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8/16/2019 ESTUDO DA FORMAÇÃO DO CAVACO NA USINAGEM COM ALTA VELOCIDADE DE CORTE DE UM AÇO CROMO-MOLIBD…

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ESTUDO DA FORMAÇÃO DO CAVACO NA USINAGEM COM ALTAVELOCIDADE DE CORTE DE UM AÇO CROMO-MOLIBDÊNIO

ENDURECIDO

STUDY OF CHIP FORMATION ON THE HIGH-SPEED CUTTING OF

HARDENED CHROMIUM-MOLYBDENUM STEELSaimon Vendrame, Cleiton Lazaro Fazolo de Assis, Alessandro Roger Rodrigues – Campus de Ilha

Solteira – Faculdade de Engenharia – Engenharia Mecânica – [email protected]

Palavras chave: usinagem, formação do cavaco; alta velocidade de corte.Keywords: machining, chip formation; High-Speed Cutting.

1. INTRODUÇÃOOs processos de usinagem são muito importantes no cenário da economia atual, pois torna

possível a confecção de peças de geometria complexa de uma maneira rápida e barata, emprega

milhares de pessoas, e é mundialmente utilizado. Devido a essa importância e à sua vasta utilização,

muitas pesquisas nesta área têm sido realizadas visando reduzir os custos de produção e melhorar aqualidade do produto.

O avanço tecnológico permite empregar na indústria processos cada vez mais eficientes, ou

seja, que minimizam o tempo e melhoram a qualidade do produto. Neste cenário, podemos citar ausinagem HSC (High-Speed Cutting) ou usinagem com alta velocidade de corte, que é objeto de

estudo de vários pesquisadores, porém possui alguns conceitos ainda obscuros, como por exemplo,os mecanismos de formação do cavaco.

O estudo da formação do cavaco é de grande importância quando se quer entender a

fenomenologia do processo como um todo. Por meio dele, podemos evidenciar fatores como

temperatura de usinagem, deformação do material, esforços envolvidos, entre outros.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E OBJETIVOS2.1 Fundamentação Teórica

Adentrando-se no campo HSC, os mecanismos de formação do cavaco apresentam algumascaracterísticas. Flom e Komanduri (1989) indicam apenas dois tipos de cavacos na usinagem com

altas velocidades de corte, o contínuo e o segmentado, sendo dependentes do material usinado e dascondições metalúrgicas da peça.

He et al. (2002) afirmam que um aumento na velocidade de corte modifica o tipo de cavaco,

de contínuo para segmentado, em razão do cisalhamento localizado. Uma vez formado o cavaco

segmentado sob uma dada velocidade de corte, não é mais possível obter cavacos contínuos ao

usinar a peça sob velocidades de corte maiores.

2.2 Objetivos• Analisar qualitativamente o processo de formação de cavaco, gerado através do fresamento

com alta velocidade de corte de um aço cromo-molibdênio temperado.

3. MATERIAIS E METODOLOGIA3.2 MATERIAIS

Os materiais utilizados no projeto foram:

• Corpos-de-prova de aço cromo-molibdênio endurecidos aplicados na fabricação de

engrenagens automotivas;

• Centro de usinagem CNC, marca ROMI, modelo Discovery 560, com rotação máxima de

10.000 rpm, potência de 11 kW e avanço rápido máximo de 30 m/min;• Microscópio eletrônico de varredura, marca Philips, modelo XL30 FEG.


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3.2. METODOLOGIAOs corpos-de-prova, fornecidos pela EATON - Divisão de Transmissão Ltda, foram forjados a

1200°C e temperados em água com agitação. A composição química do material é fornecida abaixo.

Tab. 01: Composição química do material utilizado nos testes de usinagem (% em peso).

C Mn Cr Mo Si P S0,23-0,28 0,90-1,30 0,35-0,70 0,10-0,20 0,15-0,35 0,25 máx 0,02-0,04

Após um trabalho de triagem, baseado em conhecimentos práticos e teóricos de usinagem,

as variáveis de entrada escolhidas e assumidas preponderantes para os testes foram: velocidade de

corte (vc), avanço por dente (f z) e profundidade de usinagem (a p). Todos os testes foram realizados

sem aplicação de fluido de corte.

Tab. 02: Fatores de controle e os níveis adotados no ensaio de usinagem.

Condições de usinagemVariáveis deEntrada C1

(Convencional)C2

(HPC) *C3

(HSC) **

vc [m/min] 40 100 200

a p [mm] 0,1 0,50 0,25

f z [mm/dente] 0,10 0,07 0,04

* HPC: High-Performance Cutting (alta taxa de remoção de material) ** HSC: High-Speed Cutting (alta velocidade de corte)

Os ensaios principais de fresamento foram realizados segundo a operação de faceamento em

corte concordante, isto faz com que a espessura do cavaco seja máxima na entrada da ferramenta e

mínima na saída. Este tipo de condição de remoção de material favorece a preservação da

ferramenta, na medida em que as direções e sentidos dos vetores velocidade de corte e de avanço

coincidem na tangente à penetração de trabalho (ae).

Depois de realizada cada etapa do ensaio, os cavacos foram recolhidos e devidamente

identificados. Para a análise, os cavacos foram submetidos à Microscopia Eletrônica de Varredura

(MEV).

4. RESULTADOS E DISCUSSÕESA geometria resultante dos cavacos obtidos em todas as condições de usinagem foi

altamente helicoidal com tamanho bastante reduzido. As figuras 01 a 03 mostram os detalhes.

Fig. 01: Cavaco da condição de usinagem C1.


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Semelhante aos materiais descritos anteriormente, os cavacos das amostras apresentam-se

contínuos para as condições de usinagem C1 e C2. Contudo, a condição C3 exibiu uma geometria

helicoidal mais intensa e um grau de segmentação bastante evidenciado, o que sinaliza para a

ocorrência de cavaco gerado por cisalhamento adiabático (figura 03). A explicação para a

segmentação incipiente dos cavacos gerados na condição de usinagem C3 muito provavelmente estáligada à taxa de deformação mais elevada.

Sabendo-se que a taxa de deformação depende do ângulo de saída da ferramenta, da

velocidade de corte e do ângulo de cisalhamento (Shaw, 1997) e valendo-se da medição dasespessuras das lamelas dos cavacos pelas fotos de MEV em software de tratamento de imagens, foi

possível determinar a taxa de deformação média para a condição C3 (1,3⋅106 s-1), cerca de 5,4 vezes

maior que a da condição C1 e 2,0 vezes maior que a da condição C2.

5. CONCLUSÕESCom a análise dos cavacos por microscopia, pode-se observar uma tendência de

segmentação na condição de usinagem C3, que foi a realizada em HSC. Foi possível fazer uma

análise qualitativa, comparando com as demais condições de usinagem.

Cumpre-se destacar que nem todos os materiais submetidos à usinagem HSC são suscetíveis

a gerarem cavacos pelo processo de cisalhamento catastrófico. Geralmente, materiais que possuem

baixa condutividade térmica e tendência ao amolecimento em elevadas temperaturas são fortescandidatos a tal mecanismo (Shaw, 1997). Alguns típicos exemplos são as ligas de titânio,

superligas à base de níquel e ligas de aços endurecidos. Portanto, como o material analisado neste


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trabalho não apresenta as características acima citadas, a formação de cavacos contínuos

empregando alta velocidade de corte também foi compatível com a literatura científica (Flom e

Komanduri, 1989).

Contudo, com as análises pormenorizadas dos cavacos, acredita-se que o mecanismo de

formação de cavaco, com seus desdobramentos mecânicos e térmicos, representa um dos fatores

decisivos que influenciam vários aspectos da integridade superficial da peça usinada, como por

exemplo o acabamento superficial, dureza, microdureza e tensão residual.

Referências BibliográficasFLOM, D. G.; KOMANDURI, R. High speed machining. In: DAVIS, J. R. (Ed.). Metalshandbook: machining. 9. ed. Ohio: ASM, 1989. v. 16, p. 597-606.

HE, N. et al. Assessment of deformation of a shear localized chip in high speed machining.Journal of Materials Processing Technology, Amsterdam, v. 129, n. 1-3, p. 101-104, 2002.

SHAW, M. C. Metal cutting principles. New York: Oxford Science Publications, 1997, 594 p.

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