TECNOLOGIA DE CONTROLE NUMÉRICO DESGASTE DE FERRAMENTAS

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1 TECNOLOGIA DE CONTROLE NUMÉRICO DESGASTE DE FERRAMENTAS

2 DESGASTE DE FERRAMENTAS Ferramenta de corte solicitada térmica, mecânica e quimicamente durante a usinagem. Série de avarias e desgastes de naturezas distintas podem ser observados na ferramenta de corte ao longo de sua utilização. Para evitar que ocorra o colapso total da ferramenta fundamental estipular limites para as avarias e para os desgastes de flanco e cratera (regulares e previsíveis).

3 DESGASTE DE FERRAMENTAS

4 Desgaste de Flanco (VB) DESGASTE DE FERRAMENTAS Tipo mais comum de desgaste e o tipo preferido de desgaste vida útil da ferramenta previsível e estável. Desgaste de flanco ocorre devido à abrasão, causada por constituintes duros no material da peça.

5 Desgaste de Flanco (VB) DESGASTE DE FERRAMENTAS Incentivado pelo aumento da velocidade de corte deterioração do acabamento da peça e, por modificar a geometria do gume original peça mude de dimensão (pode sair da faixa de tolerância).

6 Desgaste de Flanco (VB) DESGASTE DE FERRAMENTAS

7 Desgaste de Cratera DESGASTE DE FERRAMENTAS Craterização localizada na saída da pastilha atrito e reação química entre o material da peça e a ferramenta, e é aumentada pela velocidade de corte. Craterização excessiva enfraquece o gume, e pode levar à quebra da ferramenta.

8 Desgaste de Cratera DESGASTE DE FERRAMENTAS Não ocorre ao usar-se ferramentas de MD recobertas com Al 2 O 3 (eficiente contra a craterização), ferramentas cerâmicas, e quando o material da peça é frágil (gera cavacos arrancados).

9 DESGASTE DE FERRAMENTAS Gume Postiço Causado por solda por pressão do cavaco na pastilha. Mais comum na usinagem de materiais pastosos, como aços com baixo teor de carbono, aços inoxidáveis e alumínio. Baixa velocidade de corte aumenta a sua formação.

10 DESGASTE DE FERRAMENTAS Entalhe Caracterizado por dano excessivo localizado na face e no flanco da pastilha na linha da profundidade de corte. Causado pela adesão (solda por pressão de cavacos) e deformação na superfície. Comum ao usinar aços inoxidáveis e HRSA (Heat resistant super alloys Ni, Ti, Co).

11 Deformação Plástica DESGASTE DE FERRAMENTAS Ocorre quando o material da ferramenta é amolecido. Temperatura de corte está muito alta para uma determinada classe de ferramenta. Em geral classes mais duras e as coberturas mais espessas melhoram a resistência ao desgaste por deformação plástica.

12 Lascamento e Quebra do Gume DESGASTE DE FERRAMENTAS Resultado de uma sobrecarga das tensões de tração mecânica tensões podem ocorrer por vários motivos, como martelamento de cavacos, pastilha muito dura e pouco tenaz, profundidade de corte ou avanço, ângulo de quina, inclusão de areia no material da peça, gume postiço, vibrações.

13 Trincas Térmicas DESGASTE DE FERRAMENTAS Ocorre quando a temperatura no gume muda rapidamente de quente para frio Altas velocidades de corte. Várias trincas podem surgir perpendiculares ao gume Cortes interrompidos, comuns em operações de fresamento e agravadas pelo uso de fluido refrigerante.

14 Trincas Mecânicas Choques mecânicos na entrada e/ou na saída da ferramenta na peça principalmente em operações de fresamento) Relativamente baixas velocidades de corte. Crescimento das trincas quebra da ferramenta. Para se evitar a formação ferramenta mais tenaz, diminuir o avanço, aplicação do fluido em abundância.

15 MATERIAIS DE FERRAMENTAS Desgaste de flanco e cratera formas de desgaste mais regulares e previsíveis procura-se estabelecer condições de corte onde estas formas de desgaste são dominantes sobre o fim de vida da ferramenta. Desgaste de flanco mede-se no flanco a largura média do desgaste VB e a largura máxima da marca de desgaste VBmáx nem sempre a marca de desgaste é muito nítida, devido a mudanças de cor ou oxidações que ocorrem no flanco, nas regiões limites de contato. Além disso presença eventual de entalhes dificulta a interpretação precisa da marca de desgaste de flanco.

16 MATERIAIS DE FERRAMENTAS

22 Desgastes X Avarias DESGASTE DE FERRAMENTAS Em geral desgastes se apresentam como falhas contínuas, isto é, possuem comportamento determinístico (podem ser modeladas matematicamente) ao longo de sua progressão até a deterioração completa da ferramenta permite um controle maior da vida. Por outro lado avarias são falhas transitórias que ocorrem aleatoriamente (não podem ser descritas explicitamente por uma função matemática) colapso (quebra total) detectadas frequentemente após o ocorrido p.ex. lascamento do gume: superfície usinada pode ficar extremamente danificada, que pode acarretar danos irreversíveis à peça.

23 DESGASTE DE FERRAMENTAS Deformação Plástica: desgaste ou avaria? Alguns autores classificam a deformação plástica como um desgaste apresenta comportamento determinístico ao mudar a geometria da aresta de corte pelo deslocamento de material. Outros avaria de origem térmica causada pelas altas pressões e altas temperaturas aplicadas à ponta da ferramenta com baixa resistência ao cisalhamento e alta tenacidade deformação provoca deficiências no controle de cavacos e deterioração do acabamento da peça.

24 DESGASTE DE FERRAMENTAS Deformação Plástica: desgaste ou avaria? Seu crescimento pode gerar a quebra do gume. Evita-se pelo emprego de uma ferramenta com maior dureza a quente e maior resistência à deformação, ou pela alteração das condições de corte e/ou geometria da ferramenta com o intuito de diminuir os esforços e a temperatura.

25 Mecanismos de Desgaste MATERIAIS DE FERRAMENTAS

26 DESGASTE DE FERRAMENTAS Adesão Para ocorrer adesão afinidade entre o material da peça e o material da ferramenta. Além disto temperatura, tempo, pressão de contato devem estar situados em uma determinada faixa de valores. Para materiais que apresentam um encruamento acentuado adesão leva à formação do gume postiço

27 Abrasão mecânica DESGASTE DE FERRAMENTAS Ocorre devido à presença de partículas duras no material da peça. Cisalhamento e saída de partes do gume postiço e sua extrusão pela interface superfície de corte/flanco levam a um desgaste acentuado.

28 DESGASTE DE FERRAMENTAS Difusão Estado sólido transferência de átomos pertencentes à rede cristalina de um material para a rede cristalina de outro material, constituída de elementos que apresentam afinidade entre si. Quanto maior for a afinidade, temperatura de contato, tempo de contato maior será a difusão entre a ferramenta e o cavaco. Superfície da ferramenta empobrecida dos átomos responsáveis pela sua dureza. Temperaturas associadas à difusão de 850 o C a 1200 o C não promove a fusão do material

29 DESGASTE DE FERRAMENTAS Difusão Átomos de Co do MD na usinagem de ligas de Ti, indo para o cavaco cratera

30 DESGASTE DE FERRAMENTAS Vida mais longa na usinagem de Ferro Fundido usando-se Nitreto de Silício (Si 3 N 4 ) Difusão (causando cratera) na usinagem de Aço usando-se Nitreto de Silício (Si 3 N 4 )

31 DESGASTE DE FERRAMENTAS Oxidação Após o corte muitas vezes são observadas cores de revenimento na região de contato entre o cavaco e a ferramenta provocadas pela oxidação da ferramenta. Só ocorre se a temperatura for suficientemente elevada e se houver a presença de O 2 na região aquecida. MD em temperaturas de corte acima de 8000 o C mecanismo de oxidação ocorre de forma intensa.

32 DESGASTE DE FERRAMENTAS Oxidação Camada oxidada, quando mais macia que o material original da ferramenta cisalhada para fora expondo um novo material para manter o processo de reação. Camada oxidada, quando mais dura (p.ex. Al 2 O 3 ) mais resistente que o material original da ferramenta cisalhada para fora expondo um novo material para manter o processo de reação. Assim materiais de ferramenta que não contém Al 2 O 3 desgastam-se mais facilmente por oxidação.

33 DESGASTE DE FERRAMENTAS Solicitações mecânicas e térmicas Danos ao gume como microquebras, fissuras transversais e longitudinais, bem como deformação plástica, advém de solicitações térmicas e mecânicas excessivas

35 Vida da Ferramenta DESGASTE DE FERRAMENTAS Tempo que a ferramenta trabalha efetivamente (deduzido os tempos passivos), até perder a sua capacidade de corte, dentro de um critério previamente estabelecido. Grandezas avaliadas para definir a vida da ferramenta tempo de corte, volume de material cortado, número de peças fabricadas.

36 DESGASTE DE FERRAMENTAS Vida da Ferramenta Fim da vida detectável quando ocorre mudança em uma ou mais características do processo: Valores elevados de desgastes. Temperaturas excessivas atingidas pela ferramenta. Tolerâncias dimensionais fogem do controle. Acabamento superficial deixa de ser satisfatório. Componentes da força de usinagem aumentam excessivamente. Mudanças no ruído Mudanças na forma de cavaco Vibrações entre a peça e ferramenta.

37 DESGASTE DE FERRAMENTAS Vida da Ferramenta Curvas de vida de uma ferramenta para um determinado material ensaios de usinagem de longa duração gume da ferramenta trabalha em condições constantes de corte, sendo utilizado um critério de fim de vida de desgaste previamente fixado. Definição do critério de desgaste deve-se conhecer a forma do desgaste e os mecanismos que regem seu surgimento.

38 Vida da Ferramenta DESGASTE DE FERRAMENTAS

42 Vida da Ferramenta DESGASTE DE FERRAMENTAS n relativamente constante para um determinado material de ferramenta, C depende do material da ferramenta, do material da peça e das condições de corte.

43 DESGASTE DE FERRAMENTAS Exemplo de Dados de Vida da Ferramenta

45 DESGASTE DE FERRAMENTAS Apesar do desgaste de flanco ser o critério de fim de vida da ferramenta na equação de Taylor, esse critério não é muito prático no ambiente de uma indústria (dificuldades e do tempo necessário para medir o desgaste de flanco). Critérios alternativos: inspeção visual do gume pelo operador da máquina para determinar quando deve ser trocada a ferramenta, degradação do acabamento superficial da peça, troca da ferramenta após um determinado número de peças terem sido fabricadas, troca da ferramenta quando um determinado tempo de corte acumulado para a ferramenta tiver sido alcançado.