Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

download Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

of 87

Transcript of Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    1/87

    MATERIAIS PARAFERRAMENTAS DE CORTE

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    2/87

    Forças, atrito e movimento na formação do cavaco

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    3/87

    • A ferramenta deve ser mais dura nas temperaturas detrabalho que o metal estiver sendo usinado, propriedadechave: “Dureza a Quente”;

    • A ferramenta deve ser dura, mas não a ponto de se tornar

    quebradiça e de perder resistência mecânica (tenacidade);

    • O material da ferramenta deve ser resistente ao encruamento

    (endurecimento do metal após ter sofrido deformação plásticaresultante do processo de conformação mecânica) e amicrosoldagem (adesão de pequenas partículas de materialusinado à aresta de corte da ferramenta).

    Considerações

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    4/87

    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

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    5/87

    Os materiais para ferramenta devem satisfazer as seguintes propriedades:

    • Alta dureza;

    • Tenacidade suficiente para evitar falha por fratura;

    • Alta resistência ao desgaste;

    • Alta resistência à compressão;

    • Alta resistência ao cisalhamento;• Boas propriedades mecânicas e térmicas à temperaturaselevadas;

    • Alta resistência ao choque térmico;

    • Alta resistência ao impacto;

    • Ser inerte quimicamente.

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    6/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    7/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    8/87

    Classificação dos Materiais de Ferramentas

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    9/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    10/87

    Cerâmica > Metal-duro > Aço-rápido

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    11/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    12/87

    Materiais de ferramentas

    Aço-rápido

    Metal-duroCerâmica

    CBN

    Diamante

    cerâmicascerâmicas

    ComprimentoComprimento dede cortecorte (l) [mm](l) [mm]

    DesgasteDesgaste dede flancoflancommááximoximo VB [mm]VB [mm]

    MetalMetal duroduroHSSHSS

    DiamanteDiamante

    CBNCBN

    GkGk--AlSi12(Cu);AlSi12(Cu);vcvc = 2500 m/min= 2500 m/minvfvf = 9 m/min= 9 m/min

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    13/87

    PROCEDIMENTO PARA SELEÇÃO DEFERRAMENTAS E OTIMIZAÇÃO DE CONDIÇÕES

    DE CORTE ??????

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    14/87

    INPUTS

    • Material da peça (composição química e estado metalúrgico)• Tipo de corte (desbaste x acabamento; contínuo x descontínuo)• Geometria e tamanho do componente• Tamanho do lote (grupo pequeno ou produção em massa)• Dados de usinabilidade do material

    METODOLOGIA PARASELEÇÃO DE FERRAMENTASDE CORTE E DEFINIÇÃO DAS

    CONDIÇÕES DE CORTE

    OUTPUTS

    • FERRAMENTAS – PRINCIPAIS CANDIDATOS (materiais, classe,forma e geometria)

    • FAIXA DE CONDIÇÕES DE CORTE

    RESTRIÇÕES OU CONTROLE

    • Experiência de fabricação• Condições e capacidade das máquinas-

    ferramentas disponíveis• Requisitos de geometria, precisão e

    acabamento da superfície usinada• Outros requisitos (disponibilidade e

    planejamento da escala de produção)

    • Dados econômicos

    INFORMAÇÕES TÉCNICAS

    • Dados comerciais e de literatura• Experiência prática• Informações do fornecedor/fabricante da

    ferramenta (disponibilidade de materiais;sua composição, propriedades eaplicações,; tamanhos, formas egeometrias disponíveis; planejamento,

    entrega, custo e dados de desempenho)

    LABORATÓRIO DE PESQUISA OU LINHA DE PRODUÇÃO

    FERRAMENTA IDEAL E CONDIÇÕES DE CORTE OTIMIZADAS

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    15/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    16/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    17/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    18/87

    Aço rápidoAços rápidos (HSS: High Speed Steel) são aços de alta liga que têm como principais elementos de ligamolibdênio, vanádio, tungstênio, cobalto e cromo. (Alta resistência mecânica e tenacidade)

    60 a 67 HRC até uma temperatura de aproximadamente 600°C

    Grupos de elementos de liga e de potenciais dos aços rápidos

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    19/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    20/87

    Aço rápido

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    21/87

    Aço rápido

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    22/87

    Tipo de açoNomenclaturaW - Mo - V - Co

    Material Principais utilizações

    HS 6 - 5 - 2 1.3343 Ferramenta de aço-rápido padrão para todas as operações de usinagem,para desbaste e acabamento, macho para roscas e broca helicoidal, fresasde todos os tipos, escareadores, alargadores, fresas cônicas, ferramentaspara plainas, cossinetes, serra circular, ferramentas de conformação

    HS 6 - 5 - 3 1.3344 Machos para roscas e alargadores sob grande esforço, fresas de alto

    desempenho, escareadores, brocas helicoidais

    HS 6 - 5 - 2 5 1.3243 Fresas de alto desempenho, ferramentas de tornear e plainar de todos ostipos, broca helicoidal e machos para roscas sob grande esforço,escareadores, ferramentas para trabalho com madeira e trabalho a frio,ferramentas de desbaste e com alta tenacidade

    HS 10 - 4 - 3 - 10 1.3207 Emprego universal para desbaste e acabamento, ferramentas detorneamento e fresas sob grande esforço, para trabalhos com autômatos eferramentas de trabalho com madeira

    HS 2 - 9 - 2 1.3348 Brocas helicoidais e machos para roscas, fresas, alargadores e escareadores

    HS 12 - 1 - 4 - 5 1.3202 Ferramentas de tornear e perfiladores de aço para usinagem de acabamento

    de materiais duros e materiais de difícil usinabilidade

    HS 18 - 1 - 2 - 5 1.3255 Ferramentas de tornear, plainar e fresar, especialmente para trabalhos deoficina difíceis com grandes esforços e que necessitem de tenacidade daferramenta

    HS 2 - 10 - 1 - 8 1.3247 Fresa de topo, ferramentas de tornear para trabalho automático, brocas

    helicoidais e machos para roscas

    Aço rápido

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    23/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    24/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    25/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    26/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    27/87

    1.1. QuaisQuais propriedadespropriedades devemdevem possuirpossuir osos materiaismateriais parapara ferramentaferramenta dede cortecorte??

    2.2. QuaisQuais sãosão osos materiaismateriais para apara a fabricafabricaççãoão dede ferramentasferramentas comcom geometriageometria

    definidadefinida??

    5. O5. O queque éé AAççoo RRáápidopido??

    6.6. QualQual éé aa funfunççãoão dodo TungstênioTungstênio comocomo elementoelemento dede ligaliga??

    7.7. QualQual éé aa funfunççãoão dodo VanVanáádiodio comocomo elementoelemento dede ligaliga??

    PERGUNTAS ?

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    28/87

    METAL DURO

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    29/87

    Metais duros são materiais compostos, constituídos de um ligante metálico dúctil

    (cobalto ou níquel) e de carbonetos dos metais de transição (4a até 6a colunas databela periódica; W, Ti, Ta, Nb, ...) embutidos no ligante

    Propriedades do 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.

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    30/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    31/87

    M t l d C i ã

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    32/87

    Metal duro - Composição

    carbonetos de tungstênio (WC):dureza a quente

    cobalto: ligante

    TiC (Carbonetos de Titânio): pouca tendência à

    difusão;

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

    tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade.

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    33/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    34/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    35/87

    Q ual idad e do M ate ria l da F er ram enta

    A lta R es is tên c ia  ao D esgas te

      Al taTenac idade

    C o n te ú d o d e Co :

    T a m a n h o d o G rã o d o W C :

    C o n te ú d o d e C a rb o n e to s M is to s : C on te úd o d e C arb o n e to s M is to s :

    T a m a n h o d o G rã o d o W C :

    C o n te ú d o d e Co :

    Grandezas de influência sobre a resistência ao desgaste e aGrandezas de influência sobre a resistência ao desgaste e atenacidadetenacidade do Metaldo Metal DuroDuro

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    36/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    37/87

    Importante Importante : : 

    Durante oDurante o processoprocesso dede sinterizasinterizaççãoão,, àà altasaltas temperaturatemperatura ee pressãopressão,,oo cobaltocobalto ((elementoelemento liganteligante)) escoaescoa preenchendopreenchendo osos vaziosvazios entreentre osos

    carbonetoscarbonetos, e com, e com issoisso atuaatua aumentandoaumentando oo fatorfator dedeempacotamentoempacotamento ee consequentementeconsequentemente elevantoelevanto aa tenacidadetenacidade dada

    pastilhapastilha de metalde metal duroduro..

    Com oCom o maiormaior fatorfator dede empacotamentoempacotamento ocorreocorre oo aumentoaumento dada ááreareadede contatocontato dosdos contornoscontornos dede grãosgrãos,, consequentementeconsequentemente aumentaaumenta aa

    durezadureza dada ferramentaferramenta..

    Al, Cu,Al, Cu, PbPb sãosão CFC: FE~74%, 4CFC: FE~74%, 4 áátomostomos

    FeFe éé CCC: FE~68%, 2CCC: FE~68%, 2 áátomostomos porpor ccéélulalula

    TudoTudo issoisso ssóó éé posspossíívelvel com umcom um grãogrão menormenor!!!!!!

    Metal duro - Fabricação

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    38/87

    Retífica Tratamento dos gumes Cobertura

    Gravação eetiquetagem

    Metal duro - Fabricação

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    39/87

    Metal duro - Fabricaçççção

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    40/87

    Metal duro Fabricaç çç ç ão

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    41/87

    Tipos de Metal Duro conforme composição

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    42/87

     Metais Duros WC-Co

    Os metais duros desse grupo são constituídos principalmente de carboneto de

    tungstênio, fase ligante de cobalto e possuem apenas pequenas quantidades

    (menor que 2,5%) de TiC, TaC e NbC

    alta resistência à compressão

    tendência à difusão do carboneto de tungstênio (não são aconselháveis para a

    usinagem de materiais de aço mole).

    utilizados em materiais de cavaco curto, materiais fundidos, materiais não-ferrosos e não- metálicos e materiais resistentes ao calor

    Normalmente os metais duros desse grupo têm um tamanho de grão médio deaproximadamente 1,6 µµµµm.

    Tipos de Metal Duro conforme composição

    Tipos de Metal Duro conforme composição

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    43/87

     Metais duros de granulometria fina e ultrafinaMetais duros de grãos finos ou ultrafinos são metais duros WC-Co onde o diâmetro médio

    do grão de WC < 1µm e < 0,5µm, respectivamente. O pequeno tamanho do grão oferece a

    esses metais duros uma boa combinação de propriedades. A regra, embora nos metaisduros um aumento da dureza implique na redução da tenacidade, é quebrada nos metais

    duros de grãos finos. A redução do tamanho do cristal do WC abaixo de 1 µm com o

    mesmo teor de ligantes leva a um aumento da dureza como também um aumento daresistência à flexão. Essa propriedade amplia o campo de aplicação dos metais duros de

    grãos finos e ultrafinos

    alta dureza, resistência do gume e tenacidade

    baixa tendência à aderência e ao desgaste por difusão..

    p p ç

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    44/87

    14

    min

    10

    8

    6

    4

    2

    0   (   B   )  :   R  e  s   i  s   t   ê  n  c   i  a   à   f   l  e  x   ã  o   N   /  m  m   ²

       (   H   )  :   D  u  r  e  z  a

       H   V   3   0

    v = 16 m/min

    f = 0,1 mm

    a = 1,0 mm

    c

    p

    Placa de corte reversível

    SPGN 120308Gume afiado

    χ  = 75°r

    Padrão Grão finíssimo Grão ultrafiníssimo

    Padrão Grãofiníssimo

    Grãoultrafiníssimo

    Torneamento de fundido duro

    (80 shore)

       V

       i   d  a   ú   t   i   l    T

    WC-6Co-Metal Duro

    MaiorMaior DurezaDureza

    MaiorMaior TenacidadeTenacidade

    Tipos de Metal Duro conforme composição

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    45/87

     Metais duros WC-(Ti,Ta,Nb)C-Co

    Os metais duros desse grupo contêm, além do carboneto de tungstênio, também

    carboneto de titânio, carboneto de tântalo e carboneto de nióbio. Comparados com

    os metais duros WC-Co possuem melhores propriedades sob altas temperaturas.

    Isso vale principalmente para dureza a quente, ou seja, resistência ao calor,

    resistência à oxidação e resistência à difusão com materiais ferrosos. O principal

    campo de aplicação é a usinagem de materiais de aço com cavacos longos.

    p p ç

    Tipos de Metal Duro conforme composição

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    46/87

     Metais duros TiC/TiN-Co, Ni (Cermets)

    Cermets (formados de cerâmica+metal) são materiais de corte de metal duro com

    base em carboneto de titânio e nitreto de titânio com a fase ligante Ni, Co.

    5 – Cermets: Grupo intermediário entre os metais duros e as

    cerâmicas. Constituído por TiC e TiN e geralmente tem o Ni comoelemento ligante. Devido à baixa condutividade térmica e ao altocoeficiente de dilatação, os cermets têm um baixo coeficiente deresistência ao choque térmico, bem inferior ao do metal duro. Daí a

    explicação do cermets só ser eficiente em baixos avanços, pequenasprofundidades de corte e altas velocidades (operações deacabamento) na usinagem dos ferrosos.

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    47/87

    Metais duros de base de carbonetos de tungstênio têm aMetais duros de base de carbonetos de tungstênio têm a

    abreviaabreviaçção deão de HWHW ee cermetscermets  –  –  metais duros de base demetais duros de base decarboneto/ carboneto/ nitretonitreto de titâniode titânio  –  –  a abreviaa abreviaççãoão HTHT. Metais duros. Metais durosrevestidos são denotados porrevestidos são denotados por HCHC, embora esta nota, embora esta notaçção nãoão nãotenha nenhuma ligatenha nenhuma ligaçção com o substrato.ão com o substrato.

    A norma classifica os processos de usinagem em trêsA norma classifica os processos de usinagem em trêsprincipais grupos que são subdivididos em três classes deprincipais grupos que são subdivididos em três classes de

    acordo com os pares materialacordo com os pares material--ferramenta, denotados porferramenta, denotados por P,P,

    MM ee KK. Essas letras têm um car. Essas letras têm um carááter convencional e nenhumter convencional e nenhum

    significado especsignificado especíífico. Elas não são iniciais de nenhumafico. Elas não são iniciais de nenhumapalavra.palavra.

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    48/87

    Metais duros convencionais são classificados em grupos P, M e K, conforme

    composição química, propriedades e campos de aplicação (Norma DIN 4990)

    P: alta resistência a quente; pequeno desgaste abrasivo, usinagem de cavacos longos

    M: média resistência a quente e a abrasão

    K: pouca resistência a quente, alta resistência ao desgaste, somente WC e Co

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    49/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    50/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    51/87

    Ensaios com Metal-Duro e Cermet

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    52/87

    5 µm▬▬▬ 5000 x

    K03

    5 µm▬▬▬ 5000 x 5 µm▬▬▬ 5000 x

    CermetP25

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    53/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    54/87

    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]

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    55/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    56/87

    CERÂMICAS

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    57/87

    ÂÂÂÂ ÓÓÓÓ

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    58/87

    CERÂMICACERÂMICACERÂMICACERÂMICA ÓÓÓÓXIDA XIDA XIDA XIDA

    FABRICAÇÃO: prensagem a frio - sinterização

    Característica: baixa resistência a tração; baixa condutividadetérmica; fratura do gume, caso a condição de corte não seja boa; baixadureza (comparação aos outros cerâmicos)

    - dureza a quente e estabilidade química.- sob altas velocidades de corte possui uma outrapropriedade vantajosa, que é a baixa fluência do Al2O3

    CERÂMICA MISTAC Â C SC Â C SCERÂMICA MISTA

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    59/87

    CERÂMICA MISTACERÂMICA MISTACERÂMICA MISTACERÂMICA MISTA

    Característica: Devido à adição de novos elementos comocarbonetos de titânio e tungstênio, os insertos: melhor resistência aochoque térmico; melhor condutividade térmica.

    Comparadas com a cerâmica óxida pura possuem uma maiordureza e, em razão da boa condutibilidade térmica dos materiais

    duros metálicos, melhores propriedades de choques térmicosAtravés da adição de ZrO2 o comportamento da tenacidade dessacerâmica pode ser melhorado.

    CERÂMICACERÂMICACERÂMICACERÂMICA hi khi khi khi k

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    60/87

    Cerâmicas de corte reforçadas com whiskers são materiais decorte à base de Al2O3 com aproximadamente 20 até 40% dewhiskers de carbonetos de silício.

    WhiskersWhiskersWhiskersWhiskers são cristais unitários em formas de agulhas combaixo grau de imperfeição no retículo cristalino. Possuem umaalta resistência mecânica (Rm até 7000 MPa). Seu

    comprimento é de aproximadamente 20 - 30 µm e seu diâmetro0,1 - 1 µm.

    CERÂMICA comCERÂMICA comCERÂMICA comCERÂMICA com whiskerswhiskerswhiskerswhiskers

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    61/87

    CERÂMICA nãoCERÂMICA nãoCERÂMICA nãoCERÂMICA não óóóóxidaidaidaxida

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    62/87

    I: Nitreto de silício + materiais de sinterização;II: Nitreto de silício + fases cristalinas (Sialon-cristais mistos) +materiais de sinterização;

    III: Nitreto de silício + materiais duros (por exemplo TiN, ZrO2,Whisker -SiC) + materiais de sinterização.

    CERÂMICA nãoCERÂMICA nãoCERÂMICA nãoCERÂMICA não óóóóxida xida xida xida

    Característica: melhor resistência ao choque; considerável dureza a

    quente; é excelente para usinar ferro fundido cinzento a seco; Os insertossão obtidos através de prensagem de alta pressão a frio seguida desinterização, ou mais alternativamente, através de pressão a quente.

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    63/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    64/87

    CBN

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    65/87

    Característica: mais estáveis que o diamante,especialmente contra a oxidação;dureza elevada;alta resistência à quente;resistência ao desgaste;

    quebradiço;alto custo;excelente qualidade superficial da peça usinada;

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

    Os cristais de boro cúbico são

    ligados por cerâmica ouligante metálico, através dealtas pressões e temperatura.

    CBN

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    66/87

    100

    µm

    80

    60

    40

    20

    0

    PCBN1

    PCBN2

    PCBN3

    PCBN4

    Profundidade da  cratera KT

    Desgaste doflanco VB

    PCBN1 PCBN2

    PCBN4PCBN3

    Processo: Torneamento

    externo a secoMaterial da peça: 100Cr6 (60 HRC)

    Parâmetros: v = 80 m/min

     de corte f = 0,1 mm  a = 1 mm

    c

    p

    Tempo de corte tc: 10min

    Monocristalino

    Diamante

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    67/87

    Diamante é carbono cristalizado na estrutura CCC enquanto grafita na HC

    São os materiais que apresentam maior dureza. Empregados: usinagem de ligas demetais, latão, bronze, borracha, vidro, plástico, etc. Usinagen fina, pois é o único materialpara ferramenta de corte que permite graus de afiação do gume até quase o nível de umraio atômico (50 nm) de carbono e furação de poços de petróleo

    - Velocidade de corte permitida: 100 a 3000m/min;- Avanço: 0,002 a 0,06 mm;- Profundidade de corte: 0,01 a 1,0 mm;

    Limitação: materiais ferrosos devido à afinidade do C com o ferro; processos comtemperaturas acima de 900°C devido à grafitização do diamante.

    Diamante Policristalino

    - Material sintético obtido em condições de extrema pressão e temperatura; maishomogênio; usinagem de materiais não ferrosos e sintéticos;

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    68/87

    Cerâmicas: são constituídas basicamente de grãos finos de Al2O3 e Si3N4sinterizados, a vc de 3 a 6 vezes maiores que a do metal duro.

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    69/87

    s te ados, a c de 3 a 6 e es a o es que a do eta du o

    Elas se dividem basicamente em dois grandes grupos:• A base de Al2O3 (Alumina sinterizada);• A base de Si3N4 (mesma resistência ao desgaste porém com uma tenacidadesuperior).

    Principais características das ferramentas cerâmicas:• Capacidade de suportar altas temperaturas (materiais refratários);• Alta resistência ao desgaste (alta dureza);

    • Baixa condutividade térmica;• Boa estabilidade química (inércia química).

    Exigência- Máquina Ferramenta com extrema rigidez e potência disponível;

    Recomendações- Usinagem a seco para evitar choque térmico;- Evitar cortes interrompidos.

    No passado o principal limitador das ferramentas cerâmicas era a suafragilidade

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    70/87

    fragilidade.

    Hoje com a introdução no mercado de cerâmicas mistas, reforçadas com SiC(Whiskers) e a base de nitreto de silício o grau de tenacidade destasferramentas melhorou significativamente, podendo ser usadas em cortesinterrompidos (fresamento) em altíssimas velocidades de corte e avanço.

    Ultra-duros: São materiais com 3000 HV. São considerados ultraduros:• Diamante natural;• Diamante sintético monocristalino;

    • Diamante sintético policristalino (PCD);• Nitreto cúbico de boro sintético monocristalino (CBN);

    Devido à sua fragilidade, risco de falha sob impacto e também seu alto custo, odiamante natural tem a sua aplicação limitada como ferramenta de corte,principalmente após o surgimento dos diamantes e CBN sintéticos, que podemsubstituí-lo com bastante eficiência.

    Tanto os PCDs como os CBNs podem ser encontrados apenas como umacamada de 0,5 a 1,0 mm, que são brasadas geralmente no metal duro (WC +

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    71/87

    , , , q g (

    Co), ou então, mais raramente, como ferramentas totalmente sólidas.

    O diamante sintético policristalino (PCD) não é usado para usinar materiaisferrosos, há desintegração química quando as temperaturas ultrapassam 700°C. Ao contrário, o CBN tem-se mostrado excelente na usinagem dos aços,ligas de níquel, titânio, FoFo, etc. Ele mantém sua estabilidade química até atemperaturas da ordem de 1200 °C.

    O que limita a aplicação dos ultra-duros é o seu alto custo. O preço destaspastilhas está em torno de 80 vezes o preço do metal duro e de 15 a 25 vezes

    o preço da cerâmica. Os preços médios destas ferramentas variam deUS$80,00 a US$120,00 cada aresta. Entretanto, este custo tem baixado nosúltimos anos.

    Evolução das Velocidades de Corte

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    72/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    73/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    74/87

    REVESTIMENTOS

    DE FERRAMENTAS

    Metal duro com revestimento simples

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    75/87

    Qual é a função do revestimento na ferramenta de metal duro?

    Os revestimentos não tem influência na zona de cisalhamento.

    As camadas protetoras do revestimento controlam o processo

    de difusão e não o atrito, protegendo as ferramentas contra as

    reações químicas.

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    76/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    77/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    78/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    79/87

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    80/87

    TiN: reduz coeficiente de

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    81/87

    TiC: boa resistência aodesgaste

    Al2O3: garante estabilidade

    Térmica em altas temp.

    atrito

    Metal duro

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    82/87

    2150101000

    244 4 nH  HclTiC nH CH TiCLmbar C 

    ++            →  ++  −ο 

    CVDChemical Vapour Deposition

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    83/87

    camada de TiC= o tetracloreto de titânio

    (TiCl4) vaporizado é levado juntamente com

    metano (CH4)

    No processo CVD de alta temperatura

    clássico (processo HT-CVD) que ocorre a

    uma temperatura de 900 a 1100°C e, a uma

    pressão abaixo da pressão atmosférica,

    ocorre uma reação química, na qual é

    formado carboneto de titânio

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    84/87

    O CVD gera espessuras de revestimento altas e arredondamento das arestas de corte, o

    que não é bom para o Al;Os metais duros são revestidos por CVD.

    Physical Vapour Deposition.

    PVD

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    85/87

    Deposição em vácuo onde, primeiramente, um material étransformado em vapor, então é transportado nessa fasee por último é depositado na superfície de um substrato.

    Deposição de ligas, multi-camadas, nanocamadas ecamadas com gradiente de composição.

    A técnica consiste basicamente na aplicação de uma

    voltagem negativa nos substratos. A forma através daqual o material é transformado para a fase vapor é oprincipal ponto de distinção dos processos.

    O revestimento de TiN é aplicado pelo processo PVD conferindo uma aparênciadourada a ferramenta.

    REVESTIMENTO PARA FERRAMENTAS DE CORTE

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    86/87

    A deposição de revestimentos em ferramentas de corte tem como principalobjetivo o aumento da vida das ferramentas. Outros efeitos positivos, tais comoo aumento da velocidade de corte (o que resulta em uma maior produtividade),redução de forças de corte (menor potência consumida) e redução da

    tendência à adesão, também podem ser obtidos.

    De forma geral, a utilização de revestimentos conferem certascaracterísticas às ferramentas de corte como:• Resistência ao calor e ao desgaste;• Diminuição do choque térmico no substrato;• Usinagem com velocidades e avanços mais altos;• Possibilidade de corte a seco ou com mínima quantidade de fluido de corte;

    • Melhor acabamento superficial da peça;• Redução do atrito;• Redução e até mesmo ausência da aresta postiça de corte;• Redução do desgaste de cratera e de flanco.

    A baixa condutividade térmica dos revestimentos funciona como uma barreiraentre o material da peça e o substrato da ferramenta. Devido a esta barreira, acarga térmica no substrato, o atrito, a adesão, a difusão e a oxidação podem

    d id i ê i à b ã d

  • 8/18/2019 Aula 6 - Aux 01 Materiais Para Ferramentas

    87/87

    As ferramentas podem ser revestidas basicamente por dois processos:

    ser reduzidos e a resistência à abrasão aumentada.

    •Processo de deposição química a vapor - CVD (Chemical VapourDeposition): a deposição dos revestimentos ocorre por meio de reaçõesquímicas em uma faixa de temperatura entre 900 e 1100°C;

    •Processo de deposição física a vapor - PVD (Physical Vapour Deposition):a deposição ocorre por meio de vapores gerados no interior de um forno a baixapressão, em temperaturas em torno de 500° C.

    O processo PVD traz benefícios como a possibilidade de revestirO processo PVD traz benefícios como a possibilidade de revestir substratos de aço substratos de aço - - 

    rápido (devido à temperatura relativamente mais baixa),rápido (devido à temperatura relativamente mais baixa), obtenção de revestimentos comobtenção de revestimentos comgranulometria granulometria mais fina mais fina (possibilidade de revestir cantos vivos).(possibilidade de revestir cantos vivos).

    O PVDO PVD funciona funciona bem bem na na zona zona dede agarramento agarramento ..