Ferramentas de corte para usinagem: Tipos de materiais

Na RML Máquinas e Ferramentas queremos apoiar empresas brasileiras que utilizam ferramentas de corte para usinagem, para que possam selecionar a melhor opção que lhes permita obter os melhores resultados em qualidade, precisão e duração.
À primeira vista, parece fácil escolher ferramentas de corte para certos processos de usinagem, mas vários trabalhos de fabricação mecânica exigem alta precisão e qualidade. Assim, encontramos uma grande diversidade de opções de ferramentas e pode ser difícil fazer uma boa escolha. Por este motivo, apresentamos a seguir uma lista dos diferentes tipos de ferramentas de corte que são frequentemente utilizadas na indústria e mencionaremos os tipos de materiais em que apresentam melhor desempenho.
Uma ferramenta de corte deve atender às seguintes características:
- Dureza: Capacidade de não alterar sua forma geométrica (deformação elástica) sob pressão mecânica e altas temperaturas.
- Resistência: Capacidade de absorver energia com ou sem deformação elástica sem fraturar.
- Resistência ao desgaste: O tempo que passa antes que a ferramenta precise ser substituída devido ao desgaste (abrasão), adesão ou oxidação.
Cada tipo de ferramenta de usinagem de corte possui uma combinação dessas características dependendo do material com o qual será trabalhada. Materiais muito duros tendem a ter menor resistência e todos os materiais perdem resistência com o aumento da temperatura.
Figura 1: mostra a diminuição da dureza com o aumento da temperatura experimentada por alguns materiais da ferramenta.
TIPOS DE MATERIAIS EM FERRAMENTAS DE CORTE
FERRAMENTAS DE CORTE DE AÇO CARBONO
O mais comum e o mais antigo, conhecido há centenas de anos. São ferramentas utilizadas para operação de usinagem em baixa velocidade e temperatura e suficientes para usinar outros aços. Normalmente com uma concentração de carbono em torno de 1%, com alguns outros componentes em quantidades mínimas (Mn, Cr, V, Si). Sua vida útil é curta, mas também seu custo é baixo e é o material mais comum para brocas helicoidais, perdendo sua dureza em torno de 200 ° C.
Tipos comuns de ferramentas de aço carbono: brocas, rimas, ferramentas de fresagem, ferramentas de torneamento e conformação, discos serrilhados e abrasivos e bandas.
Tipos de materiais: latão, alumínio, magnésio, outros aços, plásticos usináveis.
Processos adequados :
- Baixa produção.
- Usinagem em que não ocorrem temperaturas muito altas.
- Acabamentos em baixa velocidade de corte, em trabalhos muito delicados.
- Finura na aresta de corte, difícil de obter com aços rápidos (HSS).
- Corte de aço de baixa velocidade (5 m / min)
FERRAMENTAS DE CORTE DE AÇO DE ALTA VELOCIDADE (HSS)
Os aços rápidos (HSS em inglês) são um tipo de aços desenvolvido por volta do ano 1900 que permitia que as velocidades de corte aumentassem consideravelmente em comparação com os materiais até então conhecidos. São ligas de aço carbono com outros materiais (principalmente cobalto, nióbio, molibdênio e tungstênio) que aumentam sua dureza e resistência ao calor. A dureza inicial do HSS a frio é semelhante à dos aços endurecidos, mas enquanto os aços carbono perdem a dureza de 200 ° C, os aços rápidos a mantêm até 600 ° C, além de suportar velocidades de corte mais altas . Aços HSS tendem a ser mais caros por causa das ligas e, recentemente, porque revestimentos como nitretos ou óxidos de titânio ou cromo, ou nitratos de titânio e alumínio são adicionados.
Tipos comuns de ferramentas de aço HSS: brocas, rimas, cortadores, punções, lâminas e discos de serra, punções, machos e matrizes.
Tipos de materiais: Outros aços, ferro (com certos revestimentos), metais macios (alumínio, bronze, latão, cobre, magnésio), plásticos usináveis.
Processos adequados:
- Produção baixa a média
- Usinagem de precisão de baixo custo.
- Usinagem de alta velocidade em baixo volume.
- Maior velocidade de corte.
FERRAMENTAS DE CORTE DE CARBONETO E CERMET CIMENTADO
As ferramentas de corte de metal duro (importante não confundir com ferramentas de cermet) são extremamente duras. Eles são feitos usando a técnica de metalurgia do pó, com partículas de carboneto (carbono e compostos de metal) cimentadas dentro de um composto por algum elemento metálico como meio de ligação, como o cobalto. Ferramentas deste tipo com alto teor de cobalto são usadas para corte bruto, enquanto essas ferramentas com baixo teor de cobalto são usadas para operações de acabamento.
Eles podem suportar operações de corte de altíssima velocidade e a ferramenta de carboneto não perde sua dureza até 1.000 ° C. Alguns dos materiais mais comuns são: carboneto de tungstênio (WC), carboneto de titânio (TiC) ou carboneto de tântalo (TaC). Apesar de sua relativa fragilidade, oferecem tenacidade aceitável, não sendo apenas materiais para acabamento, mas também para fresamento e torneamento de aços inoxidáveis. Eles geralmente são usados na forma de pequenas inserções
O cermet também é uma espécie de material endurecido. CerMet é o nome atribuído às cerâmicas com base em carboneto de titânio (TiC), carboneto de nitreto de titânio (TiCN) e / ou nitreto de titânio (TiN), mas o ligante é níquel ou molibdênio. Seu nome vem de CERamic METal. Moderadamente caro, ele oferece maior resistência à abrasão em comparação ao carboneto de tungstênio, em detrimento de alguma resistência. Também é quimicamente muito mais inerte e tem uma resistência muito elevada à abrasão. Possui alta resistência ao desgaste de flanco, alta estabilidade química e resistência ao calor, e também tem baixa tendência de acúmulo de aresta e desgaste por oxidação.
Para aumentar a vida útil ou modificar as propriedades de corte das ferramentas de metal duro, geralmente são adicionados revestimentos de outras cerâmicas ou mesmo de carbono diamantado (DLC em inglês).
Tipos comuns de ferramentas de Metal Duro e CerMet: Insertos de corte, cortadores retos, brocas, lâminas serrilhadas e discos, machos.
Tipos de materiais : Alumínio e metais não ferrosos, materiais duros (ferro, aço inoxidável, titânio), ligas de aço.
Processos adequados:
- Alto volume de produção
- Acabamento grosso e fino.
- Alta precisão com custos moderados
- Usinagem de materiais especiais.
FERRAMENTAS DE CORTE DE CERÂMICA
As ferramentas de corte de cerâmica são semelhantes às de metal duro, porém mais duras, porém menos resistentes. São quimicamente inertes e possuem grande resistência à corrosão. Possuem alta resistência à compressão. Eles são estáveis até uma temperatura de 1.800 ° C. Eles são dez vezes mais rápidos que o HSS. O atrito entre a face da ferramenta e o cavaco é muito baixo e possui baixa condutividade térmica. Geralmente, não é necessário refrigerante ao usá-los e eles fornecem um excelente acabamento de superfície.
Os materiais cerâmicos mais comuns são óxido de alumínio e nitreto de silício. Essas ferramentas de corte são feitas de pó de material cerâmico, compactado em forma de pastilha e sinterizado em alta temperatura.
O óxido de alumínio ou alumina (Al2O3), também chamado de Coríndon, também usado em rodas abrasivas, tem uma dureza maior que o carboneto de tungstênio, mas sua fragilidade também é maior, o que o torna sensível a choques e vibrações, por isso uso é limitado a operações de usinagem contínua e em máquinas robustas, estáveis e potentes com alta rigidez estrutural. Neste caso, o design dos porta-ferramentas é de particular importância, pois eles devem ser o mais rígidos e robustos possíveis. É importante observar que as ferramentas de cerâmica têm suas próprias regras de corte; As cerâmicas, por não possuírem ligas metálicas, não produzem soldagem de partículas de cavacos na face de ataque da ferramenta, de modo que não formam reentrâncias nas arestas, obtendo-se para isso acabamentos superficiais de muito boa qualidade.
Tipos comuns de ferramentas cerâmicas: Insertos de corte.
Tipos de materiais : materiais duros (ferro, aço inoxidável, titânio), ligas de aço, materiais especiais.
Processos adequados:
- Acabamento fino.
- Alta precisão.
- Usinagem de materiais especiais.
FERRAMENTAS DE CORTE DE DIAMANTE POLICRISTALINO (PDC)
Importante! Nós não deve confundir as ferramentas de corte de diamante PDC ( P olycrystaline D iamond deposite C omposite) com PCD sinterizado tipo diamante ( P oly C rystaline D iamond)
Das ferramentas com maior dureza, são as ferramentas de cerâmica (geralmente carbonetos cimentados) revestidas por camadas de grão de diamante policristalino microscópico (PCD) muito semelhante em dureza ao do diamante natural monocristalino. Por esse motivo, possui alta resistência ao desgaste e é amplamente utilizado como abrasivo para rebolos.
Este material de corte possui alguns pontos críticos: A temperatura na área de corte não deve ultrapassar 600 ° C. Não pode ser utilizado para metais ferrosos devido à sua afinidade, nem para materiais resistentes com alta resistência à tração. Isso, portanto, exclui o PCD da maioria das aplicações de usinagem.
Essas ferramentas de corte são perfeitamente adequadas para materiais abrasivos não ferrosos e materiais não metálicos que requerem alta precisão e acabamento superficial de alta qualidade.
Também é usado para torneamento e fresamento de ligas abrasivas de Si e Al. Na verdade, metal duro não revestido e PCD são os dois principais materiais usados para usinar alumínio.
Outros materiais que também podem ser usinados com PCD são: Compostos, ligas especiais, grafite, outras cerâmicas e sinters, metais macios.
Devido a sua grande estabilidade química, o atrito dessas ferramentas de corte com a peça a ser produzida não afeta o seu gume. O PCD não deixa rebarbas e a vida útil da ferramenta é muitas vezes mais longa, mas devido a sua alta fragilidade, condições muito estáveis são necessárias ferramentas e máquinas muito rígidas trabalhando em altas velocidades, e deve-se usar fluido para resfriar o processo de trabalho.
Tipos comuns de ferramentas PDC: pastilhas de corte, fresas retas, brocas, discos e lâminas serrilhadas.
Tipos de materiais :
- Compósitos, Resinas, Plásticos, Carbono, Cerâmica, Metais duros pré-sintetizados, Bronze, Ligas de Mg, Ligas de Zn, Pb e Latão.
Processos adequados:
- Terminar
- Semi-acabado em torneamento e mandrilamento.
FERRAMENTAS DE CORTE DE DIAMANTE MONOCRISTALINO
O diamante monocristalino é funcionalmente idêntico ao PDC, porém com uma dureza superior e uma precisão de acabamento do raio menor que 1 µm, atingindo assim rugosidades menores que RZ 0,02 µm.
FERRAMENTAS DE CORTE DE NITRETO DE BORO CÚBICO (CBN)
É o segundo em dureza depois do diamante, possui alta dureza em altas temperaturas (2.000 ° C), excelente resistência ao desgaste e boa estabilidade química durante o processo de usinagem. É mais resistente do que as ferramentas de cerâmica, apesar de sua dureza mais alta, mas tem menor resistência térmica e química.
Um baixo teor de CBN com ligante de cerâmica tem maior resistência à abrasão e estabilidade química, adequado para aços e ferro fundido endurecido. Um teor mais alto de CBN melhora a tenacidade e é adequado para aços duros e ferros fundidos, e também para aços com liga resistentes ao calor.
Estes são os grupos onde praticamente qualquer ferramenta de corte de usinagem pode ser agrupada. Na próxima parte falaremos sobre as características mecânicas dos principais materiais usinados atualmente.
E lembre-se, ao usinar com qualquer um dos tipos de ferramentas de corte é muito importante cuidar da segurança. E por esse motivo, nossa recomendação é que seu Equipamento de Proteção Individual (EPI) não seja mostrado em todos os momentos: óculos, boné, luvas, calçado de segurança e roupas adequadas conforme apropriado: Segurança em primeiro lugar!
Se você tiver mais perguntas ou preocupações sobre o assunto, ou gostaria de encontrar a solução certa para sua necessidade de usinagem, não se esqueça de entrar em contato com seu representante de vendas da RML Máquinas.
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