PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTA HIDROMECÂNICA PARA USINAGEM EM CARCAÇA DO EIXO DIFERENC
Aula 5 Usinagem Material para ferramenta de corte
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PROCESSO DE FABRICAO
Professor: Norimar de Melo Verticchio
FERRAMENTAS DE CORTE
Requisitos desejados em uma ferramentas de corte
NENHUM MATERIAL POSSUI TODAS ESSAS
CARACTERSTICAS
Resistncia compresso Dureza Resistncia flexo e tenacidade Resistncia do gume Resistncia interna de ligao Resistncia a quente Resistncia oxidao Pequena tendncia fuso e caldeamento Resistncia abraso Propriedades trmicas
Evoluo dos materiais de ferramenta
Ao ferramenta (1868)
Ao rpido (1900)
Stellite (1910)
Metal duro (1926)
Cermicas (1938)
Nitreto de boro cbico
(dcada de 50)
Diamante mono e
policristalino (dcada de 70)
Evoluo dos materiais de ferramenta
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Evoluo dos materiais de ferramenta Evoluo dos materiais de ferramenta
Evoluo dos materiais de ferramenta Evoluo dos materiais de ferramenta
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Ao ferramenta
Caractersticas
Aos carbono (0,8 a 1,5 % de C); Sem ou com mnimos teores de
elementos de liga; Principal material utilizado ate 1900; Baixo custo; Facilidade de afiao obteno de
gumes vivos; Tratamento trmico relativamente
simples; Resistem a temperatura de at
aproximadamente 250C.
reas de aplicao
Materiais de baixa velocidade decorte
Usinagem de aos doces comVc < 25 m/min
Brocas para uso domstico hobby Ferramentas para carpintaria
Ao rpido
Desenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em 1900 na ExposioMundial de Paris.
Principais elementos constituintes (W, Mo, Co, V), elementos que conferemalta tenacidade s ferramentas.
Composio
temperatura limite de 520 a 600C; Dureza de 60 a 67 HRC maior resistncia abraso em relao ao ao-ferramenta; tratamento trmico complexo.
Caractersticas
Ao rpido
Aumento no teor de elementos de liga:
Maior produtividade
destes materiais;
Aumento na resistncia ao desgaste;
Aumento na vida das
ferramenta;
Porm torna-se mais difcil a
fabricao deste material;
Maiores custos de produo
Ao rpido
Ao Rpido com Cobalto
O ao rpido ao cobalto, denominado de ao super-rpido, apareceram pela primeira vez em 1921.
Caracterstica maior dureza a quente;
maior resistncia ao desgaste;
menor tenacidade.
Ao Rpido com Revestimento de nitreto de titnio TiN
O revestimento de TiN aplicado pelo processo PVD (deposio fsica a vapor) conferindo uma aparncia dourada a ferramenta.
Caracterstica Reduo do desgaste na face e no flanco da ferramenta;
Proteo do metal de base contra altas temperaturaspelo baixo coeficiente de transmisso de calor do TiN.
Baixo atrito;
No h formao de aresta postia.
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Ao rpido
Ferramentas para todas as operaes de usinagem
Ferramentas para desbaste e acabamento
Machos e cossinetes de
roscas
Brocas helicoidais
Alargadores Fresas de todos os tiposFerramentas de
plainar Escareadores
Ferramentas para trabalho a
frio
Ferramentas para trabalho em madeira
reas de aplicao dos aos-rpidos
Ligas fundidas
Dureza mantm-se constante at 700-800C
Velocidades de corte superiores s utilizadascom os aos rpidos
Maior tenacidade, menor dureza a quente eresistncia ao desgaste do que os carbonetossintetizados.
Stellite Tantung Rexalloy
Chromalloy
Nomes comerciais reas de aplicao das Ligas Fundidas
Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida
Material para abrasivos
Isoladores trmicos, isoladores eltricos
Fundio de materiais cermicos
Metal duro - Widia
OMetal Duro (Carbonetos Sinterizados) surgiram em1927 com o nome de widia (wie diamant - comodiamante), com uma composio de 81% de tungstnio,6% de carbono e 13% de cobalto.
Composio O metal duro composto decarbonetos e cobalto responsveispela dureza e tenacidade,respectivamente
Metal duro - Widia
Caractersticas Elevada dureza;
Elevada resistncia compresso;
Elevada resistncia ao desgaste;
Possibilidade de obter propriedades distintasnos metais duros pela mudana especfica doscarbonetos e das propores do ligante.
Controle sobre a distribuio da estrutura.
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Metal duro - Widia
Fatores que afetam as propriedades dos carbonetos
sintetizados: tipo e tamanho das partculas tipo e propriedades dos ligantes quantidade de elementos de liga
Carbonetos:
fornecem dureza a quente e resistncia ao desgaste (WC, TiC, TaC, NbC, ...)
Ligante metlico:
Atua na ligao dos carbonetos frgeis (Co ou Ni);
Metal duro - Widia
Solvel em Co - alta resistncia de ligao interna e de gume Boa resistncia ao desgaste abrasivo (melhor que TiC e TaC) Limitaes de vcs devido tendncia difuso em temperaturas elevadas
Carboneto de tungstnio (WC)
Baixa tendncia difuso Boa resistncia quente Pequena resistncia de ligao interna - baixa reistncia de gume Os metais duros com alto teor de TiC so frgeis
Carboneto de Titnio (TiC)
Em pequenas quantidades - refino do gro - proporciona um aumento de tenacidade e de resistncia do gume
A resistncia interna do metal duro cai menos do que quando utilizado TiC
Carboneto de Nibio (NbC)
Metal duro - Widia
Em pequenas quantidades - refino do gro - proporciona um aumento de tenacidade e de resistncia do gume A resistncia interna do metal duro cai menos do que quando utilizado TiC
Carboneto de Tntalo (TaC)
Componente de maior influncia nas propriedades dos Cermets Menor solubilidade no ao Maior resistncia difuso que o TiC Alta resistncia ao desgaste Estrutura de gros finos
Nitreto de titnio (TiN)
Melhor metal de ligao para metais duros com base em WC Boa solubilidade do WC Bom ancoramento dos cristais de WC
Cobalto (Co)
Metal duro - Widia
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Metal duro - Widia
Divididos em trs grupos (P,K e M) e classificados de acordocom tenacidade e resistncia ao desgaste, de acordo com umanumerao (p. ex. P01, P10,..., K10, ...)
Classificao dos Metais Duros
Metal duro - Widia
Principais fatores que afetam a escolha da pastilha: Material da pea: Ao, ao inox, ferro fundido Operao: Acabamento, usinagem mdia, desbaste Condies de usinagem: Boas, mdias, difceis
Metal duro - Widia Metal duro revestidos - Widia
Consequncias do processo sobre a ferramenta Funes dos revestimentos
Proteo do material de base daferramenta
Reduo de atrito na interfacecavaco/ferramenta
Aumento da dureza na interfacecavaco/ferramenta
Conduo rpida de calor para longe daregio de corte
Isolamento trmico do material de base daferrmenta
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Metal duro revestidos - Widia
Substrato tenaz com revestimento duro (TiC, TiN, Ti(C,N), Al2O3, ...), combinando-se assim uma alta resistncia a choques com alta resistncia a desgaste (maior vida de ferramenta).
freqente a deposio de vrias camadas
Exigncias aos revestimentos Espessura regular da camada sobre a face e flancos Composio qumica definida Possibilidade de fabricao em grandes lotes
Metal duro revestidos - Widia
Principais revestimentos
Carboneto de Titnio (TiC)
Nitreto de titnio (TiN)
Carbonitreto de titnio (Ti(C,N))
Nitreto de alumnio-titnio ((Ti, Al)N)
xido de Alumnio (Al2O3)
Camadas de diamante
Metal duro revestidos - Widia
Carboneto de titnio (TiC)
alta dureza
proteo contra o desgaste na supercie de sada
tendncia difuso relativamente baixa
Nitreto de titnio (TiN)
estabilidade termodinmica
baixa tendncia difuso
Nitreto de Alumnio-titnio ((Ti, Al)N)
boa resistncia oxidao
boa dureza quente
xido de alumnio (Al2O3)
boa resistncia abraso
boa resistncia oxidao
Metal duro revestidos - Widia
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Cermet
Adio de TIC aumenta a resistncia ao desgaste
Escassez de Tungstnio
Fatores que contriburam para o surgimento dos CERMET: Composio:
TiC TiN N (ligante)
Aplicaes:
Acabamento de aos (alta vc e baixo f)
Cermicas
As cermicas so compostas de elementos metlicos e no metlicos, geralmente,na forma de xidos, carbonetos ou nitretos. A maioria tem estrutura cristalina, masem contraste com os metais, as ligaes entre os elementos so Inicas oucovalentes
CermicasCERMICAS A BASE DE AL2O3
Propriedades: Alta dureza Alta resistncia ao desgaste Excelente estabilidade qumica
Baixa tenacidade
Aplicaes: Acabamento de materiais fundidos
Aos tratados superficialmente
Aos temperados
Observao: Exige mquinas com alta rigidez e sem vibrao
CermicasCERMICAS MISTAS
Base de Al2O3 + adio de TiC ou ZrO2 ou TiNComposio:
Maior tenacidade Melhores propriedades trmicas
Propriedades melhoradas:
Torneamento em geral e mandrilamento de ferro fundido cinzento. Torneamento de materiais endurecidos (abaixo de HRC65).
Aplicaes:
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CermicasCERMICAS MISTAS (WHISKERS)
Base de Al2O3 reforada com SiCComposio
Propriedades:
Grande aumento da tenacidade
Aumento da resistncia ao desgaste
Aplicaes:
Usinagem de aos duros, aos inoxidveis, superligas de nquel
CermicasCERMICAS A BASE DE Si3N4
Torneamento e fresamentode ferro fundido
Aplicaes:
Composio: Cristais de Si3N4, com faseintegranular de SiO2
Composio: Si, Al, O e N
Torneamento e Fresamento de ao e superligas de nquel
Aplicaes:
Alta afinidade qumicacom o ferro a altatemperatura
Baixa afinidade qumicacom o ferro a altatemperatura
Materiais ultraduros para ferramentas
Materiais com dureza superior a 3000 HV so denominados ultraduros
Diamantes naturais mono e policristalinos
Diamantes sintticos
monocristalinos
Diamantes sintticos
policristalinos (PCD)
Nitreto cubico de boro
monocristalino(cBN)
Nitreto cubico de boro
policristalino(PcBN)
Diamantes mono e policristalinos
Caractersiticas Material de maior dureza encontrado na natureza
Pode ser natural ou sinttico
Monocristalino (anisotrpico) ou policristalino (isotrpico)
Diamante policristalino
Primeira sntese em 1954 (GE)
Sntese sob 60 a 70 kbar, 1400 a 2000 graus C
Cobalto usado como ligante
Substitui metal-duro e diamante monocristalino, em alguns casos
Campo de aplicao
Usinagem de metais no ferrosos,plsticos, madeira, pedra, borracha, etc. Usinagem de preciso e ultrapreciso. Pequenas ap e f, tolerncias estreitas(baixa resistncia a flexo dasferramentas)
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Nitreto de Boro cbico
Segundo material de maior dureza conhecido Obtido sinteticamente (primeira sntese em 1957), com transformao de estrutura hexagonal para cbica (presso + temperatura)
Quimicamente mais estvel que o diamante (at 2000 graus)
Caractersiticas
Aplicaes:
Torneamento de ao
endurecido (HRC60) e ferro fundido cinzento.
Acabamento em fresamento
de ferro fundido cinzento
Ligas duras (Ni, Co, ...);
Emprego em operaes
severas (corte interrompido), tanto quanto
em
operaes de desbaste e acabamento.
Seleo de ferramentas
Seleo de ferramentas
1 - Caracteristicas da peca: Analise as dimenses e as exigncias de qualidade do canal da pea a ser usinada: Tipo de operao (interna ou externa, p.ex. corte, usinagem de canal geral, torneamento,canais , canais frontais, perfilamento e sadas para retfica) que afeta a escolha daferramenta.
Profundidade de corte Largura de corte Raios do canto Exigncia quanto qualidade (tolerncia, acabamento superficial)
Seleo de ferramentas
1 - Aps analisar a caracterstica, o momento de observar a pea: O material fcil quanto quebra de cavacos? A fixao da pea boa? Escoamento de cavacos