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MECANISMO DE FORMAÇÃO DO CAVACO

Capítulo 3

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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.

CAP. 3 – MECANISMO DE FORMAÇÃO DO CAVACO

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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, = h2/h1 = s2/s1

= 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.

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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.

MECANISMO DE FORMAÇÃO DO CAVACO

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.

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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.

MECANISMO DE FORMAÇÃO DO CAVACO

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 usinagem de vários metais que formam cavacos contínuos.

A zona de aderência ocorre devido ás altas tensões de compressão, às altas taxas de deformação e à pureza do material da peça emcontato com a ferramenta.

Fig. 3.2 – Área de contato Cavaco-Ferramenta

A Interface Cavaco-Ferramenta

Zona de Fluxo dentro do Cavaco

Fig. 3.3- 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.

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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.

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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.

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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:

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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.

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Figura 4.2 – Tipos de cavacos

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.

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CAVACO CISALHADO:

Mecanismo de Formação: Este cavaco é produzido na usinagem de materiais frágeis como o ferro fundido, bronze duro e latão. O cavaco rompe em pequenos segmentos devido a presença de grafita (Fofo), 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.

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CAVACO DE RUPTURA (ARRANCADO)

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;d) Cavaco em lascas ou pedaços.

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

Figura 4.4 - Formas de cavacos produzidos na usinagem dos metais

FORMAS DE CAVACO:

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.

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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 vc (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.

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INFLUÊNCIA DOS PARAMETROS f e pc NA FORMA DO CAVACO

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Figura 4.5 -Influência do f e do pc na forma dos cavacos

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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a) b) c)

Conseqüência dos esforços na de Ferramenta

QUEBRA CAVACOSQUEBRA CAVACOS

FIM

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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.

Temperaturas na usinagem

CONSIDERAÇÕES SOBRE A Vc

• Maior Vc= maior temperatura = menor vida útil.

• Menor Vc= problemas de acabamento e de

produtividade.

SOLICITAÇÕES NA CUNHA DE CORTE

Conseqüência dos esforços na de Ferramenta

Geometria da ferramenta

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 usinada.

• 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

Brocas de Diamante

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 ferramenta.

SUBDIVISÕES DO TRABALHO EFETIVO DA USINAGEM