O que é "usinabilidade" e como ela é medida?

O processo de fabricação de usinagem é um meio versátil e eficaz de corte de metal e plástico. Ele pode criar detalhes muito finos com tolerâncias apertadas e é altamente econômico para fazer protótipos e pequenos lotes de peças.

No entanto, a usinagem não funciona igualmente bem para todos os materiais. Porque o processo usa uma poderosa ferramenta de corte rotativa para remover seções do material, o material deve ser macio o suficiente para permitir que a ferramenta de corte penetre - caso contrário, a própria ferramenta será danificada e a qualidade da peça será prejudicada. Muito macio, no entanto, o material se deformará de maneiras indesejáveis ​​ao entrar em contato com a ferramenta de corte, levando a peças empenadas e ineficazes.

A facilidade com que um metal pode ser cortado com uma ferramenta de corte é conhecida como usinabilidade . Mas como existem muitos fatores que determinam a usinabilidade de um metal, a característica é difícil de quantificar. Este artigo aborda os fundamentos da usinabilidade:o que é, quais materiais são mais usináveis, como a usinabilidade pode ser aumentada e como a usinabilidade é medida.

O que é usinabilidade?

A usinabilidade é uma medida da facilidade ou dificuldade com a qual um material pode ser cortado com uma ferramenta de corte . Um material que pode ser cortado com o mínimo de energia, sem causar deformação das áreas circundantes, é mais usinável do que aquele que exige mais esforço e causa mais deformação.

Na prática, o uso de materiais com boa usinabilidade oferece benefícios de curto e longo prazo . A curto prazo, o uso de materiais usináveis ​​pode levar a peças melhores com tolerâncias apertadas, deformação mínima e um bom acabamento superficial. Eles também podem ser feitos mais rapidamente do que peças feitas de materiais difíceis de usinar. A longo prazo, o uso de materiais usináveis ​​leva à redução do desgaste da ferramenta e maior vida útil da ferramenta , economizando dinheiro para as oficinas mecânicas.

Então, por que os maquinistas não usam apenas os materiais mais usináveis? O problema é que a usinabilidade geralmente vem à custa do desempenho do material , e vice versa. Materiais fortes são normalmente mais difíceis de cortar do que materiais fracos, então os engenheiros geralmente precisam fazer uma troca entre usinabilidade e desempenho.

A usinabilidade de um determinado material depende tanto das propriedades físicas científicas do grupo de materiais (de quais elementos ele consiste) e a condição do material de trabalho específico (como foi feito). As propriedades físicas de um material são fixas, mas a condição de uma peça pode variar muito.

As propriedades físicas incluem:

• Encruamento
• Expansão térmica
• Condutividade térmica
• Módulo de elasticidade

Os fatores de condição incluem:

• Microestrutura
• Tamanho do grão
• Tratamento térmico
• Dureza
• Resistência à tração

Materiais usináveis

Alumínio

Um dos materiais mais adequados para usinagem, o alumínio é relativamente barato e fabricado em várias ligas comuns. 6061 é a classe padrão para usinagem, embora ligas menos comuns como alumínio 2011 e 8280 são ainda mais usináveis, produzindo cavacos muito pequenos e um excelente acabamento superficial.

Aço

Os aços são normalmente mais difíceis de usinar do que as ligas de alumínio, mas os graus com teor moderado de carbono, como 303 aço inoxidável são os mais usináveis ​​(muito carbono torna o aço muito duro; muito pouco e torna-se gomoso). O uso de chumbo como aditivo pode tornar o aço mais usinável, melhorando a folga dos cavacos. O enxofre também pode aumentar a usinabilidade do aço.

Outros metais

Outros metais usináveis ​​incluem vários latão ligas, que são bastante macias, mas têm boa resistência à tração. Da mesma forma, cobre tem um bom nível de usinabilidade juntamente com características como condutividade elétrica.

Plásticos

Os termoplásticos podem ser difíceis de usinar, pois o calor gerado pela ferramenta de corte pode fazer com que o plástico derreta e grude na ferramenta. Com isso em mente, alguns dos melhores plásticos de usinagem incluem ABS , náilon , acrílico , e Delrin .

Melhorando a usinabilidade de materiais

Embora os metais tenham propriedades físicas fixas, a condição de uma peça de trabalho pode ser alterada para torná-la mais usinável. Aditivos também podem ser introduzidos em ligas para melhorar a usinabilidade.

• Aditivos: Uma forma de melhorar a usinabilidade de um determinado material é incorporar elementos de outros materiais que o tornem mais passível de corte. Ao usinar aço, por exemplo, a adição de chumbo e enxofre pode facilitar o corte da peça.
• Tratamento térmico: Os metais geralmente sofrem aquecimento e resfriamento para alterar suas propriedades, e o tratamento térmico pode reduzir a dureza de um metal para torná-lo mais fácil de usinar. O recozimento de ligas à base de níquel, por exemplo, pode melhorar a usinabilidade.
• Fatores externos :A usinagem pode ser facilitada sem realmente alterar o material da peça. Por exemplo, ajustar o material da ferramenta de corte, a velocidade de corte, o ângulo de corte, as condições de operação e outros parâmetros podem facilitar o corte de um material difícil de usinar.

Como a usinabilidade é medida

Como muitos fatores diferentes 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 tentaram 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 da superfície (resultante da suavidade do material cortado).

• Consumo de energia :a usinabilidade pode ser avaliada pelas forças necessárias para cortar o material, medidas usando métricas de energia padrão.
• Vida útil da ferramenta de corte :a usinabilidade pode ser avaliada pelo tempo de duração de uma ferramenta quando ela corta um determinado material.
• Acabamento da superfície :A usinabilidade pode ser avaliada observando o grau de aresta postiça produzida durante a usinagem; materiais altamente usináveis ​​não produzem uma aresta postiça.

Infelizmente, nenhum desses métodos é totalmente confiável, pois fatores independentes podem afetar o consumo de energia, o desgaste da ferramenta de corte e o acabamento da superfície.

O American Iron and Steel Institute (AISI) também criou um sistema de classificação de usinabilidade baseado em testes de torneamento. Essas classificações, expressas em porcentagem, são relativas à usinabilidade do aço 160 Brinell B1112 (selecionado arbitrariamente), que possui uma classificação de usinabilidade de 100%. Metais com maior grau de usinabilidade que B1112 possuem classificação acima de 100%, enquanto aqueles com pior usinabilidade possuem classificação abaixo de 100%.