Desgaste e Avarias das Ferramentas de Corte

A usinagem dos metais é um processo complexo. Além das altas temperaturas localizadas, principalmente na interface cavaco-ferramenta, chegando a mais de 1000°C em alguns casos, e altas tensões, podendo superar 8 GPa, as ferramentas normalmente sofrem impactos durante os cortes interrompidos e os cavacos retirados da peça podem interagir com o material da ferramenta, ocasionando o fim de suas vidas (SANDVIK, 1999; PALDEY;

DEEVI, 2003; MACHADO et al., 2009). Na usinagem de aços e ferros fundidos, ainda hoje o padrão de desgaste é o fator limitante para a velocidade de corte. Essa é uma das inúmeras razões de os fabricantes de ferramentas continuarem a investir no desenvolvimento e na otimização de materiais e geometrias que as tornem cada vez mais resistentes ao desgaste e avarias. Todas as ferramentas de corte utilizadas na usinagem estão propícias ao desgaste e/ou avarias. Mesmo se a ferramenta de corte tiver tenacidade suficiente para evitar uma avaria, infelizmente, ela está sujeita a algum tipo de desgaste. Os desgastes e avarias ocorrem nas ferramentas como resultado da atuação de várias cargas na aresta de corte. Estas cargas são, principalmente, de origem mecânica, térmica ou química.

O desgaste altera a geometria original da ferramenta de corte, modificando a área de contato na interface cavaco-ferramenta. Como consequência, várias outras modificações irão surgir, sendo as mais importantes: o aumento na geração do calor, o aumento das forças de usinagem e do torque, além da elevação da deformação plástica (MACHADO et al., 2009; DA MOTA, 2006). O desgaste em ferramentas pode surgir na forma de uma cratera na superfície de saída da ferramenta, desgaste de flanco na superfície de folga ou como um entalhe que pode aparecer tanto na ponta como na extremidade da aresta na região da profundidade de corte, normalmente na superfície de folga. De acordo com Trent; Wright, (2000), essas formas de desgaste podem ser geradas por uma ou por várias combinações de mecanismos de desgaste: deformação plástica, adesão ou attrition, difusão, abrasão ou oxidação.

O desgaste é fortemente dependente da combinação do material da peça a ser usinada, do material da ferramenta, da geometria do cavaco e do tipo de fluido de corte. Os parâmetros de corte, como velocidades, avanços e profundidades de corte, assim como o sistema de arrefecimento da interface cavaco/ferramenta determinarão a forma de desgaste predominante. Por maior que seja a dureza e a resistência ao desgaste das ferramentas de corte, e por menor que seja a resistência mecânica da peça de trabalho, a ferramenta de corte sofrerá um processo de destruição que mais cedo ou mais tarde exigirá a sua substituição. A vida útil das ferramentas de corte pode ser limitada por uma série de variedades de formas de desgaste (MACHADO et al., 2009), tais como as apresentadas na Fig. 2.12: o desgaste de cratera (área A), o desgaste de flanco (área B) e o desgaste de entalhe (área C e D), ou seja:

1 - Desgaste de cratera (A): ocorre na superfície de saída da ferramenta e é causado principalmente pela difusão entre a ferramenta e a superfície inferior do cavaco. Este tipo de desgaste atinge principalmente ferramentas de metal duro sem cobertura em operações onde o material da peça é o aço. Isto ocorre em função dos cavacos longos formados por este tipo de material, o que proporciona um tempo de contato longo entre ferramenta e

cavaco, e também em função da afinidade química que existe entre o metal duro e o aço. Este tipo de desgaste pode ter seu efeito minimizado através da utilização de ferramentas de metal duro com cobertura de cerâmica à base de óxido de alumínio (Al2O3). Atualmente,

devido à popularização das ferramentas com cobertura em função da redução de seus custos, este tipo de desgaste tem menor incidência do que os demais tipos. Uma redução da temperatura de corte também pode contribuir para evitar o surgimento desta forma de desgaste, já que o mecanismo de difusão necessita de temperaturas elevadas para ocorrer.

Figura 2.12 – Principais áreas de desgaste de uma ferramenta de corte (DEARNLEY; TRENT,1982, apud MACHADO et al., 2009, modificada)

2 - Desgaste de flanco (B): esse tipo de desgaste está presente em qualquer operação de usinagem e atinge a superfície de folga da ferramenta. É causado principalmente pela abrasão e é potencializado em operações onde o material usinado apresenta alta dureza ou incrustações, ou quando a temperatura de corte alcança valores elevados, diminuindo a dureza do material da ferramenta. É possível reduzir a formação do desgaste de flanco utilizando ferramentas com uma maior resistência ao desgaste e também com uma maior dureza a quente. A utilização de revestimentos de ferramentas com materiais de dureza elevada também pode diminuir ou retardar o surgimento deste tipo de desgaste.

3 – Desgaste de entalhe (C) e (D): este tipo de desgaste pode acontecer simultaneamente ao desgaste de flanco. O desgaste de entalhe pode ser evitado através da utilização de ferramentas mais resistentes à oxidação ou então através da utilização de fluidos de corte com aditivos antioxidantes. Esta medida é mais difícil de ser tomada no caso de operações de fresamento em desbaste, normalmente realizadas a seco para evitar

choques térmicos na ferramenta (COSTA, 2003). Por falta de consenso, é comum tratar esta forma de desgaste como um mecanismo. Ele ocorre, principalmente, na usinagem de materiais resistentes a altas temperaturas, tais como as ligas de níquel, cobalto e aço inoxidável. Assim, esse tópico será novamente abordado no próximo item.