Tolerância a falhas e desgaste da ferramenta

INTRODUÇÃO

O desgaste é um processo de degradação de um material quando em serviço. Está presente em diferentes situações, onde ocorre a perda progressiva de material a partir da superfície, por contato ou movimento relativo de um sólido, em relação a outro sólido, líquido ou gás. Assim, equipamentos com partes móveis, como mancais de deslizamento, rotores de bombas, válvulas tipo esféricas e, sofrem desgaste. Como resultado, as empresas gastam um enorme montante de dinheiro com a recuperação de peças, recuperação de equipamentos e perdas de produção.

É preciso destacar que as superfícies das peças, quando observadas em detalhes, apresentar irregularidades. Toda peça,por melhor acabamento superficial que aparentemente tenha, possui rugosidade superficial. À medida que crescem as exigências do projeto a analise do acabamento superficial aumenta. No processo de usinagem o estado da superfície do material (rugosidade) é tratado como parâmetro de qualidade da usinagem.

Para desenvolver uma solução que elimine ou reduza o nível de desgaste de uma superfície é necessário ter o conhecimento dos mecanismos de desgaste que estão atuando. O objetivo desse trabalho é apresentar como atuam os mecanismos de desgaste e como eles agem sobre as superfícies de peças e equipamentos e enfatizar alguns dos principais parâmetros relacionados a rugosidade superficial além de descrever os principais sistemas de medição e representação da rugosidade.

Falha e Desgaste de Ferramenta de Corte

Existem, num processo de usinagem, duas causas fortes o suficiente para a substituição da ferramenta de corte, que são:

Avarias ou falhas catastróficas, como lascamento, trincamento ou até mesmo quebra da ferramenta;

Desgaste excessivo, de modo que as condições de corte ou a qualidade da peça usinada seja comprometida.

Na pratica, as avarias e falhas catastróficas costumam ocorrer em processos de corte interrompido, como o fresamento, devido aos choques térmicos e mecânicos envolvidos nesses processos. Já nos processos de corte continuo como o torneamento, sua ocorrência é mais rara, exceto para condições de corte que excedam as recomendadas, ou que a ferramenta possua algum defeito de fabricação, o que torna seu estudo dispensável ao escopo deste texto.

Ao contrário das avarias e falhas catastróficas, o desgaste de ferramentas é observado tantos nos processos de corte contínuo como nos de corte interrompido, podendo se desenvolver de acordo com vários mecanismos diferentes.

Tipos de avarias de ferramenta

Os tipos mais comuns de avarias de ferramenta de corte são: deformação plástica da aresta de corte, lascamento, trincas e quebra da ferramenta. A deformação plástica da aresta de corte ou da ponta da ferramenta ocorre geralmente em condições de usinagem que apresentem alta pressão e temperatura aplicadas na ponta da ferramenta. Estas deformações dificultam o controle do cavaco e deterioram o acabamento superficial da peça, podendo causar a quebra da ferramenta. Este tipo de avaria ocorre principalmente na usinagem com aço rápido, e pode ser evitado através do uso de ferramentas com maior dureza a quente, com geometria mais adequada ou através da redução da velocidade de corte.

O lascamento é a retirada, de uma só vez, de uma grande porção de material da ferramenta. Este tipo de avaria ocorre principalmente em ferramentas com material frágil ou com baixa seção resistente (ângulo de cunha), prejudicando o acabamento superficial da peça e causando, em casos extremos, a quebra da ferramenta.

Trincas são geralmente causadas pela variação do carregamento, e podem ser de origem térmica e mecânica .Devido à sua associação com carregamentos variáveis, ocorrem predominantemente em processos de corte interrompido, cujo exemplo clássico é o fresamento. Estas avarias podem ser evitadas através da escolha de uma ferramenta mais tenaz, com menor avanço por dente e corretamente posicionada em relação à peça.

A quebra da ferramenta é uma avaria que pode estar associada a todos o tipos de desgaste e avaria de ferramentas de corte. Em alguns casos, porém, a quebra da ferramenta pode ocorrer inesperadamente devido à dureza excessiva da ferramenta, carregamento excessivo sobre esta, geometria da ferramenta inadequada ou ainda inúmeros outros motivos. A quebra da ferramenta pode causar, além de danos na pastilha, avarias no porta ferramentas ou na própria peça.

Tipos de desgaste de ferramenta

Existem três tipos principais de desgaste de ferramenta: desgaste de flanco, desgaste de cratera e desgaste de entalha.

O desgaste de flanco ocorre nas superfícies de folga, atingindo tanto a arresta principal de corte como a secundária, ou ambas. Quando atinge a arresta principal de corte, resulta num aumento das temperaturas e forças envolvidas no corte, podendo causar vibrações tanto na ferramenta como na peça. Já na aresta secundaria de corte, da qual dependem o controle dimensional e a qualidade do acabamento superficial da peça, um desgaste excessivo resulta numa superfície mal acabada e peças foras da especificação. Em condições normais de usinagem, o desgaste de flanco é o tipo de falha que apresenta o maior risco de danos à peça e que exige mais potencia de corte, motivo pelo qual costuma ser o mais usado na determinação de critérios de fim de vida de ferramenta.

O desgaste de cratera ocorre na superfície de saída da ferramenta, onde se localiza, durante o corte, a zona de deslizamento do cavaco. Este tipo do desgaste resulta de uma combinação entre os mecanismos de desgaste por abrasão e por difusão, e ocorre principalmente a altas velocidades de cortes, devido às altas temperaturas geradas, o que favorece o mecanismo de desgaste por difusão. Devido à redução da resistência a abrasão causada pela difusão, é favorecida o desgaste abrasivo, sendo então a forma da cratera resultante da distribuição de tensões na superfície de saída da ferramenta. O desgaste assume então a forma de uma cratera alongada com as extremidades arredondada, paralela à aresta de corte.

Desgaste por abrasão: Desgaste produzido por partículas duras ou protuberâncias forçadas contra e movendo-se ao longo de uma superfície sólida. O termo duro significa que a substância produzindo