Mecanismo de formação e controle do cavaco - UDESC · usinagem de materiais dúcteis (aço,...

1Prof. Dr.-Ing. Joel Martins UDESC

Mecanismo de formação e controle do cavaco

Início do corte, a) distribuição de tensão, b) propagação de trica em

material frágil, c) Deformação elastoplástica em materiais dúcteis.




IPT, WZL Aachen



A formação do cavaco é um processo periódico

de deformação e cisalhamento de material


Modelos clássicos de formação do cavaco


Modelos:

a. Modelo de Ernst e Merchant – formação de cavaco por um processo

puramente de cisalhamento;

b. Lee e Shafer – aplicação da teoria slip-line…. a tensão cisalhante é máxima

na região da linha AB; não há força atuante acima da linha AC.

c. Shaw, Cook e Finnie – atenção na inter-relação entre o processo de cisalha-

mento e atrito. Foi incorporada a hipótese que o plano de cisalhamento não

está contido na direção da tensão máxima cisalhante.

d. Okushima e Hitomi – colocam que o cisalhamento acontece dentro de uma

região particular triangular de escoamento e não num simples plano de

cisalhamento.

e. Kececiogly – sugere que o cisalhamento ocorre não em um plano, mas em

uma região paralela ao plano.

f. Zorev – a região de deformação plástica é limitada pelas linha OL (ao longo

do qual ocorre a primeira deformação plástica) e a linha OM ( ao longo da

qual ocorre a última deformação plástica).


Modelo clásssico da formação de cavaco


Os problemas nos modelos de corte ortogonal – determinação

do ângulo de cisalhamento

Fonte: Astakhov


Fonte: Astakhov

Princípio da tensão cisalhante máxima

Princípio da mínima energia

24

γθπϕ

+−=

γθπ

ϕ +−=4


Os modelos de Ernst e Lee não são confirmados com ensaios

experimentais


Modelos mais complexos baseados na teoria do Slip-line


Teoria do Slip-line (continuação)


A formação do cavaco segundo Astakhov


Segundo Diniz os tipos de cavacos são:

a) Cavaco contínuo – presenta-se constituido de lamelas justaposrtas numa

disposição contínua. A distinção das lamelas não é nítida. Forma-se na

usinagem de materiais dúcteis (aço, p.e.), onde o ângulo de saída deve

assumir valores elevados.

b) Cavaco de cisalhamento – apresenta-se constituído de lamelas justapostas

bem distintas.

c) Cavaco de ruptura – apresenta-se constituído de fregmentos arrancados da

peça usinada. A superfície de contato entre cavaco e superfície de saída

da ferramenta é reduzida, assim como a ação do atrito; o ângulo de saída

deve assumir valores baixos, nulos ou negativos


Segundo alguns autores alemães:

a) Cavaco contínuo – O cavaco escorrega sobre a superficie de saída com

velocidade constante em fluxo contínuo. Sua formação é facilitada por

estrutura de fina e homogênea de grãos e alta ductilidade do material,

através de alta velocidade de corte, baixo atrito do cavaco com a ferramenta,

ângulo de saída positivo e baixa espessura de corte.

b) Cavaco lamelar – parecido com o contínuo, mas apresenta formação de

cavaco periódica (deformação plástica e cisalhamento). As bandas de

cisalhamento são visíveis. São observados em materiais de boa deformabili-

dade de alta resistência, principalmente na usinagem em altas velocidades

de corte.




São caracterizados por grandes

deformações continuadas em estreitas

bandas entre segmentos com muito

pouca, ou quase nenhuma deformação

no interior destes segmentos.

Acontece pelo processo de

“cisalhamento termoplástico

adiabático”


a) Cavaco de cisalhamento – o material ao escorregar ao longo do plano de

cisalhamento, fissura no ponto mais solicitado. Esta fissura não progride, então,

até à ruptura parcial ou total do cavaco. Este, aprsenta-se, entretanto, em geral,

como uma fita contínua, pois os efeitos da pressão e da temperatura provocam

a solda dos diversos segmentos.

b) Cavaco de ruptura – é o que é produzido na usinagem de materiais frágeis,

como ferro fundido e latão, tendo a forma de pequenos fragmentos independentes

e distintos, gerados essencialmente por ruptura, pela ação de tensões principais

de tração-compressão.



Modelo de formação de cavaco segundo Viktor P. Astakhov

www.astvik.com

trinca


Fases:1- Fase inicial, quando a ferramenta está em contanto com a peça. A aplicação da força de

penetração P leva à formação de uma zona de deformaçã na frente da aresta.

2 – A peça primeiramente se deforma elasticamente e depois plasticamente.

Como resultado, uma certa zona elastoplástica se forma a frente da ferramenta que leva a

ferramenta a avançar mais na peça de tal modo que uma parte da camada a ser removida

entra em contato com a superfície de saída do cavaco

3 – Quando um contato completo acontece, o estado de tensão a frente da ferramenta se

torna complexo incluindo uma combinação de tensões de compressão e de flexão.

A dimensão da zona deformada e a tensão máxima aumentam com a força de penetração P.

Quando a tensão combinada nessa zona, atinge o limite (para um dado material), uma

superfície de escorregamento se forma na direção da tensão máxima combinada. Esse

instante pode ser considerado como o início da formação do cavaco.

4 – Tão logo a superfície de escorregamento se forme, todo o material do cavaco começa a

escorregar ao longo dessa superfície e então ao longo da superfície de saída do cavaco.


Continuação …

5 – Após o escorregamento, a resistência a penetração da ferramenta diminui, levando à

diminuição do tamanho da parte plástica da zona deformada. Entretanto, a estrutura do

material da peça, o qual tem sido deformado plasticamente e agora retorba ao estado elástico,

é diferente do material original. Ele parec corresponder à estrutura de um material deformado

a frio.

6 – o processo se repete …


Usinagem de materiais frágeis com ângulo γ positivo segudo

Astakhov


Fonte: Astakhov, V.P. A system concept in metal cutting. Journal of Material Processing Technology 79 (1998) 189-199.

Usinagem de materiais frágeis com ângulo γ negativo


Modelos de formação de cavaco na usinagem de materias frágeis

Fonte: Astakhov, V.P. A system concept in metal cutting. Journal of Material Processing Technology 79 (1998) 189-199.


Relação tensão-deformação e tipo de cavaco segundo König


Resumo dos tipos de cavacos segundo Astakhov

Astakhov: Tribology of Metal Cutting



Aresta posiça de corte/ Gume postiço

O gume postiço constitui uma massa mais ou menos estacionária de metal,

soldada na face da ferramenta (superfície de saída). Ela é formada devido a

um forte atrito entre o cavaco e a ferramenta, que produz o arrancamento de

pequenas partículas de material da ferramenta. Provoca um péssimo acabamen-

to superficial da peça usinada.


Built-Up Edge (BUE) Chips

• Layers of workpiece material are gradually deposited on the tool

• BUE eventually breaks off and is carried away by the chip and/or deposited

randomly on the workpiece surface

• Large tool tip radius with BUE

• Produces rough surface finishes

• Generally undesirable but a thin, stable BUE can

reduce wear and protect the rake face

• Reduce probability of BUE forming by:

• Decreasing depth of cut

• Increasing rake angle

• Using a sharp tool

• Using an effective cutting fluid

• Using cold-worked metals rather

annealed

(b)

(c)

(b) Surface finish in turning 5130 steel with a built-up edge. (c) surface finish on 1018 steel in face milling. Magnifications: 15X. Source: Courtesy of Metcut Research Associates, Inc.


Hardness of Built-Up Edge (BUE) Chips

Figure 20.6 (a) Hardness distribution in the cutting zone for 3115 steel. Note that some regions in the built-up edge are as much as three times harder than the bulk metal. Source: Courtesy of Metcut Research Associates, Inc.

(a)



Grau/ fator de recalque

Grande importância na teoria da usinagem, pois orienta sobre fatores de

usinabilidade como:

• pressão específica do cavaco sobre a ferramenta;

• volume de cavaco produzido por unidade de potência;

• temperatura;

• é uma relação que diz respeito a quanto o cavaco se deformou, mas

nada diz sobre a vida da ferramenta de corte.

Exemplo:

• Torneamento de cobre com ferramenta de MD

condições: vc= 69 m/min, f=0,06 mm/rot, ap=1,6 mm γn=4,5°

Λh= 7;

• Sob as mesmas condições de usinagem, mas com ferr. de diamante

Λh= 1,8;


Determinação do grau/ fator de recalque

'laf

m

p

h⋅⋅⋅

=Λρ

onde:

m – peso do cavaco [g];

f e ap – avanço e profundidade de corte [mm];

ρ – peso específco do material [g/mm3];

l’ – comprimento do cavaco [mm].

Fonte: Stemmer – Ferramentas de Corte I

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