Você já se perguntou o que faz o corte perfeito na fabricação? Este artigo explora vários materiais de ferramentas de corte, detalhando suas propriedades e usos exclusivos. Com insights de engenheiros mecânicos experientes, você descobrirá como esses materiais revolucionam a eficiência e a precisão na usinagem. Prepare-se para atualizar seus conhecimentos e otimizar suas escolhas de ferramentas.
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O aço de alta velocidade é um tipo de aço para ferramentas conhecido por sua alta dureza, alta resistência ao desgaste e alta resistência ao calor, obtida por meio da adição de elementos como tungstênio, molibdênio, cromo e vanádio. Também conhecido como aço-ferramenta de alta velocidade ou aço para trabalho a quente, é comumente chamado de "aço branco".
O aço rápido é usado principalmente para criar ferramentas de corte de metal complexas, leves e resistentes a impactos. O processo de fabricação das ferramentas de aço rápido é simples e permite uma afiação fácil, razão pela qual elas ainda constituem uma proporção significativa das ferramentas de corte de metal, apesar do surgimento de materiais mais novos.
Carbeto cimentado é uma liga feita de metais refratários e metais aglutinantes, produzida por meio de técnicas metalúrgicas P/M. Esse material tem excelentes propriedades, como alta dureza, resistência ao desgaste, boa resistência e tenacidade, resistência ao calor e resistência à corrosão.
Em particular, sua alta dureza e resistência ao desgaste permanecem constantes mesmo em temperaturas de até 500°C, e ele ainda tem uma alta dureza a 1000°C. Assim, o metal duro tem um desempenho de corte superior ao do aço rápido e pode aumentar a durabilidade da ferramenta várias ou dezenas de vezes.
Com a mesma durabilidade, o metal duro permite que as velocidades de corte aumentem de 4 a 10 vezes. Como resultado, ele é amplamente utilizado como material de ferramenta, capaz de cortar materiais difíceis de usinar, como aço resistente ao calor, aço inoxidável, aço com alto teor de manganês e aço ferramenta.
O diamante é considerado a substância mais dura com condutividade térmica excepcional entre os materiais minerais conhecidos. Seu desgaste por atrito com vários materiais metálicos e não metálicos é de apenas 1/50-1/800 do carboneto cimentado, o que o torna o material ideal para ferramentas de corte.
Em geral, as ferramentas de corte são feitas de diamantes artificiais de cristal único. A aresta de corte das ferramentas de diamante é incrivelmente afiada, o que é importante para cortar cavacos com seções pequenas. Sua aresta de corte tem baixa rugosidade e baixo coeficiente de atrito, o que torna improvável a produção de lascas durante o corte, resultando em superfícies usinadas de alta qualidade.
Há três tipos de ferramentas de corte de diamante: ferramentas de diamante de cristal único natural, ferramentas de diamante de cristal único sintético sólido e ferramentas de composto de diamante. Entretanto, as ferramentas de diamante natural raramente são usadas na produção real devido ao seu alto custo.
É um material recém-desenvolvido sintetizado artificialmente, sinterizado a partir de pó de CBN (nitreto de boro cúbico) e uma pequena quantidade de aglutinante (como Co-Ni, TiC, TiN ou Al2O3) sob alta temperatura e pressão e com a ajuda de um catalisador. Ele apresenta alta dureza, boa resistência à abrasão, estabilidade química excepcional e maior estabilidade térmica em comparação com as ferramentas de diamante.
Ele pode manter suas propriedades mesmo quando usado em temperaturas entre 1200-1300°C e não reage com metais do grupo do ferro, o que o torna ideal para o processamento de aço. Portanto, as ferramentas de corte de CBN são usadas principalmente para a usinagem eficiente de materiais difíceis de usinar e têm uma ampla gama de aplicações no setor de usinagem.
As principais vantagens dos materiais de ferramentas de cerâmica são a alta dureza e a resistência à abrasão, bem como a redução mínima da resistência à flexão e a resistência à flexão em altas temperaturas.
Eles têm alta estabilidade química, baixa afinidade com metais e boa resistência à oxidação em altas temperaturas. Eles não reagem com o aço, mesmo em temperaturas de fusão, resultando em menos adesão, difusão e desgaste oxidativo, além de um coeficiente de atrito mais baixo. Também é menos provável que os cavacos grudem nas ferramentas de corte e que ocorra lascamento.
Entretanto, as desvantagens das ferramentas de cerâmica incluem alta fragilidade, baixa resistência e tenacidade e menor resistência à flexão em comparação com o metal duro.
Ao escolher os materiais das ferramentas de corte, é fundamental considerar vários fatores para garantir o desempenho ideal, a longevidade e a relação custo-benefício. Esta seção descreve as principais considerações para a seleção de materiais de ferramentas de corte: Resistência e dureza, tenacidade, resistência ao desgaste, estabilidade térmica e viabilidade econômica.
Resistência e dureza
A resistência e a dureza são propriedades fundamentais que determinam a capacidade de um material de resistir às forças de corte e manter a estabilidade dimensional durante as operações de usinagem. As principais considerações incluem:
Robustez
A tenacidade é um fator crítico que mede a capacidade de um material de absorver energia e resistir a fraturas ou lascas. Ao avaliar a resistência, considere:
Resistência ao desgaste
A resistência ao desgaste é fundamental para prolongar a vida útil da ferramenta e manter a precisão da usinagem. Os principais aspectos incluem:
Estabilidade térmica
As altas temperaturas geradas durante a usinagem exigem excelente estabilidade térmica nos materiais das ferramentas de corte:
Viabilidade econômica
O aspecto econômico da seleção do material da ferramenta de corte é fundamental para otimizar os custos gerais de usinagem:
Ao avaliar cuidadosamente esses critérios, os engenheiros podem selecionar o material de ferramenta de corte mais adequado para aplicações específicas de usinagem, equilibrando os requisitos de desempenho com as considerações econômicas. Essa abordagem garante a vida útil ideal da ferramenta, a qualidade da usinagem e a eficiência geral do processo.
Operações de usinagem
Os materiais das ferramentas de corte desempenham um papel fundamental em várias operações de usinagem, afetando significativamente a produtividade, a relação custo-benefício e a qualidade do produto. As principais operações de usinagem incluem:
Fresagem: Esse processo versátil utiliza fresas rotativas para remover material da peça de trabalho. As ferramentas de aço rápido (HSS) e de metal duro continuam sendo os padrões do setor, mas os compostos avançados de cerâmica e metal (cermet) e as pastilhas de nitreto cúbico de boro (CBN) estão ganhando força na usinagem de alta velocidade de aços endurecidos e superligas.
Torneamento: Nessa operação, as ferramentas de corte de ponta única removem o material à medida que a peça gira. Embora a cerâmica, o diamante policristalino (PCD) e o metal duro sejam comuns, as ferramentas tratadas criogenicamente e os revestimentos multicamadas nanoestruturados estão surgindo como revolucionários para aumentar a vida útil da ferramenta e a qualidade do acabamento da superfície.
Perfuração: Ferramentas de corte de ponto único ou multiponto criam furos cilíndricos na peça de trabalho. Além do HSS e do metal duro, as operações de perfuração modernas se beneficiam das brocas com resfriamento total e das brocas com pastilhas intercambiáveis, que oferecem melhor evacuação de cavacos e dissipação de calor em aplicações de furos profundos.
Tecnologias emergentes
Várias tecnologias de ponta estão remodelando o cenário das ferramentas de corte:
Manufatura aditiva (AM): Além de produzir ferramentas com geometrias complexas, a AM permite a criação de ferramentas de corte híbridas com canais de resfriamento internos otimizados e composições de substrato personalizadas, melhorando o desempenho em cenários de usinagem desafiadores.
Tecnologias de revestimento: As técnicas avançadas de deposição física de vapor (PVD) e de deposição química de vapor (CVD) agora permitem revestimentos multicamadas projetados com precisão. Isso inclui revestimentos de AlTiN resistentes à temperatura para usinagem a seco e revestimentos de MoS2 autolubrificantes para melhorar o fluxo de cavacos em materiais difíceis de usinar.
Ferramentas inteligentes: A integração de microssensores e a conectividade de IoT nas ferramentas de corte facilitam o monitoramento em tempo real das forças de corte, das temperaturas e do desgaste da ferramenta. Esses dados, quando combinados com algoritmos de aprendizado de máquina, permitem a manutenção preditiva, estratégias de usinagem adaptativas e otimização da eficácia geral do equipamento (OEE).
Usinagem criogênica: Os sistemas de resfriamento por nitrogênio líquido estão sendo integrados às ferramentas de corte, permitindo a usinagem sustentável e de alto desempenho de superligas e compostos resistentes ao calor usados em aplicações aeroespaciais.
Ao ficarem a par desses avanços tecnológicos, os profissionais de fabricação podem tomar decisões informadas para otimizar seus processos de usinagem, reduzir os tempos de ciclo e melhorar a qualidade geral do produto em um mercado global cada vez mais competitivo.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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