Profundidade de corte

Na usinagem convencional a profundidade de corte normalmente não tem influência sobre a qualidade superficial, desde que seja satisfeita a condição ap > ap.mín [116]. Isto ocorre porque a rugosidade cinemática é dependente apenas do avanço e do raio de quina da ferramenta, conforme a equação 6.1 mostrada anteriormente. Analogamente tem-se na usinagem de ultraprecisão também uma independência da rugosidade teórica dos valores de profundidade de corte adotados. Na prática, entretanto, diferentes resultados de pesquisa mostram que na usinagem com diamante de diferentes materiais a rugosidade de uma superfície é afetada pelo valor de profundidade de corte adotado. Esta fato é explicado pelos diferentes mecanismos de formação de cavacos, energias de corte e forças de usinagem que ocorrem para diferentes profundidades de corte [1],

De acordo com a teoria da usinagem dúctil de materiais duros e frágeis, explanada anteriormente no item 2.3, a qualidade superficial não é afetada por alterações de profundidade de corte, visto que as mesmas levam apenas a uma conseqüente alteração no valor da largura de usinagem bcu, sem influência sobre a rugosidade cinemática. Os aumentos na profundidade de corte, todavia, levam normalmente a maiores forças de usinagem e a uma maior energia gerada durante o processo, o que na prática pode influenciar a rugosidade da superfície usinada. Conforme a rigidez e as demais características do sistema ferramenta-máquina-ferramenta, aumentos nas forças podem induzir vibrações durante a operação de usinagem, de forma que, de acordo com o processo, a profundidade de corte tem um limite superior a partir do qual existe uma tendência de diminuição da qualidade superficial. Um limite inferior para a profundidade de corte adotada na usinagem com diamante também existe, determinado pelo raio de arredondamento do gume da ferramenta. Abaixo de um certo valor de ap não existem mais condições para a formação de cavacos definidos, o que leva a um processo de usinagem instável, com conseqüências negativas sobre a qualidade superficial obtida. Normalmente este limite inferior para a profundidade de corte encontra-se abaixo de 0,5 pm, conforme o grau de afiação da ferramenta de diamante empregada [20].

Ensaios realizados em germânio monocristalino com diferentes orientações cristalinas mostram que variações na profundidade de corte para valores entre 1 e 10 pm não têm influência significativa sobre a rugosidade (figura 6.7). Apenas para profundidades de corte superiores a 15 p ocorrem aumentos significativos na rugosidade e danos superficiais, o que toma a superfície gerada inadequada para aplicações ópticas [77]. Esta diminuição na qualidade superficial para grandes profundidades de corte pode ser explicada pelo incremento das vibrações na máquina-ferramenta, que por sua vez ocorre devido ao aumento nas forças de usinagem relacionado às maiores seções de usinagem.

nm CO * 3 _{Q) o} "C _CO ■o

8

2

10

10

10

Material - Ge (monocristalino) Fluido de corte - Mineral Spirit Orientação cristalina - (110) Direção de corte - [100]

Figura 6.7 - Influência da profundidade de corte sobre a rugosidade de germânio [77]

Na usinagem com diamante de ZnS e Cleartran verifica-se que, analogamente ao verificado por diversos pesquisadores da área, a profundidade de corte tem uma influência relativamente pequena sobre a rugosidade de uma superfície usinada, dentro dos limites de profundidade de corte usuais para a usinagem de ultraprecisão. Através da figura 6.8 é possível observar que tanto os valores médios de rugosidade Ra e P-V quanto as dispersões de resultado variam pouco para os diferentes valores de ap adotados, em ensaios com ZnS. Ao longo de todo o campo de profundidades de corte é possível obter superfícies com qualidade óptica, sendo que os leves aumentos nos valores de rugosidade que ocorrem para valores de profundidade de corte em tomo de 3 [im devem- se provavelmente a vibrações autoinduzidas existentes no processo de usinagem, conforme exposto anteriormente. Já a tendência de aumento da rugosidade observada para ap < 1 pm deve ser creditada à crescente influência negativa do raio de arredondamento do gume da ferramenta, que leva a uma progressiva dificuldade de remoção de cavacos de forma definida, a um aumento das forças específicas passivas e, conseqüentemente, a um maior nível de vibrações no sistema.

Parâmetros de Usinagem

ap = 0,5 - 20 |jm rs = 1,5 mm

f = 1 pm y= - 25°

vc = 716 m/min a = 10°

Material - ZnS Fluido de corte - Clairsol 310

Figura 6.8 - Influência da profundidade de corte sobre a rugosidade de ZnS

Uma análise da qualidade superficial através de microscopia Nomarski mostra que também com relação a danos superficiais a profundidade de corte exerce pouca influência sobre o resultado de trabalho na usinagem de ZnS para o intervalo 0,5 < ap < 20 pm, sendo possível a geração de superfícies de qualidade óptica ao longo de todo este campo de profundidades de corte. Entretanto, em função de uma leve melhoria tanto dos resultados de rugosidade quanto das dispersões de resultado, pode-se concluir que, mantendo-se as demais condições de trabalho idênticas às utilizadas para os ensaios de usinagem de ZnS, a adoção de valores de ap « 10 pm são os mais indicados para a produção de superfícies onde é exigida uma qualidade superficial extrema.

Na usinagem de Cleartran uma variação da profundidade de corte leva a resultados muito semelhantes aos obtidos para o ZnS, ou seja, não se verifica uma influência muito pronunciada da profundidade de corte sobre a rugosidade. Em profundidades de corte entre 1 e 5 pm ocorre uma maior dispersão dos resultados, enquanto que para valores de ap« 7,5 pm são obtidos os melhores resultados de rugosidade, tanto com relação ao valor da média de Ra e P-V quanto à dispersão dos resultados (figura 6.9). Esta maior

dispersão da rugosidade para ap < 5 pm pode ser explicada, além da existência de vibrações no sistema para esta faixa de profundidade de corte, a uma maior ocorrência de "pittings", que levam a um aumento nos valores médios de rugosidade medidos.

Profundidade de co rte Profundidade de corte

Parâmetros de Usinagem

ap = 0,5 - 20 pm re = 1,5 mm

f = 1 (jm y = -25°

vc = 716 m/min a = 10°

Material - Cleartran Fluido de corte - Clairsol 310

Figura 6.9 - Influência da profundidade de corte sobre a rugosidade de Cleartran