Programa de Graduação em Engenharia Mecânica

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Esses processos têm vários objetivos, tais como, remoção das tensões internas, aumento de dureza e resistência mecânica, melhora da usinabilidade, resistência ao desgaste, entre outros. É comum verificar-se que a melhora de uma ou mais propriedades interfere em outras. Por exemplo, quando em um processo há o aumento da dureza de um aço, simultaneamente, há uma redução em sua ductilidade.

2.1.1 Têmpera

É um dos tratamentos mais utilizados nos aços, principalmente os utilizados em construção mecânica. O processo consiste basicamente no aquecimento do material a uma temperatura acima da de recristalização, seguido de um resfriamento rápido, que geralmente é feito em líquidos. O resultado são modificações estruturais muito intensas que levam ao aumento da dureza, de tensões internas, da resistência ao desgaste e à tração, porém há uma queda da ductilidade.

2.2 Torneamento

O torneamento é uma operação na qual a peça gira ao redor do eixo da máquina operatriz que executa o material de usinagem ( o torno), ao mesmo tempo que uma ferramenta de corte retira material da peça, de modo a se adquirir a forma desejada.

2.3 Fresamento

Consiste em uma operação na qual o material é removido da peça por uma ferramenta giratória, chamada fresa, de múltiplos gumes cortantes. Cada gume remove uma pequena quantidade de metal. A operação permite a usinagem de superfícies apresentando qualquer orientação, porque tanto a peça quanto a ferramenta podem se movimentar.

2.4 Retificação

É um tipo de usinagem por abrasão que compreende uma série de operações de corte, em que a quantidade de material removida e muito pouca. Basicamente, a retificação tem por objetivo corrigir as irregularidades de caráter geométrico produzidas em operações precedentes.

2.5 Ferramenta de corte

Para a escolha do material da ferramenta adequada para o processo é necessário considerar e ponderar vários fatores, como os seguintes:

- Material a ser usinado;

- Condições da máquina;

- Processo de usinagem;

- Forma e dimensões da ferramenta;

- Condições de usinagem;

- Custo do material da ferramenta.

As características que possibilitam que uma ferramenta de corte suporte o processo de corte são: dureza, resistência mecânica, resistência ao desgaste e estabilidade química. Geralmente, a crescente dureza leva a uma resistência ao desgaste maior, porém diminui a resistência ao choque. Dependendo da condição de usinagem e propriedades da peça usinada diferentes combinações de dureza e resistência ao choque são requeridas.

2.6 Materiais para ferramenta

Os materiais para ferramentas podem ser agrupados, com base nas caraterísticas químicas, da seguinte maneira: aços rápidos, aços rápidos com cobertura, coronite, metal duro, metal duro com cobertura, metal cerâmico, nitreto de boro cúbico e diamante. Todos citados em ordem crescente de dureza e resistência e desgaste a abrasão e seguem ilustrados abaixo.

Figura 1 – Propriedade dos materiais

[pic 1]

Fonte: Carlos Eddy Valdéz Salazar, 2008.

Na usinagem de materiais duros, os fatores para escolha da ferramenta de corte são mais críticos, e por isso deve ser escolhida mais minuciosamente o material da ferramenta de corte.

Depois do diamante, o inserto de PCBN (nitreto de boro cúbico) é o material mais duro que pode ser utilizado em ferramentas de corte e por isso é amplamente utilizado nessa aplicação. Além de alta dureza, esse material pode ter sua tenacidade ajustada conforme a necessidade, possui baixa tendência a formação de boretos, alta resistência a tração e alta condutividade térmica.

Considerando que o PCBN é cerca de dez vezes mais caro que a cerâmica para o mesmo tamanho e geometria de inserto, o CBN pode ser economicamente justificado somente para usinagem de aços tratados termicamente naquelas situações onde as cerâmicas falham completamente ou quebram antes do acabamento da peça de trabalho.

Dependendo do material da peça e das condições de corte, as ferramentas de PCBN podem ter um desempenho de 5 a 100 vezes melhor (maior vida da ferramenta e/ou maior taxa de remoção) do que as ferramentas cerâmicas e de metal duro.

2.6.1 Metal duro

Um dos primeiros a surgir na linha de usinagem dura por volta do ano 1926, era composto por 81% Tungstênio,6% de Carbono e 13% de Cobalto. Possuía elevadas dureza, resistência à compressão e resistência ao desgaste. A composição acima foi aplicada sob o ferro fundido e o aço.

Porém no aço houve processo de difusão e dissolução na ferramenta devido à similaridade química no contato peça/ferramenta. A solução do problema foi a adição de elementos de liga para alterar as propriedades mecânicas da peça, como o TiC (Carbonetos de Titânio) que diminuiu a tendência à difusão, já TaC (Carbonetos de Tântalo) e NbC (Carboneto de Nióbio) em baixas quantidades diminuíram o tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade.

2.6.2 Cerâmica

Em 1936, a cerâmica começou a ser utilizada em duas formas: a base de óxido de alumínio e a base de nitreto de silício.

Por não reagir quimicamente com o aço, ter alta dureza à quente, poder ser usado em altas velocidades de corte, não formar gume postiço e fazer com que a ferramenta tenha uma longa vida de uso. Pode ser aplicada no ferro fundido, aço endurecido e ligas resistentes ao calor. É recomendável evitar usinagem a seco para evitar choque térmico e cortes interrompidos.

Não se deve usinar alumínio, devido a semelhança química, ligas de titânia ou materiais com alta resistência ao calor, devido as altas temperaturas atingidas na usinagem, que podem fazer com que os materiais reajam quimicamente entre si e magnésio, berílio e zircônio, por inflamarem na temperatura de trabalho na cerâmica.

2.6.3 PCBN

Antes do PCBN, na década de 1950, o CBN (Nitreto Cúbico