Desgaste de Ferramentas de Corte

Uma correta estimativa do desgaste/tempo de vida da ferramenta e a sua correspondente análise económica, é uma das áreas mais críticas no planeamento e na otimização do processo de maquinagem, pois, para que seja possível uma máxima produtividade, aos menores custos possíveis, é essencial que se proceda a uma escolha do material e geometria da ferramenta para além, claro, dos parâmetros de corte adequados.

Os processos de degradação das ferramentas podem ser divididos em dois tipos, os que originam o colapso das ferramentas, de forma mais ao menos abrupta, também designados por avarias e os que conduzem à remoção gradual e progressiva de material da face de ataque e saída, designados desgastes.

A principal diferença é que as avarias podem ser evitadas procedendo a uma correta escolha da ferramenta e parâmetros de corte adequados ao processo de corte, enquanto que o desgaste pode ser otimizado do ponto de vista económico e da máxima produtividade, ainda assim irão sempre existir. Existem principalmente três tipos de avarias:

 Roturas frágeis da aresta de corte ou da ponta, normalmente devidas a tensões de tração geradas por forças de maquinagem e descontinuidades de corte (corte interrompido);

 Deformação plástica do gume, resultantes de elevadas temperaturas aliadas a tensões elevadas na face de ataque;

 Fissuras em “pente”, originadas por tensões térmicas causadas pelos sucessivos aquecimentos e arrefecimentos rápidos (choque térmico).

Os designados desgastes nas ferramentas de corte dão-se em regiões adjacentes à aresta de corte (Figura 24), mais concretamente, na face de ataque e na face de saída. Na face de ataque o principal tipo de desgaste surge na forma de crateras, definidas pela sua profundidade máxima (KT), largura (KB) e distância da aresta principal (KM) ao eixo da cratera.

Os desgastes, na face de saída ou de flanco, não se distribuem de forma regular, sendo normalmente mais pronunciados nas extremidades da aresta de corte (VBn) e nas imediações

do raio de curvatura de ponta (VBc) [22, 30, 36, 41].

Figura 24 - Formas de desgaste mais comuns em ferramentas de torneamento [30]. 3.3.3.1 Mecanismos de desgaste

Geralmente os mecanismos responsáveis pelo desgaste das ferramentas de corte, tanto na face de ataque como na face de saída, são os de adesão, abrasão, difusão e oxidação, podendo atuar de forma combinada entre si, ver Figura 25, e estão fortemente relacionados com as temperaturas atingidas pelas ferramentas.

O mecanismo de desgaste por adesão dá-se essencialmente numa zona de desgaste secundária (após o desgaste inicial do gume) a velocidades de corte relativamente baixas, tais que não exista a formação de apara aderente. Devido à compatibilidade metalúrgica entre materiais, forças e temperaturas desenvolvidas durante o processo e ainda devido ao constante estado de compressão nas interfaces apara/ferramenta e peça/ferramenta, na face de ataque e face de saída, respetivamente, dão-se microsoldaduras entre os materiais. O movimento relativo entre peça e ferramenta proporciona o corte destas microsoldaduras, mais

frequentemente pelo interior do material mais macio (peça), porém, por vezes pelo interior do material mais duro (ferramenta).

Figura 25 - Mecanismos de desgaste nas ferramentas de corte [43].

Por outro lado, no caso da abrasão, o desgaste ocorre devido às partículas duras existentes nas superfícies em escorregamento, que atuam como micro-arestas de corte e riscam a superfície da ferramenta. Estas partículas, normalmente, são inclusões de elevada dureza existentes na peça a maquinar ou devidas ao encruamento do material na formação da apara aderente. Apesar disso, podem também ser provenientes do material da própria ferramenta, devido ao desgaste. Desta forma é bastante percetível que quanto maior for a dureza do material da ferramenta menos pronunciado será o efeito deste tipo de mecanismo de desgaste.

Um outro importante mecanismo de desgaste prende-se com a difusão entre os dois materiais em contacto, devido às diferenças de concentração química, muito influenciadas pelas temperaturas atingidas pelas superfícies durante o processo de maquinagem. Neste caso, o desgaste é mais evidente na face de ataque levando à formação de crateras de desgaste, sendo tanto mais importante, quanto maior forem as temperaturas atingidas. Devido à temperatura alguns elementos químicos da ferramenta difundem-se para a peça conduzindo ao enfraquecimento da superfície da ferramenta.

Por fim, mas não menos importante, a oxidação da ferramenta, devido ao aumento da temperatura e do meio em que se efetua a maquinagem, provoca um desgaste das superfícies funcionais. A deterioração da aresta de corte secundária é em grande parte das vezes explicada por este fenómeno, o que promove um mau acabamento superficial das peças e redução do tempo de vida das ferramentas, especialmente em ferramentas de aço rápido [22, 24, 36].

3.3.3.2 Curvas de vida. Lei de Taylor

A vida de uma ferramenta de corte é definida como o tempo de corte efetivo da(s) sua(s) aresta(s) necessário para que esta atinja um determinado critério de inadequação ao processo de corte e tenha de ser substituída. O critério determinante para o tempo de vida normalmente considerado é o desgaste de flanco, primeiro pela sua fácil determinação e caracterização

quantitativa e por outro lado devido à sua influência nefasta na rugosidade superficial e precisão dimensional do componente maquinado [22, 36].

As curvas de desgaste das ferramentas de corte ao longo do tempo de maquinagem, tal como apresentadas na Figura 26, são caracterizadas por um desgaste inicial rápido, quando a ferramenta entra em contacto com a peça de trabalho, seguindo-se um dado tempo de maquinagem em que se dá uma taxa desgaste constante (região estável) e posterior reflexo dos anteriores inicia-se uma fase em que os desgastes atingem taxas aceleradas (região de falha).

Figura 26 - Curvas de desgaste de ferramentas para diferentes velocidades de corte (V5>V1) [20]. A velocidade de corte utilizada no processo de maquinagem é determinante na taxa de desgaste da ferramenta e consequentemente no seu tempo de utilização. Quanto menor for a velocidade de corte empregue maior será o tempo de vida da ferramenta de corte, contudo a sua relação com perda de produtividade conduz à adoção de parâmetros de corte o mais rentáveis possível.

Taylor propôs uma equação empírica (equação (3.21)), que traduz a relação entre a velocidade de corte ( ) e o tempo de vida da ferramenta ( ), em que e são constantes dependentes do critério de falha adotado, do material da peça e da ferramenta, determinadas por ensaios de maquinagem controlados [20, 22, 36].