Sabemos que a cerâmica ferramentas de corte são muito adequados para usinagem de aço endurecido, ligas resistentes ao calor ou ligas de alta temperatura, mas os operadores muitas vezes seguem erroneamente os métodos de processamento de carboneto cimentado. Eles precisam desatar esse “complexo de carboneto” e considerar os requisitos especiais do processamento de ferramentas cerâmicas. Escolha o formato de inserto apropriado e a rigidez da máquina-ferramenta, barra de ferramentas e fixação de acordo com o material de processamento.
Complexo de ferramentas de carboneto: uso indevido de ferramentas de cerâmica
Altas temperaturas são o principal inimigo da usinagem de carboneto. Portanto, a maioria dos operadores reduzirá a velocidade de corte e aumentará a taxa de avanço e, quando a situação estiver ruim, eles reduzirão ainda mais a velocidade do fuso. No entanto, esse método de usinagem mais adequado para carboneto é precisamente o maior tabu na usinagem de ferramentas de cerâmica, porque a maioria dos problemas encontrados na usinagem de ferramentas de cerâmica são causados por velocidade de corte insuficiente e taxa de avanço excessiva.
A alta temperatura tem um efeito diferente em cerâmicas do que em ferramentas de fresamento de carboneto. Durante o processo de corte, o material que está sendo cortado é empurrado para longe da área de cisalhamento na face de inclinação da ferramenta, e o calor de corte também se acumula nessa área. À medida que a velocidade de corte aumenta, o calor gerado na área de cisalhamento não pode ser levado pelos cavacos residuais em um curto espaço de tempo, o que formará uma alta temperatura e produzirá um efeito de amolecimento.
Características de corte de ferramentas de cerâmica
O ponto de fusão do carboneto cimentado é de cerca de 1199℃, e a alta temperatura pode facilmente causar deformação e danos à matriz de insertos de carboneto cimentado. Portanto, reduzir a velocidade de corte pode frequentemente garantir a vida útil razoável dos insertos de carboneto cimentado. O ponto de fusão de materiais cerâmicos é tão alto quanto 1999℃, então a alta temperatura gerada durante a usinagem de alta velocidade é benéfica para os insertos cerâmicos.
A velocidade de corte mais adequada para insertos cerâmicos é muito maior do que a de insertos de carboneto cimentado. O efeito de alta temperatura gerado durante o corte de alta velocidade amolecerá o material processado, reduzindo assim muito a resistência durante o corte. Portanto, sob as mesmas condições, escolher insertos cerâmicos, que são mais frágeis do que insertos de carboneto cimentado, pode facilmente atingir o mesmo efeito de corte que insertos de carboneto cimentado. Às vezes, usar ferramentas cerâmicas pode aumentar a taxa de remoção de material de centenas de pés por minuto para milhares de pés por minuto.
A combinação certa de velocidade de corte e taxa de avanço criará um ambiente ideal para insertos cerâmicos na área de cisalhamento. Mas reduzir a velocidade do fuso fará com que a ferramenta faísque – levando à falha da lâmina e da ferramenta.
O material, revestido ou não, de insertos cerâmicos é baseado em uma matriz de nitreto de silício ou óxido de alumínio. Ferramentas cerâmicas baseadas em nitreto de silício geralmente têm boa tenacidade e são mais adequadas para torneamento e fresamento desbaste de ferro fundido forjável, ferro dúctil e outros ferros fundidos difíceis de processar e ligas de alta dureza. Além de serem muito adequadas para usinagem de ferro fundido, ferramentas cerâmicas baseadas em nitreto de silício também são adequadas para usinagem de materiais de aço com dureza menor que HRC65. Elas podem ser usadas em rolos de torneamento e usinagem de ligas de alta temperatura onde cerâmicas reforçadas com bigodes não podem ser usadas porque a velocidade é muito baixa. Ao tornear e fresar ferro fundido, uma velocidade linear de superfície de 1524 m/min pode atingir a vida útil mais econômica da ferramenta.
Classificação e aplicação de materiais cerâmicos para ferramentas
Cerâmicas à base de alumina têm boa resistência ao desgaste e dureza moderada, e são os materiais de ferramentas cerâmicas mais econômicos. No entanto, elas devem ser evitadas para processamento intermitente, de colisão ou de material de alta dureza. Cerâmicas à base de alumina são usadas principalmente para semiacabamento e acabamento de ferro fundido cinzento. A alta resistência à compressão deste material o torna muito adequado para perfuração de ferro fundido. No entanto, cerâmicas à base de alumina têm baixa resistência ao choque térmico e, portanto, não são adequadas para uso de refrigerantes durante o processamento.
Novas cerâmicas à base de alumina contendo monocristais de carboneto de silício (SiC) ou whiskers têm altos pontos de fusão, alta resistência e boa estabilidade química, resistência ao desgaste e resistência ao choque térmico. Whiskers aumentam a resistência à fratura de materiais cerâmicos.
Insertos cerâmicos reforçados com whisker raramente quebram ou quebram tão catastroficamente quanto os insertos de carboneto tradicionais. Normalmente, insertos cerâmicos reforçados com whisker são desgastados apenas gradualmente em um modo de dano previsível.
Cerâmicas reforçadas com whisker são mais fortes do que outros materiais cerâmicos e são muito adequadas para usinagem de ligas de alta temperatura e materiais similares, como aço temperado, ferro fundido de alta dureza, pulverização de plasma e processamento de superfície de soldagem. Por exemplo, ao usar cerâmicas reforçadas com whisker para usinar ligas de alto níquel, a temperatura da interface pode atingir 982 °C e a taxa de remoção de material pode atingir mais de 10 vezes a das ferramentas de carboneto. A alta resistência das cerâmicas reforçadas com whisker as torna muito adequadas para torneamento intermitente, fresamento e processamento de matriz/molde.
Devido à sua boa resistência ao choque térmico, as ferramentas cerâmicas reforçadas com bigodes podem ser usadas para corte a seco, corte úmido ou resfriamento intermitente sem se preocupar com lascas ou rachaduras térmicas.
Cerâmicas revestidas reforçadas com bigodes são muito adequadas para operações contínuas de semiacabamento e acabamento e operações semelhantes de intensidade leve e média que exigem longa vida útil da ferramenta. A vida útil das ferramentas de cerâmica revestida é três vezes maior que a das ferramentas de cerâmica não revestidas, mas elas não são adequadas para processamento em condições severas, como fresamento e corte intermitente.
Ferramentas de cerâmica não são recomendadas para usinagem de metais de titânio. O titânio tem um ponto de ignição muito baixo, e o processamento de ferramentas de cerâmica inevitavelmente gerará altas temperaturas, o que pode facilmente causar incêndios.
Requisitos de fixação e rigidez para ferramentas de cerâmica
A rigidez da barra de ferramentas é tão importante quanto a rigidez da máquina-ferramenta. Em um ambiente de alto volume, as pastilhas de cerâmica devem ser fixadas em barras de ferramentas especiais que impedem que as pastilhas façam pequenos movimentos. A rigidez da barra de ferramentas é particularmente importante em torneamentos com longos balanços. Grandes balanços facilitam a produção de pequenas deflexões pela barra de ferramentas durante o corte em alta velocidade, e os balanços causarão vibrações que danificam a ferramenta de cerâmica. Portanto, o comprimento do balanço das barras de ferramentas para pastilhas de cerâmica deve ser o mais curto possível, porque a força gerada pela deflexão da barra de ferramentas aumenta cubicamente com o comprimento do balanço. Ou seja, se outras condições permanecerem inalteradas, o balanço da barra de ferramentas aumenta em 1 vez, e a deflexão da barra de ferramentas aumenta para 8 vezes a anterior.
Barras de ferramentas de mandrilamento geralmente têm uma proporção maior do que barras de ferramentas de torneamento externo, então é razoável usar barras de mandrilamento de metal pesado e carboneto. Em geral, ligas à base de níquel podem ser processadas usando ferramentas de mandrilamento de aço com uma proporção de 3 vezes, ferramentas de mandrilamento de metal pesado com uma proporção de 5 vezes (como barras de ferramentas antivibração de metal pesado) e ferramentas de mandrilamento de carboneto com uma proporção de 7 vezes.
