usinagem dos metais

8/18/2019 Usinagem Dos Metais

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LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA EM USINAGEM

FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

USINAGEM DOS METAIS

Prof. Álisson Rocha Machado, PhD.

Prof. Marcio Bacci da Silva, PhD.

8ª. versão, Abril de 2004


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Universidade Federal de Uberlândia

Faculdade de Engenharia MecânicaLLEEPPUU -- LLaabboor r aattóór r iioo ddee EEnnssiinnoo ee PPeessqquuiissaa eemm UUssiinnaaggeemm

Álisson Rocha Machado, PhDProfessor

Campus Santa Mônica, Bloco 1M - CEP 38408-100 - Uberlândia/MG, BrasilFone: (0**34) 3239 4148 Ramal: 217 Fax: (0**34) 3239 4206 E-mail:

[email protected]

Márcio Bacci da Silva , PhD

Professor

Campus Santa Mônica, Bloco 1M - CEP 38408-100 - Uberlândia/MG, BrasilFone: (0**34) 3239 4148 Ramal: 239 Fax: (0**34) 3239 4206 E-mail:[email protected]


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P R E F Á C I O

A idéia de realizar este trabalho surgiu após o meu retorno da Inglaterra em 1990, onde,durante os 4 anos anteriores, desenvolvi um programa de doutorado no Manufacturing Group daUniversity of Warwick na cidade de Coventry, sob a orientação do prof. Dr. James Wallbank, mesmo

pesquisador que veio mais tarde orientar também o prof. Marcio Bacci da Silva, com doutoradoconcluído em outubro de 1998. Assim que reassumi o posto de professor na Universidade Federal deUberlândia, responsável pela disciplina de Usinagem na graduação em Engenharia Mecânica e umaoutra similar na pós-graduação, senti muita dificuldade de continuar adotando o clássico livro“Fundamentos da Usinagem dos Metais” do saudoso prof. Dr. Dino Ferraresi, que até então era oinsubstituível livro texto da disciplina. Esta obra continua sendo uma das mais valiosas referenciassobre o assunto de usinagem convencional na língua Portuguesa. Entretanto, ele foi elaborado nofinal da década de 60 e editado no início da década seguinte pela Editora Edgard Blücher Ltda. Maisde 30 anos, portanto, já se passaram, e neste período, novas técnicas e métodos de investigaçãoforam desenvolvidos e importantes contribuições científicas foram publicadas. Os principais conceitosapresentados na obra do Prof. Ferraresi não mudaram, mas muito se aprendeu neste período e estesconceitos foram enriquecidos e, possivelmente, tornaram-se mais compreensíveis. Além disto, tópicoscomo materiais de ferramentas e fluidos de corte tiveram e vem tendo avanços tecnológicosconsideráveis nos últimos anos o que exige constante atualização. Aproveitando parte de umagrande revisão bibliográfica que havia feito na Inglaterra no final da década de 80 e tendo como baseconceitual os trabalhos do Dr. Trent, orientador de doutorado do prof. Wallbank e autor do livro “MetalCutting”, editado pela Butterworths – Londres, já na sua terceira edição de 1991, considerado pormim a “Bíblia” dos profissionais da usinagem, resolvi então produzir algumas notas de aulas que, juntamente com as contribuições do Prof. Marcio Bacci da Silva se tornaram mais tarde este modestotrabalho. Desde o original de 1993, várias correções foram feitas. Na realidade, a cada novaimpressão, corrigimos erros de ortografia e tentamos melhorar a redação. Nesta edição, a grandemudança está no capítulo 10 - Materiais para Ferramentas de Corte. O texto foi totalmentesubstituído, apresentando uma abordagem mais completa sobre o assunto, que na opinião dosautores, é a parte que mais se desenvolve com o avanço tecnológico.

Devo citar que experiências práticas obtidas com profissionais da área substituiram muitashoras de estudo e consulta, que contribuíram sobremaneira pela fidelidade de informaçõesapresentadas. Entre eles, destaca-se o dinamismo e a perspicácia dos Eng

os Antônio Maria de

Souza Júnior da Fiat Automóveis S/A; Achille Sotírios de Liambos Júnior da Shell do Brasil S/A eFrancisco Carlos Marcondes e João Carocela, da Sandvik do Brasil S/A, Prof. Marcus Antonio VianaDuarte (UFU), Prof. Gilmar Guimarães (UFU), Prof. Alexandre Mendes Abrão (UFMG) e Prof. Anselmo Eduardo Diniz (Unicamp).

Agradeço muito a contribuição do técnico do LEPU – Laboratório de Ensino e Pesquisa emUsinagem da Universidade Federal de Uberlândia, Reginaldo Ferreira de Souza, responsável pelaelaboração prática de todas pesquisas ali desenvolvidas que contribuíram para o enriquecimento deformação de idéias.

Trabalho importante, também, tiveram a Srta. Maria das Graças Daud, na primeira ediçãodeste texto e os técnicos desenhistas Márcio Mellazo e Júlio C.R. Ferreira na reprodução em AutoCAD de grande parte das figuras apresentadas.

Finalmente, mas nunca menos importante foram as contribuições dos meus alunos e ex-alunos de graduação e pós-graduação. Todos, sem restrições, têm uma parcela de responsabilidadepor este trabalho. Não poderia deixar, entretanto, de citar alguns nomes, pois eles foramresponsáveis diretos por parcelas de diferentes conteúdos e informações aqui contidas. São elesWisley Falco Sales, Marcelo Ferreira Motta, Jalon de Morais Vieira, Anderson Clayton Alves de Melo,Estevam Marcos de Souza, Júlio Romero Santos Fernandes, Eurípedes Barsanulpho Luz Júnior eMarcelo Fonseca Barbosa. Este último ainda foi responsável pelo árduo trabalho de editoração ediagramação desta apostila, tarefa executada com perfeição.

Prof. Álisson Rocha Machado

30.03.99


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U S I N A G E M D O S M E TA I S

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO......................................................................................................12. GRANDEZAS FÍSICAS NO PROCESSO DE CORTE .........................................7

3. NOMENCLATURA E GEOMETRIA DAS FERRAMENTAS DE CORTE ...........17

4. FORMAÇÃO DO CAVACO ................................................................................39

5. CONTROLE DE CAVACO..................................................................................51

6. A INTERFACE CAVACO - FERRAMENTA .......................................................61

7. FORÇA, PRESSÃO ESPECÍFICA E POTÊNCIA DE USINAGEM.....................83

8. TENSÕES E DEFORMAÇÕES EM USINAGEM ................................................95

9. TEMPERATURA DE CORTE .............................................................................99

10. MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE............................................113

11. DESGASTE E MECANISMOS DE DESGASTE DAS FERRAMENTAS DE

CORTE..............................................................................................................171

12. VIDA DA FERRAMENTA E FATORES QUE A INFLUENCIAM ......................213

13. FLUIDOS DE CORTE.......................................................................................219

14. INTEGRIDADE SUPERFICIAL.........................................................................231

15. ENSAIOS DE USINABILIDADE .......................................................................243

16. CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE CORTE .......................................................249

17. CONSIDERAÇÕES AO MATERIAL DA PEÇA................................................257


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C A P Í T U L O 1

INTRODUÇÃO

“ Usinagem” é um processo de fabricação. Mas o que é fabricação e qual asua importância? A maioria dos livros especializados da área define: Fabricar étransformar matérias primas em produtos acabados, por vários processos, seguindoplanos bem organizados em todos os aspectos. A importância da fabricação podeser melhor entendida ao observarmos que todos os objetos culturais, ao nossoredor, têm formas e dimensões diferentes, com raríssimas exceções. Além disso,todo objeto é feito de um ou mais materiais e é transformado em produto acabadopor uma larga variedade de processos. Portanto, não é nenhuma surpresa que nospaíses industrializados a fabricação compreende um terço do produto interno bruto[1] (valor de todos os produtos e serviços produzidos). A fabricação é utilizada desdeo início da civilização, com a produção de vários artigos de madeira, pedra,

cerâmica, barro e metal. Houve muito desenvolvimento com o passar dos anos, enos dias atuais uma grande quantidade de materiais e processos estão disponíveis,para fabricar produtos que variam desde um simples componente, como uma esferade aço, até produtos altamente sofisticados, como computadores, automóveis eaeronaves supersônicas.

Para se ter uma idéia do número de fatores que devem ser considerados numprocesso de fabricação, Kalpakjian [1] usou o exemplo da produção de um simplesartigo: o clipe. Primeiro ele deve ser projetado para atender o requisito funcional queé segurar folhas de papéis juntas. Para tanto, ele deve exercer uma força suficientepara evitar o deslizamento de uma folha sobre a outra. Eles são, geralmente, feitos

de arame de aço, embora hoje se encontra no mercado clipe de plástico. Ocomprimento do arame requerido para sua fabricação é cortado e então dobradovárias vezes, para dar a forma final própria. Por sua vez, o arame é feito por umprocesso de trefilação a frio. Neste processo a seção transversal de uma hastelonga é reduzida, ao passar por uma matriz de fieira, que também confere algumaspropriedades mecânicas ao material, como resistência e dureza. A haste por suavez, é obtida por processos como a trefilação e a extrusão de um lingote. Para evitardelongas, nenhuma informação quanto ao processo de obtenção deste lingote seráabordada. A fabricação de um simples clipe envolve projeto, seleção de um materialadequado e seleção de um método de fabricação para atender os requisitos deserviço do artigo. As seleções são feitas não somente com base em requisitos

técnicos, mas também com base nas considerações econômicas, para minimizar oscustos para que o produto possa ser competitivo no mercado.

O projetista de produtos ou engenheiro projetista, especifica formas edimensões do produto, sua aparência, e o material a ser usado. Primeiro são feitosos protótipos do produto. Neste estágio, é possível fazer modificações, tanto noprojeto original como no material selecionado, se análises técnicas e/ou econômicasassim indicarem. Um método de fabricação apropriado é então escolhido peloengenheiro de fabricação. A Figura 1.1 mostra um diagrama do procedimentocorreto para se chegar à etapa de fabricação.

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Fabricação

Desenho

Avaliação Final

Revisão do Projeto

Avaliação

Teste do Protótipo

Modelos Físicos e Analíticos

Análise do Projeto

Projeto do conceito

Conceito Original

Necessidade do Produto

Especificação do Material; Seleção do Processo de Fabricação e deEquipamentos; Projeto e Construção de Ferramentas e Matrizes

Figura 1.1. Diagrama mostrando o procedimento requerido para o projeto de umproduto, que são etapas que antecedem a fabricação.

A seleção do material requer conhecimentos dos requisitos funcionais e de

serviço do produto, e dos materiais disponíveis para preencher estes requisitos. Otratamento deste assunto requer um passeio nas propriedades dos materiais eenvolve também considerações de custo, aparência, acabamento superficial,resistência à corrosão etc., que foge do escopo prático deste curso, e portanto nãoserão aqui abordados. Uma vasta bibliografia [1 - 4] porém, está disponível sobre oassunto.

Nos processos de fabricação, geralmente, haverá mais de um método quepoderá ser empregado para fabricar um componente. A seleção de um métodoparticular sobre outros vai depender de um grande número de fatores. Além disto, oproduto final, geralmente, é o resultado de muitos processos diferentes. Na seleçãodo processo, os seguintes fatores devem ser considerados [1]:

• Tipo do material e suas propriedades.• Propriedades finais desejadas.• Tamanho, forma e complexidade do componente.• Tolerâncias e acabamento superficial requeridos.• Processo subsequente envolvido.• Projeto e custo de ferramental; efeito do material na vida da ferramenta ou matriz.• Sucata gerada e seu valor.• Disponibilidade do equipamento e experiências operacionais.• “Lead time” necessário para iniciar produção.• Número de partes requeridas e taxa de produção desejada.

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• Custo total de processamento.

O engenheiro responsável, portanto, tem que ter grande conhecimento dosprocessos e dos materiais envolvidos. Características específicas de cada processopodem ser encontradas em [1,2,5]. É evidente que a fabricação de um produto, seja

ele um clipe, uma lâmpada, uma calculadora ou um automóvel, além deconhecimentos de projeto, materiais e processos, requer também grande interaçãoentre os diversos setores dentro da empresa. E quanto mais complexo o produto,maior a necessidade de comunicação entre eles.

Um fato que não se pode deixar de registrar é a utilização de computadoresnos dias atuais, em todas as etapas da manufatura. A automatização dos processosde fabricação nos leva hoje aos mais sofisticados “Sistemas Flexíveis deManufatura” – FMS (Flexible Manufacturing System), CAD (Computer Aided Design

– Projeto Assistido por Computador), CAM (Computer Aided Manufacturing –Fabricação assitida por Computador), CAE (Computer Aided Engineering –

Engenharia Assistida por Computador), CAPP (Computer Aided Process Planning –Planejamento do Processo Assistido por Computador), CBS (Computer BusinessSystems – Sistemas de Negócios Computadorizados), CIM (Computer IntegratedManufacturing – Fabricação Integrada por Computador), entre outras, que são siglasbastante populares que têm como característica comum, o emprego do computador,eliminando falhas comuns do passado e aperfeiçoando e automatizando as váriasetapas de um processo produtivo.

No meio deste processo existem as máquinas com comando numérico, NC(Numerical Control – Controle Numérico), CNC (Computer Numerical Control –Controle Numérico Computadorizado) e DNC (Direct Numerical Control – Controle

Numérico Direto), que podem fazer parte de um sistema CAM. O emprego dessasmáquinas revolucionou o processo produtivo, tendo impactos nos materiais deferramentas, projetos de máquinas, mão de obra, qualidade do produto final e custosde fabricação. Entretanto, a discussão detalhada desses sistemas foge dos objetivosdeste curso e aprofundamento do assunto é encontrado em [6].

A Figura 1.2 mostra a classificação dos processos de fabricação, destacandoa USINAGEM.

Ao observar esta Figura uma definição simples de usinagem pode ser gerada:“ Processo de fabricação com remoção de cavaco” . Na realidade, ao consultar a

bibliografia, diferentes definições de usinagem serão encontradas. Uma bastanteabrangente é a seguinte [7]: “Operação que ao conferir à peça a forma, ou asdimensões ou o acabamento, ou ainda uma combinação qualquer destes trêsitens, produzem cavaco” . E por cavaco entende-se [7]: “Porção de material dapeça, retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentar forma geométricairregular”.

A usinagem é reconhecidamente o processo de fabricação mais popular domundo, transformando em cavacos algo em torno de 10% de toda a produção demetais, e empregando dezenas de milhões de pessoas em todo o mundo [8].

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Processos deFabricação

• SEM remoçãode cavaco

• Conformação

• Outros

• Fundição• Soldagem• Metalurgia do pó

• Laminação• Extrusão• Trefilação• Forjamento• Estampagem

• COM remoçãode cavaco

• USINAGEM

• Não-Convencional

• Jato d’água• Jato abrasivo• Fluxo abrasivo• Ultrasom• Eletroquímica• Eletroerosão• Feixe de elétrons• Laser • Plasma• Química• Fotoquímica

etc......

• Convencional

• Torneamento• Fresamento• Furação• Aplainamento• Mandrilamento• Serramento• Brochamento• Roscamento• Retificação

etc......

Figura 1.2. Classificação dos processos de fabricação.

Apesar desta popularidade, trata-se, ainda, de um processo bastanteimprevisível e a definição paradoxal que se segue relata com precisão toda asistemática que envolve o mesmo: “É um processo, complexo e simples aomesmo tempo, onde se produzem peças, removendo-se excesso de material,na forma de cavacos” . É “complexo” devido às dificuldades em se determinar asimprevisíveis condições ideais de corte. É “simples” porque, uma vez determinadasas condições ideais de corte, o cavaco se forma corretamente, dispensandoqualquer tipo de ação especial do operador. As condições ideais de corte consistemde: (1) material e geometria adequados da ferramenta de corte; (2) velocidade decorte e avanço adequados para uma profundidade de corte pré-determinada; (3)fluido de corte adequado; tudo isto para ser usado em uma máquina-ferramenta pré-escolhida, para usinar um determinado material. Estas condições ideais de corte sãoaquelas capazes de produzir peças dentro de especificações de forma, tamanho eacabamento ao menor custo possível.

Usinagem tem ainda a peculiaridade de ser um processo essencialmenteprático, envolvendo um número de variáveis bastante grande. Shaw [9] resume oproblema da seguinte maneira. “É praticamente impossível PREVER o desempenhono corte dos metais. Entretanto, isto não quer dizer que estudos detalhados dos

processos de usinagem não têm valor. Cada ponto fundamental que édetalhadamente estudado e propriamente interpretado contribui para o

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ENTENDIMENTO do processo, e entendimento é o passo mais próximo dacapacidade de prever”.

A seguir, um exaustivo número de definições se faz necessário, nos capítulos:“Grandezas Físicas no Processo de Corte” e “Nomenclatura e Geometria das

Ferramentas de Corte”, para compreensão dos capítulos subsequentes, que são:“Formação do Cavaco”, “A Interface Cavaco-Ferramenta”, “Força, PressãoEspecífica e Potência de Usinagem”, “Tensões e Deformações em Usinagem”,“Temperaturas de Corte”, “Materiais para Ferramentas de Corte”, “Desgaste eMecanismos de Desgaste das Ferramentas de Corte”, “Vida da Ferramenta eFatores que a Influenciam”, “Fluidos de Corte”, “Integridade Superficial”, “Ensaios deUsinabilidade”, “Condições Econômicas de Corte” e “Considerações ao Material daPeça”.

Sem dúvidas a abordagem de todos esses tópicos faz deste curso um dosmais completos sobre a usinagem dos materiais metálicos. As maneiras que serão

tratadas esses tópicos têm como objetivo oferecer informações suficientes para queo engenheiro ou o técnico de usinagem possa compreender de maneira simples,complicadas teorias sobre o processo de usinagem. O entendimento de tópicosimportantes, como: O Mecanismo de Formação do Cavaco, Geração de Calor eDistribuição de Temperatura, Forças de Usinagem e Desgaste das Ferramentas deCorte, coloca o técnico de Usinagem estimulado e seguro nas tomadas de decisõespara melhoria do processo produtivo. Pelo menos, este é o maior objetivo destecurso.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. KALPAKJIAN, S. “Manufacturing Processo for Engineering Materials”. Addison-Wesley Publixhing Company, 1985, 839 pags, ISBN 0-201-11690-1.

2. DE CARMO, E.P.; BLACK, J.T. and KOHSER, R. “Materials and Process inManufacturing”, Macmillan Pub. Com., New york, 7th edition, 1988, 1172 pages,ISBN 0-02-946140-5.

3. ASKELAND, D.R. “The Science and Engineering of Materials”, PWS Publishers,USA, 1984, 748 pages, ISBN 0-534-02957-4.

4. CHIAVERINE, V. “Aços e Ferros Fundidos”, ABM, São Paulo, 4a edição, 1979,504 pags.

5. LINDBERG, R.A. “Processes and Materials of Manufacture”, Allyn and Bacon,

USA, 4th edition, 1990, 864 pags, ISBN, 0-205-12031-8.6. GROOVER, M.P. “Automation, Production Systems, and Computer Integrated

Manufacturing”, Prentice Hall Int., Ed., USA, 1987, 808 pags, ISBN 0-13-054610-0.

7. FERRARESI, D. “Fundamentos da Usinagem dos Metais”, Editora EdgardBlücher Ltda, São Paulo, 1970, 751 pags.

8. TRENT, E.M. “Metal Cutting” 2nd Edition, Butterworths, ISBN 0-408-10856, 245pags.

9. SHAW, M.C. “Metal Cutting Principles”, Oxford University Press, 1984, ISBN 0-19-859002-4, 594 pags.

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C A P Í T U L O 2

GRANDEZAS FÍSICAS NO PROCESSO DE CORTE

2.1. INTRODUÇÃOO princípio usado em toda máquina ferramenta para se obter a superfície

desejada é providenciar um movimento relativo apropriado entre a peça e aferramenta, escolhida adequadamente. Assim, para o estudo da usinagem énecessário a definição das grandezas físicas no processo de corte.

A norma ABNT NBR 6162/1989 — Movimentos e Relações Geométricas naUsinagem dos Metais – Terminologia [1], trata justamente destes conceitos. A seguirsão apresentadas algumas definições básicas baseadas nesta Norma.

Os conceitos se referem a um ponto genérico da aresta cortante, dito “Pontode Referência”. Nas ferramentas de barra este ponto é fixado na parte da arestacortante próximo à ponta da ferramenta.

2.2. MOVIMENTOS

Os movimentos no processo de usinagem são movimentos relativos entre apeça e a aresta cortante. Se referem à peça considerada parada.

Devem se distinguir dois tipos de movimentos, os que causam diretamente asaída de cavaco e os movimentos que não tomam parte diretamente na retirada decavaco.

Movimentos que causam diretamente a saída do cavaco

• Movimento de Corte: movimento entre a peça e a ferramenta, o qual semo movimento de avanço origina somente uma única retirada de cavaco.

• Movimento de Avanço: movimento entre a peça e a ferramenta, o qual juntamente com o movimento de corte origina retirada contínua de cavaco.

• Movimento Efetivo: movimento resultante dos movimentos de corte eavanço, realizados ao mesmo tempo.

Movimentos que não tomam parte direta na formação do cavaco

• Movimento de Aproximação: movimento entre a peça e a ferramenta,com a qual a ferramenta, antes da usinagem, é aproximada à peça.

• Movimento de Ajuste: movimento entre a peça e a ferramenta para sedeterminar a espessura de material a ser retirada (ou a profundidade decorte).

• Movimento de Correção: movimento de correção entre a peça e aferramenta para se compensar o desgaste da ferramenta, ou outravariação.

• Movimento de Recuo: movimento entre a aresta de corte e a peça, com oqual a ferramenta, após a usinagem, é afastada da peça.

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2.3. DIREÇÕES DOS MOVIMENTOS

Deve-se distinguir as direções dos movimentos que causam diretamente aretirada de cavaco.

Direção de Corte: direção instantânea do movimento de corte.Direção de Avanço: direção instantânea do movimento de avanço.Direção Efetiva: direção instantânea do movimento efetivo de corte.

Definições análogas são válidas para os movimentos que não causam aretirada de cavaco diretamente.

As Figuras 2.1, 2.2 e 2.3 ilustram essas direções para o torneamento, furaçãoe fresamento, respectivamente.

Figura 2.1. Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo, notorneamento.

Figura 2.2. Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo, na furação.

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Figura 2.3. Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo, no fresamentodiscordante.

2.4. PERCURSOS DA FERRAMENTA NA PEÇA

Percurso de Corte Lc: é o espaço percorrido pelo ponto de referência da arestacortante sobre a peça, segundo a direção de corte.

Percurso de Avanço L f : é o espaço percorrido pelo ponto de referência da arestacortante sobre a peça, segundo a direção de avanço. Nos casos em que hajamovimento de avanço principal e avanço lateral, devem-se distinguir ascomponentes do percurso de avanço.

Percurso Efetivo Le: é o espaço percorrido pelo ponto de referência da aresta

cortante sobre a peça, segundo a direção efetiva do corte.

A Figura 2.4 ilustra os percursos da ferramenta na peça.

ae

Figura 2.4. Percurso de corte Lc, percurso de avanço Lf e percurso efetivo Le parao fresamento discordante.

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Definições análogas são válidas para os movimentos que não tomam partediretamente na retirada de cavaco.

2.5. VELOCIDADES

Velocidade de Corte VC : é a velocidade instantânea do ponto de referência daaresta cortante da ferramenta, segundo a direção e sentido de corte. Para processoscom movimentos de rotação, a velocidade de corte é calculada pela equação 2.1.

V nC = ⋅ ⋅π φ /1000 [m/min] (2.1)

onde,φ = diâmetro da peça ou da ferramenta em mm;n = número de rotações por minuto.

Velocidade de Avanço Vf : velocidade instantânea do ponto de referência da arestacortante da ferramenta, segundo a direção e sentido de avanço. É dada por:

V f nf = ⋅ [mm/min] (2.2)

onde,f = avanço em mm/volta;n = número de rotações por minuto.

Velocidade Efetiva de Corte ve: velocidade instantânea do ponto de referência daaresta cortante da ferramenta, segundo a direção e o sentido efetivo do corte. É

calculada vetorialmente como se segue:r r r

V V Ve C= + f [m/min] (2.3)

Além destas podemos ter também as velocidades de aproximação, de ajuste,de correção e de recuo.

2.6. CONCEITOS AUXILIARES

Para melhor compreender os conceitos relacionados aos diferentes processos

de usinagem são necessários alguns conceitos auxiliares.

Plano de Trabalho Pfe: é o plano que contém as direções de corte e de avanço,passando pelo ponto de referência da aresta cortante. Neste plano se realizam osmovimentos que tomam parte na retirada de cavaco, Figuras 2.5 e 2.6.

No plano de trabalho é interessante ainda definir os ângulos da direção deavanço e da direção efetiva de corte.

Ângulo da Direção de Avanço : é o ângulo entre a direção de avanço e a direçãode corte. Nem sempre a direção de avanço é perpendicular à direção de corte,

assim por exemplo no fresamento este ângulo varia durante o corte.

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Ângulo da Direção Efet iva de Corte : é o ângulo da direção efetiva de corte e adireção de corte.

Figura 2.5. Plano de trabalho Pfe, ângulo da direção de avanço ϕ e ângulo dadireção efetiva η no torneamento.

Figura 2.6. Plano de trabalho Pfe, ângulo da direção de avanço ϕ e ângulo dadireção efetiva η no fresamento concordante (ϕ > 90o).

Considerando a Figura 2.5, pode-se desenvolver a seguinte expressão:

tgv

v v vf

f c c

ηϕ

ϕ

ϕ

ϕ=

+=

+

sen

.cos

sen

cos / vf (2.4)

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Nota-se que, como na maioria dos casos vf


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Figura 2.8. Avanço por dente f z, avanço de corte f c e avanço efetivo f e nofresamento discordante.

Avanço de Corte f c: é a distância entre duas superfícies consecutivas em usinagem

medida na direção perpendicular à direção de corte no plano de trabalho.

f f c z= .sen ϕ (2.6)

Avanço Efetivo de Corte f e: é a distância entre duas superfícies consecutivas emusinagem medida na direção perpendicular à direção efetiva de corte no plano detrabalho.

(f f e z= .sen ϕ η)− (2.7)

Profundidade ou Largura de Usinagem (ou de corte) ap: é a profundidade oulargura de penetração da ferramenta na peça, medida numa direção perpendicularao plano de trabalho.

Penetração de Trabalho ae: é de importância predominante no fresamento e naretificação. É a penetração da ferramenta em relação à peça, medida no plano detrabalho e numa direção perpendicular à direção de avanço, Figura 2.9.

Penetração de Avanço af : grandeza de penetração da ferramenta, medida no planode trabalho e na direção de avanço.

Figura 2.9. Largura de usinagem ap, penetração de trabalho ae e penetração de

avanço af , no fresamento periférico.

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2.8. GRANDEZAS RELATIVAS AO CAVACO

São grandezas derivadas das grandezas de corte, e são obtidas através decálculos, Figura 2.10.

Figura 2.10. Grandezas relativas ao cavaco, para arestas de corte retilíneas.

Largura de Corte b: é a largura calculada da seção transversal de corte a ser

retirada, medida na superfície em usinagem principal, segundo a direção normal àdireção de corte. Em ferramentas com aresta cortante retilínea e sem curvatura naponta, tem-se:

bap

r

=senχ

(2.8)

χr é o ângulo de posição da aresta principal de corte.

Largura Efetiva de Corte be: é a largura calculada da seção transversal efetiva decorte a ser retirada, medida na superfície em usinagem principal, segundo a direção

normal à direção efetiva de corte. Pela Figura 2.10, têm-se:

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(b be = −. sen .cos/

1 2 21 2

η χ )r (2.9)

Espessura de Corte h: é a espessura calculada da seção transversal de corte a serretirada, medida normalmente à superfície em usinagem principal e segundo adireção perpendicular à direção de corte. Em ferramentas com aresta de corteretilíneas:

r c χsen.f h = (2.10)

Espessura Efetiva de Corte he: é a espessura calculada da seção transversalefetiva de corte a ser retirada, medida normalmente à superfície em usinagemprincipal e segundo a direção perpendicular à direção efetiva de corte.

( ) 2/12r 2e

ηtg.χsen1

hh

+= (2.11)

Seção Transversal de Corte A: é a área calculada da seção transversal de umcavaco a ser retirado, medida no plano normal à direção de corte.

Seção Transversal Efetiva de Corte Ae: é a área calculada da seção transversalefetiva de um cavaco a ser retirado, medida no plano normal à direção efetiva decorte.

Na maioria dos casos:

A a f p c= . (2.12)

A a f e p= . e (2.13)

Em ferramentas sem arredondamento na ponta da aresta cortante:

A b h= . (2.14)

A b he e= . e (2.15)

Para maiores informações deve ser consultada a norma NBR 6162.

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

1. ABNT, NBR 6162, “Movimentos e Relações Geométricas na Usinagem dosMetais -Terminologia”,1989.

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NOMENCLATURA E GEOMETRIA DAS FERRAMENTAS DE CORTE

3.1. INTRODUÇÃOA geometria da ferramenta de corte exerce influência, juntamente com outros

fatores, na usinagem dos metais. É necessário, portanto, definir a ferramentaatravés dos ângulos da cunha cortante.

A norma brasileira que trata desse assunto é a norma da ABNT NBR 6163/80 – Conceitos da Técnica de Usinagem – Geometria da Cunha Cortante –Terminologia [1]. As definições apresentadas a seguir são baseadas nesta norma.

3.2. DEFINIÇÕESAs seguintes definições adotadas são necessárias para a determinação dos

ângulos da cunha cortante de uma ferramenta de usinagem. As definições sãomelhores compreendidas através das Figuras 3.1 a 3.12.

Cunha de Corte: é a cunha formada pelas superfícies de saída e de folga daferramenta. Através do movimento relativo entre a peça e a ferramenta, formam-seos cavacos sobre a cunha de corte.

Superfície de Saída Aγ: é a superfície da cunha de corte sobre a qual o cavaco se

desliza.Superfície de Folga: é a superfície da cunha de corte, que determina a folga entre aferramenta e a superfície em usinagem. Distinguem-se a superfície principal de folgaAα e a superfície secundária de folga A’α.

Arestas de Corte: são as arestas da cunha de corte formada pelas superfícies desaída e de folga. Deve-se distinguir a aresta principal de corte S e a arestasecundária de corte S’:

- Aresta Principal de Corte S: é a aresta de corte cuja cunha de corte,observada no plano de trabalho, e para um ângulo da direção de avanço ϕ =

90o

, indica a direção de avanço.- Aresta Secundária de Corte S’: é a aresta de corte cuja cunha de corte,observada no plano de trabalho, e para o ângulo da direção de avanço ϕ =90o, indica a direção contrária a direção de avanço.

Ponta de Corte: parte da cunha de corte onde se encontram as arestas principal esecundária de corte.

Ponto de Corte Escolhido: ponto destinado à determinação das superfícies eângulos da cunha de corte, ou seja as definições se referem a um ponto daferramenta, dito ponto de corte escolhido ou “Ponto de Referência”.

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Figura 3.1. Cunha de Corte da Ferramenta.

Figura 3.2. Arestas de corte e superfícies da cunha de corte de uma ferramenta detorno.

Figura 3.3. Arestas de corte e superfícies da cunha de corte de uma fresa frontal.

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Figura 3.4. Arestas de corte e superfícies da cunha de corte de uma brocahelicoidal.

3.3. SISTEMAS DE REFERÊNCIA UTILIZADOS NA DETERMINAÇÃO DOS ÂNGULOS DA CUNHA CORTANTE.

Para a determinação dos ângulos na cunha de corte é necessário empregar

um sistema de referência. Normalmente são empregados dois sistemas dereferência, para um estudo racional dos ângulos da ferramenta e dos ângulosefetivos ou de trabalho:

- SISTEMA DE REFERÊNCIA DA FERRAMENTA- SISTEMA EFETIVO DE REFERÊNCIA

O sistema de referência da ferramenta é necessário para a determinação dageometria da cunha de corte da ferramenta, durante o projeto, execução e controleda mesma. O sistema efetivo de referência é necessário para a determinação dageometria da cunha de corte da ferramenta, durante o processo de usinagem. Além

destes, outro sistema de referência poderá ser necessário para a determinação doposicionamento da ferramenta em relação à máquina.

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No sistema de referência da ferramenta, os planos são identificados pelapalavra ferramenta e recebem o símbolo P, com um índice para a sua diferenciação.No sistema de referência efetivo, os planos são identificados pela palavra efetivo eos mesmos símbolos do sistema de referência da ferramenta, além do índice e.

3.3.1. Planos do Sistema de Referência

As definições dadas a seguir correspondem às figuras 3.5 e 3.6.

Plano de Referência: • Plano de Referência da Ferramenta - Pr : plano que passando pelo ponto

de corte escolhido, é perpendicular à direção admitida de corte. Esta éescolhida de maneira que o plano de referência da ferramenta seja o maispossível paralelo ou perpendicular à uma superfície ou eixo de ferramenta.

• Plano de Referência Efetivo - Pre: plano que passando pelo ponto de

corte escolhido, é perpendicular à direção efetiva.

Nas ferramentas de torneamento e aplainamento, o plano de referência daferramenta Pr é um plano paralelo ou perpendicular à superfície de apoio do cabo.

Nas ferramentas de fresamento ou furação, ele é um plano que contém o eixode rotação das mesmas.

Plano de Corte:• Plano de Corte Principal da Ferramenta - Ps: plano que passando pelo

ponto de corte escolhido, é tangente à aresta principal de corte eperpendicular ao plano de referência da ferramenta.

• Plano de Corte Secundário da Ferramenta – Ps' : plano que passandopelo ponto de corte escolhido, é tangente à aresta secundária de corte eperpendicular ao plano de referência da ferramenta.

• Plano de Corte Efetivo - Pse: plano que passando pelo ponto de corteescolhido, é tangente à aresta de corte e perpendicular ao plano dereferência efetivo Pre.

Plano Ortogonal:• Plano Ortogonal da Ferramenta - Po: plano que passando pelo ponto de

corte escolhido, é perpendicular aos planos de referência e de corte daferramenta.

• Plano Ortogonal Efetivo - Poe: plano que passando pelo ponto de corteescolhido, é perpendicular aos planos de referência e de corte efetivos.

O plano ortogonal é conhecido na maioria das literaturas como PLANO DEMEDIDA.

Plano de Trabalho:• Plano Admitido de Trabalho - Pf : plano que passando pelo ponto de corte

escolhido, é perpendicular ao plano de referência e paralelo à direçãoadmitida de avanço. É escolhido de tal forma que fique o mais possívelparalelo ou perpendicular à uma superfície ou eixo da ferramenta,respectivamente.

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• Plano de Trabalho Efetivo - Pfe: plano que passando pelo ponto de corteescolhido, contém as direções de corte e de avanço. Neste plano serealizam os movimentos responsáveis pela retirada de cavaco, comodefinido no Capítulo 2.

Plano Dorsal:• Plano Dorsal da Ferramenta - Pp: plano que passando pelo ponto decorte escolhido, é perpendicular aos planos de referência da ferramenta eadmitido de trabalho.

• Plano Dorsal Efetivo - Ppe: plano que passando pelo ponto de corteescolhido, é perpendicular aos planos de referência efetivo e de trabalho.

Além destes planos são definidos ainda no sistema de referência daferramenta:

• Plano Normal a Aresta de Corte Pn (ou PLANO EFETIVO NORMAL À ARESTA

DE CORTE Pne): plano que, passando pelo ponto de corte escolhido, éperpendicular à aresta de corte S.• Plano Ortogonal à Superfície de Saída Pg: plano que passando pelo ponto de

corte escolhido, é perpendicular à superfície de saída e ao plano de referência daferramenta.

• Ângulo de Posição do Plano Ortogonal à Superfíc ie de Saída δr : ângulo entreo plano admitido de trabalho e plano ortogonal à superfície de saída, medido noplano de referência da ferramenta.

• Plano Ortogonal à Superfície de Folga Pb: plano que passando pelo ponto decorte escolhido, é perpendicular à superfície de folga e ao plano de referência daferramenta.

• Ângulo de Posição no Plano Ortogonal à Superfíc ie de Folga θr : ângulo entreo plano admitido de trabalho e o plano ortogonal à superfície de folga, medido noplano de referência da ferramenta.

Veja a seguir as figuras 3.5 a 3.12.

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Figura 3.5. Planos do Sistema de Referência da Ferramenta.

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Figura 3.6. Planos do Sistema de Referência Efetivo.

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Figura 3.7. Planos do Sistema de Referência da Ferramenta numa ferramenta detorneamento.

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Figura 3.8. Planos do Sistema de Referência Efetivo numa ferramenta detorneamento.

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Figura 3.9. Planos do Sistema de Referência da Ferramenta numa fresa cilíndrica.

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Figura 3.10. Planos do Sistema de Referência Efetivo numa fresa cilíndrica.

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Figura 3.11. Planos do Sistema de Referência da Ferramenta numa brocahelicoidal.

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Figura 3.12. Planos do Sistema de Referência Efetivo numa broca helicoidal.

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3.3.2. Ângulos da Cunha Cortante

Os ângulos da cunha cortante destinam-se à determinação da posição e daforma da cunha de uma ferramenta.

Devem-se distinguir os ângulos do sistema de referência da ferramenta dosângulos do sistema de referência efetivo. No primeiro, os ângulos são identificadoscom o acréscimo da palavra ferramenta e os símbolos representativos com o índiceidentificador do plano no qual são medidos, no segundo, é adicionada a palavraefetivo, e acrescenta-se ainda o índice “e” no símbolo.

Se o ângulo for referente à uma aresta secundária de corte, os símbolosrecebem um apóstrofo (‘).

As definições apresentadas a seguir são mostradas nas figuras 3.13 a 3.18.

Ângulos Medidos no Plano de Referência • Ângulo de Posição da Ferramenta χr : ângulo entre o plano de corte da

ferramenta Ps e o plano admitido de trabalho P f , medido no plano dereferência da ferramenta. É sempre positivo e situa-se sempre fora dacunha cortante, de forma que o seu vértice indica a ponta de corte. Esteângulo indica a posição da aresta de corte.

• Ângulo de Posição Efet ivo χre: ângulo entre o plano de corte efetivo Pse eo plano de trabalho efetivo Pfe, medido no plano de referência efetivo Pre.

• Ângulo de Posição Secundário da Ferramenta χ’r : ângulo entre o planode corte secundário da ferramenta Ps e o plano admitido de trabalho Pf ,medido no plano de referência da ferramenta. É sempre positivo e situa-se

sempre fora da cunha cortante, de forma que o seu vértice indica a pontade corte. Este ângulo indica a posição da aresta secundária de corte.• Ângulo de Posição Secundário Efet ivo χ’re: ângulo entre o plano de

corte secundário efetivo P’se e o plano de trabalho efetivo Pfe, medido noplano de referência efetivo Pre.

• Ângulo de Ponta da Ferramenta εr : ângulo entre os planos principal decorte Ps e secundário de corte P’s medido no plano de referência daferramenta.

Vale portanto a seguinte relação:

χ ε χr r r o+ + =| 180 (3.1)

Ângulos Medidos no Plano de Corte:• Ângulo de Inc linação da Ferramenta λs: ângulo entre a aresta de corte e

o plano de referência da ferramenta Pr , medido no plano de corte daferramenta Ps.

• Ângulo de Inclinação Efet ivo λse: ângulo entre a aresta de corte o planode referência efetivo Pre, medido no plano de corte efetivo Pse.

O ângulo de inclinação é sempre um ângulo agudo, cujo vértice indica a pontade corte. Ele é positivo quando, observando-se a partir da ponta de corte, a arestade corte encontra-se na região posterior em relação ao plano de referência,orientando-se para tanto segundo o sentido de corte.

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Ângulos Medidos no Plano Ortogonal• Ângulo de Saída da Ferramenta γo: ângulo entre a superfície de saída Aγ

e o plano de referência da ferramenta Pr , medido no plano ortogonal daferramenta Po.

• Ângulo de Saída Efet ivo γoe: ângulo entre a superfície de saída Aγ e o

plano de referência efetivo Pre, medido no plano ortogonal efetivo Poe.

O ângulo de saída é sempre um ângulo agudo. Ele é positivo quando, ainterseção entre a superfície de saída e o plano ortogonal encontra-se na regiãoposterior em relação ao plano de referência, orientando-se para tanto segundo osentido de corte.

• Ângulo de Cunha da Ferramenta o: ângulo entre as superfícies de saídaAγ e de folga Aα, medido no plano ortogonal da ferramenta Po.

• Ângulo de Cunha Efet ivo oe: ângulo entre as superfícies de saída Aγ ede folga Aα, medido no plano ortogonal efetivo Poe.

• Ângulo de Folga da Ferramenta o: ângulo entre a superfície de folga Aα e o plano de corte da ferramenta Ps, medido no plano ortogonal daferramenta Po.

• Ângulo de Folga Efet ivo oe: ângulo entre a superfície de folga Aα e oplano de corte efetivo Pse, medido no plano efetivo ortogonal Poe.

Vale a seguinte relação:

α β γo o oo+ + = 90 (3.2)

Estes ângulos definidos anteriormente podem ser medidos também em outrosplanos. As definições apresentadas aqui são consideradas as mais importantes,para maiores informações deve-se consultar a norma NBR 6163.

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Figura 3.13. Ângulos da Ferramenta numa ferramenta de torneamento.

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Figura 3.14. Ângulos Efetivos numa ferramenta de torneamento.

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Figura 3.15. Ângulos da Ferramenta numa fresa de faceamento.

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Figura 3.16. Ângulos Efetivos numa fresa de faceamento.

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Figura 3.17. Ângulos da Ferramenta numa broca helicoidal.

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Figura 3.18. Ângulos Efetivos numa broca helicoidal.

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3.4. FUNÇÕES E INFLUÊNCIA DOS ÂNGULOS DA CUNHA CORTANTE.

Ângulo de Folga ( o)• Evitar atrito entre a peça e a superfície de folga da ferramenta.• Se αo é pequeno, a cunha não penetra convenientemente no material, a

ferramenta perde o corte rapidamente, há grande geração de calor e prejudica oacabamento superficial.• Se αo é grande, a cunha da ferramenta perde resistência, podendo soltar

pequenas lascas ou quebrar.• αo depende principalmente de: resistência do material da ferramenta e da peça a

usinar. Geralmente 2o ≤ 14o.

Ângulo de Saída (γo)• Influi decisivamente na força e na potência necessária ao corte, no acabamento

superficial e no calor gerado.• Quanto maior γo menor será o trabalho de dobramento do cavaco.• γo depende principalmente de:

• resistência do material da ferramenta e da peça a usinar.• quantidade do calor gerado pelo corte.• velocidade de avanço (vf ).

• γo negativo é muito usado para corte de materiais de difícil usinabilidade e emcortes interrompidos, com o inconveniente da necessidade de maior força epotências de usinagem e maior calor gerado na ferramenta.

• Geralmente -10o ≤ γo ≤ 30o.

Ângulo de Inc linação (λs):

• Controlar a direção de saída do cavaco.• Proteger a quina da ferramenta contra impactos.• Atenuar vibrações.• Geralmente -4o ≤ λs ≤ 4

o.

Ângulo de Posição (χr ):• Distribui as tensões de corte favoravelmente no início e no fim do corte.• Aumenta o ângulo de ponta (εr ), aumentando a sua resistência e a capacidade de

dissipação de calor.• Influi na direção de saída do cavaco.

• Produz uma força passiva na ferramenta, reduzindo vibrações.• Geralmente 30o ≤ χr ≤ 90o. Em perfilamento pode ser maior que 90o.

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

1. ABNT NBR 6163, “Conceitos da Técnica de Usinagem - Geometria da CunhaCortante – Terminologia”, 1980.

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C A P Í T U L O 4

FORMAÇÃO DO CAVACO

Uma maneira de estudar a formação do cavaco durante a usinagem é fazersimplificações em relação ao processo de fabricação. Isto é feito no corte ortogonal[1,2]. É um procedimento universal e as considerações que se seguem caracterizama operação.

4.1. O CORTE ORTOGONAL

No Corte Ortogonal a aresta cortante é reta, normal à direção de corte enormal também à direção de avanço, de maneira que a formação do cavaco podeser considerada como um fenômeno bidimensional, o qual se realiza num plano

normal à aresta cortante, ou seja, no Plano de Trabalho, Figura 4.1. Esta Figurailustra alguns exemplos de usinagens que se aproximam do corte ortogonal notorneamento.

Figura 4.1. Exemplos de Corte Ortogonal [2].

Além das simplificações citadas, são feitas as seguintes considerações quepermitem um tratamento matemático simplificado do corte ortogonal e que pode serestendido para outras operações de usinagem [2]:

• o tipo de cavaco formado é contínuo, sem formação da aresta postiça de corte.

• não existe contato entre a superfície de folga da ferramenta e a peça usinada.• a espessura de corte h (igual ao avanço) é pequena em relação à largura de corteb.

• a aresta de corte é maior que a largura de corte b.• a largura de corte b e a largura do cavaco b’ são idênticas.

Com todas estas simplificações e considerações o corte ortogonal costumaser representado como mostra a Figura 4.2.

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Figura 4.2. O Corte Ortogonal.

Este modelo é usado para estudadar o mecanismo de formação do cavaco,os fenômenos envolvidos e as forças atuantes no processo. Os resultados assimobtidos podem ser estendidos ao corte tridimensional, às vezes, com algumasressalvas.

4.2. MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO

O mecanismo de formação do cavaco pode ser explicado considerando ovolume de metal representado pela seção “klmn”, da Figura 4.3, se movendo emdireção à cunha cortante.

γο

Figura 4.3. Diagrama da cunha cortante [1].

A ação da ferramenta recalca o volume “klmn”. Neste ponto o metal começa a

sofrer deformações elásticas. Com o prosseguimento do processo o limite deescoamento é vencido e o material passa a se deformar plasticamente.

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O entendimento das condições dessa interface cavaco-ferramenta é deimportância capital para a análise do processo de corte, e será tratado em separadono capítulo 6.

Ao imaginarmos que adjacente ao volume de material representado por

“klmn” da Figura 4.3, existe outro volume de material similar, e subsequente a este,existe outro, e assim sucessivamente, verificamos que o mecanismo de formação docavaco é um processo cíclico, com cada ciclo dividido em 4 (quatro) etapas, bemdefinidas (já discutidas anteriormente), a saber:

1. Recalque (deformação elástica)2. Deformação plástica.3. Ruptura.4. Movimento sobre a superfície de saída da ferramenta.

Cada volume de material que passar por um ciclo, formará uma lamela de

cavaco.

4.3. ÂNGULO DE CISALHAMENTO E GRAU DE RECALQUE

Durante um ciclo de formação do cavaco, definido no item anterior, a etapa dedeformação plástica (etapa no 2) acontece por um determinado período, o que defineuma zona de cisalhamento primária (Figura 4.4). Foi observado também, que para

simplificar o estudo, esta zona é representada por um plano (linha OD da Figura4.3), denominado plano de cisalhamento primário. O ângulo φ é definido como sendoo ângulo formado entre esse plano de cisalhamento primário e o plano de corte

(Figura 4.3).

Verifica-se experimentalmente, que a espessura do cavaco, h’, é maior que aespessura do material a ser removido, h (espessura de corte), ver Figura 4.5a, e ocomprimento de cavaco correspondente é por conseguinte, mais curto. Da mesmamaneira a velocidade de saída do cavaco, vcav, é menor que a velocidade de corte,vc (Figura 4.5b).

O grau de recalque, Rc, é definido pela relação:

cav

c

c v

v

h

'h

R == (4.1)

Considerando a Figura 4.5a, o ângulo de cisalhamento φ pode serdeterminado pela medição direta da espessura do cavaco, h’, assim:

tgRc

n

n

φγ

γ=

−

cos

sen (4.2)

onde γn é o ângulo de saída normal, neste caso igual a γo.

O valor do grau de recalque, Rc, e portanto do ângulo de cisalhamento, φ, éuma boa indicação da quantidade de deformação dentro da zona de cisalhamento

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primária. Pequenos valores de φ (altos valores de Rc) significaram grandequantidade de deformação no plano de cisalhamento primário, e vice-versa.

VCAV

a) b)

Figura 4.5. a) Espessura de corte h, espessura do cavaco h’ e ângulo decisalhamento φ;

b) Triângulo de velocidades no corte ortogonal. Vc = velocidade decorte; Vcav = velocidade de saída do cavaco; Vz = velocidade decisalhamento.

As condições da interface cavaco-ferramenta exercem papelimportante no processo, influenciando diretamente o valor do ângulo φ.

Nesta interface, está localizada a zona de cisalhamento secundária, queoferece resistência ao movimento do cavaco, onde uma grande quantidade deenergia é consumida. Grande resistência ao movimento do cavaco gera baixosvalores de φ, e aumenta o comprimento da zona (plano) de cisalhamento primária[3]. φ e Rc dependem, portanto, das condições da interface cavaco-ferramenta, e istoé função do material da peça, material da ferramenta, condições de corte e doemprego ou não de fluido de corte.

O ângulo de cisalhamento φ é difícil de ser medido, entretanto, pode serdeterminado pela equação 4.2. A direção definida por este ângulo, representa adireção de cisalhamento máximo e pode portanto ser estimado. Vários

pesquisadores fizeram tentativas de estimar o valor teórico deste ângulo, e duasdelas são apresentadas abaixo.

Teoria de Ernest e Merchant [4]:

2φ β γ+ − =ne arc g kcot ( ) (4.3)

onde:β = ângulo de atrito médio entre o cavaco e a ferramenta.k = constante do material da peça.γne = ângulo de saída normal efetivo.

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A análise do problema, entretanto, deve levar em consideração doisimportantes fatores: primeiro que deve existir uma tensão cisalhante no planoprimário suficientemente elevada para garantir a abertura e propagação da trinca naaresta de corte da ferramenta; segundo que o nível da tensão de compressão queatua no plano de cisalhamento primário pode (ou não) interromper a propagação

dessa trinca. A complexidade da análise se deve ao fato de que tanto o primeirocomo o segundo fatores são dependentes das condições da interface cavaco-ferramenta, isto é, quem promove a tensão cisalhante no plano primário, necessáriapara a abertura da trinca, é a restrição que o cavaco tem ao se movimentar nasuperfície de saída da ferramenta, e quanto maior esta restrição, maior será essatensão. É também esta mesma restrição que vai promover a tensão de compressãono mesmo plano primário, que poderá congelar a propagação da trinca, e quantomaior a restrição, maior será esta tensão.

Algumas variáveis podem atuar no sentido de favorecer a propagação datrinca, por diminuir a restrição ao movimento do cavaco no plano secundário e, por

conseguinte, a tensão normal que tende a congelá-la e ao mesmo tempo reduzir atensão cisalhante responsável pela abertura da trinca. Isto pode ser conseguindo,por exemplo, pela adição de elementos de livre-corte, como o chumbo, telúrio,selênio, enxofre (com manganês) etc., ao material da peça. Estas adições, além dereduzir as tensões normais de compressão no plano primário pelas suas açõeslubrificantes, reduz a tensão cisalhante necessária para a abertura de trinca efragiliza o material, facilitando ainda mais a propagação da mesma. A geometria daferramenta, principalmente o ângulo de saída, a velocidade de corte, o avanço, aprofundidade de corte, inclusões no material (quantidade, forma, tamanho e dureza)e a rigidez da ferramenta são também variáveis importantes no processo deformação do cavaco.

Os cavacos contínuos são indesejáveis pois eles podem causar muitosproblemas, e se eles não quebram naturalmente, um quebra-cavaco deve ser usadopara promover a sua fragmentação. O cavaco será então fragmentado, mas não damesma maneira daqueles do tipo “c” abaixo.

Uma variação do tipo de cavaco contínuo, é o cavaco contínuo na presençada aresta-postiça-de-corte (APC) [8] (ver Figura 4.6b). Esse fenômeno será discutidocom detalhes no capítulo 6, e é um fator importante que afeta o acabamentosuperficial e desgaste da ferramenta.

b. Cavacos parcialmente contínuos

É um tipo intermediário entre os cavacos contínuos e descontínuos, onde atrinca se propaga só até uma parte do plano de cisalhamento primário. É muitasvezes [2] denominado de cavaco de cisalhamento. Sugere-se [7] que dois fatoressão importantes: (i) a energia elástica acumulada na ferramenta pode não sersuficiente para continuar a propagação da trinca. O cavaco perderá contato com aferramenta, interrompendo assim, o crescimento (propagação) da trinca; (ii) apresença de grande tensão de compressão no plano de cisalhamento primário, umpouco além da ponta da ferramenta, que supressa a propagação da trinca.

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c. Cavacos descontínuos.

Os cavacos descontínuos são mais comuns quando usinando materiaisfrágeis, como o bronze e os ferros fundidos cinzentos, que não são capazes desuportarem grandes quantidades de deformações sem fratura. Entretanto, baixas

velocidades, ângulo de saída pequeno e grandes avanços podem também gerarcavacos descontínuos em certos materiais semi-dúcteis. Com o aumento davelocidade de corte o cavaco tende a se tornar mais contínuo, primeiro porque ageração de calor é maior e o material por conseguinte mais dúctil, segundo porque émais difícil a penetração de “contaminantes” na interface cavaco-ferramenta ouplano de cisalhamento secundário (pois o tempo disponível diminui) para reduzir atensão normal ao plano de cisalhamento primário que permitiria a propagação datrinca.

A Figura 4.6c mostra o cavaco descontínuo. A trinca, neste caso, se propagapor toda a extensão do plano de cisalhamento primário, promovendo a fragmentação

do cavaco. A zona de cisalhamento secundária (interface cavaco-ferramenta)também tem influência no processo. Inicialmente, a componente de força tangencialà superfície de saída é menor do que a força necessária para promover oescorregamento do cavaco. Haverá então, o desenvolvimento de uma zona dematerial estática, e separação do cavaco ocorrerá com o aumento da relação forçatangencial/força normal.

Figura 4.6. Tipos de cavacos: (a) cavaco contínuo; (b) cavaco contínuo com APC;( c) cavaco descontínuo [8].

Estudando a formação de cavacos descontínuos, Palmer e Riad [9] filmaramo corte ortogonal de aços carbono, ligas de cobre, alumínio e titânio, a velocidadesde corte muito baixas. Simultaneamente, as forças de corte e avanço forammonitoradas. Os autores variaram avanço, profundidade de corte e ângulo de saídada ferramenta. Além de observarem uma relação direta do comportamento dascomponentes de força de usinagem com a formação do cavaco, eles construíramcurvas que identificam o tipo do cavaco com os parâmetros variados como ilustra aFigura 4.7 (usinagem do latão).

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Figura 4.7. Tipo de cavaco em função da profundidade de corte e do ângulo desaída. x = cavacos contínuos; ∆ = cavacos parcialmente contínuos; o =cavacos descontínuos [9].

d. Cavacos segmentados.

Os cavacos segmentados são caracterizados por grandes deformaçõescontinuadas em estreitas bandas entre segmentos com muito pouca, ou quasenenhuma deformação no interior destes segmentos. É um processo totalmentediferente daquele verificado na formação do cavaco contínuo. Cook [10] e Shaw etalli [11] explicaram qualitativamente as características de segmentação dos cavacos.Em seus modelos, a taxa de diminuição na resistência do material, devido aoaumento local da temperatura (devido às deformações plásticas) iguala ou excede ataxa de aumento da resistência devido ao encruamento, no plano de cisalhamentoprimário. Isto é peculiar a certos materiais com pobres propriedades térmicas, como

o titânio e suas ligas. O cisalhamento para formar o cavaco começa a ocorrer em umplano de cisalhamento primário particular, quando as tensões impostas pelomovimento da ferramenta contra a peça excedem o limite de escoamento domaterial. A energia associada com esta deformação é convertida em calorimediatamente, e devido as pobres propriedades térmicas do material, altastemperaturas são desenvolvidas, localmente. Isto vai provocar o amolecimentolocalizado do material e, portanto as deformações continuam na mesma faixa (plano)de material, ao invés de se mudarem para novo plano de material adjacente, àmedida que o material se movimenta, como ocorre na formação dos cavacoscontínuos [11, 12]. Com o prosseguimento da deformação, existe uma rotação noplano de cisalhamento, que começa a se afastar da ponta da ferramenta e semovimenta por sobre a superfície de saída. Esta rotação vai prosseguindo até que oaumento de força devido a esta rotação excede a força necessária para deformarplasticamente material mais frio, em outro plano mais favorável. Este processo já foireferido como “cisalhamento termoplástico catastrófico” [6] ou “cisalhamentoadiabático” [13] e resulta num processo cíclico de produção de cavacos na forma deuma serra dentada (ver Figura 4.8).

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Figura 4.8. Cavaco segmentado [14].

É verificado experimentalmente que muitos materiais podem sofrercisalhamento termoplástico catastrófico, dependendo da temperatura desenvolvidadurante a usinagem (velocidade de corte) e de suas propriedades térmicas. Recht

[6] apresentou o critério para um material sofrer cisalhamento termoplásticocatastrófico (efeito do amolecimento devido ao aumento de temperatura superar oefeito de encruamento) e a velocidade de corte acima do qual ele ocorre foidenominada de “velocidade de corte crítica”. Para o Inconel 718 esta velocidade éde 61 m/min e para o aço AISI 4340 a velocidade crítica encontrada foi de 275m/min [15,16].

4.5. FORMAS DE CAVACOS

Quanto à forma, os cavacos são classificados como:- cavaco em fita.

- cavaco helicoidal.- cavaco espiral.- cavaco em lascas ou pedaços.

Entretanto, a norma ISO [17] faz uma classificação mais detalhada da formados cavacos, de acordo com a Figura 4.9.

fragmentado

Figura 4.9. Formas de cavacos produzidos na usinagem dos metais [17].

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O material da peça é o principal fator que vai influenciar na classificaçãoquanto à forma dos cavacos. Logicamente o tipo do cavaco também vai influenciar.Cavacos contínuos, parcialmente contínuos e segmentados podem cair em qualquer“forma” da Figura 4.9, dependendo das condições de corte e do uso ou não dequebra-cavacos. O tipo de cavacos descontínuos só podem ser classificados quanto

a forma, como lascas e pedaços.

Quanto as condições de corte, em geral, um aumento da velocidade de corte,uma redução no avanço ou um aumento no ângulo de saída, tende a mover a formado cavaco para a esquerda da Figura 4.9, isto é, produzir cavacos em fitas (oucontínuos, quanto ao tipo). O avanço é o parâmetro que mais influencia e aprofundidade de corte o que menos influencia na forma dos cavacos. A Figura 4.10mostra como as formas dos cavacos são afetadas pelo avanço e pela profundidadede corte [18].

Figura 4.10. Efeito do avanço e da profundidade de corte na forma dos cavacos[18].

Na realidade a forma dos cavacos longos é que causam os maiores

problemas relativos à segurança e produtividade e, portanto, estas formas decavacos exigem cuidados especiais (controle).

Apesar das condições de corte poderem ser escolhidas para evitar, ou pelomenos reduzir a tendência de formação de cavacos longos em fita (contínuos,parcialmente contínuos ou segmentados), até o momento, o método mais efetivo epopular para produzir cavacos curtos, é o uso de dispositivos que promovem aquebra mecânica deles. Estes dispositivos são popularmente conhecidos como“quebra-cavacos”. Esta teoria será abordada a seguir, no capítulo 5.

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1. TRENT, E.M. “Metal Cutting”, 2nd Edition, Butterworths, Londres, 1984, 245pags.

2. FERRARESI, D. “Fundamentos da Usinagem dos Metais”, Editora EdgardBlücher Ltda., São Paulo, 1970, 751 pgs.3. WHIRGHT, P.K.; BAGHI, A. and CHOW, J.G. “Influence of Friction on the Shear

Plane Angle in Machining”, Proc. of the 10th North American ManufacturingConf., Mc Master University, Hamilton, Ontario, Canadá, 24-25 May, 1982, pp.255-262.

4. ERNEST, H. and MERCHANT, M.E. “Chip Formation, Friction and High QualitySurfaces”, Proc. Symp. Surface Treatment of Metals, Cleveland, USA, 21-25 oct,1940, pp. 299-378.

5. LEE, E.H. and SHAFFER, B.W. “The Theory of Plasticity Applied to a Problem ofMachining”, Journal of Applied Mechanics, vol. 18(4), pp. 405-413.

6. RECHT, R.F. “Catastrophic Thermoplastic Shear”, Trans ASME, Journal AppliedMechanics, June 1964, pp. 189-193.

7. COOK, N.H.; FINNIE, I. and SHAW, M.C. “Discontinuous Chip Formation”, Transof ASME, Feb. 1954, pp. 153-162.

8. BOOTHROYD, G. “Fundamental of Metals Machining and Machine Tools”,International Student Edition, Mc Graw-Hill, 5th Printing, 1981, ISBN 0-07-085057-7.

9. PALMER, W.B. and RIAD, M.S.M. “Modes of Cutting with Discontinous Chip”,Proc. 8th Conf. IMTDR, 1967, pp. 259-279.

10. COOK, N.H. “Chip Formation in Machining Titanium”, Proc. Symp. on MachGrinding Titanium, Watertown Arsenal, Watertown 72, Massachussets, 31st

March 1953, pp. 1-7.11. SHAW, M.C.; DIRK, S.O.; SMITH, P.A.; COOK, N.H.; LOEWEN, E.G. and

YANG, C.T. “Machining Titanium”, MIT Report, Massachussets Institute ofTechnology, 1954.

12. SHAW, M.C. “The Assessment of Machinability”, ISI Special Report, London,1967, pp. 1-9.

13. LE MAIRE, J.C. and BACKOFEN, W.A. “Adiabatic Instability in OrthogonalCutting of Steel”, Metal Trans, vol. 3, 1972, pp. 477-481.

14. KOMANDURI, R. and VON TURKOVICH, B.F. “New Observations on theMechanisms of Chip Formation when Machining Titanium Alloys”, Wear, vol. 69,1981, pp. 179-188.

15. KOMANDURI, R. and SHROEDER, T.A. “On Shear Instability in Machining aNickel-Iron Base Superalloy”, Trans ASME, J. Eng. Industry, vol. 108, May 1986,pp. 93-100.

16. KOMANDURI, R.; SHROEDER, T.A.; HARZA, J.; VON TURKOVICH, B.F. andFLOM, D.G. “On the Catastrophic Shear Instability in High Speed Machining ofan AISI 4340 Steel”, Trans ASME, J.Eng. Industry, vol. 104, May 1982, pp. 121-131.

17. ISO “Tool Life Testing with Single-Point Turning Tools”, ISO 3685, 1977.18. SMITH, G.T. “Advanced Machining - The Handbook of Cutting Technology”, IFS

Publications, 1989, ISBN 1-85423-022-6.

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C A P Í T U L O 5

CONTROLE DE CAVACO

Na fabricação de peças por usinagem, as principais preocupações estãovoltadas para a qualidade das peças produzidas, isto é, acabamento superficial etolerâncias obtidas, e na produtividade com baixo custo. A produtividade sempreestá relacionada com a taxa de desgaste das ferramentas de corte que é função doprocesso, das condições de corte, do uso ou não de fluídos de corte, entre outrosfatores. Isto levou os principais pesquisadores da área de usinagem, a concentraremseus trabalhos em assuntos relacionados com o mecanismo de formação doscavacos, forças e temperaturas de usinagem, mecanismos de desgaste dasferramentas de corte, integridade superficial, e muito pouca pesquisa se dedica aoestudo do controle do cavaco. Por esse motivo, são raros os artigos encontrados naliteratura, que discutem o assunto de maneira abrangente. Entretanto, no corte

contínuo (principalmente no torneamento) de materiais dúcteis a altas velocidades, ocontrole do cavaco pode se tornar imperativo e o fator mais importante numa linhade produção.

Como se viu no capítulo anterior, a baixas velocidades de corte os cavacos,geralmente, apresentam boa curvatura natural, e portanto fogem da forma decavacos longos, e não apresentam maiores problemas. Com a introdução da novageração de ferramentas de corte, com maiores resistências ao desgaste, permitiu-seum aumento nas velocidades de corte de tal maneira, que os cavacos longosproduzidos exigiram um controle rigoroso de sua formação. Isto se torna mais críticoainda, com a crescente utilização de máquinas CNC, onde a ausência da

interferência do homem não permite a produção de tais formas de cavacos.

A produção de cavacos longos pode causar os seguintes problemasprincipais.

I. Eles têm baixas densidades efetivas, isto é, ocupam muito espaço, o que causamproblemas econômicos no manuseio e no processo de descarte, oureaproveitamento.

II. Eles podem se enrolar em torno da peça, da ferramenta ou de componentes damáquina e estes cavacos, a temperaturas elevadas e com arestas lateraisafiadas, representam um verdadeiro risco à integridade física do operador.

III. Quando eles se enrolam na peça, apesar de afetar pouco o acabamentosuperficial, produzem uma superfície não atrativa, e podem causar danos àferramenta.

IV.Eles podem afetar forças de usinagem, temperatura de corte e vida dasferramentas.

V. Podem impedir o acesso regular do fluido de corte (efeito guarda-chuva).

O estado do cavaco pode ser expresso pelo “fator de empacotamento”, R,que é definido como sendo o volume total ocupado pelo cavaco, dividido pelovolume de um sólido equivalente ao seu peso.

pesoseuaoeequivalentsólidoumdevolume

cavacodovolume=R

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Cavacos contínuos e longos apresentam fator de empacotamento da ordem de 50ou superiores, enquanto cavacos em lascas ou pedaços podem ter esse valorreduzido à 3 [1].

A necessidade de se desvencilhar de cavacos longos e prejudiciais forçou o

aparecimento de medidas estratégicas para promover a quebra destes,mecanicamente. Sem dúvidas, o método mais popular é a utilização de quebra-cavacos postiços ou integrais (dando-se uma forma especial à superfície de saídada ferramenta). Ambos os casos promovem uma curvatura maior nos cavacos paraquebrá-lo por flexão, quando estes encontrarem um obstáculo. Os obstáculospodem ser a própria peça, a ferramenta ou o porta-ferramenta.

Outros métodos menos usuais também já foram utilizados com sucesso. Umdeles utiliza a desaceleração intermitente de avanço [2]. Isto pode ser conseguidopor um programa particular de computador em um sistema CNC. A desaceleraçãointermitente do avanço promove a quebra periódica do cavaco pela redução da

espessura do cavaco até valores muito pequenos (próximo a zero), conforme mostraa Figura 5.1.

Este efeito, além de se mostrar eficiente no controle do cavaco, melhoramarginalmente a rugosidade superficial [2].

Figura 5.1. Efeito da desaceleração do avanço na espessura do cavaco [2].

Um outro método é o hidráulico [3]. Neste método o fluído de corte é injetadoà alta pressão na superfície de saída da ferramenta, contra a saída do cavaco. Aforça do jato promove a fragmentação do cavaco conforme a seqüência mostrada naFigura 5.2.

Figura 5.2. Diagrama esquemático da fragmentação do cavaco promovido pelo jato de fluído de corte à alta pressão [3].

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A aplicação deste método na usinagem de ligas de titânio e de níquel mostroumuita eficiência no controle do cavaco. O fator de empacotamento passou de 47para 4,7 quando a usinagem sem quebra-cavacos foi substituída pela utilização dométodo [3].

Na usinagem natural, isto é, sem quebra-cavacos, a capacidade de quebrados cavacos depende principalmente de três fatores importantes: a fragilidade domaterial da peça, a curvatura natural do cavaco e a espessura do cavaco h’.

Quanto menor a espessura do cavaco, mais flexíveis eles são, portanto, maisdifíceis de se quebrarem. Os cavacos, que já sofreram deformações intensas nosplanos de cisalhamentos primário e secundário durante a sua formação, necessitam

de uma determinada deformação crítica εf , para se fraturarem, após deixarem asuperfície de saída da ferramenta. A deformação que o cavaco vai sofrer nesteestágio é diretamente proporcional a h’/r c, onde h’ é a espessura do cavaco e r c é oraio de curvatura do cavaco [4]. Se a deformação do cavaco não for suficientemente

grande para causar a fratura, é necessário tomar medidas, ou para aumentar h’ oudiminuir r c, e assim promover deformação suficiente para obter a fratura periódica docavaco. Como h' depende principalmente do avanço (ou da espessura de corte, h), eeste afeta o acabamento superficial e a produtividade, procura-se então tentarreduzir r c.

O método mais usual para aumentar a curvatura do cavaco (diminuir r c), como já foi citado, é a utilização de quebra-cavacos postiços ou integrais (superfícies desaídas das ferramentas com formatos especiais).

Na utilização desse método r c pode ser estimado, de acordo com as

dimensões dos quebra-cavacos, assim [1]:

(I). Quebra-cavaco Postiço (Figura 5.3).

( ) ( )[ ]2

σ

σ cot.cot.tr c −−= f lln (5.1)

onde:ln - distância do quebra-cavaco da aresta de corte.lf - comprimento de contato cavaco-ferramenta

t - altura do quebra-cavacoσ - ângulo da cunha do quebra-cavaco.

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Figura 5.3. Quebra-cavaco postiço [1].

(II). Quebra-cavaco Integral, tipo I - Anteparo (Figura 5.4).

Figura 5.4. Quebra-cavaco integral, tipo I - Anteparo [1].

( )r

lf t

hc =

−+

ln

'

2

2 (5.2)

(III). Quebra-cavaco Integral, tipo II – Cratera (Figura 5.5).

Figura 5.5. Quebra-cavaco integral, tipo II - cratera [1].

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r qc n= (5.3)

onde:

qn = raio da cratera do quebra-cavaco.

Obs. 1. Neste caso, o quebra-cavaco só será efetivo, se a espessura en for menorque o comprimento do contato cavaco-ferramenta, lf .

Obs. 2. Se qn for muito pequeno, o cavaco pode não seguir o contorno da cratera atéque se desenvolva um desgaste significante.

Para os quebra-cavacos do tipo anteparo, seja ele postiço (Figura 5.3) ouintegral (Figura 5.4), trabalhando sobre condições efetivas de quebra de cavacos,eles não terão muito efeito nas forças de usinagem, quando comparados comferramentas planas, isto é, sem quebra-cavacos, nas mesmas condições de corte

[5]. No caso de quebra-cavaco do tipo cratera, uma aresta postiça estável pode seformar ao longo da espessura en (Figura 5.5), aumentando consideravelmente oângulo efetivo de saída, diminuindo as forças de usinagem [1].

Foi verificado também [1], que a taxa de desgaste de flanco não mudasignificativamente, com a aplicação de quebra-cavacos. Quanto ao desgaste decratera, Boothroyd [1] mostrou que os quebra-cavacos do tipo anteparo (Figuras 5.3e 5.4) reduzem a área de desgaste e os quebra-cavacos do tipo cratera (Figura 5.5)tendem a aumentá-la.

O que é importante verificar na teoria dos quebra-cavacos é se os mesmos

irão garantir uma redução de r c, para que o cavaco, ao se chocar contra qualquerobstáculo (peça, ferramenta ou porta-ferramenta), tenha atingido o valor de

deformação crítica na fratura, εf , que promova sua quebra. Alem disto, as ranhurasdos quebra-cavacos servem para conformar mais os cavacos, tornando-os menosdúcteis e, portanto, promovendo a redução desta deformação crítica necessária paraa fratura.

As equações 5.1, 5.2 e 5.3 podem ser utilizadas para projetar quebra-cavacoseficientes. Entretanto, o projetista tem que considerar, além dos fatores já citados(fragilidade do material da peça, raio natural de curvatura, r c e espessura do cavaco,h’), outros, tais como: geometria da ferramenta (principalmente os ângulos de saída,

inclinação e posição), velocidade de corte, profundidade de corte e rigidez damáquina ferramenta. Quanto menor o ângulo de saída menor o raio de curvaturanatural, r c, e maior a espessura do cavaco, h'. Quanto ao ângulo de posição, além deafetar a direção de saída do cavaco, quando, normalmente, o cavaco tende a sairperpendicular à aresta de corte, ele afeta também a espessura do cavaco, queaumenta com o aumento deste ângulo. O ângulo de inclinação tem influência diretana direção de saída do cavaco. Se for negativo ele joga o cavaco contra a peça, sefor positivo ele direciona o cavaco para fora dela. Um aumento na velocidade decorte tende a aumentar r c porque o comprimento de contato cavaco-ferramenta éreduzido. Além disso, a ductilidade do material é aumentada, tornando-se a quebrado cavaco ainda mais difícil.

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Sales [6], com o objetivo de relacionar o raio de curvatura natural do cavaco,r c, com a velocidade, profundidade de corte, avanço e ângulo de saída daferramenta, filmou a usinagem do aço ABNT 1020, no corte ortogonal no processode torneamento em mais de 500 ensaios e por meio de um “software” de análise deimagens, mediu r c. Os resultados foram representados por um polinômio de grau três

que melhor se ajustou aos pontos distribuídos, com erro calculado de 14.75%. AFigura 5.6 apresenta os gráficos obtidos, mostrando a influência individual de cadaparâmetro estudado em r c.

Vc=200 [m/min] ; f=0,182 [mm/rot] ; =6 [º]

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1,5 2 2,5 3 3,5

ap [mm]

r c [ m m ]

4

Vc=200 [m/min] ; ap=2,5 [mm] ; =6 [º]

1

1,5

2

2,5

0 0,1 0,2 0,3 0,4

f [mm/rot]

r c [ m m ]

a) b)

Vc=200 [m/min] ; f=0,182 [mm/rot] ; ap=2,5 [mm]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

2 4 6 8 10 12 14 16 18

γ [º]

r c [ m

m ]

f=0,182 [mm/rot] ; ap=2,5 [mm] ; =6 [º]

1

1,5

2

2,5

50 100 150 200 250 300 350

Vc [m/min]

r c [ m

m ]

c) d)

Figura 5.6. Influência a) da profundidade de corte, b) do avanço, c) do ângulo desaída da ferramenta e d) da velocidade de corte, no raio de curvaturanatural do cavaco [6].

Por meio da análise de sensibilidade adimensional, os parâmetros estudadosforam ordenados em ordem decrescente de influências sobre r c, obtendo-se aseguinte ordem:

ap, f, e Vc

Observa-se que o raio de curvatura natural do cavaco aumenta com osaumentos da profundidade de corte, do ângulo de saída da ferramenta e davelocidade de corte, dificultando a quebra do cavaco, diminuindo com o aumento doavanço, facilitando a quebra do cavaco. O comportamento dessas variáveis eraesperado, exceto o efeito da profundidade de corte. Normalmente, o aumento daprofundidade de corte tende a tornar o cavaco mais quebradiço (reduzindo r c), ver

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Figura 4.10, [8]. Entretanto, este parâmetro pode atuar diferentemente, dependendoda faixa de avanço [9] e do grau de desgaste da ferramenta [10].

Na usinagem de um tubo (corte ortogonal) a velocidade de corte no diâmetrointerno é consideravelmente menor que no diâmetro externo, o que causa uma

curvatura do cavaco como mostrado na Figura 5.7. A profundidade de corte, nestecaso, vai alterar aquela curvatura.

Figura 5.7. Curvatura do cavaco para dentro, causado pela variação da velocidadede corte ao longo da aresta [4].

A rigidez da máquina, quando baixa, pode causar vibrações e promoverquebra nos cavacos, porém com conseqüências graves no acabamento superficial.

A combinação de todos estes efeitos sendo levados em consideração é quevai distribuir os cavacos nas mais diversas formas apresentadas no item 4.5,segundo os esquemas mostrados na Figura 5.8.

Os cavacos da Figura 5.8c são quebrados periodicamente quando eles

encontram a superfície recém-usinada, o que pode danificar o acabamentosuperficial. Os cavacos da Figuras 5.8d e 5.8e, são quebrados quando eles sechocam contra a superfície da peça pronta para ser usinada. Se a direção lateral forsuficiente, o cavaco com curvatura para cima pode evitar a peça mas encontrar asuperfície de folga da ferramenta, formando cavacos como na Figura 5.8f. Se adireção lateral for ainda maior, podem gerar cavacos como os das Figuras 5.8h, 5.8 iou 5.8j. Além desses, vários outros tipos podem ser observados, que representam acombinação dos cavacos mostrados na Figura 5.8 a-j [4].

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Figura 5.8. Representação da geração das diversas formas de cavaco: a) cavacoem fita, reto (ângulo de inclinação = 0o); b) cavaco em fita com direçãode saída variado (ângulo de inclinação = 0o); c) cavaco do tipo arruela(ângulo de inclinação = 0o, v

c variável ao longo da aresta de corte, sem

curvatura para cima); d) cavaco do tipo “c” (ângulo de inclinação = 0o);e) cavaco curto na forma de “orelha” (ângulo de inclinação = 0o); f)cavaco longo na forma de “orelha” (ângulo de inclinação = 0o); g)cavaco na forma de bobina (ângulo de inclinação = 0o, vc variável aolongo da aresta de corte e curvatura para cima); h) cavaco helicoidaltubular (ângulo de inclinação positivo e grande profundidade de corte);i) cavaco do tipo “mola” (ângulo de inclinação positivo e pequenaprofundidade de corte); j) cavaco helicoidal cônico (combinação de c) eh), comum na furação); k) combinação de c) e d) (ângulo de inclinaçãodiferente de zero); l) cavaco do tipo “c”, conectados [4].

Considerando estes fatores e as condições de corte, os fabricantes deferramentas, particularmente de metal duro, desenvolvem os insertos com as maisvariadas formas de quebra-cavacos. Estes fabricantes, geralmente, tem um design diferente para operações de acabamento, cortes médios e operações de desbaste.Para cada tipo de operação destas, o design do quebra-cavaco cobre umadeterminada faixa de avanço e profundidade de corte.

Paulino et alli [7] usinando o aço ABNT 5140, no torneamento, testaram aeficiência de quatro geometrias de superfícies de saída de ferramentas de metal

duro (uma lisa, e as demais para operações de acabamento, intermediária e dedesbaste). Eles encontraram que a geometria desenvolvida para operações de

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desbaste (MR) obteve melhor desempenho quanto a uniformidade na distribuição deh’ e r c, promovendo uma quebra do cavaco mais eficaz. As geometrias lisa e deacabamento, promoveram menores deformações no cavaco e conseqüentemente semostraram menos eficazes na quebra dos cavacos.


1. BOOTHROYD, G. “Fundamentals of Metals Maching and Machine Tools”,International Student Edition, Mc Graw-Hill, 5 th Printing, 1981, ISBN 0-07085057-7.

2. TAKATSUTO, M. “Chip Disposal System in Intermittntly Decelareted Feed”, Bull.Japan Soc. of Prec. Engg., vol. 22, no 2, june 1988, pp. 109-114.

3. MACHADO, A.R. “Machining of Ti6A14V and Inconel 901 with a High PressureCoolant System”, PhD Thesis, University of Warwick, England, 1990, 288 pgs.

4. SHAW, M.C. “Metal Cutting Principles”, Oxford Scientific Publications, USA,

1986, 594 pgs, ISBN - 0-19-859002-4. 5. MILLS, B. and REDFORD, A.H. “Machinability of Engineering Materials”, Applied

Science Publishers, U.K., 1983, 174 pgs, ISBN - 0-85334-183-4.6. SALES, W.F.; “Relação Experimental Entre o Raio de Curvatura Natural do

Cavaco e os Principais Parâmetros de Usinagem”; Dissertação de Mestrado,Universidade Federal de Uberlândia - UFU, Uberlândia, Minas Gerais, Brasil,1995.

7. PAULINO, W.S.; SALES, W.F.; EZUGWU, E.O. e MACHADO, A.R.;“Determinação da Eficiência de Quebra-cavacos com as Principais Condições deCorte”; XIV COBEM, Bauru, São Paulo, Brasil, 1997.

8. SMITH, G.T., “Advanced Machining - The Handbook of Cutting Technology”, IFS

Publications, 1989, ISBN 1-85423-022-69. FANG, X.D. and JAWAHIR, I.S., "An Expert System Based on a Fuzzy

Mathematical Model for Chip Breakability Assessments in AutomatedMachining", proceedings of the 2nd Int. ASME Conf., Atlanta, USA, Vol. IV, March1990, pp 31 -37.

10. FANG, X.D. and JAWAHIR, I.S., "The Effects of Progressive Tool Wear and ToolRestricted Contact on Chip Breakability in Machining", Wear, Vol. 160, 1993, pp243 - 252.

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C A P Í T U L O 6

A INTERFACE CAVACO - FERRAMENTA

6.1. INTRODUÇÃONo capítulo 4 verificou-se que a formação do cavaco é um processo periódico,

com cada ciclo dividido em 4 etapas distintas. A última etapa é o movimento(escorregamento) do cavaco por sobre a superfície de saída da ferramenta. Ascondições nas quais acontece este escorregamento têm influências marcantes emtodo o processo, particularmente, no próprio mecanismo de formação do cavaco, naforça de usinagem, no calor gerado durante o corte, e conseqüentemente natemperatura de corte e nos mecanismos e taxa de desgaste das ferramentas decorte, e co

usinagem dos metais

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