teoria da usinagem dos materiais - 2ª edição revista

Conteúdo

1 INTRODUÇÃO À TEORIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS ................................. 151.1 Principais operações de usinagem ..................................................... 19

1.2 Grandezas físicas no processo de corte ............................................. 27

1.2.1 Movimentos ............................................................................. 27

1.2.2 Direções dos movimentos ....................................................... 28

1.2.3 Percursos da ferramenta na peça ........................................... 30

1.2.4 Velocidades .............................................................................. 30

1.2.5 Conceitos auxiliares ................................................................ 31

1.2.6 Grandezas de corte ................................................................. 33

1.2.7 Grandezas relativas ao cavaco ................................................ 35

Referências bibliográfi cas ........................................................................... 37

2 GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE .............................................................. 392.1 Defi nições ............................................................................................ 39

2.2 Sistemas de referência ........................................................................ 42

2.2.1 Planos do sistema de referência da ferramenta..................... 42

2.2.2 Ângulos do sistema de referência da ferramenta .................. 48

2.3 Funções e infl uência dos principais ângulos da cunha cortante ...... 53

2.4 Outros atributos da cunha cortante ................................................... 54


3 FORMAÇÃO DE CAVACOS .......................................................................................... 573.1 Corte ortogonal. .................................................................................. 59

3.2 Relações cinemáticas e geométricas no corte ortogonal................... 61

3.3 Tipos de cavacos.................................................................................. 66

3.3.1 Cavacos contínuos ................................................................... 67

3.3.2 Cavacos descontínuos ............................................................. 68

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10 TEORIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS

3.3.3 Cavacos segmentados ............................................................. 69

3.4 Formas de cavaco ................................................................................ 71

3.5 Controle do cavaco .............................................................................. 73

3.5.1 Quebra-cavacos postiço .......................................................... 75

3.5.2 Quebra-cavacos integral, tipo I: anteparo .............................. 75

3.5.3 Quebra-cavacos integral, tipo II: cratera ................................ 76

3.6 Interface ferramenta/cavaco ............................................................... 79

3.6.1 Atrito no corte de metais ........................................................ 81

3.6.2 Zona de aderência ................................................................... 85

3.6.3 Zona de escorregamento ......................................................... 87

3.6.4 Aresta postiça de corte (APC) ............................................... 87

3.6.5 Infl uência das diferentes condições da interface

nas variáveis do processo ........................................................ 88


4 FORÇA E POTÊNCIA DE USINAGEM ......................................................................... 934.1 Força de usinagem no corte oblíquo (tridimensional) ...................... 93

4.2 Força de usinagem no corte ortogonal (bidimensional) ................... 95

4.2.1 Tensões no plano de cisalhamento secundário ...................... 98

4.3 Determinação teórica do ângulo de cisalhamento............................. 99

4.3.1 Teoria de Ernst e Merchant .................................................... 99

4.3.2 Teoria de Lee e Shaffer ........................................................... 101

4.4 Determinação teórica da força de corte ............................................. 106

4.4.1 Determinação teórica da pressão específi ca de corte

no torneamento. ...................................................................... 109

4.4.2 Determinação teórica da pressão específi ca de corte

no fresamento. ......................................................................... 112

4.5 Determinação experimental da força de usinagem (métodos de

medição) .............................................................................................. 114

4.5.1 Princípio de medição por extensômetros (strain gauges) .... 115

4.5.2 Princípio de medição por cristais piezoelétricos ................... 120

4.6 Potência de usinagem ......................................................................... 121

4.7 Medição de potência em usinagem .................................................... 123



11Conteúdo

5 TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM. ................................................... 1295.1 Temperatura na formação de cavacos: Modelo de Trigger E. Chao .... 140

5.2 Temperatura na formação de cavacos: Modelo de Loewen e Shaw .... 144

5.2.1 Temperatura no plano de cisalhamento (TZ) ......................... 152

5.2.2 Temperatura na interface ferramenta/cavaco (Tf): ............... 154

5.3 Temperatura na formação de cavacos: FEM (Método dos

elementos fi nitos) ................................................................................ 159

5.4 Temperatura na formação de cavacos: estimativas experimentais .. 160

5.4.1 Termopares inseridos na ferramenta. .................................... 161

5.4.2 Termopar ferramenta/peça ..................................................... 164

5.4.3 Radiação infravermelha. ......................................................... 166

5.4.4 Vernizes termossensíveis. ....................................................... 167

5.4.5 Propriedades metalográfi cas. ................................................. 168

5.4.6 Sais com diferentes temperaturas de fusão ........................... 170

5.4.7 Filmes depositados por PVD................................................... 171


6 FLUIDOS DE CORTE ..................................................................................................... 1756.1 Funções dos fl uidos de corte .............................................................. 176

6.2 Classifi cação dos fl uidos de corte ....................................................... 179

6.2.1 Óleos ........................................................................................ 180

6.2.2 Emulsões .................................................................................. 180

6.2.3 Soluções ................................................................................... 181

6.3 Aditivos ................................................................................................ 182

6.4 Considerações a respeito da utilização de fl uidos de corte .............. 183

6.5 Direções de aplicação do fl uido de corte ........................................... 185

6.6 Métodos de aplicação dos fl uidos de corte ........................................ 186

6.7 Seleção do fl uido de corte ................................................................... 188

6.7.1 Recomendações quanto ao material da peça ......................... 188

6.7.2 Recomendações quanto ao material da ferramenta .............. 190

6.7.3 Recomendações quanto à operação de usinagem ................. 191


7 MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE ........................................................ 1957.1 Aços-carbono e aços ligados ............................................................... 196

7.2 Aços rápidos ........................................................................................ 198



7.2.1 Aço rápido revestido ............................................................... 206

7.2.2 Aço rápido produzido pela metalurgia do pó ......................... 207

7.3 Ligas fundidas ...................................................................................... 208

7.4 Metal duro ............................................................................................ 211

7.4.1 Fabricação do metal duro ....................................................... 216

7.4.2 Metal duro revestido ............................................................... 219

7.5 Cermets ................................................................................................ 225

7.6 Cerâmicas ............................................................................................ 227

7.6.1 Cerâmica à base de Al2O

3 ........................................................ 230

7.6.2 Cerâmica à base de Si3N

4 ........................................................ 233

7.7 Diamante e nitreto cúbico de boro ..................................................... 235

7.8 Seleção de materiais para ferramentas de usinagem ........................ 241


8 AVARIAS, DESGASTES E MECANISMOS DE DESGASTEDAS FERRAMENTAS DE CORTE ................................................................................ 2518.1 Avarias nas ferramentas de corte ....................................................... 253

8.1.1 Avaria de origem térmica ........................................................ 254

8.1.2 Avarias de origem mecânica ................................................... 262

8.2 Desgaste nas ferramentas de corte .................................................... 266

8.3 Mecanismos de desgaste ..................................................................... 271

8.3.1 Deformação plástica superfi cial por cisalhamento a altas

temperaturas (Figura 8.19) .................................................... 272

8.3.2 Deformação plástica da aresta de corte sob altas tensões

de compressão (Figura 8.19) .................................................. 274

8.3.3 Difusão (Figura 8.19) .............................................................. 276

8.3.4 Aderência e arrastamento: attrition (Figura 8.19) ................ 278

8.3.5 Abrasão (Figura 8.19) ............................................................. 280

8.3.6 Desgaste de entalhe (Figura 8.19) ......................................... 282

8.4 Curva de vida das ferramentas ........................................................... 287


9 INTEGRIDADE SUPERFICIAL ...................................................................................... 2979.1 Rugosidade .......................................................................................... 299

9.1.1 Parâmetros para a quantifi cação da rugosidade .................... 301


13Conteúdo

9.1.2 Cálculo da rugosidade no processo de torneamento ............. 3059.1.3 Cálculo da rugosidade para a operação de fresamento ......... 3069.1.4 Efeitos de alguns parâmetros de usinagem na rugosidade ... 3079.1.5 Medição da rugosidade ........................................................... 311

9.2 Alterações subsuperfi ciais .................................................................. 3139.2.1 Alterações de natureza mecânica ........................................... 3139.2.2 Alterações de natureza metalúrgica ....................................... 314

9.3 Avaliação da integridade superfi cial ................................................... 3149.3.1 Tensão residual ........................................................................ 3159.3.2 Fadiga....................................................................................... 319

9.4 Infl uência dos parâmetros e da operação de usinagem sobrea integridade superfi cial ...................................................................... 320


10 CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE CORTE .................................................................... 32710.1 Cálculo da velocidade de máxima produção (V

mxp) ......................... 328

10.2 Cálculo da velocidade econômica de corte (Vo) .............................. 333

10.3 Intervalo de máxima efi ciência (Imef

) ................................................ 338Referências bibliográfi cas ........................................................................... 339

11 USINAGEM POR ABRASÃO ....................................................................................... 34111.1 Grandezas físicas das operações de retifi cação ............................... 34411.2 Rebolo ................................................................................................ 34711.3 Mecanismo de corte na retifi cação ................................................... 35311.4 Dressagem ......................................................................................... 35511.5 Forças e potência de retifi cação ....................................................... 35811.6 Temperatura de retifi cação ............................................................... 36011.7 Fluidos de corte ................................................................................. 36311.8 Operações especiais de retifi cação ................................................... 364

11.8.1 Retifi cação creep feed .......................................................... 36411.8.2 Retifi cação sem centros (centerless) ................................. 365


12 ASPECTOS TECNOLÓGICOS E RECOMENDAÇÕES ................................................ 36912.1 Aços-carbono e ligados ..................................................................... 37212.2 Aços inoxidáveis ................................................................................ 374

12.3 Ferro fundido (FoFo) ....................................................................... 377



12.4 Ligas termorresistentes e superligas (HSTR, do inglês High

Strenght Thermal Resistant Superalloys) ........................................ 380

12.5 Compósitos ........................................................................................ 383

12.6 Materiais endurecidos ....................................................................... 383

12.7 Efeitos de diversos elementos de liga na usinagem ........................ 385


APÊNDICE A1 – Valores dos coefi cientes da equação de Kienzle para o

Torneamento dos principais materiais metálicos

(catálogo Sandvik, 2002.8) .................................................... 389

APÊNDICE A2 – Valores dos coefi cientes da equação de Kienzle para o

Fresamento dos principais materiais metálicos

(catálogo Sandvik 2002.2) ..................................................... 393


Introdução à Teoria da Usinagem dos Materiais

Até meados do século XVIII, o principal material utilizado para peças, em engenharia, era a madeira, salvo raras exceções, a qual era usinada com ferra-mentas de aço-carbono. Com a Revolução Industrial, novos e mais resistentes materiais apareceram, impulsionando o desenvolvimento dos aços-liga como fer-ramentas de corte. Mais tarde, a utilização da água e do vapor como fontes de energia impulsionaram a indústria metal-mecânica, já no fi nal do século XVIII e início do século XIX, propiciando assim o aparecimento de máquinas-ferramentas responsáveis pela fabricação de outras variedades de máquinas e instrumentos em substituição ao trabalho humano em diversas atividades. A primeira contribui-ção relevante foi apresentada por John Wilkinson, em 1774 (McGEOUGH, 1988), ao construir uma máquina para mandrilar cilindros de máquinas a vapor, os quais antes eram usinados com equipamentos originalmente projetados para mandrilar canhões e que, portanto, não eram capazes de assegurar a exatidão exigida.

Os materiais a princípio utilizados na fabricação de máquinas a vapor eram o ferro fundido, o latão e o bronze, facilmente usinados com as ferramentas de aço-carbono temperado disponíveis na época. Ainda assim, eram necessários 27,5 dias de trabalho para mandrilar um dos cilindros de uma máquina de gran-de porte (TRENT, 1985).

Em 1797, Henry Maudslay desenvolveu o primeiro torno com avanço au-tomático, permitindo a produção de roscas com passo defi nido. Após a man-driladora e o torno surgiu a plainadora e, em 1860, a retifi cadora. A primeira fresadora universal, desenvolvida por J. R. Brown, surgiu em 1862 e foi utilizada inicialmente para a produção de canais em brocas helicoidais. Outro desenvol-vimento importante ocorreu em 1896, quando F. W. Fellows desenvolveu uma máquina capaz de produzir praticamente qualquer tipo de engrenagem.

Já no século XX surgiram produtos feitos de materiais mais duráveis e, consequentemente, mais difíceis de serem usinados. O advento das ferramentas de aço rápido, e mais tarde de carboneto de tungstênio, permitiu a usinagem de

aços e de outros materiais metálicos com produtividade crescente, também fa-

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Geometria da Ferramenta de Corte

A geometria da ferramenta de corte exerce grande infl uência no desempe-

nho da usinagem. Por melhor que seja o material da ferramenta, se a sua geome-

tria não for preparada adequadamente, não haverá êxito na operação. Tamanha

é a sua importância que se faz necessário normalizar, da maneira mais conve-

niente possível, os ângulos da cunha cortante para uniformizar a nomenclatura

entre os profi ssionais e a literatura especializada. Como a norma brasileira NBR

6163 – Conceitos da Técnica de Usinagem: Geometria da Cunha Cortante:

Terminologia (ABNT, 1980) trata desse assunto, as defi nições apresentadas a

seguir baseiam-se nela.

2.1 DEFINIÇÕES

As seguintes defi nições adotadas são necessárias para a determinação dos

ângulos da cunha cortante de uma ferramenta de usinagem.

A superfície de saída (Aγ) é a superfície da cunha de corte sobre a qual

o cavaco se move – e por superfície de folga entende-se a superfície que de-

termina a folga entre a ferramenta e a superfície em usinagem. Distinguem-se

a superfície principal de folga (Aα) e a superfície secundária de folga (Aα’).

Por meio do movimento relativo entre a peça e a ferramenta, formam-se os

cavacos pela ação da cunha de corte, composta pelas superfícies de saída e de

folga da ferramenta.

As arestas de corte são defi nidas pela interseção das superfícies de saída e

de folga. Deve-se distinguir a aresta principal de corte (S) da aresta secundária

de corte (S’): a primeira é aquela cuja cunha de corte, observada no plano de

trabalho, e para um ângulo da direção de avanço (ϕ) igual a 90o, indica a dire-

ção de avanço; a segunda é aquela cuja cunha de corte, observada no plano de

trabalho, e para um ângulo da direção de avanço (ϕ) igual a 90o, indica a direção

contrária à direção de avanço.

2


Formação de Cavacos

A base para um melhor entendimento de todos os processos de usi-

nagem está no estudo científi co da formação de cavacos. Esse estudo tem

proporcionado grandes avanços nos processos de usinagem e contribuído para

o aperfeiçoamento das arestas de corte, com quebra-cavacos cada vez mais

efi cientes, além de novos e mais efi cazes materiais para ferramentas e a possi-

bilidade de usinar os mais variados tipos de materiais. Sabe-se que o cavaco

é formado em altíssimas velocidades de deformação, seguidas de ruptura do

material da peça. Para um estudo mais detalhado, divide-se o processo em

quatro eventos:

Recalque inicial: devido à penetração da cunha cortante no material

da peça, uma pequena porção deste (ainda unido à peça) é pressionada

contra a superfície de saída da ferramenta.

Deformação e ruptura: o material pressionado sofre, de início, uma

deformação elástica, e, em seguida, uma deformação plástica, que au-

menta progressivamente até o estado de tensões provocar a ruptura.

Essa ruptura se dá, na maior parte das vezes, por cisalhamento, embo-

ra exista um estado de tensões que combina tensões de compressão/

tração e de cisalhamento e leve o material à ruptura, segundo algum

critério próprio de sua natureza frágil ou dúctil. Há a formação de uma

trinca que se propaga seguindo também um critério de propagação

de trincas próprio de cada material, caracterizando a ruptura. Como

a formação de cavacos ocorre dinamicamente, há planos instantâneos

de ruptura e de propagação de trincas que defi nirão uma certa região

entre a peça e o cavaco, chamada “zona primária de cisalhamento”.

Para facilitar o tratamento matemático dado à formação do cavaco,

modelos simples assumem essa região como sendo apenas um plano

matemático, ou seja, “o plano de cisalhamento”, no qual se concentra,

3


Força e Potência de Usinagem

4.1 FORÇA DE USINAGEM NO CORTE OBLÍQUO (TRIDIMENSIONAL)

O conhecimento da força de usinagem que age sobre a cunha cortante e

o estudo de seus componentes são de grande importância, porque possibilitam

estimar a potência necessária para o corte, bem como as forças atuantes nos

elementos da máquina-ferramenta, além de manter relação com o desgaste das

ferramentas de corte, infl uenciando a viabilidade econômica do processo.

A formação dos cavacos nos processos de usinagem ocorre, na maioria das

operações reais, tridimensionalmente, como ilustrado na Figura 4.1.

90° 90°

Cavaco

Peça

Cunha de corte Peça

Cavaco

Cunha de corte

Ângulo desaída

Ângulo deinclinação

FIGURA 4.1 Operação de corte tridimensional.

Por estar no espaço tridimensional, a força de usinagem (FU) possui três

componentes básicos que agem diretamente na cunha cortante e, por conse-

guinte, na estrutura da máquina-ferramenta. A Figura 4.2 mostra a força de usi-

nagem tridimensional e seus componentes para os processos de torneamento e

de fresamento.

4


Temperatura no Processo de Usinagem

A maior parte da potência consumida na usinagem dos metais é convertida em

calor próximo à aresta cortante da ferramenta e muitos problemas técnicos e econô-

micos são causados direta ou indiretamente por conta desse aquecimento (TRENT,

1988a). O custo da usinagem depende da quantidade de remoção de metal e pode ser

reduzido aumentando-se a velocidade de corte e/ou a velocidade de avanço, porém,

há limites para essas velocidades, acima dos quais a vida da ferramenta é drastica-

mente diminuída (e o custo, elevado). A maior parte da usinagem ocorre com aços

e ferros fundidos, e, no corte destes e das ligas à base de níquel, surgem problemas

técnicos e econômicos mais sérios. O corte desses metais gera um maior aquecimento

da ferramenta, provocando seu colapso em curto tempo de usinagem.

Por esses motivos, é importante compreender quais fatores infl uenciam a

geração de calor, bem como de que maneira os fl uxos de calor e as temperaturas

são distribuídos na ferramenta e na peça, próximo à aresta cortante. Nos últimos

oitenta anos, o progresso tem sido muito lento para identifi car com precisão a

distribuição das temperaturas na aresta cortante. Assim, hoje, são conhecidos

os princípios gerais dos fenômenos térmicos que ocorrem nessa região e alguns

casos particulares foram pesquisados.

Em 1798, foi apresentado pela primeira vez na Academia Real de Londres,

pelo conde Rumford (Benjamim Thomson), o registro de experiências em usi-

nagem, realçando o seu aspecto térmico (FERRARESI, 1977). Tais experiências

foram feitas utilizando-se o método do calorímetro, no qual se mede a tempe-

ratura da água que envolve a peça em usinagem, bem como a ferramenta e o

cavaco. Os resultados mostraram que, praticamente, toda a energia mecânica

envolvida na usinagem se transforma em energia térmica. Do ponto de vista

econômico, a vida de uma ferramenta é um item de grande importância, pois

depende mais da temperatura atingida na interface ferramenta/cavaco que da

quantidade total de calor liberada durante a operação. O calor liberado na in-

terface ferramenta/cavaco que vai para a ferramenta provoca um aumento da

5


Fluidos de Corte

Em se tratando de sistemas de manufatura, qualquer esforço para aumen-

tar a produtividade e/ou reduzir custos deve ser considerado. Na usinagem, o

uso de fl uidos de corte, quando escolhidos e aplicados apropriadamente, traz

benefícios. A seleção adequada de um fl uido de corte deve recair sobre aquele

que possuir composição química e propriedades corretas para lidar com as ad-

versidades de um processo de corte específi co. Ele deve ser aplicado usando-se

um método que permita sua chegada o mais próximo possível da aresta de corte

dentro da interface ferramenta/cavaco, a fi m de assegurar que suas funções

sejam exercidas adequadamente.

Em 1894, Frederick Winslow Taylor observou que aplicando grande

quantidade de água na região de corte, era possível aumentar a velocidade

de corte em 33%, sem prejuízo para a vida da ferramenta (RUFFINO, 1977).

Desde então, grandes avanços tecnológicos foram obtidos, tanto no que diz

respeito aos materiais quanto no que se refere às máquinas-ferramentas, fa-

zendo que a demanda por fl uidos de corte crescer consideravelmente. Alta

demanda estimula a competitividade, o que por sua vez provoca uma melhoria

na qualidade dos produtos disponíveis no mercado. Outro fator que também

contribui para o aumento da qualidade dos fl uidos de corte é a pressão exer-

cida por Agências de Proteção Ambiental e de Saúde para que os produtos

sejam comercializados com segurança e sejam menos nocivos ao meio am-

biente (NELSON & SCHAIBLE, 1988). O atual sucesso dos fl uidos de corte

também se deve a avanços obtidos durante a sua fabricação, particularmente,

no que se refere ao desenvolvimento de novos aditivos. Com isso, os fl uidos

de corte hoje utilizados apresentam melhores propriedades refrigerantes e

lubrifi cantes, oferecem menos riscos ao operador e duram consideravelmente

mais, além de apresentarem menos problemas de armazenagem que os fl uidos

de corte de gerações passadas.

6


Materiais para Ferramentas de Corte

O processo de usinagem baseia-se na remoção de material, utilizando como

ferramenta um material mais duro e mecanicamente mais resistente que a peça.

Partindo-se do princípio da dureza relativa, o surgimento de novos materiais e

ligas estruturais com excelentes propriedades de resistência mecânica e elevada

dureza contribuíram para o aparecimento de novos materiais para a confecção

de ferramentas mais resistentes para as operações de usinagem. Porém, a usi-

nagem de materiais frágeis ou em operações de cortes interrompidos (como no

caso de fresamento, por exemplo) requer materiais que componham ferramen-

tas com sufi ciente tenacidade para suportar os choques e impactos inerentes ao

processo de usinagem. Como, em geral, dureza e tenacidade são duas proprie-

dades distintas (normalmente alta dureza se associa a baixa tenacidade e vice-

-versa), o balanço dessas propriedades nos materiais de ferramenta de corte

se tornou um desafi o para os fabricantes. A conciliação dessas propriedades foi

conseguida com a produção de ferramentas com diferentes composições quími-

cas, refi namento de grãos, controle dos processos de fabricação e do tratamento

térmico, o que lhes confere graus compatíveis de pureza e qualidade.

As principais propriedades desejáveis em um material para ferramenta de

corte podem ser assim listadas:

Alta dureza.

Tenacidade sufi ciente para evitar falha por fratura.

Alta resistência ao desgaste abrasivo.

Alta resistência à compressão.

Alta resistência ao cisalhamento.

Boas propriedades mecânicas e térmicas em temperaturas elevadas.

Alta resistência ao choque térmico.

Alta resistência ao impacto.

Ser inerte quimicamente.

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Avarias, Desgastes e Mecanismos deDesgaste das Ferramentas de Corte

Por maior que seja a dureza e a resistência ao desgaste das ferramentas

de corte, e por menor que seja a resistência mecânica da peça de trabalho, a

ferramenta de corte sofrerá um processo de desgaste que mais cedo ou mais

tarde exigirá a sua substituição. Estudar e entender o processo pelo qual as

ferramentas se desgastam é muito importante, pois pode permitir ações coeren-

tes e efetivas para reduzir a taxa desse processo, prolongando a vida da aresta

de corte. Embora os custos com ferramentas de corte representem apenas

uma pequena fração do custo de fabricação, desgastes acelerados e/ou avarias

frequentes levam a paradas da máquina para troca, e isso signifi ca custos adi-

cionais e perda de produtividade. Além disso, o conhecimento do processo de

desgaste da aresta fornecerá subsídios para que haja evolução dos materiais das

ferramentas, tornando-as mais resistentes aos fenômenos negativos que ocorrem

durante o processo de usinagem.

Podem-se distinguir três fenômenos pelos quais uma ferramenta de corte

perde sua efi cácia na usinagem: avaria, desgaste e deformação plástica, ape-

sar de alguns autores (TRENT & WRIGHT, 2000) considerarem a deformação

plástica apenas um mecanismo de desgaste. Esses três fenômenos causam a

mudança na geometria da aresta de corte. Os dois primeiros, geralmente, pro-

movem a perda de material, enquanto o último promove somente o seu des-

locamento. Para que se possa, desde o início, distinguir esses fenômenos que

conduzem à perda e à consequente substituição das arestas, suas defi nições são

apresentadas a seguir.

Avaria: fenômeno que ocorre de maneira repentina e inesperada, cau-

sado pela quebra, lascamento ou trinca da aresta de corte. A quebra e

o lascamento levam à destruição total ou à perda de uma quantidade

considerável de material da aresta de forma repentina e imprevisível. A

quebra é mais comum em ferramentas com baixa tenacidade, como as

cerâmicas e os ultraduros. Já o lascamento depende também da tena-

8


Integridade Superfi cial

A condição fi nal de uma superfície usinada é resultado de um processo

que envolve deformações plásticas, ruptura, recuperação elástica, geração de

calor, vibração, tensões residuais e, às vezes, reações químicas. Todos esses

fatores podem ter efeitos diferentes na nova superfície, assim, o termo inte-

gridade superfi cial é utilizado para descrever a qualidade de uma superfície

e, portanto, engloba um grande número de alterações sofridas por ela. Dessa

forma, o conceito de integridade superfi cial não pode ser defi nido apenas em

uma dimensão e não abrange somente a textura da superfície ou a sua forma

geométrica. Esse termo engloba também outras características da superfície

em serviço e de camadas abaixo desta. O diagrama da Figura 9.1 mostra alte-

rações que podem ocorrer em superfícies usinadas e uma classifi cação destas.

De forma geral, tais superfícies podem ser classifi cadas em alterações na su-

perfície (acabamento) e alterações em camadas internas da peça (alterações

subsuperfi ciais).

• Integridade superficial

• Acabamento

• Alterações subsuperficiais

• Ondulações • Falhas • Rugosidade

• Fatores mecânicos

• Fatores metalúrgicos

• Deformação plástica• Rebarbas • Alteração de microdureza• Micro ou macrotrincas• Tensões residuais

• Recristalização• Transformações metalúrgicas

FIGURA 9.1 Classifi cação da integridade superfi cial.

9


Condições Econômicas de Corte

A velocidade de corte tem grande infl uência sobre o desgaste e, consequen-

temente, sobre a vida da ferramenta de usinagem. Infl uência essa mais signifi ca-

tiva que o avanço e a profundidade de usinagem, 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 prin-

cípio, 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 superfi cial, seu aumento também será

limitado por esse fator.

Quando se aumenta a velocidade de corte, o tempo de usinagem diminui,

mas o desgaste da aresta se acelera signifi cativamente, por isso, esta deve ser

substituída com mais frequência. Para a usinagem seriada de grandes lotes de

peças em altas velocidades de corte, o somatório dos tempos de troca de aresta

pode ser muito alto. Pode-se ter uma situação, por exemplo, em que o tempo

de cada troca de aresta equivale ao tempo de corte de várias peças. Portanto,

altas velocidades de corte induzem a frequentes trocas de aresta, contribuindo

assim para aumentar o tempo de fabricação de um lote. Porém, se a velocidade

de corte utilizada for signifi cativamente baixa, o desgaste será pequeno e pode

não haver necessidade de troca frequente de aresta. Nesse caso, mais uma vez,

o tempo de usinagem do lote também tende a ser alto, pois o tempo efetivo de

usinagem é alto. Dessa forma, tudo leva a crer que há uma velocidade de corte

“ideal” intermediária às velocidades anteriores na qual o tempo de fabricação do

lote é mínimo, uma vez que a função tempo de corte como função da velocidade

de corte [tc = f(v)] parece aumentar quando v aumenta ou diminui.

A situação descrita anteriormente foi observada durante os primeiros estu-

dos econômicos sobre usinagem realizados por Frederick W. Taylor, nos Estados

Unidos e por G. Schlesinger, na Alemanha, no início do século XX (FERRARESI,

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Usinagem por Abrasão

Diferentemente das operações executadas com ferramentas de geometria

defi nida, na usinagem por abrasão, o material da peça é removido por meio da

ação de grãos abrasivos, os quais são partículas não metálicas, extremamente

duras, com arestas que apresentam forma e orientação irregular. Exemplos típi-

cos de operações abrasivas são: o lixamento, a retifi cação, a lapidação e o bruni-

mento, entre outros. Embora haja registros do uso da remoção de material por

abrasão no antigo Egito (2000 a.C.) e no Antigo Testamento (Samuel 13:20),

a utilização de máquinas retifi cadoras industriais começou na década de 1860,

inicialmente com a produção de peças para máquinas de costura, seguida de

componentes para bicicletas (MALKIN, 1989).

A retifi cação merece destaque entre os processos abrasivos pela sua im-

portância para a indústria metal-mecânica, visto que tal operação é capaz de

assegurar a produção de componentes com tolerâncias dimensionais e geomé-

tricas superiores às obtidas em operações que utilizam ferramentas de corte

com geometria defi nida (como torneamento, fresamento, furação etc). Porém,

a retifi cação é considerada uma operação pouco efi ciente, pois nela um elevado

consumo de energia é revertido em uma baixa taxa de remoção de material, se

comparada às citadas operações com ferramentas de geometria defi nida.

A Figura 11.1 apresenta algumas das principais operações de retifi cação

(KALPAKJIAN, 1995). Nela observa-se que as operações podem ser agrupadas de

acordo com a superfície usinada (cilíndrica externa, cilíndrica interna ou plana) e

com o movimento relativo entre peça e rebolo (de passagem ou de mergulho).

Além das operações descritas na Figura 11.1, outras operações de usina-

gem por abrasão merecem destaque por sua aplicação em importantes segmen-

tos da indústria metal-mecânica. A Figura 11.2 ilustra algumas dessas opera-

ções: lapidação de esferas de mancais de rolamentos, brunimento de cilindros,

retifi cação de engrenagens e afi ação de ferramentas de corte.

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teoria da usinagem dos materiais - 2ª edição revista

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