O que é a Usinabilidade?
A Usinabilidade é a facilidade com que um metal pode ser usinado. É representado em percentagem relativamente a um metal de referência. Um valor mais baixo significa que o metal é mais difícil de usinar. Os materiais muito difíceis de usinar podem ter uma taxa de Usinabilidade de 10-20%, enquanto os materiais muito fáceis de usinar podem atingir 200-400%
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Porque é que a Usinabilidade é um parâmetro vital?
Os metais de elevada Usinabilidade oferecem pouca resistência ao corte (usinagem), enquanto os metais de baixa Usinabilidade têm uma resistência elevada. Uma maior resistência à usinagem significa um desgaste mais rápido das ferramentas de corte, resultando em velocidades de corte mais lentas que aumentam o tempo de ciclo. Assim, tem um efeito tremendo no preço do produto. O engenheiro que concebe uma nova peça tem de equilibrar as propriedades que necessita do metal (como a força, a resistência ao desgaste, a resistência ao calor e a resistência à corrosão) e o custo da peça. Tal como acontece com muitas coisas na vida, na maioria das vezes, melhores propriedades mecânicas e químicas andam de mãos dadas com taxas de Usinabilidade mais baixas.
Como é calculada a Usinabilidade?
A Usinabilidade é classificada em relação aos resultados obtidos no aço SAE 1112 com uma dureza de 160 Brinell.
\( \large \frac {\text{Resultado de um material}}{\text{Resultado da SAE 1112 }} \large \times 100 \)
Por conseguinte, o grau de Usinabilidade do SAE 1112 é sempre de 100%
Vários parâmetros influenciam o “Score” (nota) de cada material. A escolha dos parâmetros a utilizar e o seu peso varia consoante as instituições que fornecem os dados de Usinabilidade. Alguns parâmetros que podem ser utilizados são:
- Vida útil da ferramenta: A vida útil da ferramenta de corte é o principal fator na avaliação da Usinabilidade de um material. Um metal que é fácil de usinar resulta geralmente numa vida útil mais longa da ferramenta.
- Desgaste da ferramenta: O tamanho do desgaste na aresta de corte após um determinado tempo de usinagem é outro sinal forte. Os materiais que provocam um desgaste rápido da ferramenta são mais difíceis de usinar.
Vida útil da ferramenta e desgaste da ferramenta são parâmetros intercambiáveis. A instituição que efetua o teste escolherá um deles como parâmetro principal.
- Forças de corte: A força necessária para cortar o material é um parâmetro complementar da vida útil ou do desgaste da ferramenta.
- Potência de maquinagem: A energia necessária para cortar o material é outro parâmetro complementar da vida útil da ferramenta ou do desgaste da ferramenta.
- Quebra de aparas: O tipo e as características dos cavacos produzidos durante o processo de usinagem são um fator essencial de Usinabilidade. Os materiais que produzem aparas longas e fibrosas são mais difíceis de usinar do que os materiais que produzem cavacos curtas e encaracoladas.
Esteja atento
A Usinabilidade não é um valor formal definido, tal como a dureza ou a densidade, e não existe uma norma oficial sobre a forma de a medir. É possível encontrar diferentes métodos e diferentes taxas de Usinabilidade para materiais de várias fontes!
Determinação da velocidade de corte
Raramente queremos saber a classificação de Usinabilidade só para saber qual é. Na maioria dos casos, estamos interessados no valor da Usinabilidade para estimar a velocidade de corte que podemos utilizar para um determinado material. A velocidade de corte depende de muitos fatores, como a estabilidade, o acabamento superficial desejado, as capacidades da máquina CNC (para citar apenas alguns). Por conseguinte, as recomendações de velocidade e Usinabilidade são muito gerais e só o maquinista pode tomar a decisão final em função de todos os fatores. A informação mais fiável que podemos obter dos gráficos de Usinabilidade é a relação entre a taxa de diferentes materiais na mesma tabela. Por conseguinte, recomendamos o seguinte procedimento:
- Escolha um material com o qual esteja familiarizado e com o qual esteja relativamente confiante quanto à velocidade de corte que utilizaria numa aplicação relevante. Chamamos-lhe o nosso material de referência.
- De preferência, selecionar um material de referência que pertença ao mesmo grupo de materiais. (Lista de grupos de materiais).
- Calcular a relação entre as duas taxas de Usinabilidade.
- Multiplicar a relação pela velocidade de corte de referência.
- Tenha em atenção que a classificação de Usinabilidadeé especificada para cada material numa dureza específica.
- Para aumentar a precisão da estimativa, deve-se também normalizar a classificação de Usinabilidade de acordo com o fator entre a dureza do seu material específico e a dureza do material na sua condição recozida (a menos que uma dureza específica esteja listada na tabela de Usinabilidade).
Exemplo de cálculo:
Precisa de maquinar Aço Inoxidável 15-5PH com um arnês de 38 HRC e não tem a certeza de qual é a velocidade de corte adequada. No entanto, sabe que para a mesma aplicação com aço inoxidável 304, a velocidade de funcionamento seria de 360 SFM (110 m/min).
Dados para os cálculos:
- A partir da tabela de Usinabilidade: 304 tem MR=43%, e 15-7PH tem MR=47%.
- O 17-4PH tem uma dureza de 20 HRC na condição A. O nosso material específico tem uma dureza de 38 HRC.
- A velocidade de corte para SS 304 numa aplicação semelhante é de 360 SFM.
Cálculo da velocidade de corte:
Quais são os principais fatores que afetam a Usinabilidade?
- Composição química: A quantidade de elementos específicos como o carbono, o níquel e o chumbo (e muitos outros) tem uma influência significativa. Por exemplo, um teor mais elevado de níquel (Ni) reduz a Usinabilidade, enquanto um teor mais elevado de chumbo (Pb) aumenta a Usinabilidade. No entanto, o efeito é complexo e cada elemento pode ter um impacto diferente em conjunto com outros elementos.
- Microestrutura: As inclusões não metálicas podem ter um impacto tremendo.
- Tamanho do grão: Os grãos pequenos e bem ordenados são mais fáceis de cortar. Os grãos grandes e desordenados são mais difíceis de cortar.
- Dureza: Tanto os materiais muito duros como os muito moles têm baixa Usinabilidade. Os materiais duros provocam um desgaste rápido das pastilhas/insertos de corte, enquanto o material macio tende a ser gomoso e a aderir à aresta de corte. A dureza intermédia produz os melhores resultados.
- Tratamento térmico: Os processos de tratamento térmico podem moldar várias propriedades que influenciam a Usinabilidade: tenacidade, dureza, microestrutura e tensão.
- Método de fabricação: Os diferentes métodos de produção, como a laminagem a quente, a laminagem a frio, a estiragem a frio, a fundição ou a forja, afectam propriedades como a dimensão do grão, a uniformidade, a dureza e a tenacidade.
Gama de Usinabilidade de grupos de materiais
Aço – ISO P
Existe uma grande variedade de materiais de aço utilizados na Usinagem. A gama de Usinabilidade é vasta e abrange de cerca de 40% para os aços difíceis de usinar, como os aços para rolamentos aço (SAE 52100 / DIN 100Cr6) até ao aço de corte livre Ledloy (SAE 12L14 / DIN 9SMnPb36) que tem uma taxa de Usinabilidade de cerca de 170%.
A Usinabilidade é principalmente afetada por:
- Carbono (C): 0,3-0,5% é o ideal. Um teor mais baixo cria um material macio e gomoso, que é difícil de usinar. Um teor mais elevado aumenta a resistência e é também difícil de usinar.
- A adição de elementos de liga como o crómio (Cr), o molibdénio (Mo) e o níquel (Ni) altera as propriedades do aço e tende a diminuir a Usinabilidade.
Saiba mais sobre a Usinabilidade do aço
Aço inoxidável – ISO M
O aço inoxidável é geralmente definido como um material à base de ferro (Fe) com um teor de cromo (Cr) superior a 12% e é normalmente mais difícil de usinar do que o aço.
Os elementos de liga adicionais, como o níquel (Ni), o cromo (Cr), o molibdênio (Mo), o nióbio (Nb) e o titânio (Ti) , fornecem características diferentes, como a resistência à corrosão e a força. Um teor mais elevado de crómio e níquel tende a diminuir a Usinabilidade.
Um dos materiais mais populares deste grupo é o 316, que tem uma taxa de Usinabilidade de apenas 36%. Mas outros tipos comuns, como o SAE 303 e a série 400, têm uma Usinabilidade superior a 60%.
Saiba mais sobre a Usinabilidade do aço inoxidável
Ferro fundido – ISO K
O ferro fundido é um material semelhante ao aço com um teor de carbono (C) superior a 2% e um teor de silício (Si) de 1-3%. O ferro fundido produz pequenas aparas e, por isso, é muito prático de usinar. Por outro lado, é muito abrasivo e provoca um grande desgaste. Os principais factores que afectam as propriedades físicas e a Usinabilidade dos diferentes tipos de ferro fundido são o método de fabricação. (Nodular, Cinzento, Maleável) e dureza.
Saiba mais sobre a Usinabilidade do ferro fundido
Não ferrosos – ISO N
Um grupo de metais sem teor de ferro (Fe). A maior parte deles é muito macia, com uma dureza inferior a 150 HB. Os materiais mais populares deste grupo são as ligas à base de alumínio e de cobre. As taxas de maquinabilidade são muito elevadas em comparação com os materiais ferrosos e variam normalmente entre 200 e 400%. Por este motivo, um componente fabricado com estes materiais tem custos de produção reduzidos. São atrativos desde que as suas propriedades mecânicas inferiores sejam aceitáveis para uma determinada peça.
Saiba mais sobre a Usinabilidade do alumínio
Titânio – ISO S
O titânio e as ligas de resistência ao calor (HRA) não têm nada em comum, exceto o fato de serem muito caras e super difíceis de usinar.
As ligas de titânio têm uma relação resistência/peso muito elevada. Isto significa que é possível conceber peças que pesam muito menos (e são muito resistentes) em comparação com outros metais. Por este motivo, o material é popular na indústria aeroespacial em componentes sem exposição ao calor. O titânio tem também uma excelente resistência à corrosão e estabilidade química e, por isso, é um dos materiais preferidos para implantes médicos. A classe mais utilizada é a Ti-6Al-4V, com uma taxa de Usinabilidade de 20%.
Saiba mais sobre a Usinabilidade do titânio
Superligas resistentes ao calor (HRSA) – ISO S
Um grupo de metais à base de níquel (Ni), cobalto (Co) e ferro (Fe). A sua principal caraterística é a capacidade de preservar as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão, mesmo a temperaturas muito elevadas. São principalmente utilizados em motores a jato, turbinas de potência e turbocompressores. O material HRSA mais comummente utilizado é o Inconel 718, que tem uma taxa de maquinabilidade de 10%.
Saiba mais sobre a Usinabilidade das superligas
Usinabilidade de materiais populares
Gráfico de Usinabilidade (200 materiais)
(Pesquise a tabela por norma de material ou filtre por grupos de materiais)
- Mesa com mais de 100 materiais.
- Filtrar por grupo de materiais (P/M/K/N/S)
- Ou pesquise por DIN / SAE / Wnr
Perguntas Frequentes
O que é a Usinabilidade?
A Usinabilidade é a facilidade com que um metal pode ser usinado. É representado em percentagem relativamente a um metal de referência. Um valor mais baixo significa que o metal é mais difícil de usinar. Os materiais muito difíceis de maquinar podem atingir uma taxa de 10-20%, enquanto os materiais muito fáceis de usinar podem atingir 200-400%
Quais são os fatores que afetam a Usinabilidade?
1. Tratamento térmico.
2. Microestrutura.
3. Tamanho do grão.
4. Dureza.
5. Qualidade de fabricação
