Avarias e desgaste de ferramentas de corte

A ferramenta de corte é solicitada térmica e mecanicamente durante a usinagem. Como nem o material da peça, nem o material da ferramenta são homogêneos, uma série de avarias e desgastes de naturezas distintas podem ser observados na ferramenta de corte ao longo de sua utilização .

Para evitar que ocorra o colapso total da ferramenta é fundamental que sejam estipulados limites para as avarias e para os desgastes de flanco e cratera .

Tipos de avarias e desgaste nas ferramentas de corte.

Lascamento: é resultante da quebra de pequenos fragmentos do gume durante a operação de corte. São causas do lascamento o limite de resistência do material da ferramenta excedido em áreas localizadas devido a vibrações, variações microestruturais na peça ou a quebra do gume postiço (Sandvik apud Markus .) Forças de corte excessivas muitas vezes levam a micro e macrolascamentos do gume ou da quina, principalmente quando os ângulos de cunha ou de quina da ferramenta são muito pequenos .

Fissuras transversais, longitudinais ou em forma de pente: em cortes interrompidos, o gume da ferramenta é submetido a solicitações térmicas e mecânicas alternadas. Estas solicitações alternadas em conjunto com as tensões de tração residuais na superfície de ferramenta, durante o ciclo de resfriamento, podem levar ao surgimento de fissuras transversais e longitudinais ao gume, principalmente em materiais de ferramenta com
pouca tenacidade .

Deformação plástica do gume: ocorre quando o material da ferramenta amolece devido às altas temperaturas, e escoa sujeitado pelas forças de usinagem. Estas deformações plásticas também ocorrem em metais-duros e Cermets, entretanto sob maiores temperaturas e esforços do que nas ferramentas de aço rápido e aço ferramenta. Metais-duros tendem a maiores deformações quanto maior for o teor de ligante, especialmente cobalto.

Desgaste de entalhe: ocorre na região de interface entre o contato peça/ferramenta/cavaco, no lado exposto da superfície de corte. A formação do entalhe é resultado da ação das rebarbas produzidas nas bordas do cavaco, as quais apresentam uma taxa de encruamento maior que na parte central do cavaco, tornando-se uma região com dureza mais elevada, envolvendo um mecanismo de aderência e arrancamento. Na região de formação de entalhe a ferramenta de corte também é submetida à ação oxidante da atmosfera. O aumento progressivo do entalhe pode levar à quebra da ferramenta de corte bem, como a um pior acabamento superficial .

Desgaste de flanco e cratera: as formas de desgaste mais regulares e previsíveis são o desgaste de flanco e de cratera. Em decorrência disto, procura-se estabelecer condições de corte, na usinagem de metais, onde estas formas de desgastes, principalmente o desgaste de flanco, são dominantes sobre o fim de vida da ferramenta de corte.

No flanco da ferramenta, onde ocorre o desgaste de flanco, são medidas a largura média do desgaste VB e a largura máxima da marca de desgaste VBmáx. Nem sempre a marca de desgaste é muito nítida, devido a mudanças de cor ou oxidações que ocorrem no flanco, nas regiões limites de contato. Além disso, a presença eventual de entalhes dificulta a interpretação precisa da marca de desgaste de flanco.As grandezas de desgaste avaliadas são representadas esquematicamente na figura.

Formas de desgastes e grandezas a serem medidas na cunha de corte.

Mecanismos de Desgaste em Ferramentas de Corte

Em decorrência das solicitações térmicas e mecânicas elevadas, o desgaste da
ferramenta, de uma forma geral, é relativamente rápido. Diversos mecanismos de desgaste em geral agem simultaneamente, de forma que tanto sua causa quanto seu efeito dificilmente podem ser distinguidos entre si.

O mecanismo de abrasão ocorre em toda a faixa de temperatura a qual é submetida uma ferramenta de corte. A adesão se limita a velocidades de corte baixas, ao passo que mecanismos de difusão e oxidação só ocorrem de forma acentuada para velocidades de corte elevadas, conforme mostra a figura.

Causas do desgaste na usinagem 

Adesão: para ocorrer adesão é necessário que haja afinidade entre o material da peça e o material da ferramenta. Além disto, a temperatura, o tempo e a pressão de contato devem estar situados em uma faixa de valores adequados. Para materiais que apresentam um encruamento acentuado, a adesão leva à formação do gume postiço.

Abrasão mecânica: ocorre devido à presença de partículas duras no material da peça. O cisalhamento de partes do gume postiço e sua extrusão pela interface superfície de corte/flanco levam a um desgaste mais acentuado.

Difusão: no estado sólido, consiste na transferência de átomos pertencentes à rede cristalina de um material para a rede cristalina de outro material, constituída de elementos que apresentam afinidade entre si. Quanto maior for a afinidade, a temperatura de contato, o tempo de contato e o nível de agitação atômica, maior será a atividade de difusão entre a ferramenta e o cavaco.

Oxidação: após o corte do material, muitas vezes são observadas cores de revenimento na região de contato entre o cavaco e a ferramenta, que são provocadas pela oxidação da ferramenta. Esta só ocorre se a temperatura for suficientemente elevada e se houver a presença de oxigênio na região aquecida. Na usinagem do aço com ferramenta de metal-duro, para temperaturas de corte acima de 8000 graus, o mecanismo de oxidação ocorre de forma mais intensa .

Solicitações mecânicas e térmicas: danificações do gume como microquebras, fissuras transversais e longitudinais, bem como deformação plástica, advém de solicitações térmicas e mecânicas excessivas
.
Vida de Ferramenta
Denomina-se vida de uma ferramenta o tempo que a mesma trabalha
efetivamente (deduzido os tempos passivos), até perder a sua capacidade de corte, dentro de um critério previamente estabelecido. As grandezas avaliadas para definir a vida da ferramenta podem ser o tempo de corte, o volume de material cortado ou número de peças fabricadas. O fim da vida é detectável quando ocorre mudança em uma ou mais características do processo.

Estas podem estar correlacionadas com mudanças no ruído, no acabamento superficial, na forma de cavaco, vibrações entre a peça e ferramenta, dentre outros (Micheletti apud Markus)Quando se deseja determinar as curvas de vida de uma ferramenta para um determinado material, com uma precisão razoável, deve-se recorrer aos ensaios de usinagem de longa duração. Nestes ensaios, o gume da ferramenta trabalha em condições constantes de corte, sendo utilizado um critério de fim de vida de desgaste previamente fixado. A definição deste critério de desgaste exige que se conheça a sua forma e os mecanismos que regem seu surgimento.

Fonte: Rafael Kratochvil ( tese-UFSC )