VISÃO GERAL DOS PADRÕES BÁSICOS DE DESGASTE SINGULAR EM USINAGEM
Esta é uma visão geral dos padrões básicos de desgaste singular mais observados nas ferramentas de corte. Estes incluem desgaste de flanco e craterização, arestas postiças, lascamento, trincas térmicas, deformação plástica, desgaste de entalhe, martelamento por cavacos e quebra da aresta. Para cada um desses padrões de desgaste, são fornecidas algumas das possíveis contramedidas para evitar ou pelo menos minimizar seu impacto no processo de usinagem.
O desgaste do flanco é a condição de desgaste mais desejável porque é bastante previsível e confiável, ao mesmo tempo que oferece uma relação bem definida entre o desgaste do flanco e a vida útil da ferramenta. No entanto, o desgaste de flanco que ocorre muito rapidamente – semelhante ao desgaste de flanco clássico, mas que se desenvolve em um período de tempo muito curto – pode ser um problema.
Em velocidades de corte mais baixas, a principal causa do desgaste de flanco é a abrasão e a erosão. Inclusões microscópicas duras de metal duro ou partículas do material da peça endurecida por deformação cortam a ferramenta de corte. Pequenos pedaços de revestimento quebram e cortam a superfície da ferramenta. O cobalto eventualmente se desgasta fora da matriz. Isso reduz a aderência dos grãos de metal duro, fazendo com que estes se quebrem também. Nas velocidades de corte mais elevadas, o desgaste por difusão é a principal causa de desgaste do flanco porque velocidades de corte mais elevadas geram temperaturas mais elevadas na extremidade de corte, criando condições favoráveis para a difusão.
O desgaste do flanco assemelha-se a uma abrasão relativamente uniforme ao longo da extremidade de corte da ferramenta. Ocasionalmente, o metal da peça de trabalho mancha a aresta de corte e pode aumentar o tamanho aparente da marca de desgaste. O desgaste do flanco ocorre em todos os materiais e uma aresta de corte normalmente falhará devido ao desgaste do flanco se não falhar primeiro por outros tipos de desgaste.
Algumas ações corretivas para minimizar o desgaste do flanco são reduzir a velocidade de corte (em alguns casos, o aumento da taxa de avanço também pode ajudar), selecionar uma classe mais dura e resistente ao desgaste, aplicar corretamente o líquido de refrigeração.
Figura 1 Desgaste da ferramenta – Desgaste de flanco.
O desgaste da craterização é uma combinação de difusão e decomposição (velocidades de corte mais altas) e desgaste abrasivo (velocidades de corte mais baixas). Classicamente o calor proveniente dos cavacos decompõe os grãos de carboneto de tungstênio do substrato, e o carbono se associa aos cavacos (difusão), gerando uma 'cratera' no topo da pastilha. A cratera irá crescer o suficiente para causar a falha da pastilha, por exemplo, por lascamento da aresta ou rápido desgaste de flanco.
O desgaste por craterização assume a forma/aspeto de uma cratera ou buracos na face de saída dos insertos. O desgaste por craterização é visível principalmente durante a usinagem de peças de materiais abrasivos ou materiais com uma superfície dura.
Para minimizar o desgaste por craterização, é melhor usar revestimentos que contenham camadas espessas de óxido de alumínio, aplicar líquido refrigerante, usar uma geometria de corte livre que reduza o calor e reduza as velocidades de corte e avanços.
Figura 2 Desgaste da ferramenta – Desgaste por craterização
Aresta postiça é o resultado da adesão por pressão do material da peça sobre a aresta de corte. Isto ocorre quando existe relação química, alta pressão e temperatura suficiente na zona de corte. Eventualmente, a aresta postiça se quebra e leva pedaços da aresta de corte com ela, levando a lascamento e rápido desgaste de flanco.
As arestas postiças parecem partes de material brilhante na parte superior ou flanco da aresta de corte e conduzem a pequenas covas ou crateras na face de saída da ferramenta e, em última análise, a lascamento da aresta de corte. Normalmente, as arestas postiças ocorrem em materiais aderentes, como materiais não ferrosos, super ligas e aços inox, e durante operações que envolvem velocidades de corte e avanços mais lentos.
Para evitar o desgaste por aresta postiça, aumente a velocidade de corte e/ou a taxa de avanço, selecione um inserto com uma geometria mais precisa e uma superfície de inclinação mais suave e aplique corretamente líquido de refrigeração a uma maior concentração.
Figura 3 Desgaste da ferramenta – Aresta postiça
Lascamento é causado por instabilidade mecânica ou fissuras no material de corte. O lascamento da aresta de corte resulta frequentemente de vibrações na peça ou na máquina ou na própria ferramenta. As inclusões duras na superfície do material da peça e os cortes interrompidos resultam em concentrações de tensão localizada que podem causar fissuras e lascas. O lascamento parece ter pedaços pequenos partidos da aresta de corte e é comum em situações não rígidas. Os materiais da peça com partículas duras (por exemplo, endurecimento por precipitação dos materiais da peça) também podem causar lascas nas arestas de corte.
As ações corretivas incluem a configuração adequada da ferramenta da máquina e a minimização da deflexão, utilizando uma classe mais resistente e uma geometria mais reforçada da aresta de corte, reduzindo a taxa de avanço (especialmente na entrada ou saída do corte) e aumentando a velocidade de corte. (Consulte também as ações corretivas para obter informações sobre aresta postiça.)
Figura 4 Desgaste da ferramenta – Lascamento.
Uma combinação de ciclo térmico (alteração das temperaturas na aresta de corte), cargas térmicas (diferenças de temperatura entre zonas quentes e frias na aresta de corte) e choques mecânicos provocam trincas térmicas. Trincas por tensão se formam ao longo da aresta causando, eventualmente, seções no metal duro parecendo ser lascamento. Trincas térmicas podem ser observadas principalmente em fresamentos e torneamento de corte interrompido, e o fluxo intermitente do líquido refrigerante também pode levar a trincas térmicas.
Algumas ações corretivas são aplicar o líquido de arrefecimento corretamente, selecionar uma classe de carboneto mais dura, reduzir a velocidade de corte e a alimentação, usar uma geometria de corte livre que reduz o calor e considerar um método de usinagem diferente (tempo de relação no corte/tempo de corte).
Figura 5 Desgaste da ferramenta – Trincas térmicas.
A sobrecarga térmica é a principal causa de deformação plástica. Calor excessivo causa a redução de dureza do aglomerante do metal duro (cobalto). Em seguida, devido a sobrecarga mecânica, a pressão na aresta de corte faz com que se deforme, acabando por partir ou provocando um rápido desgaste do flanco.
A deformação plástica parece uma aresta de corte deformada. É necessária uma observação cuidadosa porque a deformação plástica pode parecer muito semelhante ao desgaste de flanco numa aresta de corte.
É possível que haja deformação plástica quando as temperaturas de corte são elevadas (altas velocidades de corte e taxas de avanço) e quando o material da peça é de alta resistência (aços duros ou superfícies endurecidas e superligas).
Algumas ações corretivas são líquido de refrigeração corretamente aplicado, velocidades de corte e taxas de avanço reduzidas, usando um inserto com um raio da ponta maior e optando por uma classe mais dura e resistente ao desgaste.
Figura 6 Desgaste da ferramenta – Deformação plástica.
O desgaste de entalhe ocorre quando a superfície de uma peça é mais dura ou mais abrasiva do que o material subjacente. Isso pode ser devido ao endurecimento da superfície durante os cortes anteriores (materiais de endurecimento por deformação como aços inoxidáveis e superligas) ou originar-se de superfícies forjadas ou fundidas com uma escala superficial, o que faz com que a aresta de corte se desgaste mais rapidamente no ponto onde o aresta de corte entra em contato com a camada dura. Esta tensão concentrada localizada também pode provocar desgaste de entalhe. O que acontece é que o esforço de compressão se desenvolve ao longo da aresta de corte que está em contato com o material da peça, enquanto não ocorre onde a aresta de corte não está em contato. Isto provoca uma tensão elevada na aresta de corte no ponto em que os dois estão em contato direto (profundidade de corte). O impactos de qualquer tipo, como micro-inclusões duras no material da peça de trabalho ou pequenas interrupções também podem causar desgaste do entalhe.
Algumas ações corretivas incluem a redução da taxa de avanço e a variação da profundidade de corte ao utilizar multiplos passes, o aumento das velocidades de corte ao usinar uma liga de alta temperatura (isto irá proporcionar um maior desgaste do flanco), a seleção de uma classe mais resistente e a utilização de uma geometria de quebra cavacos para avanços elevados são necessárias para evitar arestas postiças, especialmente em ligas de aço inoxidável e resistentes ao calor.
Figura 7 Desgaste da ferramenta – Desgaste de entalhe.
O martelamento com cavacos é um fenómeno causado pelo enrolamento de fitas e pela pancada na parte não utilizada de uma aresta de corte. A quebra de uma aresta de corte (ou parte de uma aresta corte) que não esteja sendo usada será o resultado. O risco com que isto acontece é maior com operações que envolvem avanços elevados e altas profundidades de corte.
Para corrigir o martelamento de cavacos, mude a taxa de avanço e a profundidade de corte, selecione um ângulo de posição diferente, use uma geometria de quebra de cavacos diferente e uma classe mais dura.
Figura 8 Desgaste da ferramenta – Martelamento de cavacos.
Qualquer visão geral dos padrões básicos de desgaste também deve incluir a quebra da aresta de corte. A quebra catastrófica da aresta de corte não é um padrão de desgaste, mas um fenómeno indesejado e perigoso causado pela utilização incorreta de ferramentas. Quando uma aresta de corte quebra, significa que a seleção das condições de corte foi tal que as cargas mecânicas que agem na aresta de corte são tão grandes que não podem suportá-las. Comece com valores inferiores para as condições de corte (principalmente profundidade de corte e avanço) ou escolha uma arestae de corte mais resistente (classe mais resistente ou geometria mais reforçada). Também poderia ser que um dos padrões de desgaste mencionados anteriormente se expandisse e enfraquecendo tanto a aresta de corte que não podia mais suportar as cargas que atuam sobre ela. Nestes casos, mudar para uma nova aresta de corte mais cedo evitará quebras.
Figura 9 Desgaste da ferramenta – Quebra da aresta de corte.
As descrições de desgaste concentram-se no aspecto visual do desgaste das ferramentas. Além disso, há outros fenômenos que podem ser observados quando a aresta de corte está desgastando. Estes podem indicar que a ferramenta está desgastando e talvez esteja pronta para ser substituída.
- Quebra súbita da ferramenta de corte. Esta é uma forma muito desagradável de assinalar que a ferramenta de corte deve ser substituída. Existem tantos elementos que influenciam a deterioração de uma aresta de corte que nem sempre é viável ter em conta todos os elementos e que podem, em alguns casos, provocar a quebra de uma aresta de corte. Se a quebra da ferramenta ocorrer de forma sistemática, a operação precisa ser interrompida e totalmente avaliada. A quebra sistemática da ferramenta indica que existe um desequilíbrio entre as cargas que atuam na aresta de corte e a capacidade de carga da ferramenta. As forças de corte devem ser baixadas ou deve ser selecionada uma aresta de corte mais reforçada.
- O teste de unha é um dos testes mais simples para avaliar o status da aresta de corte. A presença de arestas embutidas ou micro lascas na aresta de corte pode não ser visível a olho nu, mas podem definitivamente ser sentidas com uma unha. A aresta postiça e o lascamento devem ser minimizados durante a operação.
- As alterações no nível de ruído durante a usinagem podem indicar que uma ferramenta está a desgastar-se. Ruídos agudos de alta frequência indicam más condições de corte.
- Os cavacos que mudam de forma ou cor durante a usinagem são mais uma indicação de que a forma da aresta de corte está mudando, por exemplo, devido ao desgaste da ferramenta que está progredindo.
- Quando a rugosidade de uma superfície usinada aumenta, isso também pode indicar que é necessário mudar a borda cortante (atingindo o fim da vida útil da ferramenta).
- Aumento do consumo de energia ou da tendência de vibração.
A deterioração da ferramenta é o processo pelo qual a condição de uma ferramenta de corte se torna cada vez pior e, gradualmente, faz com que a ferramenta perca a sua capacidade de desempenho de acordo com as expetativa. A deterioração da ferramenta é provocada pelo desgaste, por fenómenos de impactos súbitos, como a ruptura e por interações químicas entre o material da peça e o material do inserto.
Envelhecimento - O desgaste é um processo de danos progressivos na superfície que resulta na remoção do material de uma ou de ambas as superfícies sólidas, ocorrendo quando estas duas superfícies sólidas estão em contato com o movimento de deslizamento ou rolamento em condições ambientais de pressão e temperatura.
Esta descrição geral dos padrões básicos de desgaste único fornece soluções básicas para cuidar do desgaste da ferramenta que é para o operador inaceitável na forma ou no ritmo de desenvolvimento.
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