In CNC machining, tool life refers to the time it takes for a cutting tool to become worn out from the initial cutting at the tool tip or the actual length of time measured from the workpiece’s surface. The tool cutting time is a key evaluation indicator used by tool manufacturers to calculate tool life.

Dois fatores principais que influenciam significativamente a vida útil da ferramenta:

Velocidade de corte (velocidade linear)

A velocidade de corte tem um impacto notável na vida útil da ferramenta. Se a velocidade de corte exceder 20% da velocidade especificada para o material que está sendo usinado, a vida útil da ferramenta será reduzida à metade de sua duração original. Se aumentar para 50% acima da velocidade especificada, a vida útil da ferramenta será reduzida para apenas um quinto da sua duração original.

Vibração

In addition to cutting speed, vibration also has a significant effect on tool life. The main reason for vibration is the rigidity of the machining setup. Vibration on the workpiece’s surface is seen as continuous hammering between the tool and the workpiece, rather than normal cutting. This can increase the degree of tool chipping and fracturing, thereby greatly reducing the tool’s lifespan.

Métodos de estimativa da vida útil de ferramentas CNC

Estimado com base no tempo de corte

Na indústria de ferramentas de corte de metal, uma recomendação de velocidade de corte normalmente é feita com base na vida útil da ferramenta CNC de 15 minutos. Em aplicações práticas, é comum utilizar 75% com valor recomendado fornecido pelo fabricante da ferramenta CNC. Nessa velocidade de corte reduzida, a vida útil estimada para ferramentas CNC é de aproximadamente 60 minutos.

O número estimado de peças que podem ser processadas por uma única aresta de corte pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

N = (19100 * V * f) / (D * h)

Onde: N: Vida útil da ferramenta, o número de peças que podem ser processadas (unidade: peças) V: Velocidade de corte selecionada para a ferramenta (unidade: metros por minuto) f: Taxa de avanço durante a usinagem (unidade: milímetros por revolução) D: Diâmetro da peça a ser usinada (unidade: milímetros) h: Comprimento de usinagem (unidade: milímetros)

Torneamento de uma peça com diâmetro de 60 milímetros e comprimento de 110 milímetros. O fabricante da ferramenta recomenda uma velocidade de corte de 200 metros por minuto. A vida útil planejada da ferramenta T é de 60 minutos. A velocidade de corte real utilizada é de 150 metros por minuto e a taxa de avanço é de 0,1 milímetros por revolução. Calcule a vida útil estimada da ferramenta:

N = (19100 * 150 * 0,1) / (60 * 110) = 43,4

Sob as condições dadas, cada aresta de corte pode processar aproximadamente 43 peças.

Cálculo da vida útil da ferramenta CNC com base na distância de corte

Cutting distance refers to the total distance traveled by a cutting edge, assuming that a single cutting edge continuously cuts on a very large workpiece at a constant speed from the beginning to failure. This distance is known as the cutting distance life and is denoted by “L.”

O número estimado de peças que uma única aresta de corte pode processar pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

N = (318300 * L * f) / (D * h)

Onde: N: Vida útil da ferramenta, número de peças que podem ser processadas L: Vida útil estimada da distância de corte, medida em quilômetros f: Avanço durante a usinagem, medido em milímetros por revolução D: Diâmetro da peça a ser usinada, medido em milímetros h: Comprimento da usinagem, medido em milímetros

Por exemplo, ao tornear uma peça com diâmetro de 50 milímetros e comprimento de 100 milímetros, com avanço de 0,1 milímetros por revolução e a vida útil da distância de corte recomendada pelo fabricante da ferramenta é de 10 quilômetros, a vida útil estimada da ferramenta pode ser calculado da seguinte forma:

N = (318300 * 10 * 0,1) / (50 * 100) = 63,66

Sob as condições dadas, cada aresta de corte pode processar aproximadamente 63 peças.

Vida útil estimada da ferramenta com base em valores empíricos

Experienced professionals in the industry, with their wealth of experience, can directly estimate the tool’s service life for machining specific materials using common materials and commonly used CNC tools.

Por exemplo, para brocas de liga dura revestidas com diâmetros variando de Φ25 a Φ30, ao perfurar aço carbono comum, o comprimento de perfuração cumulativo é de aproximadamente 20 a 30 metros. Ao usinar ferro fundido, geralmente o comprimento total acumulado é de cerca de 80 a 100 metros.

Os três métodos de estimativa mencionados acima são apenas estimativas aproximadas em circunstâncias típicas. Seja estimando com base no tempo de corte ou na distância de corte, esses métodos tendem a ser conservadores. Geralmente, os fabricantes de ferramentas não fornecem esses métodos de estimativa, pois os métodos de cálculo para ferramentas CNC são determinados em ambientes laboratoriais específicos e podem não ser aplicáveis como diretrizes gerais.

Métodos para melhorar a vida útil da ferramenta

Melhorar a matriz

By varying the particle size of tungsten carbide within the range of 1-5μm, tool manufacturers can alter the matrix properties of cemented carbide tools. The particle size of the matrix material plays a crucial role in cutting performance and tool life. Smaller particle sizes result in better wear resistance for the tool, while larger particle sizes enhance the tool’s toughness.

Além disso, aumentar o teor de cobalto em materiais de ferramentas CNC de carboneto cimentado em 6% para 12% pode aumentar a tenacidade. Portanto, requisitos específicos do processo de corte, seja para tenacidade ou resistência ao desgaste, podem ser atendidos ajustando o teor de cobalto.

O desempenho dos substratos de ferramentas também pode ser melhorado formando uma camada rica em cobalto perto da superfície externa ou adicionando seletivamente outros elementos de liga (como titânio, tântalo, vanádio, nióbio, etc.) ao material de metal duro. Uma camada rica em cobalto pode melhorar significativamente a resistência da aresta de corte, melhorando assim o desempenho da usinagem em desbaste e das ferramentas de corte interrompidas.

Escolha o revestimento adequado

Os revestimentos também contribuem para melhorar o desempenho de corte de pastilhas de ferramentas CNC de metal duro. As tecnologias de revestimento atuais incluem:

1Titanium Nitride (TiN) Coating: This is a universal PVD and CVD coating that enhances the tool’s hardness and oxidation temperature.

2Revestimento de Carbonitreto de Titânio (TiCN): Ao adicionar elementos de carbono ao TiN, este revestimento melhora a dureza e a suavidade da superfície.

3Revestimentos de nitreto de alumínio e titânio (TiAlN) e nitreto de alumínio e titânio (AlTiN): A aplicação de camadas de óxido de alumínio (Al2O3) em conjunto com esses revestimentos pode aumentar a vida útil da ferramenta em processos de corte em alta temperatura. Os revestimentos de óxido de alumínio são particularmente adequados para corte a seco e quase seco.

4Revestimento de Nitreto de Cromo (CrN): Este revestimento apresenta boas propriedades anti-adesão e serve como uma solução para combater a adesão de cavacos.

Afiar borda

Em muitos casos, a preparação das arestas de corte da lâmina (ou brunimento das arestas) tornou-se um fator crítico na determinação do sucesso da usinagem. Os parâmetros do processo de brunimento precisam ser determinados com base em requisitos específicos de usinagem. A quantidade de brunimento pode variar de 0,007 mm a 0,05 mm. Geralmente, as lâminas usadas para torneamento e fresamento contínuo da maioria dos aços e ferros fundidos requerem um grau significativo de afiação da aresta. A quantidade de brunimento depende da classe do metal duro e do tipo de revestimento (revestimento CVD ou PCD). Para pastilhas de corte interrompidas para serviços pesados, o brunimento substancial da aresta ou a usinagem de áreas em forma de T tornou-se um pré-requisito.

Por outro lado, como as pastilhas de lâmina usadas para usinagem de aço inoxidável e ligas de alta temperatura tendem a formar acúmulos de cavacos, elas exigem arestas de corte afiadas e só podem passar por um leve brunimento (até 0,01 mm), ou mesmo quantidades menores de brunimento podem ser personalizadas. Da mesma forma, as pastilhas usadas para usinagem de ligas de alumínio também exigem arestas de corte vivas.