O documento discute a usinagem da liga de titânio Ti-6Al-4V, analisando o efeito de parâmetros de corte como velocidade de corte e classe de ferramenta na rugosidade superficial, desgaste da ferramenta e morfologia do cavaco formado. Os resultados mostraram que a menor rugosidade e deterioração da ferramenta ocorreram com a classe de ferramenta ISO S15 em baixas velocidades de corte.

1. O Mundo da Usinagem16
Marcos Roberto Vargas Moreira
Elias Alves da Cunha
Hideyuki Okimura
Marcos Valério Ribeiro
Laboratório de Estudos da Usinagem
Departamento de Engenharia de Materiais – FAENQUIL
Lorena - SP
A usinagem de metal é um processo complexo devido
aos vários parâmetros de corte envolvidos no processo.
Além disso, as propriedades deste material têm
grande influência na sua deformação. Ligas de titânio
são classificadas como “ materiais de difícil usinagem”,
devido a algumas propriedades tais como baixa
condutividade térmica (7 W/m K) e alta reatividade
química com a maioria dos materiais de ferramentas de
corte. As ligas alfa-beta são amplamente usadas na
fabricação de turbina de aeronave devido às excelentes
propriedades mecânicas como resistência mecânica e a
corrosão à altas temperaturas.
Consideramos aqui a in-
fluência dos parâmetros de corte
(velocidade de corte e classes de
ferramentas) em operações de aca-
bamento, usando carbeto cemen-
tado, estudando o desgaste da fer-
ramenta, rugosidade da peça e
morfologia do cavaco formado.
O titânio apresenta duas for-
mas alotrópicas, uma estrutura
cristalina hexagonal compacta
(HC) a temperatura ambiente, cha-
mada fase alfa ( ), que se trans-
forma alotropicamente para cúbi-
ca de corpo centrado (CCC), cha-
mando-se fase beta ( ), a 882 ºC .
A presença de elementos de liga
estabilizam uma ou outra dessas
estruturas: elementos de liga que
favorecem a fase (elementos
alfagênicos) aumentam a tempe-
ratura de transformação alotró-
pica e incluem os metais do grupo
III-A e IV-A (como o alumínio, gálio
e estanho) e elementos intersticiais
ou não-metais (como o boro, car-
bono, oxigênio e nitrogênio). Ele-
mentos de liga que favorecem a fase
( ) (elementos betagênicos) redu-
zem a temperatura de transforma-
ção alotrópica e incluem os metais
de transição do grupo IV como
vanádio, nióbio e tântalo.
A usinagem da liga de titânio é
muito dificultada pela
sua alta reatividade quí-
mica com os materiais
da ferramenta e sua
baixa condutividade
térmica (aproximada-
mente 7,3 W/m K) ge-
rando alta temperatu-
ra na interface cava-
co/ferramenta/peça
(Bhaumik, 1995), favo-
recendo os mecanis-
mos de difusão. Segun-
do Ezugwo (1997), cerca
de 80% do calor gerado
fica retido na ferramen-
ta e 20% no cavaco.
Segundo Siemers (2001) e
Komanduri (1983), o cavaco da liga
Ti-6Al-4V é sempre do tipo seg-
mentado, independente das con-
dições de corte.
Estas ligas se caracterizam por
um grande custo na fabricação
destas peças quando usinadas e
um dos maiores motivos deste
elevado custo é o custo hora/má-
quina. Assim, é interessante dimi-
nuir os tempos de usinagem das
C
Figura 1

2. Sandvik Coromant do Brasil 17
peças pois os custos na indústria
aeronáutica são mais elevados do
que nas indústrias convencionais.
A escolha da ferramenta adequa-
da para uma determinada opera-
ção e a determinação correta das
condições de usinagem represen-
tam um papel importante no tra-
balho com metais. Isso se acentua
na produção seriada, onde diver-
gências na escolha da velocidade
de corte e ferramenta podem
acarretar variações notáveis nos
custos de fabricação. A correlação
entre vida e otimização do pro-
cesso é muito importante, pois o
fator custo adquire um caráter de
extrema importância neste cená-
rio de intensa competitividade no
qual qualidade e produtividade
são itens fundamentais.
A liga Ti-6Al-4V é muito utili-
zada na indústria aeronáutica,
principalmente na fabricação de
motores, devido a algumas pro-
priedades como resistência/peso,
resistência à fluência, resistência à
fadiga, resistência à corrosão em
altas temperaturas, etc. Os cálcu-
los relativos ao comprimento de
corte Lci
, referente à velocidade
de corte vci
, aos coeficientes x e K
de Taylor, vmxp
e os custos foram
realizados com o auxílio de
softwares desenvolvidos no labora-
tório de estudo da usinagem LEU.
Foram investigados os efeitos da
velocidade nos mecanismos de
desgaste da ferramenta e no ca-
vaco obtido.
MATERIAIS E MÉTODOS
Os testes de usinagem foram
realizados em torneamento
cilindrico externo da liga Ti-6Al-
4V utilizando ferramentas VBMT
110304 PF classe ISO P10
(Sandvik CT 5015), VBMT
110304 MF classe ISO M15
(Sandvik GC 1025) com cobertu-
ra de TiAlN (PVD) e espessura de
4 e VBMT 110304 UF classe
ISO S15 (Sandvik ). A velocidade
de corte variou de 85 a120 m/min,
fixando o avanço em 0,1 mm/vol-
ta e profundidade de usinagem de
0,5 mm sem fluido de corte. As
ferramentas apresentam ângulo
de posição de 91º e raio de ponta
de 0,4 mm. A temperatura na
interface ferramenta/peça foi me-
dida utilizando pirômetro de
radição infra-vermelho modelo
Cyclops-52 e a caracterização das
ferramentas e dos cavacos foi rea-
lizada utilizando microscópio
eletrônico de varredura (MEV)
LEO, modelo 1450-VP e micros-
cópio ótico modelo DM com
analizador de imagem Leica
QWIN para análise de microes-
trutura e morfologia. Todos os
testes foram realizados em torno
CNC Romi de rotação máxima de
4000 rpm e potência máxima de
10KW. A rugosidade foi medida
utilizando um rugosímetro portátil
acoplado ao torno, com medidas
defasadas em intervalos de 60º com
relação ao eixo da peça. A rugo-
sidade máxima foi de 0,9 .
RESULTADOS E
DISCUSSÕES
Dos três critérios normalmen-
te usados para discutir usina-
bilidade e fim de vida da ferra-
menta: rugosidade da superfície,
desgastes e potência exigida para
o corte; utilizamos como critério
de fim de vida, a rugosidade.
Foram realizadas três séries de
testes de usinagem da liga Ti-6Al-
Rugosidade obtida: a) ISO S15, b) ISO P10, c) ISO M15

3. O Mundo da Usinagem18
A - ISO S15 – 85 m/min B - ISO S15 – 100 m/min C - ISO S15 – 120 m/min
4V e medida a rugosidade. As fi-
guras (1a, 1b e 1c) mostram o
efeito da velocidade de corte na
rugosidade superficial. Duas re-
giões distintas são observadas na
figura 1(a), usando ferramentas
classe ISO S15. Na primeira re-
gião observa-se uma tendência
progressiva similar nas condições
de 85 e 100 m/min com compri-
mento de corte de 700 m
(Ramáx
=0,9 ). O segundo as-
pecto está relacionado com a ve-
locidade de 120 m/min com au-
mento severo da rugosidade de
3 com uma vida útil muito cur-
ta, por volta de 120m.
O excessivo aumento da
rugosidade é observado usando
ferramenta ISO P10, fig 1(b) aci-
ma de 120 m/min. Somente com
velocidade de 85 m/min (lc=170
m) a rugosidade foi abaixo de 0,9
. Como observado na figura
1(c), usando ferramenta classe
ISO M15, há uma tendência à di-
minuição da rugosidade durante
a usinagem nas duas ferramen-
tas testadas. No caso da condição
de 100 m/min, em particular, foi
atingido um valor mínimo de
rugosidade de 0,6 e porterior
aumento para 1,8 . Este fato
pode ser explicado devido à de-
formação da aresta de corte, fi-
guras 2(h) e 2(i).
As figuras 2(a), 2(b) e 2(c)
mostram o desgaste da ferramen-
ta usando metal duro com velo-
cidade de 85 m/min, 100 m/min
e 120 m/min. Desgaste de crate-
ra foi observado em todas as con-
dições devido à adesão e posteri-
or remoção de material aderido
na superfície de saída do cavaco.
O desgaste de flanco ocorre prin-
cipalmente devido ao atrito en-
tre a superfície de folga e a peça
e à remoção de partículas do ma-
terial da ferramenta, que eventu-
almente estejam aderidos ao cava-
co e em função da passagem deste
sejam arrancadas.
Observa-se um desgaste mais
acentuado para ferramentas clas-
se ISO P10, figuras 2(d), 2(e) e 2(f)
com adesão de cavaco na aresta
de corte nas três condições, porém
não é observada deformação plás-
tica na aresta da ferramenta. Nas
figuras 2(g), 2(h) e 2(i) observa-se
lascamento e adesão do cavaco na
D - ISO P10 – 85 m/min E - ISO P10 – 100 m/min F - ISO P10 – 120 m/min
G - ISO M15 – 85 m/min H - ISO M15 – 100 m/min I - ISO M15 – 120 m/min
Desgaste das ferramentas utilizando diferentes velocidades de corte.
Cavaco formando utilizando três classes de ferramenta.
A - ISO S15 – 85 m/min B - ISO M15 – 85 m/min C - ISO P10 – 85 m/min
Figura 2
Figura 3
[PPPPProdutividaderodutividaderodutividaderodutividaderodutividade]

4. Sandvik Coromant do Brasil 19
superfície da ferramenta.
Após a análise das micrografias,
é possível observar que a menor
deterioração da aresta de corte
ocorre nas ferramentas da classe
ISO S15, com melhores resultados
de rugosidade. Por outro lado, as
outras ferramentas de corte, P10
e M15, apresentaram grande grau
de deterioração na aresta de cor-
te, em especial da classe M15 com
grande desgaste de flanco, lasca-
mento e deformação plástica.
Na figura 3 pode ser observa-
do o cavaco gerado na condição
de corte de 85 m/min para as três
classes de ferramenta, com unifor-
midade nas bandas de cisalha-
mento e nos segmentos formados,
distinguindo as bandas de cisa-
lhamento primária e secundária.
CONCLUSÕES
Como pode ser notado pelos
resultados obtidos, a natureza do
cavaco formado influencia na qua-
lidade da superfície usinada, no
desgaste da ferramenta e no calor
gerado durante a operação de
corte. Pode ser possível identificar
uma relação entre a deformação
do cavaco e a qualidade da usina-
gem, com uma baixa rugosidade
e o calor gerado.
AGRADECIMENTOS
Em especial à FAPESP e à CA-
PES pelo apoio financeiro e à
Sandvik Coromant pelo suporte
material e técnico.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Bhaumik, S.K., Material and design, 16 (1995) 221.
Ezugwo, E.O.; Wang, Z.M., Journal of Material Processing Technology, v.68, p. 262-274, 1997.
Siermes, C.; Mukherji, D.; Baker, M.; Rosler, J.; Z. Metallkd, march, 2001.
Komanduri, R.; Reed, W., Wear, v.92, p.113-123,1983.