PROCESSOS DE USINAGEM I

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1 PROCESSOS DE USINAGEM I Prof. Arthur Bortolin Beskow AULA 04 1

2 MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO O cavaco é o principal ponto em comum entre os processos de usinagem, pois é o subproduto final presente em todos eles. O cavaco pode variar muito (em tipo, forma, extensão...) para cada operação de usinagem ou mesmo em uma única operação, como por exemplo o torneamento, sendo o resultado final deste função de todas as variáveis envolvidas no processo. 2

3 MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO A formação do cavaco influência diversos fatores ligados à usinagem, tais como: - desgaste da ferramenta; - os esforços de corte; - o calor gerado na usinagem; - a penetração do fluido de corte, etc. 3 Assim, estão envolvidos com o processo de formação do cavaco aspectos: - econômicos; - de qualidade da peça; - de segurança do operador; - de utilização adequada da máquina-ferramenta, etc.

4 MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO Para fim de estudos da formação do cavaco a maneira mais simples e mais acessível a cálculos é obter o cavaco a partir de um corte ortogonal. 4

5 MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO No corte ortogonal, a aresta de corte é uma reta normal à direção de avanço, de maneira que a formação do cavaco pode ser considerada bidimensional e que ocorre em um plano normal à aresta de corte, ou seja, no plano de trabalho. 5

6 6 MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO Além do corte ortogonal são admitidas algumas outras simplificações: - Os cavacos formados são contínuos sem a formação de aresta postiça de corte; - Não há contato entre a superfície de folga da ferramenta e a superfície usinada; - A espessura de corte (h), equivalente ao avanço (f), é suficientemente pequena em relação à largura de corte (b); - A largura da aresta de corte é maior que a largura de corte (b); - A largura (b) e a largura do cavaco (b ) são idênticas. - A aresta de corte é idealmente afiada e perpendicular ao plano de trabalho. Com essas considerações foi possível determinar o mecanismo de formação do cavaco descrito a seguir.

7 MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO O corte dos metais envolve o mecanismo de cisalhamento concentrado ao longo de um plano chamado plano de cisalhamento (zona primária de cisalhamento). O ângulo entre o plano de cisalhamento e a direção de corte é chamado de ângulo de cisalhamento (φ). Quanto maior a deformação do cavaco sendo formado, menor o ângulo de cisalhamento e maiores os esforços de corte. Essa influência é marcante na usinagem de materiais dúcteis, muito suscetíveis à deformação. 7

8 MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO 8

9 MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO Em condições normais de usinagem com ferramentas de aço rápido ou metal duro, a formação do cavaco segue as seguintes etapas: 9 a) Recalque Inicial: Uma pequena porção de material é recalcada (sobre deformações elásticas e plásticas) contra a superfície de saída da ferramenta; b) Deformação: A deformação plástica aumenta até que as tensões de cisalhamento sejam suficientemente grandes, causando deslizamento entre a porção recalcada e a peça (sem ruptura do material); c) Ruptura: Continuando a penetração da ferramenta, ocorre a ruptura total ou parcial do cavaco, no plano de cisalhamento; d) Saída do Cavaco: A porção de material rompida escorrega sobre a superfície de saída da ferramenta.

10 MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO Dessa forma, o fenômeno da formação do cavaco, nas condições normais de trabalho, é periódico, uma vez que acontece, ciclicamente, as fazes de recalque, ruptura, deslizamento e saída do cavaco para cada pequena lamela de material a ser removida. 10

11 FORMAÇÃO DE CAVACO 11

12 FORMAÇÃO DO CAVACO 12

13 FORMAÇÃO DO CAVACO 13

14 DISPOSITIVO QUICK-STOP Esse dispositivo foi desenvolvido para provocar a interrupção do corte durante a formação do cavaco deixando, dessa forma, a superfície do cavaco com sua constituição integra durante sua formação. 14

15 IDENTIFICAÇÃO DAS REGIÕES NA INTERFACE CAVACO/FERRAMENTA 15

16 MODELO DE DISTRIBUIÇÃO DE TENÇÕES NA SUPERFÍCIE DA FERRAMENTA 16

17 MICROGRAFIA DA RAIZ DE UM CAVACO DE AÇO 17

18 ARESTA POSTIÇA DE CORTE 18 Na usinagem de materiais dúcteis, com velocidade de corte baixa, muitas vezes uma camada de cavaco se adere a aresta de corte da ferramenta, modificando o seu comportamento com relação a força de corte, acabamento superficial da peça e desgaste da ferramenta. Devido as baixas velocidades de corte, a parte inferior do cavaco em contato com a ferramenta, sob a pressão de corte na zona de aderência, mantém esse contato sem movimento relativo por um espaço de tempo suficiente para se soldar à ferramenta, separandose de outras porções de cavaco e permanecendo presa à superfície de saída. A aresta postiça de corte tende a crescer gradualmente até que rompe-se bruscamente e acaba arrancando partículas da superfície de folga da ferramenta, gerando um desgaste frontal muito grande enquanto a superfície de saída da ferramenta permanece intacta pois a apresta postiça de corte a protege.

19 ARESTA POSTIÇA DE CORTE 19

20 FORMATO DO CAVACO Diversos problemas práticos têm relação com a forma do cavaco produzido na usinagem, tais como: - Segurança do operador; - Possíveis danos à ferramenta e à peça; - Manuseio e armazenagem do cavaco; - Força de corte; - Temperatura; - e vida útil da ferramenta. 20

21 FORMATO DO CAVACO TIPOS DE CAVACOS Cavaco contínuo: apresenta-se constituído de lamelas justapostas numa disposição contínua. A distinção das lamelas não é nítida. Forma-se na usinagem de materiais dúcteis (o aço, por exemplo), onde o ângulo de saída da ferramenta deve assumir valores elevados; Cavaco de cisalhamento: apresenta-se constituído de lamelas justapostas bem distintas; Cavaco de ruptura: apresenta-se constituído de fragmentos arrancados da peça usinada. A superfície de contato entre cavaco e a superfície de saída da ferramenta é reduzida, assim como a ação do atrito; o ângulo de saída deve assumir valores baixos, nulos ou negativos. 21

22 TIPOS DE CAVACOS CLASSIFICAÇÃO MAIS SIMPLES 22

23 FORMATO DO CAVACO Formas de Cavacos Alem dos três tipos de cavacos, pode-se diferencialos quanto à sua forma. Certas formas de cavaco dificultam a operação de usinagem, prejudicam o acabamento superficial da peça e desgastam mais ou menos a ferramenta Cavaco em fita; - Cavaco helicoidal; - Cavaco espiral; - Cavaco em lascas ou pedaços.

24 FORMATO DO CAVACO 24

25 FORMATO DO CAVACO O cavaco em fita é o que apresenta maiores inconvenientes, devendo ser evitado, as demais formas podem ser utilizadas dependendo da aplicação: Lascas preferido quando houver pouco espaço disponível ou quando o cavaco é removido pelo fluído de corte. Helicoidais quando a remoção de material é elevada este tipo de cavaco deixa com maior facilidade o espaço entre os dentes da ferramenta. 25

26 FORMATO DO CAVACO 26

27 XX 27

28 CONTROLE DO CAVACO Mudanças na Forma do Cavaco Pode-se provocar mudanças na forma do cavaco sob diferentes maneiras: - alterando-se as condições de usinagem; - dando-se uma forma especial à superfície de saída da ferramenta; - colocando-se elementos adicionais na superfície de saída. 28

29 CONTROLE DO CAVACO A figura abaixo mostra a variação da forma do cavaco em função do avanço e da profundidade de corte. Geralmente, o aumento da velocidade de corte e do ângulo de saída tendem a mover a forma do cavaco para a esquerda da figura, enquanto o avanço move a forma do cavaco para a direita. 29

30 FORMAS DE CAVACOS 30

31 FORMAS DE CAVACOS 31

32 CONTROLE DO CAVACO O aumento da capacidade de quebra do cavaco, para materiais não demasiadamente tenazes, pode ser obtido através do aumento da deformação do cavaco no plano de cisalhamento, isto é através das seguintes alterações: 32 - diminuição do ângulo de saída e de inclinação da ferramenta, ou emprego de ambos com valor negativo; - aumento da espessura h de corte e diminuição da velocidade de corte.

33 CONTROLE DO CAVACO Mudanças na Forma do Cavaco A figura abaixo mostra, para cortes oblíquos, a influência do ângulo de inclinação da aresta de corte. 33

34 CONTROLE DO CAVACO 34 Mudanças na Forma do Cavaco (a) O cavaco dobra-se verticalmente e enrola-se sobre si mesmo ao atingir a peça; (b) O cavaco dobra-se verticalmente e quebra-se ao atingir a peça; (c) O cavaco dobra-se verticalmente e lateralmente enrolando-se na forma de um helicóide; (d) O cavaco dobra-se verticalmente e lateralmente e quebra-se ao atingir a superfície de folga da ferramenta.

35 CONTROLE DO CAVACO A execução dos chamados quebra-cavacos na superfície de saída da ferramenta permite obter os cavacos helicoidais ou em pedaços. 35

36 QUEBRA CAVACO Nos quebra-cavaco postiços, fixados sobre a ferramenta pode-se variar a distância de acordo com as condições de usinagem e com o material empregado. 36

37 QUEBRA CAVACO 37

38 QUEBRA CAVACO 38

39 QUEBRA CAVACO 39

40 CONTROLE DO CAVACO Existem diversas geometrias com quebra-cavaco moldado na superfície de saída destinadas a quebrar o cavaco em uma determinada faixa de condição de usinagem. O gráfico ao lado demonstra algumas relações entre o avanço e a profundidade de corte para algumas das geometrias disponíveis em pastilhas intercambiáveis. 40

41 QUEBRA CAVACO Quebra-cavaco moldado na superfície de saída. 41

42 TEMPERATURA DE CORTE Um aspecto importante a se considerar na formação do cavaco diz respeito ao calor gerado pelo mesmo. Este calor é gerado pela combinação de altas taxas de deformação com um forte atrito entre peça/ferramenta/cavaco. Balanço Energético As principais fontes de calor no processo da formação do cavaco são devido: - à deformação plástica do cavaco na região de cisalhamento; - ao atrito do cavaco com a superfície de saída da ferramenta; - ao atrito da peça com a superfície de incidência da ferramenta. 42

43 TEMPERATURA DE CORTE A quantidade de calor produzida por estas fontes energéticas é dissipada através do cavaco, da peça, da ferramenta e do meio ambiente. 43

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45 TRABALHO: Fazer um resumo sobre os mecanismos de formação do cavaco e aresta postiça de corte. Entregar na próxima aula. Consultar livros da biblioteca (Machado, Ferraresi e outros) 45