ALGUMAS QUESTÕES E RESPOSTAS SOBRE USINAGEM (SABER BÁSICO)

MATERIAIS PARA FERRAMENTA.

1)    Quais são os fatores que determinam a seleção do material da ferramenta?

R.: Material a ser usinado, processo de usinagem condição da máquina operatriz, forma e dimensões da ferramenta, custo do material da ferramenta, condições de usinagem e condições da operação.

2)    Na condição de usinagem de acabamento se utiliza altas velocidades de corte, baixo avanço e baixa profundidade de corte,  exigindo ferramentas mais resistentes ao desgaste/ enquanto que  nas condições de desgaste utiliza-se altas velocidades de corte, altos avanços e altas profundidade de corte, tendo a ferramenta que apresentar uma  maior tenacidade, explique o porque?

R.: Uma ferramenta tenaz resiste bem aos choques inerentes do processo.

3)    Quais são as 3 principais características de  do material de uma ferramenta?

R.: Dureza à quente, resistência ao desgaste, tenacidade e estabilidade química.

4)    Explique o que é dureza a quente?

R.: Dependendo do tipo de operação, a temperatura da ferramenta pode ultrapassar 1000ºC. Então cada vez mais se procuram materiais de ferramentas que possam atingir essa temperatura com dureza suficiente para suportar as tensões do corte.

5)    Qual a composição química de uma ferramenta de aço rápido?

R.: Alta liga de tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio, cobalto e nióbio.

6)    O aço rápido é dividido em duas categorias T e M qual a diferença entre as duas?

R.: “T” compreende os tipos predominantes ao tungstênio e a categoria “M” compreende os tipos de molibdênio.

7)    Nos aços o são adicionados elementos de ligas e os mais importantes são? carbono, tungstênio. molibdênio, vanádio e nióbio, qual a função destes elementos de liga e o que eles formam?

R.: A função é  aumentar a dureza do material e formam o cromo e o cobalto.

8)    Os principais revestimento nos aços rápidos são TiN e TiCN, esses revestimento tem a finalidade de aumentar a dureza, elevar a ductibilidade, evitar a formação de arestas postiças entre outras, no gráfico abaixo identifique a ferramenta de aço rápido comum e aço rápido revestido. FAZER FIGURA DA CURVA.

R.:

9)    Qual a diferença entre ferramentas de metal duro e cermets?

R.: O Metal duro é feito de partículas duras finamente divididas de carbonetos de metais refratários, sintetizados com um ou mais metais no grupo de ferro formando um corpo de alta dureza e resistência a compressão e o cermets tem alta resistência à oxidação, à formação da aresta postiça de corte e alta resistência à deformação plástica.

10)  Qual a influencia da % de cobalto na ferramenta de metal duro?

R.: 6% de Co.

11)  Descreva brevemente os grupos de ferramentas de metal duro?

R.:  Os diversos grupos de metal duro são classificados em P, M e K

    O Grupo P é constituído de metais duros de elevados teor de TiC + TaC. Proporciona maior dureza a quente e resistência ao desgaste. É utilizado para usinar materiais que produzem cavacos contínuos, devido o aumento da temperatura gerado pelo alto atrito com a superfície de saída da ferramenta. Tende a desgastar bastante a ferramenta (Desgaste cratera)

    O Grupo K, são metais duros compostos de carbonetos de tungstênio aglomerado pelo cobalto. Por não apresentar.

12)  Quais são as novas classes de metal duro e qual a vantagem de se utilizar elas?

1.    Classe N (com as subclasses N01 a N30), aplicável a materiais não ferrosos;

2.    Classe S (com as subclasses S01 a S30) aplicável à usinagem de superligas e ligas de titânio;

3.    Classe H (com as subclasses H01 a H30), aplicável à usinagem de materiais endurecidos.

Dentre as vantagens na utilização dessas classes, podemos citar: a possibilidade de usinar qualquer tipo de material com dureza inferior a 45 HRc.

13)  Quais são os principais revestimento do metal duro.

R.: Ferro, níquel e cobalto

14)  A camada de oxido de alumínio garante estabilidade térmica a ferramenta de corte pois se trata de material cerâmico refratário assim garantido uma ótima resistência ao desgaste abrasivo, alta dureza a quente e ótima resistência química, com todas essas propriedades, porque,  mesmo assim, temos que revestir a primeira camada com TiC.

R.: Pelo fato da camada de TIC possuir excelente resistência ao desgaste por abrasão, além de funcionar como elemento que promove a adesão de camadas de cobertura com o material duro do núcleo.

15)  As espessuras dos revestimentos do metal duro são na ordem de 2µm a 12µm, quando se aumenta a espessura do revestimento a resistência do desgaste aumenta proporcionalmente porem a tenacidade diminui, faça uma relação gráfica deste item.

R.:

16)  Os novos revestimentos para o metal duro são TiAlN e AlTiN, porque esses dois novos revestimentos melhoram a resistência a oxidação das ferramentas?

R.: Quando esse material oxida, forma-se uma camada de Al²O³, que é inerte quimicamente por isso resistente a difusão e a oxidação.

17)  Existe revestimentos alto lubrificantes para as ferramentas de metal duro, quais são eles e qual o principio de funcionamento desses lubrificantes?

R.: Cobertura de carboneto de titânio ou óxido de alumínio, nitreto de titânio e carbonitreto de titânio. Sua finalidade é aumentar a resistência ao desgaste da camada superior que entra em contato com o cavaco e com a peça, sendo que o núcleo da pastilha permanece com a tenacidade característica do metal duro mais simples ( WC + Co). Assim aumenta bastante a vida útil e diminui os esforços de corte. 

18)  As camadas de TiAlN e AlTiN são aplicadas por PVD assim proporcionando menores espessuras, através disso o que pode ser proporcionado a aresta de corte?

R.: Baixa condutividade térmica, alta dureza a frio e a quente e alta estabilidade química.

19) Quais são as principais aplicações das ferramentas de CERMERTS?

R.: Torneamento e fresamento leve, sem refrigeração aços inoxidáveis e no fresamento em acabamento e semiacabamento de aços para moldes e matrizes com dureza até 50HRc.

20)  Quais são os tipos de ferramentas cerâmicas a base de oxido de alumínio?

R.: Pura e mista

21)  O que são ferramentas Whisker?

R.: São monocristais de SIC.

22)  Porque as ferramentas de cerâmicas puras possuem boas características na usinagem de FoFo?

R.: É utilizada somente em operações de acabamento (onde não se precisa de muita tenacidade) de peças endurecidas, ferro fundido onde as temperaturas atingidas são altas e também onde a tendência ao desgaste por difusão é grande.

23) Como devemos especificar a camada de revestimento de uma ferramenta com revestimento de diamante?

R.: PCD (policristalino). 
      

24)  A composição química dos revestimento de diamante encontrados no mercado industrial não variam o que variam é o tamanho da partícula que é encontrada de 2µm a 25µm, o tamanho da partícula impacta diretamente na tenacidade e resistência ao desgaste da ferramenta faça uma relação gráfica dessas duas propriedades com os tamanho das partículas?

R.:

25) Qual a importância do sentido da anisotropia nas ferramentas de diamante?

R.: Faz com que haja a necessidade de cuidados com a lapidação do PDC para que a direção mais resistente coincida com aquele que está resistindo aos esforços de corte. O diamante reage com o ferro em temperaturas moderadas fazendo que ocorra elevado desgaste da ferramenta por difusão.

26) Porque as ferramentas de diamante não podem ser utilizadas na usinagem de materiais ferrosos?

R.: Devido a sua composição química. À medida que o tamanho do grão cresce, a resistência ao desgaste aumenta, com conseguinte queda da tenacidade.

27) Explique porque as ferramentas de diamante possuem bom desempenho na usinagem de ligas de Al-Si.

R.: Não geram arestas postiças de corte. O alumínio não solda facilmente no PCD e a VU é mais que cem vezes maior do que a vida da ferramenta de NDV.

28)  As ferramentas de CBN são divididas em duas classes de desbaste e acabamento qual é a especificação de cada uma e qual a diferença entre elas?

R.: Para usinagem em desbaste (ap entre 0,5 e 0,8mm) ou para corte interrompido e para acabamento (ap menor menor que 0,5mm)  ou para cortes contínuos ou com poucas interrupções.

     Os CBN's para desbaste possuem maior concentração de nitreto de boro cúbico (90% em volume) o que aumenta a ligação cristal com cristal e faz sua tenacidade aumentar. Já em operações de acabamento os CBN's são aqueles onde uma fase cerâmica é adicionada, de tal maneira que as ferramentas resultantes possuem menor tenacidade e dureza, melhorando a estabilidade química e térmica que os CBN's de desbaste.

29)  Onde são utilizados as ferramentas de CBN?

R.: São empregadas na usinagem de aços duros de 45 à 65 HRc, aços moles, aços ferramenta, aços rápidos, ligas ferrosas, resistentes à altas temperaturas à base de níquel e cobalto, metais duros e revestimentos duros com alta porcentagem de carboneto de tungstênio ou Cr-Ni, aplicadas por soldagem de deposição ou jato de material liquefeito por chama.

30) Defina os tipos de desgaste e avarias das ferramentas?

1.    Desgaste frontal (ou de flanco)- ocorre na superfície de folga da ferramenta e é causado pelo contato entre a ferramenta e a peça.

2.    Desgaste da cratera- Ocorre na superfície de saída da ferramenta, sendo causado pelo atrito entre a ferramenta e o cavaco.

3.    Deformação plástica de aresta de corte- Tipo de avaria decorrente da pressão aplicada à ponta da ferramenta.

4.    Quebra da aresta de corte- Pode ser evitado utilizando-se uma ferramenta com maior dureza à quente e maior resistência à deformação plástica.

5.    Lascamento- Ocorrência verificada em ferramentas com material frágil e/ou quando a aresta de corte é pouco reforçada.

6.    Trincas- Causadas pela variação da temperatura e/ou pela variação dos esforços mecânicos.

31) Qual parâmetro de usinagem utilizado em uma condição errada o desgaste frontal e o que esse modo de desgaste gera na minha superfície usinada.

R- O desgaste frontal ocorre em todo o processo de usinagem mas é incentivado pelo aumento da velocidade de corte; ocorre na superfície de folga da ferramenta e é causado pelo contato entre a ferramenta e causa a deterioração do acabamento superficial da peça.

32) Como é gerado a deformação plástica nas ferramentas de corte e o que esse modo de falha gera na minha superfície usinada e como podemos evitar essa falha na ferramenta?

R.: Deformação plástica: mudança na geometria da aresta de corte pelo deslocamento do material, ela ocorre devido altas tensões atuantes na superfície da ferramenta. Em casos extremos vai gerar a total destruição da cunha cortante. É mais comum ocorrer em ferramentas com resistência relativamente baixa ao cisalhamento e com maior tenacidade, é evitado pelo emprego de um ferramenta com maior dureza à quente e maior resistência à deformação plástica.

33) Faça um esboço de trinca térmica e trinca mecânica e cite os fatores que geram essa esses modos de falhas?

R.:

                           

34) Quais são as cotas necessárias para se estudar o mecanismo de desgaste das ferramentas?

R.: Mede-se no plano octogonal d ferramenta os desgastes na superfície de saída e na superfície de folga da ferramenta. Na superfície de saída, tem-se os desgastes: profundidade da cratera, largura da cratera e distância do centro da cratera à aresta de corte. Na superfície de folga, mede-se: a largura do desgaste de flanco e o valor dos desgastes gerado na superfície de folga pelos entalhes.

35) Explique o que é aresta postiça, como é o seu fenômeno de formação, porque ela gera desgaste de cratera e como podemos evitá-la?

R- Camada de cavaco que, permanecendo aderente à aresta de corte, modifica seu comportamento. Tende a crescer gradualmente, até romper-se bruscamente por uma perturbação dinâmica. Ao se romper, a aresta postiça arranca partículas da superfície de folga da ferramenta. Podemos evitar aumentando a velocidade de corte, ultrapassando a temperatura de recristalização do material do cavaco.

36) Alguns desgastes são gerados por abrasão e outros por difusão, qual a diferença entre esses dois modos de geração de desgaste.

R- O desgaste gerado pela abrasão é incentivado pela presença de partículas duras no material da peça e pela temperatura de corte que reduz a dureza da ferramenta.

37) A oxidação também é um fator que gera desgaste, explique como ocorre essa oxidação.

R- A oxidação é gerada por altas temperaturas e a presença de ar e água nos fluidos de corte.

38) Existe 5 principais modos de falhas que geram desgaste são eles: aresta postiça, aderência, abrasão, difusão e oxidação, qual a relação desses modos de falhas com altas e baixas velocidades de corte?

1.    Aresta de corte- em baixas velocidades de corte, a parte inferior do cavaco se solda à ferramenta, separando-se de outras porções de cavaco. Quando a velocidade de corte cresce, a temperatura de corte também cresce.
2.    Aderência- é formada em baixas temperaturas e baixas velocidades de corte.
3.    Difusão- em altas velocidades de corte é responsável pelo desgaste da cratera.
4.    Em velocidades de corte baixas, o desgaste é relativamente alto por causa do cisalhamento da aresta postiça de corte e da aderência. Em velocidades de corte maiores, o desgaste é causado, principalmente, pelos fatores cuja intensidade depende da temperatura de corte como a abrasão mecânica, a difusão e a oxidação.

 39) Defina vida da ferramenta?

R: Vida da ferramenta é o tempo que a mesma trabalha efetivamente até perder sua capacidade de corte, atingindo esse tempo, a ferramenta deve ser re-afiada ou substituída.

40) Quando que a ferramenta devem ser retiradas de uso?

R:Os fatores que determinam o fim da vida da ferramenta são vários, entre elas temos:

a) Desgaste elevado onde há o receio de quebra da aresta de corte.

b) Quando há a dificuldade de atingir tolerâncias e ou acabamento de superfície adequado.

c) Elevação de temperatura da aresta cortante onde a ferramenta perca o fio de corte

d) Aumento da força de corte na usinagem devido a desgastes que afetem o funcionamento da máquina.

41) Quais são os valores de Vb para acabamento e desbaste e de ferramentas com revestimento?

R: Quando se utiliza ferramenta de metal duro com revestimento, o crescimento do desgaste é bem lento devido à alta resistência das camadas revestidas, até atingir o VB na ordem de 0.3 a 0.4mm, após esse valor o desgaste aumenta consideravelmente atingindo de 0.8 a 1.5mm facilmente.

42) Existe 3 principais parâmetros de usinagem, Vc, f e Ap faça uma classificação em ordem decrescente de qual impacta mais na vida da ferramenta?

R: Primeiro, velocidade de corte, influencia no desgaste;

Segundo, avanço, com o aumento de calor;

Terceiro, AP, que impacta no aumento do tamanho do cavaco.

43) Qual a relação do ângulo de cunha, saída folga com a vida da ferramenta explique o porquê?

R: Quanto maior o ângulo de saída, menor a deformação do cavaco e menor a temperatura.

44) Explique a influencia do raio de ponta com a resistência da ferramenta e a vibração?

R:O aumento do raio de ponta torna a ponta da ferramenta mais resistente, mas também aumenta a vibração da ferramenta devido ao aumento do atrito causado pela maior área de contato entre a ferramenta e a peça. O acabamento da superfície depende muito da relação entre avanço e raio de ponta.

45) Qual a relação entre raio de ponta, f e Vc com Ra?.

R: a) Raio de ponta: Quanto maior o raios de ponta, maios a vibração por aumento do contato da ferramenta com a peça, interferindo na rugosidade;

b) Avanço: Com o aumento do Avanço, a pressão especifica de corte diminui, a formação de cavaco é facilitado e a rugosidade da peça se aproxima do ideal;

c) Velocidade de corte: A rugosidade oscila entre valores altos e baixos a medida que a velocidade de corte cresce;

46) Qual o tempo de vida da ferramenta de metal duro utilizada para desbaste nas seguintes Vc = (180 / 128 / 160 e 170 m/min), Utilizar o livro para resolver está questão (tecnologia de usinagem dos materiais –Cap 7).

R: Por analise do Gráfico da imagem 7.5 da pg 127 do livro,

A vida útil da ferramenta em VC =180 é de 28 minutos, Vc=128 é de 69 minutos, Vc =170 é de 27 minutos, Vc= 160 é de 38 minutos. 

47) Utilizando a curva econômica de uma ferramenta de metal duro, qual a Vc que devo utilizar para obter melhor eficiência da minha ferramenta, especifique o trecho escolhido o porque e também explique o porque você não escolheu os outros trechos? Utilizar o livro para resolver está questão (tecnologia de usinagem dos materiais –Cap 7).

R: Com base na figura 7.7, da página 127.

A imagem é dividida em três partes, sendo elas a, b, c, onde a parte da c da imagem é mais economicamente interessante, apesar do desgaste ser menor no trecho b.

O motivo da escolha do trecho c: mesmo com o valor de desgaste um pouco maior que o trecho b, a velocidade de corte é bem superior.

48) A usinabilidade dos materiais depende?

R: Do estudo metalúrgico das peças, da dureza, das propriedades mecânicas do material, de sua composição química, das operações anteriormente efetuadas sobre o material a frio ou a quente e do eventual encruamento.

49) Explique o ensaio de usinagem?

R: É o método mais aceito para a medição do índice de usinabilidade, no ensaio de longa duração o material usinado e o material de referencia, tomado como padrão, são usinados ate o final da vida da ferramenta ou ate certo valor de desgaste da ferramenta, isto em diversas velocidades de corte diferentes. Este ensaio permite obter uma velocidade de corte para a vida de uma determinada ferramenta.

50) Qual a relação (resistência mecânica e dureza VS usinabilidade) e (ductilidade, dureza e usinabilidade)?

R: Normalmente, valores baixos dessas propriedades favorecem a usinabilidade. Mais se tratando de materias dúcteis a baixa dureza causa problemas devido a formação da aresta postiça de corte. Ai recomenda-se aumentar a dureza através trabalho a frio.

51) O aço inoxidável 303 e 316 possuem a mesma dureza porque o 303 possui melhor usinabilidade?

R: Além da dureza outros fatores também são importantes na usinabilidade. A quantidade de inclusões e aditivos, quantidade de partículas, a micro estrutura, a tendência ao empostamento do cavaco na superfície da ferramenta são alguns destes fatores.

52) Porque a condutividade térmica influência na usinabilidade?

R: Uma alta condutividade térmica dos materiais da peça propicia que o calor gerado pelo processo seja rapidamente dissipado da região do corte, não esquecendo que há necessidade de uma refrigeração eficiente.

53) Porque as ligas de Al-Si apresentam dificuldade de serem usinadas?

R: Por que as partículas de silício são altamente abrasivas e desgastam rapidamente a ferramenta de metal duro.

54) Qual a relação da dureza com a condutividade térmica na usinagem de ligas de Al, e o que acontece nessa condição?

R: As ligas Al alta condutividade térmica o que favorece sua usinabilidade, porem com relação à dureza, é necessário que a liga possua dureza maior que 80 HB para uma boa usinabilidade. Sendo a dureza menor que isto, é provável que haja a formação de arestas de corte o que dificulta a obtenção de uma rugosidade baixa.  

55) As ferramentas de usinagem de Al apresentam ângulos positivos nas ferramentas, explique o por quê?

R: Para evitar a aresta postiça de corte e garantir um perfeito cisalhamento do cavaco.

56) Quais são os elementos de liga e suas influencia na usinagem de Al?

R: Estanho, Bismuto e chumbo: Atuam como lubrificantes e fragilizadores do cavaco.

     Ferro, Manganês, Cromo e Níquel: formam partículas, que favorecem a quebra dos cavacos e que em grande quantidade tem efeito abrasivos sobre a ferramenta.

     Manganês: em teores pequenos aumenta a dureza do cavaco e diminui o coeficiente de atrito entre o cavaco e a ferramenta.

57)  Qual a influencia da taxa de resfriamento da fundição com a usinabilidade dos materiais?

R- A influência ocorre na velocidade de resfriamento do metal líquido.

58)  Entre um mesmo material trefilado a frio e laminado a quente, qual apresenta maior vida da ferramenta, explique o porque?

R- O encruamento via trabalho a frio promove o aumento da dureza e diminui a ductilidade. E a vida das ferramentas aumenta após a trefilação a frio das peças porque acresce a dureza.

59)  Nos aços qual a relação de dureza com desgaste por difusão e abrasão e formação de aresta postiça?

R- Por convenção, o valor de 200 HB é tomado como o valor médio para a dureza do aço na usinabilidade. Se esse valor da dureza é diminuído, a tendência é aumentar a formação da aresta postiça de corte. Se aumentar o valor, o desgaste da ferramenta por abrasão e difusão passa a afetar negativamente a usinabilidade do material.

60)  Quais elementos de liga que melhoram a usinagem e quais elementos de liga que prejudicam a usinagem?

R- O chumbo, o enxofre e o fósforo tem efeito positivo sobre a usinabilidade; já os elementos formadores de carbonetos (partículas duras e abrasivas) vanádio, molibdênio, nióbio, tungstênio, manganês, níquel, cobalto e cromo tem efeito negativo

61)  O desempenho dos elementos de liga depende?

R- Depende do teor de carbono. Teores entre 0,3% a 0,6% tendem a melhorar a usinabilidade; percentuais menores que 0,3% tendem à formação de arestas postiças de corte que prejudicam o cisalhamento do cavaco em virtude da alta dutibilidade e da baixa dureza. E com percentuais maiores que 0,6% de carbono, o material se torna muito duro e abrasivo e desgasta rapidamente a ferramenta. 

62)  Explique a usinabilidade dos aços inoxidáveis (ferríticos e martensitico) e (austeníticos).

R- Os aços inoxidáveis tem o cromo como elemento de liga predominante e este elemento é formado da ferrita e a sua estrutura não se altera, por isso suas propriedades são semelhantes ao ferro puro o que vale também para as condições de usinabilidade.
Os aços inox austeníticos formam cavacos longos que empastam sobre a superfície de saída da ferramenta o que resulta na formação de aresta postiça de corte.
Os aços inoxidáveis martensíticos são difíceis de usinar devido aos altos teores de carbono que são portadores de alta dureza, isso exige um maior esforço de corte por causa da presença de partículas duras de carboneto de cromo.
No geral, os austeníticos são os mais difíceis de usinar, também por possuírem baixa condutividade térmica, alto coeficiente de atrito e alto coeficiente de dilatação térmica.

63)   Em relação a usinagem dos ferros fundidos, qual a relação entre dureza e usinabilidade

R- Quanto maior a dureza e a resistência de um ferro fundido, pior a sua usinabilidade.

O livro referência para essas questões foi TECNOLOGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS. Autor: DINIZ,ANSELMO EDUARDO E FRANCISCO CARLOS MARCONDES