UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SULDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICAPROCESSOS DE USINAGEM

Eduardo Carraro Maicon Forchesato

Mauro Radaelli

PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM NA APLICAÇÃO DO PROCESSO DE USINAGEM HSM

CAXIAS DO SUL

2009Sumário

1. INTRODUÇÃO………………………………………………………………………....... 3

2. USINAGEM A ALTAS VELOCIDADES X CONVENCIONAL................................ 5

3. PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM A USINAGEM HSM................................... 8

3.1 Parâmetros de corte................................................................................ 8

3.2 Temperatura............................................................................................ 8

3.3Ferramenta................................................................................................. 9

4. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO PROCESSO HSM................................. 12

4.1 Vantagens econômicas..........................................................................12

4.2Vantagens Tecnológicas..........................................................................12

4.3Desvantagens..........................................................................................13

5. FATORES QUE INFLUENCIAM O ACABAMENTO FINAL DE USINAGEM...... 14

5.1 Integridade da superfície.......................................................................... 17

6.CONCLUSÃO........................................................................................................ 20

7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS..................................................................... 21

1

Lista de figuras

FIGURA 1. – PESO DAS ETAPAS NO TMPO GLOBAL DE PRODUÇÃO

(SANDVIK, 1999)....................................................................................................... 5

FIGURA 2 – RACIONALIZAÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA

MATRIZ (SANDVIK, 1999)......................................................................................... 6

FIGURA 3 – FAIXAS DE VELOCIDADES DE CORTE PARA DIFERENTES

MATERIAIS (SCHULZ, 1996).................................................................................... 7

FIGURA 4 – VELOCIDADES DE CORTE CONVENCIONAL E HSC (MULLER &

SOTO, 1999)............................................................................................................... 7

FIGURA 5 – TEMPERATURA VERSUS VELOCIDADE DE CORTE (SCHUTZER e

SCHULZ, 2003)........................................................................................................... 9

FIGURA 6 – COMPORTAMENTO DO PROCESSO HSC (SCHULZ, H. 1996)....... 12

FIGURA 7 – TECNOLOGIAS RELACIONADAS AO PROCESSO HSC (SCHULZ,

2001).......................................................................................................................... 14

FIGURA 8 – ALTURA DA CRISTA (SOUZA, 2001)................................................. 15

FIGURA 9 – REPRESENTAÇÃO TRIGONOMETRICA PARA CALCULO DA

ALTURA DA CRISTA (SOUZA, 2001)..................................................................... 15

FIGURA 10 – RUGOSIDADE DE UMA PEÇA PLANA APÓS A USINAGEM

(SANDVIK, 1999)...................................................................................................... 16

FIGURA 11 – EFEITOS DA USINAGEM NA INTEGRIDADE DA SUPERFICIE

(BETHKE, 1992)........................................................................................................ 18

FIGURA 12 – A) DISTRIBUIÇÃO DA SISSIPAÇÃO DA ENERGIA DE CORTE COM A VELOCIDADE DE CORTE B) DISTRIBUIÇÃO TIPICA DA TEMPERATURA NA FERRAMENTA DE METAL DURO (DINIZ et al, 2000)...........................................19

2

1. Introdução

Usinagem em HSC (High Speed Cutting) ou HSM (High Speed Machining) é a

mais avançada tecnologia de usinagem que temos a disposição, essa tecnologia

surgiu a quase 80 anos na Alemanha e ela consiste em substituir um processo de

poucos passes, pesados e lentos por muitos passes leves e com altas velocidades

de corte. As áreas que mais utilizam esse tipo de usinagem é a de moldes e

matrizes, aeroespacial e automotiva.

Nos dias atuais só é possível aplicar altas velocidades de corte devido à

grande evolução das ferramentas de corte e pela elevada tecnologia empregada nos

centros de usinagem permitindo que os mesmos operem sem desgaste excessivo

em altas velocidades. Esta evolução acontece devido a necessidades do mercado

de produtos industriais que é muito diversificada e o ciclo de vida destes produtos e

cada vez mais curto. Com isso a indústria busca técnicas de fabricação dada vez

mais ágeis fabricando somente o produto solicitado e na quantidade necessária, de

acordo com a demanda. A usinagem altamente eficiente é a chave para a obtenção

de resultados bem sucedidos do sistema de manufatura ágil, com melhoria da

flexibilidade até seu limite sem reduzir a produtividade (Oliveira 2003).

Algumas vantagens da Usinagem HSM é o aumento considerável de volume

de material removido com conseqüente redução nos tempos de processo, redução

das forças de usinagem, ótima qualidade superficial, usinagem de materiais

endurecidos entre outras. A usinagem em elevadas velocidades de corte gera altas

temperaturas na região do corte reduzindo assim o tempo de vida útil da ferramenta

(Woods et al., 2003).

Para que a usinagem possa ser considerada HSM, é necessário empregar

uma velocidade de corte na faixa de 5 a 10 vezes maior que a velocidade normal de

trabalho dependendo do par peça ferramenta. Para tanto a faixa de rotação utilizada

para obtermos estas altas velocidades fica em torno de 15.000 a 40.000 rotações

por minuto. Essa utilização de altíssimas velocidades de corte oferece um conjunto

de vantagens técnicas e econômicas em vários campos de aplicação (Souza, 2005).

3

Este método de usinagem atualmente e bastante empregado na fabricação de

moldes e matrizes. Neste caso a usinagem HSM possui varias vantagens como a

flexibilização da produção. Tradicionalmente, a produção de moldes e matrizes

envolve a usinagem convencional, com o material no estado normal, seguido de

tratamento térmico, utilização do processo de eletro-erosão e, por fim, realização de

acabamento e polimento manual. Atualmente o processo HSM permite a usinagem

dos componentes diretamente em material endurecido eliminando as operações de

eletro-erosão e do polimento manual. O resultado destas melhorias que o processo

HSM proporciona na usinagem de moldes é um menor tempo de ciclo de produção,

eliminação de operações e conseqüentemente a queda no custo de fabricação da

peça (Capla, 2006).

Porém para aplicar o conceito de usinagem HSM na indústria, os parâmetros

de processo como, ferramentas, máquina-ferramenta, temperatura, parâmetros de

corte, qualidade superficial, vantagens e desvantagens do processo devem ser mais

bem compreendidos. Com isso este trabalho será focado no estudo dos parâmetros

e ferramentas adequadas para aplicação prática do processo de usinagem HSM.

4

2. Usinagem a Altas Velocidades x Convencional

Nas últimas décadas a indústria tem vindo a enfrentar uma forte concorrência

emergente das novas regiões competitivas. Este concorrência mudou o ambiente

empresarial, portanto, a adoção de novas posições estratégicas e novos modelos de

negócios parece ser essencial para lidar com essas novas ameaças competitivas.

Em especial, em certos nichos de mercado, customização e pequenos ciclos vida 

acabaram empurrando a usinagem convencional forçando as empresas 

para o desenvolvimento de usinagem adequado para a produção de pequenos

volumes de peças (Ribero et al, 2009)

Caracterizado pela remoção de material este processo e responsável por

aproximadamente 65% de um custo de um molde. Já a matéria prima envolvida, no

caso o aço corresponde a aproximadamente 20%. O restante do custo se divide

entre montagem e o tratamento térmico. Material e usinagem estão diretamente

relacionados, pois as características de um implicam nos parâmetros do outro. Alem

disto, estes parâmetros, em parte, determinam as características do produto final, ou

seja, o molde. (Oliveira, 2006)

Figura 1. – Peso das etapas no tempo global de produção (SANDVIK, 1999)

Atualmente para a fabricação de moldes e matrizes é utilizada a tecnologia de

usinagem HSM (High Speed Machining), pois esta pode produzir superfícies com

melhor qualidade. Este acabamento é melhor porque os esforços que a matéria-

prima sofre devido à usinagem são menores se comparados ao processo

convencional a profundidade e a largura de corte são quase sempre maiores. O

objetivo é manter o acabamento manual em níveis bem reduzidos ou ate mesmo 5

eliminá-los. Com isto, podem-se reduzir as imperfeições geradas por essa operação

aumentando-se assim a qualidade da peça. No entanto, essa melhoria na qualidade

só esta se tornando possível, porque as ferramentas de corte, máquinas de

usinagem (CNC) e programas computacionais estão sendo aperfeiçoados. Este

aprimoramento faz com que a usinagem HSM seja economicamente viável, pois se

pode aumentar o numero de passes laterais de um molde, sem que haja perdas de

tempo de ciclo de usinagem, alem é claro, das vantagens de se produzir um produto

com uma qualidade diferenciada (Oliveira, 2007).

Os Benefícios da usinagem HSM incluem redução do custo/tempo do

processo, através da eliminação de vários processos, incluindo o de acabamento

manual. Observa-se também melhorias na qualidade decorrente de uma melhor

precisão dimensional do componente, redução da rugosidade superficial e a

eliminação da distorção devido ao tratamento térmico (Woods et al, 2003).

a) Processo inicial: (1) blank macio, (2) desbaste, (3) semi-acabamento, (4)

tratamento térmico, (5) eletroerosão, (6) acabamento das regiões de fácil

acessibilidade, (7) acabamento manual.

b) Opção para o processo 1: onde a etapa de eletroerosão foi substituída pelo

acabamento da cavidade com HSM, assim sendo reduzindo uma etapa do processo.

c) Opção para o processo 2: (1) blank já recebeu o tratamento térmico e está com

dureza final de utilização, (2) desbaste, (3) semi-acabamento, (4) acabamento final,

todos realizados com uma única fixação, (5) acabamento manual reduzido ou

mesmo eliminado.

Figura 2 – Racionalização do Processo de Fabricação de uma Matriz

(SANDVIK, 1999)

6

A principal contribuição na usinagem em altas velocidades está no fato de

poder trabalhar com velocidades de corte de cinco a dez vezes maiores, se

comparado ao processo convencional e utilizar profundidades de cortes menores

que as utilizadas nos processos tradicionais diferenciada obtendo maior precisão ao

usinado, pois se reduz consideravelmente os processos de acabamento manuais,

posteriores ao processo de usinagem (Oliveira, 2007). Observa-se na figura 3,

Figura 3 – Faixas de velocidades de corte para diferentes materiais (SCHULZ, 1996)

a faixa de valores que se convencionou chamar de usinagem em altas velocidades,

relacionado ao material a ser usinado. Segundo MÜLLER e SOTO, a velocidade de

corte também está relacionada a cada aplicação específica conforme demonstra do

na Figura 4.

Figura 4 – Velocidades de corte convencional e HSC (MULLER & SOTO, 1999)

7

A velocidade de corte para HSC em operações de fresamento está na faixa

de dez vezes superior às velocidades convencionais de usinagem, de acordo com o

material a ser usinado. A aceleração para movimentação e posicionamento dos

eixos da máquina ferramenta, também é um fator importante a ser considerado,

principalmente na usinagem de formas complexas. Máquinas que trabalham com

altas acelerações, podem obter um ganho significativo frente às máquinas

convencionais. As máquinas-ferramenta na faixa de transição para HSC, atualmente

podem trabalhar com acelerações da ordem de 10 m/s, e máquinas HSC de

laboratório com motores lineares, trabalham hoje com acelerações da ordem de 30

m/s.

8

3. Parâmetros que influenciam a Usinagem HSM

3.1 Parâmetros de corte

Atualmente podem-se encontrar eixos-árvore com freqüência de eixos-árvore

com freqüência de rotação de até 100.000 RPM, embora seja mais comum a faixa

de 15.000 à 40.000 RPM. (Souza, 2005).

Embora possa ser utilizada em operações de desbaste, a sua aplicação é

principalmente indicada para semi-acabamento e acabamento. Inicialmente pode

parecer estranho falar em um processo de alta produtividade com avanços por gume

(Fz até 0,25mm) e profundidade de corte (ap entre 0,01 a 0,5 mm) tão reduzidas,

porem devido às altas velocidades de corte, é possível atingir velocidades de avanço

de até 30 metros por minuto.

3.2 Temperatura

Segundo os estudos iniciados por Salomon (1931), após uma determinada

velocidade de corte, as temperaturas de usinagem começavam a decrescer, ou seja,

com o aumento da velocidade de avanço, espessuras pequenas e altas taxas de

remoção, levaram a minimização do aquecimento da peça, pois uma grande parcela

do calor gerado durante o processo de corte e dissipada juntamente com o cavaco.

Sabe-se de fato, que a temperatura na aresta de corte tende a diminuir em

certos níveis de velocidade de corte, níveis estes bem superiores aos processos

convencionais, este fenômeno ocorre com maior intensidade em ligas de alumínio e

metais não ferrosos e com menor intensidade em aços e ferros fundidos, em

processos de corte interrompido conforme observado na figura abaixo.

9

Figura 5 – Temperatura versus velocidade de corte (SCHUTZER e SCHULZ, 2003)

A formação do cavaco também é diferente no processo de corte com altas

velocidades, tendendo a uma forma de cavaco mais segmentada do que no

processo convencional, mas este fato também não apresenta diferenças na pressão

de corte que pudessem levar a uma menor temperatura na aresta de corte da

ferramenta, (OLIVEIRA, 2003).

3.3 Ferramenta

De acordo com OLIVEIRA (2003), SANDVIK (1999), SCHULZ (1997),

SCHUTZER E SCHULZ (2003), com o aumento da velocidade de corte, pode-se ter

um aumento no volume de material removido, uma redução das forças de corte, e a

melhoria na qualidade superficial. Porem, um fator negativo que o processo

apresenta é uma redução da vida útil da ferramenta de corte.

O processo de desgaste de uma ferramenta de corte tem como um dos

fatores de influência o calor no processo de corte, o qual é gerado diretamente na

aresta de corte na região de contato ferramenta-peça.

10

Uma boa parte da energia despendida no trabalho realizado pela ferramenta

ao cortar o material é transformada em calor que por sua vez, tende a ser removido

pelos cavacos em aproximadamente 80 %. Os 20% restantes vão para a peça, a

ferramenta e o fluido de corte. A temperatura na região de contato ferramenta-peça

pode atingir 1400°C, sendo este o fator predominante para o referido desgaste da

ferramenta, (OLIVEIRA, 2003).

A teoria do processo de formação de cavacos mostra que a força necessária

é uma grandeza que depende da secção do material a ser removido e da pressão

específica de corte. Sem entrar na questão de quanto o valor da pressão específica

de corte difere na usinagem HSC em comparação a usinagem convencional, tem-se

que quanto maior for à secção de material removida pela ferramenta no processo de

corte, maior será a sua força de corte, maior o trabalho realizado e maior a energia

despendida gerando por sua vez uma maior quantidade de calor.

Na usinagem em altas velocidades a ferramenta se desloca de forma muito

rápida, porém removendo pequenas porções de material em cada passe realizado.

Tem-se assim, altos valores de velocidade de corte e de avanço, porém baixos

valores de profundidade de corte radiais e axiais, bem como baixas espessuras

médias de cavaco. Desta forma, tem-se uma situação em que com altas velocidades

de corte existe uma tendência de aumento do calor gerado, com pequenos valores

de profundidade de corte e avanço existe uma tendência à redução do calor gerado,

levando a um nível térmico suportável pela aresta de corte da ferramenta. Isto

explica por que até mesmo ferramentas usadas em processos convencionais podem

ser utilizadas em HSC com bons resultados, (OLIVEIRA, 2003).

De fato, não se pode esperar que um processo HSC possa remover altas

profundidades de corte em aços endurecidos. A aresta de corte não suportaria

valores altos de pressão e calor gerados em tal situação. Altas remoções em

usinagem HSC são possíveis em ligas de alumínio, alguns metais não-ferrosos e

parcialmente em ferros fundidos, todos sem endurecimento. De uma forma não

produtiva, aços temperados com durezas de até 63 HRC são usinados com

ferramentas de metal duro já há muito tempo, o que não existia até alguns anos

atrás eram máquinas-ferramentas capazes de altas velocidades de avanço

Deve se observar que, em um processo de usinagem, não somente o calor e

11

a abrasão geram desgaste da ferramenta, mas também outros fatores iniciam,

influenciam e intensificam o desgaste. No processo de fresamento, o sentido de

corte da ferramenta é outro ponto importante para o desgaste, trabalhando-se no

sentindo concordante, a ferramenta se beneficia da maior espessura de cavaco no

início do corte e não sofre tensões de tração quando sai do material. Ferramentas de

metal duro e outros materiais, como o PCBN, cerâmicas e diamante, não possuem

altas resistências a tensões de tração e tendem a apresentar micro lascas quando

submetidas a estes processos de usinagem, (OLIVEIRA, 2003)

A ocorrência de vibrações durante a usinagem também pode causar danos à

ferramenta, podendo ocasionar micro-lascas e gerar uma quebra da aresta de corte.

As vibrações são comuns na usinagem de moldes e matrizes, nos quais o

comprimento da ferramenta muitas vezes precisa ser longo para atingir a

profundidade do perfil usinado. Controlar a flexão da ferramenta, através da

otimização do sistema de fixação, estratégias de corte e sobremetal removido são

ações que além de melhorar a vida da ferramenta ainda garantem uma boa

qualidade dimensional e superficial na peça usinada, (OLIVEIRA, 2003).

De um modo geral, a usinagem HSC se caracteriza por um aumento no

volume de material removido, redução das forças de corte na usinagem, melhor

qualidade da superfície usinada e redução da vida útil da ferramenta de corte em

função do aumento da velocidade de corte, conforme se pode observar na figura 6

(SCHULZ, 1996).

Figura 6– Comportamento do processo HSC (SCHULZ, H. 1996)

12

4. Vantagens e desvantagens do processo HSM

4.1 Vantagens econômicas

Conforme NOVASKI & CORRÊA (1998) dentre as principais vantagens econômicas

proporcionadas pelo uso da HSC destacam-se as seguintes:

Aumento na produtividade;

Redução dos custos do processo de fabricação, custos de fabricação

reduzidos devido a ciclos totais mais rápidos;

Maior flexibilidade na alocação de mão de obra;

Maior flexibilidade comercial, pois pedidos complexos podem ser atendidos

em menor espaço de tempo.

4.2 Vantagens Tecnológicas

Aumento da qualidade superficial, o que elimina muitos trabalhos posteriores;

Melhoria nos mecanismo de formação de cavaco;

Melhoria da exatidão dimensional;

Diminuição das forças de corte proporcional ao aumento das velocidades de

corte;

Usinagem sem vibrações, pois as oscilações induzidas pelo corte da

ferramenta são de alta freqüência;

Melhoria na dissipação do calor do processo, pois a maior parte da energia

térmica gerada se concentra no cavaco, o que proporciona menor

aquecimento da peça, especialmente no fresamento;

Altas taxas de remoção de material;

Baixos tempos inativos.

No entanto a maior economia alcançada com a utilização de máquinas-

ferramenta com alta velocidade, em comparação com máquinas

convencionais, é a forte influência da escolha adequada da tecnologia de

corte, dos avanços, das ferramentas e principalmente da estabilidade do

processo.

13

4.3 Desvantagens

De acordo com o comentário de SCHULZ (1997), KIRSCHNIK (1997) e

SCHULZ & WURZ (1997) também existem desvantagens que precisam ser

consideradas, tais como:

Alto nível de desgaste da ferramenta de corte;

Maior custo tanto para máquinas-ferramenta e ferramentas de corte;

Necessidade de alta precisão do balanceamento do ferramental;

Necessidade de fuso de alta velocidade, os quais são excessivamente caros e

possuem baixa durabilidade, em torno de 5000 à 10000 hora na máxima

velocidade de rotação.

Necessidade de sistemas de controle especiais;

Necessidade de otimização adequada dos parâmetros tecnológicos, os quais

ainda não são totalmente dominados.

Devemos ressaltar que tais desvantagens devem-se ao fato de que HSC é

uma tecnologia em desenvolvimento, e com os novos estudos em andamento

permitiram a adequada otimização desta tecnologia.

Figura 7 – Tecnologias relacionadas ao processo HSC (SCHULZ, 2001).

14

5. Fatores que influenciam o acabamento final de usinagem.

A natureza da superfície é conseqüência direta do processo de fabricação a

que foi submetida, sendo este o responsável por alterações que afetam as

propriedades do material. Segundo Gaspar et al (5): “existem muitos fatores,

associados às condições de usinagem, que influenciam a textura da superfície em

operações de acabamento.” Dentre estes fatores, destacam-se o tipo e a geometria

da ferramenta de corte, além da situação de contato entre a ferramenta e a peça.

(ZEILMANN et. al., 2006)

A qualidade da superfície usinada pode ser analisada principalmente através

da exatidão dimensional e de forma, rugosidade e integridade superficial.

Exatidão dimensional e de forma - Excluindo as tolerâncias envolvidas na

cadeia CAD/CAM para o modelamento de produtos e geração de programas CNC, a

exatidão de forma de um modelo usinado está relacionada às condições de

usinagem, envolvendo deflexões da ferramenta de corte, vibrações durante o

processo de usinagem e desvios de trajetória causados pela inércia de

movimentação dos eixos, agravando-se quando se trabalha com altas acelerações e

velocidades de avanço.

Ferramentas de ponta esférica são muito utilizadas na usinagem de

superfícies complexas e cavidades, a rugosidade superficial teórica é dada em

função do valor de passo radial, e do avanço por aresta de corte, conforme

(CEBALO, 1999).

Figura 8 – Altura da crista (SOUZA, 2001)

15

Esta sobra de material é conhecida como Altura de Crista (Ac) e está

relacionada com a espessura de corte (ae), com a profundidade de corte (ap) e com

o valor do raio da ferramenta.

Figura 9 – Representação trigonométrica para calculo da altura da crista (SOUZA,

2001)

O segundo fator que influencia na rugosidade teórica da superfície usinada

esta relacionada com o valor de avanço por aresta de corte (ad). O avanço por

aresta é inversamente proporcional à qualidade de acabamento após a usinagem.

(CEBALO, 1999):

Para se atingir um grau de acabamento relativamente alto, em muitos casos é

torna-se vantajoso igualar o avanço por aresta (ad) ao passo radial (ae), com a

utilização destes parâmetros pode-se obter (CEBALO, 1999):

Acabamento superficial muito liso em todas as direções;

Tempo de usinagem curto e competitivo;

Textura superficial simétrica, muito fácil de ser polida;

Aumento da precisão e resistência mecânica da superfície proporciona uma

vida útil maior para a matriz ou molde;

A figura 10 ilustra a rugosidade teórica, em função do avanço por dente (fz) e

da espessura de penetração (ae), onde a Figura a - representa o valor de espessura

de penetração (ae) maior que o avanço por dente (fz), a figura b - ilustra a espessura

de penetração (ae) com valor igual ao avanço por dente (fz).

16

Figura 10 – Rugosidade de uma peça plana após a usinagem (SANDVIK, 1999)

A variação na inclinação da superfície fresada é decisiva para a rugosidade

Ra, pois, em geral, quanto menor foi o ângulo de posição da ferramenta maior a

rugosidade obtida, independentemente do balanço de fresa. A área mais crítica, para

fresas esférica é a parte central onde a velocidade de corte é zero, ocasionando

amassamento de material que ocorre com maior intensidade em planos com

inclinações menores, o que é muito desvantajoso para o processo de corte. Sendo

assim, a formação de cavacos no centro também é mais crítica e seu escoamento

dificultado devido ao pequeno espaço do bolsão de cavacos. Isso pode indicar que

menores valores de rugosidade são obtidos com altos valores de velocidade de corte

e ângulos de saída positivos. (CAPLA, 2006).

A correta utilização dos parâmetros de corte é outro fator que influencia a

textura da superfície. De acordo com Saï et al (7), a profundidade axial de corte (ap)

apresenta pequena influência nas características das superfícies e, pequenos

valores de avanço por gume (fz) melhoram a qualidade superficial (ZEILMANN et al

2006).

Observa-se também, que a rugosidade superficial aumenta com o desgaste

ferramenta, portanto em muitas aplicações ao invés de usar como parâmetro de fim

de vida de ferramenta o VB máximo utiliza-se a rugosidade superficial pré definida

para a aplicação como critério de fim de vida da ferramenta (KOSHYA, 2002).

17

5.1. Integridade da superfície

Tradicionalmente, a topografia da superfície usinada tem sido aceita como

critério que controla sua qualidade. É amplamente aceito o relacionamento direto

entre a rugosidade e a resistência à fadiga, capacidade de sustenção, coeficiente de

transmissão de calor e resistência ao desgaste. Entretanto, a topografia é apenas

parte da consideração. As alterações provocadas pela usinagem que ocorrem abaixo

da superfície, figura 11, também possuem um peso fundamental sobre o

desempenho funcional dos componentes usinados (GRIFFITHS, 2001)

Figura 11 – Efeitos da usinagem na integridade da superfície (BETHKE, 1992)

Quase todo o trabalho mecânico na usinagem é convertido em calor. São três

as regiões geradoras de calor: zona primária, secundária e terciária. A zona primária,

onde ocorre à deformação e a separação do cavaco, é a principal geradora de calor,

seguida pela zona secundária, devido ao atrito do cavaco com a superfície de saída

do cavaco e, por último, a zona terciária, devido às deformações da peça e seu atrito

contra a superfície de folga da ferramenta. A parcela de calor dissipado para o

cavaco, peça e ferramenta varia conforme os parâmetros de usinagem, material de

peça e ferramenta. Portanto, com um processo que opera em altas velocidades de

corte se consegue transferir a maior parte do calor para o cavaco, minimizando

assim os impactos na zona termicamente afetada pelo calor melhorando a qualidade

superficial do componente usinado. (DINIZ ET al., 2000 KÖENIG, 1981; MACHADO

18

e DA SILVA, 2004)

Figura 12 – A) Distribuição da dissipação da energia de corte com a velocidade de

corte B) Distribuição típica da temperatura na ferramenta de metal duro (DINIZ et al,

2000)

19

6. Estudo das Ferramentas de Corte para o Processo HSM.

Segundo pesquisa realizada em Birmingham envolveu testes com vários

materiais de ferramentas e geometrias para identificar qual o melhor ferramental

para aplicações em aços endurecidos para matrizes como, por exemplo, o aço

ferramenta para trabalhos a quente cuja dureza é de ±50HRC. Os testes permitiram

que se estabelecesse um banco de dados de usinabilidade para uma gama de

parâmetros de corte, foram analisados e medidos as forcas de corte, desgaste da

ferramenta e temperaturas na interface ferramenta/peça para que se

compreendessem os processos que ocorreriam nas ferramentas.

Testes foram realizados com fresas interiças de metal duro sem cobertura e

com cobertura de TiN e Ti(CN) de 6mm de diâmetro, testadas em varias condições:

sem refrigeração, usando lubrificação por nevoa (spray) e com refrigeração (27bar,

60 litros/min). Os parâmetros de usinagem selecionados foram: velocidades de corte

de 100 e 200m/mm (vel. Rotacionais de 9597 rpm e 19195 rpm), profundidade de

corte axial de 0,5mm e avanço de 0,1 mm/dente. Os testes foram realizados com

fresamento tanto concordante como discordante com a peça fixada na horizontal.

Os testes indicaram que as ferramentas sem cobertura não são apropriadas

para essa aplicação, enquanto as revestidas com Ti(CN) oferecem a melhor

performance. Com velocidades de corte mais altas, em geral o uso da refrigeração

resultou em uma vida maior que a usinagem sem refrigeração, mas a baixas

velocidades a usinagem sem refrigeração foi mais bem sucedida. A rugosidade

superficial da peça deteriorou durante o processamento de cada teste, porem foi

50% menor na usinagem com velocidades de corte mais altas. (DEWES et al., 2000)

Testes mostraram qual era o desgaste Vb de uma ferramenta com topo

esférico e revestimento quando esta usina um aço H13. O experimento foi realizado

em um centro de usinagem high speed marca MIKRON modelo VCP800, a

ferramenta escolhida tinha Ø6mm, 2 gumes cortantes, era da classe P10/M10, além

de ter topo esférico tinha um raio de gume de 0,05mm e era revestida de TiAlN. O

corpo de prova era de aço H13 com 52 a 54 HRC e estava a 45ºem relação à mesa

da máquina, os parâmetros usados no experimento são: Ve=326, Ap=0,15, Ae=0,20

20

e Fz=0,15, o critério de fim de vida era quando o Vb fosse igual a: 0,2mm. Nesse

experimento observou-se que na primeira meia hora há um desgaste acentuado do

gume, pois ele está na fase de ajuste do desgaste e que também depois de 90

minutos a ferramenta voltou a ter um aumento significativo do desgaste. O Vb

máximo foi alcançado com 150 minutos de teste. Durante a operação a ferramenta

sobre desgaste de abrasão, adesão e também micro-lascamentos, este último

devido a impactos que a ferramenta sofre e devido algumas inclusões no material

(ZEILMANN et al 2006).

21

7. Conclusão

A usinagem HSM tem como conseqüência um aumento da produtividade, pois

trabalha com velocidade de corte elevada, reduzindo assim o tempo de ciclo do

componente a ser usinado, bem como a redução de algumas etapas de processo

diminuindo consideravelmente o tempo de produção. Outra vantagem é a melhora

significativa da qualidade superficial concedendo maior vida útil aos componentes

usinados. Como exemplo observa-se um aumento de vida útil de moldes e matrizes

de cerca de 10 vezes quando fabricadas com processo HSM. Como o processo

opera com altas velocidades de corte o fluxo de calor e direcionado para o cavaco,

reduzindo os efeitos do calor proveniente do corte no componente usinado.

Algumas desvantagens, como o elevado custo de manutenção da máquina-

ferramenta é um impeditivo para a aplicação em larga escala do processo HSM

restringindo-se apenas para condições especificas. Com isso, conclui-se que se faz

necessário um bom planejamento e pessoas que dominem os parâmetros do

processo HSM, antes de realizar investimentos para sua aplicação na indústria.

22

8. Referencias bibliográficas:

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