Slides Usinagem - 07. materiais - parte 3

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Aula 07

- Materiais de Ferramenta Monocortante - (Parte 3)

Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau

Usinagem dos Materiais

Aula 06

Tópicos ➔ Apresentação T-1

➔ Materias de ferramentas (parte - I)

➔ CBN ➔ Diamantes

➔ Revestimentos de Ferramenta Monocortante

➔ Considerações gerais sobre Ferramentas de corte

➔ Apresentação T-2

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Materiais de corte superduros não-metálicos

● Nitreto de Boro Cúbico – CBN ● Diamante

● Nitrero de Boro

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Nitrero de Boro - CBN Usinagem dos Materiais

Nitrero de Boro - CBN

Características ➔ Forma mole - hexagonal (mesma estrutura cristalina do grafite)

➔ Forma dura - cúbica (mesma estrutura do diamante)

➔ Wurtzita - simetria hexagonal (arranjo atômico diferente do grafite)

➔ Fabricação de Nitreto de boro hexagonal através de reação de

➔ halogêneos de boro com amoníaco

➔ Transformação em nitreto de boro cúbico através de altas

➔ pressões (50 a 90 kbar) e temperaturas 1800 a 20 K

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Nitrero de Boro - CBN

Características ➔ Segundo material de maior dureza conhecido

➔ Obtido sinteticamente (primeira síntese em 1957), com transformação de estrutura hexagonal para cúbica (pressão + temperatura) ➔ Quimicamente mais estável que o diamante (até 2000 graus)

➔ Grupos de ferramentas:

●CBN + fase ligante (PCBN com alto teor de CBN);

●CBN + carbonetos (TiC + fase ligante);

●CBN + HBN + fase ligante (maior tenacidade).

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Nitrero de Boro - CBN

Campo de aplicações

➔Aços temperados com dureza > 45 HRC: Torneamento, fresamento, furação;

➔Aço-rápido (ferramentas de corte);

➔Aços resistentes a altas temperaturas;

➔Ligas duras (Ni, Co,);

➔Emprego em operações severas (corte interrompido), tanto quanto em operações de desbaste e acabamento.

➔Usinagem com ferramentas de geometria não-definida:

➔Possibilidade de usinagem de aços e ferros fundidos, que não são usinados com diamante em função da afinidade química.

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Diamante

➔ Caracterísiticas ●Material de maior dureza encontrado na natureza

●Pode ser natural ou sintético

●Monocristalino (anisotrópico) ou policristalino (isotrópico)

– Diamante policristalino ●Primeira síntese em 1954 (GE)

●Síntese sob 60 a 70 kbar, 1400 a 2000 graus C

●Cobalto é usado como ligante

●Substitui metal-duro e diamante monocristalino, em alguns casos

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Diamante

Formas de utilização - policirstalino PKD - aglomerado de diamantes

- monocristalino

- revestimento

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Diamante

Campo de aplicação ➔Usinagem de ferro e aço não é possível (afinidade Fe-C);

➔Usinagem de metais não ferrosos, plásticos, madeira, pedra, borracha, etc.

➔Usinagem de precisão e ultraprecisão

➔Pequenas ap e f, tolerâncias estreitas (baixa resistência a flexão das ferramentas)

➔Emprego de altas velocidades de corte;

➔Tempos de vida de até 80 vezes maior que os das ferramentas de metal duro;

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Revestimentos de Ferramenta Monocortante Usinagem dos Materiais

Revestimento de Ferramentas Conseqüências do processo sobre a ferramenta

Desgaste da Ferramente

Atrito

Calor Meio

Forças Usinagem dos Materiais

Revestimento de Ferramentas

Funções dos revestimentos - Proteção do material de base da ferramenta

- Redução de atrito na interface cavaco/ferramenta

- Aumento da dureza na interface cavaco/ferramenta

- Condução rápida de calor para longe da região de corte

- Isolamento térmico do material de base da ferrmenta

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Revestimento de Ferramentas

Ferramenta (material de base)

Revestimento I

– redução de atrito –Revestimento I – aumento de dureza –

Revestimento IV – isolamento térmico –

Revestimento I – condução térmico –

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Revestimento de Ferramentas

Principais propriedades das camadas de revestimento

Carboneto de titânio (TiC)

● alta dureza ● proteção contra o desgaste na superície de saída

● tendência à difusão relativamente baixa

Nitreto de titânio (TiN)

● estabilidade termodinâmica ● baixa tendência à difusão

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Revestimento de Ferramentas

Principais propriedades das camadas de revestimento Nitreto de Alumínio-titânio ((Ti, Al)N)

● boa resistência à oxidação ● boa dureza à quente

Óxido de alumínio (Al2O3) ● boa resistência à abrasão

● boa resistência à oxidação

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Revestimento de Ferramentas

Processos de revestimentos de ferramentas

Dois processos básicos ●Processo CVD – Deposição Química de Vapor

●Processo PVD – Deposição Física de Vapor

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Revestimento de Ferramentas Processo CVD

- Características Gerais ● Reações químicas na fase gasosa em alto vácuo (0,01 até 1bar)

● Os produtos da reação molham o substrato

● Deposição de materiais como TiC, TiN, Ti(CxNy)HfN, Al2O3, AlON separadamente ou em camadas

● Revestimento de peças de geometria complexa

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Processo CVD Usinagem dos Materiais

Processo CVD - Variações do processo

HT - CVD (Alta temperatura - 900 - 10 °C) ● Revestimento da maioria das ferramentas de metal duro

● Alta força de aderência ao substrato

● Confere à ferramenta alta resistência ao desgaste

● Diminui a tenacidade do substrato

● Risco de formação de fases frágeis na interface

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Revestimento de Ferramentas

CVD - MT (Média temperatura - 700 - 900 °C) ● Aplicação de Ti(C,N) de várias formas

Vantagens em relação ao HT - CVD: ● Menor solicitação térmica para os mesmos modos de agregação

● Diminui o risco de descarbonetação - formação de fases frágeis do substrato

● Ocorrem menos trincas nas ferramentas e a velocidade de formação de rasgos é menor

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Revestimento de Ferramentas

Processo CVD Variações do processo

P - CVD (Plasma CVD - 450 - 650 °C)

● A temperatura não é suficiente para que ocorram reações químicas na fase líquida

● Adição de plasma pulsante para se obter energia adicional

● Camadas de TiN, TiC, Ti(C,N), Al2O3 ● Propriedades do substrato inalteradas

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TiN TiN/Ti(C,N)

M u d an ç a d a r esi tê nci a à f alh a d a fl ã o

Modificação da constituição da camada

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Considerações Gerais sobre Ferramentas de Corte Usinagem dos Materiais

Ferramentas inteiriças

● São produzidas por fundição, forjamento, barras laminadas ou por processos de metalurgia do pó

● Seus materiais incluem aços carbono e baixas ligas, aços rápidos, ligas de cobalto fundidas e metais duros

● Ferramentas de quina arredondada permitem a aplicação de grandes avanços, em peças de grande diâmetro

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Ferramentas inteiriças - exemplos Usinagem dos Materiais

Ferramentas com insertos soldados ● Ferramentas de gume único

● Corpo de material de baixo custo

● Parte cortante com material de corte de melhor qualidade soldado ou montado sobre a base

● Materiais cortantes usados: aços rápidos, ligas fundidas à base de cobalto, metal-duro, cerâmica, diamante mono e policristalino e nitreto de boro cúbico

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Ferramentas com insertos soldados - exemplos Usinagem dos Materiais

Ferramentas com insertos intercambiáveis

● Ferramentas mais largamente utilizadas em operações de torneamento

● Insertos de metal-duro predominam, mas insertos de aços rápidos, cerâmicas, diamante e CBN são também usados para muitas aplicações

● Sistema de identificação normalizado, com base nas caracterís-ticas mecânicas e geométricas dos insertos

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Ferramentas com insertos intercambiáveis - exemplos Usinagem dos Materiais

Forma dos insertos

➔A geometria da peça, suas tolerâncias, seu material e qualidade superficial definem o formato do inserto

➔Há seis formas comuns, com benefícios e limitações, em relação à resistência a tensão

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Geometria dos insertos

Insertos com ângulo de saída negativo: - dobro de superfície de corte e maior resistência,

- avanço e profundidade de corte maiores

- gera um aumento nas forças de corte

- exigem maior potência e rigidez do torno

Insertos com ângulo de saída positivo:

- bons para trabalho em material mais dúctil, como aços de baixo carbono, ligas de alta temperatura e materiais que endurecem durante a usinagem

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Geometria dos insertos

Insertos positivo-negativos:

- combinam a ação de corte dos positivos com a resistência dos negativos

- possuem gumes realçados ou sulcos na face

- em insertos revestidos, são capazes de remover material a altas velocidades e avanços, com aumento do volume de cavacos.

- há diversos modelos, de diferentes fabricantes, com diferentes formas de sulcos

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Tamanho dos insertos

➔ Na maioria das formas padrão de insertos, o tamanho é especificado pelo diâmetro do maior círculo que pode ser inscrito no perímetro do inserto (chamado IC)

➔ Por razões econômicas, deve ser selecionado o menor inserto possível, com o qual possa ser empregada a profundidade de corte requerida na operação

➔ De modo geral o comprimento do gume deve ser no mínimo o dobro da profundidade de corte

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Espessura dos insertos ➔ Depende basicamente da profundidade de corte e do avanço utilizados

➔ Com base nestes fatores, a espessura do inserto é selecionada em tabelas de fabricantes, ou através de dados da literatura

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Raio de quina dos insertos

● Determinado pela configuração da peça e pelos requisitos de qualidade superficial

● Raios de quina muito pequenos - quinas fracas, quebra ou lascamento

- melhor controle dos cavacos e menos ruídos

● Raios de quina muito grandes: - ruídos ou vibrações (pequena espessura dos cavacos e aumento Fp)

- máquina-ferramenta e dispositivos devem ter rigidez suficiente

● Raio de quina apropriado é um dos mais importantes fatores relacionados ao acabamento superficial ● De modo geral raios de quina maiores produzem melhores superfícies usinadas

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Tolerância dos insertos Define a precisão de acoplamento

Insertos padrão estão disponíveis em 3 classes de tolerância: - usual: ± 0,1 a 0,3 m

- precisão: ± 0,03 a 0,05mm

- alta precisão: ± 0,013 m

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Ferramenta de torneamento com inserto intercambiável Usinagem dos Materiais

Sistema de fixação para insertos intercambiáveis Usinagem dos Materiais

Escolha da geometria da ferramenta ➔ Material da ferramenta

➔ Material da peça

➔ Condições de corte

➔ Geometria da peça

Geometrias usuais de ferramentas de corte

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Cuidados com ferramentas de corte ➔ Manuseio e manutenção de ferramentas de corte

➔ Evitar o contato entre ferramentas

➔ Cuidados no armazenamento

➔ Danificações no manuseio (quebras)

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Manutenção e gerenciamento das ferramentas de corte

● Limpeza ● Prevenção contra oxidação

Aplicação de tecnologia de grupo e manutenção de ferramentas de corte

● Ferramentas adequadas aos processos ● Cuidados no preparo e instalação

● Condições de corte adequadas

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FIM - Aula 07 Usinagem dos Materiais

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