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Temperatura de corte

Na usinagem, de 97 a 99% da energia consumida é convertida em calor.

O calor pode ser gerado em três zonas distintas:(i) - zona de cisalhamento primário(ii) - zona de cisalhamento secundário(iii) - zona de interface peça-superfície de folga da ferramenta.

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A - zona de cisalhamento primárioB e C - zona de cisalhamento secundário D - zona de interface entre a peça e a superfície de folga da ferramenta

Zonas de Geração de Calor em Usinagem

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The maximum temperature is about halfway up the face of the tool and that there is a steep temperature gradient across the thickness of the chip. Some chips may become red hot, causing safety hazards to the operator and thus necessitating the use of safety guards. Source: After G. Vieregge.

Distribuição típica de temperatura na zona de corte

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BALANÇO ENERGÉTICO

onde,Qz = calor gerado na zona de cisalhamento primário.Qa1 = calor gerado na zona de cisalhamento secundário.Qa2 = calor gerado na zona de interface peça- superfície de folga da ferramenta.Qc = calor dissipado pelo cavaco.Qp = calor dissipado pela peça.Qma = calor dissipado pelo meio ambiente.Qf = calor dissipado pela ferramenta de corte.

Qz Qa Qa Qc Qp Qma Qf+ + = + + +1 2

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CALOR GERADO NA ZONA DE CISALHAMENTO PRIMÁRIO - Qz

A maior parte deste calor é dissipado pelo cavaco, mas uma pequena fração M, é conduzida na peça.O aumento da temperatura do cavaco devido a Qz pode ser calculado:

onde:J = equivalente mecânico de calor.ρ = densidade do material da peça.c = calor específico do material da peça.

( ) ( )[ ]∆ θ c

M Fc FfJ c h b

=− −1 tan

. . . .φ

ρ

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CALOR GERADO NA ZONA DE CISALHAMENTO PRIMÁRIO - Qz

A temperatura do cavaco terá, praticamente, nenhuma influência na temperatura da ferramenta, porque o tempo com que uma pequena porção do cavaco (lamela) passa sobre a superfície de saída da ferramenta, é muito pequeno (poucos milissegundos) para conduzir calor. Além disso, na presença da zona de fluxo, na zona de cisalhamento secundário, haverá ali o desenvolvimento de temperaturas bem maiores que as temperaturas do cavaco. Assim, o calor fluirá da zona de fluxo em direção ao cavaco, e não o contrário.

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CALOR GERADO NA ZONA DE CISALHAMENTO SECUNDÁRIO - Qa1

A FONTE DE CALOR MAIS IMPORTANTE EM USINAGEM É A ZONA DE CISALHAMENTO SECUNDÁRIO

Grande parte do calor gerado nesta região vai para o cavaco e apenas uma pequena fração é dissipada na ferramenta. Entretanto temperaturas da ordem de 1100oC, ou superiores, já foram registradas na superfície da ferramenta.

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CALOR GERADO NA ZONA DE CISALHAMENTO SECUNDÁRIO - Qa1

Na presença da zona de fluxo a quantidade e a taxa de deformação são tão altas e complexas que se torna irrealista a tentativa de calcular o aumento de temperatura naquela região. A temperatura na zona de fluxo, e portanto, a temperatura da ferramenta depende da quantidade de trabalho realizado para cisalhar o material e da quantidade de material que passa pela zona de fluxo, e isto varia com o material da peça.

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Temperaturas máximas da interface cavaco-ferramenta em função da velocidade de corte, para vários materiais.

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CALOR GERADO NA ZONA DE INTERFACE ENTRE A PEÇA E A SUPERFÍCIE DE FOLGA DA FERRAMENTA - Qa2

Esta fonte de calor só é importante quando usinado com ângulos de folga pequenos (< 2º) ou quando o desgaste de flanco se fizer presente. Neste caso a análise é similar à Qa1, com a presença da zona de fluxo e altas temperaturas na superfície de folga, podendo levar a ferramenta de corte ao colapso.

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MEDIÇÃO DA TEMPERATURA DE USINAGEM

Métodos práticos� Medição da força termoelétrica entre a ferramenta e a peça

(método do termopar ferramenta-peça).� Medição direta por inserção de termopares na ferramenta de corte.� Medição do calor de radiação com sensores infra-vermelhos.� Medição utilizando vernizes termosensíveis.� Medição por técnicas metalográficas.� Medição usando pós-químicos.� Medição usando filmes PVD

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Medição da força termoelétrica entre a ferramenta e a peça (método do termopar ferramenta-peça)

V

peça ferramenta

F1

mercúrio

E

A2

Qdisco de contato

A1 cuba

isolamento

placa do torno

F3F2

F4

V

Va

C

B

R

F P

Medição Calibração

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Medição direta por inserção de termopares na ferramenta de corte

mVR

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Medição do calor de radiação

lentespeça

ferramentatermoelemento

diafragma

milivoltímetro

fêcho

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Medição utilizando vernizes termosensíveis

Consiste da utilização de vernizes com capacidade de mudança de cor a determinadas temperaturas. Esta técnica é aplicada somente em superfícies acessíveis sob condições de regime permanete.

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Medição por técnicas metalográficas

Influência da velocidade de corte

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Medição por técnicas metalográficas

Influência do avanço

(c)

(a) (b)

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Medição usando filme PVD

direção de avanço

insertos

peça (disco)

Zona de filme fundido

Zona de filme não fundido