Teoria e Prática da Usinagem

Teoria e Prática da Usinagem Aula 03 Formação do cavaco Profa. Janaina Fracaro

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE CAVACO GUME DE CORTE Movimento de corte 2

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Influência da geometria da ferramenta Para cada par material de ferramenta / material de peça têm uma geometria de corte apropriada ou ótima. Formação do cavaco; Saída do cavaco; Forças de corte; Desgaste da ferramenta; Qualidade final do trabalho. 3

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Ferramenta de Torneamento: Superfície de saída Cabo Ponta de corte Gume secundário de corte Superfície secundária de folga Superfície principal de folga Gume principal de corte 4

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Ferramenta de Torneamento: Tipo integrais (sem inserto) 5

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Ferramenta de Torneamento: Tipo integrais (sem inserto) Relacionado com a superfície de saída (face) da ferramenta, sobre a qual escoa o material da peça (cavaco). Trabalho de dobramento do cavaco. 6

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Fatores a serem considerados na escolha da geometria da ferramenta: Material da ferramenta; Material da peça; Condições de corte; Tipo de operação; Geometria da peça. 7

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Ferramentas com insertos intercambiáveis: 8

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Formas de insertos: 9

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Gumes principais Quina Flanco Quina Face Gume transversal Guia Canal 10

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Geometria de Brocas Helicoidais: 11

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Relação com a ferramenta de tornear: 12

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Denominações para as ferramentas de fresar 1 Flanco principal Corpo da ferramenta Face 2 Flanco principal Gume principal Flanco secundário Flanco principal Gume secundário 13

GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Tipos de Alargadores: 14

FORMAÇÃO DO CAVACO ENTENDER O MECANISMO DE FORMAÇÃO DO CAVACO E SUA INFLUÊNCIA SOBRE O PROCESSO DE USINAGEM.

Importância de compreender o processo de formação do cavaco: Influência em diversos fatores relacionados à usinagem, como desgaste da ferramenta, esforços de corte, calor gerado, penetração do fluído de corte; Aspectos econômicos e de qualidade da peça; Segurança do operador e utilização correta da máquina.

Fonte: Prof. Rodrigo Lima Stoeterau Formação do Cavaco 1 - Penetração da cunha no material deformação elástica e plástica. 2 Escoamento após ultrapassar a tensão de cisalhamento máxima do material. 3 Cavaco plenamente desenvolvido. 17

Superfícies, gumes e quinas em ferramenta de torneamento ou plainamento. 18

Fonte: Prof. Rodrigo Lima Stoeterau Espessura de corte (após retirada cavaco) Denominações para Formação do Cavaco Ângulo de saída Ângulo de cunha Espessura de usinagem(antes retirada cavaco) Ângulo de incidência 19

Fonte: Prof. Rodrigo Lima Stoeterau Fatores que Influenciam na Formação do Cavaco QUEBRA CAVACO GEOMETRIA DA FERRAMENTA ângulo saída ângulo de posição ângulo inclinação gume raio de quina postiço sinterizado usinado MATERIAL DA PEÇA Tenacidade Resistência Microestrutura MATERIAL DA FERRAMENTA Resistência ao desgaste Atrito na superfície de saída FORMA DE CAVACO FLUIDO DE CORTE Emulsão Óleo de corte CONDIÇÕES DE CORTE Avanço Profundidade Velocidade MÁQUINA- FERRAMENTA Características, Estáticas e Dinâmicas. 20

Fonte: Prof. Rodrigo Lima Stoeterau Denominações para Formação do Cavaco Plano de cisalhamento. Zona de cisalhamento Região de separação do material para materiais frágeis. Região de separação para materiais dúcteis. Superfície de corte deformações devido a esforços. Superfície do cavaco deformações devido a esforços 21

Exemplo: Processo de fresamento. 22

Plano de Cisalhamento O plano ao longo do qual acontece o cisalhamento do material é denominado plano de cisalhamento. O ângulo formado entre o plano de cisalhamento e a direção do corte é chamado de ângulo de cisalhamento. Quanto maior a deformação do cavaco sendo formado, menor o ângulo, de cisalhamento e maiores os esforços de corte. 23

Etapas da Formação do Cavaco a) Recalque do material da peça contra a face da ferramenta. b) Material recalcado sofre deformação plástica que aumenta progressivamente até atingir a tensão de cisalhamento necessária ao deslizamento. Inicia-se o deslizamento do material recalcado segundo os planos de cisalhamento. Os planos instantâneas definem uma região entre a peça e o cavaco denominado região de cisalhamento. c) Com a continuidade da penetração da ferramenta (movimento relativo) ocorre ruptura parcial ou completa na região de cisalhamento, dependendo das condições de usinagem e ductilidade do material. d) Com a continuidade do movimento relativo (peça/ferramenta) ocorre o escorregamento da porção de material deformado e cisalhado (cavaco) sobre a face da ferramenta. O processo se repete, sucessivamente, com o material adjacente 24

O PROCESSO DE CORTE Região oblíqua de cisalhamento Formação de uma zona plástica elevada para baixas velocidades ;

Etapas da Formação do Cavaco Formação do cavaco 26

Origem do Plano de Cisalhamento Decompondo a força de corte (F) que a ferramenta exerce sobre o material da peça, obtém-se: Fsh F Fshn Plano de cisalhamento A componente Fsh (força de cisalhamento ao longo do plano de cisalhamento) é responsável pelo surgimento do plano de cisalhamento. 27

Existe Realmente um Plano de Cisalhamento? O material da peça tem estrutura granular, isto é, composta por grãos. Logo, a componente Fsh não propaga-se em linha reta e sim através dos grãos, formando uma região onde os grãos são fortemente deformados. 28

O PROCESSO DE FORMAÇÃO DO CAVACO É PERIÓDICO Variação da intensidade da força (frequência e amplitude)

Formação do cavaco em diferentes tipos de metais. Usinagem de metais dúcteis Grande zona plástica; Grande deformação antes da ruptura (fases a e b longas); As 4 fases são bens pronunciadas. Usinagem de metais frágeis Pequena zona plástica; Pequena deformação antes da ruptura (fases a e b curtas); A ruptura do cavaco é total (não somente da peça, mais também das porções anteriores e posteriores de cavaco); Fase d (escorregamento) é praticamente inexistente, já que o pequeno cavaco pula fora da região de escorregamento.

A INTERFACE CAVACO FERRAMENTA Possibilidade de três condições distintas: ADERÊNCIA ESCORREGAMENTO ARESTA POSTIÇA

TRENT E WRIGHT A INTERFACE CAVACO FERRAMENTA

Zona de Aderência A INTERFACE CAVACO FERRAMENTA Ocorre devido as altas tensões de compressão, altas taxas de deformação e a pureza do material da peça em contato com a ferramenta. Zona de Escorregamento Observada na periferia da área de contato entre cavaco e a ferramenta. Aresta Postiça Primeira camada do material da peça que se une a ferramenta por meio de ligações atômicas. Usinagem a baixas velocidades de corte. Material é cisalhado e arrastado.

Gume Postiço Adesão de material sobre a face da ferramenta. Material da peça altamente encruado que caldeia na face da ferramenta e assume a função de corte.: 34

Gume Postiço A INTERFACE CAVACO FERRAMENTA

Ensaio de Quick Stop Dispositivo para verificar a formação do cavaco A ferramenta de corte é retraída com velocidade superior a velocidade de corte (de duas a três vezes maior), deixando a raiz do cavaco em condições de análise detalhada por meio de microscópios. Esse dispositivo tem a função de estabelecer a operação de corte com suporte da ferramenta apoiado em um pino de aço endurecido. Quando a formação do cavaco está acontecendo, o pino se rompe e a ferramenta é afastada da peça em alta velocidade. O afastamento pode ser por meio de uma martelada, ou explosão, ou usando mola. 36

A INTERFACE CAVACO FERRAMENTA AS CONDIÇÕES DE ESCORREGAMENTO OU ADERÊNCIA DEPENDEM: PAR FERRAMENTA / PEÇA TEMPO DE USINAGEM VELOCIDA DE CORTE ÂNGULO DE SAÍDA

Controle da forma do cavaco: CONTROLE DO CAVACO 1) Segurança do operador Um cavaco longo, em forma de fita, pode atingir o operador e machucálo seriamente; 2) Dano à ferramenta e a peça Um cavaco longo, pode enrolar-se a peça e agredir a superfície usinada (principalmente em torneamento interno); O cavaco longo pode enrolar-se sobre a peça e tentar entrar na interface peça-ferramenta e causar a quebra da ferramenta; A quebra pode também ocorrer em operações de furação. O cavaco longo acomoda-se dentro do furo entupindo o canal helicoidal da broca, causando a quebra da ferramenta.

Controle da forma do cavaco: CONTROLE DO CAVACO 3) Manuseio e armazenamento Um cavaco longo exige muito mais espaço para o armazenamento. Um cavaco curto facilita a remoção, exige menos espaço. 4) Forças de corte, temperatura e vida da ferramenta A deformação do cavaco, visando aumentar sua capacidade de quebra, pode exigir maiores esforços de corte, com conseqüente aumento de temperatura e diminuição da vida útil.

Classificação dos cavacos quanto ao tipo: CONTROLE DO CAVACO a) Cavaco contínuo: constituído de lamelas justapostas numa distribuição contínua; a distinção das lamelas não é nítida; formado na usinagem de materiais dúcteis. b) Cavaco de cisalhamento constam de segmentos de cavacos, que são seccionados na região de cisalhamento e em parte justapostos. c) Cavaco de ruptura apresenta-se como fragmentos da peça, arrancados com o movimento relativo entre ferramenta e peça;

CONTROLE DO CAVACO CAVACO CONTÍNUO Formado continuamente. Força de corte varia muito pouco, a qualidade superficial é boa. CAVACO CISALHADO Ruptura parcial ou total do cavaco. Soldagem devida à alta pressão e temperatura. Serilhado nas bordas. Variação da força de corte, superfície com ondulosidade. CAVACO ARRANCADO Usinagem de materiais frágeis. Rompimento em pequenos segmentos (presença de grafita). Superfície com qualidade superficial inferior.

Classificação dos cavacos quanto ao tipo: v c v 1 Foma-se em: Materiais dúcteis, com estrutura molecular homogênea, uniforme e de grão fino. Velocidades de corte: altas Ângulo de saída: positivo Espessura de cavaco: pequena Material Ferramenta Processo continuo, em que se forma um cavaco ininterrupto Exemplos de materiais Aços Ligas de Aluminio não temperáveis (baixa liga)

Classificação dos cavacos quanto ao tipo: v c v 1 Forma-se em: Materiais pouco deformáveis e não homogeneo Velocidade de corte: baixas Ângulo de saída: negativo Espessura de cavaco: grande material Ferramenta Não são de forma continua., periodicamente passam pela zona de cizalhamento. Exemplos de materiais: fundição de ferro nodular

Classificação dos cavacos quanto ao tipo: v c Quebra avançada v 1 Forma-se em: Materais pouco deformáveis e não homogêneos Velocidade de corte: baixas Ângulo de saída: negativo Espessura de cavaco: grande Material Ferramenta Processo não continuo. O material é rasgado Exemplos de materiais Fundição com grafita lamelar (FoFo) Bronze e aluminio ligado com silicio > 7%

Classificação dos cavacos quanto a forma: a) Cavaco em fita b) Cavaco helicoidal; c) Cavaco espiral; d) Cavaco em lascas ou pedaços.

Temperatura de corte Praticamente toda a energia associada à formação do cavaco se transforma em calor (energia térmica); Fontes geradoras deste calor: Deformação e cisalhamento do cavaco; Atrito cavaco com ferramenta; Atrito ferramenta com a peça. A maior parte do calor gerado no atrito cavaco-ferramenta ocorre no cisalhamento do cavaco na zona de fluxo; O percentual relativo a cada fonte geradora de cavaco varia em função do tipo de usinagem, materiais da peça e ferramenta, e das condições de usinagem.

Temperatura de corte: danos gerados pelo calor No cavaco Nenhum Na peça Dilatação térmica e dano metalúrgico superficial Ferramenta Maior facilidade de desgaste

Temperatura de corte O calor dissipado na ferramenta é pequeno, porém, como essa região é pequena e não muda, o calor sobre a ferramenta é muito grande; O calor que vai para a peça pode resultar em sua dilatação térmica, e dificultar obtenções de tolerâncias apertadas; O calor dissipado para o cavaco aumenta em função do aumento da Vc.

Meios para tentar reduzir a temperatura de corte a) Desenvolvimento de materiais de usinabilidade melhorada que possuem menor coeficiente de atrito, menor tensão de cisalhamento. Ex: aços com elementos de liga como chumbo ou fósforo; b) Desenvolvimento de materiais para ferramentas com maior resistência ao calor (maior dureza a quente). Ex: material cerâmico e diamante; c) Utilização de fluídos de corte que além de refrigerar, possuem também o efeito lubrificante.

Fatores que influenciam a formação de cavaco Fluido de corte Parâmetros de corte aio de quina Ângulo de saída (a)

Alteração da forma do cavaco: Em baixas velocidades de corte, os cavacos tendem a apresentar boa curvatura natural, e portanto, não costumam apresentam problemas com relação à quebra; Já em altas velocidades, o problema de quebra de cavaco ocorre; O aumento da profundidade de corte (ap) aumenta a tendência à quebra do cavaco; OBS: deve-se evitar alterações dos dados de corte a fim de obter cavacos curtos, visto que a seleção destes parâmetros estão sob influência de vários requisitos técnicos e econômicos O método mais adequado para obter a quebra do cavaco é a utilização de elementos chamados quebra-cavacos.

A Interface Cavaco-Ferramenta 53

Quebra de Cavacos A curvatura do cavaco pode ser controlada para forçar a sua quebra evitando a formação de cavacos longos em forma de fita. Algumas formas de quebra do cavaco: O cavaco pode se dobrar verticalmente quebrandose ao atingir a peça. Pode enrolar-se sobre si mesmo ao tocar a peça. Pode dobrar-se verticalmente e lateralmente, quebrando-se ao atingir a superfície de folga da ferramenta. Pode dobrar-se lateralmente, quebrando-se ao atingir a superfície da peça que ainda não foi usinada. 54

Influencia dos Parâmetros de Usinagem É possível obter uma estimativa do tipo de cavaco formado em função de relação entre os parâmetros de avanço (f) e profundidade de corte (ap). O avanço é o parâmetro mais influente, seguido da profundidade de corte a afetar a forma do cavaco. 55

Tipos de Quebra Cavaco Os quebra-cavacos podem ser postiços ou moldados diretamente na superfície de saída da ferramenta, tipo este que tem sido cada vez mais utilizado. Para cada faixa de condições de usinagem (principalmente avanço e profundidade de usinagem) existe uma geometria ótima de quebra-cavacos, por esta razão uma ferramenta projetada para uma operação de desbaste médio, não quebrará o cavaco em uma situação de acabamento ou de desbaste pesado. 56

Tipos de Quebra Cavaco Para avanços e profundidades de usinagem pequenos (acabamento) os quebra-cavacos são mais estreitos mais próximos da aresta de corte. A medida que avanço e profundidade de usinagem aumentam (desbaste), os quebra-cavacos ficam mais largos e distantes da aresta de corte. 57

Tipos de Quebra Cavaco 58

Seleção de Quebra Cavaco 59

Seleção de Quebra Cavaco 60

Distribuição do Calor na Ferramenta A quantidade de calor dissipada por cada um dos elementos varia com os parâmetros de usinagem. Porém como a região da ferramenta que recebe este calor é reduzida e não muda durante o processo, como acontece com a peça, desenvolvem-se nesta região altas temperaturas, que contribuem para o desgaste da ferramenta. 61