aula 16 pfi 2015 usinagem cavaco

4331

Processos de

Prof. Dr. Norival Ferreira dos Santos Neto

Departamento de Engenharia Mecânica - UEM

nfsneto@uem.br

Processos de

Fabricação I

Maringá-PR 2015

Universidade Estadual Universidade Estadual

de Maringá de Maringá -- UEMUEM

Tópico 2 – Usinagem� Formação do cavaco

� Processos de usinagem

� Geometria, Forças e Potências de corte

� Materiais das ferramentas

� Fluidos de corte

4331 – Processos de Fabricação I

Prof. Dr. Norival Neto2

� Fluidos de corte

� Avarias e desgastes de ferramentas

� Vida da ferramenta

� Condições econômicas de usinagem

� Retificação, Furação e Fresamento

� Sobrematerial

� Usinabilidade

Universidade Estadual Universidade Estadual

de Maringá de Maringá -- UEMUEM4331 – Processos de Fabricação I

AULA - 16

•Formação do Cavaco:

– Definição

– Mecanismos de Formação

Prof. Dr. Norival Neto3

– Mecanismos de Formação

– Tipos

– Formas

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de Maringá de Maringá -- UEMUEM

Como operações de USINAGEMentendemos aquelas que, “ao

conferir à peça”,

• a forma,

• ou as dimensões,

Introdução

Prof. Dr. Norival Neto4

• ou as dimensões,

• ou o acabamento desejado,

• ou ainda uma combinação

destes três itens,

“produzem o CAVACO”.

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A “porção de material da peça”,

retirada pela ferramenta,

caracterizando-se por apresentar

forma geométrica irregular.

Direção de corte

Ângulo de cisalhamento

Plano de cisalhamento

Definição de “Cavaco”

Prof. Dr. Norival Neto5

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• Cavaco, portanto, é o material removido do tarugo durante

o processo de usinagem, cujo objetivo é obter uma peça

com forma e dimensões definidas.

Definição de “Cavaco”

Prof. Dr. Norival Neto6

PROCESSO DE TORNEAMENTO

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3

1

Mecanismo de Formação do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto7

Cunha cortante da ferramenta.2

2

Superfície de saída da ferramenta.3

Material a ser usinado.1

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco

n

Prof. Dr. Norival Neto8

� Material animado de movimento.

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco

n

Prof. Dr. Norival Neto9

� Material animado de movimento.

� Penetração da cunha cortante na peça.

ap

� Recalque de uma pequena porção de material solidário à peça

sobre a superfície de saída da ferramenta.

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco

n

Prof. Dr. Norival Neto10

ap

� Continuação do movimento e da penetração da cunha cortante.

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco

n

Prof. Dr. Norival Neto11

ap

� Aumento progressivo da deformação (elástica e plástica).

� Aumento progressivo da tensão de cisalhamento.

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco

nDeslizamento dos cristais

Prof. Dr. Norival Neto12

ap

� Aumento progressivo da deformação (elástica e plástica).

� Aumento progressivo da tensão de cisalhamento.

� Início do deslizamento entre os cristais (sem perda de coesão).

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco

n

Plano de cisalhamento

Prof. Dr. Norival Neto13

� Aumento progressivo da deformação (elástica e plástica).

� Aumento progressivo da tensão de cisalhamento.

� Início do deslizamento entre os cristais (sem perda de coesão).

� Deslizamento dos cristais na direção do plano de cisalhamento.

ap

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n

Mecanismo de Formação do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto14

ap

� Continuação do movimento e da penetração da cunha cortante.

→ Ductilidade do material da peça

→ Parâmetros de trabalho

� Ruptura parcial ou completa na região de cisalhamento.

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nSuperfície de saída

Mecanismo de Formação do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto15

ap

� Continuação do movimento e da penetração da cunha cortante.

� Escorregamento da porção deformada e cisalhada.

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n

Mecanismo de Formação do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto16

ap

� Repetição cíclica do fenômeno.

� Continuação do movimento e da penetração da cunha cortante.

� Escorregamento da porção deformada e cisalhada.

� Formação de uma nova porção ou segmento de cavaco.

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•CAVACO CONTÍNUO:

– Mecanismo de Formação:O cavaco é formado continuamente,

devido a ductilidade do material e a

alta velocidade de corte.

Tipos de Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto17

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.

1. Aço: ↓ %C

↓ vc

2. Aço Inoxidável

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMAPC

Aresta Postiça de Corte (APC):• Adesão de material sobre a face da ferramenta.

• Material da peça altamente encruado que caldeia na face da ferramenta e

assume a função de corte.

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→ Apresenta-se constituído por lamelas justapostas em disposição contínua,

reunidas em grupos lamelares, sem que a resistência ao cisalhamento seja

ultrapassada (deslizamento dos elementos de cavaco).

• Cavaco contínuo:

Cavacos finos de formação contínua

normalmente em formato de fita

Tipos de Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto19

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CAVACO CISALHADO:

(Lamelares )

• Mecanismo de Formação:

� O material fissura no ponto mais solicitado.

� Ocorre ruptura parcial ou total do cavaco.

Tipos de Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto20

� Ocorre ruptura parcial ou total do cavaco.

� A soldagem dos diversos pedaços (de cavaco)

é devida a alta pressão e temperatura

desenvolvida na região.

� A descontinuidade pode ser causada por

irregularidades no material, vibrações, ângulo

efetivo de corte muito pequeno, elevada

profundidade de corte, baixa velocidade de

corte, entre outros.

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMTipos de Cavaco

CAVACO CISALHADO:

• Acabamento Superficial:

� A qualidade superficial é inferior

à obtida com cavaco contínuo,

devido a variação da força de

corte.

Prof. Dr. Norival Neto21

corte.

� A força de corte cresce com a

formação do cavaco e diminui

bruscamente com sua ruptura,

gerando fortes vibrações que

resultam numa superfície com

ondulâncias.

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CAVACO DE RUPTURA:

• Mecanismo de Formação:

� Este cavaco é produzido na usinagem de

materiais frágeis como o ferro fundido.

� O cavaco rompe em pequenos segmentos

devido a presença de grafita, produzindo

Tipos de Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto22

devido a presença de grafita, produzindo

uma descontinuidade na microestrutura.

• Acabamento Superficial:

� Devido a descontinuidade na microestrutura

produzida pela grafita (no caso do FoFo), o

cavaco rompe em forma de concha gerando

uma superfície com qualidade superficial

inferior.

Ferro Fundido

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• Cavaco de ruptura:

→ Apresenta-se constituído por fragmentos arrancados do componente em

usinagem. Nesse caso existe a ruptura completa do material (zona de

cisalhamento), que permanece em grupos lamelares separados.

Cavacos fragmentados

Materiais de fratura frágil

Tipos de Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto23

Materiais de fratura frágil

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de Maringá de Maringá -- UEMUEM

Classificação dos tipos de cavacos:

Contínuos

� Materiais dúcteis e homogêneos.

� Avanços de pequenos a médios.

� Velocidades geralmente superiores a 60 m/min.

� Sem interferência de vibrações externas ou variações

Quanto à formação os cavacosQuanto à formação os cavacos

podem ser classificados em:podem ser classificados em:

Tipos de Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto24

Cisalhamento

Ruptura

� Sem interferência de vibrações externas ou variações

das condições de atrito.

� Materiais dúcteis e ligados com alto teor em liga.

� Aumento da deformação e heterogeneidade da

estrutura metalográfica.

� Vibrações que levam a variação da espessura.

� Velocidades geralmente inferiores a 100 m/min.

� Materiais frágeis de estrutura heterogênea

� Ruptura completa em lamelas ou grupos lamelares

� Comportamento semelhante em qualquer velocidade

� Vibrações decorrentes do comportamento do material

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMFormas do Cavaco

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Formas de cavacos produzidos na usinagem de metais.

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INDESEJÁVEIS (Cavacos longos)

- Oferecem risco ao operador.

- Obstruem o local de trabalho.

- Podem danificar tanto a ferramenta quanto

prejudicar o acabamento superficial da peça.

Formas do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto26

- Dificultam o manuseio e a armazenagem.

- Causam aumento da força de corte e da

temperatura com consequente redução da vida

da ferramenta.

Cavaco em fita

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMFormas do Cavaco

• BONS (Cavacos curtos)

– Ocupam pouco volume.

– Não obstruem o local de trabalho.

– São removidos facilmente. r

Prof. Dr. Norival Neto27

– São removidos facilmente.

Quebra-Cavacos

r

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMFormas do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto28

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• Classificação:

Formas do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto29

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Cavaco helicoidal Cavaco espiralCavaco em lascas

ou pedaços

Formas do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto30

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� desgaste da ferramenta

� esforços de corte

� calor gerado na usinagem

� penetração do fluido de corte

Influência:

Formas do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto31

� aspectos econômicos

� qualidade da peça

� segurança do operador

� utilização adequada da máquina-ferramenta

Envolve:

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco

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� As principais fontes de geração de calor são devidas:

→ à deformação plástica na região de cisalhamento.

→ ao atrito do cavaco com a superfície de saída da ferramenta.

→ ao atrito da peça com a ferramenta.

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Cavaco

Peça

Meio ambiente

Mecanismo de Formação do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto33

� O calor total produzido por essas fontes é dissipado:

→ Pelo cavaco.

→ Pela ferramenta.

Ferramenta

→ Pela peça.

Peça

→ Pelo meio ambiente.

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Cavaco

Peça

Meio ambiente

Mecanismo de Formação do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto34

� Balanço energético→ O balanço energético do processo de corte pode ser expresso:

Q = Qcavaco + Qpeça + Qferr. + Qamb = Qcis + Qatr1 + Qatr2

Ferramenta

Peça

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Q

Mecanismo de Formação do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto35

� Quantidade total de calor (Q)→ Nos processos de usinagem, a quantidade de calor total (Q)

expressa em kcal/min, é aproximadamente equivalente ao

trabalho de usinagem por minuto.

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Q

Mecanismo de Formação do Cavaco

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� Quantidade total de calor (Q)→ A quantidade de calor total produzida pode ser determinada por:

Q =FC

. vC

E E=equivalente mecânico do calor=427 kg.m/kcal

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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco

Temperaturas de Corte:

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100%

80

60

Calor dissipado em função da velocidade de corte:Calor

Ferramenta

Peça

Mecanismo de Formação do Cavaco

Prof. Dr. Norival Neto38

60

40

20

00

00 50 100 150 200 250

velocidade de corte (m/min.)

Cavaco

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� O calor produzido se distribui de maneira irregular, porque as

deformações e forças de atrito também são irregulares.

� A quantidade de calor recebida pela ferramenta é relativamente

pequena. No entanto, a superfície de contato também é reduzida,

desenvolvendo-se ali temperaturas significativas.

Conclusões:

Mecanismo de Formação do Cavaco

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� Por meio da fórmula de Q, pode-se verificar que a quantidade de

calor gerada aumenta com a velocidade de corte e com a força de

corte.

� Como a força de corte (Fc) depende da área da seção de corte, a

temperatura cresce com o aumento do avanço e da profundidade.

� Os desgastes da ferramenta tendem a aumentar a temperatura, que

por sua vez aumenta o valor do coeficiente de atrito e da força de

corte.