Mecanismos de Desgaste das Ferramentas de Corte

Na literatura a classificação dos mecanismos de desgaste é ampla, não havendo uma concordância entre os pesquisadores. No entanto, é comum encontrar os seis mecanismos de desgaste para as ferramentas de corte, conforme enumerados pela Figura 2.13 (FERRARESI, 1995; ZUM GAHR, 1987; TRENT; WRIGHT, 2000; YUHARA, 2000; MACHADO et al., 2009):

Figura 2.13 – Mecanismos e processos de desgaste que podem acontecer nas ferramentas de corte (TRENT; WRIGHT, 2000, modificada)

1 - O cisalhamento plástico é um processo de destruição das ferramentas de corte que ocorre principalmente nas ferramentas de aço-rápido, devido as grandes tensões cisalhantes ocorridas na interface cavaco-ferramenta. As altas temperaturas provocam o escoamento do material da ferramenta próximo à região da interface, gerando crateras na superfície de saída das ferramentas (TRENT; WRIGHT, 2000; MACHADO et al., 2009).

2 - A deformação plástica da aresta de corte sob altas tensões de compressão não é propriamente um mecanismo de desgaste e sim um processo de destruição das ferramentas

de corte, gerado durante a usinagem de metais com elevada dureza (MACHADO et al., 2009), principalmente com altas taxas de avanço e altas velocidades de corte. Nestas condições é comum acontecer falhas catastróficas, principalmente em ferramentas de aço- rápido e metal duro.

A elevada pressão e a geração de calor no processo de usinagem podem causar amolecimento da ferramenta, permitindo que grãos de carboneto se desloquem. O raio da ponta da ferramenta tende a distorcer. Para minimizar esse problema, recomenda-se usar ferramenta de metal duro com baixo conteúdo de elemento ligante (Co), substrato do tipo microgrão e conteúdo de carbonetos com estrutura centrada como é o carboneto de tântalo (TaC) (JOHNSON, 1989). A escolha de um raio de ponta grande e de revestimentos duros também ajudam a minimizar a deformação plástica devido à diminuição na geração de calor por atrito.

3 - A difusão é um fenômeno químico envolvendo movimentação atômica ativado pela temperatura na zona de corte. A difusão muda o equilíbrio entre os elementos químicos que compõem a ferramenta, causando uma reação entre eles e o material do cavaco gerado, reduzindo a resistência da ferramenta. Para isso, além de temperatura elevada, é necessário que haja tempo de contato e afinidade físico-química entre os dois materiais. Esse mecanismo de desgaste pode ser controlado pela utilização de ferramentas com uma camada de cobertura de óxido de alumínio, que melhora consideravelmente a estabilidade química da superfície de saída da ferramenta, região em que esse mecanismo de desgaste mais age.

4 - A adesão ou “attrition” ou também referenciado como aderência e arrastamento (TRENT; WRIGHT, 2000), predomina geralmente a baixas velocidades de corte, onde o escorregamento de material sobre a superfície de saída da ferramenta se torna atípico. Com o fluxo de material da peça adjacente, pode haver fragmentos microscópicos arrancados da ferramenta, principalmente se houver a APC (aresta postiça de corte). No microscópio, as áreas desgastadas por adesão têm uma aparência áspera (TRENT; WRIGHT, 2000; MACHADO et al., 2009). Esse mecanismo de desgaste pode ter sua ação minimizada através da utilização de fluidos de corte com maior poder lubrificante ou de insertos com coberturas que apresentem um coeficiente de atrito menor.

5 - A abrasão mecânica é um dos principais mecanismos causadores de desgaste e a principal responsável pelo desgaste de flanco (SHAW, 1984; DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2006; COSTA, 2003; MACHADO et al., 2009). Esse mecanismo de desgaste é incentivado pela presença de partículas duras na peça, assim como pela elevação da temperatura durante a usinagem da mesma. Quanto maior a dureza a quente e a resistência ao desgaste da ferramenta, menor a tendência deste fenômeno ocorrer. Tanto o desgaste

de flanco quanto o desgaste de cratera podem ser gerados pela abrasão, entretanto a ação abrasiva é mais acentuada no desgaste de flanco, já que a superfície de folga está em atrito com a peça que é mais rígida, enquanto na superfície de saída o atrito é exercido por um elemento flexível que é o cavaco. No microscópio, as áreas desgastadas por abrasão apresentam uma grande quantidade de riscos.

6 - O desgaste de entalhe também não é um mecanismo de desgaste, mas sim uma configuração (forma) de desgaste. Geralmente ele ocorre na usinagem de materiais resistentes a altas temperaturas, como as ligas de níquel, cobalto, titânio e aços inoxidáveis (MACHADO et al., 2009). Um provável mecanismo por meio do qual seria formado o desgaste de entalhe, é a oxidação, que na maioria dos metais é provocada pela presença de água, ar e altas temperaturas. O desgaste gerado pela oxidação se forma especialmente nas extremidades do contato cavaco-ferramenta devido ao acesso do ar nesta região, o que explicaria o surgimento do desgaste de entalhe (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2006).

Assim como na difusão, as reações químicas ocasionadas por esse mecanismo de desgaste reduzem a resistência da aresta da ferramenta, abreviando a vida da mesma. O tungstênio e o cobalto, durante o corte, formam filmes de óxidos porosos sobre a ferramenta, que são facilmente retirados da superfície pela ação do atrito, gerando desgaste. Porém, alguns óxidos como o óxido de alumínio, são mais duros e resistentes. Assim sendo, alguns materiais de ferramenta, que não contém óxido de alumínio, desgastam-se mais facilmente por oxidação. Dessa forma, ferramentas com cobertura de óxido de alumínio apresentam uma maior resistência a esse mecanismo de desgaste.

Todos esses mecanismos de desgastes citados anteriormente evoluem para uma perda ou deslocamento contínuo de material, o qual não acontece subitamente, mas se desenvolve ao longo de um certo período de tempo. Não obstante, na avaria da ferramenta também acontece uma perda ou deslocamento de massa. Porém, a forma é diferente do desgaste, a qual acontece repentina e inesperadamente, caracterizada por fratura ou lascamento de origem mecânica, ou pela fadiga térmica causada por flutuações de temperatura (MELO; SILVA; MACHADO, 2005; MACHADO et al., 2009).