aula 04_materiais ferramenta de corte
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exemplos de ferramentas de corteTRANSCRIPT
Prof. Eng. Ângelo Ferreira Costa
Engenharia Mecânica
Conseqüência dos esforços na de Ferramenta
Cavaco
FerramentaForca
Movimentorelativo
Calor
Peça
n
CalorAtrito
Desgaste
Material peça/
material ferramenta
Engenharia Mecânica
� 50 mil anos atrás (Paleolítico – Pedra Lascada):
● Emprego de ferramentas de pedracomgumes afiados porlascamento,adaptandoageometriadecorteà tarefaaser
Evolução dos materiais de ferramenta
lascamento,adaptandoageometriadecorteà tarefaaser
realizada.
Engenharia Mecânica
Matéria prima das ferramentas de corte.
MaterialMaterial dasdas ferramentasferramentas..
4
Engenharia Mecânica
● Aço ferramenta (1868)
Evolução dos materiais de ferramenta
●
●
●
●
Aço rápido (1900)
Stellite (1910)
Metal duro (1926)
Cerâmicas (1938)
CBN- Nitreto de boro cúbico (década de 50) -●
●
CBN- Nitreto de boro cúbico (década de 50) -
Diamante mono e policristalino (década de 70)
Engenharia Mecânica
Requisitos desejados em uma ferramentas de corte
� Resistência à compressão
� Dureza� Dureza
� Resistência à flexão e tenacidade
Resistência do gume
� Resistência interna de ligação
� Resistência a quente
� Resistência à oxidação
� Pequena tendência à fusão e
Nenhum material de ferramenta
possui todas estas características� Pequena tendência à fusão e
caldeamento
� Resistência à abrasão
� Condutibilidade térmica, calor
específico e expansão térmica
características
Engenharia Mecânica
Ferramentas de ultima geração
Engenharia Mecânica
Requisitos das ferramentas de corte.
Engenharia Mecânica
Requisitos das ferramentas de corte.
Engenharia Mecânica
Requisitos das ferramentas de corte.
Engenharia Mecânica
Requisitos das ferramentas de corte.
Engenharia Mecânica
Classificação dos materiais de ferramentas
Materiais CerâmicosMateriais de LigaçãoMateriais Metálicos
Materiais para Usinagem com ferramenta deGeometria Definida
Cerâmicaóxida
Cerâmicanão-óxida
Diamante
Diamante
CBN
CBN
Metal-duro (WC)
Cermets (TiC/TiN)
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Materiais de Altíssima DurezaCerâmicas de Corte
Óxida Mista Reforçadac/ Wiskers
Al 2O3
Al 2O3
+ ZrO2
Al 2O3
Al 2O3+ZrO2+ TiC
Al 2O3+SiC-wisker
C/ Si3N4
Si3N4+demais
Diamantemonocristalino
Diamantepolicristalino
CBN
CBN + TiCCBN + BNhexagonal
Engenharia Mecânica
Classificação dos materiais de ferramentas
Engenharia Mecânica
Propriedades dos materiais de ferramentas
Engenharia Mecânica
Propriedades dos materiais de ferramentas
Engenharia Mecânica
Resistência a quente dos principais materiais de ferramentas
Engenharia Mecânica
1-Método VickersConsiste em medir a indentação, ou marca, deixada no mineral por uma ponta de diamante em forma de uma pirâmide invertida
de base quadrada e com ângulo de 136 graus entre duas faces opostas, submetido a uma carga de 1 a 100 kgf. Na realização do
teste a carga escolhida é aplicada por um período de 10 a 15 segundos, após o que é medida a área da pirâmide invertida deixada
na superfície que está sendo testada.
Esta medição é feita usando uma lupa ou microscópio dotado de escala graduada:
1- Mede-se as duas diagonais da marca quadrada e calcula-se a média aritmética,
2-Calcula-se a área lateral da marca piramidal deixada sobre a superfície testada,
3-Calcula-se a dureza Vickers dividindo-se a carga aplicada (em kgf) pela área interna da indentação em mm2.3-Calcula-se a dureza Vickers dividindo-se a carga aplicada (em kgf) pela área interna da indentação em mm2.
Ou seja:
F=força aplicada em kgf
d=Média aritmética das duas diagonais medidas
HV=Dureza Vickers
A dureza Vickers é encontrada usando a fórmula:
HV=1,854.F/d2
Nota: o número 1,854 é o valor aproximado do seno de 68 graus, isto é, seno de 136o / 2.
A dureza Vickers é sempre dada explicitando o valor da carga aplicada, sem referência a unidades de medida. Assim uma dureza
de 500 HV/10 significa: Dureza Vickers 500 usando uma carga de 10 kgf.
As unidade de HV são kgf por mm quadrado. Para converter um número da dureza Vickers em unidades do Sistema
Internacional (MPa ou GPa), é necessário converter a força aplicada de kgf para newtons e a área de milímetro quadrado para
metro quadrado, dando o resultado em pascals.
V
isando coerência com o Sistema Internacional a dureza Vickers pode ser dada usando as seguintes conversões:
Para converter HV em MPa: multiplicar por 9,807
Para converter HV em GPa: multiplicar por 0,009807
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(Vickers) [ N/mm ]Dureza
2Condutividade térmica
RT [ W/mK ]
Dureza e condutividade de alguns materiais de corte
(Vickers) [ N/mm ]
Diamante
CBN
B 4C
SiC
RT [ W/mK ]
100 1000 100002500500010000
SiC
TiC
- Al 2O3
Engenharia Mecânica
Dureza e condutividade de alguns materiais de corte
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CBN+PKD 2
CERÂMICAS 14
Aplicação de materiais de ferramenta na indústria automobilística
MD - CVD 39,2
CERMETS 4
39,2 %
35 %
MD – PVD 5,9
MD S/ REV. 35
35 %
Engenharia Mecânica
Características� Aços carbono (0,8 a 1,5 % de C)
� Principal material utilizado ate 1900
Aços ferramenta
� Principal material utilizado ate 1900
� Baixo custo
� Facilidade de afiação – obtenção de gumes vivos
� Tratamento térmico relativamente simples
� elevada dureza e resistência ao desgaste
� Resistem a temperatura de até
aproximadamente 250°Caproximadamente 250°C
� Sem ou com baixos teores de elementos de liga
Engenharia Mecânica
Aços ferramenta
Áreas de aplicação dos aços-ferramentas
- Materiais de baixa velocidade de corte
- UsinagemdeaçosdocescomVc < 25m/min- UsinagemdeaçosdocescomVc < 25m/min
- Brocas para uso doméstico – hobby
- Ferramentas para carpintaria
Engenharia Mecânica
Aços rápidos
Características
� Principais elementos constituintes (W,
Mo, Co, V), elementos que conferem alta Mo, Co, V), elementos que conferem alta
tenacidade às ferramentas.
� Dureza de 60 a 67 HRC- Resistem a
temperatura de até aproximadamente 520
a 600°C
� Clássico 18 (%W) - 4 (%Cr) – 1 (%V)
� Aço super rápido adição de Cobalto(Co)� Aço super rápido adição de Cobalto(Co)
� Tratamento térmico complexo
� Preço elevado
Engenharia Mecânica
Aços rápidos
Engenharia Mecânica
Características
Aços rápidos
� Composição química usual (5 a 7% formam carbonetos):
� Designação: HS + % W - Mo - V - Co
0,6 a 1,6% C 4% Cr
7 a 10% W 4 a 5% Mo
85 a 89% Fe 0,9 a 3% V
HS 10-4-3-10Ex.:
10 % de Tungstenio 10 % de Cobalto
4% de Molibdenio 3% de Vanadio
Engenharia Mecânica
Subdivisão em4 grupos, segundo o teor de W e Mo
Aços rápidos
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Aços rápidos –Subdivisão
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3
Alto teor de W (até 18%) Teores de W de até 12% W + Mo (O Mo substitui W)
ParaferramentascomformaBom revenimento
Paraferramentascomformacomplexa (boa maleabilidade e
tenacidade)
Possui tenacidade muito boa
Empregado para desbastede aço e ferro fundido
Crescente teor de VEmpregado para todos tipos de
ferramentas
Revenimento um pouco pior quegrupo 1
Empregado para acabamento demateriais ferrosos e na usinagem
de materiais não-ferrosos
Engenharia Mecânica
Aumento no teor de elementos de liga:
Aços rápidos - Influência dos elementos de liga
� Maior produtividade destes materiais;
� Aumento na resistência ao desgaste;
� Aumento na vida das ferramenta;
� Porémtorna-semaisdifícil a fabricaçãodestematerial;� Porémtorna-semaisdifícil a fabricaçãodestematerial;
� Maiores custos de produção
Engenharia Mecânica
●Aço-rápido com revestimento (TiC, TiN):
• Menor atrito;
• Reduçãonodesgaste;
Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos
� Ferramentas para todas asoperações de usinagem
� Ferramentasparadesbastee• Reduçãonodesgaste;
• Maior estabilidade química;
• Proteção térmica do substrato
� Ferramentasparadesbasteeacabamento
� Machos e cossinetes de roscas
� Brocas helicoidais
� Alargadores
� Fresas de todos os tipos
� Ferramentasdeplainar� Ferramentasdeplainar
� Escareadores
� Ferramentas para trabalho a frio
� Ferramentas para trabalho emmadeira
� Outras.
Engenharia Mecânica
Aços rápidosÁreas de aplicação dos aços-rápidos
Engenharia Mecânica
Aços rápidos
Áreas de aplicação dos aços-rápidos
Engenharia Mecânica
Características
� Composição típica: 3% Fe , 17% W, 33% Cr, 44% Co
� Resistem a temperatura entre aproximadamente 700 a 800°C
Ligas Fundidas
� Resistem a temperatura entre aproximadamente 700 a 800°C
� W� Mn, Mo, V, Ti e Ta
� Tratamento térmico complexo
� Preço elevado
� Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida
Áreas de aplicação das Ligas Fundidas
� Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida
� Material para abrasivos
� Isoladores térmicos, isoladores elétricos
� Fundição de materiais cerâmicos
� Outros
Nomes comerciais: Stellite, Tantung, Rexalloy e Chromalloy
Engenharia Mecânica
Generalidades:
� Desenvolvimento 1926 – Leipzig
Metal Duro
� Principal material de ferramenta utilizado na
indústria
� Indústria automobilística consome cerca de 70%
das ferramentas de metal duro produzidas no
mundo
� Resistem a temperatura de até aproximadamente
1000°C (mesma dureza que o aço rápido à 1000°C (mesma dureza que o aço rápido à
temperatura ambiente)
� Maiores Vc com relação as ligas fundidas, aços
rápidos e aços ferramenta
� Aumento na vida útil das ferramentas na ordem
de 200 a 400%
Engenharia Mecânica
Estrutura do Metal Duro
onde:
Engenharia Mecânica
Engenharia Mecânica
Engenharia Mecânica
Engenharia Mecânica
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Engenharia Mecânica
39
Engenharia Mecânica
GC4015 (P15) - TORNEAMENTO RÁPIDO
Para boas condições de usinagem
Camada de TiN para fácil detecção do
desgaste – menor tendência à formação de
arestas postiças
Cobertura espessa de Al2O3 para resistência
térmica e ao desgaste superiores
Camada de TiCN resistente ao desgaste com
adesão extremanente boa
Zona da superfície enriquecida por cobalto
para uma aresta segura e tenaz
Substrato duro com alta dureza e redução da
deformação plástica
Engenharia Mecânica
GC4025 (P25) – CLASSE DE 1ª ESCOLHA
Camada de TiN para fácil detecção do desgaste e menor fricção – menor
Para a maioria das condições de usinagem
desgaste e menor fricção – menor tendência à formação de aresta postiça
Cobertura de Al2O3 de tamanho médio para resistência térmica e ao desgaste
Camada espessa de TiCN com colunas de cristais proporciona adesão extremamente boa
Zona da superfície, de tamanho médio, enriquecida por cobalto para segurança da aresta
Centro do substrato duro com resistência muito boa à deformação plástica
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Camada de TiN para fácil detecção do desgaste e
menor fricção em materiais abrasivos
GC4035 (P35) – TENAZ E SEGURA PARA AÇOS
Para condições difíceis de usinagem
menor fricção em materiais abrasivos
Cobertura de Al2O3 de tamanho médio para
estabilidade térmica e mecânica
Camada de TiCN resistente ao desgaste
para adesão extremamente boa
Zona da superfície enriquecida por cobalto para Zona da superfície enriquecida por cobalto para
tenacidade superior da aresta, em cortes
intermitentes
Centro do substrato muito tenaz com boa
resistência à deformação plástica
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Cerâmicas de Corte
Propriedades e características de cerâmicas:
� Resistentes à corrosão e às altas temperaturas� Resistentes à corrosão e às altas temperaturas
� Elevada estabilidade química (boa resistência ao
desgaste)
� Resistência à compressão
� Materiais não-metálicos e inorgânicos
� Ligação química de metais com não metais
� Podem ser oxidas ou não oxidas� Podem ser oxidas ou não oxidas
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Cerâmicas de Corte
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Matéria prima das ferramentas de corte.
MaterialMaterial dasdas ferramentasferramentas..
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● Nitreto de Boro Cúbico – CBN
� 2º material de maior dureza conhecido
� Obtido sinteticamente com transformação de estrutura
Materiais de corte superduros não-metálicos
� Obtido sinteticamente com transformação de estrutura
hexagonal para cúbica (pressão + temperatura)
� Quimicamente mais estável que o diamante (até 2000
graus)
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Materiais de corte superduros não-metálicos
● Diamante
� Material de maior dureza encontrado na natureza
� Pode ser natural ou sintético
� Monocristalino (anisotrópico) ou policristalino (isotrópico)
� policirstalino PKD - aglomerado de diamantes � policirstalino PKD - aglomerado de diamantes
� 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
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