Desgaste e vida da ferramenta de corte

Ao usinar as ligas de cobalto os tipos de desgaste comumente encontrados estão associados aos níveis dos parâmetros de corte, bem como aos tipos de ferramentas usadas no processo. De maneira geral, as ferramentas de corte sofrem vários tipos desgaste e avarias, que vão depender do material e da geometria da ferramenta, material da peça e das condições de corte (CHENG, 2009).

A avaria e o desgaste da ferramenta de corte podem ser tipicamente agrupados nas categorias de falha prematura e desgaste progressivo da ferramenta. A avaria da ferramenta ocorre de maneira súbita podendo acarretar a perda da aresta de corte, do porta-ferramenta e até mesmo da peça usinada. No Quadro 4.2 estão listados os tipos comuns de avarias sofridos pelas ferramentas de corte.

Quadro 4.2 – Tipos de avarias nas ferramentas de corte Tipos de avarias Causas

Deformação plástica

• Alta temperatura combinada com alta pressão sobre a aresta de corte, resultante da alta velocidade de corte, avanço elevado e material da peça endurecido.

Lascamento • Ciclos de impacto, carregamento térmico na aresta principal de corte e ferramentas com geometrias positivas.

Trincas de origem mecânica

• Decorrentes da variação dos esforços mecânicos durante o processo de corte. As trincas formadas são paralelas à aresta de corte.

Trincas de origem térmica

• Decorrentes da variação excessiva da temperatura durante o processo de corte. As trincas formadas são perpendiculares à aresta de corte. Quebra • Desgaste prematuro ou catastrófico da aresta de corte causada por

condições severas.

Fonte: Adaptado de (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2014; KLOCKE, 2011; SHAW, 2005; TRENT; WRIGHT, 2000).

No Quadro 4.3 são apresentados os tipos mais comuns de desgastes, segundo a definição de Diniz, Marcondes e Coppini (2014).

Quadro 4.3 – Tipos de desgastes mais comuns ocorridos nas ferramentas de corte Tipos de desgaste Resumo

Desgaste de flanco • É observado na superfície de folga da ferramenta. Este contato conduz a um desgaste progressivo por conta do atrito entre ferramenta e peça. • O principal mecanismo de desgaste atuante é a abrasão.

Desgaste de entalhe

• É observado na superfície de folga da ferramenta, ocorre junto com o desgaste de flanco, mais especificamente nas extremidades do flanco da ferramenta.

• Esse tipo de desgaste é provocado pelos mecanismos de desgaste de oxidação e adesão.

Desgaste de cratera

• É observado na superfície de saída de ferramenta de corte e ocorre como resultado do atrito ou difusão devido à aderência do cavaco e às altas temperaturas observadas nas zonas de fluxo de cavaco sobre a superfície de saída da ferramenta.

• O desgaste está associado às elevadas temperaturas geradas na interface cavaco ferramenta, fornecendo as condições para o desgaste de cratera, dominado pelo mecanismo de desgaste difusão e adesão.

De acordo com os indicadores de monitorização, os tipos de desgaste são incentivados por diferentes mecanismos, que se manifestam de formas distintas. De maneira geral, podem ser classificados de acordo com a Tabela 4.4.

Tabela 4.4 – Mecanismos de desgaste

Tipos Características

Adesivo Soldagem de superfícies ásperas Abrasivo Ação de corte de partículas endurecidas Químico Difusão de elementos químicos Oxidação Formação de óxidos duros

Os fundamentos dos mecanismos dos desgastes são explicados no Quadro 4.4.

Quadro 4.4 – Mecanismos de desgaste

Mecanismos Resumo

Aderência • Mecanismo observado em baixas velocidades aliado à alta pressão de corte, aderindo o material do cavaco à ferramenta. As superfícies seguem aderidas e na tentativa de separação, as partículas da

ferramenta de corte acabam se rompendo e saindo com fluxo de cavaco gerado.

Abrasão mecânica • Fenômeno incentivado pela presença de partículas duras do material da peça e altas temperaturas na região de corte que ocasionam a queda da dureza da ferramenta.

• É uma das principais causas de desgaste das ferramentas de corte, tanto no desgaste de flanco devido ao atrito entre a superfície de folga da ferramenta e a peça, quanto no desgaste de cratera por conta do atrito do cavaco na superfície de saída da ferramenta. As partículas duras arrancadas da ferramenta por aderência podem causar desgaste abrasivo nas áreas adjacentes da ferramenta formando sulcos abrasivos na direção de fluxo do material.

Difusão • É caracterizado pela transferência de átomos de um material para outro na região de corte, isto é, entre o cavaco e a ferramenta de corte. Este fenômeno depende da temperatura, da duração do contato e da afinidade físico-química dos dois metais envolvidos.

• Os processos de difusão aparecem especialmente quando altas velocidades de corte são utilizadas, levando a altas temperaturas na zona de corte. Na área da zona de corte, o material da ferramenta de corte e o material da peça se aproximam um do outro no nível atômico. • É o principal agente do desgaste de cratera sob altas velocidades de

corte

Oxidação • Ocorre na região de corte com altas temperaturas, quando o material da ferramenta tem afinidade química com o oxigênio que está no ar atmosférico ou na água contida no fluido de corte, propiciando reações químicas formadoras de estruturas porosas oxidadas e quebradiças nas extremidades do contato cavaco-ferramenta devido ao acesso do ar ou água nesta região.

• Esse mecanismo é um dos causadores do desgaste de entalhe, pois o cavaco gerado na região de corte remove facilmente a área oxidada formando ranhuras profundas que são os entalhes

Fonte: Adaptado de (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2014; GRZESIK, 2017; TRENT; WRIGHT, 2000).

De maneira geral, será predominante um ou outro mecanismo de desgaste sobre os demais, apesar de normalmente incentivarem o surgimento uns dos outros, pois dependem da natureza do material usinado e/ou das condições de usinagem. É importante perceber que todos os mecanismos de desgaste têm relação com a temperatura na região de corte, que é diretamente influenciada pelos parâmetros de corte adotados.

diretamente a sua capacidade de corte e seu tempo de trabalho. Além disso, a vida da ferramenta depende de vários outros fatores que incluem material da peça, material e geometria da ferramenta, superfície usinada, fluidos de corte e principalmente dos parâmetros de corte.

Bruschi, Ghiotti e Bordin (2013) investigaram a influência das condições de corte no desgaste da ferramenta, na integridade superficial e na microestrutura durante o torneamento de semi-acabamento da liga Cobalto ASTM F1537 usando metal duro revestido com TiAlN em PVD com fluido de corte em abundância. Segundo os autores, a taxa de avanço foi o principal fator a afetar a integridade superficial da peça e o desgaste da ferramenta (Figura 4.6). Eles afirmam que altas taxas de avanço afetam negativamente estes fatores. Além disso, foi observado lascamento da aresta de corte e aderência de material da peça na ferramenta em todas as condições experimentadas, além do aumento da dureza nas superfícies torneadas.

Figura 4.6 – Curvas de desgaste de ferramentas em vários parâmetros de corte

Fonte:(BRUSCHI; GHIOTTI; BORDIN, 2013)

Karpuschewski e Döring (2016) usaram ferramentas cerâmicas visando aumento de produtividade na usinagem da liga de cobalto, variando a velocidade de corte para analisar principalmente o desgaste da ferramenta. O estudo feito mostra que a ferramenta cerâmica pode ser usada no corte a seco em velocidades de corte superiores a 200 m/min, porém os autores não recomendam usar velocidade de corte superiores a 300 m/min, pois a vida da ferramenta diminui consideravelmente. Os autores mostraram que a variação da geometria da aresta tem um impacto significativo na vida da ferramenta.

de corte (MCPARLAND et al., 2019). Nos experimentos realizados por esses autores, a vida da ferramenta variou de 10 a 255 m. Eles observaram a formação de uma camada de material da peça aderida tanto na superfície de saída quanto na superfície de folga da ferramenta de corte, além de lascamento da aresta de corte.

Baron, Desmond e Ahearne (2019) usaram ferramentas de metal duro sem revestimento com fluido de corte para estudar os mecanismos fundamentais do desgaste de ferramentas no torneamento da liga Cobalto ASTM F75. Ao variar os parâmetros de 𝑣_𝑐 e 𝑓 em diversos ensaios, os autores conseguiram modelar o progresso do desgaste da ferramenta no corte e demonstrar que a usinagem deste material com ferramenta de metal duro sem revestimento resulta na adesão do material da peça nas principais superfícies desgastadas.

Em geral, a velocidade de corte é o parâmetro com maior influência na vida da ferramenta. As curvas de vida da ferramenta ilustram esta em função da velocidade de corte, já que a vida da ferramenta diminui fortemente à medida que a velocidade de corte aumenta.

Sabendo dos fatores que influenciam a vida da ferramenta de corte e para manter o processo produtivo dentro de condições econômicas viáveis, deve-se adotar um critério para determinar o fim de vida da ferramenta. Em usinagem, os desgastes de flanco e de cratera são as zonas básicas de desgaste na ferramenta de corte que se costuma usar para o monitoramento da ferramenta. Para medições de desgaste considera-se as orientações da norma ABNT NBR ISO 3685 (ABNT, 2017).

Além dos desgastes, os parâmetros relacionados à rugosidade são fatores que podem ser usados para determinar o fim de vida da ferramenta de corte, conforme a norma ABNT NBR ISO 3685 (ABNT, 2017).