Mecanismos de desgaste

A Figura 25 mostra um diagrama de distribuição dos mecanismos de desgaste das ferramentas de corte em função da temperatura de corte ou de fatores que a influencia, como a velocidade de corte.

Figura 25 – Mecanismos de desgaste em ferramentas de corte (VIEREGE,1970, apud KÖNIG; KLOCKE, 1997).

Em baixas temperaturas os mecanismos de adesão e abrasão estão presentes, sendo o primeiro mais intenso. Em temperaturas mais elevadas a adesão perde importância para a difusão e oxidação, observa-se que estes dois mecanismos crescem em participação, sendo que o primeiro numa escala exponencial, enquanto a abrasão tem um efeito intermediário.

Trent e Wright (2000) definem seis mecanismos de desgaste em usinagem, a diferença em relação à Fig. 25 deve-se à inclusão da deformação plástica. Estes serão descritos a seguir em subitens, ver Fig. 26.

Figura 26 – Mecanismos de desgaste em ferramentas de corte (adaptado de TRENT; WRIGHT, 2000).

2.5.3.1 Deformação plástica superficial por cisalhamento a altas temperaturas

Ocorre na usinagem de aços e outros metais com alto ponto de fusão a elevadas velocidades de corte e avanço utilizando ferramentas de aço-rápido ou, eventualmente, em metal duro, como cita Ávila (2003). As tensões cisalhantes na interface cavaco-ferramenta são suficientemente altas para provocar deformação plástica na superfície de saída da ferramenta de corte, devido às altas temperaturas que causam a diminuição da resistência ao escoamento do material da ferramenta. A consequência é que esta é cisalhada junto com o cavaco, formando uma cratera (TRENT; WRIGHT, 2000). De maneira implícita os autores indicam que este tipo de desgaste não ocorre em cermets, cerâmicas e ultraduros, pois possuem elevada resistência ao cisalhamento.

2.5.3.2 Deformação plástica da aresta de corte sob altas tensões de compressão

Ocorre na usinagem de materiais de elevada dureza, geralmente a altas velocidades de corte e avanço, nos quais a combinação de alta tensão de compressão com alta temperatura na superfície de saída pode causar a deformação plástica da aresta de corte nas ferramentas de aço-rápido e metal duro. Geralmente, ocorre em altas velocidades de corte e avanço e leva a falha catastrófica (MACHADO et al. 2011).

Durante o corte as tensões compressivas são máximas na aresta de corte e decrescem exponencialmente até zero, no ponto em que o cavaco perde contato com a superfície da saída da ferramenta (ZOREV, 1963). No entanto, a aresta de corte é a região em que a cunha é menos resistente, e dependendo da tensão promovida pelo material da

peça, a ferramenta pode não oferecer resistência ao cisalhamento, entrando em colapso (TRENT; WRIGHT, 2000).

As ferramentas cerâmicas não sofrem este tipo de falha porque são pouco tenazes com campo plástico muito pequeno (MACHADO et al., 2011).

2.5.3.3 Desgaste difusivo

É um fenômeno microscópico em que ocorre transferência de átomos de um material para o outro, ativado pela temperatura na zona de cisalhamento secundário, mas dependente do tempo de contato e da afinidade físico-química dos materiais envolvidos (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2000).

Em usinagem, as velocidades relativas entre ferramenta-cavaco são altas e o tempo de contato entre esses materiais é muito curto. Isto praticamente levaria o mecanismo de difusão a ser desprezível, se não fosse a existência de uma zona de aderência (ou zona de fluxo) na interface cavaco-ferramenta (TRENT; WRIGHT, 2000). A zona de fluxo é uma região em que a área do cavaco está intimamente em contato com a área da ferramenta (ܣ௥௘௔௟= ܣ௔௣௔௥௘௡௧௘), dessa forma o movimento do cavaco na interface ocorre por

cisalhamento dentro do próprio material do cavaco, provocado pela alta taxa de deformação (TRENT, 1963). Nesta zona existe um gradiente de velocidade, em que uma camada de material em contato com a ferramenta é estacionário, porém a uma distância de 0,01 a 0,1 mm da zona de fluxo a velocidade assume o valor de saída do cavaco. Além disso, nesta região as temperaturas são elevadas o suficiente para promover o processo difusivo e a renovação constante da zona de aderência, promovida pela alta taxa de deformação, garante um fluxo difusivo também constante (TRENT, 1988).

Este mecanismo de desgaste pode atuar tanto na superfície de saída como na superfície de folga, e a taxa de desgaste aumenta com o aumento da velocidade de corte e do avanço, pois o aumento desses parâmetros faz aumentar a temperatura de corte, que é a fonte de energia para o processo difusivo. Como o mecanismo ocorre em nível atômico, no microscópio as áreas desgastadas por difusão têm aparência lisa como pode ser observado nos desgastes de flanco e cratera na Fig. 27.

Figura 27 – Desgaste difusivo ferramenta K20 após usinar Ti6Al4V (MACHADO, 1990 apud MELO et al., 2006).

2.5.3.4 Desgaste por aderência e arrastamento – Attrition

Este mecanismo ocorre em baixas velocidades de corte, nas quais o fluxo de material sobre a superfície de saída da ferramenta se torna irregular, neste caso a aresta postiça de corte (APC) pode aparecer (TRENT; WRIGHT, 2000). No entanto, se a altas velocidades o fluxo de material for irregular nas superfícies de saída e de folga pode haver o

attrition associado a outros mecanismos (MACHADO et al., 2011).

Sob estas condições, fragmentos microscópicos são arrancados da superfície da ferramenta e arrastados de tempos em tempos, junto ao fluxo de material adjacente à interface (TRENT; WRIGHT, 2000).

Em geral, a zona de escorregamento, o corte interrompido, a profundidade de corte variável, entre outros fatores, promovem o fluxo irregular de material, favorecendo o attrition. O aspecto das regiões com este mecanismo de desgaste é áspero, uma vez que, o mesmo ocorre em nível de grãos (MACHADO et al., 2011).

2.5.3.5 Desgaste abrasivo

Em um sistema tribológico, em geral, o desgaste abrasivo acontece quando o material é removido ou deslocado da superfície por partículas duras que podem estar soltas entre duas superfícies em movimento relativo ou engastadas em uma delas. No caso das partículas estarem soltas, a abrasão ocorre a três corpos com rolamento e escorregamento dos abrasivos entre as superfícies, por outro lado, se as partículas estiverem engastadas têm-se abrasão a dois corpos com escorregamento (HUTCHINGS, 1992).

Em usinagem este mecanismo de desgaste também está presente, no qual o abrasivo a dois corpos são precipitados duros de óxidos, carbonetos, nitretos ou carbonitretos; e a três corpos os abrasivos são partículas da própria ferramenta, que se desprendem por attrition, inseridas no fluxo de material da peça ou da própria ferramenta (TRENT; WRIGHT, 2000; MACHADO et al., 2011).

O desgaste abrasivo pode envolver deformação plástica e fratura frágil, causando perda ou deslocamento de material por microssulcamento, microcorte ou microlascamento. O primeiro acarreta em deslocamento de matéria para baixo e para as laterais do sulco (ploughing), enquanto o segundo e o terceiro conduzem em perda de material também com presença de sulcos (cutting e wedge). Este mecanismo está associado na usinagem com ferramentas de aço-rápido, metal duro, ferramentas revestidas, cerâmicas puras ou mistas (HUTCHINGS, 1992; MACHADO, et al., 2011).

2.5.3.6 Desgaste de entalhe

Não é propriamente um mecanismo, mas uma forma de desgaste, que aparece sempre nas regiões coincidentes com as laterais do cavaco (área C e D, ver Fig. 24). Na literatura não existe um consenso que explique exatamente o mecanismo que provoca esta forma de desgaste, dessa forma, Shaw (2005) enumera 9 (nove) prováveis causas:

1. Presença de uma camada encruada na superfície da peça usinada previamente; 2. Concentração de tensão devido a um gradiente de tensão na superfície livre da

ferramenta;

3. Formação de trincas devido a um alto gradiente de temperatura na superfície livre da ferramenta;

4. Presença de rebarba na aresta da superfície previamente usinada;

5. Velocidade maior na altura da profundidade de corte na qual o diâmetro também é maior;

6. Presença de uma camada de óxido abrasiva na superfície previamente usinada; 7. Fluxo de material de aresta postiça de corte paralelo à aresta de corte;

8. Fadiga da ferramenta devido à flutuação de força na superfície livre que acompanha os pequenos movimentos laterais das arestas dos cavacos;

9. Partículas da ferramenta depositadas na superfície da peça previamente usinada, que agem como pequenas ferramentas de corte para induzir o desgaste.

O desgaste de entalhe ocorre, principalmente, na usinagem de materiais resistentes a altas temperaturas e que tenham alto grau de encruamento, como aço inoxidável, ligas de níquel, titânio e cobalto. Geralmente, nas regiões onde ocorre este tipo de entalhe, as condições de escorregamento prevalecem e o mecanismo de desgaste, provavelmente, envolve abrasão e attrition, e eles são bastante influenciados pelas interações com a atmosfera. Existem evidências que sugerem que óxidos se formam continuamente e se aderem na ferramenta naquelas regiões, e a quebra de junções de aderência promovidas pelo mecanismo de attrition, pode ocasionalmente remover material da superfície da

ferramenta (TRENT; WRIGHT, 2000). Para reduzir ou evitar o desgaste de entalhe, Shaw et al. (1966), sugerem o uso de maiores ângulos de saída negativo.