Temperatura de corte. Na usinagem, de 97 a 99% da energia consumida é convertida em calor.

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1 Temperatura de corte Na usinagem, de 97 a 99% da energia consumida é convertida em calor. O calor pode ser gerado em três zonas distintas: (i) - zona de cisalhamento primário (ii) - zona de cisalhamento secundário (iii) - zona de interface peça-superfície de folga da ferramenta.

2 Zonas de Geração de Calor em Usinagem A - zona de cisalhamento primário B e C - zona de cisalhamento secundário D - zona de interface entre a peça e a superfície de folga da ferramenta

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4 Distribuição típica de temperatura na zona de corte The maximum temperature is about halfway up the face of the tool and that there is a steep temperature gradient across the thickness of the chip. Some chips may become red hot, causing safety hazards to the operator and thus necessitating the use of safety guards. Source: After G. Vieregge.

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7 onde, Qz BALANÇO ENERGÉTICO = calor gerado na zona de cisalhamento primário. Qa1 = calor gerado na zona de cisalhamento secundário. Qa2 = calor gerado na zona de interface peça- superfície de folga da Qc Qp ferramenta. = calor dissipado pelo cavaco. = calor dissipado pela peça. Qma = calor dissipado pelo meio ambiente. Qf Qz Qa Qa Qc Qp Qma Qf + + = = calor dissipado pela ferramenta de corte.

8 CALOR GERADO NA ZONA DE CISALHAMENTO PRIMÁRIO - Qz A maior parte deste calor é dissipado pelo cavaco, mas uma pequena fração M, é conduzida na peça. O aumento da temperatura do cavaco devido a Qz pode ser calculado: θ c = [ ] ( 1 M) Fc Ff tan( φ ) J. ρ. c. h. b onde: J = equivalente mecânico de calor. ρ = densidade do material da peça. c = calor específico do material da peça.

9 CALOR GERADO NA ZONA DE CISALHAMENTO PRIMÁRIO - Qz A temperatura do cavaco terá, praticamente, nenhuma influência na temperatura da ferramenta, porque o tempo com que uma pequena porção do cavaco (lamela) passa sobre a superfície de saída da ferramenta, é muito pequeno (poucos milissegundos) para conduzir calor. Além disso, na presença da zona de fluxo, na zona de cisalhamento secundário, haverá ali o desenvolvimento de temperaturas bem maiores que as temperaturas do cavaco. Assim, o calor fluirá da zona de fluxo em direção ao cavaco, e não o contrário.

10 CALOR GERADO NA ZONA DE CISALHAMENTO SECUNDÁRIO - Qa1 A FONTE DE CALOR MAIS IMPORTANTE EM USINAGEM É A ZONA DE CISALHAMENTO SECUNDÁRIO Grande parte do calor gerado nesta região vai para o cavaco e apenas uma pequena fração é dissipada na ferramenta. Entretanto temperaturas da ordem de 1100 o C, ou superiores, já foram registradas na superfície da ferramenta.

11 CALOR GERADO NA ZONA DE CISALHAMENTO SECUNDÁRIO - Qa1 Na presença da zona de fluxo a quantidade e a taxa de deformação são tão altas e complexas que se torna irrealista a tentativa de calcular o aumento de temperatura naquela região. A temperatura na zona de fluxo, e portanto, a temperatura da ferramenta depende da quantidade de trabalho realizado para cisalhar o material e da quantidade de material que passa pela zona de fluxo, e isto varia com o material da peça.

12 Temperaturas máximas da interface cavaco-ferramenta em função da velocidade de corte, para vários materiais.

13 CALOR GERADO NA ZONA DE INTERFACE ENTRE A PEÇA E A SUPERFÍCIE DE FOLGA DA FERRAMENTA - Qa2 Esta fonte de calor só é importante quando usinado com ângulos de folga pequenos (< 2º) ou quando o desgaste de flanco se fizer presente. Neste caso a análise é similar à Qa1, com a presença da zona de fluxo e altas temperaturas na superfície de folga, podendo levar a ferramenta de corte ao colapso.

14 MEDIÇÃO DA TEMPERATURA DE USINAGEM Métodos práticos Medição da força termoelétrica entre a ferramenta e a peça (método do termopar ferramenta-peça). Medição direta por inserção de termopares na ferramenta de corte. Medição do calor de radiação com sensores infra-vermelhos. Medição utilizando vernizes termosensíveis. Medição por técnicas metalográficas. Medição usando pós-químicos. Medição usando filmes PVD

15 Medição da força termoelétrica entre a ferramenta e a peça (método do termopar ferramenta-peça) disco de contato placa do torno Q V E F4 peça ferramenta F1 F C P Va A1 F3 F2 cuba mercúrio isolamento B R V A2 Medição Calibração

16 Medição direta por inserção de termopares na ferramenta de corte R mv

17 Medição do calor de radiação peça lentes diafragma ferramenta termoelemento milivoltímetro fêcho

18 Medição utilizando vernizes termosensíveis Consiste da utilização de vernizes com capacidade de mudança de cor a determinadas temperaturas. Esta técnica é aplicada somente em superfícies acessíveis sob condições de regime permanete.

19 Medição por técnicas metalográficas Influência da velocidade de corte

20 Medição por técnicas metalográficas (a) (b) Influência do avanço (c)

21 Medição usando filme PVD peça (disco) Zona de filme fundido insertos direção de avanço Zona de filme não fundido