Materiais Para Ferramentas - Usinagem
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MATERIAL DA PEÇA
PEÇAmanuseio
Característicasespeciais
fixação
FERRAMENTA
Geometria daferramenta
Material daferramenta
TECNOLOGIA DETECNOLOGIA DETECNOLOGIA DETECNOLOGIA DEUSINAGEMUSINAGEMUSINAGEMUSINAGEM
PROCESSOEstratégia
Controle emonitoramento
CAD/CAM
MÁQUINA-FERRAMENTA
Segurança
Construçãode baixo peso
Base da máquina
Fixação dossuportes daferramenta
Sistema de fluidorefrigerante
Fuso de altafrequência
controle
Motores
CNC controle
FerramentaFerramentamaterialmaterial
revestimentorevestimento
geometriageometria
CAVACO CONTÍNUO
Formado continuamente. Força de corte variamuito pouco, a qualidade superficial é boa.
CAVACO CISALHADO
Ruptura parcial ou total do cavaco. Soldagemdevida à alta pressão e temperatura. Serilhadonas bordas. Variação da força de corte, superfície com ondulosidade.
CAVACO ARRANCADO
Usinagem de materiais frágeis. Rompimentoem pequenos segmentos (presença de grafita). Superfície com qualidade superficial inferior.
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
Avarias e desgastes
especificação do fim de vida da ferramenta
tipos de avarias
lascamentos trincas longitudinais trincas transversais
deformação plástica do gume
Avarias e desgastes
especificação do fim de vida da ferramenta
tipos de avarias
tipos de desgastes
de flanco (VB)
de cratera (KT)
Vbmáx
Vbm édio Kt Vbm áx
Desgaste de Cratera Face
Desgaste de Flanco
Difusão
Abrasão
Oxidação
Adesão
Des
gast
e T
otal
Temperatura de Corte(Velocidade de Corte; Avanço e outros fatores)
Zona de oxidação
Flanco
Face
Oxidação
Material da Peça Ck53 NMaterial de Corte HW-P30
Velocidade de Corte V =125m/minC
Condições de Corte a f = 3 0,25 mmp • • 2
Tempo de corte t = 20minc
Cavaco
Aço C10
Ferramenta
Metal Duro P30
TiC - WC (Tac/NbC)
Metal Duro P30
Aço Ck53
Dissolução do WC no: Zona A: Fe - Co - MK
Zona B: Co - Fe - MKFe W C; (FeW) C; (FeW) CCo - WC - MK
Fe C Co
B
A
3 3 6 23 6
C
Aço rápidoDesenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em1900 na Exposição Mundial de Paris
ComposiçãoElementos de Liga: tungstênio, cromo e vanádio como elementos básicos de liga e pequena quantidade de manganês para evitar fragilidade. Em 1942 devido a escassez de tungstênio provocada pela guerra, este foi substituído pelomolibdênio.
Característicastemperatura limite de 520 a 600oC mantendo dureza de 60-67 HRC;maior resistência à abrasão em relação ao aço-ferrameta;preço elevado; tratamento térmico complexo.
Aço Rápido com Cobalto
O aço rápido ao cobalto, denominado de aço super-rápido, apareceram pela primeira vezem 1921.
Característicamaior dureza a quente; maior resistência ao desgaste; menor tenacidade.
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.
5 Controle sobre a distribuição da estrutura
carbonetos de tungstênio (WC) :dureza a qte
cobalto : ligante
TiC (Carbonetos de Titânio): pouca tendência à difusão; redução da resistência intern a e dos
cantos.
TaC (Carbonetos de Tântalo) e NbC (Carboneto de Nióbio) : pequenas quantidades diminuição
do tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade e a resi stência dos cantos.
Metal duro - Fabricação
Fabricação do pó Prensagem Sinterização
(Ti,Ta)C
Dur
eza
Res
istê
n-ci
a à
Cor
rosã
o TiC
TaCR
esis
tên-
cia
a F
lexã
o TaCTiC
Res
istê
n-ci
a ao
D
esga
ste
Conteúdo de Co
Tamanho do Grão do WC
Conteúdo de Car-bonetos Mistos
Qualidade do Material da Ferramenta
Alta Resistência ao Desgaste
AltaTenacidade
Conteúdo de Co:
Tamanho do Grão do WC:
Conteúdo de Carbonetos Mistos: Conteúdo de Carbonetos Mistos:
Tamanho do Grão do WC:
Conteúdo de Co:
Classificação dos MD
WC-COWC-(Ti, Ta, Nb)C-Co eTiC/TiN-Co, Ni. - CERMETS
Metal duro - Fabricação
Retífica Tratamento dos gumes Cobertura
Gravação e etiquetagem
Nos metais-duros, consegue-se significativamente au mentar tanto a dureza do material quanto a tensão de escoamento transversal,
com a diminuição do tamanho de grão do carboneto de tungstênio WC
Tamanho dos micro-grãos da classe K03 (aumento de 10000 x – MEV)
2 µm ▬▬▬ 10000 x
1 32
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]
14
min
10
8
6
4
2
0
(B)
: Res
istê
ncia
à fl
exão
N/m
m²
(H)
: Dur
eza
HV
30
v = 16 m/min
f = 0,1 mm
a = 1,0 mm
c
p
Placa de corte reversívelSPGN 120308Gume afiado
χ = 75°r
Padrão Grão finíssimo Grão ultrafiníssimo
Padrão Grão finíssimo
Grãoultrafiníssimo
Torneamento de fundido duro
(80 shore)
Vid
a út
il T
WC-6Co-Metal Duro
AdesãoDescascamento
AbrasãoOxidação
Difusão
Efeitos superfíciais
Efeitos volumétricosTensões
Formação de trincas
Micro-fraturas
Fraturas
Fenômenos de desgaste em ferramenta revestida
Processos de revestimento: CVDChemical Vapour Deposition
CH4
2H
Entrada de gás
2H + T1C14
H2
Líquido T1C14
VaporizadorSaída de gás
camada de camada de camada de camada de TiCTiCTiCTiC= o = o = o = o tetracloretotetracloretotetracloretotetracloreto de titânio (TiClde titânio (TiClde titânio (TiClde titânio (TiCl4444) vaporizado ) vaporizado ) vaporizado ) vaporizado éééé levado levado levado levado juntamente com metano (CHjuntamente com metano (CHjuntamente com metano (CHjuntamente com metano (CH4444) ) ) )
No processo CVD de alta temperatura clNo processo CVD de alta temperatura clNo processo CVD de alta temperatura clNo processo CVD de alta temperatura cláááássico (processo HTssico (processo HTssico (processo HTssico (processo HT----CVD) que CVD) que CVD) que CVD) que ocorre a uma temperatura de 900 a 1100ocorre a uma temperatura de 900 a 1100ocorre a uma temperatura de 900 a 1100ocorre a uma temperatura de 900 a 1100°°°°C e, a uma pressão abaixo da C e, a uma pressão abaixo da C e, a uma pressão abaixo da C e, a uma pressão abaixo da pressão atmosfpressão atmosfpressão atmosfpressão atmosféééérica, ocorre uma rearica, ocorre uma rearica, ocorre uma rearica, ocorre uma reaçççção quão quão quão quíííímica, na qual mica, na qual mica, na qual mica, na qual éééé formado formado formado formado carboneto de titâniocarboneto de titâniocarboneto de titâniocarboneto de titânio
2150101000
244 4 nHHclTiCnHCHTiCL mbarC ++ →++ −ο
Fresamento a seco
Aço para melhoramento
Fresamento molhado
Des
gast
e
175
min
125
100
75
50
25
0sem CVD MT-CVD
Vid
a út
il T
c
Tipo de revestimento
41 Cr 4 St 52-3 X2CrNi1812 Liga de Titânio
sem
sem
CV
D (
TiC
- T
iN)
sem
Tipo de revestimento
MT
-CV
D
5
4
3
2
1C
ompr
imen
to ú
til-r
elaç
ão
250 32 160 8018800,1
3 - 5
3 12 7125 25 350,33 0,28 0,0852,5 3 232 131 60
(Rm = 950 N / mm²)D = 100 mmv = 113 m/minf = 0,1 mma = 6 mm
D (mm)
Zv (m/min)
f (mm)
a (mm)
a (mm)
czp
czpe
Mic
rotr
inca
s
Des
gast
e
Physical Vapour Deposition.
Deposição em vácuo onde, primeiramente, um material é t ransformado emvapor, então é transportado nessa fase e por último é depos itado na superfíciede um substrato.
Deposição de ligas, multi-camadas, nanocamadas e cama das com gradiente de composição.
A técnica consiste basicamente na aplicação de uma voltag em negativa (bias) nos substratos. A forma através da qual o material é tr ansformado para a fasevapor é o principal ponto de distinção dos processos.
Vaporização a vácuo;SputteringIonplating
PVD
-temperatura de processo de 200 até 600 °°°°C com solicitação relativamente pequena de temperat ura do material do substrato
- A resistência à flexão do substrato continua não af etada em razão da baixa temperatura de revestimento .
- Em camadas PVD surgem tensões de compressão, que l imitam a espessura da camada real de 3 a 5 µµµµm. O perigo de formação de fissuras nesse tipo de solici tação é reduzido através dos tensões de compressão.
- O processo PVD em ferramentas revestidas necessita um pré-trabalho superficial e um desenvolvimento d o processo muito cuidadoso a fim de se obter uma exce lente aderência da camada. Os efeitos da vaporizaçã o e da difusão provocam uma melhor aderência da camada em processos CVD.
- Em razão dos efeitos de sombreamento no processo P VD obtém-se espessuras de camadas relativamente iguais direcionadas num só sentido para a rotação da s partes revestidas.
- Há grande quantidade de sistemas de camadas e mater iais de substratos.
PVD
Bom
ba d
e vá
cuo
Aba
stec
imen
to d
e en
ergi
a
Gás
iner
teG
ás d
e re
ação
Vap
oriz
ador
de
átom
os m
etál
icos
Sup
orte
do
subs
trat
o
Sub
stra
to
Rec
ipie
nte
Câm
ara
de r
eves
timen
to
Mat
eria
l de
reve
stim
ento
Metal duro com revestimento simples:
TiC: baixo coeficiente de atrito, menor difusão, menos adesã o e soldas a frio, menores forças de
avanço e passiva; alta dureza, baixo coeficiente de dil atação térmica;
TiN: alta força de ligação interna, estável quimicamente, po uca difusão, pouco desgaste de cratera;
Al2O3: alta dureza (frágil), alta resistência a quente, alta re sistência química, baixa resistência a
oscilações de temperaturas;
Revestimentos múltiplos: deposição de 10 camadas com combinação das propriedade s
Metal Duro HW-P10 Cermet HT-P15
TiN(Ti, Ta, W) (C, N)(Ti, Ta, W, Mo) (C, N)(Ti, Ta, W, Mo) (C, N)
LiganteCo, Ni (Ti, W, Mo)Ni (Ti, Al)
- Parte efetiva principal
Ligante
Co-W-C-
(Ti, Ta, Nb, W) CWCPastículas de material duro
Microscópio eletrônico de varredura
3
Microscópio eletrônico de varredura
Representação esquemática Representação esquemática
Pastículas de material duro
Cerâmicas
Cerâmicas
Cerâmicas óxidas Cerâmicas não óxidas
Cerâmica óxida
Cerâmica mista
Cerâmicareforçadac/ whisker
Cerâmicade nitretode silício
Al O2 3
32Al O +ZrO
43 Si N + aditivos sinterizados
2
Al O +TiC2 3
Al O +ZrO +TiC
32 2
Al O
+ SIC - Whisker
32
Si N + Sialon + aditivos sinterizados
Si N + material duro + aditivos sinterizados
43
3 4
Cerâmicas
Cerâmica óxida Cerâmica mista Cerâmica de nitreto de silício
Cerâmica reforçada com Whisker Ampliação Cerâmica de nitreto de silício revestida
( Al O + ZrO ) ( Al O + TiC ) ( Si N + MgO )
Al O + SiC - Whisker ) ( Al O + SiC - Whisker ) ( Si N + Al O )
2 3 2 3 3 4
3 42 3 2 3
Cerâmica a base de óxido (Puro)
Característica: baixa resistência; baixa condutividade térmica; fratur a do gume, casoa condição de corte não seja boa; baixa dureza.
Cerâmica a base de óxido (mista)
Característica: Devido à adição de novos elementos como carbonetos de titâ nio e tungstênio, os insertos: melhor resistência ao choque té rmico; melhorcondutividade térmica.
Cerâmica a base de nitreto de silício
Característica: melhor resistência ao choque; considerável dureza a quen te; éexcelente para usinar ferro fundido cinzento a seco; Os i nsertos são obtidos atravésde prensagem de alta pressão a frio seguida de sinteriza ção, ou maisalternativamente, através de pressão a quente.
Cerâmicas
Material daferramenta
Material da peça : GG26CrVelocidade de corte: vc=600-360 m/minAvanço: f=0,46 mmProfundidade de corte: ap=3 mm
Al 0 /Cerâmica Si N /Cerâmica
0
2 3 3 4
150
300
450
600
750
1350
Peças
1500
Peça bruta Chanfrado Não chanfrado
Material da peça : GG25Velocidade de corte: vc=1000 m/minAvanço: f=0,5 mmProfundidade de corte: ap=3 mm
Peças
600
450
300
150
0
Qua
ntid
ade
N
ChanfradoNão chanfrado
Aplicação de cerâmica de corte Si3N4 na usinagemde discos de freio (de acordo com Daimler – Benz, Feldmühle)
Característica: mais estáveis que o diamante, especialmente contra a oxidação; dureza elevada; altaresistência à quente; resistência ao desgaste; quebradiço; alto custo; excelente qualidade superfici al da peça usinada; envolve elevada força de corte devidoà geometria de corte negativa, alta fricção durante a usinagem.
Usinagem de aços duros; de desbaste e de acabamento; cortes severos e interrompidos;
Os cristais de boro cúbico são ligados por cerâmica ouligante metálico, através de altas pressões e temperatura.
As partículas orientadas a esmo, conferem uma densaestrutura policristalina similar a do diamante sintét ico.
CBN
Aplicações onde fluido de corte deve ser descartadoCaracterística: especialmente contra a oxidação; dureza elevada; altaresistência à quente; resistência aodesgaste; quebradiço; alto custo; excelente qualidade superficial da peçausinada; envolve elevada força de cortedevido à geometria de corte negativa, alta fricção durante a usinagem.
Os cristais de boro cúbico são ligadospor cerâmica ou ligante metálico, através de altas pressões e temperatura.
As partículas orientadas a esmo, conferem uma densa estruturapolicristalina similar a do diamante sintético.
4 direções principais de clivagem
Classificação dos diamantes
Diamantes negros: são “amorfos”, quandoaquecidos perdem a sua dureza. ferramentas para retificar rebolos, pontasde brocas para minas.
Bolos: são diamantes claros, de crescimento irregular, são redondos, nãoencontram aplicação como ferramentasutilizadas na usinagem.
Bort:(usado na usinagem de ultra precisão), especialmente o africano, monocristalino. Anisotropia, suas propriedades variam com a direção.
Diamante
Diamante policristalino: diamante sintético. A camada de diamante policristalino é produzidapela sinterização das partículas de diamante com cobalto num processo de alta pressão (600 à700MPa) e alta temperatura (1400 à 2000°C). A camada de aproximadamente 0,5mm de espessura, ou é aplicada diretamente sobre umapastilha de MD pré sinterizada, ou então é ligadaao metal duro através de uma fina camadaintermediária de um metal de baixo ponto de fusão.
Usinagem de micro-
precisão
Características principais do fresamento de grafita Industrialaumento da vc relacionado com aumento da vida da ferramenta
aumento do avanço até um certo valor
corte discordante
Standwegendekriterium:VB = 100 µmmax
Werkzeug:SchaftfräserD = 12 mmz = 2
Werkstoff:Graphit EK 85
Schnitt-bedingungen:f = 0,05 mma = 3 mma = 12 mm
pe
z
25
m
20
15
10
5
0 2100m/min15001200900600300
HM K10HM P25HM K10 (TiN)Cermet
Schnittgeschwindigkeit vc
Sta
ndw
eg p
ro Z
ahn
Lfz
250
m200
150
100
50
0 2100m/min15001200900600300
K10, diamantbeschichtetPKD
Schnittgeschwindigkeit vc
Sta
ndw
eg p
ro Z
ahn
Lfz
Velocidade de corte vc Velocidade de corte vc
LL
Critério de fim de vida: VBmax= 100 µm
material: grafite EK 85
Ferramenta: topo reto; D= 12 mm, z= 2parâmetros de corte: fz= 0,05 mm/rotap= 3 mm; ae= 12 mm
Quadro Comparativo de Propriedades
Tempo de Usinagem em função do tipo de Material de Ferramenta e Década