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MÁQUINAS OPERATRIZES

Durante muito tempo, a fabricação de objetos utilizados pelo homem dependeu de uma produção artesanal. Os artesãos, através de seus dons e habilidades especiais, detinham o conhecimento para confeccionar utensílios, mas dele também era exigido o dispêndio de energia muscular para que o resultado de seu trabalho se concretizasse. Os produtos fabricados artesanalmente poderiam ser trabalhados de forma a atender a peculiaridades exigidas por seus clientes, que não possuíam grandes demandas de consumo. Assim, a capacidade de produção dos artesãos era tal que atendia à demanda de pedidos, tanto quantitativa quanto qualitativamente.

Em determinado momento, o crescente consumo exigiu uma resposta mais rápida dos meios de produção, tornando obsoleto o conceito de produção estritamente artesanal. Durante um período de transição, houve o convívio tanto do conceito de produção artesanal quanto da produção mecânica. Aos poucos, máquinas de diversos graus de complexidade foram sendo construídas para atender à crescente demanda de produção de bens de consumo. Muitas destas máquinas utilizavam a energia dos elementos da própria natureza como força motriz, o que veio substituir o trabalho muscular dos artesãos.

O torno foi uma das primeiras e mais importantes máquinas utilizadas na fabricação de peças. Em uma de suas primeiras concepções, os movimentos de rotação da máquina eram controlados por pedais. A ferramenta para tornear, que dava forma ao produto, ficava na mão do operador, o que lhe exigia habilidade no processo de fabricação. Quando a ferramenta foi fixada à máquina, o operador passou a ter mais liberdade para trabalhar. Este foi o nascimento da máquina-ferramenta.

As máquinas foram aperfeiçoadas ao longo do tempo, permitindo-se extrair delas rendimentos cada vez maiores. Este fato permitiu não só o desenvolvimento da atividade industrial, mas também de todos os demais segmentos da economia. A Inglaterra foi a primeira nação a se lançar neste caminho ao lançar a primeira fábrica de máquinas-ferramentas, entre 1700 e 1800, enterrando por vez a produção artesanal como meio de produção de bens de consumo.

Vários foram os engenheiros que contribuíram para o aperfeiçoamento das máquinas-ferramentas e a criação de tantas outras. Como conseqüência deste cenário de desenvolvimento industrial, que impulsionava a produção, houve a necessidade de se desenvolver padrões que deveriam ser seguidos visando a atender ao requisito de intercambiamento, que é o conjunto de propriedades que um objeto deve possuir para que possa atuar em lugar de outro similar, sem prejuízo de suas propriedades funcionais ou do sistema em que atua.

Nos dias de hoje, a padronização é um assunto que envolve profissionais do mundo inteiro, que buscam a uniformização de conceitos, resultando normas técnicas. Cada país industrializado tem assim as suas normas técnicas sobre ângulos das ferramentas, forma e dimensões das mesmas etc.


 

Ângulos de corte

 

Os ângulos da parte cortante servem para a determinação da posição e forma do gume, da face e dos flancos.

 

·         Ângulo de Incidência

 

Possui como função evitar o atrito entre a peça e a superfície de incidência da ferramenta e permitir que o gume penetre no material e corte livremente. Ele deve ser adequadamente dimensionado, possuindo um valor ótimo para a usinagem. A Tabela 1 indica as conseqüências da utilização de ângulos de incidência mal dimensionados.

 

Condição de Grandeza

Conseqüência

a0 pequeno

Dificuldade de penetração da cunha

Desgaste da ferramenta

Mau acabamento

a0 grande

Apoio deficiente

Lascamento e quebra

Caixa de texto: Tabela 1. Conseqüências do mau dimensionamento do ângulo de incidência

 

 

 

Os limites de resistência do material a ser usinado e da ferramenta são fatores que influenciam a determinação do ângulo de incidência. Quanto maior o limite de resistência do material da ferramenta, maior será o ângulo de incidência. No entanto, o ângulo de incidência será tão menor, quanto maior for o limite de resistência do material a ser usinado.

A vida da ferramenta também é uma função do ângulo de incidência, sendo ela tão maior quanto maior for a0.

A Tabela 2 indica alguns valores típicos de a0 para usinagem de alguns metais para uma ferramenta de metal duro.

 

Material

Ângulo de Incidência

Mínimo

Máximo

Alumínio fundido

10°

Ferro fundido duro

Aço carbono 1020

Caixa de texto: Tabela 2. Ângulos de incidência para alguns materiais

 

 

 

·         Ângulo de saída do cavaco

 

É um dos ângulos mais importantes da ferramenta por influir decisivamente na força e na potência necessária ao corte, no acabamento da superfície usinada e no calor gerado. A Figura 1 ilustra a atuação de 4 ferramentas com ângulos de cavaco variando entre +30° e –10°, onde é verificado um trabalho de dobramento do cavaco mais acentuado no caso D.

São fatores que influenciam o dimensionamento do ângulo de cavaco.

 

Resistência do material da ferramenta. Ferramentas de aço rápido permitem ângulos de cavaco maiores do que as ligas fundidas ou de carbonetos.

 

Resistência e dureza do material a usinar. Os materiais de maior resistência à compressão exercem maior pressão sobre a ferramenta, exigindo um menor ângulo de saída de cavaco.

 

Quantidade de calor gerado pelo corte. Materiais que geram bastante calor durante a operação de corte exigem ângulos de saída de cavaco pequenos de forma a evitar que a temperatura próxima à aresta de corte se aproxime da temperatura de amolecimento do material da ferramenta.

 

Aumento da velocidade de avanço. Quanto maior for a velocidade de avanço, menor será o ângulo de saída do cavaco.

 

 

Caixa de texto: Figura 1. Formação do cavaco em função do ângulo de saída

 

 

 

 


 

·         Ângulo de inclinação

 

É o formado entre a aresta de corte e o plano de referência.

 

·         Ângulo de posição

 

É o ângulo entre a superfície de corte e a superfície de trabalho, medido na superfície de referência.

 

·         Ângulo de quina

 

É o ângulo entre a superfície do gume principal e do gume secundário, medido na superfície de referência.

 

·         Ângulo de saída

 

É o ângulo entre a superfície de saída e a superfície de referência, medido na superfície da cunha. O ângulo de saída é positivo se a superfície de referência colocada no ponto de intersecção e a superfície de medição de cunha estão localizadas fora da cunha de corte.

·         Ângulo de inclinação lateral

 

É o ângulo entre o gume e a superfície de referência, medido na superfície de corte. Ele pode ser positivo ou negativo, valendo a mesma regra que para o ângulo de saída positivo e negativo.

 

 

Classificação de ferramentas de corte

 

Ferramentas podem ser definidas como sendo os  instrumentos que auxiliam na realização de trabalho e que durante os processos de produção são utilizadas para modificar a forma ou a dimensão do material por meio de corte ou deformação. Uma ferramenta de corte é aquela que possui gume afiado utilizada para remover cavaco durante os processos de desbaste e acabamento das peças usinadas por máquina ferramenta ou manualmente.

Elas podem ser classificadas em:

Ferramentas monocortantes. São aquelas que possuem uma única superfície de saída, como as utilizadas em torno.

Ferramentas multicortantes. São aquelas que possuem mais de uma superfície de saída, como as utilizadas em fresas.

O bordo ou cunha cortante é a parte da ferramenta onde o cavaco se origina, através do movimento relativo entre ferramenta e peça. As arestas que limitam as superfícies da cunha são arestas de corte, podendo ser retilíneas, angulares ou curvilíneas.

Caixa de texto: Figura 2. Elementos de uma ferramenta

 

 

 

 

 


 

Superfície de folga. Também chamada de superfície de incidência, é a que defronta com a superfície de corte. Pode ou não ser chanfrada.

 

Superfície de saída. È a superfície da cunha cortante sobre a qual se forma o cavaco. Pode ou não ser chanfrada.

 

As ferramentas de corte são empregadas em processos de usinagem. Os principais são:

 

Torneamento. Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou mais ferramentas multicortantes. Para tanto, a peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetória coplanar com o referido eixo.

 

Aplainamento. Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas, geradas por um movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou vertical. Quanto à finalidade, as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste a aplainamento de acabamento.

 

Furação. Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça, com auxílio de uma ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e simultaneamente a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina.

 

Fresagem. Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas geralmente multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se deslocam segundo uma trajetória qualquer.

 

Brochamento. Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta.

 

 

 

 

 


 

Materiais para Ferramentas de Corte

 

Os materiais para produção de ferramentas de corte devem apresentar propriedades que suportem as condições intrínsecas às operações de usinagem. Portanto, estes materiais devem apresentar:

 

·         Elevada dureza a frio e bem superior à peça usinada;

·         Elevada dureza a quente;

·         Tenacidade para resistir a consideráveis esforços;

·         Resistência à abrasão;

·         Estabilidade química;

·         Facilidade de obtenção a baixo custo.

 

Definidos os materiais que suportam as condições listadas, a seleção, num segundo passo, levará em conta as características envolvidas em cada processo de usinagem. Dentre estas características, podemos mencionar:

 

Material a ser usinado. A composição química e suas propriedades mecânicas influenciam a forma como o material irá interagir com a ferramenta, estabelecendo a forma como será solicitada e o desgaste que sofrerá, além de influenciar a forma de como o cavaco será gerado.

 

Natureza da operação de usinagem. Os vários processos de usinagem apresentam condições distintas de solicitação da ferramenta, variando bastante a maneira como a ferramenta é solicitada, submetendo-a a choques e fadiga.

 

Condição da máquina operatriz. Diversos fatores relacionados à condição de conservação e funcionamento da máquina demandam cuidado na escolha da ferramenta de corte. Uma máquina que apresente comportamento decorrente de seu longo tempo de utilização, como desbalanceamento, verificação de folgas e baixa potência, deve ser operada com ferramentas mais tenazes e a baixas velocidades de corte.

 

Forma e dimensões da ferramenta. A depender da ferramenta de forma não padronizada, muitas vezes são feitas de aço rápido ou de um tipo de metal duro que possa ser soldado ao cabo (metal duro que suporte choques térmicos). Ferramentas rotativas de pequeno diâmetro são geralmente feitas de aço rápido devido ao fato de necessitarem de rotações muito altas para conseguirem velocidades de corte compatíveis com um material de ferramenta mais nobre.

 

Custo do material da ferramenta. Apesar de ferramentas de corte serem fabricadas por uma grande variedade de materiais, e conseqüentemente serem observados diferentes custos, a decisão para a seleção deve se basear na relação custo/benefício, comparando-se o quanto vai se despender em relação ao tempo de vida útil previsto para a ferramenta.

 

Custo do processo de usinagem. Mais uma vez aqui a relação custo benefício deve ser levada em conta. Os custos envolvidos no processo de usinagem são basicamente relativos à mão-de-obra, à energia, à manutenção da máquina e a consumíveis. O tempo que será exigido para um processo de usinagem influenciará os custos de cada um destes itens e um ponto ótimo deve ser encontrado. A escolha da ferramenta é um item relativo aos consumíveis do processo e a escolha certa poderá influenciar a redução dos outros fatores listados.

 

Rendimento do processo de usinagem. O rendimento do processo está ligado tão somente a quantas unidades de peças usinadas serão obtidas por unidade de tempo. Observe que isto pode representar um custo elevado, pois não leva em conta o critério custo. As ferramentas fabricadas com aço rápido, por suportarem velocidades de corte bem mais elevadas, são as mais adequadas para a obtenção de altos rendimentos.

 

Emprego de refrigeração e lubrificação. A utilização de refrigeração e lubrificação são condições de trabalho que atenuam o desgaste da ferramenta. A refrigeração faz com que a temperatura da ferramenta não se eleve muito, permitindo utilizar materiais mais baratos que não conseguiriam manter sua dureza a elevadas temperaturas. A lubrificação reduz o atrito entre a peça e a ferramenta e, num efeito secundário, a elevação da temperatura.

 

Vários podem ser os materiais, dentre os aplicáveis à fabricação de ferramentas, que atendam aos requisitos de um determinado processo de usinagem, apesar de raramente conseguirmos obtê-los simultaneamente em seu mais alto grau. No entanto, é comum que um subconjunto destes requisitos possam ser alcançadas em um elevado grau ao mesmo tempo que outros se apresentem em grau muito baixo. Cada aplicação determinará quais são as características que devem ser priorizadas para determinada operação.

 

Aço Carbono

 

O aço carbono era o único material a ser utilizado até o início do século XX para a fabricação de ferramentas de corte. Pode conter pequenos teores de elementos de liga como cromo e vanádio e apresenta teor de carbono variando entre 0,5 e 1,4%, que é o elemento mais importante sob o ponto de vista de controle de suas propriedades mecânicas, variando desde um aço de alta tenacidade até um aço de elevada dureza no gume cortante, respectivamente para os valores que correspondem aos limites inferior e superior do teor de carbono. Com o aparecimento dos aços rápidos, sua utilização ficou relegada a aplicações secundárias, tais como:

 

·         Processos realizados em pequenas oficinas de reparo, usos domésticos e de lazer;

·         Ferramentas que serão utilizadas uma única ou poucas mais vezes;

·         Usinagem de latão e ligas de alumínio;

 

As qualidades do aço carbono que justificam seu emprego até os dias de hoje são:

 

Custo. É o mais barato aço ferramenta.

 

Facilidade de usinagem. Obtêm-se gumes mais vivos e de melhor usinabilidade.

 

Tratamento térmico relativamente simples. Não exige temperaturas excessivamente altas, como o aço rápido, e utiliza a água como meio de têmpera simples e de grande disponibilidade, permitindo atingir durezas de até 65 Rockell C.

 

Menos susceptíveis à descarbonetação. É o material mais resistente à descarbonetação dentre os aplicáveis à fabricação de aços ferramenta.

 

Maior soldabilidade. O baixo teor de elementos de liga contribui para um processo de soldagem menos complexo.

 

O principal inconveniente de sua utilização é o fato de perder sua dureza a partir de 250°C, que é uma temperatura relativamente baixa. Isto implica a perda de sua habilidade de operar como ferramenta de corte.

Alguns elementos de liga adicionados ao aço carbono atuam da seguinte forma, conforme Tabela 3, em suas propriedades:

 

Elemento

Propriedade

Silício

Aumento da resistência á oxidação em temperaturas elevadas. Melhora a temperabilidade e a resistência à tração

Manganês

Melhora a temperabilidade. Apesar de influenciar mais na temperabilidade do que o silício, os teores de manganês geralmente encontrados nos aços carbono pouco influenciam esta propriedade

Enxofre

Os teores abaixo de 0,03%, que comumente este elemento é encontrado no aço carbono, pouco influencia suas propriedades

Fósforo

Vanádio

Em teores de até 0,50%, mantém mais fina a granulação em temperaturas elevadas se comparado com um aço com mesmo teor de carbono, porém sem vanádio

Cromo

Melhora a temperabilidade

Caixa de texto: Tabela 3. Influência nas propriedades mecânicas de alguns elementos no aço carbono

 

 

 

 

Aços Rápidos

 

No início de século XX, o americano F. W. Taylor revolucionou a indústria mecânica através da descoberta do aço rápido e a racionalização do trabalho industrial, através de uma administração eficiente e do planejamento da produção. O aço rápido original utilizava como elementos básicos de liga o tungstênio, o cromo e o vanádio e teores de carbono entre 0,5 e 0,8%, baixos teores de silício, em torno de 0,05%, e teor de manganês tão baixo quanto possível.

Um dos aços rápidos mais populares foi o 18-4-1, assim denominado pelos respectivos teores de tungstênio, cromo e vanádio. Ao longo dos anos, modificações na composição química foram introduzidas de forma a melhorar propriedades mecânicas como resistência à abrasão ou ao choque.

Durante a Segunda Guerra Mundial, devido à escassez de tungstênio, este elemento foi total ou parcialmente substituído por molibdênio. Apesar de os aços rápidos ao molibdênio apresentarem maior dificuldade de forjamento e de tratamento térmico mais complexo, o menor custo do molibdênio e o fato de participar com metade de teores em relação ao tungstênio tornaram os aços rápidos ao molibdênio mais baratos que os aços ao tungstênio, para propriedades equivalentes.

A principal vantagem dos aços rápidos sobre o aço carbono é manter sua dureza em temperaturas elevadas, em torno de 520°C e 600°C. Esta propriedade, associada a uma maior resistência à abrasão, permite aos aços rápidos velocidades de corte mais elevadas e uma vida útil maior da ferramenta. A desvantagem de sua aplicação é o custo e tratamento térmico complexo, devendo ser atingida uma temperatura de 1300°C para a têmpera.

Os elementos de liga presentes nos aços formam carbetos que influenciam sobremaneira suas propriedades mecânicas em graus que variam de acordo com o elemento ligado e seu teor. No entanto, independentemente dos aspectos qualitativo e quantitativo associados a estes elementos, os seguintes mecanismos que promovem a mudança de suas propriedades mecânicas podem ser atribuídos a:

 

·         Endurecimento da ferrita;

·         Aumento da quantidade de partículas finas de carbetos na estrutura;

·         Presença de carbetos mais abrasivos do que a cementita.

 

Resumindo, os elementos de liga produzem pelo menos um dos seguintes efeitos:

 

Maior resistência mecânica em seções maiores. A temperabilidade ou a profundidade de endurecimento aumenta com a presença de elementos de ligas, que dissolvidos na austenita, retardam a sua formação em perlita durante o resfriamento, deslocando a curva TTT para a direita, o que facilita a formação de martensita;

 

Menor empenamento na têmpera. Por os elementos de liga favorecerem a temperabilidade, ela poderá ser alcançada através de velocidades mais baixas de resfriamento;

 

Maior resistência à abrasão. Os carbetos formados pelos elementos de liga são de alta dureza, estáveis e resistentes ao desgaste;

 

Maior tenacidade, com a mesma dureza, em seções pequenas. Os elementos de liga produzem aços de granulação mais fina, decorrente de um resfriamento menos drástico, diminuindo as tensões internas. Ainda que elas venham a ocorrer, são facilmente aliviadas ou eliminadas pela possibilidade de utilização de temperaturas de revenido mais elevadas sem perda apreciável da dureza;

 

Maior dureza e resistência mecânica a temperaturas mais elevadas. Os carbetos de elementos de liga resistem à coalescência quando em condições a que são submetidas as ferramentas de corte;

 

A tabela abaixo descreve a associação de elementos de liga às propriedades mecânicas predominantemente obtidas nos aços.

 

Propriedade

Elemento de liga

W

Mo

Co

V

Cr

Mn

B

Si

Ni

Dureza a quente

X

X

X(1)

X

X

X

 

 

 

Resistência ao desgaste

X

X

 

X

X

X

 

 

 

Profundidade de endurecimento

 

X

 

X

X

X

X

X

X

Empenamento mínimo

 

X

 

 

X

X

 

 

 

Aumento da tenacidade pelo refino do grão

X

X(2)

 

X

X

X

 

 

 

Caixa de texto: Tabela 4. Influência nas propriedades mecânicas de alguns elementos de liga nos aços rápidos

 

 

 

 

(1)     Com W ou Mo

(2)     Com Cr

 

Classificação dos aços rápidos

 

De acordo com a American Iron and Steel Institute (AISI), os aços rápidos são agrupados em seis classes, conforme Tabela 5.

 

Série

Classe

610

Ao tungstênio

620

Ao tungstênio-cobalto

630

Ao molibdênio

640

Ao molibdênio-cobalto

650

Ao tungstênio-molibdênio

660

Ao tungstênio-molibdênio-cobalto

Caixa de texto: Tabela 5. Classes de aços rápidos

 

 

 

Efeito de alguns elementos de liga nos aços rápidos

 

Tungstênio. É o principal elemento de liga nos aços rápidos cujo principal efeito é conferir dureza a quente, sendo esta a mais importante característica que faz do aço rápido o principal tipo de aço para ferramentas de corte. Forma um carbeto complexo com o ferro, responsável por sua alta resistência ao desgaste.

 

Molibdênio. É utilizado como substituto parcial do tungstênio. Forma com o ferro o mesmo tipo de carbeto formado pelo tungstênio.

 

Vanádio. É um elemento utilizado no processo siderúrgico de obtenção do ferro para reduzir a quantidade de nitrogênio e remover escórias, mas que também resulta num aumento da eficiência de corte dos aços rápidos. O aumento de sua composição química nos diferentes aços rápidos é acompanhado de um respectivo aumento do teor de carbono. Este fato se deve a uma constatação feita de que elevando-se o teor de vanádio acima de um determinado valor, entre 2,2% a 4,0%, porém mantendo-se fixa a composição de carbono, a dureza do aço obtido no estado temperado é reduzida rapidamente. Isto se deve ao fato de que aços alto vanádio e relativamente baixo carbono contêm quantidades apreciáveis de ferrita. Forma um carbeto que é considerado o mais duro encontrado nos aços, com dureza superior ao carbeto de cromo, ao carbeto de tungstênio e ao óxido de alumínio. Forma os chamados aços super rápidos e são os que apresentam a maior resistência ao desgaste, o que dificulta a retificação e afiação das ferramentas.

 

Cromo. Está sempre presente nos aços rápidos, com composição entre 3,0% e 5,0%, justificado por estabelecer a melhor relação entre dureza e tenacidade. É um elemento que contribui com a temperabilidade do aço, possibilitando endurecimento em seções relativamente grandes. Reduz a formação de camada de óxido durante o tratamento térmico.

 

Cobalto. Seu principal efeito é aumentar a dureza a quente quando o serviço de corte desenvolve altas temperaturas, por isso são recomendados para cortes de desbastes e profundos, mas não apresentam superioridade em cortes onde temperaturas elevadas não são desenvolvidas.

 

Outros elementos de liga são adicionados aos ácidos rápidos para conferir características especiais, conforme Tabela 7.

 

Elemento

Característica

Enxofre

Melhorar a usinabilidade

Nióbio

Diminuir a tendência à descarbonetação durante o tratamento térmico

Titânio

Formar carboneto mais duro do que o vanádio

Boro

Substituir o carbono e contribuir para manter a dureza a quente

Caixa de texto: Tabela 6. Influência de alguns elementos de liga menos comuns nos aços rápidos

 

 


 

Materiais Sinterizados

 

Os materiais sinterizados são obtidos por um processo de aglutinação de partículas sólidas por aquecimento em temperaturas abaixo da temperatura de fusão do material base. É uma técnica baseada na metalurgia do pó.

 

Apesar de ser uma técnica aplicável a uma série de materiais, é escopo deste trabalho somente abordar a sua aplicabilidade em relação aos metais. A sinterização corresponde à etapa de aquecimento.

 

A metalurgia do pó é uma técnica metalúrgica que consiste em transformar pós de metais, de ligas metálicas e de substâncias não-metálicas, em peças resistentes, pelo emprego tão somente de pressão e calor, sem recorrer à fusão do metal base.

 

Embora seja uma técnica que tenha se desenvolvido muito após a Segunda Grande Guerra Mundial, há registro de já ter sido utilizada há vários séculos.

 

O mais importante passo para o desenvolvimento da sinterização foi dados quando se estudou a possibilidade de fabricação de peças de molibdênio e tungstênio cujos pontos de fusão são muito elevados, sendo impossível de obtê-los através dos métodos metalúrgicos convencionais.

 

Um metal sinterizado é o mais importante para ferramentas utilizado na indústria devido à possibilidade de se combinar dureza tanto à temperatura ambiente quanto a quente, resistência ao desgaste e tenacidade.

 

A fabricação de metal sinterizado compreende as seguintes fases:

 

·         Obtenção dos pós metálicos;

·         Mistura dos pós;

·         Compressão em pastilhas ou briquetes;

·         Sinterização;

·         Controle físico final do metal sinterizado.

 

Os metais sinterizados são constituídos por carbetos de elementos como o tungstênio exclusivamente, podendo, em alguns casos, também ser composto por outros carbetos como o de titânio, tântalo e nióbio, e um elemento ligante, que geralmente é o cobalto, sendo responsável por ligar as partículas duras dos carbonetos.


 

 Ferramentas de torno

 

Tornos são equipamentos destinados à realização de processos de usinagem de peças cilíndricas movidas por um movimento uniforme de rotação em torno de um eixo fixo, Um exemplo é ilustrado na figura 3.

 

Caixa de texto: Figura 3. Torno em funcionamento

 

 

 

 

 


 

Ferramentas de torno, assim como as demais ferramentas de usinagem, para desempenhar sua função devem possuir uma geometria específica, apropriada a cada operação em particular. Na prática de oficina utilizamos normalmente ferramentas de aço rápido, também chamadas de “ferro” ou bits. Abaixo mostramos apenas alguns detalhes de ferramentas de aço rápido para operações diversas.

 

As ferramentas de torno podem ser classificadas como:

 

 

Inteiriça. Quando toda a ferramenta é de material apropriado ao corte.

 

Reta ou curva. Conforme o cabo totalmente reto ou dobrado na ponta

 

Direita ou esquerda. Conforme a ferramenta, vista coma ponta na direção do observador, tiver o gume de corte à direita ou à esquerda.

 

Em função do tipo de trabalho.

 

            Ferramenta de desbaste. É aquela utilizada para um corte profundo que tire a maior quantidade de material possível num passe e eleve a peça o mais próximo de sua medida final. Os itens A e B da Figura 4 mostram dois tipos de ferramentas de desbaste.

 

            Ferramenta de acabamento. É a ferramenta utilizada para dar um fino acabamento à peça, de modo a se ter um bom acabamento da superfície usinada e medidas precisas, como mostram os itens D e E da Figura 4.

 

Ferramentas de sangrar. Utilizada para executar rebaixos e ranhuras, avançando em eixo transversal ao eixo da peça. Item G da Figura 4.

 

Ferramentas de facear. Destinadas a usinar faces transversais ao eixo da peça. Itens C, F e J da Figura 4.

 

Ferramentas de roscar. Possuem perfil e ângulo apropriado para abertura de roscas no torno. Itens L e M da Figura 4.

 

Bedame. Ferramenta estreita, que opera de modo semelhante à ferramenta de sangrar, mas é destinada a realizar cortes transversais completos, separando, por exemplo, a peça de uma barra. Item H da Figura 4.

 

Ferramenta de forma. É uma ferramenta de sangrar, porém com um perfil mais ou menos complexo, semelhante ao da peça a obter. Item K da Figura 4.

 

 

 

 

 

 

Caixa de texto: Figura 4. Vários tipos de ferramentas de torno

 


Ferramentas de fresadoras

 

 

 


 

Fresas são ferramentas rotativas providas de múltiplos gumes de corte dispostos simetricamente ao redor de um eixo, removendo intermitentemente material da peça. Esta característica oferece uma grande vantagem das fresas sobre outras ferramentas: o menor desgaste. Quando os dentes não estão realizando o corte eles estão sendo refrigerados, e isto permite que mantenham sua dureza.

 

Classificação

 

 

  

Caixa de texto: Figura 5. Classificação das fresas quanto à aplicação

 

 

 

 


 


 

Tipo

a

b

g

Material indicado para usinagem

W

57°

25°

Alumínio, bronze e plástico

N

73°

10°

Aços com dureza até 700N/mm²

H

81°

Aços com dureza acima de 700N/mm²

Caixa de texto: Tabela 7. Materiais indicados para usinagem em função do tipo de fresa

 

 

 

As fresas para materiais mais macios podem ter dentes menos resistentes, o que significa possuir um ângulo de cunha menor. Isto permite colocar menos dentes na ferramenta, deixando maior espaço para transportar o cavaco, que será removido em grandes quantidades. Em uma fresa para materiais de alta dureza cada dente remove pouco material.

Desta forma é necessário que a fresa possua muitos dentes para que, em uma volta, remova uma quantidade significativa de material. Além disto os dentes deverão ter um ângulo de cunha maior para conferir a eles maior resistência.

 

Métodos de fresagem

 

Os métodos de fresagem se referem ao movimento relativo entre a peça e a ferramenta. Pode-se ter fresagem discordante, concordante ou combinada.

 

Fresagem concordante

 

O sentido de rotação da fresa é o mesmo do avanço da peça no ponto de contato. O corte inicia-se com a espessura máxima do cavaco e a força de corte tende a apertar a peça contra a mesa. É a forma menos indicada de fresagem, e está representada na Figura 6.

 

Caixa de texto: Figura 6. Fresagem concordante

 

 

 

 


 

A maioria das fresadoras trabalha com o avanço da mesa baseado em porca/parafuso, que com o tempo e desgaste apresentam uma folga. No movimento concordante esta folga é empurrada pelo esforço de corte. Desta forma a mesa pode executar movimentos irregulares que poderão prejudicar o acabamento da peça e até mesmo quebrar os dentes da fresa.

 

Fresagem discordante

 

Nesta situação o sentido de rotação da fresa é contrário ao sentido de avanço da peças, no ponto de contato. Isto faz com que o corte do cavaco se inicie com a espessura mínima. A força de corte tende a levantar a peça da mesa. Se a peça for longa e estiver presa pelas extremidades poderá gerar vibrações indesejadas. A Figura 7 ilustra este método de fresagem.


 

Caixa de texto: Figura 7. Fresagem discordante

 

 

 

 


 

Este tipo de fresagem costuma desgastar um pouco mais a ferramenta. Como o corte inicia-se com pouca espessura, o início do corte é difícil. Na realidade o gume de corte começa encruando o material a ser cortado, até que sejam superadas as deformações elásticas e realmente inicie-se o cisalhamento do material. Este encruamento eleva localmente a dureza, fazendo com que o desgaste seja um pouco mais elevado. Neste método de fresagem não há influência da folga entre porca/parafuso, fazendo com que o movimento da mesa seja mais uniforme, gerando melhor acabamento.

 

Fresagem combinada

 

Ocorre quando a fresa tem seu eixo dentro do campo de corte da peça. Desta forma parte do corte ocorre através da fresagem concordante e parte através da discordante. A Figura 8 apresenta este método de fresagem.

 

Caixa de texto: Figura 8. Fresagem combinada

 


Ferramentas de furadeiras

 

 


 

Brocas

 

As brocas são as ferramentas de abertura de furos. Possuem de 2 até 4 arestas de corte e sulcos helicoidais por onde corre o cavaco. O ângulo da ponta varia de 90º a 150º de acordo com a dureza do material a furar, sendo o ângulo de 120º o mais comum de se encontrar. Os elementos geométricos e físicos de uma broca estão destacados, respectivamente, nas Figuras 9 e 10.

 

Caixa de texto: Figura 9. Elementos geométricos de uma broca

 

 

 

 


 

Caixa de texto: Figura 10. Elementos físicos de uma broca

 

 

 

 


 

Os tipos de brocas mais comuns são: broca cilíndrica, broca de centro, broca calçada com pastilha e broca múltipla. A broca de centro é uma broca curta e de diâmetro relativamente grande. Sua alta rigidez impede que ocorra uma flambagem e que o furo seja executado fora do local correto. Sua função é a de iniciar o furo de uma peça, ou seja, fazer um pequeno furo para que a ponta da broca não se desloque da posição.

 

As características de uma broca, além de sua forma, são: dimensão, material e os ângulos (de hélice, de folga e de ponta).

 

O ângulo de hélice auxilia no desprendimento do cavaco. Deve ser determinado de acordo com o material a ser usinado. Quanto mais duro o material menor deve ser o ângulo, que pode ser observado pela Figura 11 (à esquerda).

 

O ângulo de incidência ou ângulo de folga tem a função de reduzir o atrito entre a broca e a peça e facilitar sua penetração no material, variando entre 6º e 15º. Este ângulo também deve ser determinado de acordo com o material da peça a ser furada. Quanto mais duro o material menor deve ser o ângulo de incidência. A Figura 11 (ao centro) ilustra este ângulo.

 

O ângulo de ponta corresponde ao ângulo formado pelas arestas de corte da broca, que devem ter o mesmo comprimento. Este ângulo também é determinado pela dureza do material que será usinado, e pode ser observado na Figura 11 (à direita).

 

Caixa de texto: Figura 11. Ângulos de uma broca

 

 

 

 


 

De uma maneira geral as broca, como as fresas, são classificadas como H, N e W. As brocas do tipo H são indicadas para materiais duros, tenazes e/ou que produzem cavaco curto (descontínuo). A Tabela 8 destaca suas características.

 

 

Caixa de texto: Tabela 8. Brocas tipo H

 

 

 

 


 

As brocas tipo N são indicadas para materiais de tenacidade e dureza normais (medianos). A Tabela 9 apresenta maiores detalhes.

 

 

 

Caixa de texto: Tabela 9. Brocas tipo N

 

 

 

 


 

As brocas tipo W são indicadas para materiais macios e/ou que produzem cavaco longo. A Tabela 10 destaca maiores informações.

 

 

Caixa de texto: Tabela 10. Brocas tipo W

 

 

 

 


 

Quando uma broca comum não proporciona um rendimento satisfatório em um trabalho específico e a quantidade de furos não justifica a compra de uma broca especial, pode-se fazer algumas modificações nas brocas tipo N e obter resultados melhores. Pode-se modificar o ângulo da ponta, tornando-o mais obtuso e melhorando os resultados na furação de materiais duros, como aços de alto carbono (Figura 12 à esquerda).

Na furação de chapas finas, tem-se freqüentemente duas dificuldades: furos não redondos e muitas rebarbas. A reafiação da broca para que fique com um ângulo bastante obtuso reduz grandemente estes problemas (Figura 12 centro).

Para a usinagem de ferro fundido recomenda-se utilizar uma broca com ângulo normal de 118º com a parte externa das arestas de corte (cerca de 1/3 do comprimento) afiadas com cerca de 90º (Figura 12 à direita).

Caixa de texto: Figura 12. Ângulos de uma broca

 


Ferramentas de broquear

 

 


 

Brochadeiras

 

As brochadeiras consistem basicamente de um mecanismo capaz de produzir o movimento relativo entre a ferramenta e a peça, que normalmente é linear. A grande maioria das máquinas é acionada hidraulicamente devido à grande força necessária. Pode-se ter máquinas verticais, que ocupam menos espaço e que normalmente trabalham com compressão da ferramenta. Algumas máquinas trabalham com compressão e tração simultaneamente.

A finalidade do brochamento é usinar superfícies especiais como as mostradas na Figura 13. Pode-se ter brochamento interno, quando executa-se superfícies fechadas, ou brochamento externo, quando executa-se superfícies abertas. O processo de brochamento interno, que é o mais comum, consiste na transformação de um furo redondo em um furo de perfil qualquer de maneira progressiva. A Figura 14 ilustra alguns exemplos onde se pode perceber a evolução da forma do furo. No exemplo da esquerda o furo ganha gradualmente quatro ranhuras. No exemplo central o furo evolui para uma forma com seis pontas. Finalmente, no exemplo da direita pode-se observar que o furo redondo evolui para um furo quadrado.

 

Caixa de texto: Figura 13. Superfícies especiais usinadas através da operação de brochamento

 


 

 

 


 

Caixa de texto: Figura 14. Evolução da furação redonda através da operação de brochamento

 

 

 

 

 


 

Métodos de brochamento

Pode-se classificar a operação de brochamento de várias maneiras. Tem-se:

 

a) Tipo de superfície

 

Interna (mais comum)

Externa

 

b) Direção do movimento

 

Vertical

Horizontal (mais comum)

 

c) Movimento

 

Da ferramenta (mais comum)

Da peça

 

d) Aplicação do esforço

 

Por tração (mais comum);

Por compressão.

 

e) Brochamento helicoidal

 

Normal

Comandado

 

As brochas internas de tração são as mais utilizadas, possuem três partes principais, que são: haste ou cabo, dentadura ou dente posterior. Todas estas partes podem ser observadas na Figura 15.

 

Caixa de texto: Figura 15. Partes de uma brocha interna de tração

 

 

 

 

 


 

A haste é formada pela cabeça de tração e pela guia de entrada (ou guia anterior). A dentadura é composta de três partes, que são dentadura de desbaste, de acabamento e de calibração. Quando o brochamento é executado apenas por tração a guia posterior não possui o suporte, que é utilizado quando também se utiliza força de compressão.

Já as brochas internas de compressão não possuem a cabeça e o cabo, ou seja, a haste é composta apenas da guia anterior, como se pode observar pela Figura 16. As demais partes da brocha são as mesmas. Deve-se observar que a nomenclatura dos dentes desta figura está diferente da apresentada anteriormente. Alguns autores adotam o primeiro padrão apresentado e outros autores segundo, mas a finalidade e forma dos dentes são as mesmas.

 

Caixa de texto: Figura 16. Partes de uma brocha interna de compressão

 

 

 

 

 


 

Classificação das Brochas

 

1 - Brochas de Compressão: São forçadas através do furo, manualmente ou por prensa. São ferramentas curtas para evitar flambagem comprimento máximo de 25 diâmetros. São utilizadas também para brochamento de furos cegos.

 

2 - Brochas de Tração: São puxadas através do furo permitindo um maior comprimento, tendo assim a possibilidade de realizar operações completas de desbaste e acabamento.

 

3 - Brochas Giratórias: Utilizadas na produção de formas helicoidais (ex: ranhuras de armas).

 

4 - Brocha de Sólida: Fabricada em uma só peça em geral de aço rápido incluindo os dentes, são a maioria das brochas internas.

 

5 - Brochas tipo Pote: É uma brocha de superfície, envolve toda a peça (eixos ranhurados, engrenagens)

 

Materiais empregados na fabricação das brochas

 

Material

Característica

sadm em kgf/mm²

ISO S4

Uso geral, para brochamento de aços de baixo e médio carbono (dureza até Rc 34), aços ligados (com dureza até Rc 32), alumínio, latão, magnésio, bronzes de baixa liga, plásticos, cobre

55

ISO S5

Aços de médio carbono (durezas de Rc 35 até 42), aços ligados (dureza Rc 33 a 38) e ferros fundidos ligados

65

ISO S6

Aços de médio carbono (dureza Rc 35 a 42), aços forjados, aços inoxidáveis, aços fundidos, ferro fundido maleável

70

 

ISO S11

Para ligas de altas temperaturas, aços inoxidáveis, titânio, bronze encruável, ferro silício e bronze silício

80

 


 

Bibliografia

 

Ferraresi, Dino (1977). Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo, Editora Edgard Blücher Ltda;

 

Stemmer, Caspar Erich (1987). Ferramentas de Corte. Florianópolis. Editora da UFSC;