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Materiais Para Ferramentas de Corte Uma Análise Geral.

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1 Materiais Para Ferramentas de Corte Uma Análise Geral

2 O RENDIMENTO DE UMA FERRAMENTA É MEDIDO PELA SOMA DOS TRABALHOS PRESTADOS DURANTE SUA VIDA E DEPENDE ESSENCIALMENTE DE CINCO FATORES: 1. aço de boa qualidade e liga adequada A escolha criteriosa do tipo do aço em função da solicitação da ferramenta e suas condições de trabalho é de importância primordial.

3 2. bom desenho Desenho inadequado pode ser responsabilizado pela quebra de muitas ferramentas Cantos vivos: Mudança drásticas de secção: Economia excessiva de aço(robustez) :

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7 3. tratamento térmico correto Alterações dimensionais: Importância de revenimento Importância da nitretação

8 4. acabamento adequado da ferramenta grau de rugosidade

9 5. uso correto da ferramenta operação; desbaste, acabamento etc

10 Introdução O primeiro metal surgiu quando pedras de minério de ferro foram usadas em fogueiras para aquecer as cavernas. Pelo efeito combinado do calor e da adição de carbono pela madeira carbonizada, o minério transformou-se em metal. A evolução ao longo dos séculos levou a sofisticação dos métodos de fabricação e combinações de elementos, resultando nos materiais de alto desempenho hoje disponíveis. Tratam-se neste módulo os materiais usados para ferramentas de corte, suas características e indicações: Exigência básica para um material de corte Aço Ferramenta Aço Rápido Metal Duro Cerâmica Cermet Nitreto de Boro Cúbico Cristalino Diamante Quadro Comparativo Evolução da velocidade de corte ao longo dos anos

11 Exigências básicas para um material de corte Elevada dureza a frio e a quente A dureza da ferramenta deve ser bem maior que a do material a ser usinado, porém, dentro de um limite para que este não se torne muito quebradiço (frágil). Material DúctilMaterial Duro

12 Exigências básicas para um material de corte Tenacidade O material deve ter uma boa tenacidade para resistir aos choques/impactos que ocorrem durante a usinagem, evitando com isso o surgimento de trincas e lascamentos na ferramenta. Material DúctilMaterial Frágil

13 Exigências básicas para um material de corte Resistência ao desgaste por abrasão Na região de contato entre a peça-ferramenta- cavaco ocorrem elevadas pressões e presença de partículas muito duras. Essas partículas, devido ao movimento relativo entre os componentes (peça-ferramenta-cavaco, penetram no material da ferramenta. A subsequente remoção das partículas pode ocorrer(desgaste), caso a ferramenta não possua elevada resistência.

14 Exigências básicas para um material de corte Estabilidade química Na usinagem a ferramenta e a peça apresentam diferentes composições químicas e estão submetidas a elevadas temperaturas, formando assim uma condição favorável para o surgimento de reações. Estas reações caracterizam-se pela troca de elementos químicos da peça para ferramenta e vice-versa, levando ao desgaste e perdas de propriedade da ferramenta.

15 Exigências básicas para um material de corte Custo e facilidade de obtenção Existem materiais para ferramenta que são fáceis de fabricar e apresentam baixo custo de produção. No entanto, não apresentam todas as propriedades desejadas e por isto tem seu uso limitado, exemplo: aço ferramenta. Por outro lado, tem-se a disposição materiais com excelentes propriedades dentre as quais dureza e resistência ao desgaste, porém com elevado custo. Portanto o balanço qualidade-custo deverá ser adequado a necessidades específicas.

16 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS RÁPIDOS Carbono - aumenta a dureza e possibilita a formação de carbonetos, que são partículas duras resistentes ao desgaste Tungstênio e Molibdênio - aumenta a dureza e possibilita a formação de carbonetos (resistência a brasão) Vanádio e Nióbio – A cada 1% de Vanádio acrescentado precisa-se aumentar o teor de carbono em o,25% para a formação de carbonetos; Aços com alto teor de carbono e vanádio são os que possuem melhor resistência ao desgaste. O Vanádio tem sido substituído pelo Nióbio, que tem características semelhantes e, no Brasil, é mais barato; Cromo - juntamente com o carbono é o principal responsável pela alta temperabilidade; Cobalto - aumenta a dureza a quente elevando, em conseqüência, a eficiência do corte.

17 PROPRIEDADESCMnPSSiNiCrMoVAl Aumenta dureza X X X X Aumenta a resistência X X X X X Diminui a dutilidade X X X Diminui a soldabilidade X Desoxidante X X X Aumenta a resistência ao impacto X Aumenta a resistência a corrosão X Aumenta a temperabilidade X X Aumenta a resistência abrasão X Aumenta resistência altas temperaturas X Fatores que Influenciam as Propriedades Mecânicas EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS RÁPIDOS

18 Designação TIPO DE AÇO SAEAISI 10XXC10XXAços carbono comuns 11XXC11XXAços de usinagem (ou corte) fácil, com alto S 13XX Aço manganês com 1,75% de Mn 23XX Aços Níquel com 3,5% de Ni 25XX Aços Níquel com 5,0% de Ni 31XX Aços Níquel Cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr 33XXE33XXAços Níquel Cromo com 3,5 % de Ni e 1,55 Cr 40XX Aços Molibdênio com 0,25% de Mo 41XX Aços Cromo Molibdênio com 0,50% ou 0,90% de Cr e 0,12% ou 0,20% de Mo 43XX Aços Níquel cromo com molibdênio com 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo 46XX Aços Níquel Molibdênio com 1,55% ou 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo 47XX Aços Níquel Cromo Molibdênio com 1,05%de Ni, 0,45% de Cr e 0,20 de Mo 48XX Aços Níquel Molibdênio com 3,5 % de Ni e 0,25% de Mo 50XX Aços cromo com 0,28% ou 0,65% de Cr 50BXX Aços cromo boro com baixo teor de Cr e no mínimo 0,0005% de B 51XX Aços cromo com 0,80 a 1,05% de Cr

19 Designação TIPO DE AÇO (continuação) SAEAISI 61XX Aço cromo vanádio com 0,8 ou 0,95% de Cr a 0,1% ou 0,15% de v 86XX Aços níquel molibdênio com baixos teores de Ni, Cr e Mo 87XX Idem 92XX Aço silício manganês com 0,85% de Mn e 2,0% de Si 93XX Aços silício manganês com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e 0,12% de Mo 94BXX Aço níquel cromo molibdênio com baixos teores de Ni, Mo e no mínimo 0,0005% de B 98XX Aço níquel cromo molibdênio com 1,0% de Ni,0,80 de Cr e 0,25% de Mo Sistema de codificação SAE/AISI

20 CAPÍTULO #5 TECNOLOGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS

21 MATERIAIS PARA FERRAMENTAS Como fazer uma seleção criteriosa do material da ferramenta? Quais os Materiais para Ferramentas?

22 MATERIAIS PARA FERRAMENTAS Para a seleção criteriosa do material da ferramenta, os seguintes fatores devem ser ponderados: Material a ser usinadoA dureza e o tipo de cavaco Processo de usinagemFerramentas rotativas de pequeno diâmetro que ainda utilizam materiais mais antigos (como o aço rápido) Condição da máquina operatrizPotência, gama de velocidades e estado de conservação Forma e dimensão da ferramentaFerramenta não padronizada Custo do material da ferramentaA relação custo/benefício;

23 MATERIAIS PARA FERRAMENTAS condições de usinagem acabamento (alta vel. de corte, baixos avanço e profundidade de usinagem, em peças que já sofreram uma operação anterior de usinagem e, portanto, não apresentam excentricidade, casca endurecida, etc.) exigem ferramentas mais resistentes ao desgaste. Em operações de desbaste (baixa velocidade de corte, altos avanços e profundidade de usinagem, com peças que apresentam camada endurecida, excentricidade, etc.) a ferramenta deve apresentar maior tenacidade, em detrimento da resistência ao desgaste;

24 MATERIAIS PARA FERRAMENTAS condições de operação se o corte for do tipo interrompido e /ou o sistema máquina- ferramenta-dispositivo de fixação for pouco rígido, exige-se uma ferramenta mais tenaz.

25 MATERIAIS PARA FERRAMENTAS Outros fatores Dureza a quente dependendo do tipo de operação, a temperatura da ferramenta pode ultrapassar 1000ºC Resistência ao desgaste, resistência ao atrito, muito ligada á dureza a quente do material Tenacidade resistência ao choque Estabilidade química para evitar o desgaste por difusão que, como vai ser visto no cap. 6, é bastante importante em altas velocidades de corte.

26 MATERIAIS PARA FERRAMENTAS para o caso de aços para ferramentas, pode-se acrescentar outras características Temperabilidade Tamanho de grão Resistência aos choques térmicos (principalmente em processos com corte interrompido, como o fresamento).

27 Aços carbono; Aços rápidos comuns; Aços rápidos com cobalto; Metais duros; Cerâmicas; Cermetos ou compósitos Diamantes; Nitreto de boro cúbico (CBN). Coronite CLASSIFICAÇÃO GERAL Morfologia do pó de diamante, de tamanho médio de partícula 20mm, com um aumento de 925X. TENACIDADE DUREZA / RESISTÊNCIA AO DESGASTE

28 Aço Ferramenta -Denomina-se de aço ferramenta o material descrito a seguir (aço não ligado). Há diferenças de nomenclatura na bibliografia, que pode também denominar aço ferramenta toda a gama de aços usados para fabricação de ferramentas. -Foi o único material (aço) empregado na confecção de ferramentas de corte até 1900.

29 Aço Ferramenta Característica -Composição: 0.8 a 1.5% de carbono. Aplicação Após o surgimento do aço rápido seu uso reduziu-se a aplicações secundárias, tais como: - Reparos, uso doméstico e de lazer. - Ferramentas usadas uma única vez ou para fabricação de poucas peças. - Ferramenta de forma. São ainda atualmente usados pelas seguintes características: - São os materiais mais baratos. - Facilidade de obtenção de gumes vivos. - Tratamento térmico simples. - Quando bem temperado obtêm-se elevada dureza e resistência ao desgaste. Limitação -Temperatura de trabalho: até 250°C, acima desta temperatura a ferramenta perde sua dureza.

30 Aço Rápido Desenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em 1900 na Exposição Mundial de Paris. Composição - Elementos 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 pelo molibdênio. Características - temperatura limite de 520 a 600°C; - maior resistência à abrasão em relação ao aço-ferrameta; - preço elevado; - tratamento térmico complexo.

31 Aço Rápido Aço Rápido com Cobalto O aço rápido ao cobalto, denominado de aço super-rápido, apareceram pela primeira vez em Característica - maior dureza a quente; - maior resistência ao desgaste; - menor tenacidade.

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33 DESCRIÇÃO DOS MATERIAIS PARA FERRAMENTAS Aços Rápidos é um aço ferramenta de alta liga de tungstênio, cromo, vanádio e nióbio, quando foi desenvolvido em 1905, era o material de ferramenta que suportava as maiores velocidades de corte e elevada dureza a quente até 600ºC. A estrutura metalográfica do aço rápido no estado temperado é martensítica com carbonetos encrustados. Micrografia da amostra A temperada e duplo revenida. Aumento de 1000X

34 Aço Rápido Aço Rápido com Revestimento TiN O revestimento de TiN é aplicado pelo processo PVD conferindo uma aparência dourada a ferramenta.

35 Aço Rápido com Revestimento TiN Característica - Redução do desgaste na face e no flanco da ferramenta; - Proteção do metal de base contra altas temperaturas pelo baixo coeficiente de transmissão de calor do TiN. - baixo atrito; - não há formação de gume postiço. Aço Rápido

36 REVESTIMENTO DE NITRETO DE TITÂNIO (TiN) 1960, processo CVD (deposição química a vapor) temperatura da ordem de 1000ºC, acima da temperatura de revenimento dos aços. 1980, processo PVD (deposição física a vapor) que é realizado na faixa de 450 a 500ºC, temperatura que não prejudica o tratamento térmico já realizado nos aços rápidos. O PVD é realizado em uma câmara de alto vácuo com a presença de um gás inerte, o argônio. Aços Rápidos com Cobertura

37 Tal camada possui as seguintes características Alta dureza, da ordem de 2300 HV; Elevada ductilidade; Redução sensível do caldeamento a frio (evita a formação da aresta postiça de corte) Baixo coeficiente de atrito; Quimicamente inerte; Espessura de 1 a 4 µm; Ótima aparência Aços Rápidos com Cobertura

38 A PRESENÇA DA CAMADA DE REVESTIMENTO DE TiN FAZ COM QUE: O corte aconteça com esforços menores, devido ao seu baixo coeficiente de atrito; Devido ao fato desta camada possuir alta dureza (tanto a frio quanto a quente) e também ao pequeno atrito, os desgastes são menores, principalmente o desgaste na superfície de folga da ferramenta. Existe uma menor tendência à formação da aresta postiça de corte, porque, uma das características desta camada é a redução do caldeamento a frio. Nas mesmas condições de corte então, a ferramenta revestida tem uma vida bem maior que a não revestida. Além disto, mesmo depois de reafiada, a ferramenta revestida ainda é ligeiramente mais eficiente que uma não revestida, pois com a afiação, a ferramenta perde a camada de revestimento somente em sua superfície de saída (ou de folga, dependendo da fiação), mantendo a camada na outra superfície.

39 Profundidade total usinada (m) ,4 0,6 1,0 2,0 4,0 6,0 10,0 15,0 Velocidade de corte (m/min) Influência da Cobertura na Durabilidade da Ferramenta Profundidade total usinada (m) avanço (mm/volta) 0,08 0,2 0,3 0,5 0,4 0,6 1,0 2,0 4,0 6,0 10,0 15,0 0,1 aço rápido aço rápido nitrtado TiN reafiado TiN Nova

40 Metal Duro O Metal Duro (Carbonetos Sinterizados) surgiram em 1927 com o nome de widia (wie diamant - como diamante), com uma composição de 81% de tungstênio, 6% de carbono e 13% de cobalto.

41 Metal Duro Característica - Elevada dureza; - Elevada resistência à compressão; - Elevada resistência ao desgaste; - Possibilidade de obter propriedades distintas nos metais duros pela mudança específica dos carbonetos e das proporções do ligante. - Controle sobre a distribuição da estrutura.

42 Metal Duro Composição O metal duro é composto de carbonetos e cobalto responsáveis pela dureza e tenacidade, respectivamente O tamanho das partículas varia entre 1 e 10 microns e compreende geralmente 60 à 95% da porção de volume.

43 METAL DURO

44 MD- INSERTOS REVERSÍVEIS MD com cobertura

45 METAL DURO

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47 A Figura abaixo mostra os grupos de aplicação de metais duros, de acordo com a norma ISO 153/1975.

48 Metal Duro Seleção: Principais fatores que afetam a escolha da pastilha: Material da peçaOperação Condição de usinagem

49 Classes de ISO Metal Duro ISOMaterial P Aços carbono e aços ligas M Aços inoxidáveis K Ferros fundidos N Alumínio, bronze latão S Ligas resistentes ao calor - titânio H Aços endurecidos e fofo coquilhado

50 01/01/ CLASSES DE METAL DURO

51 Principais aplicações das classes de metal duro P 25 - Classe específica para trabalho de acabamento e semi-acabamento em aço carbono em processos de torneamento, fresamento e filetamento. P 40 - Classe específica para desbaste, fresamento de seções de médio e grosso calibre e cordões de solda de tubos de aço carbono. F 03 - Classe especialmente desenvolvida para fabricação de bicos de jato. F 05 - Classe para Torneamento, acabamento e rasqueteamento em alta velocidade de corte e baixo avanço de aço temperado, vidro, cerâmica, plástico, alumínio e madeira de alta densidade. Ótimo para trefilação de arame de aço. Classe altamente resistente ao desgaste por abrasão. F 10 - Mesma aplicação da classe do F 05, mas em condições mais severas. F 12 - Para trabalho com furações e alta resistência ao desgaste, quando há necessidade de uma alta resistência a flexão. F 22 - Classe específica para estampagem de aço-silício. Construção de punções e matrizes para estampagem. Construção de utensílios para o corte de materiais não ferrosos e seus derivados. E 25 - Características similar a classe F22 mais específica para trabalho em eletroerosão.

52 Principais aplicações das classes de metal duro K 15 - Torneamento, fresamento e furação de aço, ligas metálicas, madeira, borracha e plástico. K 20 - K25 - Torneamento, fresamento e furação, com baixa velocidade de corte e forte avanço. Utilização para ligas de arame, madeira e alumínio. Classe indicada para ser utilizada em condições severas. K 40 - Trefilação de fios e barras de aço. Matrizes para calibração e embutimento. Trabalho em madeiras macias, mármores e pedras. Indicado para insertos de fixação mecânica. G 4T - Classe especifica para laminação a frio de metais ferosos. G 20 - Trefilação de metais. Laminação a frio. G 30 - Trefilação de metais. Laminação a frio. G 40 - Trefilação de metais. Extrusão de metais. Estampagem com força média. Corte de aço. G 50 - Classe especial para estampagem a frio de parafusos e rebites. Possui boa resistência ao desgaste e alta resistência ao impacto. G 60 - Formação e prensagem em condições extremas. Esta classe é muito resistente ao impacto e choque (alta tenacidade, tratando-se de metal duro).

53 APLICAÇÕES Pastilhas para Moendas Incertos para usinagem de Rodeiros de Trens

54 Centro de Manutenção de Cavaleiro

55 Torno rodeiro - Este equipamento "alisa" as rodas gastas dos trens do metrô. É um torno mecânico, onde a ferramenta fica por baixo e o trem 55

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57 Veículo Leve Sobre Trihos(VLT) Funcionamento diesel-hidráulico 80% diesel e 20% biodiesel Capacidade para transportar 600 passageiros Peso máximo por eixo de 12 toneladas Velocidade máxima de 80 Km/h Motor DieselSistema HidráulicoTração

58 Cerâmica Inicialmente cerâmica era o nome atribuido a ferramentas de óxido de alumínio. Na tentativa de diminuir a fragilidade destas ferramentas, os insertos passaram por considerável desenvolvimento, diferindo atualmente dos iniciais. Hoje encontramos dois tipos básicos de cerâmica:

59 Cerâmica Cerâmica a base de óxido (Puro) Característica: - baixa resistência; - baixa condutividade térmica; - fratura do gume, caso a condição de corte não seja boa; - baixa dureza. Fabricação: A cerâmica branca é obtida através de prensagem a frio e a cerâmica cinza através de prensagem a quente. Pequena quantidade de óxido de zircônio pode ser adicionada melhorando significamente a propriedade da cerâmica. Cerâmica a base de óxido (mista) Característica: Devido a adição de novos elementos como carbonetos de titânio e tungstênio, os insertos passaram a apresentar as seguintes características: - melhor resistência ao choque térmico; - melhor condutividade térmica.

60 Cerâmica Cerâmica a base de nitreto de silício Material relativamente jovem desenvolvido em torno de Característica: - melhor resistência ao choque; - considerável dureza a quente; - embora não apresente uma estabilidade química igual a da cerâmica a base de alumínio quando usinando aço, é excelente para usinar ferro fundido cinzento a seco; - é o número 1 na usinagem de ferro fundido cinzento com alta taxa de remoção. Fabricação: - Cerâmicas a base de nitreto de silício são constituídas por duas fases, cristais de nitreto de silício e ligante, tendo as propriedades determinada pela composição. - Os insertos são obtidos através de prensagem de alta pressão a frio seguida de sinterização, ou mais alternativamente, através de pressão a quente.

61 Cerâmica Característica: - Alta dureza à quente (1600°C) - Não reage quimicamente com o aço; - Longa vida da ferramenta; - Usado com alta velocidade de corte; - Não forma gume postiço. Característica da cerâmica não metálica em relação ao aço: - 1/3 da densidade do aço; - alta resistência a compressão; - muito quebradiço; - módulo de elasticidade em torno de 2 vezes ao do aço; - baixa condutividade térmica; - velocidade de 4 à 5 vezes a do metal duro; - baixa deformação plástica;

62 Cerâmica Aplicação: - Ferro Fundido; - Aço endurecido; (hard steels) - Ligas resistentes ao calor. (Heat resistant alloys) Fabricação: Pó finíssimo de Al2O3 (partículas compreendidas entre 1 e 10 mícrons) mais ZrO2 (confere tenacidade a ferramenta de corte) é prensado, porém apresenta-se muito poroso. Para eliminar os poros, o material é sinterizado a uma tempertura de 1700o C ou mais. Durante a sinterização as peças experimentam uma contração progressiva, fechando os canais e diminuindo a porosidade. Exigência: - Máquina Ferramenta com extrema rigidez e potência disponível.

63 Cerâmica Recomendações: - Usinagem a seco para evitar choque térmico; - Evitar cortes interrompidos; - Materiais que não devem ser usinados: -Alumínio, pois reage quimicamente; -Ligas de titânio e materiais resistentes ao calor, pela tendência de reagir químicamente, devido a altas temperaturas envolvidas durante o corte; -Magnésio, berílio e zircônio, por inflamarem na temperatura de trabalho da cerâmica.

64 Cermet Composição Cermet é um composto formado por cerâmica e metal (CERâmica/Metal). Quase tão antigo quanto o metal duro à base de tungstênio/cobalto, o cermet é um metal duro à base de titânio. Durante a década de 1930, os primeiros cermets (Ti/Ni) eram muito frágeis e pouco resistentes à deformação plástica. Durante os anos quarenta e cinqüenta, o metal duro WC/Co desenvolveu-se consideravelmente, com grandes avanços em melhoria da performance. Enquanto isso, os cermets avançaram marginalmente com a adição de materiais, provavelmente adicionados de modo tentativa-e-erro, e com o aprimoramento da tecnologia de sinterização.

65 Cermet Característica - baixa tendência a formação de gume postiço; - boa resistência a corrosão; - boa resistência ao desgaste; - resistência a temperatura elevada; - alta estabilidade química; Aplicação Ao longo da história da usinagem, os cermets ganharam fama de suscetíveis à repentina e imprevisível falha das pastilhas e, como tal, não têm sido fáceis de compreender em sua aplicação. As próprias recomendações dos fornecedores freqüentemente são contraditórias: alguns especificam o uso somente se os fatores operativos no torneamento de acabamento estiverem exatamente corretos; outros indicam uma área ampla de utilização, incluindo o exigente semi-acabamento. Além disso, os cermets são amplamente usados no fresamento de materiais de peças duros com êxito. Assim, parece não haver diretrizes bem definidas sobre onde os cermets se encaixam na usinagem.

66 Diamante Monocristalino - Tipos: Carbonos, ballos e Borts. - Característica marcante: são os materiais que apresentam maior dureza. - Materiais que podem ser empregados: usinagem de ligas de metais, latão, bronze, borracha, vidro, plástico, etc. Parâmetros de corte permitido para uma ferramenta de corte: - Velocidade de corte permitida: 100 a 3000m/min; - Avanço: 0,002 a 0,06 mm; - Profundidade de corte: 0,01 a 1,0 mm;

67 Diamante Limitação - Ferramentas de diamante não podem ser usadas na usinagem de materiais ferrosos devido a afinidade do C com o ferro; - Não pode ser usado em processos com temperaturas acima de 900°C devido a grafitização do diamante. Aplicação - Usinagen fina, pois é o único material para ferramenta de corte que permite graus de afiação do gume até quase o nível de um raio atômico de carbono. - Usinagem onde é exigido ferramentas com alta dureza, por exemplo, furação de poços de petróleo.

68 Diamante Diamante Policristalino - Material sintético obtido em condições de extrema pressão e temperatura; - Propriedades semelhante ao encontrado no diamante natural, porém mais homogênio; - São usados na usinagem de materiais não ferrosos e sintéticos; - Ocorre grafitização para uma determinada condição de corte.

69 Nitreto de Boro Cúbico Cristalino (CBN) Material relativamente jovem, introduzido nos anos 50 e mais largamente nos anos 80, devido a exigência de alta estabilidade e potência da máquina- ferramenta. Característica: - São mais estáveis que o diamante, especialmente contra a oxidação; - Dureza maior que a do diamante; - Alta resistência à quente; - Excelente resistência ao desgaste; - Relativamente quebradiço; - Alto custo; - Excelente qualidade superficial da peça usinada; - Envolve elevada força de corte devido a necessidade de geometria de corte negativa, alta fricção durante a usinagem e resistência oferecida pelo material da peça.

70 Nitreto de Boro Cúbico Cristalino (CBN) Aplicação: - Usinagem de aços duros; - Usinagem de desbaste e de acabamento; - Cortes severos e interrompidos; - Peças fundidas e forjadas; - Peças de ferro fundido coquilhado; - Usinagem de aços forjados - Componentes com superfície endurecida; - Ligas de alta resistência a quente(heat resistant alloys); - Materiais duros (98HRC). Se o componente for macio (soft), maior será o desgaste da ferramenta.

71 Nitreto de Boro Cúbico Cristalino (CBN) Fabricação - Os cristais de boro cúbico são ligados por cerâmica ou ligante metálico, através de altas pressões e temperatura. - As partículas orientadas a esmo, conferem uma densa estrutura policristalina similar a do diamante sintético. - As propriedades do CBN podem ser alteradas através do tamanho do grão, teor e tipo de ligante. Ligante - CBN fabricados com ligantes de cerâmica possui melhor estabilidade química e resistência ao desgaste; - CBN sobre substrato de metal duro, oferecem melhor resistência ao choque.

72 Nitreto de Boro Cúbico Cristalino (CBN) Recomendações - Alta velocidade de corte e baixa taxa de avanço (low feed rates); - Usinagem a seco para evitar choque térmico. Nomes comerciais - Amborite; - Sumiboron; - Borazon. Usinagens de materiais endurecidos

73 CORONITE O Coronite é um material para ferramenta recente (desenvolvimento da Sandvik Coromant), utilizado principalmente em fresas de topo, que são ferramentas de pequeno diâmetro.

74 PROPRIEDADES DO CORONITE Tenacidade similar ao aço rápido (bem maior que a do metal duro); Módulo de elasticidade (que tem a ver com a rigidez do material) menor que o do metal duro, mas maior que o do aço rápido. Dureza a quente e resistência ao desgaste bem maior que a do aço rápido; Baixa tendência à craterização( formação do desgaste na superfície de saída da ferramenta), devido ao fato de que o TiN é muito estável quimicamente; Capacidade de produzir superfícies com bons acabamentos maior que a do aço rápido e do metal duro.

75 CARACTERÍSTICAS DO CORONITE Uma das principais causas destas características do Coronite é o fato de possuir partículas duras de TiN extremamente finas. Com isso fica mais fácil conseguir arestas afiadas da ferramenta e as partículas que são levadas embora da aresta durante o processo de desgaste são menores (fazendo com que, mesmo depois de um certo desgaste, aresta ainda esteja afiada).

76 COMPOSIÇÃO DO CORONITE Normalmente ela é composta de três partes: 1. Um núcleo de aço rápido ou de aço mola, que adiciona tenacidade à ferramenta; 2. Uma camada de Coronite circundando o núcleo que representa cerca de 15% do diâmetro da fresa; 3. Uma camada de cobertura de TiN ou TiNC com espessura aproximada de 2mm.

77 Quadro Comparativo

78 Evolução da velocidade de corte ao longo dos anos

79 Bibliografia Infomet -

80 80

81 Norma DIN / Tipo de Aplicação DIN N°TIPO APLICAÇÃO Jan 61Aços não ligados para tubos sem costura Abr 70Aços de usinagem fácil Mar 80Aços para parafusos Jan 80Aços para construção em geral Ago 72Aços para correntes soldadas Mar 64Aços resistentes ao envelhecimento Jan 59Aços para caldeiras Nov 84Aços para beneficiamento Dez 69Aços para cementação Ago 70Aços para nitretação Ago 72Aços para têmpera por chama ou indução Dez 72Aços laminados a quente para molas beneficiadas Ago 79Aços laminados a frio para molas Abr 55Aços resistentes ao calor para molas Set 80Aços para rolamentos Jul 76Aços resistentes ao calor para porcas e parafusos Aplicações

82 Aços Rápidos com Cobertura Para diversas ferramentas de usinagem tais como brocas, machos, alargadores, brochas, cortadores de dentes de engrenagens e alguns tipos de fresas, a aplicação de materiais mais resistentes ao desgaste que o aço rápido como o metal duro ou material cerâmico é muito restrita, devido a forma e dimensão destas ferramentas e as condições das operações de usinagem. Assim, o desenvolvimento destas ferramentas tem caminhado no sentido da melhoria das condições do próprio aço rápido, através da aplicação de uma camada de cobertura de um material mais resistente ao desgaste como o nitreto de titânio (mais usado) e o carbonitreto de titânio.

83 CORONITE O Coronite é um material para ferramenta recente (desenvolvimento da Sandvik Coromant), utilizado principalmente em fresas de topo, que são ferramentas de pequeno diâmetro que, Quando fabricadas de aço rápido não propiciam a eficiência que se deseja da operação e, quando fabricadas de metal duro, possuem a limitação de não poderem atingir as altas velocidades de corte requeridas pelo metal duro, devido às altas rotações necessárias. O Coronite é composto de finas partículas de nitreto de titânio (partículas de cerca 0,1 µm de diâmetro, muito menores que as partículas duras do metal duro, cujo tamanho varia de 1 a 10µm) dispersas numa matriz de aço temperado. As partículas de TiN são 35 a 60% do volume do material. Esta proporção de partículas duras é bem maior do que o volume de partículas duras possível de ser obtido no aço rápido (carbonetos), Mas menor que o volume de partículas duras do metal duro.

84 Ligas Fundidas Desenvolvidas por Elwood Haynes em Composição - tungstênio, cromo e vanádio; - no lugar de tungstênio pode-se usar em partes, manganês, molibdênio, vanádio, titânio e tântalo; - no lugar do cobalto o níquel. Característica - elevada resistência a quente; - temperatura limite de 700 a 800°C; - qualidade intermediária entre o aço rápido e o metal duro

85 Metal Duro As primeiras ferramentas compostas unicamente de carbonetos de tungstênio(WC) e cobalto eram adequadas para a usinagem de ferro fundido, porém durante a usinagem do aço havia formação de cratera na face da ferramenta devido a fenômenos de difusão e dissolução ocorridos entre o cavaco da peça e a face da ferramenta. Para solucionar tais problemas, começou-se a acrescentar outros carbonetos (TiC, TaC e NbC) que conferem as seguintes características: TiC (Carbonetos de Titânio): - pouca tendência à difusão, resultando na alta resistência dos metais duros; - redução da resistência interna e dos cantos. TaC (Carbonetos de Tântalo) e NbC (Carboneto de Nióbio) - em pequenas quantidades atuam na diminuição do tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade e a resistência dos cantos.

86 Metal Duro Propriedades As propriedades do metal duro são determinado pelo: - tipo e tamanho das partículas; - tipo e propriedades dos ligantes; - técnica de manufaturamento; - quantidade de elemento de liga.

87 Metal Duro Composição: Co, WC Grão: Grosso Composição: Co, WC Grão: Fino Composição: Co, WC, TiC, TaC, NbC Grande quantidade de elemento de liga Composição: Co, WC, TiC, TaC, NbC Pequena quantidade de elemento de liga

88 Metal Duro Fabricação de pastilhas de metal duro Clique no link para ver a:

89 GRUPOS DO METAL DURO O grupo P é formado por metais duros contendo teores elevados de TiC (até 35%) e TaC (até 7%), o que lhes confere uma elevada dureza a quente, resistência ao desgaste e resistência à difusão. Esta classe de metais duros é indicada para a usinagem de materiais dúcteis, de cavacos contínuos que, por apresentarem uma área de contato cavaco-ferramenta grande, desenvolvem altas temperaturas durante a usinagem. Materiais normalmente usinados com ferramentas de metal duro classe P são aço, aço fundido e ferro fundido maleável, nodular ou ligado.

90 GRUPOS DO METAL DURO O grupo M é um grupo e metais duros com propriedades intermediárias entre as do grupo P e do grupo K. Metais duros deste grupo se destinam a ferramentas de aplicações múltiplas. Ferramentas de metal duro tipo M são usadas na usinagem de aço, aço fundido, aço ao manganês, ferros fundidos ligados, aços inoxidáveis austeníticos, ferro fundido maleável e nodular e aços de corte fácil. O grupo K foi o primeiro tipo de metal duro desenvolvido (Diniz et. al., 1999), sendo composto basicamente por carbonetos de tungstênio aglomerados por cobalto. Devido à baixa resistência dos metais duros à difusão em altas temperaturas, as ferramentas deste grupo não são recomendadas para a usinagem de metais dúcteis, sendo sua área de aplicação restrita a usinagem de materiais frágeis, que formam cavacos curtos (ferros fundidos e latões).

91 Classes de Metal Duro sem Cobertura Composição e Propriedades M40 K30 K20 K10 K01 M10 M20 M30 P10 P20 P25 P30 P mT g/cm 3 Dureza a quenteResistência ao desgaste Tenacidade CO-Conteúdo (Saturação Magnética) TiC, TaC Peso específico ISO 513

92 Ferramentas Cerâmicas Possuem elevada dureza a quente e a frio, resistência ao desgaste e estabilidade química, porém baixa tenacidade e resistência ao choque térmico. Podem ser classificadas como: À base de alumina – pura, mista ou reforçada com Wiskers (SiC); À base de nitreto de silício (Si3N4);

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