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FUNDAMENTOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS
Prof. Dr. Sandro Cardoso Santos CEFET-MG
Prof. Dr. Wisley Falco Sales PUC Minas
Agosto de 2004
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales
Sumrio
Captulo 1 Introduo 1
Captulo 2 Grandezas Fsicas no Processo de Corte 15
Captulo 3 Geometria das Ferramentas de Corte 24
Captulo 4 Formao do Cavaco e Interface Cavaco-ferramenta 36
Captulo 5 Fora e Potncia de Corte 62
Captulo 6 Temperatura de Usinagem 72
Captulo 7 Materiais para Ferramentas de Corte 87
Captulo 8 Revestimentos para Ferramentas de Corte ------------------------------ 127
Captulo 9 Avarias, Desgaste e Mecanismos de Desgaste da Ferramenta 157
Captulo 10 - Vida da Ferramenta e Quantificao do Desgaste 168
Captulo 11 - Fluidos de Corte: Fundamentos, Aplicaes e Tendncias 176
Captulo 12 Integridade Superficial 212
Captulo 13 Usinabilidade dos Metais 232
Captulo 14 Referncias Consultadas 262
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
Captulo 1
Introduo
O contedo deste livro aborda, como tema principal, os processos de fabricao por
usinagem. Antes, porm, de chegar etapa de fabricao, o produto passa pelas
fases de estudo e elaborao. Neste captulo so apresentadas as etapas da
produo de peas usinadas tendo como ponto de partida os principais tpicos
referentes METODOLOGIA DE ELABORAO DO PROJETO e em seguida
feita uma explanao a respeito dos processos de fabricao, com nfase para o
foco deste trabalho, que o estudo da USINAGEM.
1.1 - Metodologia de Elaborao de Projeto
No final da dcada de 1990, um novo termo surge para descrever uma nova era de
incertezas especulativas e produtivas que atingiram o mundo: a Globalizao.
Nesse cenrio especulativo, grandes indstrias e at mesmo pases tornam-se
vtimas de ataques sua imagem e integridade financeira. Observando esses
aspectos, as indstrias produtoras de bens de consumo passam a necessitar cada
vez mais de metodologias capazes de administrar de forma efetiva a criao e
fabricao de novos produtos, visando sempre atender ou superar as expectativas
do consumidor. S assim conseguiro disponibilizar seus novos produtos com
rapidez, em um mercado altamente competitivo.
O projeto de um componente ou sistema apresenta particularidades mas, medida
que um projeto iniciado e desenvolvido, observa-se uma seqncia de eventos, em
ordem cronolgica que formam um modelo, que na maioria dos casos comum a
vrios projetos (Back, 1983). A metodologia de carter geral pode ser dividida em
quatro fases principais: Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 1
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
1a Fase - Estudo de viabilidade: Durante esta fase so estudadas as necessidades do mercado. Procura-se determinar as caractersticas necessrias
ao produto que garantam a sua aceitao pelos consumidores. Alm disso, so
determinadas as necessidades econmico financeiras para a sua produo e a
alocao de recursos que sero utilizados no decorrer de todo o processo. Nessa
fase so levantadas as primeiras solues do problema proposto.
2a Fase - Avaliao do produto: As concepes apresentadas na fase anterior sero avaliadas segundo critrios estabelecidos. Nessa fase surgiro novas
concepes e melhorias para as j estabelecidas. Com a sua concluso a soluo
principal para o problema estar definida, podendo ainda apresentar
conjuntamente um pequeno nmero de solues alternativas.
3a Fase - Detalhamento do produto: O produto delimitado na segunda fase ser detalhado, as solues propostas so avaliadas e se o projeto apresentar
chances reais de sucesso ser encaminhado para a execuo.
4a Fase - Execuo do produto: As etapas necessrias a produo do projeto especificado so realizadas. Produes de pilotos, pr-srie e produo em srie
ocorrem de acordo com a realidade do mercado e caractersticas do produto.
Na Figura 1.1 apresentado o modelo para a primeira fase do desenvolvimento de
projetos. O fluxograma pode ser dividido em trs grupos principais: levantamento das
necessidades, conceituao e anlise de viabilidade. O termo conceituao
entendido como a determinao de solues viveis para as necessidades
encontradas na anlise do mercado (Ertas e Jones, 1994). Existem vrias tcnicas
desenvolvidas para se atingir um nmero de solues viveis e com chances de
tornarem-se produtos de sucesso. Ullman (1992) sugere duas tcnicas de grande
importncia para conceber solues para o problema em questo: Decomposio
Funcional e Determinao de Solues a partir das Funes. Existe uma diversidade
de mtodos propostos para conceber solues como: brainstorming (Ullman, 1992;
Back, 1983; Ertas e Jones, 1994), mtodo morfolgico, inverso, analogia, fantasia,
empatia, sinergia, tcnica da caixa preta (Asimow, 1968), solues dos usurios,
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 2
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
servios, competidores e outras firmas (Urban, 1993), patentes, livros de referncia e
revistas especializadas, consultas a especialistas (Ullman, 1992), entre outros.
no
sim
Informaesgerais
Informaesde mercado
Anlise de necessidades
Possveiscompradores
Vlidos ?
no
sim
Informaestecnolgicas
no
sim
Explorar sistemasenvolvidos
Proposies tcnicas
RelevantesCompletas ?
no
sim
Criatividade Soluesalternativas
Soluespropostas
Plausveis ?
Experinciatecnolgica
Viabilidade fsica
Fisicamenterealizvel ?
Soluesconstrutivas
no
sim
Viabilidadeeconmica
Fatoreseconmicos
Modelos decusto
Lucro ?
no
sim
Viabilidadefinanceira investimento
Fontes de
Existecapital ?
Conjunto desolues possveis
2a Fase : Projeto preliminar
Teste de princpios
Figura 1.1 Primeira Fase - Estudo de Viabilidade.
De posse de um conjunto de solues para as necessidades determinadas, deve-se
filtrar e avaliar essas solues por meio de um estudo de viabilidade fsica,
econmica e financeira (Back, 1983). O objetivo do estudo de viabilidade
basicamente assegurar que o projeto, ao entrar na fase de detalhamento, ser
aceitvel tanto do ponto de vista tcnico quanto econmico. Esse estudo ir sugerir
alteraes para as solues encontradas, adequando-as aos aspectos j referidos.
Viabilidade Fsica: Uma soluo ser a primeira vista: fisicamente vivel, funcional sob condies ou aparentemente invivel (Ullman, 1992). Sendo necessrio um
estudo detalhado para garantir a sua determinao. Essa avaliao feita segundo
critrios tcnicos estudados pelo engenheiro em sua formao. Uma soluo pode
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 3
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
ser aparentemente invivel quando ao primeiro contato do observador, baseado na
sua experincia, verificada a impossibilidade de funcionamento ou execuo.
Porm, isso no suficiente para determinar a falncia de uma idia. necessrio
determinar o porqu da sua inexeqibilidade fsica. Acima de tudo, deve-se evitar
rejeitar uma idia pelo fato de ela implicar em inovao tcnica, pois existe uma
tendncia natural em preferir o tradicional inovao (Ullman, 1992).
Uma soluo pode ser funcional sob condies quando para sua realizao
necessrio o cumprimento de uma condio especfica, por exemplo, a soluo
funcionar se for implementado um avano tecnolgico especfico. E finalmente, a
soluo fisicamente vivel aquela que aps estudos detalhados, sugestes de
modificaes e melhorias no apresenta problemas construtivos ou conceituais.
Viabilidade econmica: Um objeto para ser tpico adequado de um projeto de engenharia deve passar em um teste de compensao econmica, isto , deve ser
de suficiente valor para compensar o esforo (Asimow, 1968). Valor tem uma
conotao que singularmente pessoal. A nica medida objetiva encontra-se no
mercado. Quando se pode aplicar este instrumento de medida, os resultados podem
ser quantitativamente estimados e expressos em termos de dinheiro. Caso contrrio,
os valores permanecem subjetivos. Segundo Buarque (1989), o projetista deve estar
preparado e capacitado a avaliar os estados econmicos do produtor, distribuidor e
consumidor, pois cada um deles possui interesses especficos e a adaptao do
projeto a suas necessidades ir fornecer uma soluo com provvel viabilidade
econmica.
Viabilidade financeira: Um projeto pode apresentar mritos sob todos os pontos de vista e ser de um grande valor econmico, mas sua realizao necessita de recursos
econmicos no disponveis (Asimow, 1968). O projeto deve ser examinado com
relao a sua viabilidade financeira, antes que sejam feitas despesas substanciais
com o seu trabalho. Pode ser que algumas das solues propostas acarretem mais
demanda financeira que outras; algumas podem exigir maiores recursos financeiros
do que os disponveis e devem ser, por conseguinte, abandonadas. Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 4
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
1.1.1 - Projeto Preliminar
Na Figura 1.2 apresentada a morfologia do projeto preliminar. Essa fase inicia-se
com um conjunto de solues teis que foram desenvolvidas no estudo de
viabilidade.
no
sim
Estudo daviabilidade
Experinciado grupo
Seleo da melhor soluo
Primeira soluo
Melhor ?
no
sim
Recursosmatemticos
no
sim
Formulao domodelo matemtico
Dados da simulao
VlidosSuficientes ?
no
sim
Anlise de sensibilidadee compatibilidade das variveis
Otimizao dos parmetros
Adequados ?
Valores dos
no
sim
Testar processoe prever desempenho
Testes delaboratrio
testes
Aceitveis ?
no
sim
Simplificao Experincia
Melhormais barato ?
Projeto melhorado
Recursosmatemticos
Sensibilidadeidentificada
Grau de sensibilidadedas variveis
Recursosmatemticos
parmetros
Dados dos
3a Fase: Projeto detalhado
Figura 1.2 Segunda Fase - Projeto Preliminar.
O objetivo de um projeto preliminar estabelecer qual das alternativas propostas
apresenta a melhor concepo para o projeto. Cada uma das solues alternativas
fica sujeita anlise em ordem de grandeza, at que a evidncia indique que uma
delas inferior a algumas ou superior a todas as outras. A soluo escolhida
submetida a exames mais detalhados. Os estudos de sntese so iniciados para
estabelecer, numa primeira aproximao, a extenso da faixa dentro da qual os
principais parmetros do projeto devem ser controlados (Back, 1983; Asimow, 1968).
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
Em seguida, empreendem-se estudos do tipo projetivo, dirigido para as questes de
como a soluo se comporta com o tempo. As condies scio-econmicas, tais
como o gosto do consumidor, a oferta do competidor e a disponibilidade de matrias-
primas podem ser modificadas; o estudo da arte tcnica pode progredir (Back, 1983).
O tempo, muito provavelmente, reduzir a qualidade do produto. O problema saber
com que rapidez a razo de obsolescncia ou desgaste deve ser aceita como uma
das consideraes importantes de um projeto. Finalmente, os aspectos crticos do
projeto devem ser verificados, a fim de se validar a concepo para o mesmo e de
se fornecer as informaes essenciais para suas fases posteriores.
1.1.2 - Projeto Detalhado
A fase do projeto detalhado comea com a concepo desenvolvida no projeto
preliminar. Seu objetivo fornecer as descries de engenharia de um projeto
frutfero e verificado. Sua morfologia apresentada na Figura 1.3.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
no
sim
Tecnologia Especificaode subsistemas
Subsistemas
Adequados ?
no
sim
no
sim
componentes
Lista de
Satisfatria ?
no
sim
Descrio das partes
Desenho de conjunto de montagem
Completos ?
Desenhos de
no
sim
Normas e padronizao desenho, normas
desenhos
Aceitveis ?
no
sim
Liberar para Administrao
Adequado ?
Desenho para Possveis ?
Conjunto de desenhos departes ou peas
montagem
Conjunto de
Prximas Fases
Projeto preliminar
Tecnologia Especificar
componentes
Tecnologia
Tecnologia
Experincia em
e padronizao
fabricao
fabricao
Figura 1.3 - Terceira Fase - Projeto Detalhado.
Com a concepo para o projeto em mente e as informaes preliminares em mo,
consegue-se, provisoriamente, uma sntese geral. Nessa fase estabelece-se um
programa do projeto a ser elaborado (Back, 1983). Com esse programa como base,
o projeto detalhado ou especificaes dos componentes so efetuados.
Capacidades so determinadas exatamente, dimenses so calculadas, o desgaste
considerado, partes so detalhadas, etc. Assim todos os componentes so
sintetizados, testados e modificados de acordo com o requerido e a mquina ou
sistema torna-se inteiramente desenvolvido, completamente detalhado e claramente
descrito, ou seja, chega-se a um produto fabricvel.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
1.2 - Planejamento da Produo (Execuo do Produto)
Enquanto as fases anteriores situavam-se praticamente na esfera de um engenheiro
projetista, grande parte da fase presente tem sua responsabilidade compartilhada
com outros setores da administrao. Uma nova srie de experincias tcnicas,
concernente a projetos de ferramentas e engenharia de produo, entram em jogo; o
grupo projetista original, contudo, deve continuar representando seu papel de
liderana. A deciso sobre a produo envolve, freqentemente, um compromisso
econmico de grandes propores. O grau de confiana no sucesso do produto deve
ser elevado, a fim de apoiar uma deciso definida. A fase do planejamento de
produo envolve muitas pessoas que modificaro, em forma e detalhe, de acordo
com a indstria. Back (1983) sugere a seguinte lista tpica de indstrias de produo
em massa para as atividades de planejamento de produo:
1. Planejamento detalhado dos processos de fabricao de acordo com as
exigncias de todas as partes, submontagens e montagem final;
2. Projeto de ferramentas e gabaritos;
3. Planejamento, especificao e projeto de nova produo e mesmo de novas
instalaes da fbrica;
4. Planejamento do sistema de controle da qualidade;
5. Planejamento para o pessoal da produo;
6. Planejamento do controle de produo;
7. Planejamento do sistema de fluxo de informaes;
8. Planejamento financeiro.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
1.3 - Fabricao do Produto
Depois de realizadas as diversas etapas do projeto, descritas de maneira sucinta
anteriormente, surge a necessidade de FABRICAR o produto. Mas, o que se
entende por processos de fabricao?
Fabricar conferir a uma pea a forma desejada e estabelecida no projeto.
Mas, como fabricar?
A fabricao consiste em transformar a matria prima em produto acabado. O
conjunto de procedimentos empregados nessa transformao denominado
processo de fabricao. Na representao esquemtica da Figura 1.4 mostrado
um exemplo de processo de fabricao.
PROCESSO DEFABRICAO
PRODUTO ACABADOOU SEMI-ACABADO
MATRIA PRIMA
Figura 1.4 - Representao esquemtica de um processo de fabricao.
Cada processo de fabricao apresenta caractersticas peculiares que o distingue
dos demais. Assim, a fundio caracterizada pela fuso de um metal que
vazado em um molde; a soldagem, pela juno de peas por meio da adio de
metal fundido nas junes; a conformao, pela deformao plstica como meio de
obter a geometria do produto; a metalurgia do p, pela prensagem e aquecimento de
partculas misturadas a um aglomerante; a injeo, pela fuso de plsticos ou metais
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
de baixo ponto de fuso que so conduzidos a alta presso ao interior de um molde
e assim por diante.
O que caracteriza o processo de usinagem que a transformao da matria prima
em produto se d pela remoo de material na forma de cavacos. A usinagem
dividida em duas categorias de acordo com a energia empregada para remover o
material. Na usinagem tradicional (ou convencional) o material removido por
cisalhamento devido ao da ferramenta de corte. Como exemplos de processos
tradicionais de usinagem tem-se o torneamento, fresamento, furao, alargamento,
rosqueamento, retificao, brochamento, etc, Os processos no tradicionais (ou no
convencionais) empregam outras modalidades de energia para remover o material
como ultra-som, laser, plasma, fluxo abrasivo, reaes qumicas ou eletroqumicas,
feixe de eltrons, etc.
A usinagem convencional representa uma parcela significativa entre os processos de
fabricao. Pode-se tomar como exemplo a fabricao de um automvel. Se
considerarmos os seus principais componentes, poderemos fazer uma longa lista de
itens que so usinados em alguma etapa da fabricao.
Produzir a forma desejada, partindo de outra forma inicial como matria prima, pode
ser realizado por diversas maneiras. Na Figura 1.5 so mostrados os diversos
processos de fabricao atualmente desenvolvidos.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
TorneamentoFresamentoFurao
Convencional AlargamentoMandrilamentoBrochamentoRoscamentoSerramentoOutros
Com Remoode Cavaco Eletroeroso
EletroqumicaJato AbrasivoJato de gua
Usinagem Jato de gua AbrasivoNo Convencional Ultra-som
Fluxo AbrasivoLaserPlasmaFeixe de EltronsOutros
RetificaoBrunimento
Abrasivos LapidaoProcessos Lixamentode Fabricao Outros
Molde de AreiaCera Perdida
Fundio Funduo Sob PressoOutros
Eletrodo RevestidoResistncia
Soldagem Arco SubmersoLaserMIG/MAG
Sem Remoo de TIGCavaco
LaminaoExtruso
Conformao ConformaoForjamentoTrefilaoOutros
EstereolitografiaSinterizao a Laser seletivo
Prototipagem Rpida Modelagem por Deposio de FundidoLaminao de ObjetosImpresso Tridimensional
Figura 1.5 Principais processos de fabricao.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
O foco principal deste livro o estudo dos processos de fabricao por usinagem,
com nfase nos fenmenos relacionados remoo dos materiais por cisalhamento
e nos processos de usinagem propriamente ditos.
1.4 - Corte dos Metais ou Processos de Usinagem
No existe uma definio clara para a usinagem usinagem, mas a mais aceita a
que considera Usinagem como os processos de fabricao em que h retirada de
material da pea na forma de cavaco. Entende-se por cavaco a poro de material
que removida da pea. Outros processos de fabricao tambm retiram material
da pea como a estampagem, a retificao, entre outros, mas o modo com que o
material retirado da pea apresenta algumas diferenas em relao usinagem.
Como exemplo, na usinagem tem-se ferramentas com formas e quantidades
definidas atuando sobre a pea, enquanto na retificao o nmero de ferramentas
(gros abrasivos) atuantes muito grande. Alm disso, eles esto aleatoriamente
distribudos sobre a superfcie do rebolo e nesse caso, a retificao enquadrada
como um processo abrasivo, assim como o brunimento e a lapidao.
Portanto, classifica-se a usinagem como:
PROCESSOS DE FABRICAO EM QUE UMA PORO DE MATERIAL
REMOVIDA DA PEA, POR CISALHAMENTO, NA FORMA DE CAVACO.
1.4.1 - Evoluo da Usinagem (www.cimm.com.br)
No Perodo Paleoltico, as facas, pontas de lanas e machados eram fabricados com
lascas de grandes pedras. No Perodo Neoltico, os artefatos eram obtidos com o
desgaste e polimento da pedra (Princpio da Retificao).
Com o passar do tempo, o homem passa a usar metais na fabricao de
ferramentas e armas no fim da pr-histria. Os primeiros metais a serem conhecidos
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
foram o cobre e o ouro e em escala menor, o estanho. O ferro foi o ltimo metal que
o homem passou a utilizar na fabricao de seus instrumentos.
Com a pancada de uma cunha manual surgiu o cinzel, movimentando esta
ferramenta para frente e para trs, aplicando-se presso surgiu a serra.
Um grande avano nesse perodo foi a transformao do movimento de translao
em movimento de rotao (com sentido de rotao invertido a cada ciclo). Este
princpio foi aplicado em um dispositivo denominado furao de corda puxada,
conforme mostrado na Figura 1.6.
Figura 1.6 Mecanismo de corda puxada.
No sculo 19 o trabalho do ferreiro era muito lento. Surgem ento as mquinas
movidas a vapor (energia esta transmitida atravs da oficina por meio de eixos,
correias e roldanas). Mais tarde o vapor seria substitudo pela energia eltrica.
A introduo de suporte mecnico no torno um outro exemplo de um grande
avano no processo de fabricao. O suporte eliminou a necessidade de segurar as
ferramentas com as mos, diminuindo portanto o risco de acidentes.
Porm, foram durante os perodos de guerra que ocorreram considerveis
progressos das mquinas destinadas fabricao. O marco deste progresso foi o
surgimento de partes intercambiveis, principalmente no final do sculo XVIII.
Com o advento do motor de combusto interna, na fabricao dos blocos de
cilindros e de outros componentes, necessitou-se de uma acuracidade dimensional,
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Introduo
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 14
at ento sem precedentes na indstria mecnica, o que levou a enormes desafios
no desenvolvimento da usinagem dos metais. Esses motores eram fabricados com
materiais relativamente fceis de serem usinados, como o ferro fundido cinzento, o
lato e o bronze, com ferramentas de ao carbono endurecido (Trent e Wright,
1999). Antes disso, at meados do sculo XVIII, o principal material utilizado em
engenharia era a madeira, cujos os problemas na usinagem so bem diferentes
daqueles impostos pelos metais.
Com a industrializao, os processos artesanais foram substitudos gradativamente
por processos onde o homem pouco interferia, surgindo ento mquinas mais
complexas. A engenharia avanou significativamente nos ltimos 100 anos,
principalmente as tecnologias de novos materiais. Nos ltimos tempos, a usinagem
tambm evoluiu, como resultado do desenvolvimento das mquinas-ferramentas,
ferramentas de corte e fluidos de corte. Hoje, entre todos os processos de
fabricao, a usinagem o mais difundido, mesmo sendo bastante imprevisvel e
apresentando enormes dificuldades no seu modelamento, devido enorme
quantidade de variveis envolvidas.
Atualmente novas tecnologias foram incorporadas s linhas de produo, onde
mquinas operatrizes fazem parte direta ou indiretamente, de sistemas como o
CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing), HSM (High
Speed Machining), FMS (Flexible Manufacturing Systems), CBS (Computer Business
Systems) e CIM (Computer Integrated Manufacturing). Todas tm em comum a
automatizao, visando minimizar falhas operacionais e aperfeioar as vrias etapas do
processo produtivo (De Sousa, 1998).
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Grandezas Fsicas no Processo de Corte
Captulo 2
Grandezas Fsicas no Processo de Corte
No captulo anterior foi apresentado o conceito de usinagem como o processo de
fabricao em que a transformao da matria-prima em produto se d pela remoo
de material em forma de cavacos. A remoo do cavaco s possvel devido a uma
srie de movimentos relativos entre a ferramenta e a pea. O estudo desses
movimentos est inserido dentro do tpico denominado grandezas fsicas no processo
de corte que trata ainda das velocidades, percursos e das grandezas relacionadas ao
cavaco.
As definies aqui apresentadas so transcries da Norma ABNT NBR 6162/1989,
Movimentos e Relaes Geomtricas na Usinagem dos Metais Terminologia, que foi
criada com o objetivo de padronizar a nomenclatura dessas grandezas.
2.1 - Movimentos
So movimentos relativos entre a pea, considerada esttica e a aresta de corte da
ferramenta. So distintos dois tipos de movimento: movimentos que fazem parte da
retirada de cavaco e os movimentos que no tomam parte na retirada de cavaco. As
definies referem-se a um ponto genrico da aresta de corte.
Os movimentos que tomam parte direta na formao de cavaco so:
Movimento de corte: movimento entre a pea e a ferramenta que, sem o movimento de avano, origina uma nica retirada de cavaco.
Movimento de avano: movimento que, associado ao movimento de corte, promove a retirada contnua de cavaco.
Movimento efetivo: movimento resultante dos movimentos de corte e avano.
Os movimentos que no tomam parte direta na formao do cavaco so:
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 15
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Grandezas Fsicas no Processo de Corte
Movimento de aproximao: movimento entre a pea e a ferramenta com o qual a ferramenta se aproxima da pea, antes do incio da usinagem.
Movimento de ajuste: movimento entre a pea e a ferramenta com o qual determinada a espessura de material da pea a ser retirada (ajuste da
profundidade de corte).
Movimento de correo: movimento para compensar o desgaste da ferramenta. Movimento de recuo: movimento com o qual a ferramenta afastada da pea
aps a usinagem.
2.2 - Direes dos Movimentos
So as direes em que ocorrem os movimentos de corte, avano e efetivo. Dessa
forma:
Direo de corte: direo instantnea do movimento de corte. Direo de avano: direo instantnea do movimento de avano. Direo efetiva: direo instantnea do movimento efetivo de corte.
As direes dos movimentos de corte no processo de torneamento so mostradas
na Figura 2.1 .
Movimentode corte
Movimentode avano
Movimentode efetivo
vc
vf
ve
Figura 2.1 - Direes dos movimentos de corte, avano e efetivo no torneamento.
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 16
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Grandezas Fsicas no Processo de Corte
2.3 - Percursos da Ferramenta na Pea
Percurso de corte Lc: o espao percorrido pelo ponto de referncia da aresta de corte
da ferramenta sobre a pea, segundo a direo de corte.
Percurso de avano Lf: o espao percorrido pelo ponto de referncia da aresta de
corte da ferramenta sobre a pea, segundo a direo de avano. Nos casos em que
haja movimento de avano principal e avano lateral, devem-se distinguir as
componentes do percurso de avano.
Percurso efetivo Le: o espao percorrido pelo ponto de referncia da aresta de corte
da ferramenta sobre a pea, segundo a direo efetiva de corte.
Definies anlogas so vlidas para os movimentos que no tomam parte
diretamente na formao do cavaco.
2.4 - Velocidades
Velocidade de corte vc: a velocidade instantnea do ponto de referncia da aresta de
corte da ferramenta, segundo a direo e sentido de corte.
Velocidade de avano vf: a velocidade instantnea do ponto de referncia da aresta
de corte da ferramenta, segundo a direo e sentido de avano.
Velocidade de efetiva de corte ve: a velocidade instantnea do ponto de referncia da
aresta de corte da ferramenta, segundo a direo e sentido efetivo de corte.
2.5 - Conceitos Auxiliares
Plano de trabalho Pfe: o plano que contem as direes de corte e de avano e passa
pelo ponto de referncia da aresta de corte. Nesse plano ocorrem os movimentos que
tomam parte na retirada de cavaco.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Grandezas Fsicas no Processo de Corte
ngulo da direo de avano : o ngulo entre as direes de corte e de avano. Nem sempre a direo de avano perpendicular direo de corte. No fresamento
esse ngulo varia durante o corte.
ngulo da direo efetiva de corte : o ngulo entre a direo de corte e a direo efetiva de corte.
Os ngulos e , bem como o plano de trabalho encontram-se representados na Figura 2.2.
Superfcies em usinagem: so as superfcies geradas na pea pela ferramenta. Devem-
se distinguir a superfcie em usinagem principal e a superfcie em usinagem
secundria, onde a primeira gerada pela aresta principal de corte e a segunda pela
aresta secundria de corte
As superfcies em usinagem so representadas na Figura 2.3
Ferramenta
Pea
vc ve
vf
Plano detrabalho
Figura 2.2 - Representao esquemtica do plano de trabalho (Pfe) e dos ngulos da
direo de avano () e da direo efetiva de corte ().
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 18
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Grandezas Fsicas no Processo de Corte
Superfcie principal de usinagem
Superfcie secundria de
usinagem Figura 2.3 - Superfcies em usinagem.
2.6 - Grandezas de Corte
So grandezas que devem ser ajustadas na mquina, direta ou indiretamente.
Avano (f): o percurso de avano em cada volta, em mm/revoluo ou em cada curso
da ferramenta, em mm/golpe. No caso de ferramentas que possuam mais de um dente,
como no caso do fresamento, distingue-se o avano por dente (fz), medido na direo
do avano da ferramenta e corresponde gerao de duas superfcies consecutivas
em usinagem.
f=fz.z (2.1)
onde z o nmero de dentes da ferramenta.
O avano por dente pode ser decomposto no avano de corte e no avano efetivo de
corte, mostrados na Figura 2.4.
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 19
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Grandezas Fsicas no Processo de Corte
fz
fc
Direo de corte
fe
Direo efetiva de corte
Figura 2.4 - Representao esquemtica do avano por dente fz, do avano de corte fc
e do avano efetivo fe no fresamento discordante.
Avano de corte (fc): a distncia entre duas superfcies consecutivas em usinagem,
medida na direo perpendicular direo de corte, no plano de trabalho.
fc = fz . sen (2.2)
Avano efetivo de corte (fc): a distncia entre duas superfcies consecutivas em
usinagem, medida na direo perpendicular direo de corte, no plano de trabalho.
fc=fz.sen(-) (2.3)
Profundidade ou largura de usinagem ap: a profundidade ou largura de penetrao,
medida no lano de trabalho e numa direo perpendicular de direo de avano (Fig.
2.5).
Penetrao de trabalho ae: a penetrao da ferramenta em relao pea, medida
no plano de trabalho, numa direo perpendicular direo de avano. de
importncia predominante no fresamento e na retificao (Fig. 2.5).
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Penetrao de avano af: a penetrao da ferramenta, medida no plano de trabalho e
na direo de avano (Fig. 2.5).
Fig. 2.5. Representao esquemtica das profundidades medidas em usinage
2.7 - Grandezas Relativas ao Cavaco
So grandezas calculadas a partir das grandezas de corte.
Largura de corte b: a largura calculada da seo transversal de corte a ser re
medida na superfcie em usinagem principal, na direo perpendicular dire
corte (Fig. 2.6). Para ferramentas de corte com aresta retilnea e sem raio de
tem-se:
b asen
p= r
Largura efetiva de corte be: a largura calculada da seo transversal de corte
retirada, medida na superfcie em usinagem principal, na direo perpendic
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales m.
tirada,
o de
ponta,
(2.4)
a ser
ular
21
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direo efetuva de corte. Para ferramentas de corte com aresta retilnea e sem raio de
ponta, tem-se:
be=b.(1-sen2cosr2)1/2 (2.5)
Espessura de Corte h: a espessura calculada da seo transversal de corte a ser
retirada, medida normalmente superfcie em usinagem principal e segundo a direo
perpendicular direo de corte (Fig. 2.6). Para arestas de corte retilneas:
h=f.senr (2.6)
Fig. 2.6. Representao esquemtica das grandezas relativas ao cavaco.
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Espessura efetiva de corte he: a espessura calculada da seo transversal efetiva de
corte a ser retirada, medida normalmente superfcie em usinagem principal e
segundo direo perpendicular direo efetiva de corte.
h hsen
e = +1 2 2 . tan (2.7)
Seo transversal de corte A: a rea calculada da seo transversal de um cavaco a
ser retirado, medida no plano normal direo efetiva de corte. Na maioria dos casos:
A=ap.fc (2.8)
Ae=ap.fe (2.9)
Em ferramentas sem arredondamento na ponta de corte:
A=b.h (2.10)
Ae=be.he (2.11)
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Captulo 3
Geometria das Ferramentas de Corte
A geometria das ferramentas de corte tem influncia marcante na usinagem dos
materiais. Este captulo apresenta as definies das arestas, superfcies, ngulos e
planos que compem a geometria das ferramentas. A padronizao da nomenclatura
utilizada consta na Norma ABNT NBR 6163/80 Geometria da Cunha de Corte.
Constam dessa norma as definies apresentadas a seguir.
3.1 - Definies
Cunha de Corte: cunha formada pelas superfcies de sada e de folga da ferramenta.
Os cavacos formam-se sobre a cunha cortante por meio do movimento relativo entre a
pea e a ferramenta.
Superfcie de sada A: superfcie da cunha cortante sobra a qual o cavaco desliza.
Superfcie de folga: a superfcie da cunha cortante que define a folga entre a
superfcie em e a ferramenta. Distingue-se a superfcie principal de folga A e a
secundria de corte A.
Arestas de corte: so formadas pelas superfcies de folga e de sada. So definidas a
aresta principal de corte S e a aresta secundria de corte S.
Aresta principal de corte S: aresta de corte cuja cunha de corte, observada no plano de trabalho e para m ngulo da direo de avano = 90 indica a direo de avano.
Aresta secundria de corte S: aresta de corte cuja cunha de corte, observada no plano de trabalho, e para o ngulo da direo de avano = 90o, indica a direo contrria direo de avano.
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Ponta de corte: regio da cunha cortante formada pela interseco das arestas
principal e secundria de corte
Ponto de corte escolhido: ponto tomado como referncia para as definies dos
ngulos da cunha cortante.
As definies apresentadas so mostradas na Figura 3.1
Aresta principal de corte S
Ponta de corte
superfcie principal de folga A
superfcie secundria de folga A
Aresta secundrial de corte S
Superfcie de sada A
Direo de avano
Aresta principal de corte S
Ponta de corte
superfcie principal de folga A
superfcie secundria de folga A
Aresta secundrial de corte S
Superfcie de sada A
Direo de avano
Ponta de corte
superfcie principal de folga A
superfcie secundria de folga A
Aresta secundrial de corte S
Superfcie de sada A
Direo de avano
Ponta de corte
superfcie principal de folga A
superfcie secundria de folga A
Aresta secundrial de corte S
Superfcie de sada A
Direo de avano
Figura 3.1 - Arestas e superfcies que formam a cunha cortante de uma ferramenta de
barra para o torneamento.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Geometria das Ferramentas de Corte
3.2 - Sistemas de Referncia Utilizados para a Definio dos ngulos da Cunha Cortante
As definies das arestas e superfcies que compem a cunha cortante no so
suficientes para a determinao da geometria da ferramenta. As variaes de
geometria de ferramenta apresentadas na Figura 3.2 permitem ilustrar essa afirmao.
As ferramentas mostradas na Figura 3.2 apresentam entre si diferenas
significativas de geometria. A diferenciao entre elas feita por meio dos ngulos da
cunha cortante. Esses ngulos so definidos a partir de planos definidos dos chamados
sistemas de referncia da cunha cortante, apresentados nesta seo.
So definidos dois sistemas de referncia:
Sistema de referncia da ferramenta; Sistema de referncia efetivo;
Os sistemas de referncia so formados por um conjunto de planos definidos a partir
das direes das velocidades de corte e efetiva de corte. O sistema de referncia da
ferramenta definido a partir da direo da velocidade de corte e utilizado na fase
projeto, fabricao e controle da ferramenta de corte. O sistema de referncia efetivo
definido a partir da direo efetiva de corte e utilizado no estudo da geometria da
cunha cortante durante o corte.
Figura 3.2 - Ferramentas de barra com diferentes geometrias.
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3.2.1 - Planos do Sistema de Referncia da Ferramenta
Plano de referncia da ferramenta Pr: o plano que passa pelo ponto de corte e
perpendicular direo de corte. O plano de referncia de uma ferramenta de barra
representado na Figura 3.3.
Direo de corte
Plano de Referncia (Pr)
Figura 3.3 - Representao esquemtica do plano de referncia da ferramenta.
Plano de corte da ferramenta Ps: o plano que passa pelo ponto de corte escolhido,
tangente aresta de corte nesse ponto e perpendicular ao plano de referncia da
ferramenta. O plano de corte da ferramenta representado na Figura 3.4.
Plano de Corte (Ps
)
Plano de Referncia (Pr)Plano de Referncia (Pr)
Figura 3.4 Representao esquemtica do plano de corte da ferramenta.
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-
Fundamentos da Usinagem dos Materiais Geometria das Ferramentas de Corte
Plano ortogonal da ferramenta Po: o plano que passa pelo ponto de corte escolhido e
perpendicular aos planos de referncia Pr e de corte Ps. O plano de corte da
ferramenta representado na Figura 3.5.
Plano de Corte (Ps
)
Plano
de Ref
ernci
a (P r)
Plano de Ortogonal (Po)
Figura 3.5 - Representao esquemtica do plano ortogonal da ferramenta.
Plano admitido de trabalho Pf: o plano que passa pelo ponto de corte escolhido,
perpendicular ao plano de referncia e paralelo direo de avano. O plano admitido
de trabalho representado na Figura 3.6.
Plano admitido de trabalho (Pf)
Direo de avano
Plano de referncia
Figura 3.6 - Representao esquemtica do plano admitido de trabalho.
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Plano de trabalho Pfe: o plano que passa pelo ponto de corte escolhido e contem as
direes de corte e avano. Nesse plano so realizados os movimentos responsveis
pela retirada de cavaco, conforme apresentado no captulo 2. O plano de trabalho
representado na Figura 3.7.
Plano de trabalho (Pfe)
Direo de corte
Direo de avano
Figura 3.7 - Representao esquemtica do plano de trabalho.
Plano dorsal da ferramenta Pp: plano que passa pelo ponto de corte escolhido e
perpendicular aos planos de referncia e admitido de trabalho.
So definidos ainda no sistema de referncia da ferramenta:
Plano normal aresta de corte Pn: plano que passa pelo ponto de corte escolhido e
perpendicular aresta de corte S.
Plano ortogonal superfcie de sada Pg: plano que passa pelo ponto de corte
escolhido e perpendicular superfcie de sada e ao plano de referncia da
ferramenta.
Plano ortogonal superfcie de folga Pb: plano que passa pelo ponto de corte escolhido
e perpendicular superfcie de folga e ao plano de referncia da ferramenta.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Geometria das Ferramentas de Corte
ngulo de posio do plano ortogonal superfcie de folga r: ngulo entre o plano admitido de trabalho e o plano ortogonal, medido no plano de referncia da ferramenta.
3.2.2 - Planos do Sistema de Referncia Efetivo
Os planos do sistema de referncia efetivo so definidos de forma anloga utilizada
para a definio dos planos do sistema de referncia da ferramenta.
Plano de referncia efetivo Pre: o plano que passa pelo ponto de corte e
perpendicular direo efetiva de corte.
Plano de corte efetivo Pse: o plano que passa pelo ponto de corte escolhido,
tangente aresta de corte nesse ponto e perpendicular ao plano de referncia
efetivo.
Plano ortogonal efetivo Poe: o plano que passa pelo ponto de corte escolhido e
perpendicular aos planos de referncia e de corte efetivos (Pre e Pse, respectivamente).
Plano dorsal efetivo Ppe: plano que passa pelo ponto de corte escolhido e
perpendicular aos planos de referncia efetivo e de trabalho.
3.3 - Principais ngulos da Cunha Cortante
A definio dos planos que servem de referncia para a determinao dos ngulos da
cunha cortante torna possvel determinar os ngulos da cunha cortante. Nesta seo
sero apresentados os sete principais ngulos, definidos nos planos de referncia, de
corte e ortogonal.
3.3.1 - ngulos Medidos no Plano de Referncia A vista do plano de referncia de uma ferramenta de barra apresentada na Figura
3.8.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Geometria das Ferramentas de Corte
rr
r
Plano admitido de trabalho Pf
Plano principalde corte Ps
Plano secundriode corte Ps
Direo de corte
Plano de Referncia (Pr)
Sentido de observao
Figura 3.8 - ngulos medidos no plano de referncia da ferramenta.
No plano de referncia so definidos trs ngulos:
ngulo de posio da ferramenta (r): ngulo entre o plano de corte da ferramenta Ps e o plano admitido de trabalho Pf, medido no plano de referncia da ferramenta.
sempre positivo e situa-se sempre fora da cunha cortante, de forma que seu vrtice
indica a ponta de corte. Esse ngulo indica a posio da aresta de corte.
ngulo de ponta da ferramenta (r): ngulo entre o plano principal de corte Ps e o secundrio de corte Ps, medido no plano de referncia da ferramenta.
ngulo de posio lateral da ferramenta (r): ngulo entre o plano de plano de corte secundrio da ferramenta Ps e o plano admitido de trabalho Pfe, medido no plano de
referncia.
importante destacar que a denominao dos trs ngulos recebe acompanhada
do ndice r que indica que tais ngulos so medidos no plano de referncia da
ferramenta. Percebe-se ainda a seguinte relao entre os valores dos ngulos medidos
no plano de referncia da ferramenta:
r + r + r = 180o (3.1)
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-
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3.3.2 - ngulo medido no plano de corte Ps
A vista do plano de corte da ferramenta apresentada na Figura 3.9.
Plano de Corte (Ps
)
Plano de Referncia (Pr)Plano de Referncia (Pr)
Sentido de observao
Plano de referncia s
Figura 3.9 - ngulo medido no plano de corte.
No plano de corte definido apenas o ngulo de inclinao.
ngulo de inclinao (s): ngulo entre a aresta de corte Ps e o plano de referncia da ferramenta Pr, medido no plano de corte da ferramenta Ps. O ngulo de inclinao
pode ser positivo, nulo ou negativo. Diz-se que o ngulo de inclinao negativo
quando o plano de referncia corta a cunha de corte da ferramenta. O desenho
esquemtico da Figura 3.10 permite a visualizao das trs situaes.
s > 0s > 0 s = 0s = 0s < 0s < 0
Figura 3.10 - Representao esquemtica do ngulo de inclinao positivo, nulo ou
negativo.
O ndice s indica que o ngulo medido no plano de corte da ferramenta.
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Fundamentos da Usinagem dos Materiais Geometria das Ferramentas de Corte
3.3.3 - ngulos medidos no plano ortogonal Po
No plano ortogonal da ferramenta so definidos trs ngulos, que so:
ngulo de folga da ferramenta (o): ngulo entre a superfcie de folga A e o plano de corte da ferramenta Os, medido no plano ortogonal da ferramenta Po.
ngulo de cunha da ferramenta (o): ngulo entre as superfcies de folga A e de sada A da ferramenta, medido no plano ortogonal da ferramenta Po.
ngulo de sada da ferramenta (o): ngulo entre a superfcie de sada da ferramenta A e o plano de referncia da ferramenta Pr, medido no plano ortogonal da ferramenta.
A representao esquemtica dos ngulos medidos no plano ortogonal da ferramenta
apresentada na Figura 3.11.
Plano de Corte (Ps)
Plano de Referncia (P
r)
Plano de Ortogonal (Po)
Sentido deobservao
oo
o
Plano deReferncia
Plano de corte
Figura 3.11 ngulos medidos no plano ortogonal
O ngulo de sada pode assumir valores positivos, nulos ou negativos. Essas trs
situaes podem ser visualizadas no desenho esquemtico da Figura 3.12.
Nota-se que o ngulo de sada negativo quando o plano de referncia corta a cunha
cortante da ferramenta. Para os ngulos medidos no plano ortogonal vale a relao:
o+o+o=90o (3.2) Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 33
-
Fundamentos da Usinagem dos Materiais Geometria das Ferramentas de Corte
o > 0 o = 0 o < 0
Figura 3.12 Representao esquemtica do ngulo de sada positivo, nulo e negativo.
3.3.4 - Funes e Influncia dos Principais ngulos da Cunha Cortante
ngulo de folga (o): Evitar o atrito entre a pea e a superfcie de folga da ferramenta; Pequenos valores de o implicam em dificuldade de penetrao da cunha
cortante, desgaste acelerado, grande gerao de calor e acabamento superficial
ruim da pea usinada;
Valores elevados de o implicam em perda de resistncia da cunha da ferramenta, que se torna susceptvel a lascamento ou quebras;
A determinao dos valores de o feita em funo da resistncia do material da ferramenta e do material da pea. De modo geral os valores de o variam de 2 a 14o;
ngulo de sada (o): Tem influncia direta na fora e na potncia de usinagem, no acabamento da
pea e na quantidade de calor gerado;
O aumento do valor de o implica no decrscimo do trabalho de dobramento do cavaco;
A fixao do valor de o feita em funo da resistncia do material da pea e da ferramenta, da quantidade de calor gerado no corte e da velocidade de
avano adotada;
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 34
-
Fundamentos da Usinagem dos Materiais Geometria das Ferramentas de Corte
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 35
Valores negativos de o so empregados no corte de materiais de baixa usinabilidade e em cortes interrompidos, com o inconveniente de provocar
elevao das foras de usinagem e da potncia de corte;
De modo geral so utilizados valores de o entre 10 e 30o;
ngulo de inclinao (o): Controle da direo de sada do cavaco; Proteo da quina da ferramenta contra impactos; Atenuao de vibraes; Valores entre 4 e 4o so normalmente utilizados;
ngulo de posio (r): Distribuio favorvel de tenses no incio e no final do corte; Tem influncia direta no valor do ngulo de ponta (r), influenciando a resistncia
e a capacidade de dissipao de calor da ferramenta;
Tem influncia na direo de sada do cavaco; Responsvel pela componente passiva da fora de usinagem, que contribui para
a reduo das vibraes;
Valores normalmente adotados na faixa de 30 a 90o;
3.3.4 Consideraes finais
Neste captulo foram definidos os principais ngulos da cunha cortante das ferramentas
de corte. As demonstraes desses ngulos foram feitas apenas em ferramentas de
barra com o objetivo de facilitar a visualizao. Cabe ressaltar que as mesmas
definies podem ser aplicadas na definio dos ngulos da cunha cortante de
ferramentas de corte mais complexas, como brocas e fresas. O rigor das definies,
apresar de parecer dispensvel quando se trata de ferramentas de torneamento, tem
como objetivo garantir a sua aplicabilidade para todas as ferramentas de corte.
As definies dos ngulos da cunha de corte so tambm realizadas no sistema de
referncia efetivo.
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Captulo 4
Formao do Cavaco e Interface Cavaco-Ferramenta
Os assuntos abordados nos Captulos II e III apresentaram os fundamentos para o
estudo da usinagem. Os fenmenos decorrentes do contato da ferramenta com a
pea sero apresentados a partir deste Captulo, que trata do processo de formao
do cavaco e do estudo da interface cavaco-ferramenta. Antes de dar incio ao
estudo da formao do cavaco propriamente dita, apresentada a definio do corte
ortogonal, que tem por objetivo permitir simplificaes no estudo dos fenmenos
relacionados ao contato cavaco-ferramenta, como a formao do cavaco, interface
cavaco-ferramenta, foras e tenses de usinagem.
4.1 O Corte Ortogonal
As direes de corte, avano e do movimento de sada do cavaco para o
torneamento cilndrico so representadas na Figura 4.1. Nota-se que essas trs
direes no esto contidas um mesmo plano, de modo que o corte denominado
tridimensional. O corte ortogonal faz uma simplificao do corte na qual as direes
dos movimentos de corte, avano e de sada do cavaco passem a fazer parte de um
mesmo plano. Exemplos de corte ortogonal so apresentados na Figura 4.2.
Direo de corte
Direo de avano
Direo do movimento de sada do cavaco
Figura 4.1 Exemplo de corte tridimensional.
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 36
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Direo de corte
Direo de avanoDireo do movimento de sada do cavaco
Direo de corte
Direo de avano
Direo do movimento de sada do cavaco
Figura 4.2 Exemplos de corte ortogonal.
Os desenhos esquemticos mostrados na Figura 4.2 permitem a visualizar que as
direes de corte, avano e de sada dos cavacos pertencem a um mesmo plano.
O desenho apresentado na Figura 4.3 representa uma vista do plano de trabalho de
uma ferramenta no corte ortogonal.
h
h
h
h
Figura 4.3 Vista do plano de trabalho durante o corte ortogonal.
Alm das consideraes relacionadas s direes, outras condies devem ser
atendidas para que o corte seja considerado ortogonal:
A aresta de corte deve ser reta e perpendicular direo de corte; A aresta de corte deve ser maior que a largura de corte b; A espessura de corte h, que igual ao avano, deve ser pequena em
relao largura de corte b;
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 37
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A largura de corte b e a espessura do cavaco b devem ser idnticas; O cavaco formado deve ser contnuo, sem formao de aresta postia de
corte;
As simplificaes obtidas por meio do corte ortogonal facilitam a visualizao dos
fenmenos que ocorrem durante o corte.
4.2 A Formao do Cavaco
O desenho esquemtico do ensaio de compresso apresentado na Figura 4.4. O
corpo de prova submetido a esforos de compresso crescentes (F1 < F2 < F3) e
inicialmente sofre deformaes elsticas (I). O aumento dos esforos de compresso
prossegue at que seja atingido o limite de resistncia ao cisalhamento do material e
a partir da o corpo de prova sofre deformaes plsticas (II). No instante em que o
limite de resistncia do material atingido, o corpo de prova rompe por
cisalhamento. De acordo com o diagrama de distribuio de tenses de
cisalhamento, a mxima tenso ocorre em um plano a 45o de modo que o material
sofre cisalhamento nessa regio, caso seja isotrpico e no apresente defeitos.
F1F1 F2F2 F3F3
F1F1 F2F2 F3F3
I II III Figura 4.4 Representao esquemtica do ensaio de compresso.
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 38
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Para o estudo da formao do cavaco, o volume klmn, mostrado na Figura 4.4,
pode ser considerado um corpo de provas submetido a um ensaio de compresso.
As tenses de compresso a que o volume de material submetido crescem
medida que o volume de referncia se aproxima da cunha de corte da ferramenta,
de modo que o material submetido deformao elstica e plstica, at sofrer
ruptura por cisalhamento no ponto O, localizado na ponta da ferramenta. A regio
onde o material cisalhado denominada zona de cisalhamento primria,
representada na Figura 4.5. Para efeito de simplificao, a zona de cisalhamento
primria representada por um plano perpendicular ao plano de trabalho,
denominado plano de cisalhamento primrio, indicado pelo seguimento OD na
Figura 4.4.
Figura 4.4 Desenho representativo do processo de formao de cavaco (Trent,
1991).
Aps passar pela zona de cisalhamento primria o volume de referncia
deformado e passa a assumir a configurao representada por pqrs no esquema
da Figura 4.4. A partir de ento tem incio a quarta etapa, a formao do cavaco, que
o movimento do cavaco sobre a superfcie de sada da ferramenta.
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 39
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Figura 4.5 Representao esquemtica das zonas de cisalhamento primria e
secundria (Trent, 1991).
De modo resumido, a formao do cavaco consiste de quatro etapas que so:
Deformao elstica, ou recalque; Deformao plstica; Ruptura; Movimento do cavaco sobre a superfcie da ferramenta;
A quarta etapa do ciclo distingue a formao do cavaco do processo de ruptura em
ensaios de compresso. Ao entrar em contato com ferramenta, o material
submetido a esforos de compresso e de cisalhamento na direo paralela
superfcie de sada da ferramenta, o que d origem chamada zona de
cisalhamento secundria, tambm representada na Figura 4.5. O material na zona
de cisalhamento secundria exerce esforos de compresso sobre a zona de
cisalhamento primria, o que faz com que a regio de mxima tenso de
cisalhamento nesta regio ocorra em uma posio no mais a 45o, como ocorre nos
ensaios de compresso. A posio da regio de mxima tenso de cisalhamento
indicada pelo chamado ngulo de cisalhamento (), como indicado nas Figuras 4.4 e 4.5.
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 40
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A medida do ngulo de cisalhamento sempre menor que 45o e tanto menor
quanto maior for a resistncia ao cisalhamento do material na zona de cisalhamento
secundria. Os fenmenos que ocorrem na interface da ferramenta e os seus efeitos
sobre o ngulo de cisalhamento so detalhados nas sees a seguir.
4.3 - Interface Cavaco-Ferramenta
O estudo da interface cavaco-ferramenta se justifica no s por sua influncia direta
na formao do cavaco, mas tambm por estar relacionado s temperaturas, s
foras de usinagem e vida das ferramentas.
Os fenmenos que ocorrem na interface cavaco-ferramenta no so totalmente
esclarecidos. A teoria mais aceita foi proposta por Trent (1963), que assume a
existncia de uma zona de aderncia e de uma zona de escorregamento na
interface cavaco-ferramenta. O desenho esquemtico da Figura 4.6 indica a
localizao dessas zonas.
Ferramenta
Figura 4.6 Representao das zonas de aderncia e escorregamento Trent
(1991).
A regio hachurada corresponde zona de aderncia que seguida pela rea
delimitada pela linha tracejada.
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 41
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Apesar de no se ter conseguido provar a existncia da zona de aderncia, existem
fortes evidncias de que ela ocorra. Trent (1991) ao analisar a raiz do cavaco aps o
corte ter sido interrompido abruptamente em um dispositivo denominado quick stop
encontrou fortes evidncias de sua existncia.
Outra evidncia da existncia da zona de aderncia est relacionada ao atrito em
usinagem. So identificados trs regimes de atrito entre slidos, dependendo da
rea de contato efetiva entre as superfcies de contato.
Shaw et al. (1960) apresentaram os trs regimes de atrito slido por meio do
diagrama da Figura 4.7.
Figura 4.7 Representao dos trs regimes de atrito slido (Shaw,1960).
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 42
O regime I ocorre quando a rea de contato efetiva entre os slidos muito menor
que a rea aparente (Ar
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De acordo com o modelo de atrito apresentado, quando existe o contato total entre
as superfcies a tenso cisalhante constante e corresponde tenso de
cisalhamento do material de menor resistncia. O modelo de distribuio de tenses
proposto por Zorev (1963), mostrado na Figura 4.8, indica que a tenso de
cisalhamento constante nas proximidades da ponta da ferramenta e passa a
decrescer a partir de um certo ponto, at chegar a zero. Ainda de acordo com o
modelo, a tenso normal mxima na ponta da ferramenta e decresce
exponencialmente at chegar a zero. As elevadas tenses de compresso na ponta
da ferramenta e o fato de a tenso de cisalhamento no variar com a tenso normal
indica que nas proximidades da ponta da ferramenta ocorre o contato total entre a
raiz do cavaco e a superfcie de sada da ferramenta.
Ferramenta
Escorregamento
Figura 4.8 Modelo de distribuio de tenses em usinagem proposto por Zorev
(1963).
Onde: st - tenso cisalhante na regio de aderncia; lst - comprimento da regio de aderncia e,
lf - comprimento total das regies de aderncia e de escorregamento.
Na regio de aderncia, Ar = A e prevalece o regime III. Na regio de
escorregamento Ar
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superfcie da ferramenta, dada pela soma das foras tangenciais que atuam em
cada uma das regies.
Em determinadas condies especiais a zona de aderncia pode ser suprimida,
prevalecendo apenas as condies de escorregamento.
Devido existncia de diferentes condies na interface cavaco-ferramenta, impe-
se a necessidade de estudo criterioso de cada uma dessas condies.
A presena da zona de aderncia pode ser ainda evidenciada por meio da anlise
da Figura 4.9 (Hutchings, 1995), onde mostrado um diagrama de regimes de
desgaste, definidos pela velocidade normalizada e pela carga normalizada. A
velocidade normalizada a razo entre a velocidade de deslizamento e a velocidade
da conduo do calor e a carga normalizada definida pela diviso do valor da
carga normal aplicada pela rea de contato e pela menor dureza entre os materiais
em contado.
Velocidade normalizada = tc
d
vv (4.1)
Onde:
vd a velocidade de deslizamento e vtc a velocidade de transferncia de calor.
Carga normalizada = HVA
FN.
(4.2)
Onde:
FN a carga normalizada, A a rea de contato e HV o valor da menor dureza
entre os materiais em contato.
O diagrama foi obtido por meio de ensaios de desgaste pino sobre disco e define
regies de desgaste severo, suave, transio entre os dois regimes e uma regio
onde ocorre a adeso, definida predominantemente pelo valor da carga normalizada.
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III Suave
II Severo
IV Severo
I Adeso
V Suave
10-5
10-3
10-1
10
10-2 1 104
Velocidade normalizada
Car
ga n
orm
aliz
ada
Figura 4.9. Mapa de regime de desgaste obtido no ensaio pino sobre disco em corpos de
prova de ao.
Tomando como exemplo o torneamento do ao AISI H10 (Costa, 2003), pode-se estimar o
valor da fora normal por meio da equao de Kienzle (Ferraresi, 1977), apresentada a
seguir:
cF = (4.3) z
s hbK1
1 ..
Onde:
Fc a fora de corte;
Ks1 e 1-z so constantes determinadas por meio de grfico, em funo do par
ferramenta-pea e das condies de corte;
h a espessura do cavaco, calculada pela eq. (2.6);
b a largura calculada do cavaco, definida pela eq. (4.4);
r
pab sen= (4.4)
Onde:
ap a profundidade de corte;
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r o ngulo de posio; Os valores de profundidade de corte e do ngulo de posio adotados no exemplo
foram 0,1 mm e 75o, respectivamente. Substituindo-se esses valores na eq. (4.4)
obtm-se:
b = 0,104 mm.
Os valores de Ks1 e de 1-z foram obtidos considerando um material de
caractersticas semelhantes s do material usinado (Ferraresi, 1977).
Ks1 = 2250 N/mm2 e 1-z = 0,84.
Substituindo esses valores na eq. (4.3) tem-se que:
Fc = 21,4 N
De posse do valor da fora de corte Fc, pode-se determinar a presso especfica de
corte Ks, por meio da equao (4.5).
AF
K cs = (4.5) Onde A a rea de contato cavaco ferramenta. Substituindo-se os valores de Fc e A
(0,06 x 0,1) na eq. (4.5) tem-se:
Ks = 3567 N/mm2 = 3567 MPa
A carga normalizada ento calculada dividindo-se Ks pela dureza do material da
pea, que no exemplo foi considerado 1000 HV. Como resultado obtm-se que a
carga normalizada vale aproximadamente 3,5. Do diagrama da Figura 4.9, tem-se
que valores de carga normal da ordem de grandeza 101 como a obtida no exemplo,
correspondem regio de adeso, o que um forte argumento para a existncia da
zona de aderncia, ainda mais considerando que, para o clculo de Ks foi tomado o
valor nominal da rea de contato cavaco-ferramenta. Como de acordo com a Fig. 4.6
a rea de aderncia apenas uma parcela da rea total de contato, o valor real de
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Ks superior ao calculado. Somando-se a isso o fato que, de acordo com o modelo
de Zorev mostrado na Fig. 4.8, a tenso normal superior na ponta da ferramenta, a
hiptese da existncia de uma zona de aderncia naquela regio torna-se irrefutvel.
4.3.1 - Zona de aderncia
Como j mencionado, a existncia de uma zona de aderncia na interface cavaco-
ferramenta foi evidenciada por meio da anlise de micrografias da raiz do cavaco
(obtidas pela interrupo brusca do corte com um dispositivo quick-stop) de
diversos materiais usinados com ao rpido e metal duro (Trent. 1963). Verificou-se
a existncia de contato ntimo do cavaco com a ferramenta ao longo de uma grande
poro da interface ferramenta-pea. Essa regio foi denominada de zona de
aderncia, que corresponde ao regime III do atrito slido. Ainda com base nessas
micrografias percebe-se que o fluxo de material no ocorre na interface e sim em
uma zona de cisalhamento intenso na parte inferior do cavaco com espessura entre
0,01 a 0,08 mm, que foi denominada de zona de fluxo (Trent, 1963). A poro de
material em contato com a superfcie da ferramenta permanece estacionria e h um
gradiente de velocidade ao longo da espessura, at que no limite da zona de fluxo a
velocidade de cisalhamento se iguala velocidade de sada do cavaco. Com base
nesse conceito, a tenso requerida para cisalhar o material a altas temperaturas e
altas taxas de deformao um fator muito importante na usinagem. Nas
micrografias apresentadas por Trent (1963) fica evidente que as condies de
aderncia podem tambm ocorrer na superfcie de folga, desde que o desgaste de
flanco elimine o ngulo efetivo de folga.
As altas tenses de compresso, grandes quantidades de calor gerado, altas taxas
de deformao e afinidades qumicas entre os materiais da ferramenta e das peas
so apontados como principais fatores que favorecem o surgimento da zona de
aderncia, pelo fato de promovem ligaes atmicas na interface. As elevadas
temperaturas devido ao calor gerado pelas deformaes plsticas no s governam
os mecanismos e as condies de deformao da zona de aderncia, mas tambm
influenciam diretamente os mecanismos de desgaste da ferramenta. Trent (1988a,
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1988b, 1988c) afirma que as condies de aderncia devem ser assumidas como
inevitveis.
Segundo Trent (1991), as deformaes cisalhantes no plano de cisalhamento
primrio so da ordem de 2 a 5, podendo chegar a 8. Entretanto, nas bandas de
cisalhamento adiabtico na usinagem de titnio ("flow zone") as deformaes so
bem maiores, podendo atingir valores superiores a 100. Esse um valor estimado j
que praticamente impossvel de se medir tais nveis de deformaes a taxas de
deformaes da ordem de 104 s-1, confinadas a uma zona de fluxo de espessura,
normalmente compreendida entre 10 a 100 m. Dessas observaes Trent (1991) prope um modelo, apresentado na Figura 4.10.
Figura 4.10 - Modelo de Deformao na zona de fluxo proposto por Trent (1991).
Segundo esse modelo, a deformao cisalhante na zona de fluxo inversamente
proporcional distncia da superfcie de sada. No ponto Y, a poro inicial do
material OabX sofreu uma deformao Oa'b'X, enquanto que o material no centro da
poro inicial de material considerada, OcdX (metade de OabX) se deformou para
Oc"d"X, que o dobro da deformao sofrida por ab. Da mesma forma, o material
OefX, onde oe vale 1/4 de Oa, se deforma para Oe'''f'''X quando ele atinge o ponto Y,
que quatro vezes maior que a deformao sofrida por OabX quando este atinge o
mesmo ponto, Oa'b'X.
Teoricamente, a deformao cisalhante seria infinita na superfcie de sada da
ferramenta, mas o fluxo laminar interrompido a poucos micrometros desta
superfcie, devido rugosidade da superfcie da ferramenta. A capacidade dos
metais e ligas metlicas suportarem tais nveis de deformaes cisalhantes sem se Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 48
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romperem atribuda s altssimas tenses de compresso presentes naquela
regio (Machado e Da Silva, 1993).
4.3.2 Zona de escorregamento
A zona de escorregamento localizada na periferia da zona de aderncia e tem
incio na onde a tenso de cisalhamento, segundo o modelo de Zorev, passa a
decrescer e se estende at a regio onde esta se anula. Nessa regio no ocorre a
deformao observada na zona de fluxo e o regime de atrito observado encontra-se
na regio I do diagrama da Figura 4.7.
Segundo Wright (1981), as condies de escorregamento ou aderncia dependem
de:
- Afinidade qumica entre os materiais da ferramenta e da pea;
- Condies atmosfricas;
- Tempo de usinagem;
- Velocidade de corte;
4.3.3 - Aresta postia de corte
A formao da Aresta Postia de Corte, APC, ocorre durante a usinagem a baixas
velocidades de corte, a partir de uma poro de material encruado que se posiciona
entre a superfcie de sada da ferramenta e o cavaco em formao. Trent (1988b)
explica este fenmeno da seguinte maneira: ... a primeira camada de material que
se une ferramenta por meio de ligaes atmicas e encrua-se. Aumenta-se assim
o seu limite de escoamento e as tenses de cisalhamento so insuficientes para
quebrar estas ligaes. As deformaes ento continuam nas camadas adjacentes,
mais afastadas da interface, at que elas tambm so suficientemente encruadas.
Pela repetio deste processo, uma sucesso de camadas forma a APC. O
tamanho da APC no pode aumentar indefinidamente. Quando o seu tamanho
atinge um valor no qual a tenso de cisalhamento suficiente para mudar a zona de
cisalhamento primria, que at ento estava acima da APC, para dentro do corpo
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desta, parte de sua estrutura cisalhada e arrastada entre a superfcie da pea e a
superfcie de folga da ferramenta.
Milovik e Wallbank (1983), analisando a microestrutura da aresta postia de corte,
utilizando microscopia eletrnica e tica, encontraram vrias microtrincas na zona de
cisalhamento ao redor da APC, entre os pontos A e B da Figura 4.11.
Figura 4.11 - Aresta Postia de Corte (Trent 1963).
Foi verificado que essas microtrincas eram responsveis pela abertura das trincas
nos pontos A e B e eram geradas pela presena de segunda fase no material que,
durante o cisalhamento, se deforma diferentemente da matriz, criando um estado
triaxial de tenso que promove o aparecimento das microtrincas. Isso explica a
necessidade de segunda fase no material para se formar a APC, como observaram
Williams e Rollanson (1970).
Resumindo, as condies necessrias para o surgimento da APC so a existncia
de uma segunda fase no material, que d origem a um estado triaxial de tenses e
que o corte seja realizado em uma faixa de velocidades de corte relativamente baixa.
A faixa de velocidades de corte propensa ao surgimento da APC na usinagem de
aos-carbono mostrada no esquema da Figura 4.12.
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H, L
L
H
L
2 a 4 m/min 60 a 70 m/min
APC instvel APC estvelAPC instvelAPC estvel
vc
H, L
L
H
L
2 a 4 m/min 60 a 70 m/min
APC instvel APC estvelAPC instvelAPC estvel
vc
Figura 4.12 Dimenses da APC em funo da velocidade de corte para aos-
carbono.
A influncia da velocidade de corte desta relacionada temperatura na regio de
cisalhamento. Com o aumento da temperatura, em conseqncia do aumento da
velocidade de corte, a diferena de plasticidade entre as fases que compem o
material torna-se menor, o que diminui a tendncia de formao de trincas devido ao
estado triaxial de tenses.
4.4 - ngulo de Cisalhamento e Grau de Recalque
Na seo 4.2 foi citado que a diferena entre as deformaes sofridas pelo material
da pea durante a formao do cavado e as sofridas por um corpo de provas
durante o ensaio de compresso que na formao do cavaco existe uma quarta
etapa que o movimento do cavaco sobre a superfcie de sada da ferramenta. A
zona de aderncia responsvel pelo surgimento de tenses de compresso na
zona de cisalhamento primria e com isso a posio da mxima tenso de
cisalhamento no fica posicionada a 45o em relao vertical, como no ensaio de
compresso, mas em uma posio que descreve um ngulo menor 45o. O ngulo
entre o plano de corte e o plano de cisalhamento primrio denominado ngulo de
cisalhamento e representado pela letra . O valor de tanto menor quanto maior for a restrio do material na interface cavaco-ferramenta.
A fato de o ngulo de cisalhamento ser menor que 45o, faz com que a espessura do
cavaco seja maior que a espessura de corte. A razo entre a espessura do cavaco e
a espessura de corte definida como grau de recalque.
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cav
c
vv
hhRc == ' (4.1)
Onde:
vc a velocidade de corte;
vcav a velocidade de sada do cavaco;
A definio do grau de recalque facilita a determinao do ngulo de cisalhamento,
que pode ser obtido por meio da expresso:
n
n
Rc
sencos
tan = (4.2)
onde: n o ngulo de sada normal.
Os valores de e de Rc so indicadores da quantidade de deformao sofrida pelo material na zona de cisalhamento primria. Quanto maior o valor de Rc (ou menor o
valor de ) maior a quantidade de deformao sofrida pelo material no plano de cisalhamento primrio.
4.4 Classificao dos Cavacos
Em um produto obtido por processos de usinagem, o material retirado em forma de
cavacos. A configurao do cavaco pode ser problemtica em algumas situaes por
oferecer riscos de danos pea, mquina-ferramenta e integridade fsica do
operador. Alm disso, o cavaco pode ocupar um volume considervel. Nesse
aspecto, a obteno de cavacos curtos em forma de lascas prefervel aos cavacos
longos em forma de fitas. A razo entre o volume ocupado pelo cavaco e o volume
do material macio com a mesma massa denominado por fator de
empacotamento.
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Os problemas relacionados configurao dos cavacos podem atingir uma
magnitude que venha a exigir a adoo de procedimentos especficos, apresentados
na seo a seguir, denominada controle do cavaco. Antes, porm de estudar o
controle do cavaco faz-se necessrio classificar os cavacos. A classificao dos
cavacos pode ser feita levando-se em conta os tipos e as formas de cavacos.
4.4.1 Classificao dos cavacos quanto ao tipo
Quanto ao tipo, os cavacos podem ser classificados em:
a. Cavacos contnuos;
b. Cavacos parcialmente contnuos;
c. Cavacos descontnuos;
d. Cavacos segmentados;
Os trs primeiros tipos de cavaco dependem da ductilidade do material da pea e
das condies de corte. Os cavacos segmentados so obtidos na usinagem de
materiais de baixa condutividade trmica, ou em materiais com condutividade
trmica relativamente elevada, desde sejam usinados em velocidades de corte
elevadas comparadas velocidade do fluxo de calor no material.
O tipo de cavaco (contnuo, parcialmente contnuo e descontnuo) depende da
propagao da trinca que tem origem na ponta da ferramenta, na posio A,
mostrada na Figura 4.13.
A
B
A
B
Figura 4.13 Desenho esquemtico do plano de cisalhamento primrio.
a. Cavacos contnuos Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 53
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Os cavacos contnuos so obtidos na usinagem de materiais dcteis. O material
tracionado e sofre ruptura no ponto A, na ponta da ferramenta. Um campo de
tenses de compresso atua sobre o plano de cisalhamento primrio e a
propagao da trinca interrompida, o que faz com que o cavaco seja contnuo.
A intensidade da tenso de compresso sobre o plano de cisalhamento primrio
influenciada pelo ngulo de cisalhamento , que por sua vez depende das condies da interface cavaco-ferramenta.
b. Cavacos parcialmente contnuos
Os cavacos parcialmente contnuos representam uma classe intermediria entre os
cavacos contnuos e os descontnuos. A trinca originada no ponto A da Figura 4.12
se propaga at um ponto do plano de cisalhamento primrio entre A e B. Dois
fatores so apontados como possvel causa da supresso da propagao da trinca.
O primeiro est relacionado energia elstica da ferramenta que pode no ser
suficiente para garantir a propagao da trinca. A ferramenta perde ento o contato
com o cavaco e a propagao da trinca suprimida. O outro fator relacionado s
tenses de compresso que atuam sobre o plano de cisalhamento primrio. A
presena de elevadas tenses de compresso frente do ponto de abertura da
trinca e pode suprimir a sua propagao. O resultado um cavaco com aspecto
serrilhado.
c. Cavaco descontnuos
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Os cavacos descontnuos so tpicos da usinagem de materiais frgeis, que no
suportam grandes deformaes sem sofrerem fratura. Materiais com certa
ductilidade podem apresentar cavacos descontnuos, desde que usinados a baixas
velocidades de corte, ngulos de sada pequenos e grandes avanos. O aumento da
velocidade de corte tende a tornar o cavaco contnuo, devido maior gerao de
calor que torna o material mais dctil e tambm por tornar mais difcil a penetrao
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de contaminantes na interface e com isso reduzir a tenso de compresso no plano
de cisalhamento primrio.
d. Cavaco segmentado
As deformaes no plano de cisalhamento primrio provocam a elevao da
temperatura naquela regio. O calor gerado no plano de cisalhamento primrio se
propaga por conduo para a pea e para o cavaco. Na usinagem de materiais com
baixa condutividade trmica, o calor gerado no plano de cisalhamento primrio tende
a ficar concentrado naquela regio, o que provoca a reduo da resistncia ao
cisalhamento. A queda de resistncia ao cisalhamento do material faz com que ele
continue a ser deformado, mesmo depois de deslocar-se para uma regio de menor
tenso de cisalhamento, o que d origem a um seguimento. O ciclo se repete dando
origem a bandas de cisalhamento. O ciclo de formao do cavaco segmentado
mostrado na figura 4.14.
A
B
C
D
Figura 4.14 Formao do cavaco segmentado.
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A formao do cavaco segmentado tem incio com a deformao do material no
plano de cisalhamento primrio (A), a rotao e o deslocamento do plano de
cisalhamento primrio (B), movimento do segmento sobre a superfcie de sada da
ferramenta e a formao de uma nova banda de cisalhamento (C) e a repetio do
ciclo (D).
4.4.2 Classificao dos cavacos quanto forma
Quanto forma, os cavacos so geralmente classificados em:
Cavaco em fita; Cavaco helicoidal; Cavaco em espiral; Cavaco em lascas ou pedaos;
A norma ISSO define uma classificao mais detalhada dos cavacos quanto forma,
como mostrado na figura 4.15.
fragmentado
Figura 4.15 Classificao dos cavacos de acordo com a norma ISO 3685 (1987).
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Smith (1989) apresenta um diagrama que identifica a influncia do avano e da
profundidade de corte na forma do cavaco, conforme mostrado na Figura 4.16.
Figura 4.16 influncia do avano e da profundidade de corte na forma dos
cavacos.
4.5 Controle de Cavacos
A geometria e a disposio dos cavacos pode ser problemtica e at crtica na
usinagem de materiais dcteis, principalmente em faixas elevadas de velocidade de
corte. A gerao de cavacos longos pode gerar problemas no processo relacionados
ao (Machado e Silva, 1999):
Cavacos longos ocupam muito espao em relao ao espao ocupado por slidos com a mesma massa, o que causa problemas de armazenamento,
manuseio e descarte;
Representam riscos para o operador caso venham se enrolarem em torno da pea, da ferramenta ou de componentes da mquina-ferramenta;
Podem comprometer o acabamento superficial da pea caso enrolem-se em torno dela;
Podem afetar a vida das ferramentas, as foras de usinagem e a temperatura de corte;
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Podem impedir o acesso regular do fluido de corte;
A razo entre o volume ocupado pelo cavaco e o volume de um slido de massa
equivalente definida como fator de empacotamento (R).
R = massa do cavaco massa de um slido de massa equivalente
Cavacos contnuos e longos apresentam fator de empacotamento em torno de 50 ou
superiores, enquanto em cavacos em lascas ou pedaos esse valor reduzido a 3
(Boothroyd, 1981).
O conjunto de problemas associados aos cavacos longos fez com que fossem
desenvolvidas medidas para promover a sua quebra. O mtodo tradicional de
controle do cavaco a utilizao de quebra-cavacos. Os quebra-cavacos so
obstculos localizados sobre a superfcie de sada das ferramentas com o objetivo
de forar a sua curvatura. Os quebra-cavacos so classificados em:
Quebra-cavacos postios; Quebra-cavaco integral tipo I anteparo; Quebra-cavaco integral tipo II cratera;
A B C
A - Quebra-cavacos postios
B - Quebra-cavaco integral tipo I anteparo
C - Quebra-cavaco integral tipo II cratera
Figura 4.17 Tipos de quebra-cavacos.
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Outros mtodos para promover a quebra dos cavacos foram desenvolvidos e
aplicados levaram a resultados satisfatrios. Um dos mtodos consiste em variar
a velocidade de avano por meio de comandos no programa de mquinas CNC.
O desenho esquemtico da Figura 4.18 representa o mtodo da desacelerao
do avano.
Figura 4.18 Efeito da desacelerao do avano na espessura do cavaco
(Takatsuto, 1988)
Outro mtodo aplicado conhecido como mtodo hidrulico, que consiste na
injeo de fluido de corte a alta presso na superfcie de sada da ferramenta, no
sentido contrrio ao da sada do cavaco, conforme seqncia mostrada na Figura
4.19. Esse mtodo apresentou resultados satisfatrios na usinagem de ligas de
Titnio e de Nquel, reduzindo o fator de empacotamento de 47, obtido na
usinagem sem quebra-cavacos, para 4,7 quando foi utiliza