lab 5 - cavacos e rugosidades

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTACAMPUS DE GUARATINGUET

DEPARTAMENTO DE MATERIAIS E TECNOLOGIA

MECANISMOS DE DE FORMAO DO CAVACO

Allan D. dos S. Silva - [email protected] FEG-UNESP, Turma 321, R.A: 1313205556.

Denis D. Carvalho - [email protected] R.A: 131320475

Johann K. R. S. Ferreira - [email protected] R.A: 131321293.

Resumo: Este trabalho ir abordar a influncia do avano e da profundidade de corte na formao docavaco e no acabamento superficial da pea. A anlise foi feita partir amostras de cavacos e dadosde rugosidade obtidos variando-se estes dois parmetros. A obteno destes dados possibilitouobservar a contribuio efetiva destes dois parmetros no processo de usinagem.

Palavras-chave: Cavaco, Rugosidade, Avano, Profundidade de corte.

1. INTRODUO

O cavaco a parte de material que removida da pea pela ferramenta de corte durante ausinagem. O estudo do cavaco e de como ele formado tem possibilitado aprimoramentos noprocesso de usinagem e no desenvolvimento de ferramentas de corte mais eficientes. Estes ganhospodem vir a resultar em um aumento na produtividade e na qualidade das peas a serem usinadas.

A formao do cavaco tem ligao com o estado de acabamento superficial da pea usinada, achamada rugosidade. As variveis que influenciam na formao do cavaco muitas vezes tambminterferem no valor da rugosidade. Conhecer a rugosidade um fator determinante para a qualidadedos produtos em diversos segmentos da indstria e por isso, conhecer a metodologia de sua leitura eos parmetros que esto ligados a ela de grande importncia.

1.1. Tipos de cavacos

Os cavacos morfologicamente podem ser contnuos, descontnuos e segmentados. Os cavacoscontnuos geralmente so formados na usinagem de materiais mais dcteis, j os cavadosdescontnuos so formados pela usinagem de materiais mais frgeis tais como ferro fundido e bronze.Utilizando uma classificao mais detalhada os cavados so podem ser: contnuos, parcialmentecontnuos, descontnuos e segmentados. A obteno dos trs primeiros tipos depende muito daductilidade do material e os parmetros, j o tipo segmentado se refere a usinagem de material debaixa condutividade trmica e na presena de cisalhamento catastrfico ou adiabtico.

Os cavacos contnuos so formados na usinagem de materiais dcteis, como ao de baixa liga.Nesse caso, ocorre o cisalhamento na zona primaria ocorrendo grandes deformaes epermanecendo homogneo sem fragmentao.

O tipo de cavaco esta fortemente ligado a tenso normal no plano de cisalhamento, a qualdepende do ngulo de cisalhamento e das condies de atrito na interface ferramenta/cavaco, ouseja, na zona secundaria de cisalhamento. Na formao do cavaco continuo h um equilbrio entreforas, tenso normal e de cisalhamento, que ocorre no plano de cisalhamento, para que no haja arpida propagao da trinca e com isso a ruptura do cavaco. A complexidade na anlise observada,principalmente, pelas condies de atrito na interface ferramenta/cavaco, onde promove a tenso decisalhamento no plano de cisalhamento, necessrio abertura de trinca, a restrio que o cavaco



tem ao se movimentar na superfcie de sada da ferramenta. Quanto maior for a restrio maior ser atenso provocada. E essa mesma restrio que promove a tenso de compresso no plano decisalhamento e que poder restringir a propagao da trinca.

Algumas condies podem favorecer a propagao da trinca, diminuindo a restrio aomovimento do cavaco na zona secundaria de cisalhamento e, por conseguinte, a tenso normal quedetermina a extenso da trinca, ao mesmo tempo que reduz a tenso de cisalhamento. A adio deelementos como chumbo, telrio, selnio e enxofre aos aos pode favorecer a formao de cavacos,o que ocorre com os chamados aos de corte livre. Tais adies alm de diminurem as tensesnormais tambm reduzem as tenses de cisalhamento no plano de cisalhamento, pois fragilizam osmateriais. Dentre outras variveis importantes na formao de cavacos contnuos se destacamgeometria de aresta, principalmente ngulo de sada, velocidade de corte, o avano, a profundidadede corte, as incluses ( a quantidade, a forma e a dureza) e a rigidez da ferramenta tambm sovariveis importante que influenciam o tipo de cavaco.

Os cavacos contnuos so indesejveis no processo de usinagem, pois, podem comprometer asegurana, danificar a superfcie usinada, etc, caso no ocorra a quebra natural do cavado anecessidade de utilizao do quebra cavaco.

Agora o cavaco descontnuo mais comum em materiais frgeis como bronze e ferro fundidocinzento, pois no conseguem suportar grandes deformaes sem quebrar. Entretanto, baixasvelocidades de corte, ngulo de sada pequeno e grandes avanos tambm podem produzir cavacosdescontnuos em materiais de baixa ductilidade. Com o aumento da velocidade de corte, o cavacotende a se tornar mais contnuos, pois alm de mais calor ser produzido e, por conta disso, osmateriais se tornarem mais dcteis, a penetrao de contaminantes na interface ferramenta/cavacopara reduzir a tenso normal no plano de cisalhamento torna-se mais difcil.

No cavaco descontinuo a trinca se propaga por toda a extenso do plano de cisalhamento,promovendo sua segmentao. A zona secundaria de cisalhamento tambm desempenha importantepapel para que esse tipo de cavaco seja formado. Inicialmente o componente de fora tangencial superfcie de sada menor que a fora necessria para promover o escorregamento do cavaco. H,ento, o desenvolvimento de uma regio de material esttico e a separao do cavaco ocorrer como aumento da relao entre fora tangencial e normal.

Os cavacos segmentados so caracterizados por grandes deformaes continuadas emestreitas bandas entre segmentos com pouca ou quase nenhuma deformao nos seus interiores.Esse fenmeno ocorre atravs da diminuio na resistncia mecnica do material por causa doaaumento do aumento da temperatura (provocado pelas deformaes plsticas locais nas bandas decisalhamento) iguala, ou excede o aumento da resistncia mecnica causada pelo endurecimento afrio. Isso peculiar a certos materiais com pobres propriedades trmicas, como o titnio e suas ligas.O cisalhamento para formar o cavaco comea a ocorrer em um plano de cisalhamento particular,quando as tenses impostas pelo movimento da ferramenta contra a pea excedem o limite deescoamento do material da pea. A energia associada a essa deformao convertida em calor e,devido as propriedades trmicas do material, altas temperaturas so desenvolvidas de formaconcentrada ocorre o amolecimento do material localizado e, consequentemente, um plano dedeslizamento, como ocorre na formao de cavaco contnuos. Ocorre uma rotao no plano decisalhamento, devido a deformao, onde comea a distanciar da ponta da ferramenta e se aproximarda superfcie de sada. A rotao prossegue at que o aumento as fora provocada pela rotaoultrapasse a fora necessria para deformar um material a temperatura menor, em outro plano maisfavorvel. Esse processo denominado como cisalhamento termoplstico catastrfico ou decisalhamento adiabtico formando cavacos na forma cclica com formado de dentes de serra.

A temperatura alcanada durante a formao de cavacos, de suas propriedades trmicas e davelocidade de deformao so variveis importantes para que ocorra o cisalhamento termoplsticocatastrfico. Pesquisas cientificas provaram que acima de uma determinada velocidade onde o efeitode amolecimento devido ao aumento da temperatura supera o efeito do endurecimento a frio podemvir a ocorrer o cisalhamento termoplstico catastrfico.



1.2. Formas de cavacos

A classificao dos cavacos quanto a sua forma podem ser em fita, helicoidais, em espiral, emlascas ou pedaos.

A varivel que mais interfere na formao do tipo e forma de cavaco o material da pea.Cavacos contnuos, parcialmente contnuos e segmentados possuem uma variabilidade de formamuito grande modificando os parmetros de cortes e utilizando o quebra cavaco. J os cavacosdescontnuos so classificados apenas como lascas ou pedaos.

Em relao aos parmetros de cortes, normalmente um aumento na velocidade, uma reduo noavano, ou um aumento no ngulo da sada tendem a produzir cavacos em fitas. Dentre osparmetros de corte o avano possui maior influencia em relao a forma do cavaco seguido daprofundidade de corte.

Os cavacos longos so os que necessitam maior ateno principalmente a respeito dasegurana em relao ao operador. Em geral, os parmetros de corte so definidos para que evitem aformao de cavacos longos, no entanto, a melhor forma para evitar a formao desse tipo de cavaco a utilizao do quebra cavaco.

1.3. Rugosidade

A rugosidade superficial so deformaes na superfcie usinada causada pela ferramenta decorte. Com o avano de novas tecnologias faz se necessrio o aperfeioamento no processo deusinagem visando um maior controle em relao ao atrito, ajuste e tolerncia. Durante analise darugosidade superficial possvel verificar falhas durante a utilizao de peas usinadas e obterparmetros qualitativos de desempenho das ferramentas.O termo textura refere se aos vales e picos deixados na superfcie usinada. Por conveno a texturacompreende duas componentes rugosidade e ondulao. A superfcie de uma pea pode ser divididaem duas camadas limites distintas: a externa e interna. A camada limite interna da superfcie resultado da ao mecnica da usinagem e sua profundidade depende da severidade da usinagem aque foi submetida. A camada limite externa encontra se entre a atmosfera externa e a estruturaatmica do material.

Os parmetros em relao a rugosidades das peas so baseados na norma ABNT NBR6405:1988, atravs dela fica estabelecido termos e conceito indispensveis.

A rugosidade mdia (Ra) o parmetro mais utilizado na indstria. a mdia aritmtica dosvalores absolutos das ordenadas de afastamento, dos pontos de perfil de rugosidade em relao linha media, dentro do percurso de medio (lm). A rugosidade mdia pode ser utilizada para vrioscomponentes como peas fabricadas por torneamento, fresagem, aplainamento e retificao, peasornamentais guias de maquinas ou em componentes gerais, que no necessitam de acabamentosuperficial.

A rugosidade total (Rt) corresponde a maior distncia entre um pico e um vale no comprimentode avaliao.

2. MATERIAIS E MTODOS

2.1. Mateirias

4 cilindros de ao SAE 12L14 inicial 50mm 1 Ferramenta (CNMA 433) SECO CNMA 120412 classe TK 1000 Centro de torneamento Romi Rugosmetro digital

2.2. Mtodos

Foi realizada a usinagem de cinco peas cilndricas de ao SAE 12L14, com inicial de 50 mm.Em cada pea foi realizada a usinagem mantendo a profundidade de corte constante e a cadaquarenta milmetros de comprimento de corte havia a modificao do avano, utilizando-se assimcinco diferentes valores para o avano em cada pea.



Para cada uma das peas foi utilizado uma profundidade de corte fixa e a aps as cincovariaes no avano, eram lidos os valores de rugosidade por toda a superfcie da pea. Foramutilizados quatro valores de profundidade corte diferentes, portanto foram lidos cinco valores derugosidade para cada uma das quatro profundidades de corte utilizadas.

Para cada uma destas etapas descritas foram coletados os cavacos, totalizando assim um totalde 20 amostras de cavacos diferentes mediante as diferentes condies de corte avaliadas nestetrabalho. Com os dados de rugosidade e o perfil dos cavacos obtidos pode inferir sobre a influnciado avano e da profundidade de corte em na formao do cavaco e no acabamento da pea.

3. RESULTADOS

3.1. Sobre a formao dos cavacos

Conforme o procedimento descrito, foram coletados diferentes amostras de cavacos as quaisesto contidas na Tabela 1. Pode-se notar que em todas as linhas os cavacos se tornam maissegmentados da direita para esquerda, alm de deixar de ser tubular para se tornar cavaco em arco.Isto leva concluir que o aumento do avano contribui diretamente na segmentao do cavaco, eportanto usar o maior avano possvel evita os inconvenientes de segurana e armazenamento decavacos mais longos, alm dos prejuzos ferramenta e ao acabamento da pea que ele poderepresentar. Pode-se explicar esta observao com os fatores que levam a quebra do cavaco. Sabe-se que a deformao do cavaco aps este deixar a superfcie de sada da ferramenta proporcional arazo da espessura do cavaco com o seu raio de curvatura. A espessura do cavaco funo doavano e portanto quanto maior o avano, maior ser a sua propenso a sofrer uma fratura.

Tabela 1 Cavacos coletados de usinagens com diferentes parmetros de corte



Sobre a segmentao do cavaco, o mesmo pode-se dizer sobre a influncia da profundidade decorte (ap); o aumento desta tambm resulta em cavacos mais segmentados. Mas nota-se que acontribuio da profundidade de corte para este efeito menor do que a do avano. Fica evidentetambm que quanto maior o ap maior a largura do cavaco.

Para o aumento tanto do ap quanto do avano pode-se observar o aumento da temperatura noprocesso de usinagem notando-se a alterao da colorao do cavaco. Isto confirma tambm o quese espera da teoria, uma vez que grande parte da potncia da mquina transformada em calor nainterface de usinagem. Esta potncia dissipada em calor depende da fora de corte e esta por suavez depende simultaneamente do ap e do avano.

3.2. Sobre a rugosidade

A tabela 2 apresenta os dados de rugosidades coletados neste trabalho, assim como os valores tericos calculados segundo as relaes:

Rt= f 8Re1000 (1)

Ra= f 31,2Re

1000 (2)

As figuras de 1 a 4 ilustram as as curvas de rugosidades que referentes aos dados experimentais da Tabela 2.

Fica evidente tanto pelas curvas de rugosidade em funo do avano quanto pelos dadostericos a tendncia de aumento da rugosidade com o avano; no caso dos dados experimentais estexplicitada por curvas de ajuste linear. A prpria formulao das rugosidades tericas deixa claro oaumento da rugosidade com o quadrado do avano; o avano um fator crucial na avaliao darugosidade. Por outro lado, no se pode afirmar o mesmo sobre a influncia da profundidade de cortena rugosidade com base nos dados coletados, embora esperado que o aumento do ap resulte noaumento das foras de corte e das ondulaes na superfcie da pea.

Tabela 2 Valores de rugosidade tericos e experimentais obtidos

AVANO [mm/volta]

PROFUNDIDADE DECORTE [mm]

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

0,3 P1Ra : 1,075Rt : 5,383

P2Ra: 2,132Rt: 8,258

P3Ra: 2,532Rt: 11,470

P4Ra: 3,356Rt: 16,260

P5Ra: 3,715Rt: 16,720

0,6 P6Ra : 0,883 Rt : 4,755

P7Ra: 2,378Rt: 9,467

P8Ra: 2,276Rt: 9,735

P9Ra: 3,327Rt: 14,580

P10Ra: 3,704Rt: 16,790

0,9 P11Ra : 0,907Rt : 5,054

P12Ra: 2,352Rt: 9,571

P13Ra: 2,204Rt: 9,967

P14Ra: 3,158Rt: 14,210

P15Ra: 3,682Rt: 16,600

1,2 P16Ra : 0,927Rt : 5,304

P17Ra : 2,499Rt : 9,955

P18Ra : 2,213Rt : 10,660

P19Ra : 3,180Rt : 14,610

P20Ra : 3,686Rt : 16,780

VALORES TERICOS Ra : 1,068Rt : 4,167Ra : 2,404 Rt : 9,375

Ra : 4,274 Rt : 16,667

Ra : 6,677 Rt : 26,042

Ra : 9,615 Rt : 37,500



4. Concluses

Em um mercado industrial globalizado como o atual, vital para indstria o ganho em produoe qualidade. Para os processos de usinagem, a avaliao do cavaco se mostra um fator importante eque pode resultar nestes dois benefcios. No que concerne a qualidade, a formao do cavaco estrelacionada com outro aspecto importante da pea a ser produzida: a rugosidade. Este trabalhopossibilitou avaliar de maneira prtica como a profundidade de corte e o avano interferiram demaneira prtica nestes dois itens. Pde-se observar que usar maiores profundidades de corte eavanos conduz a cavacos mais segmentados, o que um ponto positivo desejvel na usinagem poisinterfere tanto na qualidade do produto final como tambm nos custos para armazenamento etambm na segurana do operador. O aumento do avano porm leva a uma piora no acabamentoda pea;este um aspecto negativo que no deve ser ignorado pois influncia no aspecto do produtofinal de forma determinante, exceo feita s peas que necessariamente devem ter altos valores derugosidades. Esperava-se tambm um aumento sensvel da rugosidade com a profundidade de corte,mas os dados deste trabalho no permitem fazer tal concluso; mas deve-se ter em vista que forampoucos os pontos coletados e talvez com mais dados poderia ser possvel observar esse aumento narugosidade.



REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

MACHADO, lisson Rocha et al. Teoria da usinagem dos materiais. 2. ed. So Paulo: Blucher,2011. 397 p.

SILVA NETO, Joo Cirilo da. Metrologia e controle dimensional. Rio de Janeiro: Campus, 2012

Allan D. dos S. Silva - [email protected], Turma 321, R.A: 1313205556.Denis D. Carvalho - [email protected] K. R. S. Ferreira - [email protected]

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