GCaet OnLine Divisão de Conteúdos Desenvolvimento de Ferramentas Cerâmicas Por Delmonte Friedrich, Msc. Eng. Todos os direitos reservados. É proibido reproduzir total ou parcialmente esta publicação sem prévia autorização do autor. Para solicitar autorização entre em contato conosco pelo e-mail: contato@caet.com.br 1) Conceito de Cerâmica Cientificamente, as cerâmicas são definidas como sólido não-metálicos inorgânicos, o que amplia consideravelmente o significado da palavra grega "keramos" que se refere a louça ou artefato de barro queimado, sendo classificadas em cerâmicas tradicionais e cerâmicas avançadas. Enquanto que nas cerâmicas tradicionais são utilizadas maiores quantidades de matérias primas naturais como os argilo-minerais e a areia, e processos simples de manufatura, nas cerâmicas avançadas são empregadas matérias primas sintéticas como óxidos, nitretos, boretos e carbetos, sob processos sofisticados. Sob o ponto de vista de Diniz e Cupini, 1993, os materiais são compostos formados a partir de elementos mais simples, através de ligações interatômicas. Nestas ligações, os átomos podem se unir através do compartilhamento, ou não, dos elétrons da sua última camada de valência. Somente uns poucos elétrons de valência de um átomo metálico pode ser removido e dado para átomos não-metálicos ou grupos de átomos, cujas últimas camadas estão completas ou quase completas e que os átomos não metálicos podem também compartilhar elétrons por covalência. Partindo desta premissa, diversas combinações são possíveis entre os átomos de um elemento metálico e um elemento não-metálico, fato que leva a produzir arranjos com estruturas diferenciadas para uma mesma combinação. Os materiais cerâmicos possuirão, portanto, muitas combinações diferentes, uma vez que são compostos de elementos metálicos e não metálicos, possibilitando propriedades diferenciadas dos materiais metálicos e poliméricos. Então, o termo cerâmico como adjetivo, procura designar certos objetos de arte, porém, para o Engenheiro, o termo procura abranger uma
grande variedade de substâncias naturais e sintéticas, tais como, vidro, abrasivos, materiais magnéticos e não magnéticos, ferramentas de corte, refratários, etc. Porém, todos esses materiais apresentam uma característica em comum, que é a de serem constituídos de elementos metálicos e não metálicos e possuírem estrutura cristalina semelhante a dos metais. Como citado, os cerâmicos não possuem um grande número de elétrons livres, portanto, os poucos elétrons são compartilhados por ligação iônica ou covalente, fato que explica a maior estabilidade destes materiais. 2) Histórico do Desenvolvimento dos Materiais Cerâmicos para Ferramentas de Usinagem Desde os primórdios o homem tem usado materiais cerâmicos com diferentes finalidades. Na construção de ferramentas para usinagem, a primeira patente data de 1912 e foi usada na Inglaterra. Segundo a literatura, as primeiras demonstrações com ferramentas cerâmicas foram realizadas na feira de Leipzig, em 1938. Devido a escassez de matéria-prima, como tungstênio e cobalto, usados na fabricação do metal duro, houve na Europa, durante a Segunda Guerra Mundial, uma intensificação nas pesquisas com materiais cerâmicos para utilização na fabricação de ferramentas para usinagem. Como conseqüência dos aperfeiçoamentos atingidos, as ferramentas de cerâmica pura (Al 2 O 3 ) foram demonstradas com sucesso na feira industrial de Chicago, em 1956. Até 1986, as pesquisas haviam sido caracterizadas pelo desenvolvimento de uma nova classe de material cerâmico para ferramentas de usinagem, à base de nitreto de silício (Si 3 N 4 ), que pelo seu baixo percentual de elementos óxidos é considerada uma cerâmica não oxida. Até aquele momento, investigações haviam permitido concluir que estas ferramentas apresentavam excelentes características de resistência ao desgaste e aos choques mecânicos e térmicos, mesmo na usinagem em altas velocidades e corte interrompido (fresamento). Naquela época, 1986, a cota de ferramentas cerâmicas absorvidas pelo mercado consumidor já era representativa. No Japão estava na faixa de 5 a 7%, enquanto que nos Estados Unidos e na Alemanha Ocidental estava na ordem de 2%. Até 1993, segundo Diniz e Copini, os materiais para corte cerâmicos e os materiais sintéticos, utilizados nos processos de corte, adquiriram uma importância crescente quanto a níveis econômicos, principalmente na usinagem de ferro fundido, aços ferramenta, aços endurecidos e super ligas, representando uma proporção na utilização de pastilhas da ordem de 2 a 60%, dependendo da natureza da operação e do tipo de material a ser trabalhado. Atualmente, com a modernização das máquinas-ferramenta este percentual é bem maior, porém esta informação não está disponível de forma objetiva em nenhum tipo de literatura, isto de acordo com a pesquisa até então realizada pelo Doutorando.
Após este período, outras composições de cerâmicas foram surgindo, sempre visando melhorar o desempenho das ferramentas e aumentar a resistência à choques mecânicos, para evitar a falha por fragilidade do gume. Em 1987, J. Vigneau, P. Bordel, A. Leonard (Vigneau, Bordel, Leonard, 1987) publicaram resultados referente ao estudo da influência da microestrutura do material que eles chamavam de "uma nova cerâmica", composta de Al 2 O 3 + Whisker de SiC, sobre seu desempenho quando aplicado na forma de ferramenta e na usinagem de uma liga de níquel. Naquela época, os autores divulgaram que tanto a adição de uma fase secundária de TiC na cerâmica oxida (Al 2 O 3 ) bem como a cerâmica a base de nitreto resultaram no aumento da tenacidade e em uma significante melhoria no desempenho das ferramentas cerâmicas. 3) Principais Tipos de Cerâmicas, suas Características e Aplicações Al 2 O 3 Refere-se a alumina pura, que é branca na cor e, usualmente, é simplesmente referida como uma "cerâmica branca". O material é prensado a frio, o que permite uma geometria próxima da final para muitas ferramentas de corte, mas não gera a alta densidade da prensagem a quente. Embora as ferramentas de corte de cerâmica branca tenham relativamente baixa resistência ao choque térmico, esta condição pode ser melhorada pela adição de carboneto de titânio (TiC). Al 2 O 3 + TiN - Tais compósitos são pretos na cor e, portanto, são conhecidos como "cerâmicas pretas". Um outro composito que combina alumina com nitreto de titânio é designado como cerâmica marrom ou cerâmica mista [WERTHEIM, 1986]. Além desses, adiciona-se ainda a zircônia com a finalidade de aumentar a tenacidade das cerâmicas brancas. Al 2 O 3 + SiC W É uma cerâmica reforçada com whiskers de carboneto de silício, orientados aleatoriamente dentro do material básico. É particularmente apropriada para a usinagem de materiais endurecidos e super ligas resistentes ao calor (SANDVIK, 2000). Al 2 O 3 + ZrO 2 É um óxido cerâmico puro, baseada em alumina com um pequeno acréscimo de óxido de zircônio para proporcionar melhor tenacidade. É apropriada para aplicações em ferros fundidos e aços, com altas velocidades de corte (SANDVIK, 2000). Si 3 N 4 - A fórmula da composição do nitreto de silício é conhecida desde o século XIX. Porém, apenas em 1950 é que o nitreto de silício mostrou-se promissor como um material para ferramenta de corte com boa resistência ao choque térmico e com as necessárias propriedades mecânicas. Mas apenas na metade dos anos setenta é que esse material passou a ser usado comercialmente como cerâmica estrutural ou como material para fabricação de ferramentas de corte [WERTHEIM, 1986]. Desde então, diversos compósitos cerâmicos foram desenvolvidos com o intuito de aprimorar as propriedades mecânicas desses materiais. Surgiram compósitos oriundos da combinação de materiais CERâmicos com materiais METálicos, os conhecidos
CERMETS, muito aplicados na indústria automobilística. Outro exemplo é um compósito cerâmico-cerâmico, zircônia endurecida com alumina (ZTA), com boas propriedades mecânicas. A tenacidade e resistência aumentada tem feito as ZTAs mais largamente aplicáveis e mais produtivas que a cerâmica simples e cermets na usinagem de aços e ferros fundidos [SORNAKUMAR; GOPALAKRISHNAN; KRISHNAMURTHY, 1994]. A cerâmica a base de carboneto de silício é a mais recente dentre elas, porém também é pouco conhecida tanto em nível de pesquisa quanto em aplicações industriais. As Si 3 N 4, graças a sua boa tenacidade, são apropriadas para desbaste e semiacabamento de ferros fundidos (SANDVIK, 2000). Si 3 N 4 + TiN São cerâmicas que tem substrato de nitreto de silício com uma cobertura de nitreto de titânio. São altamente recomendadas para desbaste leve, usinagem média e aplicações de acabamento em ferros fundidos (SANDVIK, 2000). 4) Propriedades das Ferramentas de Corte Cerâmicas/Relação das Mesmas com as Causas de Falha As ferramentas de corte cerâmicas apresentam, em geral, uma série de propriedades que serão conseqüência da atuação de variáveis como composição química, microestrutura, processo de prensagem e sinterização. Das propriedades resultantes, deve-se destacar algumas de particular interesse para ferramentas de usinagem, quais sejam: o o o o o Estabilidade química; Resistência/Tenacidade; Dureza; Resistência ao desgaste; Flutuação da resistência à tensão térmica. Estabilidade química Cada material ou composto apresenta diferentes energias livres de formação (entalpias), que estão associadas aos diversos tipos de ligações interatômicas. Através da figura abaixo, nota-se que existe uma relação entre a resistência ao desgaste químico e a energia livre de formação. A partir da ilustração, torna-se evidente que a alumina como tem o valor mais elevado dentro das escalas de entalpia, também possuirá o maior valor de resistência ao desgaste químico. Desta forma, desgastes por escamação e difusão são praticamente inexistentes dentro do grupo das cerâmicas a base de alumina pura. Já na outra extremidade da escala estão os carbonetos, que apresentam pequena resistência a oxidação. Os nitretos estão situados em uma faixa intermediária, conforme tabela 1. Resistência/tenacidade A simples análise das características mecânicas de cada material de corte em particular, não confere uma base sólida no estudo do comportamento típico do material quando em usinagem. Para tanto, deve-se
correlacionar tais valores aos dados de desempenho. Conforme o diagrama da figura 6, onde podem ser apreciadas as cargas em função da dilatação, nota-se que os materiais de corte que ainda possuem um teor de ligação metálica apresentam os valores de resistência e tenacidade altamente melhorados (DINIZ; CUPINI, 1993). Dureza esta é uma das propriedades de grande importância para as ferramentas de corte, porém, não só no sentido mecânico de resistência a penetração, mas também no aspecto de característica metalúrgica de manter esta dureza a elevadas temperaturas. Este aspecto é de relevante importância quanto a determinação da faixa de velocidades de corte na qual a ferramenta poderá operar, uma vez que a temperatura de corte é função da velocidade. Em se tratando da dureza única e exclusivamente como a resistência que um material oferece ao ser penetrado por outro, fica evidente que quanto maior a dureza menor será sua tenacidade e, consequentemente, apresentará menor resistência a choques mecânicos (DINIZ; CUPINI, 1993). Resistência ao desgaste Como a quantificação dos fenômenos de desgaste ainda são muito problemáticos, costuma-se utilizar como critério de definição da resistência ao desgaste os parâmetros de ductilidade, dureza e módulo de elasticidade de Evans. Desta forma, nota-se que materiais com valores de "E" elevados apresentam menores concentrações de tensões locais. Isto se deve ao fato de que as partículas que compõem a matriz possuem módulos de elasticidade diferentes do da própria matriz, levando a uma grande melhora na resistência ao desgaste. Com o intuito de melhorar ainda mais os resultados, para efeito na prática, deve-se correlacionar também, os valores de estabilidade química. Flutuação da resistência à tensão térmica Sabe-se que as ferramentas de corte cerâmicas apresentam baixos coeficientes de condutibilidade térmica e baixos coeficientes de dilatação térmica. Estes fatores tendem a diminuir o efeito do choque térmico e da fadiga térmica, pois existe uma redução das tensões entre os pontos quentes e frios da pastilha. A resistência a tensão térmica consiste, portanto, em um requisito indispensável em operações de usinagem com corte interrompido ou onde haja aplicação intermitente de fluido de corte. As ferramentas de cerâmica a base de nitreto de silício apresentam os melhores valores quanto a resistência a flutuação térmica. Conforme ilustra a figura 3. Mecanismos de Desgaste em Ferramentas de Usinagem As ferramentas de usinagem devem manter o perfil da aresta de corte sob condições severas de carga e temperatura. Quando a aresta perde seu perfil original, os valores de tensão e os coeficientes de atrito vão aumentando até que a ferramenta atinja o colapso e se quebre. Quando a ferramenta não é solicitada até o colapso ou a fratura, sua vida será determinada unicamente pela sua resistência ao desgaste, o qual pode ser gerado através de diversos mecanismos (DINIZ; CUPINI, 1993), tais como: Deformação Plástica Ocorre quando a dureza a quente do material da ferramenta não é mais suficiente para resistir às pressões de usinagem, o que se verifica com maiores avanços (STEMMER, 1993).
Abrasão É o arrancamento de finas partículas de material, em decorrência do escorregamento sob alta pressão e temperatura entre a peça e a ferramenta. Esta forma de desgaste aumenta com o número de inclusões presentes no material a ser usinado. O aumento da velocidade de corte resulta num aumento considerável da velocidade de desgaste, em virtude do efeito de impacto e da redução da resistência da ferramenta à abrasão em temperaturas de trabalho mais altas (STEMMER, 1993). Aderência Ocorre entre o material da peça e as asperezas superficiais da ferramenta e se deve à ação das altas temperaturas e pressões presentes na zona de corte e ao fato de que a superfície inferior do cavaco, recém arrancada, apresenta-se limpa, sem camadas protetoras de óxidos e, portanto, quimicamente muito ativa. A prova de que tais aderências podem ocorrer é o gume postiço, formado por partículas que se soldam na face da ferramenta e apresentam um elevado grau de deformação a frio, isto é, estão encruadas, duras e resistentes. Elas dificultam o deslizamento do cavaco, aumentando o coeficiente de atrito na face e provocando um maior recalque do cavaco. O aumento do atrito provoca um aumento progressivo da força de deslizamento do cavaco, até que as partículas soldadas são arrancadas. O arrancamento destas partículas pode-se dar por cisalhamento das asperezas da ferramenta, por separação na solda ou por cisalhamento dentro das próprias partículas. No primeiro caso ocorre maior desgaste na face da ferramenta. De modo geral, o deslocamento de partículas encruadas e duras separadas do gume postiço, sob alta pressão, provoca desgaste abrasivo no flanco e na face da ferramenta. O gume postiço ocorre em baixas velocidades de corte. O desgaste aumenta, inicialmente, com a velocidade, pois vão se alcançando temperaturas e pressões que favorecem a aderência. Já em velocidades mais elevadas, a temperatura sobe a ponto de amolecer as partículas aderidas, que recristalizam, enquanto que o material da ferramenta, muito mais resistente ao calor, não é afetado. Não havendo mais condições de formação do gume postiço, o desgaste da ferramenta diminui, bem como o recalque do cavaco, pois o mesmo desliza mais facilmente pela face da ferramenta (STEMMER, 1993). Difusão É um fenômeno microscópio que ocorre entre o cavaco e a ferramenta, que é ativado pelo aumento da temperatura na zona de corte. A difusão no estado sólido consiste na transferência de átomos de um metal para outro, sendo uma função da temperatura, duração do contato, da afinidade química entre os corpos em contato e do nível de agitação atômica (DINIZ; CUPINI, 1993). Para ferramentas de aço carbono e aço rápido, esta forma de desgaste não tem significação, pois a faixa de temperaturas de difusão é bem mais alta que a temperatura de amolecimento da ferramenta. Diferente é a situação nos metais duros (STEMMER, 1993). Oxidação Como ocorre no aquecimento de peças a altas temperaturas com a formação de carepas, pode ser causa de desgaste. A oxidação em baixas temperaturas é normalmente evitada por camadas protetoras de material oxidado. Aços-carbono, aços rápidos e Stellites só formam carepas em temperaturas bem superiores à de amolecimento da ferramenta. Metais duros já iniciam a formação de carepas em temperaturas de 700 a 800 ºC, ou seja, em temperaturas usuais de usinagem com este material. Experiências feitas demonstram, efetivamente, que na
usinagem com metal duro em altas velocidades, o desgaste é menor numa atmosfera neutra do que na presença do ar (STEMMER, 1993). 5) Critérios para a determinação do fim de vida da ferramenta A medida que a ferramenta vai se desgastando, observam-se variações mais ou menos profundas no processo de usinagem. A temperatura se eleva progressivamente, a força de corte e a potência consumida aumentam, as dimensões da superfície usinada se alteram, o acabamento superficial piora. Em condições extremas, ocorre um faiscamento intenso no corte, a superfície usinada se apresenta áspera. São utilizados na prática e nos ensaios de laboratório diversos critérios para determinar o fim de vida de uma ferramenta, quais sejam: Falha completa da ferramenta Que inabilita para o corte, por superaquecimento (queima), lascamento ou quebra. Na prática, não convém ir até este ponto, porquanto as despesas de reafiação e o consumo da ferramenta tornam antieconômico o processo. Falha preliminar da ferramenta Acusada pelo aquecimento na superfície usinada ou transitória da peça, de uma estreita faixa altamente polida, indicando forte atrito de escorregamento com o flanco da ferramenta. Ocorre faiscamento intenso. Largura da marca de desgaste, no flanco Este é o critério de emprego mais frequente na indústria para a determinação do fim de vida da ferramenta de metal duro e cerâmica. Vibrações intensas ("chatter") da peça ou da ferramenta, ruídos fortes por vibrações da máquina Impedem o prosseguimento da usinagem. Podem Ter como causa o desgaste no flanco da ferramenta. Profundidade de cratera K t - Em ferramentas de metal duro, a formação de crateras na face pode determinar o fim da vida, ou porque a profundidade K t da cratera ameaça o lascamento da pastilha ou porque a faixa K se reduz a ponto de ameaçar a integridade do gume. Deficiência de acabamento superficial Ocorre frequentemente uma mudança súbita e pronunciada do grau de acabamento superficial, a qual pode ser tomada como limite de vida da ferramenta. Formação de rebarbas de usinagem, na peça. Forma dos cavacos Uma brusca variação da forma dos cavacos pode ser usada como critério de fim de vida. Alteração de dimensões da peça O desgaste provoca um deslocamento do gume, o que por sua vez determina uma alteração nas dimensões da peça usinada. Força de corte, torque ou potência Em ensaios de laboratório, com o emprego de dinamômetros, pode-se fixar o limite de vida da ferramenta pelo aumento, de uma quantidade determinada, da força de corte, do torque ou da potência consumida.
Aumento da força de avanço É utilizado para fixar o limite de vida, especialmente em brocas. O aumento da força de avanço está intimamente relacionado com o desgaste no flanco (superfície de incidência) e, portanto, com a largura da marca de desgaste. Aumento da temperatura do gume Tem sido usado também, em laboratório, para definir a vida da ferramenta. 6) Relação da Vida da Ferramenta com as Variáveis Dependentes da Máquina Um dos fatores de redução da vida da ferramenta, especialmente de metal duro e cerâmica, é a vibração. Esta, mesmo que de pequena intensidade, já produz microlascamentos do gume, reduzindo a durabilidade de ferramentas de materiais frágeis (STEMMER, 1993). As vibrações podem ser oriundas de fatores externos ao sistema peça-ferramenta, devendo-se a: engrenagens e polias desbalanceadas, erros de engrenamento, folga nos mancais, desbalanceamento de motores e bombas, rigidez deficiente da árvore principal, etc (STEMMER, 1993). A freqüência de vibração depende da velocidade de rotação do componente desbalanceado. A vibração da ferramenta caracteriza-se pela freqüência elevada, em torno de 2000 ciclos/seg, enquanto que a vibração da peça pode ser verificada pela freqüência mais baixa, da ordem de 150 ciclos/seg (STEMMER, 1993). As vibrações do sistema peça-ferramenta podem classificar-se em dois grupos: vibrações forçadas e vibrações auto-excitadas. As vibrações forçadas são as que decorrem de forças variáveis, atuando ciclicamente e obrigando a ferramenta ou a peça a vibrar com uma freqüência igual ao destas forças. A amplitude de vibração depende em grande parte da relação entre a freqüência da força perturbadora e a freqüência própria da peça ou da ferramenta. Como causas de vibrações forçadas tem-se: Usinagem com formação de cavaco cisalhado ou cavaco arrancado: nestas condições a força principal de corte é essencialmente dinâmica, variando em função do tempo. Ela cresce desde o início do corte até que, atingida a resistência do cavaco, este cisalha e rompe. Neste momento a força de corte diminui para, em seguida, crescer novamente com o início de um novo corte e repetição do ciclo. Usinagem com gume postiço. A repetição do fenômeno de crescimento e arrastamento de partes do gume postiço pelo cavaco e pela ferramenta é acompanhada por variações da força de corte. Usinagem de uma superfície vibrada. Em virtude das ondulosidades destas superfícies, a ferramenta encontra profundidades de corte que variam
periodicamente, provocando variações da força de corte de igual freqüência que o das ondulosidades pré-existentes. As vibrações auto-excitadas são as que decorrem de uma instabilidade dinâmica do sistema peça-ferramenta. Como causa principal desta instabilidade apresenta-se a redução da força de corte com a velocidade. Se, por uma razão qualquer, por exemplo um ponto duro na peça, a ferramenta é forçada a fletir abaixo de sua posição de equilíbrio, inicia-se uma vibração. A ferramenta, ao descer, produz uma redução da velocidade de corte e, consequentemente, um aumento da força de deflexão. Ao iniciar o retorno elástico, a velocidade de corte (soma da velocidade da peça e da ferramenta) aumenta, a força de corte diminui, facilitando assim o movimento de subida da ferramenta. A ferramenta, como sistema vibratório, recebe energia em cada ciclo, aumentando progressivamente a amplitude de vibração até que se estabelece um equilíbrio entre a energia entregue ao sistema a cada ciclo e a energia destruída por amortecimento (histerese do próprio material, atrito nas superfícies de sujeição da peça, etc). A freqüência de vibração é sempre igual à freqüência própria da peça ou ferramenta. Outra causa de vibrações é o atrito entre a superfície usinada e o flanco (superfície de incidência) da ferramenta. A tendência à vibração cresce com o aumento da largura da marca de desgaste e com o comprimento ativo do gume. Raios grandes de quina também contribuem para o aparecimento de vibrações (STEMMER, 1993). As medidas para reduzir as vibrações são: emprego de ferramentas afiadas; aumento do ângulo de saída; redução do comprimento de gume em operação; aumento da rigidez da ferramenta (maior secção e menor balanço); aumento da rigidez da peça (emprego de lunetas). 7) Sistemas de Fixação Propostos Os sistemas de fixação são elementos que garantem o posicionamento e a fixação das pastilhas de cerâmica, no suporte porta-pastilhas. Existem diversos tipos de fixação diferentes. O sistema mais tradicional consiste de um suporte de aço, o qual possui um calço de assentamento da pastilha, garantindo um contato perfeito entre a pastilha e o suporte, e uma alavanca de trava superior, a qual permite um esforço de fixação exato para o travamento da pastilha. Com o desenvolvimento de novos compostos cerâmicos e novos processos de fabricação, houve a possibilidade de maiores desenvolvimentos dos sistemas de fixação, permitindo maior rigidez, flexibilidade, acessibilidade, fluxo de cavacos, etc, com a finalidade de atender as novas demandas de usinagem (DINIZ; CUPINI, 1993).
8) A Geometria das Ferramentas As ferramentas intercambiáveis são compostas de diversos componentes, os quais, em conjunto, determinarão a geometria final requerida para a situação de operação considerada no projeto. Portanto, o projeto de uma ferramenta intercambiável pode ser descrita por três fases distintas, quais sejam: Projeto da aresta de corte; Projeto da geometria da pastilha; Projeto do porta pastilhas. A aresta de corte é desenhada, basicamente, pela observação das propriedades que o material cortante pode oferecer. No caso das cerâmicas mistas e óxidas, tem-se: Alta resistência à compressão; Baixa tenacidade; Alta resistência ao desgaste. Estes fatores determinarão que a aresta de corte deverá suportar durante o processo de corte, principalmente, elevadas pressões. Para atender este requisito, serão necessários a utilização de grandes ângulos de ponta, ângulos de cunha da ordem de 90 graus, raios de ponta estáveis (superior a 1,0 mm) e ângulos de saída e inclinação do fio de corte negativos. A utilização em alguns casos de chanfros de proteção e raios na própria aresta possibilitarão aumentos consideráveis na resistência da pastilha. Do mesmo modo, os porta-pastilhas deverão possuir um projeto robusto com um bom sistema de fixação e grandes bitolas de cabo, a fim de permitir uma estabilidade ótima, par o material cortante. Tanto as pastilhas quanto os porta-pastilhas disponíveis atualmente no mercado, em programas de fornecimento padrão, obedecem determinações de normas internacionais. Estas normas vem a nortear além dos formatos e geometrias disponíveis, também a forma de comunicação dos profissionais do segmento. 9) Geometrias Comerciais Em conformidade com o comentado anteriormente, existem pastilhas cerâmicas comerciais, que possuem geometria normalizada, quais sejam: RNGN (pastilha cerâmica redonda) indicada para a usinagem de ligas resistentes ao calor Base-Níquel (dureza Brinell de 350); também para a usinagem de aços endurecidos com dureza de 60 HRC; exemplos: CC620; C650. Exemplos comerciais são a RNGN090300 T01020, ic=9,525 e s=3,16; e a RNGN120700 T01020, ic=12,7 e s=7,94.
CC650 é uma cerâmica mista baseada em alumina com um acréscimo de carbeto de titânio. É principalmente recomendada para operações de acabamento em ferros fundidos, aços endurecidos e ferros fundidos endurecidos, e superligas resistentes ao calor, onde a combinação de resistência ao desgaste e boas propriedades térmicas são necessárias. CC620 é um óxido cerâmico puro, baseada em alumina com um pequeno acréscimo de óxido de zircônio para proporcionar melhor tenacidade. A CC620 é apropriada para aplicações em ferros fundidos e aços, com altas velocidades de corte. O suporte comercial para essas pastilhas são o: CRDNN fixação por grampo ferramenta convencional 2525M12 ID 3225P12 ID, ambos 12 07; e 2525M09 ID, 09 03. 10) Tecnologia de aplicação A aplicação eficiente do material cerâmico está sujeita ao uso correto das técnicas de usinagem e da escolha do tipo de material cerâmico adequado para cada operação em particular. Para o início de uma operação de usinagem com cerâmica devem ser considerados uma série de requisitos prévios, principalmente a nível de processo, que garantirão a obtenção de resultados satisfatórios da ferramenta, quais sejam: Seleção correta do material da pastilha e sua geometria, bem como o portapastilhas, de acordo com o material a ser usinado e seu estado, e as condições de estabilidade do conjunto máquina-peça-ferramenta; Verificação das condições geométricas e dimensionais da peça, escolhendo corretamente a seqüência operacional. As ferramentas cerâmicas têm sido usadas com sucesso no acabamento e desbaste de ferro fundido com dureza Brinell superior a 180 kg/mm2 (com velocidade vc de 100 a 400 m/min e avanço f de 0,08 a 0,8 mm) e o ferro fundido coquilhado. Atualmente, para determinadas aplicações envolvendo alta temperatura, os materiais metálicos atingiram o limite em seu potencial de desenvolvimento em função da temperatura de fusão. Enquanto isso, as cerâmicas vêm ganhando espaço porque são uma das poucas opções de materiais que suportam utilização em altas temperaturas
de serviço. Sua baixa densidade, inércia química e alta dureza oferecem um potencial adicional para estender os limites de desempenho além do oferecido pelos materiais metálicos. A busca por maior produtividade e menor custo de fabricação está impondo o desenvolvimento de ferramentas de corte capazes de operar em velocidades cada vez mais altas e, consequentemente, gerando temperaturas mais elevadas na interface peça/ferramenta. Outro fator importante que justifica o emprego de ferramentas cerâmicas e novas ferramentas revestidas diz respeito a redução na utilização de fluidos de corte. Essas ferramentas podem proporcionar uma adicional resistividade ao calor, mas não contemplam todos os outros benefícios do fluido de corte, tais como, remoção do calor gerado no corte e que pode afetar a peça de trabalho, redução da fricção, remoção do cavaco da região de corte, proteção da peça contra a oxidação e outras reações indesejáveis, dentre outros. Os custos (mão-de-obra e os diretos) com usinagem nos EUA sozinho é estimado em U$300 bilhões/ano. Os custos com o uso de fluidos de corte é estimado em aproximadamente 16% dos custos de manufatura. Consequentemente, a eliminação do uso de fluidos de corte, se possível, pode ser um significante incentivo. Os principais benefícios da usinagem a seco com cerâmicas e outras ferramentas é mais do que apenas a redução de custos, dizem respeito também a um ambiente de manufatura saudável, segurança do trabalhador, proteção dos efeitos adversos das químicas e proteção do nosso precioso meio ambiente. Por um longo tempo, em função das limitações dos materiais para ferramentas disponíveis, o uso de fluidos de corte foi considerado parte integral essencial do sistema máquina/ferramenta. Figura 1 - Pastilha lascada após o ensaio.
Figura 2 - Cavacos obtidos do ensaio com o aço 4340, endurecido. Maiores informações podem ser obtidas com a Equipe de Engenharia do Grupo Caet, por meio do seguinte e-mail: contato@caet.com.br