1

Formação do CavacoFormação do Cavaco

Efeitos sobre o Processo de UsinagemDesgaste da Ferramenta

Forças de Corte

Acabamento Superficial

Calor Gerado

Ação do Fluido de CorteUsinagem Econômica

Qualidade da Peça

Segurança do Operador

Produtividade

2

Mecanismo de Formação do Cavaco- Recalque (Def. Elást.)- Deformação Plástica- Ruptura - Movimento sobre Aγ

Etapas:

Considerações Básicas sobre o Mecanismo de Formação do Cavaco• Fenômeno periódico de 4 etapas• Zona de cisalhamento primária

• Sistema simples de atrito ðLei de Coulomb

• Zona de cisalhamento secundária• Sistema complexo de deformação ð A Lei de Coulomb

não se aplicaò

Estudo da Interface

Cavaco-Ferramenta

3

A Interface Cavaco-FerramentaZona de Aderência:- Área de contato total (AR=AA)- Zona de Fluxo- Movimento do cavaco por

cisalhamento interno- Inevitável p/ maioria dos

materiais

Zona de Escorregamento:- Área de contato parcial (AR<<<AA)- Sem Zona de Fluxo- Movimento do cavaco na interface

com a superfície de saída da ferramentas.

A Zona de Fluxo

CARACTERÍSTICAS:• Na usinagem de materiais de cavaco

contínuo• Camada de material estacionário

próximo à interface (0.01 a 0,08 mm)• Vcav variável na camada• Contato total (AR=AA)

CAUSAS:• Altas tensões de compressão

(até 3,5GN/m2)• Altas taxas de deformação

(ordem de 104 s-1)• Afinidade dos materiais da peça e da

ferramenta• Pureza do material da peça na

interface

• Em baixas Vc: Movimentação de discordâcias ð encruamento

• Em altas Vc: escorregamento dos contornos de grãos ð “fluido viscoso”

ð calor intensoð desgaste

4

Ângulo de Cisalhamento e Fator de Recalque

h < h´

Rc = h´/ h = vc / vcavtg φ = cos γo / (Rc - sen γo)

vcav< vc

Influências do Ângulo de Cisalhamento

ä Rc ⇒ å φå φ ⇒ ä deformação na zona primáriaä resist. mov. do cavaco (zona secundária) ⇒ å φå φ ⇒ ä comprimento da zona primária

å φ ⇒ ä calor

5

Determinação do Ângulo de Cisalhamento

• Equação empírica : tg φ = cos γo / (Rc - sen γo)• Metalografia / Medição• Equações teóricas:

– Ernest e Merchant: 2φ + ρ - γo = π/2 onde ρ = arctg µ– Lee e Shaffer: φ + ρ - γo = π/4– Hucks: φ + 1/2 arctg µ - γo = π/4– Stabler: φ + ρ - γo/2 = π/4– Outros...

Aresta Postiça de Corte - FormaçãoFenômeno:- Ligações atômicas- Deformação plástica- Encruamento- Microtrincas- Acumulação- Cisalhamento

Ocorrência:- Materiais dúteis- Baixas vc

6

Aresta Postiça de Corte - Problemas e Soluções -

Problemas:- Mau acabamento superficial- Desgastes adesivo e abrasivo

Soluções:- Aumento da velocidade de corte vc

- Diminuição do avanço f- Aumento do ângulo de saída γo

- Lubrificação da interface ( fluido de corte, polimento, revestimento TiC)

Tipos de Cavacos (Contínuos)

• Cavacos Contínuos:– Na usinagem de materiais dúteis

(Al, Cu)– Grande quantidade de deformação– Lamelas em disposição contínua– Difícil distinção das lamelas– São indesejáveis

7

Tipos de Cavacos (Descontínuos)

• Cavacos Descontínuos:– Na usinagem de materiais frágeis

(Bronze, Ferro fundido)– Na usinagem de materiais semi-

dúteis, usando åvc, åγo, äf– Fratura com pequena quantidade

de deformação– São desejáveis

Tipos de Cavacos (Segmentados)

• Cavacos Segmentados (Cisalhados):

– Na usinagem de materiais dúteis e semi-dúteis

– Grande deformação entre as lamelas e pouca deformação no interior destas

– Lamelas justapostas e bem distintas

8

Formas de Cavacos

À Fitas retasÁ Fitas retorcidas (emaranhado) Helicoidal tipo arruelaà HelicoidalÄ Helicoidal cônico longo

Å Helicoidal cônico curtoÆ Espiral cônicoÇ Espiral planoÈ Cavaco em arcoÉ Cavaco fragmentado

Problemas Relacionados com a Forma do Cavaco

• Segurança do operador• Acabamento superficial da peça• Quebra da ferramenta• Obstrução do fluido de corte• Operacionalização na máquina (volume)• Manuseio e transporte

9

Fatores que Influem na Forma do Cavaco

• Material da peça

• Tipo de cavaco

• Condições de corte1o ) Avanço

2o ) Velocidade de corte

3o ) Profundidade de corte

• Uso de quebra-cavacos

Controle do Cavaco

• Baixas vc ð boa curvatura ð quebra natural

• Novas ferramentas• Máquinas CNC

ð Altas v ð Cavacos longos

Controle

10

Capacidade de Quebra do Cavaco

• Condição de quebra:

εcav > εcrítica sendo que εcrítica ≈ h´/ rc

• Medidas iniciais:– ä h´ ⇒ Pior acabamento– å rc ⇒ Quebra-cavacos

Deformação Crítica de Ruptura do Cavaco - εcr

Onde:

δ : coeficiente de curvatura do cavaco

h´: espessura do cavaco

rc : raio de curvatura natural do cavaco

rm : menor raio de curvatura do cavaco

−⋅≤

mccr rr

h11

´δε

11

Determinação do Raio de Curvatura• Para QC postiço:

( )[ ] ( )]2

cotcotσ

σ ⋅⋅−−= tllr fnc

• Para QC integrado:

)(´2

2

htll

r fnc +

−=

Influências sobre a Quebra do Cavaco

• Fragilidade do material (< εcr) • Curvatura natural do cavaco (< rc)• Espessura do cavaco h´( > h´)• Geometria da ferramenta ( < γo , < λs , > χr )• Velocidade de corte ( < vc)• Profundidade de corte ( > ap )• Rigidez da máquina

12

Tipos Básicos de Curvatura do Cavaco

• Curvatura Vertical (w)

• Curvatura Lateral (θ)

• Curvatura Angular (η)

Alteração da Forma do Cavaco através da Curvatura Vertical

• Uso de QC• å γo

• ä atrito• ä espessura do cavaco (avanço)

13

Alteração da Forma do Cavaco através da Curvatura Lateral

• Variação do gradiente de velocidade do cavaco ao longo da aresta de corte

• Variação da relação ap / rε

vcav

Pontos de Contato para a Quebra do Cavaco

• Superfície transitória da peça

• Superfície pincipal de folga da ferramenta

• Superfície a usinar da peça

• Superfície usinada da peça

14

Controle do Cavaco por QC Integrado de Diferentes Design

Ampla faixa de aplicação:

Desbaste e acabamento

Variação da Forma do Cavaco Inerente ao Corte

• Variação da força atuante no cavaco• Mudança nas direções de máximas tensão

deformação

• Fenômenos transientes no início do corte• Lubrificante, oxidação e impurezas na interface

• Variação na geometria da ferramenta• Desgaste e lascamentos

• Heterogeneidade do material da peça• composição química, encruamento