007_2020_A interface cavaco ferramenta

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Usinagem
A Inter face Cavaco -Ferramenta
A Interface Cavaco-Ferramenta
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Prof. Dr. Rodrigo H. Lopes da Silva
rodrigolopes@utfpr.edu.br
Usinagem
A Inter face Cavaco -Ferramenta
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Sumário
Interface cavaco-
ferramenta é importante? 
Dificuldades
Quick-stop
Condições da interface 
cavaco-ferramenta
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➢ Última etapa do processo de formação do cavaco, em que, as condições nas quais
acontece este escorregamento têm influências marcantes em todo o processo de
usinagem.
➢ Tais influências estão relacionadas ao próprio mecanismo de formação do cavaco, na
força de usinagem, nas temperaturas de corte, no desgaste e vida das ferramentas.
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➢Atrito de Coulomb ( F = .N, onde  é o coeficiente de atrito) não vale. As pressões
normais são muito altas, podendo chegar a ordem de 3,5 GN/m2 [GPa] (Trent, 1963).
➢ A maioria das teorias modernas para o estudo do cavaco são baseadas no quick-
stop.
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➢A observação do fenômeno de formação do cavaco durante o corte é complicada e
não oferece a quantidade de detalhes necessários.
➢ Normalmente as velocidades com que os cavacos saem são muito altas (Ex. vcav =
120 m/min = 2 m/s, ou até maiores).
➢ As áreas de contato cavaco-ferramenta são muito pequenas (Ex. A’ = 6 mm2, às
vezes menores).
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Teorias antigas concentravam os 
estudos no plano de cisalhamento 
primário.
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A maioria dos estudos da interface utiliza o congelamento do
corte, usando técnicas de Quick-Stop.
Neste processo, a ferramenta de corte no torneamento
é retraída, com velocidade superior a velocidade de corte (de 2 a
3 vezes maior), deixando a raiz do cavaco em condições de
análises em microscópios para estudos.
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Acionamento por 
revólver
Acionamento por mola
(MACHADO et al., 2015)
(TOENSHOFF e DENKENA, 2013)
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Overview of quick-s top in plain carbon steel showing the orientation and
view area of subsequent SEM micrographs (JACOBSON E WALLÉN, 1988).
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(TRENT E WRIGHT, 2000)
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(TOENSHOFF e DENKENA, 2013)
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➢Aderência (seizure ou sticking) + Escorregamento;
➢ Escorregamento (sliding);
➢ Aresta Postiça de Corte (APC) [Built-Up-Edge, BUE).
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Áreas de aderência e escorregamento na interface cavaco-ferramenta 
(TRENT E WRIGHT, 2000)
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14Área de contato numa superfície levemente carregada
AR <<<<< Aaparente
(MACHADO et al., 2015)
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15Os três regimes de atrito sólido
F  .N
F= cte = valor suficiente para vencer o 
limite res. ao cisalhamento do material.
Adaptado de: (SHAW, 2005)
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O modelo de distribuição de tensão na superfície de saída da 
ferramenta, proposto por Zorev
Tensão Normal  Exponencialmente.
Tensão cisalhante é cte até certo ponto = limite
de resistência ao cisalhamento do material →
Região de aderência.
Tensão cisalhante decresce exponencialmente
→ Região de escorregamento.
(MACHADO et al., 2015)
Regime III
Regime I
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Condições de aderência
• Condições de íntimo contato entre cavaco e ferramenta (Ar = A) – alta tensão de
compressão.
• Movimento na zona de fluxo com gradiente de velocidades.
• Deformações podem chegar à ordem de 100.
• Praticamente todo trabalho de cisalhamento é convertido em calor.
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Amostras de Quick-Stop: fortes indícios de aderência
(TRENT E WRIGHT, 2000)
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Raiz de um cavaco de aço de 
baixo carbono (ABNT 1010)
(TRENT E WRIGHT, 2000)
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Observação da zona de fluxo se 
estendendo na superfície da peça
(TRENT E WRIGHT, 2000)
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Movimento sobre a superfície da ferramenta
•Têm influências marcantes em todo o processo de usinagem –
Formação do cavaco; Força de usinagem; Calor gerado;
Mecanismos de desgaste; Taxa de desgaste das ferramentas de
corte.
É preciso, portanto, entender como se processa o
movimento do cavaco ao longo da superfície de saída da
ferramenta.
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Distância da
superfície de
saída da
ferramenta (m)
Deformação
cisalhante sobre o
comprimento de
contato cavaco-
ferramenta (mm/mm)
Tempo sobre o
comprimento de
contato cavaco-
ferramenta (s)
Taxa de
deformação (s-1)
80 20 1,6 1,25 x 104
40 40 3,2 1,25 x 104
20 80 6,4 1,25 x 104
10 160 12,8 1,25 x 104
5 320 25,6 1,25 x 104
2,5 640 51,2 1,25 x 104
Deformações cisalhantes na zona de fluxo de acordo 
com o modelo de Trent
Segundo o modelo de Trent, a deformação cisalhante na zona de fluxo é
inversamente proporcional à distância da superfície de saída.
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Deformações na Zona de Fluxo
Segundo o modelo de Trent, a deformação cisalhante na zona de fluxo é inversamente
proporcional à distância da superfície de saída. No ponto Y, a porção inicial do material
OabX sofreu uma deformação para Oa’b’X, enquanto que a metade do material da porção
inicial considerada, isto é, OcdX (metade de OabX) se deformou para Oc”d”X que é o dobro
da deformação sofrida por ab. Correspondentemente, o material OefX, onde Oe vale ¼ de
Oa, se deforma para Oe’’’f’’’X quando ele atinge o ponto Y, que é quatro vezes maior que a
deformação sofrida por OabX quando este atinge o mesmo ponto, Oa’b’X.
(TRENT, 1988)
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Condições de escorregamento
• Área REAL  Área APARENTE.
• NÃO EXISTE a zona de fluxo.
• Movimento relativo ocorre na interface.
• Geração de calor por flashes, em cada ponto
de contato.
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CASOS ESPECIAIS EM QUE A ADERÊNCIA É 
EVITADA
Adição de elementos de livre corte ou de corte fácil ( Chumbo,
Selênio, Telúrio, Bismuto, etc.) – lubrificantes sólidos internos.
• Resistência ao cisalhamento menor que a resistência da
matriz.
• Eliminação da zona de aderência, prevalecendo o
escorregamento.
• Influência em força, temperatura, desgaste, etc.
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SITUAÇÃO EM QUE A ZONA DE FLUXO É ELIMINADA
Raiz do cavaco do Latão 60-40 Raiz do cavaco do Latão 60-40 com Pb
(TRENT, 1988)
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Aço 1015 com APC
(TRENT E WRIGHT, 2000)
(TOENSHOFF e DENKENA, 2013)
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Structure of stainless-steel built-up edge Structure of Cu-40Zn brass built-up edge
(WALLBANK, 1979)
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➢Deformação plástica
➢Encruamento
➢Crescimento do corpo da APC
➢Abertura de trincas
➢Cisalhamento
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(MACHADO et al., 2015)
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➢ Processo envolvendo deformação plástica, encruamento e
formação de microtrincas.
➢ SÓ SE FORMARÁ na presença de segunda fase na matriz do
material sob corte – estado triaxial de tensão devido a taxas de
deformação diferentes das fases.
➢ SÓ SE FORMARÁ em baixas velocidades de corte.
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Variação da geometria da APC com velocidade de corte 
vc
Adaptado de: (MILOVIC e WALLBANK, 1983)
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As dimensões da APC não são constantes ao 
longo da largura de corte, b
200µm200µm200µm
(REIS, 2007)
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500µm500µm500µm
Fragmentos laterais da APC de Al-Si, vc = 18m/min
(REIS,2007)
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“A formação da APC pode ser
relacionada com uma pessoa caminhando
sobre um terreno de lama. O barro começa
a grudar no sapato e muda a forma do
solado. Ele vai crescendo em tamanho até
cair, e o processo começa a se repetir”.
Serope Kalpakjian
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RESUMO DAS CONDIÇÕES DA INTERFACE CAVACO-FERRAMENTA
Podem existir três situações distintas:
Aderência + Escorregamento
Escorregamento (com eliminação da aderência pela adição de elementos de livre-corte)
Aresta Postiça de Corte - APC
Em se prevalecendo qualquer uma destas, temos três situações distintas, e portanto os efeitos na
usinagem são também diferentes, principalmente na força de usinagem, na temperatura de corte e no
desgaste das ferramentas de corte.
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Calor gerado
➢ Zona de cisalhamento primário
➢ Zona de fluxo, em condições de aderência
➢ Região de escorregamento
Força de Usinagem
➢ Resistência ao cisalhamento nas zonas de cisalhamento
➢ Tamanho das áreas das zonas de cisalhamento
➢ APC
➢ Aderência
Desgaste
➢ APC
➢ Aderência
➢ Escorregamento
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Referências Bibliográficas:
KLOCKE, F. Manufacturing Processes 1: Cutting. Springer, 2011. https://doi.org/10.1007/978-3-642-11979-8.
MACHADO, A. R.; COELHO, R. T.; ABRÃO, A. M.; SILVA, M. B. Teoria da usinagem dos materiais. Editora Blucher,
2015. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521208440/. Accesso em: 01 Jul 2020.
JACOBSON, S., & WALLÉN, P. (1988). A new classification system for dead zones in metal cutting. International
Journal of Machine Tools and Manufacture, 28(4), 529–538. doi:10.1016/0890-6955(88)90065-x
REIS, L. L. G.; SILVA JUNIOR, W. M. DA; MACHADO, Á. R.. Effect of cutting speed and cutting fluid on the BUE
geometry of a SAE 12L14 free machining steel. J. Braz. Soc. Mech. Sci. & Eng., Rio de Janeiro , v. 29, n. 2, p. 196-
201, 2007.
SHAW, M. C. Metal cutting principles. 2. ed. Oxford University Press, 2005. ISBN 9780198086116.
TOENSHOFF, H. K.; DENKENA, B. Basics of Cutting and Abrasive Processes. Springer, 2013.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-33257-9.
TRENT, E. M. (1988). Metal cutting and the tribology of seizure: II movement of work material over the tool in metal
cutting. Wear, 128(1), 47–64. doi:10.1016/0043-1648(88)90252-9
TRENT, E. M.; WRIGHT, P. K. Metal cutting. 4th ed. Butterworth Heinemann, 2000. ISBN 9788131203521.
MILOVIC, R., WALLBANK, J. The machining of low carbon free cutting steels with high speed steel tools. J. Applied
Metalworking 2, 249–257 (1983). https://doi.org/10.1007/BF02833909
WALLBANK, J. (1979). Structure of built-up edge formed in metal cutting. Metals Technology, 6(1), 145–
153. doi:10.1179/030716979803276426
https://doi.org/10.1007/978-3-642-11979-8
https://doi.org/10.1007/978-3-642-33257-9
https://doi.org/10.1007/BF02833909
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
PRU