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- Introdução
A usinabilidade dos materiais é uma propriedade difícil de ser determinada, pois depende de diversos fatores dos próprios processos de usinagem, ou seja: velocidade de corte, avanço, profundidade de corte e tipos das ferramentas, das máquinas operatrizes e dos fluidos de corte. Cada material apresenta condições particulares que ditam as normas mais adequadas de usinagem.
Tão importante como as propriedades de desempenho (resistência mecânica, à corrosão, etc.), as propriedades de fabricação como a usinabilidade devem ser sempre consideradas na seleção de materiais metálicos. Em princípio, não se pode dizer que um material é melhor que outro. Dependendo das condições de contorno impostas em determinada seleção, é que se pode analisar se a seleção de um determinado material apresenta vantagens sobre outro. Desse modo, devem-se considerar as características exigidas pelo projeto e engenharia, que são as características técnicas, em seguida, devem ser considerados os aspectos de fabricação da peça, inclusive pensando nos equipamentos disponíveis em determinada instalação, que são as características tecnológicas, e, por último, deve-se considerar o aspecto comercial.
A melhora na operação de usinagem está relacionada com a obtenção de componentes com as dimensões desejadas e qualidade superficial satisfatória. Além disto, podem ser obtidos grandes aumentos de produtividade. As vantagens econômicas da escolha certa do material a ser usinado, assim como as ferramentas, fluido de corte, equipamento e condições de usinagem, são consideráveis. Os custos e tempos de produção podem ser significativamente reduzidos através da escolha certa desses parâmetros.
2- Justificativa
O trabalho foi elaborado dentro das normas técnicas, com o intuito inicial de aprovação na disciplina de processo de fabricação “USINAGEM”. O trabalho contém informações das características da propriedade de usinabilidade dos materiais e os fatores que influenciam para no seu dimensionamento.
O conhecimento da usinabilidade dos aços é de suma importância para estudantes de engenharia, já que, 90% dos produtos indústrias passam em algum instante por um processo de usinagem, assim a necessidade de pesquisa e desenvolvimento na área especificada se torna importante para a melhoria dos processos de usinagem.
A usinabilidade é uma propriedade que depende da interação entre o processo de fabricação e as características do material da peça.
No caso dos aços, a composição química, a microestrutura e os tratamentos térmicos e mecânicos têm um efeito acentuado na usinabilidade dessa classe de materiais metálicos.
No presente trabalho, citam-se os critérios de avaliação dessa propriedade, bem como o modo de atuação desses fatores na usinabilidade.
3- Objetivos
- Aprovação na matéria de Processos de Fabricação II- Usinagem.
se como propriedade de usinagem de um metal, àquelas que expressam o seu efeito sobre grandezas mensuráveis inerentes ao processo de usinagem dos metais, tais como a vida da ferramenta, a força de usinagem, o acabamento superficial da peça, a temperatura de corte, a produtividade e as características do cavaco. A usinabilidade não é, portanto uma grandeza especifica de um dado material, tal como a resistência á tração, o alongamento, o modulo de elasticidade, etc.
A usinabilidade de um material pode ser avaliada por meio de vários fatores, entre eles, podemos citar:
Vida da Ferramenta - É o fator mais utilizado para expressar a usinabilidade dos materiais. A vida de uma ferramenta é o tempo durante o qual a mesma trabalha efetivamente produzindo peças com qualidade exigidas em projeto, ou até que a mesma atinja níveis elevados de desgaste com limites estabelecido previamente, baseados em fatores que poderiam colocar a operação em risco;
Força de Usinagem - O conhecimento da grandeza e da orientação da força de usinagem, ou de suas componentes força de corte, força de avanço, e força passiva, é a base para o projeto de uma máquina-ferramenta, isto é, para o dimensionamento correto das estruturas, acionamentos, fixação de ferramentas e guias, entre outros elementos, para a determinação das condições de corte, para a avaliação da precisão de uma máquina-ferramenta, (deformação da peça e da máquina), para avaliação de fenômenos que ocorrem na região de formação de cavaco e para a explicação de mecanismos de desgaste. Além disso, a força de usinagem é um parâmetro que exprime a usinabilidade de um material, sendo que geralmente materiais de baixa usinabilidade apresentam forças de usinagem elevadas.
Acabamento Superficial – O acabamento superficial de componentes usinados pode, muitas vezes, ser o fator determinante para substituição de ferramentas de corte nas linhas de produção. A qualidade de superfícies geradas por usinagem pode ser um fator mais importante para a determinação dos parâmetros de entrada na usinagem, principalmente as condições de corte e a geometria da ferramenta, especialmente o avanço e o raio de ponta.
Temperatura de corte – A temperatura desenvolvida durante a formação do cavaco é um forte indicativo da usinabilidade dos materiais. Materiais de difícil usinagem consomem muita energia para se deformar, desenvolvendo, portanto, elevadas temperaturas de corte.
Características do Cavaco – Em usinagem a formação de cavacos longos e contínuos pode prejudicar a produção, além de representar riscos à integridade física de operadores de máquinas, tornando um fator preponderante para o sucesso da operação envolvendo materiais
dúcteis. A disposição dos cavacos, portanto, é um bom indicativo da usinabilidade dos materiais. As principais influências sobre a disposição dos cavacos são as condições de corte e a geometria da ferramenta.
Ensaios de vida de curta duração foram criados como alternativa aos ensaios de vida de longa duração, com a finalidade de se atingir o critério de fim de vida da ferramenta de corte de forma mais rápida e econômica. O ensaio consiste de usinagem em altas velocidades de corte onde o desgaste é típico por difusão, o tempo de vida da ferramenta é reduzido e o volume de material usinado também. Esta é a grande vantagem deste método de ensaio, principalmente quando se trata de avaliar a usinabilidade relativa de vários materiais, com a mesma ferramenta de corte.
Nos ensaios de usinabilidade de curta duração em que as ferramentas de corte são utilizadas até a sua perda da capacidade de corte (queima das arestas de corte) o material mais usado é o aço rápido (HSS).
5- Aspectos Metalúrgicos na Usinabilidade dos Materias
Os melhores parâmetros de corte e as características das ferramentas devem ser associados também às condições metalúrgicas do aço ou ferro. Dessa forma, deve-se utilizar a análise química, a dureza e a microestrutura para identificar as melhores combinações, capazes de promover vantagens na usinabilidade.
A aquisição de melhores condições de corte com remoção de cavaco, em processos de usinagem de alta produtividade na indústria, é atribuída, divergentemente, a fatores metalúrgicos de fragilidade do cavaco ou a fatores mecânicos, como a precisão dimensional e ausência de carepa abrasiva. Entre as melhorias obtidas, são notáveis o aumento da vida da ferramenta, a melhor qualidade da superfície usinada, a menor força de corte e, conseqüentemente, o menor consumo de energia, ou seja, a redução de custos.
Alguns fatores básicos que influenciam na obtenção desses requisitos são o trabalho a frio, a microestrutura, características mecânicas e a composição química.
5.1- Trabalho a frio
mais refinada, menores são as fronteiras intergranulares e maiores são os contatos de natureza química e eletrostática, melhorando o comportamento frente às solicitações mecânicas impostas no trabalho de usinagem.
5.3- Características mecânicas
Desde o início desse século, desenvolveram-se estudos visando a relacionar as propriedades mecânicas com a usinabilidade do material, lançando mão dos valores de resistência à tração, limite de escoamento, alongamento e dureza, como referência para comparação.
Estudos mostram que propriedades mecânicas, principalmente a dureza exerce uma influência marcante sobre a usinabilidade dos materiais.
Valores altos para a dureza significam dificuldades de usinagem, ao passo que valores médios e baixos associam-se com boas propriedades de usinabilidade, mas que as medidas de dureza não serviriam de um modo absoluto como guia para determinação de verdadeira usinabilidade.
A melhora da usinabilidade se obtém em condições conflitantes de alta ductilidade, baixa resistência à tração e maior fragilidade, ou seja, baixa elasticidade. Porém encontra-se citações de que a melhor usinabilidade estaria associada a uma condição de baixa dureza (e resistência) e baixa ductilidade.
As propriedades intrínsecas são de grande influência, dependendo do tipo de operação de fabricação a que o material está submetido, significando que algumas propriedades terão uma influência mais nítida em um determinado tipo de operação e efeitos menores ou até mesmo nulos em outro tipo.
Deve-se destacar que as propriedades mecânicas dos materiais assumem que as características dimensionais são homogêneas, no entanto, a realidade demonstra que essas características não o são (não-homogêneas). Isto significa que pode haver pequenas variações na espessura, devido a vazios, inclusões, variações no tamanho de grão, textura ou concentração de soluto, todas originando variações na resistência local do metal.
5.4- Composição química
As primeiras tentativas de se determinar a usinabilidade de um metal, a partir de sua composição química, foram realizadas em 1948 por J. Sorensen e, dez anos mais tarde, por Bodart e colaboradores.
A adição de elementos de liga produz modificações microestruturais, conduzindo a um endurecimento, que tem reflexo sobre as propriedades mecânicas obtidas e sobre a usinabilidade, dependendo da quantidade, forma e distribuição desses elementos.
Os átomos de soluto permanecem em solução, aumentando a dureza através dos efeitos endurecedores de solução sólida supersaturada. O notável efeito endurecedor pode ser justificado pela grande diferença de raios atômicos e de eletronegatividade. Os átomos de impurezas interagiram com os campos de tensões hidrostáticas e cisalhantes, formando uma atmosfera com as discordâncias em cunha em hélice, resultando também em um impedimento ao movimento das mesmas, facilitando, assim, o rompimento do cavaco.
De um modo geral, os efeitos dos elementos químicos participantes da composição do material na usinagem podem ser encarados da seguinte maneira: Primeiro, os elementos que aumentam a proporção de perlita diminuem o teor de carbono no ponto eutetoide, o que causa endurecimento por solução sólida. Segundo, elementos que atuam na fragilização da ferrita. Um terceiro ponto são os elementos residuais e os provenientes da fusão/vazamento, que podem promover efeitos diversos, além da presença de inclusões.
Os elementos ligantes podem também formar partículas duras e abrasivas, prejudicando a usinabilidade.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
DINIZ, Anselmo Eduardo; MARCONDES, Francisco Carlos; COPPINI, Nivaldo Lemos. Tecnologia da usinagem dos materiais. 7. ed. São Paulo: Artliber, 2010. 268 p. ISBN
FERRARESI, Dino. Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Edgard Blücher,
- 751 p. ISBN 9788512102578.
PINHEIRO P., Ivete. Introdução à Metodologia Cientifica. 2004. 73f. Apostila- Técnico em Mecânica, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, Belo Horizonte.
