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Mecanismo de formação e controle do cavaco
Início do corte, a) distribuição de tensão, b) propagação de trica em
material frágil, c) Deformação elastoplástica em materiais dúcteis.
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IPT, WZL Aachen
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A formação do cavaco é um processo periódico
de deformação e cisalhamento de material
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Modelos clássicos de formação do cavaco
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Modelos:
a. Modelo de Ernst e Merchant – formação de cavaco por um processo
puramente de cisalhamento;
b. Lee e Shafer – aplicação da teoria slip-line…. a tensão cisalhante é máxima
na região da linha AB; não há força atuante acima da linha AC.
c. Shaw, Cook e Finnie – atenção na inter-relação entre o processo de cisalha-
mento e atrito. Foi incorporada a hipótese que o plano de cisalhamento não
está contido na direção da tensão máxima cisalhante.
d. Okushima e Hitomi – colocam que o cisalhamento acontece dentro de uma
região particular triangular de escoamento e não num simples plano de
cisalhamento.
e. Kececiogly – sugere que o cisalhamento ocorre não em um plano, mas em
uma região paralela ao plano.
f. Zorev – a região de deformação plástica é limitada pelas linha OL (ao longo
do qual ocorre a primeira deformação plástica) e a linha OM ( ao longo da
qual ocorre a última deformação plástica).
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Modelo clásssico da formação de cavaco
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Os problemas nos modelos de corte ortogonal – determinação
do ângulo de cisalhamento
Fonte: Astakhov
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Fonte: Astakhov
Princípio da tensão cisalhante máxima
Princípio da mínima energia
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γθπϕ
+−=
γθπ
ϕ +−=4
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Os modelos de Ernst e Lee não são confirmados com ensaios
experimentais
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Modelos mais complexos baseados na teoria do Slip-line
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Teoria do Slip-line (continuação)
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A formação do cavaco segundo Astakhov
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Segundo Diniz os tipos de cavacos são:
a) Cavaco contínuo – presenta-se constituido de lamelas justaposrtas numa
disposição contínua. A distinção das lamelas não é nítida. Forma-se na
usinagem de materiais dúcteis (aço, p.e.), onde o ângulo de saída deve
assumir valores elevados.
b) Cavaco de cisalhamento – apresenta-se constituído de lamelas justapostas
bem distintas.
c) Cavaco de ruptura – apresenta-se constituído de fregmentos arrancados da
peça usinada. A superfície de contato entre cavaco e superfície de saída
da ferramenta é reduzida, assim como a ação do atrito; o ângulo de saída
deve assumir valores baixos, nulos ou negativos
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Segundo alguns autores alemães:
a) Cavaco contínuo – O cavaco escorrega sobre a superficie de saída com
velocidade constante em fluxo contínuo. Sua formação é facilitada por
estrutura de fina e homogênea de grãos e alta ductilidade do material,
através de alta velocidade de corte, baixo atrito do cavaco com a ferramenta,
ângulo de saída positivo e baixa espessura de corte.
b) Cavaco lamelar – parecido com o contínuo, mas apresenta formação de
cavaco periódica (deformação plástica e cisalhamento). As bandas de
cisalhamento são visíveis. São observados em materiais de boa deformabili-
dade de alta resistência, principalmente na usinagem em altas velocidades
de corte.
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São caracterizados por grandes
deformações continuadas em estreitas
bandas entre segmentos com muito
pouca, ou quase nenhuma deformação
no interior destes segmentos.
Acontece pelo processo de
“cisalhamento termoplástico
adiabático”
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a) Cavaco de cisalhamento – o material ao escorregar ao longo do plano de
cisalhamento, fissura no ponto mais solicitado. Esta fissura não progride, então,
até à ruptura parcial ou total do cavaco. Este, aprsenta-se, entretanto, em geral,
como uma fita contínua, pois os efeitos da pressão e da temperatura provocam
a solda dos diversos segmentos.
b) Cavaco de ruptura – é o que é produzido na usinagem de materiais frágeis,
como ferro fundido e latão, tendo a forma de pequenos fragmentos independentes
e distintos, gerados essencialmente por ruptura, pela ação de tensões principais
de tração-compressão.
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Modelo de formação de cavaco segundo Viktor P. Astakhov
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trinca
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Fases:1- Fase inicial, quando a ferramenta está em contanto com a peça. A aplicação da força de
penetração P leva à formação de uma zona de deformaçã na frente da aresta.
2 – A peça primeiramente se deforma elasticamente e depois plasticamente.
Como resultado, uma certa zona elastoplástica se forma a frente da ferramenta que leva a
ferramenta a avançar mais na peça de tal modo que uma parte da camada a ser removida
entra em contato com a superfície de saída do cavaco
3 – Quando um contato completo acontece, o estado de tensão a frente da ferramenta se
torna complexo incluindo uma combinação de tensões de compressão e de flexão.
A dimensão da zona deformada e a tensão máxima aumentam com a força de penetração P.
Quando a tensão combinada nessa zona, atinge o limite (para um dado material), uma
superfície de escorregamento se forma na direção da tensão máxima combinada. Esse
instante pode ser considerado como o início da formação do cavaco.
4 – Tão logo a superfície de escorregamento se forme, todo o material do cavaco começa a
escorregar ao longo dessa superfície e então ao longo da superfície de saída do cavaco.
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Continuação …
5 – Após o escorregamento, a resistência a penetração da ferramenta diminui, levando à
diminuição do tamanho da parte plástica da zona deformada. Entretanto, a estrutura do
material da peça, o qual tem sido deformado plasticamente e agora retorba ao estado elástico,
é diferente do material original. Ele parec corresponder à estrutura de um material deformado
a frio.
6 – o processo se repete …
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Usinagem de materiais frágeis com ângulo γ positivo segudo
Astakhov
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Fonte: Astakhov, V.P. A system concept in metal cutting. Journal of Material Processing Technology 79 (1998) 189-199.
Usinagem de materiais frágeis com ângulo γ negativo
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Modelos de formação de cavaco na usinagem de materias frágeis
Fonte: Astakhov, V.P. A system concept in metal cutting. Journal of Material Processing Technology 79 (1998) 189-199.
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Relação tensão-deformação e tipo de cavaco segundo König
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Resumo dos tipos de cavacos segundo Astakhov
Astakhov: Tribology of Metal Cutting
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Aresta posiça de corte/ Gume postiço
O gume postiço constitui uma massa mais ou menos estacionária de metal,
soldada na face da ferramenta (superfície de saída). Ela é formada devido a
um forte atrito entre o cavaco e a ferramenta, que produz o arrancamento de
pequenas partículas de material da ferramenta. Provoca um péssimo acabamen-
to superficial da peça usinada.
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Built-Up Edge (BUE) Chips
• Layers of workpiece material are gradually deposited on the tool
• BUE eventually breaks off and is carried away by the chip and/or deposited
randomly on the workpiece surface
• Large tool tip radius with BUE
• Produces rough surface finishes
• Generally undesirable but a thin, stable BUE can
reduce wear and protect the rake face
• Reduce probability of BUE forming by:
• Decreasing depth of cut
• Increasing rake angle
• Using a sharp tool
• Using an effective cutting fluid
• Using cold-worked metals rather
annealed
(b)
(c)
(b) Surface finish in turning 5130 steel with a built-up edge. (c) surface finish on 1018 steel in face milling. Magnifications: 15X. Source: Courtesy of Metcut Research Associates, Inc.
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Hardness of Built-Up Edge (BUE) Chips
Figure 20.6 (a) Hardness distribution in the cutting zone for 3115 steel. Note that some regions in the built-up edge are as much as three times harder than the bulk metal. Source: Courtesy of Metcut Research Associates, Inc.
(a)
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Grau/ fator de recalque
Grande importância na teoria da usinagem, pois orienta sobre fatores de
usinabilidade como:
• pressão específica do cavaco sobre a ferramenta;
• volume de cavaco produzido por unidade de potência;
• temperatura;
• é uma relação que diz respeito a quanto o cavaco se deformou, mas
nada diz sobre a vida da ferramenta de corte.
Exemplo:
• Torneamento de cobre com ferramenta de MD
condições: vc= 69 m/min, f=0,06 mm/rot, ap=1,6 mm γn=4,5°
Λh= 7;
• Sob as mesmas condições de usinagem, mas com ferr. de diamante
Λh= 1,8;
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Determinação do grau/ fator de recalque
'laf
m
p
h⋅⋅⋅
=Λρ
onde:
m – peso do cavaco [g];
f e ap – avanço e profundidade de corte [mm];
ρ – peso específco do material [g/mm3];
l’ – comprimento do cavaco [mm].
Fonte: Stemmer – Ferramentas de Corte I