Usinabilidade Explicada: Fatores-Chave, Técnicas de Melhoria e Medição

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

O que é Usinabilidade?

Usinabilidade mede quão fácil é cortar um material com ferramenta de corte, ou quão fácil é cortar metal. Define quão facilmente um material (principalmente metal) pode ser cortado ou moldado fornecendo acabamento superficial satisfatório. Materiais com boa usinabilidade requerem pouca potência para cortar, produzem acabamento liso e minimizam desgaste da ferramenta. Em contraste, materiais menos usináveis requerem forças de corte maiores, têm acabamento ruim e desgastam ferramentas. Portanto, materiais com baixa usinabilidade são mais caros para processar.

O Instituto Americano de Ferro e Aço (AISI) estabeleceu classificação de usinabilidade de 100% relativa à usinabilidade do aço B1112 de 160 Brinell para vários materiais. Metais com usinabilidade superior ao B1112 são classificados acima de 100%, enquanto metais com menor usinabilidade ficam abaixo de 100%. A classificação é determinada medindo a média ponderada de velocidade de corte normal, acabamento superficial e vida da ferramenta para cada material.

Tabela de Usinabilidade de Metais

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

Fatores que Afetam a Usinabilidade de Metais

1) Fatores Relacionados às Características da Peça

Dureza do Metal:

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

Composição Química:

Ao usinar metais puros, forças de corte e desgaste da ferramenta são muito altos. Porém, se pequenas quantidades de carbono, manganês, chumbo, enxofre e fósforo forem adicionadas ao aço, a usinabilidade melhora. Produtividade e acabamento também melhoram.

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

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

Adição de 1% manganês e 0,15% fósforo melhora usinabilidade.

Se enxofre e fósforo presentes, cavacos tendem a quebrar por fragilidade.

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

Microestrutura:

Metais apresentam baixa usinabilidade se contêm inclusões abrasivas e estrutura não uniforme, grãos grandes e distorcidos.

Tratamento dos Metais:

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

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

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

2) Fatores Relacionados à Ferramenta

Fatores relacionados à ferramenta de corte que afetam usinabilidade:

• Material da ferramenta
• Geometria da ferramenta
• Natureza do corte
• Rigidez da ferramenta

3) Fatores Relacionados às Condições de Corte

Fatores relacionados às condições de corte:

• Velocidade de corte
• Avanço e profundidade de corte
• Temperatura de corte
• Fluido de corte

4) Fatores Relacionados às Máquinas

Máquinas-ferramenta para usinagem devem ser rígidas e resistentes para melhor usinabilidade da peça.

Melhorando a Usinabilidade dos Materiais

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

Aditivos: Uma forma de melhorar usinabilidade é adicionar elementos de outros materiais para facilitar corte. Exemplo: ao usinar aço, adição de chumbo e enxofre torna peça mais fácil de cortar.

Tratamento Térmico: Metais são aquecidos e resfriados para alterar propriedades. Tratamento térmico reduz dureza, facilitando trabalho. Exemplo: recozimento de ligas à base de níquel melhora usinabilidade.

Fatores Externos: Facilita usinagem sem alterar material da peça. Exemplo: ajustar material da ferramenta, velocidade de corte, ângulo de corte, condições operacionais e outros parâmetros torna mais fácil cortar materiais difíceis.

Medição da Usinabilidade

Devido aos muitos fatores que afetam usinabilidade, pode ser considerado conceito vago difícil de quantificar.

No entanto, engenheiros e cientistas de materiais tentam medir através de métricas como consumo de energia (energia para cortar material), vida da ferramenta de corte (quão rápido ferramenta desgasta ao cortar material) e acabamento superficial (suavidade resultante do material cortado).

Consumo de energia: Usinabilidade avaliada pela força necessária para cortar material, medida com métricas energéticas padrão.

Vida da Ferramenta de Corte: Avaliada calculando quanto tempo ferramenta durará cortando determinado material.

Acabamento superficial: Avaliada observando grau de aresta acumulada durante usinagem; materiais altamente usináveis não desenvolvem aresta acumulada.