As pastilhas de metal duro são amplamente utilizadas na indústria metalúrgica para diversas operações de usinagem, como torneamento, fresamento, furação e mandrilamento. As pastilhas de metal duro oferecem desempenho, produtividade e vida útil da ferramenta superiores em comparação com outros materiais de corte, como aço rápido (HSS) ou ferramentas de metal duro soldadas. No entanto, nem todas as pastilhas de metal duro são criadas iguais. Há muitos fatores a serem considerados ao selecionar a pastilha de metal duro certa para sua aplicação de usinagem específica, como:

  • O material da peça e sua usinabilidade
  • A velocidade de corte, taxa de avanço e profundidade de corte
  • A geometria da ferramenta, como forma, tamanho, preparação da aresta e raio da ponta
  • O tipo e espessura do revestimento
  • O porta-ferramentas e sistema de fixação

Nesta postagem do blog, discutiremos alguns dos principais aspectos da seleção de pastilhas de metal duro e forneceremos algumas dicas e recomendações para ajudá-lo a otimizar seus resultados de usinagem.

Material da peça e usinabilidade

O primeiro e mais importante fator a considerar ao escolher uma pastilha de metal duro é o material da peça e sua usinabilidade. Diferentes materiais têm propriedades diferentes, como dureza, tenacidade, abrasividade, condutividade térmica e reatividade química, que afetam os modos de desgaste e falha da ferramenta de corte. Por exemplo, o aço é geralmente mais duro e mais abrasivo que o alumínio, mas o alumínio tem maior condutividade térmica e menor afinidade química com o carboneto. Portanto, diferentes classes de metal duro e revestimentos são necessários para diferentes materiais para alcançar o melhor equilíbrio entre resistência ao desgaste e tenacidade.

A usinabilidade de um material é uma medida de quão fácil ou difícil é usinar com uma determinada ferramenta de corte. A usinabilidade depende de vários fatores, como composição do material, microestrutura, dureza, resistência, ductilidade e condição da superfície. A usinabilidade é frequentemente expressa como uma porcentagem ou uma classificação baseada em um material padrão, como aço de corte livre. Quanto maior a usinabilidade, mais fácil será usinar o material com alta velocidade de corte, avanço e profundidade de corte e maior será a vida útil da ferramenta.

Geralmente, a usinabilidade de um material diminui à medida que sua dureza e resistência aumentam e vice-versa. Porém, existem algumas exceções, como o ferro fundido, que apresenta alta dureza, mas também alta usinabilidade devido ao seu teor de grafite. Alguns materiais, como aço inoxidável, titânio e ligas à base de níquel, são classificados como materiais de difícil corte, pois apresentam baixa usinabilidade e alta tendência a causar desgaste e falhas na ferramenta. Esses materiais exigem classes e revestimentos especiais de metal duro que possam suportar altas temperaturas, pressões e reações químicas na aresta de corte.

Velocidade de corte, taxa de avanço e profundidade de corte

O segundo fator a considerar ao escolher uma pastilha de metal duro é a velocidade de corte, avanço e profundidade de corte. Estes são os principais parâmetros que determinam as condições de corte e a taxa de remoção de material em uma operação de usinagem. Eles também afetam a temperatura, a pressão e a tensão na aresta de corte e, portanto, o desgaste da ferramenta e os modos de falha.

A velocidade de corte é a velocidade linear da aresta de corte em relação à superfície da peça. Geralmente é expresso em metros por minuto (m/min) ou pés superficiais por minuto (sfm). A velocidade de corte depende do material da peça, do material da ferramenta, da geometria da ferramenta e do tipo de revestimento. Geralmente, quanto maior a velocidade de corte, maior a produtividade e menor a vida útil da ferramenta e vice-versa. Contudo, existe uma faixa ideal de velocidade de corte para cada combinação de material e ferramenta, onde a vida útil da ferramenta é maximizada e o desgaste da ferramenta é minimizado. Esta faixa ideal de velocidade de corte pode ser determinada através da realização de testes de corte ou consultando as recomendações do fabricante.

A taxa de avanço é a distância linear que a aresta de corte avança na peça de trabalho por rotação do fuso ou por dente da ferramenta. Geralmente é expresso em milímetros por revolução (mm/rot) ou polegadas por revolução (ipr) para torneamento, e em milímetros por dente (mm/dente) ou polegadas por dente (ipt) para fresamento. A taxa de avanço depende do material da peça, do material da ferramenta, da geometria da ferramenta e do tipo de revestimento. Geralmente, quanto maior a taxa de avanço, maior será a produtividade e a taxa de remoção de material, mas também maiores serão as forças de corte e o desgaste da ferramenta, e vice-versa. No entanto, existe uma faixa de avanço ideal para cada combinação de material e ferramenta, onde o acabamento superficial e a precisão dimensional são otimizados e o desgaste da ferramenta é minimizado. Esta faixa ideal de avanço pode ser determinada através da realização de testes de corte ou consultando as recomendações do fabricante.

A profundidade de corte é a distância perpendicular que a aresta de corte penetra na peça de trabalho. Geralmente é expresso em milímetros (mm) ou polegadas (pol.). A profundidade de corte depende do material da peça, do material da ferramenta, da geometria da ferramenta e do tipo de revestimento. Geralmente, quanto maior a profundidade de corte, maior a produtividade e a taxa de remoção de material, mas também maiores as forças de corte e o desgaste da ferramenta, e vice-versa. No entanto, existe uma faixa ideal de profundidade de corte para cada combinação de material e ferramenta, onde a vida útil e a estabilidade da ferramenta são maximizadas e o desgaste e a vibração da ferramenta são minimizados. Essa faixa ideal de profundidade de corte pode ser determinada através da realização de testes de corte ou consultando as recomendações do fabricante.

Geometria da ferramenta

O terceiro fator a considerar ao escolher uma pastilha de metal duro é a geometria da ferramenta, como formato, tamanho, preparação da aresta e raio da ponta. A geometria da ferramenta afeta o desempenho de corte, o acabamento superficial, a precisão dimensional e a vida útil da pastilha.

O formato da pastilha determina o número de arestas de corte, a formação de cavacos e o escoamento de cavacos. Existem vários formatos de pastilhas disponíveis, como triangular, quadrada, rômbica, redonda e irregular. Cada formato tem suas próprias vantagens e desvantagens, dependendo da operação de usinagem e da geometria da peça. Por exemplo, as pastilhas triangulares possuem três arestas de corte e podem ser usadas para operações de torneamento, canal e rosqueamento. Porém, possuem um pequeno ângulo de incidência e uma aresta de corte fraca, o que limita sua aplicação à usinagem leve e média. As pastilhas quadradas possuem quatro arestas de corte e podem ser usadas para operações de torneamento, fresamento e faceamento. No entanto, elas possuem um grande ângulo de incidência e uma aresta de corte robusta, o que as torna adequadas para usinagem pesada e interrompida.

O tamanho da pastilha determina a resistência, a estabilidade e as forças de corte da ferramenta. O tamanho da pastilha é geralmente expresso por dois parâmetros: o diâmetro do círculo inscrito (IC) e a espessura (T). O IC é o diâmetro do maior círculo que pode ser inscrito na forma da pastilha. O T é a distância entre as superfícies superior e inferior da pastilha. Geralmente, quanto maior o tamanho da pastilha, mais forte e estável é a ferramenta, mas também maiores são as forças de corte e o consumo de energia, e vice-versa. Portanto, o tamanho da pastilha deve ser selecionado de acordo com os requisitos de usinagem e as capacidades da máquina.

A preparação da aresta da pastilha determina a afiação, a resistência ao desgaste e a tenacidade da aresta de corte. A preparação da aresta é a modificação da geometria da aresta de corte por retificação, brunimento ou revestimento. Existem várias preparações de arestas disponíveis, como afiadas, afiadas, chanfradas e radiadas. Cada preparação de aresta tem suas próprias vantagens e desvantagens, dependendo do material da peça e das condições de corte. Por exemplo, arestas vivas têm baixas forças de corte e alto acabamento superficial, mas também baixa resistência ao desgaste e alta tendência a lascar ou fraturar. Arestas afiadas têm alta resistência ao desgaste e alta tenacidade, mas também altas forças de corte e baixo acabamento superficial. As arestas chanfradas têm um compromisso entre arestas vivas e afiadas, com forças de corte moderadas, resistência ao desgaste e acabamento superficial. As arestas radiadas têm uma transição suave entre as faces de saída e de flanco, o que reduz a concentração de tensão e aumenta a vida útil da ferramenta.

O raio da ponta da pastilha determina o acabamento superficial, a precisão dimensional e a vida útil da ferramenta. O raio da ponta é o raio do arco na ponta da pastilha. Geralmente, quanto maior o raio da ponta, melhor será o acabamento superficial e a precisão dimensional, mas também maiores serão as forças de corte e o desgaste da ferramenta, e vice-versa. Portanto, o raio da ponta da pastilha deve ser selecionado de acordo com o acabamento superficial e os requisitos de precisão dimensional da peça de trabalho.

Tipo e espessura de revestimento

O quarto fator a considerar ao escolher uma pastilha de metal duro é o tipo e a espessura do revestimento. O revestimento é uma fina camada de material duro e resistente ao desgaste que é aplicada na superfície do substrato de metal duro por métodos físicos ou químicos de deposição de vapor (PVD ou CVD). O revestimento melhora o desempenho e a vida útil da pastilha, proporcionando:

  • Maior dureza e resistência ao desgaste
  • Menor atrito e adesão
  • Maior estabilidade térmica e química
  • Maior resistência à oxidação e corrosão

Existem vários materiais de revestimento disponíveis, como carboneto de titânio (TiC), nitreto de titânio (TiN), carbonitreto de titânio (TiCN), óxido de alumínio (Al2O3) e carbono semelhante ao diamante (DLC). Cada material de revestimento tem suas próprias vantagens e desvantagens, dependendo do material da peça e das condições de corte. Por exemplo, o TiC possui alta dureza e resistência ao desgaste, mas também alta fragilidade e baixa estabilidade térmica. O TiN tem baixo atrito e adesão, mas também baixa dureza e resistência ao desgaste. TiCN tem um compromisso entre TiC e TiN, com dureza moderada, resistência ao desgaste, fricção e adesão. Al2O3 possui alta estabilidade térmica e química, mas também alto atrito e adesão. O DLC possui baixo atrito e adesão, mas também baixa estabilidade térmica e química.

A espessura do revestimento determina o equilíbrio entre a resistência ao desgaste e a tenacidade da pastilha. Geralmente, quanto mais espesso for o revestimento, maior será a resistência ao desgaste,