A correta seleção da geometria da ferramenta possui importante papel no torneamento de materiais endurecidos. A ferramenta usualmente possui ângulo de saída negativo de forma a promover proteção na aresta de corte, condição típica para ferramentas cerâmica e PCBN. Vale ressaltar que no caso das ferramentas PCBN, somente uma pequena parte da pastilha é do material, e portanto ferramentas negativas proporcionam menor custo por usar ambos os lados (TRENT e WRIGHT, 2000).
Os insertos cerâmicos e de PCBN requerem alguns cuidados especiais quando da sua utilização, em virtude de possuírem baixa tenacidade quando comparados com o metal duro. O ângulo de saída necessita possuir valores negativos, pelo fato de esta geometria colocar a ponta da ferramenta sob a ação de forças de compressão, eliminando assim a formação de trincas devido à tração. Utiliza-se, quando possível, arestas de corte chanfradas (0,1 mm - 20º a 45º) a fim de direcionar os esforços de corte para o centro da ferramenta, reduzindo-se a possibilidade de quebra das arestas; (EZUGWU e WALLBANK, 2001).
Existem três formas básicas de preparação da aresta de corte: arredondamento, chanfro e chanfro com arredondamento. O tamanho do raio de arredondamento da aresta pode variar entre 25 μm (raio de aresta pequeno) até 180 μm (raio de aresta grande). Esta variação no raio de aresta está relacionada com a espessura média de corte. Recomenda-se que a espessura média seja pelo menos de duas a três vezes maior do que o raio de arredondamento da aresta (STEPHENSON, 2006).
O ângulo de folga deve ser grande o suficiente, para reduzir o atrito entre a ferramenta e a peça, porém não deve ser exagerado a ponto de enfraquecer a aresta de corte. Sua importância se torna relevante quando o desgaste predominante da ferramenta ocorre na superfície de folga (EZUGWU e WALLBANK, 2001).
Sempre que possível, deve utilizar-se ângulos de ponta grandes e insertos de geometria quadrada ou redonda, objetivando-se aumentar a robustez da ferramenta (KONIG et al.1993). O ângulo de ponta, entretanto, depende do valor do ângulo de posição, tornando-o desta forma limitado pela geometria da peça.
Kurt e Seker (2005) também identificaram diferentes comportamentos na vida das ferramentas com a inclinação do ângulo de saída dos cavacos. O material usinado foi o aço AISI 52100 (classe B) com 60 HRC, utilizando ferramentas de PCBN. Os ângulos de saída testados foram: (γ) = 0º, -10º, -20º e -30º. Os resultados mostraram que o aumento da inclinação do chanfro de proteção da aresta provoca o aumento da força de usinagem.
A melhor relação entre força de usinagem e vida da ferramenta foi encontrada com o ângulo de saída (γ) = -20º.
De acordo com o item anterior, as ferramentas de usinagem utilizadas no torneamento de materiais endurecidos possuem preferencialmente geometria de corte negativa com proteção da aresta de corte. Os resultados apresentados por Zhou et al. (2003) e por Kurt e Seker (2005) enfatizam que os ângulos que proporcionam maiores vidas as ferramentas são (γ) = -15º e -20º, respectivamente.
Há várias maneiras de aumentar a produtividade na usinagem e uma das maneiras mais efetivas é dobrar a avanço usando ferramentas alisadoras. A geração de um bom acabamento superficial em peças torneadas está se tornando uma exigência para operações de semi- acabamento ou até mesmo no desbaste.
A tecnologia de pastilhas Wiper intercambiáveis oferece uma nova maneira de se obter desempenho de produção melhorado onde o importante é aumentar o valor do avanço. O acabamento superficial e a tolerância gerada são afetados por uma combinação de tamanho de raio de ponta, valor de avanço, estabilidade da usinagem, peça, fixação da ferramenta e condição da máquina. No torneamento convencional, o acabamento superficial deve estar diretamente relacionado com o avanço da ferramenta com o tamanho do raio de ponta. Um avanço grande gerará tempos de corte menores, mas acabamento superficial pior. Um grande raio de ponta gerará um melhor acabamento superficial e proporcionará maior resistência. Mas um raio de ponta excessivamente grande pode gerar tendências a vibrações, quebra de cavacos e menor vida da ferramenta devido à menor área de contato. Dessa forma, na prática o tamanho do raio da ponta da pastilha e o avanço podem ser limitado em uma operação.
Para alterar esse relacionamento - obter um melhor acabamento superficial com um avanço maior, foi desenvolvida a tecnologia Wiper para o raio de ponta de pastilhas intercambiáveis. Isso ocorreu principalmente na forma de uma combinação cuidadosamente composta de raios com algumas modificações de geometria de pastilha. O raio de ponta da ferramenta com geometria alisadora (Wiper) proporciona uma menor altura de perfil na aresta de corte da superfície gerada, o que tem um efeito de alisamento na superfície torneada. A ferramenta possui um quebra-cavacos adaptado, enquanto que a ferramenta de raio de ponta convencional possui uma geometria que limita as faixas de avanço antes do que em uma ferramenta com geometria alisadora. A capacidade de quebra-cavacos de uma ferramenta com geometria alisadora foi ajustada para estar de acordo com o raio de ponta modificado e uma maior capacidade de avanço. Dessa forma, o controle de cavacos amplia-se por novas áreas,
para além das limitações de dados de corte convencionais. Essa é uma das razões pela qual as ferramentas com geometria alisadora serem vistas atualmente, e com tanta frequência, como solucionadoras de problemas em operações de torneamento. Na Figura 2.5 observa-se a configuração do raio de ponta múltiplo (W-Wiper).
Figura 2.5 – Configuração do raio de ponta múltiplo (W – Wiper). Fonte: Sandvik (2010).
Algumas ferramentas cerâmicas e de CBN apresentam uma geometria de raio de ponta múltiplo (W-Wiper) o que permite com o mesmo avanço melhorar o acabamento de superfície em cerca de duas vezes relativamente às ferramentas de raio de ponta simples ou em alternativa permitem duplicar o valor do avanço para o mesmo acabamento.