MATERIAL DA PEÇA

PEÇAmanuseio

Característicasespeciais

fixação

FERRAMENTA

Geometria daferramenta

Material daferramenta

TECNOLOGIA DETECNOLOGIA DETECNOLOGIA DETECNOLOGIA DEUSINAGEMUSINAGEMUSINAGEMUSINAGEM

PROCESSOEstratégia

Controle emonitoramento

CAD/CAM

MÁQUINA-FERRAMENTA

Segurança

Construçãode baixo peso

Base da máquina

Fixação dossuportes daferramenta

Sistema de fluidorefrigerante

Fuso de altafrequência

controle

Motores

CNC controle

FerramentaFerramentamaterialmaterial

revestimentorevestimento

geometriageometria

CAVACO CONTÍNUO

Formado continuamente. Força de corte variamuito pouco, a qualidade superficial é boa.

CAVACO CISALHADO

Ruptura parcial ou total do cavaco. Soldagemdevida à alta pressão e temperatura. Serilhadonas bordas. Variação da força de corte, superfície com ondulosidade.

CAVACO ARRANCADO

Usinagem de materiais frágeis. Rompimentoem pequenos segmentos (presença de grafita). Superfície com qualidade superficial inferior.

Exigências básicas para um material de corte

Elevada dureza a frio e a quente Tenacidade

Resistência ao desgaste por abrasão

Estabilidade química

Custo e facilidade de obtenção

Avarias e desgastes

especificação do fim de vida da ferramenta

tipos de avarias

lascamentos trincas longitudinais trincas transversais

deformação plástica do gume

Avarias e desgastes

especificação do fim de vida da ferramenta

tipos de avarias

tipos de desgastes

de flanco (VB)

de cratera (KT)

Vbmáx

Vbm édio Kt Vbm áx

Desgaste de Cratera Face

Desgaste de Flanco

Difusão

Abrasão

Oxidação

Adesão

Des

gast

e T

otal

Temperatura de Corte(Velocidade de Corte; Avanço e outros fatores)

Zona de oxidação

Flanco

Face

Oxidação

Material da Peça Ck53 NMaterial de Corte HW-P30

Velocidade de Corte V =125m/minC

Condições de Corte a f = 3 0,25 mmp • • 2

Tempo de corte t = 20minc

Cavaco

Aço C10

Ferramenta

Metal Duro P30

TiC - WC (Tac/NbC)

Metal Duro P30

Aço Ck53

Dissolução do WC no: Zona A: Fe - Co - MK

Zona B: Co - Fe - MKFe W C; (FeW) C; (FeW) CCo - WC - MK

Fe C Co

B

A

3 3 6 23 6

C

Aço rápidoDesenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em1900 na Exposição Mundial de Paris

ComposiçãoElementos de Liga: tungstênio, cromo e vanádio como elementos básicos de liga e pequena quantidade de manganês para evitar fragilidade. Em 1942 devido a escassez de tungstênio provocada pela guerra, este foi substituído pelomolibdênio.

Característicastemperatura limite de 520 a 600oC mantendo dureza de 60-67 HRC;maior resistência à abrasão em relação ao aço-ferrameta;preço elevado; tratamento térmico complexo.

Aço Rápido com Cobalto

O aço rápido ao cobalto, denominado de aço super-rápido, apareceram pela primeira vezem 1921.

Característicamaior dureza a quente; maior resistência ao desgaste; menor tenacidade.

Metal duro

1. Elevada dureza;

2. Elevada resistência à compressão;

3. Elevada resistência ao desgaste;

4. Possibilidade de obter propriedades distintas nos

metais duros pela mudança específica dos carbonetos e

das proporções do ligante.

5 Controle sobre a distribuição da estrutura

carbonetos de tungstênio (WC) :dureza a qte

cobalto : ligante

TiC (Carbonetos de Titânio): pouca tendência à difusão; redução da resistência intern a e dos

cantos.

TaC (Carbonetos de Tântalo) e NbC (Carboneto de Nióbio) : pequenas quantidades diminuição

do tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade e a resi stência dos cantos.

Metal duro - Fabricação

Fabricação do pó Prensagem Sinterização

(Ti,Ta)C

Dur

eza

Res

istê

n-ci

a à

Cor

rosã

o TiC

TaCR

esis

tên-

cia

a F

lexã

o TaCTiC

Res

istê

n-ci

a ao

D

esga

ste

Conteúdo de Co

Tamanho do Grão do WC

Conteúdo de Car-bonetos Mistos

Qualidade do Material da Ferramenta

Alta Resistência ao Desgaste

AltaTenacidade

Conteúdo de Co:

Tamanho do Grão do WC:

Conteúdo de Carbonetos Mistos: Conteúdo de Carbonetos Mistos:

Tamanho do Grão do WC:

Conteúdo de Co:

Classificação dos MD

WC-COWC-(Ti, Ta, Nb)C-Co eTiC/TiN-Co, Ni. - CERMETS

Metal duro - Fabricação

Retífica Tratamento dos gumes Cobertura

Gravação e etiquetagem

Nos metais-duros, consegue-se significativamente au mentar tanto a dureza do material quanto a tensão de escoamento transversal,

com a diminuição do tamanho de grão do carboneto de tungstênio WC

Tamanho dos micro-grãos da classe K03 (aumento de 10000 x – MEV)

2 µm ▬▬▬ 10000 x

1 32

Resultados com Tamanho dos micro-grãos da classe K03

Material:Material:Material:Material: DIN 1.2083 Dureza:Dureza:Dureza:Dureza: 52 HRC Ferramenta:Ferramenta:Ferramenta:Ferramenta: topo esférico diâmetro: 6 mm comprimento: 156 mm Tecnologia:Tecnologia:Tecnologia:Tecnologia: corte concordante/periférico rampa 75° a n : 0,3 mm a et : 0,3 mm f z : 0,1 mm v c : 250 m/min 0.00

0,03

0,05

0,08

0,10

0 19 33 47 61 75 89 103 117 131 145 159 173 187 201 215 229 243 257 271 Comprimento usinado (L) [m]

Ferramenta 1 Ferramenta 2 Ferramenta 3

Desgaste de flanco máximo (VBmax) [mm]

14

min

10

8

6

4

2

0

(B)

: Res

istê

ncia

à fl

exão

N/m

m²

(H)

: Dur

eza

HV

30

v = 16 m/min

f = 0,1 mm

a = 1,0 mm

c

p

Placa de corte reversívelSPGN 120308Gume afiado

χ = 75°r

Padrão Grão finíssimo Grão ultrafiníssimo

Padrão Grão finíssimo

Grãoultrafiníssimo

Torneamento de fundido duro

(80 shore)

Vid

a út

il T

WC-6Co-Metal Duro

AdesãoDescascamento

AbrasãoOxidação

Difusão

Efeitos superfíciais

Efeitos volumétricosTensões

Formação de trincas

Micro-fraturas

Fraturas

Fenômenos de desgaste em ferramenta revestida

Processos de revestimento: CVDChemical Vapour Deposition

CH4

2H

Entrada de gás

2H + T1C14

H2

Líquido T1C14

VaporizadorSaída de gás

camada de camada de camada de camada de TiCTiCTiCTiC= o = o = o = o tetracloretotetracloretotetracloretotetracloreto de titânio (TiClde titânio (TiClde titânio (TiClde titânio (TiCl4444) vaporizado ) vaporizado ) vaporizado ) vaporizado éééé levado levado levado levado juntamente com metano (CHjuntamente com metano (CHjuntamente com metano (CHjuntamente com metano (CH4444) ) ) )

No processo CVD de alta temperatura clNo processo CVD de alta temperatura clNo processo CVD de alta temperatura clNo processo CVD de alta temperatura cláááássico (processo HTssico (processo HTssico (processo HTssico (processo HT----CVD) que CVD) que CVD) que CVD) que ocorre a uma temperatura de 900 a 1100ocorre a uma temperatura de 900 a 1100ocorre a uma temperatura de 900 a 1100ocorre a uma temperatura de 900 a 1100°°°°C e, a uma pressão abaixo da C e, a uma pressão abaixo da C e, a uma pressão abaixo da C e, a uma pressão abaixo da pressão atmosfpressão atmosfpressão atmosfpressão atmosféééérica, ocorre uma rearica, ocorre uma rearica, ocorre uma rearica, ocorre uma reaçççção quão quão quão quíííímica, na qual mica, na qual mica, na qual mica, na qual éééé formado formado formado formado carboneto de titâniocarboneto de titâniocarboneto de titâniocarboneto de titânio

2150101000

244 4 nHHclTiCnHCHTiCL mbarC ++ →++ −ο

Fresamento a seco

Aço para melhoramento

Fresamento molhado

Des

gast

e

175

min

125

100

75

50

25

0sem CVD MT-CVD

Vid

a út

il T

c

Tipo de revestimento

41 Cr 4 St 52-3 X2CrNi1812 Liga de Titânio

sem

sem

CV

D (

TiC

- T

iN)

sem

Tipo de revestimento

MT

-CV

D

5

4

3

2

1C

ompr

imen

to ú

til-r

elaç

ão

250 32 160 8018800,1

3 - 5

3 12 7125 25 350,33 0,28 0,0852,5 3 232 131 60

(Rm = 950 N / mm²)D = 100 mmv = 113 m/minf = 0,1 mma = 6 mm

D (mm)

Zv (m/min)

f (mm)

a (mm)

a (mm)

czp

czpe

Mic

rotr

inca

s

Des

gast

e

Physical Vapour Deposition.

Deposição em vácuo onde, primeiramente, um material é t ransformado emvapor, então é transportado nessa fase e por último é depos itado na superfíciede um substrato.

Deposição de ligas, multi-camadas, nanocamadas e cama das com gradiente de composição.

A técnica consiste basicamente na aplicação de uma voltag em negativa (bias) nos substratos. A forma através da qual o material é tr ansformado para a fasevapor é o principal ponto de distinção dos processos.

Vaporização a vácuo;SputteringIonplating

PVD

-temperatura de processo de 200 até 600 °°°°C com solicitação relativamente pequena de temperat ura do material do substrato

- A resistência à flexão do substrato continua não af etada em razão da baixa temperatura de revestimento .

- Em camadas PVD surgem tensões de compressão, que l imitam a espessura da camada real de 3 a 5 µµµµm. O perigo de formação de fissuras nesse tipo de solici tação é reduzido através dos tensões de compressão.

- O processo PVD em ferramentas revestidas necessita um pré-trabalho superficial e um desenvolvimento d o processo muito cuidadoso a fim de se obter uma exce lente aderência da camada. Os efeitos da vaporizaçã o e da difusão provocam uma melhor aderência da camada em processos CVD.

- Em razão dos efeitos de sombreamento no processo P VD obtém-se espessuras de camadas relativamente iguais direcionadas num só sentido para a rotação da s partes revestidas.

- Há grande quantidade de sistemas de camadas e mater iais de substratos.

PVD

Bom

ba d

e vá

cuo

Aba

stec

imen

to d

e en

ergi

a

Gás

iner

teG

ás d

e re

ação

Vap

oriz

ador

de

átom

os m

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Sup

orte

do

subs

trat

o

Sub

stra

to

Rec

ipie

nte

Câm

ara

de r

eves

timen

to

Mat

eria

l de

reve

stim

ento

Metal duro com revestimento simples:

TiC: baixo coeficiente de atrito, menor difusão, menos adesã o e soldas a frio, menores forças de

avanço e passiva; alta dureza, baixo coeficiente de dil atação térmica;

TiN: alta força de ligação interna, estável quimicamente, po uca difusão, pouco desgaste de cratera;

Al2O3: alta dureza (frágil), alta resistência a quente, alta re sistência química, baixa resistência a

oscilações de temperaturas;

Revestimentos múltiplos: deposição de 10 camadas com combinação das propriedade s

Metal Duro HW-P10 Cermet HT-P15

TiN(Ti, Ta, W) (C, N)(Ti, Ta, W, Mo) (C, N)(Ti, Ta, W, Mo) (C, N)

LiganteCo, Ni (Ti, W, Mo)Ni (Ti, Al)

- Parte efetiva principal

Ligante

Co-W-C-

(Ti, Ta, Nb, W) CWCPastículas de material duro

Microscópio eletrônico de varredura

3

Microscópio eletrônico de varredura

Representação esquemática Representação esquemática

Pastículas de material duro

Cerâmicas

Cerâmicas

Cerâmicas óxidas Cerâmicas não óxidas

Cerâmica óxida

Cerâmica mista

Cerâmicareforçadac/ whisker

Cerâmicade nitretode silício

Al O2 3

32Al O +ZrO

43 Si N + aditivos sinterizados

2

Al O +TiC2 3

Al O +ZrO +TiC

32 2

Al O

+ SIC - Whisker

32

Si N + Sialon + aditivos sinterizados

Si N + material duro + aditivos sinterizados

43

3 4

Cerâmicas

Cerâmica óxida Cerâmica mista Cerâmica de nitreto de silício

Cerâmica reforçada com Whisker Ampliação Cerâmica de nitreto de silício revestida

( Al O + ZrO ) ( Al O + TiC ) ( Si N + MgO )

Al O + SiC - Whisker ) ( Al O + SiC - Whisker ) ( Si N + Al O )

2 3 2 3 3 4

3 42 3 2 3

Cerâmica a base de óxido (Puro)

Característica: baixa resistência; baixa condutividade térmica; fratur a do gume, casoa condição de corte não seja boa; baixa dureza.

Cerâmica a base de óxido (mista)

Característica: Devido à adição de novos elementos como carbonetos de titâ nio e tungstênio, os insertos: melhor resistência ao choque té rmico; melhorcondutividade térmica.

Cerâmica a base de nitreto de silício

Característica: melhor resistência ao choque; considerável dureza a quen te; éexcelente para usinar ferro fundido cinzento a seco; Os i nsertos são obtidos atravésde prensagem de alta pressão a frio seguida de sinteriza ção, ou maisalternativamente, através de pressão a quente.

Cerâmicas

Material daferramenta

Material da peça : GG26CrVelocidade de corte: vc=600-360 m/minAvanço: f=0,46 mmProfundidade de corte: ap=3 mm

Al 0 /Cerâmica Si N /Cerâmica

0

2 3 3 4

150

300

450

600

750

1350

Peças

1500

Peça bruta Chanfrado Não chanfrado

Material da peça : GG25Velocidade de corte: vc=1000 m/minAvanço: f=0,5 mmProfundidade de corte: ap=3 mm

Peças

600

450

300

150

0

Qua

ntid

ade

N

ChanfradoNão chanfrado

Aplicação de cerâmica de corte Si3N4 na usinagemde discos de freio (de acordo com Daimler – Benz, Feldmühle)

Característica: mais estáveis que o diamante, especialmente contra a oxidação; dureza elevada; altaresistência à quente; resistência ao desgaste; quebradiço; alto custo; excelente qualidade superfici al da peça usinada; envolve elevada força de corte devidoà geometria de corte negativa, alta fricção durante a usinagem.

Usinagem de aços duros; de desbaste e de acabamento; cortes severos e interrompidos;

Os cristais de boro cúbico são ligados por cerâmica ouligante metálico, através de altas pressões e temperatura.

As partículas orientadas a esmo, conferem uma densaestrutura policristalina similar a do diamante sintét ico.

CBN

Aplicações onde fluido de corte deve ser descartadoCaracterística: especialmente contra a oxidação; dureza elevada; altaresistência à quente; resistência aodesgaste; quebradiço; alto custo; excelente qualidade superficial da peçausinada; envolve elevada força de cortedevido à geometria de corte negativa, alta fricção durante a usinagem.

Os cristais de boro cúbico são ligadospor cerâmica ou ligante metálico, através de altas pressões e temperatura.

As partículas orientadas a esmo, conferem uma densa estruturapolicristalina similar a do diamante sintético.

4 direções principais de clivagem

Classificação dos diamantes

Diamantes negros: são “amorfos”, quandoaquecidos perdem a sua dureza. ferramentas para retificar rebolos, pontasde brocas para minas.

Bolos: são diamantes claros, de crescimento irregular, são redondos, nãoencontram aplicação como ferramentasutilizadas na usinagem.

Bort:(usado na usinagem de ultra precisão), especialmente o africano, monocristalino. Anisotropia, suas propriedades variam com a direção.

Diamante

Diamante policristalino: diamante sintético. A camada de diamante policristalino é produzidapela sinterização das partículas de diamante com cobalto num processo de alta pressão (600 à700MPa) e alta temperatura (1400 à 2000°C). A camada de aproximadamente 0,5mm de espessura, ou é aplicada diretamente sobre umapastilha de MD pré sinterizada, ou então é ligadaao metal duro através de uma fina camadaintermediária de um metal de baixo ponto de fusão.

Usinagem de micro-

precisão

Características principais do fresamento de grafita Industrialaumento da vc relacionado com aumento da vida da ferramenta

aumento do avanço até um certo valor

corte discordante

Standwegendekriterium:VB = 100 µmmax

Werkzeug:SchaftfräserD = 12 mmz = 2

Werkstoff:Graphit EK 85

Schnitt-bedingungen:f = 0,05 mma = 3 mma = 12 mm

pe

z

25

m

20

15

10

5

0 2100m/min15001200900600300

HM K10HM P25HM K10 (TiN)Cermet

Schnittgeschwindigkeit vc

Sta

ndw

eg p

ro Z

ahn

Lfz

250

m200

150

100

50

0 2100m/min15001200900600300

K10, diamantbeschichtetPKD

Schnittgeschwindigkeit vc

Sta

ndw

eg p

ro Z

ahn

Lfz

Velocidade de corte vc Velocidade de corte vc

LL

Critério de fim de vida: VBmax= 100 µm

material: grafite EK 85

Ferramenta: topo reto; D= 12 mm, z= 2parâmetros de corte: fz= 0,05 mm/rotap= 3 mm; ae= 12 mm

Quadro Comparativo de Propriedades

Tempo de Usinagem em função do tipo de Material de Ferramenta e Década