Mecanismo de formação e controle do cavaco

Transcrição

1 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. 1 2

2 3 IPT, WZL Aachen 4

3 5 A formação do cavaco é um processo periódico de deformação e cisalhamento de material 6

4 Modelos clássicos de formação do cavaco 7 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 cisalhamento 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). 8

5 Modelo clásssico da formação de cavaco 9 Os problemas nos modelos de corte ortogonal determinação do ângulo de cisalhamento Fonte: Astakhov 10

6 Princípio da tensão cisalhante máxima π ϕ = θ + γ 4 Princípio da mínima energia π θ + γ ϕ = 4 2 Fonte: Astakhov 11 Os modelos de Ernst e Lee não são confirmados com ensaios experimentais 12

7 Modelos mais complexos baseados na teoria do Slip-line 13 Teoria do Slip-line (continuação) 14

8 A formação do cavaco segundo Astakhov 15 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 16

9 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 deformabilidade de alta resistência, principalmente na usinagem em altas velocidades de corte

10 19 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 20

11 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

12 Modelo de formação de cavaco segundo Viktor P. Astakhov trinca 23 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. 24

13 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 25 Usinagem de materiais frágeis com ângulo γ positivo segudo Astakhov 26

14 Usinagem de materiais frágeis com ângulo γ negativo Fonte: Astakhov, V.P. A system concept in metal cutting. Journal of Material Processing Technology 79 (1998) 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)

15 Relação tensão-deformação e tipo de cavaco segundo König 29 Resumo dos tipos de cavacos segundo Astakhov Astakhov: Tribology of Metal Cutting 30

16 31 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 acabamento superficial da peça usinada. 32

17 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 (b) 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: (c) Decreasing depth of cut Increasing rake angle Using a sharp tool Using an effective cutting fluid Using cold-worked metals rather annealed (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. 33 Hardness of Built-Up Edge (BUE) Chips (a) 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. 34

18 35 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: v c = 69 m/min, f=0,06 mm/rot, a p =1,6 mm γ n =4,5 Λ h = 7; Sob as mesmas condições de usinagem, mas com ferr. de diamante Λ h = 1,8; 36

19 Determinação do grau/ fator de recalque Λ h = f m a ρ l p ' onde: m peso do cavaco [g]; f e a p avanço e profundidade de corte [mm]; ρ peso específco do material [g/mm 3 ]; l comprimento do cavaco [mm]. Fonte: Stemmer Ferramentas de Corte I 37