Usinabilidade de Metais: Significado, Avaliação e Fatores
Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre: - 1. Significado de Usinabilidade 2. Avaliação (Quantificação ou Medidas) de Usinabilidade 3. Fatores que Afetam 4. Usinabilidade de Materiais Comuns 5. Aditivos para Melhorar a Usinabilidade.
Significado de usinabilidade:
O termo usinabilidade refere-se à facilidade com que um metal pode ser usinado até um acabamento de superfície aceitável. Murphy definiu a usinabilidade como “a capacidade de um material ser usinado sob determinado conjunto de condições de corte”.
Materiais com boa usinabilidade exigem pouco poder para cortar. pode ser cortado rapidamente, obter facilmente um bom acabamento superficial e não usar muito o ferramental. Diz-se que esses materiais são usináveis gratuitamente.
A usinabilidade pode ser difícil de prever exatamente porque o processo de usinagem tem muitas variáveis. Materiais fortes e resistentes são geralmente mais difíceis de usinar, porque é necessária maior força para cortá-los.
Outros fatores importantes que afetam a usinabilidade incluem:
Eu. Parâmetros de trabalho (composição química, dureza da microestrutura)
Parâmetros da ferramenta (geometria da ferramenta, material da ferramenta, vida útil da ferramenta)
ii. Parâmetros de usinagem (velocidade de corte, avanço, profundidade de corte, lubrificação, etc.)
Afirma-se que o material A é mais usinável do que o material B, isso pode ter três significados diferentes, como;
iii. Uma menor taxa de desgaste é obtida com o material A, ou
iv. Um melhor acabamento superficial pode ser alcançado com o material A ou
v. Menos energia necessária para o material da máquina A.
Portanto, é importante notar que a usinabilidade é sempre definida com um conjunto particular de condições.
Por exemplo:
Conjunto de condições 1:
(Melhor acabamento superficial) O material A (aço de alto carbono) tem mais usinabilidade do que o material B (aço suave).
Conjunto de condições 2: (desgaste da ferramenta e consumo de energia):
Agora o resultado pode ser revertido. O material B (aço leve) tem mais usinabilidade do que o material A (aço de alto carbono).
Considerando uma ferramenta comum de HSS para ambos os conjuntos de condições.
Avaliação (Quantificação ou Medidas) de Usinabilidade:
Existem muitos fatores que afetam a usinabilidade, mas nenhuma maneira amplamente aceita de quantificá-lo. Em vez disso, a usinabilidade é geralmente medida em uma base caso a caso. Os vários testes realizados para quantificar a usinabilidade são feitos sob medida para justificar a necessidade de uma instalação de fabricação específica.
Medidas comuns de quantificação incluem:
(i) vida útil da ferramenta.
(ii) acabamento superficial.
(iii) Forças de corte e consumo de energia.
(iv) Índice de classificação de usinabilidade.
v) Controle de cavacos.
(i) vida útil da ferramenta:
A vida útil da ferramenta é geralmente considerada uma importante medida de usinabilidade. Maior a vida útil da ferramenta é a usinabilidade de um material de trabalho. Algumas tabelas e gráficos padrão estão disponíveis para fornecer uma referência para comparar a usinabilidade de diferentes materiais. Essas tabelas geralmente medem a usinabilidade em termos da velocidade de corte para uma determinada vida útil da ferramenta. As classificações de usinabilidade são baseadas na vida útil da ferramenta de T = 60 minutos.
ii) Acabamento da Superfície:
O acabamento superficial do material de trabalho usinado também é uma medida importante de usinabilidade, especialmente no caso de operações de acabamento. Mais é o acabamento superficial obtido; mais será a usinabilidade do material de trabalho.
(iii) Forças de Corte e Consumo de Energia:
É também uma medida de usinabilidade amplamente usada, especialmente em operações de desbaste.
(iv) Índice de Usinabilidade (Classificação):
A classificação de usinabilidade / índice de diferentes materiais é tomada em relação ao índice padrão. O índice de usinabilidade do aço de corte livre é considerado como índice padrão e fixado em 100%. O índice de usinabilidade é baseado na vida útil da ferramenta de T = 60 minutos.
O índice de usinabilidade de qualquer outro material pode ser encontrado usando a seguinte relação:
O índice de usinabilidade para alguns materiais comumente usados é dado na Tabela 9.12:
Significância do Índice de Usinabilidade:
As classificações de usinabilidade são baseadas na vida útil da ferramenta de T = 60 minutos. O material padrão é o aço A1S1, que está dando uma classificação de 100. Isso significa que, para uma vida útil de 60 min, esse aço deve ser usinado a uma velocidade de corte de 30 m / min (100 pés / min). Velocidades mais altas reduzem a vida útil da ferramenta, enquanto velocidades mais baixas aumentam a velocidade. Por exemplo, o aço 3140 possui um índice de usinabilidade 55, ou seja, quando for usinado a uma velocidade de corte de 55 pés / min (17m / min), a vida útil da ferramenta será de 60 min.
(v) Controle de cavacos:
Em alguns casos, a facilidade de controle de cavacos também é uma medida de usinabilidade. Quanto ao controle de cavacos, os cavacos longos e enrolados, se não estiverem quebrados, podem afetar gravemente o processo de corte por meio da borda de corte da ferramenta.
Fatores que afetam a usinabilidade:
Em geral, considera-se que a usinabilidade é uma propriedade que depende principalmente da microestrutura e das propriedades do material de trabalho, mas também é muito afetada por alguns outros fatores.
Alguns fatores importantes e responsáveis que afetam a usinabilidade são os seguintes:
(i) Parâmetros do material de trabalho.
(ii) Parâmetros da ferramenta.
(iii) Parâmetros de usinagem.
(i) Parâmetros do material de trabalho:
Inclui:
Eu. Dureza.
ii. Microestrutura.
iii. Composição química.
iv. Forma e dimensões
v. Rigidez da exploração.
vi. Resistência à tração.
(ii) Toot Parameters:
Inclui:
Eu. Geometria da ferramenta.
ii. Material de ferramenta.
iii. Rigidez da ferramenta
iv. Seleção de ferramenta adequada.
v. Processo de moagem de ferramentas.
vi. Temperatura da interface da ferramenta de chip.
(iii) Parâmetros de Usinagem:
Inclui:
Eu. Velocidade de corte.
ii. Alimentação.
iii. Profundidade do corte.
iv. Fluido de corte.
v. Natureza do processo de corte (intermitente ou constante).
vi. Rigidez da manutenção da ferramenta de trabalho.
vii. Facilidade de eliminação de chips.
Usinabilidade de Materiais Comuns:
Discutiremos a usinabilidade, um por um, de alguns materiais comumente usados, como aços, aços inoxidáveis, alumínio, termoplásticos, compósitos, etc.
i) Aços:
O teor de carbono do aço afeta muito sua usinabilidade. Aços de alto carbono são difíceis de usinar porque são resistentes e podem conter carbonetos. Carbonetos presentes no aço desgastam a ferramenta de corte. Por outro lado, aços de baixo carbono são problemáticos porque são muito moles. Os aços de baixo carbono são “pegajosos” e aderem à ferramenta de corte, resultando em uma aresta construída que reduz a vida útil da ferramenta. Portanto, o aço de carbono médio (com carbono de cerca de 0, 2%) é a escolha para melhor usinabilidade.
O cromo, o molibdênio e outros elementos de liga são freqüentemente adicionados ao aço para melhorar sua resistência. No entanto, a maioria desses elementos diminui a usinabilidade. Inclusões (óxidos) presentes, se houver, diminuem sua usinabilidade.
ii) Aços Inoxidáveis:
Os aços inoxidáveis têm baixa usinabilidade quando comparados ao aço carbono comum, pois são mais duros, duros e tendem a endurecer muito rapidamente. Um pouco de endurecimento do aço pode diminuir sua viscosidade e facilitar o corte. AISI -303 e 416 são mais fáceis de usinar por causa da adição de enxofre e fósforo.
iii) Alumínio:
O alumínio é geralmente muito fácil de usinar. Embora, os graus mais macios tendem a formar uma borda construída, resultando em um acabamento superficial ruim. Altas velocidades de corte, altos ângulos de inclinação e ângulos de alto-relevo são recomendados para uma usinabilidade adequada. As ligas 2007, 2011 e 6020 têm usinabilidade especialmente boa.
iv) Termoplásticos:
Os termoplásticos são difíceis de usinar porque têm baixa condutividade térmica. Isso cria calor que se acumula na zona de corte, o que degrada a vida útil da ferramenta e derrete localmente o plástico.
(v) Compósitos:
Os compósitos geralmente têm a pior usinabilidade porque combinam a baixa condutividade térmica de uma resina plástica com uma matriz cerâmica resistente ou abrasiva.
Aditivos para melhorar a usinabilidade:
Os aditivos reduzem o contato metálico entre a ferramenta e o material de trabalho, reduzindo assim o atrito e as taxas de desgaste da ferramenta. Há uma variedade de produtos químicos, metálicos e não metálicos, que podem ser adicionados a metais ferrosos e não ferrosos para melhorar a usinabilidade. Esses aditivos podem funcionar lubrificando a interface do chip da ferramenta, diminuindo a resistência ao cisalhamento do material ou aumentando a fragilidade do chip.
Historicamente, enxofre e chumbo têm sido os aditivos mais comuns, mas o bismuto e o estanho são cada vez mais populares por razões ambientais.
A seguir estão alguns aditivos com metais para melhorar a usinabilidade:
