Introdução à usinabilidade, fatores de influência, melhoria e medição

A facilidade de cortar metal com uma ferramenta de corte é chamada de usinabilidade. No entanto, é difícil quantificar essa característica devido aos diversos fatores que determinam a usinabilidade dos metais. Este artigo apresenta os fundamentos da usinabilidade:o que é, fatores que influenciam a usinabilidade, tabela de usinabilidade do metal, como melhorar a usinabilidade e como medir a usinabilidade.

O que é usinabilidade?

A usinabilidade é uma medida de quão fácil é cortar um material com uma ferramenta de corte, ou quão fácil é cortar metal. Define a facilidade com que um material (principalmente metal) pode ser cortado ou moldado, proporcionando um acabamento superficial satisfatório. Materiais com boa usinabilidade requerem muito pouca potência de corte, produzindo um acabamento superficial liso e minimizando o desgaste da ferramenta. Em contraste, materiais menos usináveis ​​exigem forças de corte mais altas, têm acabamento superficial ruim e ferramentas de desgaste. Portanto, materiais com baixa usinabilidade são mais caros para processar.

O American Iron and Steel Institute (AISI) estabeleceu uma classificação de usinabilidade de 100% em relação à usinabilidade do aço 160 Brinell B1112 para vários materiais. Metais com usinabilidade mais alta que B1112 são classificados acima de 100%, enquanto metais com menos usinabilidade são classificados abaixo de 100%. A classificação de usinabilidade é determinada pela medição da média ponderada da velocidade normal de corte, acabamento superficial e vida útil da ferramenta para cada material.

Tabela de usinabilidade de metal

(Fonte de:https://www.cnclathing.com/guide/cnc-machining-material-machinability-chart-machinability-of-metals-and-plastics-cnclathing)

Fatores que afetam a usinabilidade do metal

1) Fatores relacionados às características da peça

Dureza do metal:

Se o metal for duro, requer mais consumo de energia e gera alta temperatura. Portanto, pode ocorrer desgaste da ferramenta, resultando em baixa usinabilidade.

Composição química:

Ao usinar metais puros, as forças de corte e o desgaste da ferramenta são muito altos. No entanto, se pequenas quantidades de carbono, manganês, chumbo, enxofre e fósforo forem adicionadas ao aço, a usinabilidade pode ser melhorada. A produtividade e o acabamento da superfície também são melhorados.

Aços de baixo carbono contendo 0,01% a 0,15% de carbono apresentam baixa usinabilidade devido à sua alta ductilidade e tenacidade.

Se o teor de carbono for maior (ou seja, de 0,25% a 0,3%), apresenta boa usinabilidade.

A adição de 1% de manganês e 0,15% de fósforo melhora a usinabilidade dos metais.

Se enxofre e fósforo estiverem presentes no metal, os cavacos de usinagem tendem a quebrar devido à fragilidade.

No entanto, alguns metais adicionados ao aço, como silício, níquel, cromo, vanádio e molibdênio, têm um efeito prejudicial na usinabilidade.

Microestrutura:

Os metais apresentarão baixa usinabilidade se contiverem inclusões abrasivas e uma estrutura não uniforme, grãos grandes e distorcidos.

Manuseio de Metais:

O aço trabalhado a frio apresenta melhor usinabilidade porque aumenta a vida útil da ferramenta e pode ser usinado em altas velocidades de corte.

A usinabilidade de aços de alto carbono pode ser melhorada por trabalho a quente.

Vários tratamentos térmicos, como normalização, recozimento, têmpera, etc., ajudam a melhorar a usinabilidade.

2) Fatores relacionados à ferramenta

Os vários fatores relacionados à ferramenta de corte que afetam a usinabilidade do metal estão listados abaixo.

Material da ferramenta

Geometria da ferramenta

natureza cortante

Rigidez da ferramenta

3) Fatores relacionados às condições de corte

Vários fatores relacionados às condições de corte que afetam a usinabilidade do metal estão listados abaixo.

velocidade de corte

Avanço e profundidade de corte

temperatura de corte

fluido de corte

4) Fatores relacionados às máquinas

As máquinas-ferramentas usadas para operações de usinagem devem ser rígidas e fortes para melhor usinabilidade da peça.

Melhorando a usinabilidade de materiais

Embora os metais tenham propriedades físicas fixas, o estado de uma peça de trabalho pode ser alterado para facilitar a usinagem. Aditivos também podem ser adicionados à liga para melhorar a usinabilidade.

Aditivos:Uma forma de melhorar a usinabilidade de um determinado material é adicionar elementos de outros materiais para torná-los mais fáceis de cortar. Por exemplo, ao usinar aço, adicionar chumbo e enxofre pode facilitar o corte da peça.

Tratamento térmico:Os metais são frequentemente aquecidos e resfriados para alterar suas propriedades. O tratamento térmico reduz a dureza do metal, facilitando o trabalho. Por exemplo, o recozimento de ligas à base de níquel pode melhorar a usinabilidade.

Fatores externos:Facilite a usinagem sem realmente alterar o material da peça. Por exemplo, ajustar o material da ferramenta, velocidade de corte, ângulo de corte, condições de operação e outros parâmetros facilita o corte de materiais difíceis de usinar.

Medição de usinabilidade

Como existem muitos fatores diferentes que afetam a usinabilidade de um material, a usinabilidade pode ser considerada um conceito vago e difícil de quantificar.

No entanto, engenheiros e cientistas de materiais tentam medir a usinabilidade por meio de métricas como consumo de energia (quanta energia é necessária para cortar o material), vida útil da ferramenta de corte (a rapidez com que a ferramenta se desgasta ao cortar o material) e acabamento superficial (o resultado lisura do material cortado).

Consumo de energia:A usinabilidade pode ser avaliada pela força necessária para cortar o material, medida usando métricas de energia padrão.

Vida útil da ferramenta de corte:A usinabilidade pode ser avaliada calculando quanto tempo a ferramenta durará enquanto corta um determinado material.

Acabamento da superfície:A usinabilidade pode ser avaliada observando o grau de aresta postiça que se desenvolve durante a usinagem, materiais altamente usináveis ​​não desenvolvem aresta postiça.