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Usinagem dos Materiais
Aula 05 - Materiais de Ferramenta Monocortante (Parte 1)
Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau
Usinagem dos Materiais
Aula 05 Tópicos ➔
Materias de ferramentas (parte - I) •
Requisitos
•
Evolução
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Tipos
•
Características
•
Emprego
Usinagem dos Materiais
Conseqüência dos esforços na de Ferramenta Cavaco
,f
,n Peça Forca
Ferramenta
Movimento relativo
Calor Atrito
Desgaste Material peça / material ferramenta
Usinagem dos Materiais •
Requisitos desejados em uma ferramentas de corte ➔
Resistência à compressão
➔
Dureza
➔
Resistência à flexão e tenacidade
➔
Resistência do gume
➔
Resistência interna de ligação
➔
Resistência a quente
➔
Resistência à oxidação
➔
Pequena tendência à fusão e caldeamento
➔
Resistência à abrasão
➔
Condutibilidade térmica, calor específico e
expansão térmica
Nenhum material de ferramenta possui todas estas características
Usinagem dos Materiais
Evolução dos materiais de ferramenta –
50 mil anos atrás (Paleolítico – Pedra Lascada): ●
Emprego de ferramentas de pedra com gumes afiados por lascamento, adaptando a geometria de corte à tarefa a ser realizada.
Usinagem dos Materiais
Evolução dos materiais de ferramenta ●
Aço ferramenta (1868)
●
Aço rápido (1900)
●
Stellite (1910)
●
Metal duro (1926)
●
Cerâmicas (1938)
●
Nitreto de boro cúbico (década de 50)
●
Diamante mono e policristalino (década de 70)
Usinagem dos Materiais
Classificação dos materiais de ferramentas Materiais para Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida Materiais Metálicos
Materiais de Ligação
Aço-ferramenta Aço-rápido
Metal-duro (WC) Cermets (TiC/TiN)
Cerâmicas de Corte Cerâmica óxida
Óx ida Mista Reforçada c/ W iskers A l2 O3 A l2 O3 + ZrO2
Materiais Cerâmicos
Materiais de Altíssima Dureza
Cerâmica não-óxida
C/ Si3 N4 Si3 N4 + demais
A l2 O3 A l2 O3 + SiC-w isker A l2 O3 + ZrO2 + TiC
Diamante
Diamante monocristalino Diamante policristalino
CBN
CBN CBN + TiC CBN + BN hexagonal
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Diamante CBN Cerâmicas
M fe ate id rra ria ea m l l en de ta
Velocidade de corte, resistência ao desgaste e dureza a quente
Propriedades dos materiais de ferramentas
CERMETS Metal-duro revestido Metal-duro
Vc 60 dureza resist. flexão Tenacidade, resistência à flexão
Aço-rápido revestido Aço-rápido
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Propriedades dos materiais de ferramentas
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Resistência a quente dos principais materiais de ferramentas 2500
2000 Dureza HV 10
Cerâmicas mistas Cerâmicas óxidas
1500 Cerâmicas não óxidas
1000 Metal duro P-10
500 Stellite Aço rápido
200
400
600
Temperatura oC
800
1000
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Dureza e condutividade de alguns materiais de corte Dureza 2 (Vickers) [ N/mm ]
Condutividade térmica RT [ W/mK ] Diamante CBN B 4C SiC TiC - Al 2 O3
10000
5000
2500
100
1000
10000
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Aplicação de materiais de ferramenta na indústria automobilística CBN+PKD 2 CERÂMICAS 14
CERMETS 4
MD - CVD 39,2
MD S/ REV. 35
MD – PVD 5,9
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Aços ferramenta Características - Aços carbono (0,8 a 1,5 % de C) - sem ou com mínimos teores de elementos de liga - Principal material utilizado ate 1900 - Baixo custo - Facilidade de afiação – obtençãcao de gumes vivos - Tratamento térmico relativamente simples ⇒ elevada dureza e resistência ao desgaste - Resistem a temperatura de até aproximadamente 250°C
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Aços ferramenta Áreas de aplicação dos aços-ferramentas - Materiais de baixa velocidade de corte - Usinagem de aços doces com Vc < 25m/min - Brocas para uso doméstico – hobby - Ferramentas para carpintaria
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Aços rápidos
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Aços rápidos Características - Principais elementos constituintes (W, Mo, Co, V), elementos que conferem alta tenacidade às ferramentas. - Dureza de 60 a 67 HRC - Resistem a temperatura de até aproximadamente 520 a 600°C - Clássico 18 (%W) - 4 (%Cr) – 1 (%V) - Aço super rápido adição de Co - Tratamento térmico complexo - preço elevado
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Aços rápidos Características –
Composição química usual (5 a 7% formam carbonetos): 0,6 a 1,6% C 4% Cr 7 a 10% W 85 a 89% Fe 4 a 5% Mo 0,9 a 3% V
–
Designação: HS + % W - Mo - V - Co (ex.: HS 10-4-3-10).
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Aços rápidos –
Subdivisão em 4 grupos, segundo o teor de W e Mo P a ra u s in a g e m d e a ç o
G ru p o
N o m e n c la tu ra W
1 8% W 1 2% W
Mo
V Co
HS 18 – 0 -1
+
-
-
-
H S 1 8 – 1 - 2 -5
-
-
+
-
H S 1 2 – 1 - 4 -5
-
-
(+)
+
HS 10 – 4 -3
-
-
(+)
+
-
+
-
-
-1 0
HS 6 – 5 -2
6% W + 5% M o
2% W + 9% M o
d e m é d io e s fo rç o | d e a lto e s fo rç o d e s b a s te / <8 5 0 N / m m 2 / a c a b a m e n to >8 5 0 N / m m 2
HS 6 – 5 -3
-5
-
-
(+)
+
HS 6 – 5 -2
-5
-
-
+
-
HS 2 – 9 - 1
+
-
-
-
HS 2 – 9 - 2
-
+
-
-
-
-
+
-
HS 2 –10 -1
8
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Aços rápidos – Subdivisão –
–
–
Grupo 1 ● alto teor de W (até 18%) ● bom revenimento ● empregado para desbaste de aço e ferro fundido Grupo 2 ● teores de W de até 12% ● crescente teor de V ● revenimento um pouco pior que grupo 1 ● empregado para acabamento de materiais ferrosos e na usinagem de materiais não-ferrosos ● para ferramentas com forma complexa (boa maleabilidade e tenacidade) Grupos 3 e 4 ● W + Mo (Mo substitui W) ● possui tenacidade muito boa ● empregado para todos tipos de ferramentas
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Aços rápidos ➔
Influência dos elementos de liga
–
Aumento no teor de elementos de liga: ●
Maior produtividade destes materiais;
●
Aumento na resistência ao desgaste;
●
Aumento na vida das ferramenta;
●
Porém torna-se mais difícil a fabricação deste material;
●
Maiores custos de produção
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Aços rápidos ➔
Influência dos elementos de liga ●
●
Tungstênio (W) – formador de carbonetos – melhora revenimento – melhora resistência ao desgaste Vanádio (V) – Formador de carbonetos – melhora resistência ao desgaste (resist. a quente) – usado para acabamento
●
●
Molibdênio (Mo) –
melhora temperabilidade
–
melhora tenacidade
–
substitui W
Cobalto (Co) –
eleva temperatura de sensibilização a quente
–
melhora dureza a quente
–
melhor solubilidade de carbonetos
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Aços rápidos ●
Aço-rápido com revestimento (TiC, TiN): ●
Menor atrito;
●
Redução no desgaste;
●
Maior estabilidade química;
●
Proteção térmica do substrato
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Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos - Ferramentas para todas as operações de usinagem
- Ferramentas para desbaste e acabamento - Machos e cossinetes de roscas - Brocas helicoidais - Alargadores - Fresas de todos os tipos - Ferramentas de plainar - Escareadores - Ferramentas para trabalho a frio - Ferramentas para trabalho em madeira - outras.
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Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos
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Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos
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Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos
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Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos
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Ligas Fundidas Características - Composição típica: ➔
3% Fe
➔
17% W
➔
33% Cr
➔
44% Co
- Resistem a temperatura entre aproximadamente 700 a 800°C - W ⇒ Mn, Mo, V, Ti e Ta - Tratamento térmico complexo - Preço elevado
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Ligas Fundidas Nomes comerciais: Stellite, Tantung, Rexalloy e Chromalloy Áreas de aplicação das Ligas Fundidas - Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida - Material para abrasivos - Isoladores térmicos, isoladores elétricos - Fundição de materiais cerâmicos - outros
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ApresentaçãoT-2
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FIM - Aula 05
