrais, isentos de água:

Vantagens:

Não são corrosivos

Longa duração se mantido limpos

Aditivos dos fluidos de usinagem e

suas funções

FUNÇÃO DOS ADITIVOS:

Antioxidantes :proteger os fluidos de usinagem frente à ação agressiva da

atmosfera

Emulsionantes: estabilizar a emulsão

Inibidores da corrosão: proteger a peça e a ferramenta

Biocidas: impedir o desenvolvimento de microorganismos no fluido


suas funções


Aditivos de extrema pressão: Formar uma capa intermediária entre duas

superfícies metálicas, melhorando a lubrificação e evitando o desgaste

Umectantes ou estabilizantes: Estabilizar o concentrado


suas funções


Antiespumantes: Evitar a formação de espuma

Complexantes: Eliminar e prevenir a formação de incrustações

SELEÇÃO DO FLUIDO DE CORTE

Não existe um fluido universal, a escolha do fluidocom determinada composição depende do material aser usinado, do tipo de operação e da ferramentausada.

Os fluidos de corte solúveis e os sintéticos sãoindicados quando a refrigeração for mais importante;

Os óleos minerais e graxos usados juntos ouseparados, puros ou contendo aditivos especiais, sãousados quando a lubrificação for o fator maisdeterminante..

Usinagem a seco

Melhor alternativa para resolver

os problemas causados pelos

fluidos de corte, porém exige

uma adaptação compatível de

todos os fatores influentes neste

processo

Usinagem a seco

Método de

usinagem a seco:

Pistola Automática de Ar produz

um jato constante de ar para a

ferramenta de corte que afasta

os cavacos durante a usinagem

a seco.

Usinagem a seco

Desvantagens:

Redução da vida útil da ferramenta

Redução de parâmetros de corte

A maior conseqüência dessas desvantagens é uma menor produtividade

Fluidos Integrais Esgotados

Ao serem submetidos a altas temperaturas nas operações de usinagem,

sofrem reações de oxidação e polimerização, formando uma mistura

complexa de compostos orgânicos e outros elementos contaminantes

resultantes do desgaste dos metais.

Fluidos Integrais Esgotados

Contaminantes comuns:

água

restos de aditivos como fenóis, compostos de zinco,

cloro e fósforo, ácidos orgânicos ou inorgânicos

bem como qualquer outro composto que por qualquer

motivo fique misturado com estes óleos

Emulsões e soluções esgotadas

Perda da qualidade é agravada pela presença de microorganismos no fluido que causam uma mudança na sua estrutura química.

Presença de sólidos aumenta ainda mais a proliferação destes microorganismos

Podem ser combatidos com bactericidas e fungicidas

MQF

A MQF ( Mínima Quantidade de

Fluido) seria uma solução

intermediária e a curto prazo,

entre a usinagem a seco e a

usinagem com fluido cortante

MQF

Minimização da quantidade de

fluido

Fluido aplicado em gotas ou

pulverizado com o ar

Direcionado contra áreas de

atrito

MQF

Desvantagens da MQF :

custos adicionais para pressurizar o ar e suportes tecnológicos;

Fumaça de óleo gerados ( apesar de ser menor do que no fluido

cortante).

Principais problemas do uso de fluido

de usinagem

Corrosão de peças e/ou da máquina:A presença de água nas soluções e emulsões pode acelerar um processo de corrosão

Infectação por bactérias:Causa odores ofensivos, manchas nas peças e máquinas, problemas com filtros e clarificadores e redução da vida do fluido de corte

Sujeiras e impurezas:Impurezas podem tanto prejudicar as peças, ferramentas e máquinas quanto reduzir a vida do fluido de corte.


de usinagem


de usinagem Risco de incêndio:

Fluidos integrais podem entrar em combustão

Ataque à saúde:

Névoas de óleo podem irritar a pele e as vias

respiratórias

Poluição do Meio-Ambiente:

Um litro de óleo pode tornar impróprio para o uso

um milhão de litros de água potável

DICAS TECNOLÓGICAS

Fofo cinzento: são normalmente usinados a seco, porém um óleo emulsionável pode ser útil para ajudar a remover o cavaco que é o tipo de ruptura;

• O alumínio e suas ligas podem ser usinados a seco. Para algumas ligas é necessário o fluido de corte, que pode ser uma emulsão com mistura de óleo mineral e graxo e a maioria das emulsões solúveis. Não requer aditivos EP e o enxofre ataca o metal instantaneamente;

• Magnésio e suas ligas normalmente são usinados secos e a altíssimas velocidades de corte, entretanto, um refrigerante pode ser usado. Emulsões são proibidas, pois a água reage com o cavaco para liberar hidrogênio, que apresenta riscos de ignição. O enxofre ataca o metal;

• O cobre e suas ligas geralmente usam óleos solúveis. O enxofre causa descoloração das peças;

• Devido a altas fragilidades das ferramentas cerâmicas, deve-se tomar cuidado ao aplicar um refrigerante, porque os choques térmicos podem causar trincas superficiais.

DIREÇÕES DE APLICAÇÃO DO FLUIDO

Direção A: Aplicação convencional de

fluido na forma de jorro à baixa pressão

(sobre-cabeça);

Direção B: Aplicação de fluido entre a

superfície de saída da ferramenta e a

parte inferior do cavaco. Nesta

aplicação, estudada em algumas

pesquisas, o fluido é aplicado sob alta

pressão;

Direção C: Aplicação do fluido entre a

superfície de folga da ferramenta e a

peça.

MÉTODOS DE APLICAÇÃO DOS FLUIDOS DE

CORTE

Jorro de fluido à baixa pressão (torneira à pressão normal);

• Pulverização;

• Sistema à alta pressão.

Aplicação por jorro do fluido de corte semi-sintético, vazão total de 1230 l/h.

Sistema de Jato d’água a alta pressão

MQF

A MQF ( Mínima Quantidade de

Fluido) seria uma solução

intermediária e a curto prazo,

entre a usinagem a seco e a

usinagem com fluido cortante

MQF

Minimização da quantidade de

fluido

Fluido aplicado em gotas ou

pulverizado com o ar

Direcionado contra áreas de

atrito

MQF

Desvantagens da MQF :

custos adicionais para pressurizar o ar e suportes tecnológicos;

Fumaça de óleo gerados ( apesar de ser menor do que no fluido

cortante).

AVARIAS E DESGASTES DA FERRAMENTA

Dependendo das grandezas de entrada do

processo de usinagem, a ferramenta sofrerá uma

determinada carga mecânica e térmica. Esta

elevada solicitação da ferramenta conduz aos

chamados desgastes ou avarias. Desgaste é o

fenômeno progressivo nas superfícies da ferramenta

em função da ação de cortar, que muda a forma

e, portanto a geometria original da ferramenta.

AVARIAS E DESGASTES DA FERRAMENTA

Quanto aos desgastes, os mesmos são resultantesde vários mecanismos distintos, dependendo danatureza do material usinado e das condições deusinagem, predominará um ou outro dosmecanismos sobre os demais. Isto depende domaterial da peça e da ferramenta, da operaçãode usinagem, das condições de corte, dageometria da ferramenta e do emprego e daeficiência da aplicação de fluido de corte.

MECANISMOS DE DESGASTE E AVARIA

Abrasão: envolve a perda de material por microsulcamento, microcorte ou

microlascamento, causado por partículas de elevada dureza relativa. Estas

partículas podem estar contidas no material da peça (óxidos, carbetos e

outros), ou são partículas da própria ferramenta arrancadas de alguma

forma.

Abrasão Mecânica

A abrasão ( ou atrito) mecânica é uma das principais causas de desgaste da

ferramenta.

•O desgaste gerado pela abrasão é incentivado pela presença de partículas

duras no material da peça e pela temperatura de corte, que reduz a dureza

da ferramenta.

•Assim, quanto maior a dureza a quente da ferramenta, maior sua resistência

ao desgaste abrasivo.

•As vezes, partículas duras arrancadas de outra região da ferramenta por

aderência ou mesmo por abrasão e arrastadas pelo movimento da peça,

causam o desgaste abrasivo em uma área adjacente da ferramenta.


Difusão: transferência de átomos de um material para outro, é dependente

da temperatura e solubilidade dos elementos da zona de fluxo. A área

desgastada, quando observada no microscópio, é lisa. A taxa de desgaste

aumenta com a velocidade de corte e o avanço.

Difusão

A difusão entre ferramenta e cavaco é um fenômeno microscópico ativado

pela temperatura na zona de corte. A difusão no estado sólido consiste na

transferência de átomos de um metal a outro. Depende da temperatura, da

duração do contato e da afinidade físico-química dos dois metais envolvidos

Difusão

A difusão dos átomos de ferro do aço do cavaco para a ferramenta,

principalmente se esta for de metal duro, muda as condições de equilíbrio

entre os elementos constituintes da mesma, levando a uma reação química

entre eles. Estas reações químicas, no caso de metal duro, provocam a

formação de carbonetos complexos (Fe W C26), que são menos resistentes e

são rapidamente removidos por abrasão


Oxidação: gerada pelas altas temperaturas e presença de ar e água, são

originados óxidos complexos de tungstênio, cobalto e ferro, que em

decorrência de sua expansão volumétrica, em relação ao WC, constituem-se

elevações na superfície da ferramenta, facilitando o lascamento e a quebra

da aresta de corte (entalhes).


Fadiga: variação nas forças ou na temperatura podem fragilizar a ferramenta

(trincas) levando-a à ruptura. Além da ação cíclica, este fenômeno é

provocado por variações na temperatura causadas pelo acesso irregular do

refrigerante de corte.


Aderência: duas superfícies metálicas postas em contato sob cargas

moderadas, forma-se entre elas um extrato metálico, de elevada resistência.

Sob estas condições fragmentos microscópicos são arrancados da superfície

da ferramenta e arrastados juntos com o fluxo e material.

Aderência

Também causada pelas baixas temperaturas e baixas velocidades de corte,

forma-se entre elas um extrato metálico que provoca aderência. A resistência

deste extrato é elevada a tal ponto que, na tentativa de separar as

superfícies, ocorre ruptura em um dos metais e não na superfície de contato.

O fenômeno da aderência esta presente na formação da aresta postiça de

corte, mas pode-se ter desgaste por aderência mesmo sem a formação da

aresta postiça.

MECANISMOS DE DESGASTE

Aresta Postiça de

Corte: Forma-se na

superfície de contato

entre o cavaco e a

sup. de saída. Uma

camada de cavaco

que permanece

aderente à aresta de

corte. Em função dos

esforços a camada

solda-se à ferramenta,

Mecanismos Causadores do Desgaste

da Ferramenta

Aresta Postiça de Corte

Desgaste Frontal X Velocidade de Corte Mostrando

a região de formação da Aresta Postiça de Corte

PROVIDÊNCIAS – ARESTA POSTIÇA

Aumente a velocidade de corte e o avanço.

Não utilize refrigeração.

Selecione um quebra-cavacos mais positivo.

DESGASTES DA FERRAMENTA

Desgaste de Flanco ou Largura do desgaste na superfície principal de folga

(VB): é o desenvolvimento de uma zona de desgaste da ferramenta devido à

ação abrasiva existente entre a ferramenta e a superfície nascente gerada

na peça pela usinagem.

Desgaste Frontal ( ou de flanco)

ocorre na superfície de folga da ferramenta, causado pelo contato entre

ferramenta peça. É o tipo de desgaste mais comum. Todo processo de

usinagem causa desgaste frontal

PROVIDÊNCIAS - FLANCO

Reduza a velocidade de corte. Selecione uma classe mais resistente ao

desgaste.


Desgaste de Cratera ou Desgaste na superfície de saída da ferramenta (KT) :

a principal causa do desgaste de cratera é a difusão, uma vez que ocorrem

elevadas temperaturas na interface cavaco/sup. de saída, assim sendo o

desgaste aumenta com o aumento das condições de corte (Vc).

b) Desgaste de Cratera

É o tipo de desgaste que ocorre na superfície de saída da ferramenta,

causado pelo atrito entre a ferramenta e o cavaco (figura 6.2) Não ocorre

em todos os processos de usinagem, como ferramentas de metal duro

recoberto, ferramentas de cerâmica e quando o material da peça é frágil

(gera cavacos curtos).

PROVIDÊNCIAS - CRATERA

Utilize refrigeração. Selecione uma classe mais resistente ao desgaste. Reduza

a velocidade de corte e o avanço

MEDIDAS DE DESGASTES


Entalhes: originam-se principalmente nas extremidades da aresta de corte, o

que pode desencadear a deterioração prematura da aresta da ferramenta.

A morfologia do entalhe depende em grande parte da precisão de

posicionamento da aresta de corte. Pode ocorrer tanto na superfície principal

de folga como na superfície secundária de folga da ferramenta.


O entalhe ocorre principalmente na usinagem de materiais resistentes a altas

temperaturas (ligas de níquel, titânio, cobalto e aço inoxidável), devido à

abrasão, difusão e “attrition”, influenciada pelas interações com a atmosfera

(oxidação).

PROVIDÊNCIAS - ENTALHE

Reduza a velocidade de corte. Reduza a taxa de avanço. Selecione

ferramenta com um ângulo de posição menor.

Desgaste

AVARIAS DA FERRAMENTA

Fenômeno que ocorre de maneira repentina einesperada, causado pela quebra, lascamentoou trinca da aresta de corte. A quebra e olascamento leva à distribuição total ou à perdade uma quantidade considerável de materialda aresta de forma repentina e imprevisível. Aquebra é mais comum em ferramentas combaixa tenacidade, como as cerâmicas eultraduros.


Quebras: a ruptura da ponta da ferramenta é originada pela ação de elevados esforços de

usinagem. Podem ser causadas pelo uso de material de corte quebradiço, ocorrência de

corte interrompido, parada do corte sem a retirada prévia da ferramenta, além de ε e β

pequenos.

Quebra

Como foi visto, todos os desgastes e avarias da ferramenta, ao crescerem

podem gerar a quebra da ferramenta.

Fig, Quebra da ferramenta

Algumas vezes, porém, a quebra (figura 6.7) pode ocorrer inesperadamente

devido à alguns fatores como: Ferramenta muito dura, carga excessiva sobre

a ferramenta, raio da ponta, ângulo de ponta ou ângulo de cunha

pequenos, corte interrompido, parada instantânea do movimento de corte,

etc...

Quebra

A quebra da ferramenta ocasiona não somente dano na ferramenta, mas

também no porta ferramenta e na própria peça.

EXEMPLOS DE QUEBRA

PROVIDÊNCIAS – QUEBRA

Reduza a taxa de avanço e a profundidade de usinagem. Selecione uma

classe mais tenaz. Selecione um quebra-cavacos mais resistente. Selecione

uma pastilha mais espessa.


Lascamento: é o desprendimento de lascas ou lascamento de finas partículas

da aresta cortante causados principalmente pelo choque térmico (corte

interrompido por exemplo), são mais frequentes em ferramentas que

apresentam maior dureza.

Lascamento

É um tipo de avaria da ferramenta, pois ao contrário dos desgastes frontal e de cratera que

retiram continuamente partículas muito pequenas da ferramenta, no lascamento (figura

6.4), partículas maiores são retiradas de uma só vez, podendo levar até a quebra da

ferramenta.

Ocorrem principalmente em ferramentas com material frágil e/ou

quando a aresta de corte é pouco reforçada, sobretudo em

pastilhas cerâmicas e de metal duro com recobrimento

EXEMPLOS DE LASCAMENTO

Causas do lascamento

Ferramenta pouco resistente devido a:

Ângulo de cunha n ou ângulo de quina r muito pequenos;

Mau acabamento do gume;

Pastilha muito dura ou pouco tenaz para o serviço que está sendo

executado;

Sobresolicitações mecânicas devido a:

Cortes interrompidos ou impactos, especialmente na usinagem de materiais

muito tenazes;

Inclusões duras no material da peça. Estas inclusões provocam lascamentos

parciais, especialmente nos graus mais duros e resistentes ao desgaste de

metal duro e nas cerâmicas. Os aços rápidos são pouco sensíveis a este tipo

de sobresolicitação;

Dimensões excessivas do cavaco;

Vibrações de qualquer origem, principalmente em ferramentas de metal

duro ou cerâmicas.

Sobresolicitações térmicas

resfriamento brusco de pastilhas muito quentes, na afiação

ou na usinagem.

O lascamento pode ser eliminado na

maioria dos casos por: Usar ângulos de incidência adequados;

Empregar ângulos de saída negativos em todos os trabalhos severos com pastilhas de metal duro ou cerâmicas, especialmente em cortes interrompidos, usinagem de fundidos com inclusões duras, peças com cordões de solda, etc;

Emprego de metal duro de grau adequado;

Retificado fino ou polido da face e do flanco da ferramenta;

Na usinagem com fortes impactos devidos a cortes interrompidos ou com grandes avanços, ou de materiais com inclusões de alta dureza, tem-se obtido ótimos resultados com um leve “cegamento” do gume por meio de uma pedra de afiar (“oilstone”). A pedra, segura num ângulo de 30 a 45o, é passada no gume até que se forma um pequeno chanfro com largura igual a aproximadamente 20% do avanço.

Trincas

Condições econômicas de corte

A velocidade de corte tem grande influência sobre o desgaste e,

consequentemente, sobre a vida da ferramenta de usinagem. Influência

essa mais significativa que o avanço e a profundidade de usinagens, uma

vez que atua fortemente sobre a economia do processo como um todo.

Isso indica que, de maneira geral, para a otimização da produtividade em

um processo de usinagem, deve-se, a princípio, aumentar a profundidade

de usinagem, em seguida, aumentar o avanço e, por último, elevar a

velocidade de corte, mas sempre observando-se a limitação de potência

da máquina e a resistência mecânica da peça e das ferramentas. Como

O avanço está relacionado ao acabamento superficial, seu aumento

também será limitado por esse fator.

CÁLCULO DA VELOCIDADE DE MÁXIMA

PRODUÇÃO (Vmxp)

Um ciclo básico e genérico de usinagem de uma peça, pertencente a um lote de Z peças,

pode ser constituído das seguintes fases:

• Fase a: preparo da máquina-ferramenta para usínagem de um lote de Z peças.

• Fase b: colocação e âxação da peça para usínagem na máquina-ferramenta (carga).

• Fase c: aproximação ou posicionamento da ferramenta para o início do corte.

• Fase d: corte da peça.

• Fase e: afastamento da ferramenta.

• Fase f: soltura e retirada da peça usínada (descarga).

Condições econômicas de corte

Condições de corte

o número de peças usinadas (Zt ) deve ser o número inteiro resultante da

divisão do tempo de vida pelo tempo de corte:

Admitindo-se que ao final do lote haverá uma troca, pode-se escrever que:

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