MECANISMO DE FORMAÇÃO DO CAVACO
• Capítulo 3
A formação do cavaco influencia diversos fatores ligados à
usinagem, tais como o desgaste da ferramenta, os esforços de corte, o calor gerado na usinagem, a penetração do fluido de corte, etc.
Assim, estão envolvidos com o processo de formação do cavaco aspectos econômicos e de qualidade da peça, a segurança do operador, a utilização adequada da máquina-ferramenta, etc.
Fig. 3.1- Esquema da formação do cavaco mostrando
o plano de cisalhamento
A parte de trás do cavaco é rugosa devido ao fato da
deformação não ser homogênea.
Fator de Recalque,
= h
2/h
1=
s
2/s
1 = f(pressão específica do cavaco sobre a ferramenta,
volume do cavaco produzido por CV e a temperatura)
MECANISMO DE FORMAÇÃO DO CAVACO
• Em geral, a formação do cavaco nas condições normais
de usinagem com ferramentas de metal duro ou de aço
rápido, se processa da seguinte forma:
• a) Uma pequena porção do material (ainda solidária à
peça) é recalcada (deformações elásticas e plásticas)
contra a superfície de saída da ferramenta.
b) Esta deformação plástica aumenta
progressivamente, até que as tensões de
cisalhamento se tornem suficientemente grandes, de
modo a se iniciar um deslizamento (sem que haja
perda de coesão) entre a porção de material recalcada
e a peça.
c) Continuando a penetração da ferramenta, haverá uma
ruptura (cisalhamento) parcial ou completa do cavaco,
acompanhando o plano de cisalhamento e dependendo da
ductilidade do material e das condições de usinagem.
d) Prosseguindo, devido ao movimento relativo entre a
ferramenta e a peça, inicia-se um escorregamento da
porção do material deformada e cisalhada (cavaco) sobre
a superfície de saída da ferramenta.
Enquanto isso, uma nova porção do material está se
formando e cisalhando, a qual irá também escorregar
sobre a superfície de saída da ferramenta, repetindo o
fenômeno.
3.1- A Interface Cavaco-Ferramenta
• O conceito clássico de atrito baseado nas leis de Amonton
e Coulomb ( a força de atrito é proporcional à força normal
Fa = µ.N) não é adequado na usinagem dos materiais, onde
as pressões normais à superfície de saída da ferramenta
são muito grandes.
• Trent defende a teoria de que, na interface
cavaco-superfície de saída da ferramenta, existe uma zona de
aderência e, logo após esta, uma zona de escorregamento
entre o cavaco e a ferramenta (figura 3.2), quando da
A zona de aderência ocorre devido ás altas tensões de compressão, às altas taxas de deformação e à pureza do material da peça em
contato com a ferramenta.
Fig. 3.2 – Área de contato Cavaco-Ferramenta
A Interface Cavaco-Ferramenta
Zona de Fluxo dentro do Cavaco
CLASSIFICAÇÃO DOS CAVACOS
• a) Cavaco contínuo – a distinção das lamelas não é nítida.
• b) Cavaco de cisalhamento – apresenta-se constituído de lamelas justapostas bem distintas.
• c) Cavaco de ruptura – apresenta-se
constituído de fragmentos arrancados da peça usinada.
ESTUDO DOS CAVACOS
• Cavaco é o material removido do tarugo (Billet) durante
o processo de usinagem, cujo objetivo é obter uma peça
com forma e/ou dimensões e/ou acabamento definidas.
• Exemplo:
• -lápis é o tarugo;
-lamina do apontador é a ferramenta de corte;
-material removido é o cavaco.
Etapas de mecanismo de formação de cavaco:
• 1) Recalque, devido a penetração da ferramenta na peça;
• 2) O material recalcado sofre deformação plástica, que aumenta progressivamente, até que tensões cisalhantes se tornem suficientemente grandes para que o deslizamento comece;
• 3) Ruptura parcial ou completa, na região de cisalhamento, dando origem aos diversos tipos de cavacos;
• 4) Movimento sobre a superfície de saída da ferramenta.
Mecanismo de formação do cavaco
Ø
Plano de cisalhamento Ângulo de cisalhamento
Tipos de cavaco
Tipos de cavaco
De ruptura
De cisalhamento
Contínuo
O fenômeno de formação do cavaco é periódico
Aço
Ferro
fundido
Aço
FERRAMENTA
PEÇA
Zona primária
(cisalhamento)
Zona secundária
(cisalhamento/atrito)
Fontes de Calor
Fontes de Calor
Zona terciária
(atrito)
17Distribuição de Calor
Tipos de cavacos:
• Cisalhado (segmentado);
• De ruptura (descontínuo);
• Contínuo;
• Cavaco contínuo com aresta postiça de corte (APC)
• As Figuras 4.1 e 4.2 mostram os tipos de cavacos:
Fig. 4.1 Tipos de cavaco
• CAVACO CONTÍNUO:
• Mecanismo de Formação: O cavaco é formado continuamente, devido a ductilidade do material e a alta velocidade de corte;
• Acabamento Superficial: Como a força de corte varia muito pouco devido a contínua formação do cavaco, a qualidade superficial é muita boa.
Figura 4.2 – Tipos de cavacos
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Tipos de cavaco (a)continuo (b) lamelar (c) cisalhado
Quanto à forma, os cavacos são
classificados como:
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Figura 4.3 - Formas de cavacos produzidos na usinagem dos metais.
a) Cavaco em fita; b) Cavaco helicoidal; c) Cavaco espiral;
Forma dos cavacos conforme a norma
ISS0O 3685
• Entretanto, a norma ISO 3685 faz uma classificação mais
detalhada da forma dos cavacos, de acordo com a Figura 4.4.
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fragmentado
Os cavacos do tipo contínuos (em fita) trás sérios
inconvenientes, entre eles destacam:
•
Pode ocasionar acidentes, visto que eles se enrolam
em torno da peça, da ferramenta ou dos
componentes da máquina;
• Dificulta a refrigeração direcionada, desperdiçando o
fluido de corte;
• Dificulta o transporte (manuseio), ocupa muito
volume;
• Ele prejudica o corte, no sentido de poder afetar, o
acabamento, as forças de corte e a vida útil das
ferramentas.
CAVACO EM FITA CONT.
• O material da peça é o principal fator que vai influenciar
na classificação quanto à forma dos cavacos. Quanto às
condições de corte: maior v
c(velocidade de corte), f
(avanço) e γ (ângulo de saída) tende a produzir cavacos
em fitas (ou contínuos, quanto ao tipo). O “f” é o
parâmetro mais influente e o ap é o que menos influencia
na forma de cavacos. A Figura 4.5 ilustra a influência
destes parâmetros na forma do cavaco.
Ângulos de saída positivos e negativos
Contínuo: O ângulo de saída deve ser grande
De ruptura: O ângulo de saída deve ser baixo, nulo
ou negativo.
Mecanismo de formação do cavaco
INFLUÊNCIA DOS PARÁMETROS "f "e "pc" NA
FORMA DO CAVACO
30
TIPOS DE QUEBRA CAVACOS
• Apesar das condições de corte poderem ser escolhidas para evitar ou pelo menos reduzir a tendência de formação de cavacos longos em fita
(contínuo ou cisalhado). Até o momento, o método mais efetivo e popular para produzir cavacos curtos é o uso de dispositivos que promovem a
quebra mecânica deles, que são os quebra-cavacos. Os tipos mais comuns de quebra-cavacos estão ilustrados na Figura 4.6.
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a) b) c)
Figura 4.6 -Tipos mais comuns de quebra-cavacos. a) Quebra-cavaco fixado mecanicamente; b) Quebra-cavaco usinado diretamente na ferramenta; c) Quebra-cavaco em pastilha sinterizada.
Como vantagens do uso de quebra-cavacos
podemos enumerar:
• Redução de transferência de calor para a ferramenta
por reduzir o contato entre o cavaco e ferramenta;
• Maior facilidade de remoção dos cavacos;
• Menor riscos de acidentes para o operador;
• Obstrução menor ao direcionamento do fluido de
corte sobre a aresta de corte da ferramenta.
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FIM
Decompondo a força de corte (F) que a ferramenta
exerce sobre o material da peça, obtém-se:
A Componente Fshn (força de cisalhamento ao longo do plano de
cisalhamento) é responsável pelo surgimento do plano de cisalhamento. O material da peça tem estrutura granular, isto é, composta por grãos. Logo a componente Fshn não se propaga-se em linha reta e sim
através dos grãos,formando uma região onde os grãos são fortemente deformados.
CONSIDERAÇÕES SOBRE A V
c• Maior V
c= maior temperatura = menor vida útil.
• Menor V
c= problemas de acabamento e de
produtividade.
SOLICITAÇÕES NA CUNHA DE CORTE
PRINCIPAIS ÂNGULOS DA FERRAMENTA
αa
βn
Уn
Se o ângulo for muito pequeno
1. O gume não pode penetrar
convenientemente no material e a ferramenta cega rapidamente;
2. Ocorre atrito contra a peça, gera sobre aquecimento da ferramenta e
acabamento superficial ruim.
Se o ângulo for muito grande
1. O gume quebra ou solta uma série de pequenas lascas, em virtude de apoio deficiente.
O tamanho do ângulo de incidência depende de:
1. Resistência do material da ferramenta; 2. Resistência do material da peça a ser
• Aços carbono;
• Aços rápidos comuns;
• Aços rápidos com cobalto;
• Ligas fundidas;
• Metais duros;
• Cermetos ou compósitos
• Cerâmicas;
• Diamantes;
• Nitreto de boro cúbico (CBN).
FERRAMENTAS DE CORTE
Aços carbono: São aços com teores de 0,8 a 1,5% de C.
Até 1.900 eram praticamente os únicos aços utilizados para
fabricação de ferramentas de corte.
Com o aparecimento dos aços rápidos, seu emprego para ferramenta de corte reduziu-se a aplicações secundárias, sendo hoje apenas utilizado nos seguintes casos:
1. Pequenas oficinas de reparo, uso doméstico e de lazer;
2. Ferramentas que serão utilizadas uma única vez ou para execução de poucos peças;
3. Para ferramentas de formar, na usinagem de latão e ligas de alumínio.
FORÇAS DE USINAGEM
Força de usinagem= f(condições de corte (f, vc, ap),
geometria da ferramenta( , , e ) e o desgaste da
SUBDIVISÕES DO TRABALHO EFETIVO DA
USINAGEM
• Mecanismo de Formação: O material fissura no ponto mais solicitado. Ocorre ruptura parcial ou total do cavaco. A
soldagem dos diversos pedaços (de cavaco) é devida a alta pressão e temperatura desenvolvida na região.
O que difere um cavaco cisalhado de um contínuo
(aparentemente), é que somente o primeiro apresenta um serilhado nas bordas.
• Acabamento Superficial: A qualidade superficial é inferior a obtida com cavaco contínuo, devido a variação da força de corte. Tal força cresce com a formação do cavaco e diminui bruscamente com sua ruptura, gerando fortes vibrações que resultamn uma superfície com ondulações.
