A usinagem é um processo fundamental na indústria metalúrgica e mecânica. Entre as ferramentas utilizadas, os insertos de corte desempenham um papel crucial. Esses pequenos componentes, que são fixados nas ferramentas de corte, são responsáveis pela remoção de material e pela obtenção das formas e dimensões desejadas nas peças de metal. Ao longo do tempo, a evolução dos insertos permitiu uma usinagem mais precisa, rápida e eficiente. Neste texto, exploraremos tudo sobre os tipos de insertos para usinagem, desde sua origem até as tecnologias mais modernas.

Origem e História dos Insertos para Usinagem

Primeiros métodos de corte de metais

O processo de corte de metais tem uma longa história que remonta às primeiras civilizações. Os antigos egípcios, por exemplo, já utilizavam ferramentas de pedra para modelar metais como o cobre. Com o tempo, surgiram técnicas mais avançadas de forjamento e usinagem, especialmente com o advento do ferro e do aço. Contudo, foi apenas na Revolução Industrial que o corte de metais começou a se desenvolver significativamente.

Desenvolvimento das ferramentas de corte

No século XIX, com o surgimento das primeiras máquinas-ferramentas, como tornos e fresadoras, a necessidade de ferramentas de corte mais eficientes tornou-se evidente. As ferramentas de corte eram inicialmente feitas de aço, mas com o aumento da demanda por precisão e resistência, novos materiais começaram a ser explorados.

A evolução dos insertos de corte

O conceito de inserto removível para ferramentas de corte surgiu como uma solução para aumentar a eficiência da usinagem. Antes disso, as ferramentas de corte eram inteiriças, e quando desgastavam, era necessário reafiá-las ou substituí-las completamente. Com o desenvolvimento dos insertos, a troca rápida da ponta da ferramenta permitiu uma maior flexibilidade e redução do tempo de inatividade nas fábricas.

O que são Insertos para Usinagem?

Os insertos para usinagem são componentes removíveis usados em ferramentas de corte para fresamento, torneamento, furação e outros processos de remoção de material. Eles são projetados para serem substituídos quando desgastados, sem a necessidade de trocar toda a ferramenta de corte. Isso permite uma maior economia de tempo e custo no processo de usinagem.

Esses insertos podem ser de diferentes materiais, como carboneto de tungstênio, cerâmica, nitreto cúbico de boro (CBN) e diamante policristalino (PCD), cada um com propriedades específicas para diferentes tipos de materiais a serem usinados e condições de operação.

Tipos de Insertos para Usinagem

A variedade de insertos disponíveis no mercado atende às diferentes necessidades e materiais de usinagem. Os insertos podem ser classificados de várias formas:

Classificação por Material

Os insertos podem ser fabricados em diversos materiais, cada um com características específicas:

• Carbeto de Tungstênio (Metal Duro): Um dos materiais mais comuns para insertos, usado para o corte de metais em condições de alta resistência e temperaturas elevadas.
• Cerâmica: Usado para usinagem em altas velocidades de materiais duros, como ferro fundido e aço endurecido.
• CBN (Nitreto Cúbico de Boro): Utilizado na usinagem de materiais extremamente duros, como o aço temperado e o ferro fundido.
• PCD (Diamante Policristalino): Adequado para o corte de materiais não ferrosos, como alumínio e ligas de cobre.

Classificação por Geometria

A geometria dos insertos é outro fator importante:

• Insertos Positivos: Têm ângulos de ataque positivo e são ideais para cortes leves e usinagem de peças finas.
• Insertos Negativos: Possuem ângulo de ataque negativo e são mais robustos, sendo adequados para cortes mais pesados.

Classificação por Aplicação

Os insertos também podem ser classificados conforme o tipo de material que serão utilizados para cortar:

• Insertos para Aço: Projetados para resistir ao desgaste ao cortar materiais ferrosos.
• Insertos para Alumínio: Têm propriedades que evitam o embotamento ao trabalhar com materiais mais macios, como alumínio.
• Insertos para Materiais Duros: São fabricados para cortar materiais endurecidos, como aços tratados termicamente.

Materiais Utilizados na Fabricação dos Insertos

Os materiais utilizados na fabricação de insertos para usinagem são cuidadosamente escolhidos para oferecer uma combinação ideal de dureza, resistência ao desgaste, tolerância a altas temperaturas e durabilidade. Cada material tem propriedades específicas que o tornam adequado para diferentes tipos de aplicações, condições de corte e materiais a serem usinados. Abaixo, abordamos os principais materiais utilizados na fabricação de insertos:

1. Metal Duro (Carbeto de Tungstênio)

O carbeto de tungstênio, amplamente conhecido como metal duro, é um dos materiais mais comuns na fabricação de insertos devido à sua incrível dureza e resistência ao desgaste. Este material é composto por partículas de carbeto de tungstênio finamente dispersas, que são combinadas com ligantes metálicos, geralmente cobalto, através de um processo de sinterização (compressão e aquecimento). A sinterização garante que o metal duro atinja um nível de densidade e resistência adequados para suportar as demandas rigorosas da usinagem.

Vantagens do Metal Duro:

• Alta dureza e resistência ao desgaste, o que resulta em maior vida útil do inserto.
• Capacidade de manter a dureza em altas temperaturas, ideal para operações de corte em alta velocidade.
• Versatilidade, pois pode ser usado para usinagem de uma ampla gama de materiais, incluindo aço, ferro fundido e alumínio.

Desvantagens do Metal Duro:

• Apesar de sua dureza, o metal duro é frágil sob impacto, o que pode limitar seu uso em operações de corte interrompido.
• Pode apresentar desgaste prematuro em materiais extremamente duros ou abrasivos sem o uso de revestimentos adequados.

2. Cerâmica

Os insertos de cerâmica são fabricados a partir de compostos cerâmicos como óxido de alumínio (Al₂O₃), que oferece uma resistência excepcional ao calor. Estes insertos são frequentemente usados em usinagem de alta velocidade e para materiais duros e abrasivos, como ferro fundido e aços endurecidos. As cerâmicas técnicas são altamente resistentes ao desgaste e podem operar em temperaturas muito mais elevadas do que o metal duro.

Tipos de Cerâmica Usada em Insertos:

• Óxido de Alumínio (Al₂O₃): A cerâmica à base de alumina é amplamente utilizada para o corte de ferro fundido e ligas endurecidas. Ela oferece boa resistência ao desgaste e pode operar em velocidades de corte extremamente altas.
• Cerâmica Reforçada com Nitreto de Silício (Si₃N₄): Esse tipo de cerâmica reforçada é utilizado para usinagem de materiais mais difíceis, como superligas à base de níquel. A adição de nitreto de silício melhora a resistência ao choque térmico e ao impacto.

Vantagens da Cerâmica:

• Alta resistência ao calor, ideal para operações de corte contínuo em altas velocidades.
• Excelente resistência ao desgaste, especialmente ao usinar materiais duros como ferro fundido.
• Estabilidade térmica, permitindo que operem em temperaturas muito altas sem perder dureza.

Desvantagens da Cerâmica:

• A cerâmica é frágil e propensa à ruptura em operações com vibrações ou impacto (como cortes interrompidos).
• Possui resistência inferior a materiais muito duros em comparação com outros materiais, como o CBN.

3. CBN (Nitreto Cúbico de Boro)

O CBN é o segundo material mais duro conhecido, perdendo apenas para o diamante. Ele é sintetizado em laboratório em altas pressões e temperaturas a partir de boro e nitrogênio, resultando em uma estrutura cúbica cristalina. Este material é excepcionalmente resistente ao desgaste e ao calor, sendo utilizado principalmente na usinagem de materiais extremamente duros, como aço temperado, ligas de ferro fundido endurecido e materiais sinterizados.

Aplicações do CBN:

• Usinagem de aços endurecidos (acima de 45 HRC) e ligas resistentes ao calor.
• Cortes em condições extremas de alta temperatura, como em superligas metálicas e ferro fundido com alta resistência.
• Aplicações onde é necessário baixo desgaste da ferramenta e alta precisão, como em acabamentos finos e superfícies críticas.

Vantagens do CBN:

• Extrema dureza e resistência ao desgaste, prolongando significativamente a vida útil do inserto.
• Capacidade de usinar materiais muito duros que outros materiais não conseguem cortar com eficiência.
• Alta resistência à deformação térmica, permitindo o uso em operações que envolvem calor intenso.

Desvantagens do CBN:

• Custo elevado, o que pode ser um fator limitante em algumas operações.
• Em comparação com os insertos de metal duro, o CBN tem limitações em operações de usinagem com materiais mais macios, como alumínio ou metais não ferrosos.

4. PCD (Diamante Policristalino)

O PCD (Diamante Policristalino) é feito a partir de partículas de diamante sintético ligadas sob alta pressão e temperatura em uma matriz de ligantes metálicos. O PCD é o material mais duro disponível para insertos de usinagem e é particularmente eficaz em operações que envolvem materiais não ferrosos, como alumínio, cobre, ligas de magnésio, plásticos e compósitos.

Aplicações do PCD:

• Usinagem de materiais não ferrosos, como alumínio, cobre, ligas leves e plásticos.
• Ideal para usinagem de alta precisão, especialmente em peças que exigem acabamentos superficiais de alta qualidade.
• Indicado para usinagem de materiais abrasivos, como fibra de carbono, laminados e materiais compósitos.

Vantagens do PCD:

• Dureza extremamente elevada, garantindo excelente resistência ao desgaste, especialmente em materiais abrasivos.
• Alta precisão e acabamento superficial de alta qualidade, ideal para aplicações que exigem tolerâncias apertadas.
• Vida útil longa em comparação com outros materiais de corte, resultando em maior produtividade e menos trocas de ferramentas.

Desvantagens do PCD:

• Não recomendado para usinagem de materiais ferrosos, pois o calor gerado durante a usinagem de metais ferrosos pode fazer com que o diamante reaja com o carbono no aço, degradando o inserto.
• Custo elevado devido ao processo complexo de fabricação e à raridade do material.

Geometrias dos Insertos para Usinagem

A geometria dos insertos de usinagem desempenha um papel crucial no desempenho do processo de corte, influenciando diretamente fatores como forças de corte, remoção de material, acabamento superficial e durabilidade da ferramenta. A escolha da geometria adequada depende do tipo de material a ser usinado, das condições de corte e da aplicação específica. A seguir, destacamos os principais tipos de geometria dos insertos e suas características:

1. Insertos Positivos

Os insertos positivos possuem um ângulo de ataque positivo, o que significa que o ângulo entre a face de corte do inserto e a peça de trabalho é menor que 90 graus. Esse design permite que o inserto penetre o material com menos resistência, resultando em um corte mais suave e leve. Devido à menor força de corte exercida, os insertos positivos são frequentemente utilizados em aplicações que requerem precisão e em peças mais delicadas.

Características dos Insertos Positivos:

• Corte leve e suave: A geometria positiva reduz as forças de corte, tornando-os ideais para usinagem de materiais finos ou frágeis, como peças com paredes finas.
• Menor desgaste da ferramenta: Como a força exercida sobre o inserto é menor, há uma redução no desgaste prematuro da ferramenta.
• Menor consumo de energia: Devido à menor resistência no processo de corte, o consumo de energia é reduzido.
• Melhor acabamento superficial: Proporciona melhor qualidade no acabamento superficial, especialmente em operações de desbaste leve ou acabamento.

Aplicações dos Insertos Positivos:

• Usinagem de materiais dúcteis como alumínio e aços de baixa dureza.
• Ideal para usinagem contínua e peças finas, onde o controle de força e precisão são essenciais.
• Usado em processos de usinagem de baixa rigidez, como em peças longas ou finas, que poderiam deformar sob forças de corte mais elevadas.

Vantagens:

• Redução das forças de corte, diminuindo a possibilidade de vibração ou deformação da peça.
• Bom desempenho em usinagem de precisão, proporcionando melhor acabamento superficial.

Desvantagens:

• Menor robustez comparado aos insertos negativos, tornando-os menos adequados para cortes pesados e materiais duros.
• Tendem a ter vida útil mais curta em operações de usinagem de materiais muito resistentes ou abrasivos.

2. Insertos Negativos

Os insertos negativos apresentam um ângulo de ataque negativo, o que significa que a face de corte do inserto fica inclinada para trás, formando um ângulo maior que 90 graus com a peça de trabalho. Essa geometria oferece uma maior área de contato entre o inserto e o material a ser usinado, tornando os insertos negativos mais robustos e resistentes ao impacto e ao desgaste.

Características dos Insertos Negativos:

• Maior robustez: A geometria negativa distribui melhor as forças de corte ao longo da borda do inserto, tornando-os ideais para operações mais agressivas e removendo grandes quantidades de material.
• Versatilidade: Os insertos negativos podem ser usados em ambos os lados, maximizando a utilização do inserto e oferecendo maior vida útil.
• Resistência a impactos: A robustez dos insertos negativos os torna mais resistentes a falhas durante cortes interrompidos, onde há impacto frequente da ferramenta na peça.
• Maior força de corte: A força de corte necessária é maior devido ao ângulo negativo, o que pode aumentar o desgaste da ferramenta, mas oferece maior remoção de material em menos tempo.

Aplicações dos Insertos Negativos:

• Usinagem de materiais duros e resistentes, como aços temperados, ferro fundido e superligas.
• Operações de corte pesado ou remoção de grandes volumes de material, onde é necessária maior resistência ao desgaste.
• Cortes interrompidos, onde o inserto é exposto a choques repetitivos e necessita de robustez para resistir ao impacto.

Vantagens:

• Maior vida útil em operações severas, pois os insertos negativos têm uma área de corte maior, distribuindo melhor o desgaste.
• Melhor desempenho em cortes pesados e em materiais de alta resistência, como ligas endurecidas.
• Reversibilidade: Os insertos negativos podem ser utilizados em ambos os lados, dobrando a vida útil da ferramenta.

Desvantagens:

• Maior força de corte necessária, o que pode resultar em maior consumo de energia e maior desgaste da máquina.
• Acabamento superficial inferior comparado aos insertos positivos, especialmente em operações de acabamento fino.
• Maior tendência a gerar vibrações em máquinas de menor rigidez ou em peças de paredes finas.

3. Geometrias Específicas

Além das geometrias de ângulo positivo e negativo, há uma ampla variedade de geometrias de corte que são otimizadas para aplicações específicas. Essas geometrias podem incluir chanfros, raios de ponta, sulcos de quebra de cavacos e outros recursos projetados para melhorar o desempenho da usinagem.

Exemplo de Geometrias Específicas:

• Geometria de quebra-cavacos: São sulcos ou formas moldadas na superfície do inserto que ajudam a controlar a formação e a evacuação dos cavacos durante o corte, prevenindo enroscamento e melhorando o fluxo de cavacos.
• Raios de ponta: O raio na ponta de um inserto pode influenciar a força de corte e o acabamento superficial. Raios menores são usados para operações de acabamento, enquanto raios maiores são ideais para desbaste.
• Chanfros e alívios: Podem ser usados para ajustar o ângulo de corte e melhorar a vida útil da ferramenta, especialmente em materiais difíceis de usinar.

Aplicações dos Diferentes Tipos de Insertos

A escolha do tipo de inserto é fundamental para garantir a eficiência, precisão e durabilidade no processo de usinagem. Diferentes materiais e condições de usinagem requerem tipos específicos de insertos para otimizar o corte, reduzir o desgaste da ferramenta e garantir a qualidade do acabamento. A seguir, detalhamos as principais aplicações dos diferentes tipos de insertos.

1 Usinagem de Aço

A usinagem de aço é uma das aplicações mais comuns e desafiadoras, devido às suas propriedades mecânicas que variam amplamente, dependendo do tipo de aço (aço carbono, aços-liga, aço inoxidável, etc.). Para enfrentar essas variações, os insertos de metal duro (carbeto de tungstênio) são amplamente utilizados, sendo preferidos por sua excelente resistência ao desgaste e à deformação em altas temperaturas. O carbeto de tungstênio é capaz de manter sua dureza a altas temperaturas geradas durante o corte de aço, o que o torna ideal para operações de alta velocidade.

Requisitos na Usinagem de Aço:

• Resistência ao calor: A temperatura gerada durante a usinagem de aço pode ser bastante elevada, exigindo insertos capazes de resistir a essas condições sem perder suas propriedades de corte.
• Dureza e resistência ao desgaste: O aço tende a ser abrasivo, especialmente em altas velocidades de corte, o que requer insertos com alta resistência ao desgaste.
• Estabilidade térmica: Os insertos devem manter suas propriedades mecânicas, mesmo sob condições de calor intenso.

Materiais recomendados:

• Metal duro (carbeto de tungstênio) com revestimentos de TiAlN (Nitreto de Titânio e Alumínio) ou TiCN (Nitreto de Titânio e Carbono) para melhorar a resistência ao calor e ao desgaste.
• Insertos cerâmicos podem ser utilizados em aços endurecidos ou em operações de alta velocidade de corte, devido à sua capacidade de suportar temperaturas elevadas sem desgaste excessivo.

2 Usinagem de Alumínio

A usinagem de alumínio apresenta desafios diferentes em comparação à usinagem de aço. Embora o alumínio seja um material mais macio e fácil de cortar, ele tem uma tendência a grudar nos insertos durante o processo de corte, especialmente em altas velocidades, o que pode afetar o acabamento superficial e o desempenho da ferramenta.

Requisitos na Usinagem de Alumínio:

• Evitar adesão de material ao inserto: A tendência do alumínio de se fundir à superfície do inserto durante o corte, conhecido como "grude", pode comprometer o desempenho. Portanto, são necessários insertos com revestimentos especiais para minimizar esse efeito.
• Alta velocidade de corte: O alumínio permite cortes em velocidades muito altas, exigindo insertos que mantenham sua durabilidade e precisão sob essas condições.
• Qualidade do acabamento: O alumínio é geralmente usinado quando se exige um acabamento superficial de alta qualidade, como em peças automotivas ou aeronáuticas.

Materiais recomendados:

• Insertos de metal duro com revestimentos como DLC (Diamond-Like Carbon), que reduzem a adesão de material e melhoram o deslizamento do inserto sobre a peça.
• Insertos de PCD (Diamante Policristalino) são uma excelente escolha para usinagem de alumínio, proporcionando uma vida útil prolongada e um acabamento superficial de alta qualidade. O PCD é especialmente eficaz em usinagem de ligas de alumínio não ferrosas.
• Insertos com bordas afiadas e geometria positiva, que auxiliam na formação suave dos cavacos e reduzem a energia necessária para o corte.

3 Usinagem de Materiais Duros

A usinagem de materiais extremamente duros, como ligas de aço endurecidas, ferro fundido e superligas resistentes ao calor, exige insertos especializados, capazes de suportar condições de corte extremas. Insertos de CBN (Nitreto Cúbico de Boro) são amplamente usados para esse tipo de aplicação, pois são projetados para lidar com a dureza extrema e a abrasividade desses materiais.

Requisitos na Usinagem de Materiais Duros:

• Alta resistência ao desgaste: Materiais duros e abrasivos podem desgastar rapidamente insertos convencionais, portanto, insertos altamente resistentes ao desgaste são essenciais.
• Estabilidade térmica superior: A usinagem de ligas duras e materiais endurecidos gera um nível significativo de calor, exigindo insertos com estabilidade térmica excepcional.
• Precisão: Como muitos materiais duros são utilizados em aplicações de precisão (como moldes e ferramentas), os insertos devem ser capazes de manter cortes precisos sem deformação ou quebra.

Materiais recomendados:

• CBN (Nitreto Cúbico de Boro): Usado em ligas endurecidas, aços temperados, e materiais com dureza superior a 45 HRC. Oferece excelente resistência ao desgaste e uma vida útil prolongada, além de ser altamente eficaz em cortes contínuos e interrompidos.
• Insertos cerâmicos: Outra opção para materiais endurecidos, como superligas à base de níquel, que exigem alta resistência ao calor e ao desgaste.
• PCD (Diamante Policristalino): Além de ser usado para alumínio, também é adequado para a usinagem de materiais duros, mas não ferrosos, como compósitos e cerâmicas.

4 Usinagem de Ferro Fundido

O ferro fundido é amplamente utilizado na indústria automotiva e de fundição, e sua usinagem apresenta desafios devido à sua natureza abrasiva e quebradiça. Insertos de metal duro e CBN são comumente usados para usinar ferro fundido, pois ambos os materiais oferecem excelente resistência ao desgaste e durabilidade em condições de alta abrasividade.

Requisitos na Usinagem de Ferro Fundido:

• Resistência à abrasão: O ferro fundido possui partículas duras que podem desgastar rapidamente as ferramentas de corte, tornando necessário o uso de insertos altamente resistentes à abrasão.
• Capacidade de suportar forças de impacto: O ferro fundido é um material quebradiço, o que pode causar fraturas durante a usinagem, especialmente em cortes interrompidos.
• Gestão de cavacos: Devido à natureza quebradiça do ferro fundido, a formação e evacuação de cavacos podem ser imprevisíveis, exigindo insertos com geometria adequada para controlar o fluxo de cavacos.

Materiais recomendados:

• Insertos de CBN: Altamente eficazes na usinagem de ferro fundido cinzento e nodular, com alta resistência ao desgaste e capacidade de operar em altas velocidades de corte.
• Insertos de metal duro com revestimentos de TiAlN: Oferecem uma combinação de dureza e resistência ao calor, ideal para cortes de alta velocidade em ferro fundido.

Evolução Tecnológica dos Insertos

A indústria da usinagem tem experimentado avanços tecnológicos significativos, e os insertos de corte são um dos principais elementos que passaram por melhorias contínuas. A evolução dos materiais, geometrias e revestimentos contribuiu para o aumento da produtividade, precisão e longevidade das ferramentas de corte. A seguir, exploramos as inovações mais recentes nos insertos de usinagem.

1 Revestimentos Modernos para Insertos

Os revestimentos aplicados aos insertos têm desempenhado um papel crucial no aprimoramento das ferramentas de corte. Esses revestimentos foram projetados para aumentar a resistência ao desgaste, reduzir o atrito e prolongar a vida útil do inserto, especialmente em condições de corte severas e materiais difíceis de usinar. Os principais avanços nos revestimentos incluem:

• TiN (Nitreto de Titânio): Um dos primeiros revestimentos amplamente utilizados, o TiN é conhecido por sua resistência ao desgaste e à oxidação. Ele oferece um acabamento superficial mais suave, reduzindo o atrito entre o inserto e o material a ser usinado. Além disso, sua cor dourada facilita a identificação do desgaste da ferramenta.

• TiCN (Nitreto de Carbono de Titânio): O TiCN é uma evolução do TiN, com maior dureza e resistência ao desgaste. Esse revestimento é utilizado em aplicações que exigem maior durabilidade, como a usinagem de aços inoxidáveis e materiais endurecidos. Sua maior resistência ao calor permite operações de corte em velocidades mais elevadas.

• Al2O3 (Óxido de Alumínio): O Al2O3 é um dos revestimentos mais resistentes ao calor, sendo amplamente utilizado em operações de corte de alta temperatura, como a usinagem de ligas de aço e ferro fundido. Ele também oferece excelente resistência à oxidação, aumentando a vida útil dos insertos em condições extremas.

• TiAlN (Nitreto de Alumínio e Titânio): Esse revestimento combina a resistência ao desgaste do TiN com a estabilidade térmica do Al2O3. É amplamente utilizado em operações de usinagem de alta velocidade, pois mantém suas propriedades de corte a temperaturas muito altas, reduzindo a necessidade de lubrificação.

• Revestimento DLC (Diamond-Like Carbon): O DLC oferece propriedades semelhantes às do diamante, proporcionando baixo atrito e alta resistência ao desgaste. Ele é especialmente útil na usinagem de materiais não ferrosos, como alumínio e cobre, onde a adesão ao inserto pode ser um problema. O revestimento DLC melhora o deslizamento da ferramenta e garante um corte mais limpo.

• Revestimentos de Multicamadas: Com a evolução das técnicas de revestimento, surgiram os revestimentos multicamadas, que combinam diferentes materiais para melhorar o desempenho em várias condições. Por exemplo, um inserto pode ter uma camada de TiN para resistência ao desgaste, seguida por TiAlN para resistência ao calor, proporcionando uma solução versátil para diferentes tipos de usinagem.

Benefícios dos Revestimentos Modernos:

• Maior resistência ao desgaste: Os revestimentos protegem a superfície do inserto contra a abrasão causada pelo contato com o material usinado, prolongando sua vida útil.
• Resistência à oxidação: Em altas temperaturas, os revestimentos evitam a oxidação, o que poderia comprometer o desempenho da ferramenta.
• Menor atrito: O uso de revestimentos reduz o atrito entre o inserto e a peça, resultando em menor geração de calor e menos deformação do material.
• Corte mais limpo: Revestimentos como o DLC ajudam a evitar a adesão de material ao inserto, garantindo um corte suave e preciso.

2 Otimização de Processos com Insertos

Além dos avanços nos materiais e revestimentos, a tecnologia de insertos também tem evoluído em termos de geometria de corte e otimização de processos. Essas inovações são projetadas para maximizar a eficiência e reduzir o tempo de inatividade das máquinas.

Avanços em Geometrias de Corte:

• Geometrias especializadas: As novas geometrias de insertos são projetadas para otimizar a formação de cavacos e reduzir as forças de corte. Isso resulta em menor desgaste do inserto e melhor controle de cavacos, principalmente em materiais difíceis de usinar, como ligas endurecidas e aços inoxidáveis.

• Insertos com quebra-cavacos integrados: O desenvolvimento de quebra-cavacos embutidos na geometria do inserto tem sido um avanço importante. Eles controlam a formação de cavacos de maneira mais eficiente, evitando a acumulação de cavacos longos que podem interferir no processo de corte e causar falhas prematuras da ferramenta.

• Geometrias de corte avançadas para acabamentos: Insertos com geometria positiva e bordas afiadas estão sendo cada vez mais utilizados para melhorar o acabamento superficial e reduzir o atrito entre o inserto e a peça. Isso é particularmente benéfico em processos de usinagem de materiais macios, como alumínio, onde o acabamento é fundamental.

Integração com Tecnologia Digital:

• Monitoramento de Ferramentas: A evolução da tecnologia digital na usinagem tem permitido o desenvolvimento de sistemas de monitoramento em tempo real. Esses sistemas utilizam sensores que monitoram a temperatura, vibrações e desgaste do inserto durante o corte, permitindo ajustes automáticos no processo de usinagem. Isso não apenas melhora a qualidade do corte, mas também estende a vida útil dos insertos ao evitar o uso excessivo.

• Simulação e Modelagem de Processos: Com o avanço dos softwares de simulação, os engenheiros podem prever o comportamento dos insertos em diferentes condições de corte. Isso permite otimizar o processo de seleção do inserto antes mesmo da usinagem começar, resultando em menor tempo de ajuste e maior eficiência.

• Automação: A combinação de insertos otimizados com sistemas de automação avançados tem permitido processos de usinagem ininterruptos e de alta eficiência. Ferramentas automáticas podem trocar insertos desgastados em tempo real, minimizando o tempo de inatividade e aumentando a produtividade.

Benefícios da Otimização de Processos:

• Aumento da Velocidade de Corte: Com os novos materiais, revestimentos e geometrias, os insertos são capazes de cortar materiais a velocidades muito mais altas, sem comprometer a qualidade do corte ou a vida útil da ferramenta.
• Redução do Tempo de Inatividade: A durabilidade aprimorada dos insertos e a automação dos processos de usinagem resultam em menos paradas para troca de ferramentas, aumentando a produtividade geral.
• Custo Reduzido por Peça: A otimização dos processos com insertos mais eficientes reduz o custo total de produção, uma vez que há menor desgaste da ferramenta e maior eficiência no corte, resultando em mais peças usinadas por hora.

Vantagens e Desvantagens dos Diferentes Tipos de Insertos para Usinagem

A escolha correta do tipo de inserto para usinagem depende de diversos fatores, como o material da peça, a velocidade de corte, as condições de operação e os requisitos de acabamento. Cada tipo de inserto possui suas características específicas, com vantagens e desvantagens que devem ser avaliadas cuidadosamente para garantir o melhor desempenho. Abaixo, analisamos os principais tipos de insertos, destacando seus benefícios e limitações.

1 Insertos de Metal Duro (Carbeto de Tungstênio)

Os insertos de metal duro, ou carbeto de tungstênio, são os mais amplamente utilizados em diversos processos de usinagem, devido à sua versatilidade e desempenho consistente em uma ampla gama de materiais e condições de corte.

• Vantagens:

  • Alta Dureza e Resistência ao Desgaste: O metal duro proporciona excelente resistência ao desgaste, o que resulta em uma vida útil prolongada, especialmente em operações de corte de materiais abrasivos.
  • Versatilidade: Esses insertos são adequados para uma grande variedade de materiais, incluindo aços, ferros fundidos e ligas de metais não ferrosos.
  • Boa Resistência ao Calor: Os insertos de metal duro suportam temperaturas relativamente altas, o que os torna ideais para usinagem em alta velocidade.
  • Custo-efetivo: Comparados a outros materiais de corte mais especializados, como o CBN ou PCD, os insertos de metal duro oferecem uma boa relação custo-benefício.

• Desvantagens:

  • Fragilidade: Embora sejam duros, os insertos de metal duro podem ser quebradiços, especialmente em aplicações que envolvem vibrações ou forças de impacto elevadas.
  • Desempenho Limitado em Materiais Muito Duros: Para a usinagem de materiais extremamente duros, como ligas endurecidas, o metal duro pode não ser a melhor escolha, devido à sua propensão a se desgastar rapidamente.

2 Insertos de Cerâmica

Os insertos de cerâmica são amplamente usados em usinagem de alta velocidade e operações que exigem resistência ao calor.

• Vantagens:

  • Alta Resistência ao Calor: A cerâmica mantém suas propriedades em temperaturas extremamente altas, permitindo velocidades de corte muito elevadas sem deformação ou desgaste acelerado.
  • Bom Desempenho em Materiais Endurecidos: Esses insertos são ideais para a usinagem de ligas endurecidas e materiais abrasivos, como ferro fundido.
  • Maior Vida Útil: Quando usados em condições adequadas, os insertos de cerâmica têm uma vida útil maior em comparação com insertos de metal duro, devido à sua excelente resistência ao desgaste.

• Desvantagens:

  • Fragilidade: A cerâmica é mais suscetível a fraturas e lascamentos em operações com vibrações ou forças de impacto. Isso torna necessário o uso em condições de corte estáveis e com máquinas de alta precisão.
  • Uso Limitado em Materiais Macios: Para materiais macios ou dúcteis, a cerâmica pode não ser eficiente, já que tende a causar desgaste rápido e irregular do inserto.

3 Insertos de CBN (Nitreto Cúbico de Boro)

O CBN é o segundo material mais duro conhecido, ficando atrás apenas do diamante, e é amplamente utilizado para usinagem de materiais extremamente duros.

• Vantagens:

  • Capacidade de Usinar Materiais Dureza Elevada: O CBN é ideal para usinar ligas endurecidas, ferros fundidos endurecidos e materiais altamente abrasivos.
  • Alta Resistência ao Desgaste: Devido à sua dureza extrema, os insertos de CBN apresentam excelente resistência ao desgaste, garantindo longos intervalos entre trocas de ferramenta.
  • Estabilidade em Altas Temperaturas: O CBN mantém suas propriedades de corte em temperaturas muito elevadas, permitindo velocidades de corte superiores.

• Desvantagens:

  • Custo Elevado: Insertos de CBN são significativamente mais caros do que os de metal duro ou cerâmica, o que pode ser um fator limitante em operações onde o controle de custos é uma prioridade.
  • Fragilidade Relativa: Embora muito duros, os insertos de CBN são suscetíveis a lascamentos e fraturas em condições de corte instáveis ou com materiais que geram grandes forças de impacto.

4 Insertos de PCD (Diamante Policristalino)

Os insertos de PCD são fabricados a partir de partículas de diamante sintetizadas sob alta pressão e temperatura. Eles são especialmente eficazes na usinagem de materiais não ferrosos.

• Vantagens:

  • Dureza e Resistência Excepcionais: O PCD é o material mais duro disponível para usinagem, oferecendo uma vida útil extremamente longa, especialmente na usinagem de materiais abrasivos como compósitos e alumínio.
  • Baixa Fricção e Corte Limpo: O PCD proporciona um corte suave com baixo atrito, o que reduz a geração de calor e melhora o acabamento superficial da peça.
  • Adequado para Materiais Não Ferrosos: Esses insertos são ideais para usinagem de alumínio, cobre, ligas de magnésio e compósitos, onde o desgaste abrasivo é um problema significativo.

• Desvantagens:

  • Custo Muito Elevado: Os insertos de PCD são os mais caros, devido ao complexo processo de fabricação e à raridade do material. Portanto, seu uso é justificado apenas em aplicações específicas onde o desempenho superior compensa o custo.
  • Inadequado para Usinagem de Materiais Ferrosos: O PCD não é recomendado para usinagem de aços ou ferros fundidos, pois o calor gerado na usinagem de metais ferrosos pode levar à rápida degradação do diamante.

5 Insertos de Cerâmica com Reforço (Whisker)

Esses insertos são feitos de cerâmica reforçada com filamentos de carbeto de silício (whisker) para melhorar a resistência à fratura.

• Vantagens:

  • Alta Resistência à Fratura: Comparados aos insertos de cerâmica pura, os whiskers são mais resistentes a quebras e fraturas, tornando-os adequados para operações de usinagem interrompida.
  • Desempenho em Alta Velocidade: Esses insertos funcionam bem em operações de alta velocidade e oferecem excelente resistência ao desgaste em materiais difíceis de usinar.

• Desvantagens:

  • Custo Elevado: O reforço com whiskers torna esses insertos mais caros do que os de cerâmica convencional.
  • Menor Versatilidade: Embora excelentes para materiais específicos, como ligas de titânio e níquel, os whiskers têm um campo de aplicação limitado em comparação com insertos de metal duro ou cerâmica.

Como Escolher o Inserto Ideal para Cada Processo de Usinagem?

A escolha do inserto ideal é um dos aspectos mais críticos em qualquer operação de usinagem. Isso ocorre porque o desempenho do inserto pode influenciar diretamente a eficiência, a qualidade do corte, o acabamento da peça e até mesmo a durabilidade do ferramental. Para selecionar o inserto correto, diversos fatores devem ser considerados, e a escolha deve ser cuidadosamente alinhada com as características do material a ser usinado, as condições de operação e o resultado desejado.

1. Material da Peça

O tipo de material que será usinado é o primeiro fator a ser avaliado. Diferentes materiais possuem propriedades físicas e mecânicas distintas, como dureza, abrasividade, maleabilidade e condutividade térmica, que influenciam diretamente o desempenho do inserto.

• Materiais Macios e Não Ferrosos (ex.: Alumínio, Cobre): Insertos com revestimento de diamante policristalino (PCD) são altamente recomendados, pois proporcionam uma vida útil longa e previnem o acúmulo de material na ferramenta.
• Aços e Ligas de Aço: Insertos de metal duro com revestimentos de TiN ou TiCN são excelentes para esse tipo de material, pois oferecem resistência ao desgaste e à abrasão.
• Materiais Endurecidos (ex.: Ligas de Aço Tratadas): O nitreto cúbico de boro (CBN) é uma escolha superior para lidar com a alta dureza e abrasividade dessas ligas.

2. Condições de Corte

As condições de corte incluem parâmetros como a velocidade, avanço, profundidade de corte e as forças envolvidas no processo de usinagem. Estes fatores influenciam diretamente a seleção do inserto adequado.

• Altas Velocidades de Corte: Insertos de cerâmica ou revestidos com materiais como óxido de alumínio (Al2O3) são excelentes para suportar altas temperaturas geradas por velocidades de corte elevadas, sem comprometer a qualidade do corte.
• Cortes Pesados: Para operações que exigem a remoção de grandes quantidades de material, como o desbaste, é recomendável o uso de insertos robustos com geometrias negativas e de materiais resistentes ao impacto, como metal duro sem revestimento ou revestido com camadas múltiplas.
• Cortes Leves e Precisos: Para operações de acabamento, insertos positivos com geometria de corte suave proporcionam menor força de corte, resultando em superfícies de alta qualidade.

3. Geometria e Forma do Inserto

A geometria do inserto (ângulo de ataque, raio de ponta, arestas de corte) desempenha um papel fundamental na interação entre o inserto e o material. A escolha da forma correta garante que o processo de corte seja o mais eficiente possível.

• Insertos Positivos: Com ângulo de ataque positivo, esses insertos são indicados para materiais delicados ou operações que exigem menor força de corte, como o acabamento ou a usinagem de peças finas e frágeis.
• Insertos Negativos: Indicados para cortes mais pesados e com maior remoção de material, os insertos negativos são mais robustos e duráveis, oferecendo maior resistência ao impacto em condições de corte mais severas.
• Raio de Ponta: Um raio de ponta maior proporciona maior resistência, mas pode comprometer o acabamento superficial. Para operações de acabamento, um raio de ponta menor é preferido.

4. Tipo de Revestimento

Os revestimentos aplicados aos insertos têm uma função primordial de aumentar a resistência ao desgaste, diminuir o atrito e melhorar a resistência ao calor.

• TiN (Nitreto de Titânio): Proporciona alta resistência ao desgaste, além de reduzir o atrito, ideal para cortes contínuos em aços e ligas.
• TiCN (Nitreto de Carbono de Titânio): Oferece maior resistência ao desgaste e abrasão, sendo ideal para usinagem de materiais mais duros ou abrasivos.
• Al2O3 (Óxido de Alumínio): É excelente para alta resistência térmica e é muito utilizado em operações de alta velocidade, onde o calor gerado no processo de corte é intenso.

5. Precisão e Qualidade do Acabamento

Se o objetivo é obter superfícies lisas e precisas, deve-se escolher insertos específicos para operações de acabamento, que muitas vezes têm um raio de ponta menor e arestas de corte finas.

• Acabamento Fino: Para operações que exigem um acabamento superficial de alta qualidade, insertos com geometria positiva e revestimentos resistentes ao desgaste são ideais.
• Desbaste: No caso de remoção de material em grandes quantidades, como em processos de desbaste, insertos negativos e mais robustos são preferidos, uma vez que podem suportar as altas forças de corte.

6. Durabilidade e Custo-benefício

Outro fator importante a ser considerado é o custo do inserto em relação à sua durabilidade e eficiência. Insertos de CBN ou PCD tendem a ser mais caros, mas oferecem uma durabilidade significativamente maior em comparação aos insertos de metal duro, sendo mais econômicos em processos onde materiais duros ou abrasivos estão envolvidos.

• Metal Duro: É uma opção econômica e versátil, ideal para uma ampla gama de materiais e condições de corte.
• CBN e PCD: São mais caros, mas oferecem excelente desempenho em materiais específicos, como ligas endurecidas e metais não ferrosos.

Cuidados e Manutenção dos Insertos

A manutenção adequada dos insertos para usinagem é fundamental para garantir não apenas a longevidade da ferramenta, mas também a qualidade e eficiência dos processos produtivos. Insertos desgastados ou danificados podem comprometer significativamente o desempenho do corte, aumentando o tempo de parada das máquinas, o custo de produção e o risco de danos à peça e ao equipamento. Portanto, seguir boas práticas de manutenção e inspeção dos insertos é essencial para otimizar os resultados e evitar problemas inesperados.

1. Monitoramento do Desgaste

Os insertos para usinagem sofrem desgaste ao longo do tempo devido às condições severas de corte, como altas temperaturas e forças de atrito. É importante monitorar regularmente o estado dos insertos para identificar sinais de desgaste excessivo antes que eles afetem o processo de usinagem.

• Desgaste da Aresta de Corte: O desgaste natural ocorre principalmente na aresta de corte. Se for identificado um desgaste excessivo, é crucial substituir o inserto para evitar que a qualidade do corte seja prejudicada.
• Desgaste por Craterização: A cratera formada na superfície superior do inserto, causada pelo calor e fricção, pode comprometer a precisão do corte. Isso indica a necessidade de substituição do inserto.
• Desgaste na Ponta: A ponta do inserto é particularmente vulnerável ao desgaste, especialmente em operações de acabamento. Se a ponta estiver arredondada ou danificada, a ferramenta deve ser trocada imediatamente.

2. Substituição Preventiva

Além do monitoramento do desgaste, é recomendado realizar substituições preventivas dos insertos de acordo com o tipo de material usinado e as condições de corte. Trocar os insertos antes que atinjam um nível crítico de desgaste pode evitar falhas inesperadas durante o processo de usinagem, o que poderia resultar em retrabalho ou até em danos irreparáveis à peça.

• Rotinas de Inspeção: Estabelecer uma rotina de inspeção visual e tátil dos insertos durante os intervalos de operação pode ajudar a detectar problemas cedo. A utilização de lupas ou microscópios também pode ser benéfica para uma inspeção detalhada.
• Planejamento de Substituição: Ter um cronograma de substituição de insertos com base no histórico de uso e nas condições específicas da operação é uma estratégia eficaz para evitar surpresas desagradáveis e minimizar o tempo de inatividade.

3. Armazenamento Correto

O armazenamento dos insertos é outro aspecto crucial para manter sua qualidade e desempenho. Insertos mal armazenados podem sofrer danos antes mesmo de serem utilizados, como oxidação, desgaste prematuro ou deformações.

• Ambiente Seco e Limpo: É essencial armazenar os insertos em um local seco e limpo para evitar a corrosão ou contaminação por partículas que possam danificar as arestas de corte.
• Organização Adequada: Utilizar embalagens originais ou organizadores específicos para insertos ajuda a evitar o contato direto entre eles, o que pode causar lascamentos ou quebras na aresta de corte.

4. Manutenção da Ferramenta de Suporte

A condição da ferramenta de suporte, como os porta-ferramentas, também afeta diretamente o desempenho dos insertos. Um porta-ferramenta mal alinhado ou danificado pode gerar vibrações excessivas, resultando em desgaste acelerado ou quebras nos insertos.

• Limpeza Regular: Manter o porta-ferramenta limpo e livre de detritos garante um contato firme e estável com o inserto, evitando movimentos indesejados durante o corte.
• Verificação de Desgaste: Periodicamente, inspecione os porta-ferramentas e outros suportes para garantir que estão em boas condições e alinhados corretamente com a máquina.

5. Uso Adequado de Fluidos de Corte

O fluido de corte desempenha um papel vital na dissipação do calor gerado durante a usinagem e na lubrificação das áreas de contato entre o inserto e a peça de trabalho. Usar o fluido correto para cada tipo de material e operação ajuda a reduzir o desgaste do inserto e aumentar sua vida útil.

• Escolha do Fluido: Certifique-se de usar o fluido de corte apropriado para o material e a operação em questão, seja ele refrigerante, lubrificante ou misto.
• Quantidade Adequada: Aplicar fluido de corte de forma abundante e contínua durante a operação de usinagem garante que o inserto seja adequadamente resfriado, prevenindo o superaquecimento e o desgaste acelerado.

Conclusão

Os insertos para usinagem são peças-chave na indústria metalúrgica moderna, desempenhando um papel essencial na melhoria dos processos de corte de materiais. Desde sua invenção, eles proporcionaram um salto significativo na capacidade de fabricação, permitindo que as indústrias aumentassem a produtividade, a precisão e a eficiência, ao mesmo tempo em que reduzissem os custos operacionais.

A escolha do inserto ideal é um fator crítico para o sucesso de qualquer operação de usinagem. Levar em consideração fatores como o material a ser usinado, as condições de corte, as propriedades mecânicas dos insertos e as tecnologias de revestimento é vital para otimizar a durabilidade da ferramenta e a qualidade do produto final. Com o avanço contínuo nas tecnologias de fabricação de insertos, incluindo o desenvolvimento de geometrias inovadoras e revestimentos avançados, as empresas agora têm mais opções para aumentar a velocidade de corte, reduzir tempos de ciclo e melhorar o desempenho geral da usinagem.

Além disso, a evolução dos insertos reflete o compromisso da indústria com a inovação, à medida que novos materiais e técnicas de fabricação emergem, permitindo a usinagem de ligas cada vez mais complexas e desafiadoras, com menos desgaste e maior precisão. Seja para o corte de materiais como aço, alumínio ou ligas endurecidas, o uso de insertos de qualidade, bem selecionados e mantidos, proporciona um retorno substancial em termos de eficiência produtiva e longevidade das ferramentas.

Em última análise, os insertos de usinagem não apenas revolucionaram a forma como os metais são cortados, mas também abriram caminho para novos níveis de automação e qualidade na manufatura. Conforme a tecnologia continua a avançar, os insertos para usinagem se tornarão ainda mais sofisticados, assegurando que a indústria continue a progredir rumo a processos de fabricação mais rápidos, precisos e sustentáveis.