Apostila MQ1 - Usinagem dos Materiais

Apostila MQ1 - Usinagem dos Materiais

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Depto Mecânica – Área 1

TECNOLOGIA NA MANUFATURA – PARTE 2

Máquinas Ferramentas I – O Processo de Produção com Remoção de Cavaco

Eng° Luiz Carlos Rosa – Prof. Dr.

USINAGEM

dos

MATERIAIS

PRODUTIVIDADE é a SOMATÓRIA de BOAS IDÉIAS mais CORAGEM de AGIR”

  1. MATERIAIS PARA FERRAMENTAS

Para selecionar o material ideal para uma ferramenta de usinagem deve-se levar em consideração com relação a:

  • Material a ser usinado: atenção à dureza e o tipo de cavacos na escolha do material da ferramenta e sua geometria.

  • Processo de usinagem: é necessário observar o tipo de processo de usinagem, pois, podemos encontrar processos que exigem ferramentas de pequena dimensão (torneamento interno com pequeno diâmetro) ou fabricadas com materiais de menor capacidade para usinagem (por exemplo, aço rápido);

  • Condição da máquina operatriz: devemos considerar as limitações do equipamento como folgas, potência, variações de velocidades, estado de conservação, entre outros;

  • Forma e dimensão da ferramenta: Devemos utilizar ferramentas padronizadas;

  • Custo do material da ferramenta: levando em conta o custo/ beneficio, devemos enquadrar o material ao menor custo e máximo aproveitamento possível;

  • Condição de usinagem: um processo de acabamento necessita de uma ferramenta mais resistente ao desgaste, por outro lado, no processo de desbaste a ferramenta deve ter maior tenacidade;

  • Condição da operação: se o corte for do tipo interrompido, e o sistema for pouco rígido, a ferramenta deve ser mais tenaz.

Características do material da ferramenta:

  • Resistência ao desgaste: o material deve suportar abrasão ou atrito a altas temperaturas(~1000C) e manter sua propriedade de dureza.

  • Tenacidade: a ferramenta deve Ter mobilidade para resistir aos choques mecânicos do processo.

  • Estabilidade química: é necessária para evitar desgaste por difusão.

A Fig 1 apresenta a comparação dos diversos materiais para fabricação de ferramentas.

Materiais para ferramentas:

    1. Ferramentas de aço carbono:

Na antiguidade foram famosos como Aços de Damasco, fabricados por fusão datam de 300 a.c.

Na idade média era usado o ferro carbonetado endurecido por resfriamento em água para a fabricação de armas.

No século XVIII a madeira era o material predominante e os metais eram limitados.

Até o século XIX, trabalhar os metais era um serviço difícil e artesanal, até que se disponibilizou a máquina a vapor e a eletricidade, o que trouxe o desenvolvimento das máquinas operatrizes.

Em 11/03/1776, entrou em operação a 1º máquina a vapor, em Bloomfield Collierge, Inglaterra. Em 1800 já operavam próximo de 100 delas, com predominância no campo da metalurgia, minas de carvão e cobre e fundições.

Na América do Norte, os fabricantes de armas desenvolveram a produção em massa de componentes e por conseqüência as máquinas operatrizes. A velocidade de corte nessa época era de aproximadamente 5m/min. A temperatura da ferramenta chegava a próximo de 250ºC.

Em 1868, Robert Mushet descobriu que a adição de Mn (manganês) podia tornar o aço mais duro. Acidentalmente descobriu que a presença de W (tungstênio) permitia o endurecimento do aço com resfriamento normal, ao ar. As velocidades de corte chegavam a 10m/min. Podiam atingir 65 RC de dureza. Continham carbono de 0,50% até 1,40% e elementos de liga: Si < 0,50%: Mn < 0,70%: S+P < 0,03%: V < 0,50%: Cr < 0,40%

Hoje em dia, como ferramenta de usinagem é pouco utilizada, mas ainda são os mais usados na fabricação de ferramentas de estampagem, corte e repuxo e as fermentas manuais como chaves de boca, fenda, alicates etc.

    1. Aços rápidos - (HSS):

Material formado por alta liga de tungstênio, molibdênio, nióbio, cromo, vanádio e cobalto.

Têm como principais características:

  • Material Tenaz;

  • Elevada resistência ao desgaste;

  • Elevada dureza a quente( Em relação ao aço carbono), utilizável até aproximadamente 600C.

  • Estrutura básica: Martensítica com carbetos incrustados (grande resistência ao desgaste).

Elementos de liga do aço rápido:

  • Carbono: aumenta a dureza do material, também contribui para a formação de carbetos;

  • Tungstênio e molibdênio: confere resistência ao desgaste e dureza a quente;

  • Vanádio e nióbio: melhora a resistência ao desgaste;

  • Cromo: responsável pela alta temperabilidade;

  • Cobalto: aumenta a dureza a quente elevando a eficiência do corte;

  • Nitreto de titânio: produz corte com menor esforço, devido ao baixo coeficiente de atrito.

O HSS surgiu em 1898, através de experiências de Taylor e White (americanos) que desenvolveram um aço com 1,85C+3,80Cr+8%W

Em 1900, na Paris Exposition, foram demonstradas usinagens com cavaco de cor azulada onde a ferramenta mesmo com aponta rubra continuava cortando a uma Vc = 40 m/min; a = 1.6 mm/ver e p = 4,8 mm. A temperatura na ponta da ferramenta chegava a 600ºC.

Em 1903, criou-se outro aço, com 0,70C% e 14%W, considerado o protótipo dos aços rápidos.

Em 1906, foi implantada a fabricação de aço em forno elétrico, que contribuiu para o desenvolvimento de aços finos com a redução de impurezas em suas composições. Esses aços podem atingir 65 RC; com carbono de 0,70% a 1,60%; 1,60<W<18%; 2,5<Mo<9,50%: 1,1<Va<4,75%: 3,5<Cr<5,0%: 2,3<Co<12,5%

Maior resistência mecânica em seções maiores. Menor empenamento na têmpera. Maior resistência à abrasão, a mesma dureza. Maior tenacidade, a mesma dureza, em seções pequenas.Maior dureza e resistência mecânica a temperaturas mais elevadas.

São aços com alto teor de componentes de liga, muito utilizados em brocas, alargadores, machos, etc

Aços rápidos com cobertura:

Utilizados em ferramentas como brocas, machos, alargadores, brochas, cortadores de dentes de engrenagens e alguns tipos de fresas.Características das coberturas:

Alta dureza(2300 HV)

Elevada ductilidade

Evita formação de aresta postiça de corte

Baixo coeficiente de atrito

Quimicamente inerte

Espessura: 1 a 4 m

Ótima aparência

Coronite:

Material composto por finas partículas de titânio, dispersa em uma matriz de aço rápido.

Principais propriedades:

Tenacidade similar ao aço rápido;

Módulo de elasticidade menor que o do metal duro;

Dureza a quente e resistência ao desgaste bem maior que o aço rápido;

Baixa tendência a craterização.

Composição básica do Coronite:

Um núcleo de aço rápido ou de aço mola, que adiciona tenacidade à ferramenta;

Uma camada de Coronite circundando o núcleo que represente cerca de 15% do diâmetro da fresa;

Uma camada de cobertura de TiN ou TiCN com espessura de aproximadamente 2mm.

Aços semi-rápidos:

Utilizados em primeiro lugar na Alemanha, durante a 2º guerra, devido ao receio do corte de suprimentos de W do estrangeiro. Basicamente usavam Mo em lugar do W.

    1. Ligas Fundidas: (Cast alloys)

Entre 1915 e 1941, essas ligas não ferrosas com base em Co, Cr, W e outros, contendo aproximadamente 50% de carbonetos duros eram conhecidas comercialmente como Stellite, Speedaloy, Tungaloy, etc. Podiam trabalhar até a uma temperatura de 800ºC

Em 1939, conhecido como aços super rápidos, com altos teores de C e Va, chegavam a uma Vc = 70 m/min. Tinha como base o Co, Cr, W e C acima de 1,5%.

    1. Metal Duro (Cemented carbide):

Produto da metalurgia do pó, feito de partículas duras finamente divididas de carbetos de metais refratários, sintetizados com um ou mais metais do grupo do ferro, formando um corpo de alta dureza e resistente a compressão. As partículas duras são carbonetos de tungstênio, usualmente combinados com carbonetos de titânio, tântalo ou nióbio. Com o controle dos metais adicionados, pode-se controlar as propriedades dos metais, oque o torna ideal para as mais variadas operações.

Histórico

Em 1920, na Alemanha surge a metalurgia do pó.

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