Vida da Ferramenta: Significado, Medição e Expectativa
Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre: - 1. Significado da Vida da Ferramenta 2. Métodos para Medições de Vida da Ferramenta 3. Expectativa 4. Parcelas 5. Critérios 6. Fatores que Afetam.
Significado da vida da ferramenta:
Todo dispositivo ou ferramenta tem sua vida funcional. No termo do qual pode funcionar, mas não de forma eficiente. Então, também é verdade com uma ferramenta de corte. Durante o uso, a ferramenta perde seu material, ou seja, fica desgastada. Conforme o desgaste aumenta, a ferramenta perde sua eficiência. Portanto, sua vida tem que ser definida e, no termo de sua vida, deve ser reaproveitada para uso fresco.
A vida útil da ferramenta pode ser definida seguindo as seguintes maneiras:
(i) O tempo decorrido entre duas triturações sucessivas.
(ii) O período durante o qual uma ferramenta é satisfatória.
(iii) O tempo total acumulado antes da falha da ferramenta.
A vida útil da ferramenta é expressa em minutos.
A relação entre a velocidade de corte e a vida útil da ferramenta é dada pela equação de vida da ferramenta de Taylor:
VT n = C
Métodos para Medidas de Vida da Ferramenta:
Os métodos mais utilizados para medições de vida da ferramenta são os seguintes:
(i) tempo de usinagem:
Tempo decorrido de operação da máquina-ferramenta.
(ii) Tempo real de corte:
O tempo durante o qual a ferramenta realmente é cortada.
(iii) Um tamanho fixo de Terra de Desgaste na Superfície do Flanco:
Em ferramentas de metal duro e cerâmica, onde o desgaste da cratera é quase inexistente. A vida útil da ferramenta é considerada como correspondente a 0, 038 ou 0, 076 mm de terreno de desgaste na superfície do flanco para acabamento, respectivamente.
(iv) Volume de metal removido.
(v) Número de peças usinadas.
A vida útil entre o recondicionamento e a substituição pode ser definida de várias maneiras, como:
(a) Tempo de corte real levado a falha.
(b) Volume de metal removido para falha.
(c) Número de peças produzidas até a falha.
(d) Velocidade de corte por um determinado tempo até a falha.
e) Comprimento do trabalho maquinado até à falha.
Expectativa de Vida da Ferramenta (Equação da Vida da Ferramenta de Taylor):
Em 1907, FW Taylor desenvolveu a relação entre a vida útil da ferramenta e a velocidade de corte, temperatura, mantendo a alimentação constante. A equação de Taylor para a expectativa de vida da ferramenta fornece uma boa aproximação.
V C T n = C
Uma forma mais geral da equação considerando profundidade de corte e taxa de alimentação é
Vc T n D x F y = C
Onde, K C = velocidade de corte (m / min)
T = vida útil da ferramenta (min)
D = profundidade de corte (mm)
F = taxa de avanço (mm / rev)
x, y = Expoentes, que são determinados experimentalmente para cada condição de corte.
n = Expoente, depende dos materiais da ferramenta.
Valor de n = 0, 1 a 0, 2; para ferramentas de HSS
0, 2 a 0, 4; para ferramentas de metal duro
0, 4 a 0, 6; para ferramentas cerâmicas
C = Constante de usinagem, encontrado por experimentação ou livro de dados publicado. Depende das propriedades do material da ferramenta, da peça de trabalho e da taxa de alimentação.
Observações da Equação da Vida da Ferramenta:
Eu. A vida útil da ferramenta diminui com o aumento da velocidade de corte.
ii. A vida útil da ferramenta também depende em grande parte da profundidade de corte (D) e taxa de avanço (F).
iii. A diminuição da vida útil da ferramenta com o aumento da velocidade é duas vezes maior (exponencialmente) do que a redução da vida útil com o aumento de avanço.
iv. A maior variação da vida útil das ferramentas é com a velocidade de corte e a temperatura da ferramenta, que está intimamente relacionada à velocidade de corte.
Gráficos de vida da ferramenta (curvas):
As curvas de vida da ferramenta são plotadas entre a vida útil da ferramenta e vários parâmetros do processo (como velocidade de corte, avanço, profundidade de corte, material da ferramenta, geometria da ferramenta, dureza da peça e fluidos de corte, etc.). Para desenhar estas curvas, os dados experimentais obtidos através da realização de testes de corte em vários materiais sob diferentes condições e com diferentes parâmetros do processo.
Curvas de vida da ferramenta são geralmente plotadas em papel gráfico log-log. Essas curvas são usadas para determinar o valor do expoente 'n'. O expoente 'n' pode, de fato, tornar-se negativo em baixas velocidades de corte. A Fig. 9.22 (a) mostra a vida útil da ferramenta entre a vida útil da ferramenta e a velocidade de corte para vários materiais da peça de trabalho com diferentes durezas. Isso mostra que, à medida que a velocidade de corte aumenta, a vida útil da ferramenta diminui rapidamente. Se a velocidade de corte Versus a vida útil da ferramenta, as curvas são plotadas em um papel gráfico log-log, as linhas retas são obtidas como mostrado na Fig. 9.22. b).
Impurezas e constituintes duros no material da peça (como ferrugem, escória, calcário, etc.) também são causa de ação abrasiva que reduz a vida útil da ferramenta.
Critérios de Vida da Ferramenta (Critérios para a Falha na Ferramenta de Julgamento):
Devido ao desgaste da ferramenta, a força de corte aumenta e o acabamento da superfície se deteriora. Portanto, quando devemos dizer que uma ferramenta falhou e deve ser reafiada. Em outras palavras, determinado critério é necessário para julgar a falha da ferramenta.
Uma ferramenta falha quando não executa mais sua função corretamente. Isso pode ter um significado diferente sob diferentes circunstâncias. Em uma operação de desbaste, onde o acabamento da superfície e a precisão dimensional são de pouca importância, uma falha de ferramenta pode significar um aumento excessivo nas forças de corte e requisitos de energia.
Em uma operação de acabamento, onde o acabamento superficial e a precisão dimensional são importantes, uma falha na ferramenta significa que as condições especificadas de acabamento superficial e precisão dimensional não podem mais ser alcançadas. Todas essas falhas estão basicamente relacionadas ao desgaste da face de folga da ferramenta.
A seguir estão alguns critérios para julgar a vida útil / falha da ferramenta:
(i) falha completa.
(ii) Falha de flanco ou cratera.
(iii) falha no acabamento.
(iv) falha de tamanho.
(v) Falha na força de corte.
(i) falha completa:
De acordo com este critério, o corte com a ferramenta é continuado até que seja capaz de cortar. Então, quando a ferramenta não corta, apenas deve ser reafiada. Este critério não é utilizado na prática devido às suas desvantagens óbvias.
(ii) falha de flanco ou cratera:
De acordo com este critério, quando o desgaste no flanco atinge uma certa altura, o corte com a ferramenta é interrompido e a retificação é feita. Diga quando a altura de desgaste do flanco h for igual a 0, 3 mm, por exemplo, diz-se que a ferramenta falhou. Alguns valores recomendados comuns de terra de desgaste são dados na Tabela 9.11. (a, b).
Devido ao desgaste no flanco, a profundidade real de corte diminui de AC para BC, como mostrado na Fig. 9.23. A peça de trabalho fica mais estreita se o corte continuar. Este é o critério mais usual seguido na prática. O desgaste do flanco é medido com o microscópio de um fabricante de ferramentas.
Além disso, é importante notar que, o desgaste do flanco não é uniforme ao longo da aresta de corte ativa, portanto, é necessário especificar os locais e o grau de desgaste, ao decidir o critério de vida da ferramenta, antes de reafiar.
(iii) falha no acabamento:
De acordo com este critério, quando a rugosidade da superfície atinge um valor alto especificado, o corte com a ferramenta é interrompido e a retificação é feita. Digamos que em uma condição de corte específica a rugosidade da superfície seja de 0, 7 mícron. Como no processo de corte, o desgaste do flanco se desenvolve, fazendo com que a aresta de corte se torne áspera e irregular, de forma que a aspereza da superfície aumente gradualmente, como mostra a Fig. 9.24. Diga 1, 3 mícrons, por exemplo, são mantidos como critério.
A rugosidade da superfície é medida continuamente ao longo de seu comprimento. Quando a rugosidade atinge o valor especificado, o corte é descontinuado. Por exemplo, este valor máximo especificado de rugosidade da superfície pode ocorrer na 10ª peça de trabalho, portanto, a 11ª e as próximas peças de trabalho não serão usinadas com a mesma ferramenta, sem reafiação.
Este critério torna-se especialmente importante quando objetos de encaixe justo são usinados. Devido a superfícies ásperas e irregulares, a montagem apropriada pode não ser feita.
(iv) Falha de tamanho:
De acordo com este critério, uma ferramenta será considerada falha se houver um desvio no tamanho de um componente acabado produzido em relação ao seu valor especificado.
(v) Falha na Força de Corte:
De acordo com este critério, uma ferramenta será considerada falha, se a quantidade de força de corte aumentar em determinada quantidade especificada. Isto é devido ao desgaste do flanco. O desgaste dos flancos aumenta a área de contato entre a peça e a ferramenta, resultando em aumento da força de corte. Fig. 9.25. mostra que um aumento na força de corte com desenvolvimento para flanco desgaste.
Fatores que afetam a vida da ferramenta:
Os seguintes fatores desempenham um papel importante na vida útil da ferramenta:
(i) velocidade de corte.
(ii) taxa de alimentação e profundidade de corte.
(iii) dureza da peça de trabalho.
(iv) microestrutura da peça de trabalho.
(v) Material da ferramenta.
(vi) geometria da ferramenta.
(vii) Tipo de fluido de corte e seu método de aplicação.
(viii) natureza do corte.
(ix) tamanho do grão da peça de trabalho.
(x) Rigidez do sistema de máquinas-ferramenta da peça de trabalho.
(i) Velocidade de corte:
FW Taylor realizou vários experimentos no campo de corte de metal. Em 1907, ele deu a seguinte relação entre a vida útil da ferramenta e a velocidade de corte, que é conhecida como Equação de Vida da Ferramenta de Taylor.
V C T n = C
onde, V = Velocidade de corte (m / min)
T = vida útil da ferramenta (min) C = constante ou constante de usinagem
n = Índice de vida da ferramenta. Depende da combinação de ferramentas e materiais de trabalho e das condições de corte.
Se T = 1 min
então C = V c
Assim, a constante C pode ser interpretada fisicamente como a velocidade de corte para a qual a vida útil da ferramenta é igual a um min. A equação da vida útil da ferramenta pode ser representada em papel log-log; torna-se linha reta, como mostra a Fig. 9.26.
É claro que a velocidade de corte tem o maior efeito na vida útil da ferramenta, seguida de alimentação e profundidade de corte, respectivamente. À medida que a velocidade de corte aumenta, a temperatura de corte aumenta e a vida útil da ferramenta diminui.
(ii) taxa de alimentação e profundidade de corte:
De acordo com a equação de vida da ferramenta de Taylor, a vida útil da ferramenta diminui quando a taxa de alimentação aumenta. Além disso, o mesmo caso para profundidade de corte.
A relação a seguir justifica a declaração acima:
(iii) dureza da peça de trabalho:
À medida que a dureza aumenta, a velocidade permitida diminui para uma determinada vida útil da ferramenta. Por exemplo, a vida útil da ferramenta é de 50 minutos para cortar materiais menos duros, agora, se disser que o material mais duro deve ser cortado, para manter a vida útil da ferramenta em 50 minutos, a velocidade de corte deve ser reduzida proporcionalmente.
A afirmação acima é justificada pela seguinte equação dada por Yanitsky:
Onde,
H b = Número de dureza Brinel do material de trabalho
Ψ = redução percentual
V = velocidade de corte permitida para uma determinada vida útil
(iv) Microestrutura da peça de trabalho:
À medida que a estrutura se torna mais e mais perlites, a vida útil da ferramenta diminui a qualquer aumento na velocidade de corte, como mostra a Fig. 9.27.
v) Material da ferramenta:
Os principais requisitos dos materiais da ferramenta de corte são: Dureza a quente, resistência ao impacto e resistência ao desgaste. Para melhor vida útil da ferramenta, o material deve ter as propriedades acima. A Fig. 9.26 mostra a variação da vida útil da ferramenta em relação às velocidades de corte para diferentes materiais da ferramenta. É muito claro a partir da figura; Em qualquer velocidade de corte, a vida útil da ferramenta é máxima para a ferramenta cerâmica e a mais baixa para a ferramenta de aço rápido. Portanto, o uso do volume máximo da ferramenta de cerâmica do material pode ser removido em qualquer velocidade de corte para uma vida útil específica da ferramenta.
Um material de ferramenta ideal terá n = 1 (índice de vida da ferramenta de Taylor). Isso significa ferramenta de material ideal em todas as velocidades de corte, remove o volume máximo de material de trabalho.
Alguns materiais de ferramentas com suas propriedades são os seguintes:
Eu. Granizo de carbono:
Muito sensível à temperatura.
Eles rapidamente perdem sua dureza em baixas temperaturas.
Adequado apenas para corte a baixa velocidade e com usinagem de metais macios não ferrosos.
ii. HSS:
Eles são afetados apenas acima de 600 ° C e começam a perder sua dureza.
O HSS tem um bom desempenho abaixo de 600 ° C.
Acima de 600 ° C tendência a formar BUE
iii. Metal duro:
Bom desempenho até 1200 ° C.
Pode ser usado em velocidades de corte muito maiores que o HSS
iv. Óxidos Sinterizados ou Cerâmicas:
Pode ser usado em velocidades de corte de 2 e 3 vezes mais do que com carbonetos.
(vi) Geometria da ferramenta:
A geometria da ferramenta afeta muito a vida útil da ferramenta. Discutiremos o efeito de todos os parâmetros da ferramenta na vida útil da ferramenta nas seguintes páginas:
(a) Ângulo de inclinação do fundo.
(b) Borda Cortante Principal.
(c) Ângulo de folga.
(d) Nariz Raio.
(a) Ângulo de inclinação:
Quanto maior o ângulo de inclinação, menor será o ângulo de corte e maior será o ângulo de cisalhamento, isso reduz a força de corte e energia e, portanto, menos calor gerado durante o corte, significa redução da temperatura de corte, resultando em maior vida útil da ferramenta.
Mas, por outro lado, aumentando os resultados do ângulo de inclinação na aresta de corte mecanicamente fraca, a ferramenta de inclinação positiva experimenta tensão de cisalhamento e a ponta provavelmente é cortada.
O ancinho negativo aumenta a força de corte e a potência, portanto, mais calor e temperatura gerados resultam em menor vida útil da ferramenta.
Portanto, existe um valor ótimo do ancinho traseiro que depende do material da ferramenta e do material de trabalho. Varia de -5 ° a + 15 °. Um valor ótimo do ângulo de inclinação é de cerca de 14 °, o que dá a máxima vida útil da ferramenta.
A Fig. 9.28 mostra o processo de corte usando ferramentas de inclinação positivas e negativas. A ferramenta de ancinho positiva experimenta tensão de cisalhamento e a ponta provavelmente é cortada. Considerando que ferramenta com inclinação negativa sofre estresse de compressão. As ferramentas de metal duro e cerâmicas são geralmente dadas rake negativo porque eles são fracos em cisalhamento e bom em compressão.
(b) Borda Principal de Corte:
A Fig. 9.29 mostra duas disposições diferentes dos ângulos principais da aresta de corte. Fig. 9.29 (a), o contato começa gradualmente a partir de um ponto bem distante da ponta. Portanto, a ferramenta experimenta a força de corte gradualmente e em uma área maior. Portanto, a ferramenta é mais segura e a vida útil da ferramenta é maior em comparação com a Fig. 9.29 (b), na qual o ângulo da aresta de corte principal é de 90 °.
c) Ângulo de folga:
Um aumento no ângulo de incidência resulta em desgaste de flanco reduzido significativo, aumentando a vida útil da ferramenta. Mas a aresta de corte ficará mais fraca à medida que o ângulo de incidência for aumentado. Portanto, um valor ótimo é necessário. O melhor compromisso é de 5 ° (com ferramentas de metal duro) a 8 ° (com ferramentas de HSS) para materiais de trabalho comuns.
d) Raio do nariz:
O raio do nariz melhora a vida útil da ferramenta e o acabamento da superfície.
Uma relação entre a velocidade de corte, a vida útil da ferramenta e o raio da ponta é dada abaixo:
VT 0, 09 = 300R 0, 25
Onde, R = raio do nariz (para corte de ferramenta HSS aço SAE-2346)
T = vida útil da ferramenta (min)
V = velocidade de corte (m / min)
Eu. Existe um valor ótimo do raio da ponta no qual a vida útil da ferramenta é máxima.
ii. Se o raio exceder o valor ideal, a vida útil da ferramenta diminui.
iii. Raio maior significa maior área de contato entre a ferramenta e a peça de trabalho. Devido a que mais calor de atrito é gerado, resulta em maior força de corte. Devido a que a peça de trabalho pode começar, vibrando, portanto, se a rigidez não for muito alta, ferramentas frágeis (carbonetos e cerâmicas) falharão devido ao corte da aresta de corte.
(vii) Tipo de Fluido de Corte e seu Método de Aplicação:
A aplicação de fluido de corte adequado obviamente aumenta a vida útil da ferramenta ou, em outras palavras, para a mesma vida útil da ferramenta, a velocidade de corte permitida aumenta. A Fig. 9.30 mostra o efeito do fluido de corte na vida útil da ferramenta para diferentes materiais da ferramenta. A vida útil da ferramenta aumenta até 150% em algumas velocidades. Todos os tipos de fluidos de corte não têm o mesmo efeito, alguns deles mais, alguns são menos.
viii) Natureza do corte:
Se o corte for intermitente, a ferramenta tem carga de impacto, resultando em chance de falha rápida. Em corte contínuo e contínuo, a vida útil da ferramenta é maior.
(ix) tamanho do grão da peça de trabalho:
A vida útil da ferramenta aumenta se o tamanho do grão aumentar. Como se o tamanho do grão aumentasse, então o número médio de grãos por área quadrada diminui e, portanto, a dureza diminui, resultando em maior vida útil da ferramenta.
(x) rigidez do sistema de ferramenta de trabalho-máquina:
Maior é a rigidez do sistema maior será a vida útil da ferramenta. Diminuir a rigidez do sistema, maior é a chance de falha da ferramenta, por vibrações de ferramenta ou peça de trabalho. A rigidez é o principal requisito em caso de corte intermitente, especialmente quando ferramentas quebradiças são usadas.
