Veja também:
- Guia básico para materiais de ferramentas de corte (como escolher?)
Tipos de materiais para ferramentas de corte
1. Alto aço rápido
O aço rápido é um tipo de aço ferramenta conhecido por sua alta dureza, alta resistência ao desgaste e alta resistência ao calor, alcançadas através da adição de elementos como tungstênio, molibdênio, cromo e vanádio. Também conhecido como aço para ferramentas de alta velocidade ou aço para trabalho a quente, é comumente referido como “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 de ferramentas de aço rápido é simples e permite fácil afiação, razão pela qual elas ainda constituem uma proporção significativa de ferramentas de corte de metal, apesar do surgimento de materiais mais novos.
2. Cimentado carborizar
O Carboneto Cimentado é uma liga feita de metais refratários e metais ligantes, produzida através de técnicas metalúrgicas P/M. Este material possui excelentes propriedades, como alta dureza, resistência ao desgaste, boa resistência e tenacidade, resistência ao calor e resistência à corrosão.
Em particular, a sua elevada dureza e resistência ao desgaste permanecem constantes mesmo a temperaturas até 500°C, e ainda apresenta uma elevada dureza a 1000°C. Assim, o metal duro tem um desempenho de corte superior em comparação ao aço rápido e pode melhorar a durabilidade da ferramenta várias a dezenas de vezes.
Com a mesma durabilidade, o metal duro permite que as velocidades de corte aumentem de 4 a 10 vezes. Como resultado, é amplamente utilizado como material para ferramentas, capaz de cortar materiais difíceis de usinar, como aço resistente ao calor, aço inoxidável, aço com alto teor de manganês e aço para ferramentas.
3. Diamante
O diamante é considerado a substância mais dura e com condutividade térmica excepcional entre os materiais minerais conhecidos. Seu desgaste por fricção com vários materiais metálicos e não metálicos é de apenas 1/50-1/800 do metal duro, tornando-o o material ideal para ferramentas de corte.
Principalmente, as ferramentas de corte são feitas de diamantes artificiais de cristal único. A aresta de corte das ferramentas diamantadas é incrivelmente afiada, o que é importante para cortar cavacos com seções pequenas. Sua aresta de corte possui baixa rugosidade e baixo coeficiente de atrito, tornando improvável a produção de lascas durante o corte, resultando em superfícies usinadas de alta qualidade.
Existem 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 compostas de diamante. No entanto, as ferramentas de diamante natural raramente são utilizadas na produção real devido ao seu alto custo.
4. Nitreto cúbico de boro
É um material sintetizado artificialmente recentemente desenvolvido, sinterizado a partir de pó de CBN (nitreto cúbico de boro) 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 . Possui alta dureza, boa resistência à abrasão, estabilidade química excepcional e maior estabilidade térmica em comparação com ferramentas diamantadas.
Pode manter suas propriedades mesmo quando utilizado 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. Conseqüentemente, as ferramentas de corte CBN são usadas principalmente para usinagem eficiente de materiais difíceis de usinar e têm uma ampla gama de aplicações na indústria de usinagem.
5. Cerâmica
As principais vantagens dos materiais cerâmicos para ferramentas são sua alta dureza e resistência à abrasão, bem como redução mínima na resistência à flexão e resistência à flexão em altas temperaturas.
Possuem 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 menor coeficiente de atrito. Os cavacos também têm menos probabilidade de aderir às ferramentas de corte e é menos provável que produzam lascas.
No entanto, as desvantagens das ferramentas cerâmicas incluem alta fragilidade, baixa resistência e tenacidade e resistência à flexão mais fraca em comparação com o metal duro.
Critérios de seleção para materiais de ferramentas de corte
Ao escolher os materiais das ferramentas de corte, é essencial considerar vários fatores para garantir desempenho e longevidade ideais. Nesta seção, discutirei minhas principais considerações ao selecionar materiais para ferramentas de corte: resistência e dureza, tenacidade, resistência ao desgaste, estabilidade térmica e preço acessível.
Força e Dureza
A resistência e a dureza determinam a capacidade de um material de suportar as forças de corte e tensões experimentadas durante as operações de usinagem. Normalmente considero o seguinte ao avaliar essas propriedades:
- Alta resistência à tração: Isso permite que a ferramenta de corte resista à deformação e à fratura sob cargas de corte.
- Alta dureza: Isso garante que o material tenha excelente resistência ao desgaste e à deformação da aresta de corte.
Dureza
A tenacidade é um fator crucial, pois mede a capacidade de um material de absorver energia e resistir à fratura ou lascamento. Quando avalio a tenacidade do material de uma ferramenta de corte, considero:
- Resistência ao lascamento: A ferramenta de corte deve ser capaz de manter sua aresta de corte sem nenhum lascamento, o que pode afetar a qualidade da peça usinada.
- Resistência ao impacto: O material deve suportar cargas e impactos repentinos encontrados durante operações de corte intermitentes.
Resistência ao desgaste
Como a ferramenta de corte sofre atrito continuamente durante os processos de usinagem, a resistência ao desgaste é uma consideração crítica. Eu me concentro em:
- Resistência ao desgaste abrasivo: A redução da taxa de desgaste da aresta de corte garante que a ferramenta de corte mantenha a nitidez e a precisão.
- Resistência ao desgaste adesivo: O material deve evitar a formação de quaisquer ligações entre a superfície da ferramenta e a peça de trabalho, levando à transferência do material e, em última análise, ao desgaste.
Estabilidade térmica
Como as ferramentas de corte geram altas temperaturas durante a usinagem, a estabilidade térmica é vital. Considero a capacidade de um material de:
- Suportar altas temperaturas: O material da ferramenta de corte deve manter sua dureza e resistência mesmo em temperaturas elevadas.
- Resistir à fadiga térmica: O material deve ser capaz de lidar com mudanças rápidas de temperatura sem a formação de rachaduras ou fraturas na ferramenta de corte.
Acessibilidade
Por fim, avalio a acessibilidade do material de uma ferramenta de corte, já que o custo é um fator essencial em qualquer processo de usinagem. Eu levo em consideração:
- Custo do material: O custo do material da ferramenta de corte não deve exceder os benefícios de desempenho.
- Vida útil da ferramenta: Uma vida útil mais longa da ferramenta pode compensar um custo mais elevado, pois reduz a frequência de substituições de ferramentas e o tempo de inatividade para manutenção.
Considerando cuidadosamente esses fatores, posso selecionar o melhor material de ferramenta de corte para minhas necessidades específicas de usinagem.
Aplicações e tendências do setor
Operações de Usinagem
Na minha experiência, os materiais das ferramentas de corte são essenciais para diversas operações de usinagem. Eles ajudam a melhorar a produtividade, reduzir custos e obter melhor qualidade do produto. Algumas operações de usinagem comuns são:
- Fresagem: Aqui, as ferramentas de corte removem o material da peça através do movimento rotativo. Ferramentas de aço rápido (HSS) e metal duro proporcionam excelente desempenho nesta operação.
- Girando: Nesta operação, observei que ferramentas de corte de ponta única removem material da peça à medida que ela gira. Os materiais comuns incluem cerâmica, diamante policristalino (PCD) e metal duro.
- Perfuração: Ao perfurar, uma ferramenta de corte multiponto ou de ponto único é usada para criar furos cilíndricos na peça de trabalho. Ferramentas HSS e metal duro são minhas escolhas preferidas para esta operação.
Tecnologias emergentes
Tenho notado várias tecnologias emergentes moldando a indústria de ferramentas de corte. Esses incluem:
- Fabricação Aditiva: Esta tecnologia permite a produção de ferramentas de corte com geometrias complexas, reduzindo o desperdício de material e o tempo de produção.
- Tecnologias de revestimento: Revestimentos avançados, como carbono tipo diamante e revestimentos nanocompósitos, prometem maior resistência ao desgaste, maior vida útil da ferramenta e melhor desempenho.
- Ferramentas inteligentes: Minha experiência com ferramentas integradas com sensores e conectividade sem fio mostra potencial para monitoramento em tempo real e manutenção preditiva, levando à redução do tempo de inatividade e ao uso otimizado da ferramenta.
Ao manterem-se informados nestas áreas, os profissionais da indústria podem tomar melhores decisões e maximizar a eficiência das suas ferramentas de corte.
