Aula - Mecanismo de Forma\u00e7\u00e3o de Cavaco.pdf - Mecanismo de Forma\u00e7\u00e3o de Cavaco A forma\u00e7\u00e3o do cavaco influencia diversos fatores ligados \u00e0 usinagem

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Unformatted text preview: Mecanismo de Formação de Cavaco A formação do cavaco influencia diversos fatores ligados à usinagem: • Desgaste da ferramenta; • Esforços de corte; • Calor gerado na usinagem; • Penetração do fluido de corte; • Aspectos econômicos; • Qualidade da peça; • Segurança do operador; • Utilização adequada da máquina-ferramenta. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 1 Mecanismo de Formação de Cavaco O corte dos metais envolve o cisalhamento concentrado ao longo de um plano chamado plano de cisalhamento (zona primária de cisalhamento). O ângulo entre o plano de cisalhamento e a direção de corte é chamado de ângulo de cisalhamento (f). Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 2 Mecanismo de Formação de Cavaco Quanto maior a deformação do cavaco sendo formado, menor o ângulo de cisalhamento e maiores são os esforços de corte. Essa influência é marcante na usinagem de materiais dúcteis, muito suscetiveis à deformação. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 3 Mecanismo de Formação de Cavaco A parte de trás do cavaco é rugosa devido ao fato de a deformação não ser homogênea. Isto é devido à presença de pontos de baixa resistência ou de concentração de tensão presente no metal sendo usinado. Um plano de cisalhamento passando através de um ponto de concentração de tensão, causa deformação a um valor de tensão mais baixo que aquele que deforma um ponto que não está sob concentração de tensão. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 4 Mecanismo de Formação de 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 elástica e plástica) contra a superfície de saída da ferramenta. 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. 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. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 5 Mecanismo de Formação de Cavaco 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. Conclui-se que o fenômeno de formação do cavaco é periódico. Essa periodicidade foi comprovada experimentalmente por meio da medida da freqüência e da amplitude de variação da intensidade da força de usinagem. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 6 Mecanismo de Formação de Cavaco Na usinagem de materiais dúcteis, que tem grande zona plástica e, por isso, deformam-se bastante antes da ruptura, essas quatro fases são bem pronunciadas. A deformação do cavaco é tal que a área ocupada pelo cavaco na superfície de saída da ferramenta é maior que aquela calculada através da equação abaixo. A a p . f b.h onde: (b) é a largura de corte e (h) é a espessura de corte Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 7 Mecanismo de Formação de Cavaco Em materiais frágeis, que possuem zona plástica bem pequena e, por isso, rompem-se com pouca deformação plástica quando submetidos à tensão, as fases "a" e "b" citadas anteriormente são bem curtas, na fase "c" a ruptura do cavaco é total (não somente da peça, mas também das porções anteriores e posteriores de cavaco) e a fase "d" é praticamente inexistente, já que o pequeno cavaco formado pula fora da região de corte, não atritando com a superfície de saída da ferramenta. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 8 Mecanismo de Formação de Cavaco 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 = m.N) não é adequado na usinagem dos materiais, onde as pressões normais à superfície de saída da ferramenta são muito grandes. Trent e Wright defendem 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, quando da usinagem de vários metais (os que formam cavacos contínuos) com ferramentas de aço rápido e metal duro. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 9 Mecanismo de Formação de Cavaco Nestas condições, o movimento do cavaco na zona de aderência ocorrer por cisalhamento do material do cavaco. Bem próximo da interface é formada uma zona de cisalhamento intenso (chamada de zona de fluxo). Ali existe uma camada de material estacionário na interface cavaco-ferramenta e a velocidade de saída do cavaco vai aumentando a medida que se percorre sua espessura, até que se chega ao fim da zona de fluxo, onde acaba o cisalhamento e a velocidade de saída do cavaco fica constante. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 10 Mecanismo de Formação de Cavaco Essa zona de fluxo tem uma espessura da ordem de 0,01 a 0,08 mm, isto é, depois disso a velocidade de saída do cavaco se estabiliza. Na zona de aderência, a área de contato entre cavaco e ferramenta é total, isto é, a área real de contato é igual à aparente. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 11 Mecanismo de Formação de Cavaco Ao lado da zona de aderência acontece uma zona de escorregamento. Ali o contato se dá apenas nos picos das irregularidades das duas superfícies em contato. A zona de aderência ocorre devido às altas tensões de compressão, às altas taxas de deformação e à pureza do material da peça em contato com a ferramenta. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 12 Mecanismo de Formação de Cavaco As condições na interface, de escorregamento ou aderência, dependem do par ferramenta-peça, do tempo de usinagem e da velocidade de corte. As condições de aderência são favorecidas por altas velocidades de corte, longos tempos de usinagem e pequenas diferenças entre o material da peça e da ferramenta. Quanto menor o ângulo de saída da ferramenta, maior o comprimento de contato cavacosuperfície de saída da ferramenta e, com isso, maior a zona de aderência. Quanto maior a zona de aderência, maiores a temperatura de corte e a força de usinagem. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 13 Mecanismo de Formação de Cavaco Controle da Forma do Cavaco Diversos problemas práticos têm relação com a forma do cavaco produzido na usinagem já que esta tem implicações nas seguintes áreas: 1 – Segurança do operador - um cavaco longo, em forma de fita, pode, ao atingir o operador, machucá-lo seriamente. 2 – Possível dano à ferramenta e à peça - um cavaco em forma de fita pode se enrolar à peça, danificando seu acabamento superficial. 3 - Manuseio e armazenagem do cavaco - um cavaco longo, em forma de fita, é muito mais difícil de manipular e requer um volume muito maior para ser armazenado, que um cavaco curto com o mesmo peso. 4 - Forças de corte, temperatura e vida da ferramenta - ao se procurar deformar mais o cavaco visando aumentar sua capacidade de quebra, pode-se aumentar bastante os esforços de corte, com conseqüente aumento da temperatura e diminuição da vida da ferramenta. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 14 Mecanismo de Formação de Cavaco Materiais frágeis como o ferro fundido cinzento tendem a formar cavacos na forma de pequenas partículas. Por outro lado, materiais dúcteis tendem a formar cavacos longos e contínuos que são perigosos e difíceis de manusear. Quando se formam cavacos longos em forma de fita, com todos seus inconvenientes citados anteriormente, é necessário que o operador pare a máquina periodicamente para remover o cavaco amontoado. Isso representa um desperdício de tempo. Outras vezes, o operador tenta remover o cavaco com a máquina em funcionamento, o que representa um risco para sua segurança. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 15 Mecanismo de Formação de Cavaco Classificação dos Cavacos Os cavacos são classificados de diversas maneiras. Uma das mais didáticas é aquela que classifica o cavaco em tipos e formas. Existem maneiras mais detalhadas de classificar os tipos e formas de cavacos, como, por exemplo, a classificação que a norma ISO 3685 apresenta. A classificação apresentada por Ferraresi é suficiente. a) cavaco continuo - apresenta-se constituído de lamelas justapostas numa disposição contínua. A distinção das lamelas não é nítida. Forma-se na usinagem de materiais dúcteis (o aço, por exemplo), onde o ângulo de saída deve assumir valores elevados. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 16 Mecanismo de Formação de Cavaco b) cavaco de cisalhamento - apresenta-se constituído de lamelas justapostas bem distintas. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 17 Mecanismo de Formação de Cavaco c) cavaco de ruptura - apresenta-se constituído de fragmentos 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. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 18 Mecanismo de Formação de Cavaco Não há uma distinção muito nítida entre os cavacos contínuos e de cisalhamento. Conforme as condições de usinagem e a geometria da ferramenta, se estas impuserem uma deformação maior ao cavaco, pode-se passar do cavaco contínuo ao de cisalhamento, mas o principal fator determinante do tipo de cavaco é o material da peça usinada. Em geral, materiais dúcteis (aços, alumínios) formam cavacos contínuos ou de cisalhamento e materiais frágeis (ferros fundidos e latões) formam cavacos de ruptura. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 19 Mecanismo de Formação de Cavaco Pode-se ainda ter um quarto tipo de cavaco que se forma principalmente na usinagem de aços endurecidos, chamado cavaco segmentado ou "dente de serra". Devido à utilização de ferramentas com ângulo de saída negativo, aparecem na ferramenta e na peça grandes tensões de compressão. Como o material é frágil, essa alta tensão de compressão induz à formação de trincas ao invés da deformação plástica do cavaco. Essa trinca inicia-se na superfície livre (não sujeita à pressões hidrostáticas) e aprofundase na direção da ponta da ferramenta, aliviando a energia armazenada e servindo como uma superfície deslizante para o segmento de material. Simultaneamente ocorre aquecimento e deformação plástica do material. Após o segmento de cavaco ter deslizado, a pressão de corte é renovada, dando início ao aparecimento de uma nova trinca e reiniciando o ciclo. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 20 Mecanismo de Formação de Cavaco Os segmentos de cavaco assim formados, são ligados por uma pequena porção de material a qual foi deformada plasticamente e aquecida a alta temperatura, fazendo com que o cavaco seja longo mas com aparência serrilhada. Este tipo de cavaco ocorre com freqüência no torneamento de aços endurecidos. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 21 Mecanismo de Formação de Cavaco Não é possível classificar os cavacos do tipo de ruptura quanto a suas formas, mas os cavacos contínuos e de cisalhamento podem ser classificados da seguinte maneira: a) cavaco em fita; b) cavaco helicoidal; c) cavaco espiral; d) cavaco em lascas ou pedaços. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 22 Mecanismo de Formação de Cavaco O cavaco em fita carrega consigo todos os inconvenientes já citados anteriormente. As outras formas de cavaco não têm inconvenientes mais sérios, dependendo do tipo de processo utilizado. Assim, por exemplo, o cavaco em lascas é preferido quando houver pouco espaço disponível, ou quando o cavaco deve ser removido por fluido refrigerante sob pressão, como no caso da furação profunda. Em fresamento frontal de faceamento, quando a remoção de material é elevada, preferese a formação de cavacos helicoidais, pois estes saltam fora do bolsão de armazenamento de cavaco entre os dentes da fresa, não se tendo o risco de entupimento desse espaço. Logicamente, não tem sentido definir-se as formas de um cavaco se ele é do tipo de ruptura. Este cavaco é sempre muito pequeno, em geral em forma de pó. Assim, a classificação das formas de cavaco dada acima se presta aos cavacos do tipo contínuo e de cisalhamento. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 23 Mecanismo de Formação de Cavaco Alterações da Forma do Cavaco Geometricamente a forma do cavaco é determinada pela combinação de: a) curvatura vertical (w); b) curvatura lateral (q); c) ângulo do fluxo do cavaco (h). Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 24 Mecanismo de Formação de Cavaco A melhor maneira de se promover a curvatura vertical é a colocação de um obstáculo no caminho do fluxo do cavaco, o qual é chamado de quebra-cavacos. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 25 Mecanismo de Formação de Cavaco O aumento da deformação do material sendo usinado via diminuição dos ângulos de saída e/ou inclinação da ferramenta e o aumento do atrito cavaco-ferramenta, também promovem a curvatura vertical. a) curvatura vertical (w); b) curvatura lateral (q); c) ângulo do fluxo do cavaco (h). Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 26 Mecanismo de Formação de Cavaco A curvatura lateral do cavaco ocorre quando há um gradiente de velocidade de corte (e, conseqüentemente, da velocidade de saída do cavaco) ao longo da aresta de corte, como é o caso da furação e do torneamento de peças de pequeno diâmetro com alta profundidade de corte. a) curvatura vertical (w); b) curvatura lateral (q); c) ângulo do fluxo do cavaco (h). Ela também pode ser induzida pelo aumento da relação avanço/profundidade de usinagem, quando o ângulo de saída é pequeno. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 27 Mecanismo de Formação de Cavaco É interessante que se promova a curvatura do cavaco afim de se conseguir sua quebra e assim evitar a formação de cavacos em forma de fita. Diversos tipos de quebra de cavacos podem ser observadas. O cavaco pode se dobrar verticalmente e se quebrar ao atingir a peça. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 28 Mecanismo de Formação de Cavaco Pode se dobrar verticalmente e se enrolar sobre si mesmo quando tocar a peça. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 29 Mecanismo de Formação de Cavaco Pode se dobrar verticalmente e lateralmente e se quebrar quando atingir a superfície de folga da ferramenta. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 30 Mecanismo de Formação de Cavaco Pode se dobrar lateralmente e se quebrar quando atingir a superfície da peça que ainda não foi usinada. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 31 Mecanismo de Formação de Cavaco Na maioria destes casos, a quebra é iniciada na face rugosa do cavaco (face superior). A quebra ocorrerá quando a deformação aplicada ao cavaco alcançar a deformação limite na ruptura (er) do material. Para que a quebra do cavaco ocorra, a equação abaixo deve ser satisfeita: 1 1 e r hD R0 R1 Onde: hD = espessura do cavaco .hD = distância entre a linha neutra e a superfície do cavaco R0 = raio de curvatura do cavaco R1 = menor valor de R0 onde ainda se evita o choque com o porta-ferramenta ou outro obstáculo. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 32 Mecanismo de Formação de Cavaco Para que a quebra do cavaco ocorra, a equação abaixo deve ser satisfeita: 1 1 e r hD R0 R1 Onde: hD = espessura do cavaco .hD = distância entre alinha neutra e a superfície do cavaco R0 = raio de curvatura do cavaco R1 = menor valor de R0 onde ainda se evita o choque com o porta-ferramenta ou outro obstáculo. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 33 Mecanismo de Formação de Cavaco Assim, para se facilitar a quebra do cavaco, pode-se: a) diminuir er, aumentando a fragilidade do material através de tratamento térmico ou de trabalho a frio (encruamento) do material. Partículas de MnS e Pb em aços de usinabilidade melhorada também têm uma ação de aumento da fragilidade do material. b) aumentar hD através do aumento do avanço ou do ângulo de posição da ferramenta (cr), já que hD=f.sencr. Quanto menor a espessura do cavaco (hD) mais flexíveis eles são e, assim, se tornam mais difíceis de quebrar. c) diminuir R0 através da diminuição dos ângulos de saída (go) ou inclinação (ls) ou da colocação de quebra-cavacos. 1 1 e r hD R0 R1 Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 34 Mecanismo de Formação de Cavaco d) aumentar R1 ou limitar o espaço para o fluxo do cavaco. e) aumentar o coeficiente - este coeficiente é 0.5 para cavacos com secção transversal retangular. Quebra-cavacos como o mostrado na abaixo produzem cavacos com secção transversal curvada, que tem um valor de grande. Este tipo de quebra-cavaco é útil para quebrar cavacos finos em corte de acabamento. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 35 Mecanismo de Formação de Cavaco Com relação à influência da velocidade de corte, da profundidade de usinagem e da geometria da ferramenta na capacidade de quebra do cavaco, pode-se dizer o seguinte: - Em baixas velocidades de corte os cavacos geralmente apresentam boa curvatura natural e, portanto, não costumam apresentar problemas com relação à quebra. Quando as velocidades de corte aumentam e atingem a faixa que normalmente é utilizada quando se utiliza ferramentas mais resistentes ao desgaste como o metal duro, o problema da quebra do cavaco passa a ter muita importância; - Grandes profundidades de usinagem auxiliam o aumento da capacidade de quebra do cavaco; Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 36 Mecanismo de Formação de Cavaco - A relação entre raio de ponta e profundidade de usinagem influencia na quebra do cavaco. Quando a relação ap/r é pequena, o cavaco se dobrará lateralmente, com grande ângulo de fluxo, formando um cavaco que não se quebra com facilidade. Quando esta relação é grande, além da curvatura lateral, haverá também curvatura vertical do cavaco e ele se dobrará no sentido de encontrar a superfície de folga da ferramenta e lá se quebrar. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 37 Mecanismo de Formação de Cavaco A mudança das condições de usinagem com o fim específico de se obter uma forma adequada do cavaco, deve ser o tanto quanto possível evitada, pois estas são fixadas levando-se em consideração requisitos técnicos e econômicos do processo. Os ângulos negativos de saída e de inclinação, quando exagerados, aumentam os esforços de corte, podendo ocasionar vibrações indesejáveis na ferramenta ou mesmo impossibilitar o corte, no caso da máquina-ferramenta não possuir potência suficiente. Assim, o meio mais adequado para se obter a quebra do cavaco é a utilização de elementos de forma colocados na superfície de saída da ferramenta, denominados quebra-cavacos. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 38 Mecanismo de Formação de Cavaco Os quebra-cavacos podem ser moldados na superfície de saída da ferramenta ou postiços. Engenharia Mecânica CAMPUS PONTA GROSSA Usinagem 39 Mecanismo de Formação de Cavaco As dimensões do quebra-cavacos estão intimamente relacionadas com a espessura, velocidade e profundidade de usinagem, além do material usinado. Esta dependência diminui a versatilidade do emprego da ferramenta com quebra-cavacos moldado na superfície de saída. Outra desvantagem desse tipo de quebra-cavacos é que ele dificulta ou impossibilita a afiação da ferramenta. Mesmo assim, ferramentas com esse tipo de quebra-cavacos são bastante utilizadas, devido ao fato de que em uma produção seriada ou semi-seriada, existem muitas peças a serem usinadas em acabamento e muitas em desbaste e, em geral, as máquinas podem ter...
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  • Spring '13
  • Job
  • Fluido, atrito, Pressão, Formação De Cavaco

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