Desgaste de ferramentas: significado, tipos e causas
Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre: - 1. Significado do Desgaste de Ferramentas 2. Tipos de Desgaste de Ferramentas 3. Causas 4. Crescimento 5. Formas 6. Conseqüências.
Significado do desgaste da ferramenta:
As ferramentas de corte estão sujeitas a um processo de fricção extremamente severo. Eles estão em contato metal-metal entre o chip e a peça de trabalho, sob alta tensão e temperatura. A situação torna-se severa devido à existência de gradientes extremos de tensão e temperatura perto da superfície da ferramenta.
O desgaste da ferramenta geralmente é um processo gradual devido à operação regular. O desgaste da ferramenta pode ser comparado com o desgaste da ponta de um lápis comum. De acordo com o padrão australiano, o desgaste da ferramenta pode ser definido como “A mudança de formato da ferramenta de sua forma original, durante o corte, resultante da perda gradual do material da ferramenta”.
O desgaste da ferramenta depende dos seguintes parâmetros:
Eu. Ferramenta e material da peça de trabalho.
ii. Forma de ferramenta.
iii. Velocidade de corte.
iv. Alimentação.
v. Profundidade de corte.
vi. Fluido de corte usado.
vii. Características da máquina-ferramenta etc.
O desgaste da ferramenta afeta os seguintes itens:
Eu. Forças de corte aumentadas.
ii. Maior temperatura de corte.
iii. Diminuição da precisão das peças produzidas.
iv. Diminuição da vida útil da ferramenta.
v. Acabamento superficial ruim.
vi. Economia das operações de corte.
Tipos de desgaste de ferramentas:
As altas tensões de contato são desenvolvidas no processo de usinagem devido à ação de fricção de:
(i) Faca e lascas de ancinho de ferramentas.
(ii) face do flanco da ferramenta e superfície usinada.
Isso resulta em uma variedade de padrões de desgaste observados na face inclinada e na face do flanco. Nós chamamos isso de desgaste gradual da ferramenta.
O desgaste gradual é inevitável, mas controlável. É o desgaste que não pode ser evitado. Tem que ocorrer após certo tempo de usinagem.
O desgaste gradual pode ser controlado por ação corretiva. O desgaste gradual pode ser dividido em dois tipos básicos de desgaste, correspondendo a duas regiões na ferramenta de corte, como mostrado na Fig. 9.16.
Estes são os seguintes:
(i) desgaste de flanco.
(ii) desgaste da cratera.
(i) desgaste do flanco:
O desgaste na face do flanco (face de alívio ou folga) da ferramenta é chamado de desgaste do flanco. O desgaste do flanco é mostrado na Fig. 9.17 (a, b, c).
As características do desgaste de flanco são as seguintes:
Eu. É o desgaste mais importante que aparece na superfície do flanco paralelo à aresta de corte. É mais comumente resultado do desgaste abrasivo / adesivo da aresta de corte contra a superfície usinada.
ii. Geralmente resulta de altas temperaturas, que afetam as propriedades da ferramenta e do material de trabalho.
iii. Isso resulta na formação de terra de desgaste. A formação do terreno de desgaste nem sempre é uniforme ao longo da aresta de corte maior e menor da ferramenta.
iv. Pode ser medido usando o tamanho médio do terreno de desgaste (V 3 ) e o tamanho máximo do terreno de desgaste (VB max ).
v. Ele pode ser descrito usando a Equação de Expectativa de Vida da Ferramenta.
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,
V c = velocidade de corte
T = vida da ferramenta
D = profundidade de corte (mm)
F = taxa de avanço (mm / rev. Ou polegada / rev)
x e y = Expoentes determinados experimentalmente para cada condição de corte.
C = Constante de usinagem, encontrado por experimentação ou livro de dados publicado. Depende das propriedades dos materiais da ferramenta, peça de trabalho e taxa de avanço.
n = exponencial
Valores de n = 0, 1 a 0, 15 (para ferramentas de HSS)
= 0, 2 a 0, 4 (para ferramentas de metal duro)
= 0, 4 a 0, 6 (para ferramentas cerâmicas)
Razões do desgaste do flanco:
Eu. O aumento da velocidade de corte faz com que o desgaste do flanco cresça rapidamente.
ii. Aumento na alimentação e profundidade de corte também podem resultar em maior desgaste do flanco.
iii. Abrasão por panículas duras na peça de trabalho.
iv. Corte de micro soldas entre a ferramenta e o material de trabalho.
v. Abrasão por fragmentos de borda construída, que batem contra a face de folga (face de flanco) da ferramenta.
Remédios para o desgaste do flanco:
Eu. Reduza a velocidade de corte.
ii. Reduza o avanço e a profundidade de corte.
iii. Use duro grau de carboneto, se possível.
iv. Impedir a formação de borda construída, usando quebra-cavacos.
Efeitos do Desgaste Flanco:
Eu. Aumento na força total de corte.
ii. Aumento na rugosidade da superfície do componente.
iii. Também afeta a precisão dimensional do componente.
iv. Quando ferramentas de formulário são usadas, o desgaste do flanco também muda a forma dos componentes produzidos,
(ii) desgaste da cratera:
O desgaste na face inclinada da ferramenta é chamado de desgaste da cratera. Como o nome sugere, a forma de desgaste é a de uma cratera ou uma tigela. O desgaste da cratera é mostrado na Fig. 9.18 (a, b, c).
As características do desgaste da cratera são as seguintes:
Eu. Nos chips de desgaste da cratera, a face de inclinação da ferramenta é corroída.
ii. Os chips fluem através da face de inclinação e desenvolvem uma fricção severa entre o chip e a face inclinada. Isso produz uma cicatriz na face inclinada que geralmente é paralela à aresta de corte principal.
iii. É um pouco normal para o desgaste da ferramenta e não prejudica seriamente o uso de uma ferramenta até que ela se torne séria o suficiente para causar uma falha na aresta de corte.
iv. O desgaste da cratera pode aumentar o ângulo de inclinação de trabalho e reduzir a força de corte, mas também enfraquecerá a resistência da aresta de corte.
v. É mais comum em materiais dúcteis, como aço, que produzem cavacos longos e contínuos. Também é mais comum em ferramentas HSS (High Speed Steel) do que as ferramentas de cerâmica ou de carboneto que possuem dureza muito mais alta.
vi. Os parâmetros usados para medir o desgaste da cratera podem ser vistos na Fig. 9.18. A profundidade da cratera KT é o parâmetro mais comumente usado na avaliação do desgaste da face de inclinação.
vii. Ocorre aproximadamente a uma altura igual à profundidade de corte do material, ou seja, profundidade de desgaste da cratera ⋍ profundidade de corte.
viii. Em zonas de alta temperatura (quase 700 ° C), ocorre desgaste.
Razões do desgaste da cratera:
Eu. Abrasão severa entre as interfaces da ferramenta de cavacos, especialmente na face de ancinho.
ii. Alta temperatura na interface do chip da ferramenta.
iii. O aumento na alimentação resulta no aumento da força atuando na interface da ferramenta, o que leva a um aumento na temperatura da interface do chip da ferramenta.
iv. O aumento na velocidade de corte resulta no aumento da velocidade do cavaco na face de inclinação, o que leva a um aumento na temperatura na interface da ferramenta do cavaco e, portanto, aumenta o desgaste da cratera.
Remédios para Crater Wear:
Eu. O uso de lubrificantes adequados pode diminuir o processo de abrasão e, assim, diminuir o desgaste da cratera.
ii. Refrigerante apropriado para rápida dissipação de calor a partir da interface do chip da ferramenta.
iii. Redução das velocidades de corte e taxas de avanço.
iv. Use materiais de dureza mais fortes e quentes para ferramentas.
v. Use a ferramenta de rake positiva.
Causas do desgaste da ferramenta:
Há um grande número de causas para o desgaste da ferramenta.
Alguns deles são importantes para discutir aqui do ponto de vista do assunto:
(i) Desgaste abrasivo (desgaste por partículas duras).
(ii) desgaste adesivo.
(iii) desgaste por difusão.
(iv) desgaste químico.
(v) desgaste por fratura.
i) Desgaste abrasivo (desgaste por partículas duras):
O desgaste abrasivo é basicamente causado pelas impurezas dentro do material da peça de trabalho, como os compostos de nitreto de carbono e óxido, bem como os fragmentos de borda construídos. É um tipo mecânico de desgaste. É a principal causa do desgaste da ferramenta em baixas velocidades de corte.
ii) Desgaste Adhesivo:
Devido à alta pressão e temperatura na interface do chip da ferramenta, há uma tendência de solda a lascas quentes na face de inclinação da ferramenta. Este conceito leva à subsequente formação e destruição de junções soldadas. Quando a solda separa intermitentemente as partículas da ferramenta de corte. Isso leva a um desgaste da cratera. A Fig. 9.19 mostra o desgaste do adesivo.
(iii) Desgaste de Difusão:
O desgaste por difusão geralmente é causado por transferência atômica entre materiais em contato sob condições de alta pressão e temperatura. Esse fenômeno começa na interface da ferramenta do chip. A temperaturas tão elevadas, algumas partículas de materiais da ferramenta se difundem no material do cavaco. Também pode acontecer que algumas partículas de material de trabalho também se difundam nos materiais da ferramenta.
Essa troca de partículas altera as propriedades do material da ferramenta e causa desgaste, como mostra a Fig. 9.20:
Essa difusão resulta em mudanças na composição da ferramenta e da peça de trabalho.
Existem várias maneiras de difusões como:
(a) Amolecimento Bruto da Ferramenta:
Difusão de carbono em uma camada superficial relativamente profunda da ferramenta pode causar amolecimento e subsequente fluxo de plástico da ferramenta. Pode produzir grandes mudanças na geometria da ferramenta.
(b) Difusão de grandes componentes da ferramenta no trabalho:
A matriz de ferramentas ou um constituinte de reforço principal pode ser dissolvido nas superfícies de trabalho e de lascas à medida que elas passam pela ferramenta. Por exemplo: ferramenta de demanda, corte de ferro e aço são os exemplos típicos de difusão de carbono.
(c) Difusão de um Componente de Material de Trabalho na Ferramenta:
Um constituinte do material de trabalho que se difunde na ferramenta pode alterar as propriedades físicas de uma camada superficial da ferramenta. Por exemplo: A difusão do chumbo na ferramenta pode produzir uma fina camada de superfície frágil, esta camada fina pode ser removida por lascas.
iv) Desgaste Químico:
O desgaste químico é causado devido ao ataque químico de uma superfície.
Por exemplo:
Desgaste corrosivo.
(v) uso de fatos:
O desgaste de factura geralmente é causado pela quebra da borda no final ou no comprimento. A quebra em massa é o tipo de desgaste mais prejudicial e indesejável, e deve ser evitado tanto quanto possível.
Crescimento do desgaste da ferramenta:
O padrão de crescimento do desgaste da ferramenta é mostrado na Fig. 9.21:
Podemos dividir o crescimento em três zonas seguintes:
(i) zona de desgaste grave.
(ii) zona de desgaste inicial.
(iii) Zona de desgaste grave ou definitiva ou catastrófica.
(i) Zona Inicial Preliminar ou de Desgaste Rápido:
Inicialmente, para a nova aresta de corte, o crescimento do desgaste é mais rápido. O tamanho inicial de desgaste é VB = 0, 05 a 0, 1 mm normalmente.
As causas de desgaste inicial ou rápido são:
Eu. Microcraqueamento
ii. Oxidação de superfície.
iii. Camada de perda de carbono.
iv. Micro-rugosidade de retificação de ponta de ferramenta.
(ii) Zona de desgaste constante:
Após o desgaste inicial, descobrimos que a taxa de desgaste é relativamente estável ou constante. Nesta zona, o tamanho de desgaste é proporcional ao tempo de corte.
(iii) Zona de desgaste grave ou definitiva ou catastrófica:
Nesta zona, a taxa de crescimento do desgaste é muito mais rápida e resulta em falhas catastróficas da aresta de corte.
Quando o tamanho do desgaste aumenta para um valor crítico, a rugosidade superficial da superfície usinada diminui, a força de corte e a temperatura aumentam rapidamente, e a taxa de desgaste aumenta. Então a ferramenta perde sua capacidade de corte. Na prática, esta zona de desgaste deve ser evitada.
Terra de desgaste permitida:
Quando decidimos afiar a ponta de uma faca quando a qualidade do corte começa a se deteriorar e as forças de corte necessárias aumentam demais, reafirmar ou substituir ferramentas de corte quando.
(a) A qualidade da superfície usinada começa a deteriorar-se.
(b) As forças de corte aumentam significativamente.
(c) aumento de pré-temperatura significativamente.
A largura média do desgaste de flanco permitido varia de 0, 2 mm (para uma operação de torneamento de precisão) a 1 mm (para uma operação de torneamento bruto).
A Tabela 9.11 a seguir apresenta alguns valores recomendados de terra de desgaste média permitida (VB) para várias operações e ferramentas de corte:
Formas de desgaste de ferramentas:
O desgaste de flanco e cratera é um tipo muito comum de uso.
Algumas outras formas de desgaste de ferramentas são:
(i) Desgaste Termoelétrico.
(ii) Rachamento Térmico e Fratura da Ferramenta.
(iii) Desgaste de Carga Térmico e Mecânico Cíclico.
(iv) Edge Chipping.
(v) falhas de entrada ou saída.
(i) Desgaste Termo-Elétrico:
Pode ser observado na região de alta temperatura. A alta temperatura resulta na formação de um par térmico entre a peça de trabalho e a ferramenta.
Devido a este efeito, a tensão estabelecida entre a peça de trabalho e a ferramenta. Isso pode causar um fluxo de corrente elétrica entre os dois. No entanto, este tipo de desgaste não foi claramente desenvolvido.
(ii) rachadura térmica e fratura da ferramenta:
É comum em caso de operação de fresagem. Na fresagem, as ferramentas são submetidas a cargas térmicas e mecânicas cíclicas. Os dentes podem falhar por um mecanismo não observado no corte contínuo. A fissuração térmica pode ser reduzida reduzindo a velocidade de corte ou usando um material de ferramenta com uma maior resistência ao choque térmico.
(iii) Desgaste de Carga Térmico e Mecânico Cíclico:
A variação cíclica da temperatura no processo de moagem induz estresse térmico cíclico na camada superficial da ferramenta expande e contrai. Isso pode levar à formação de rachaduras por fadiga térmica perto da borda de corte.
Principalmente, essas rachaduras são perpendiculares à aresta de corte e começam a formação no canto externo da ferramenta, espalhando-se para dentro à medida que o corte progride. O crescimento dessas rachaduras, eventualmente, leva a lascamento de borda ou quebra de ferramenta. Um refrigerante insuficiente pode promover a formação de rachaduras.
(iv) Edge Chipping:
Lascar de borda é comumente observado em operações de fresamento. Isso pode ocorrer quando a ferramenta entra em contato com a peça (falha de entrada) ou, mais comumente, quando sai da peça (falha de saída).
(v) falhas de entrada ou saída:
A falha de entrada ocorre mais comumente quando o canto externo da inserção atinge a peça primeiro. Isto é mais provável de ocorrer quando os ângulos de inclinação da fresa são positivos. A falha de entrada é, portanto, mais facilmente evitada ao mudar de cortadores de ângulo de ataque positivo para negativo.
Consequências (efeitos) do desgaste da ferramenta:
Os efeitos do desgaste da ferramenta no desempenho tecnológico são os seguintes:
i) Aumento das forças de corte:
As forças de corte são normalmente aumentadas pelo desgaste da ferramenta. O desgaste da cratera, o desgaste do flanco (ou a formação do desgaste) e o corte da aresta de corte afetam o desempenho da ferramenta de corte de várias maneiras. O desgaste da cratera pode, no entanto, sob certas circunstâncias, reduzir as forças, aumentando efetivamente o ângulo de inclinação da ferramenta. O desgaste da face de desbaste (flanco ou desgaste) quase invariavelmente aumenta as forças de corte devido ao aumento das forças de atrito.
ii) Aumento da rugosidade da superfície:
À medida que o desgaste da ferramenta aumenta, a rugosidade da superfície do componente usinado também aumenta. Isto é particularmente verdadeiro para uma ferramenta usada por lascas. Embora existam circunstâncias nas quais uma terra de desgaste pode polir a peça de trabalho e produzir um bom acabamento.
(iii) Aumento na vibração ou no Chatter:
Vibração ou vibração são outro aspecto importante do processo de corte que pode ser influenciado pelo desgaste da ferramenta.
Uma área de desgaste aumenta a tendência de uma ferramenta para instabilidade dinâmica ou vibrações. Quando a ferramenta é afiada, a operação de corte é bastante livre de vibrações. Por outro lado, quando a ferramenta se desgasta, a operação de corte é submetida a um modo inaceitável de vibração e vibração.
(iv) Diminuição da Precisão Dimensional:
Devido ao desgaste do flanco, a geometria do plano de uma ferramenta pode atrapalhar. Isso pode afetar as dimensões do componente produzido. Pode influenciar a forma do componente.
Por exemplo:
Se o desgaste da ferramenta for rápido, o torneamento cilíndrico poderá resultar em uma peça de trabalho cônica.
