06 - A Interface Cavaco-Ferramenta

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Usinagem dos Metais
Capítulo 6
A INTERFACE CAVACO-FERRAMENTA
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POR QUE ESTUDAR A
INTERFACE
CAVACO-FERRAMENTA?
Capítulo 6: 
A Interface Cavaco-Ferramenta
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Capítulo 6: 
A Interface Cavaco-Ferramenta
Formação do cavaco (Processo Periódico)
 Recalque
 Deformação plástica
 Ruptura
 Mov. sobre a sup. de saída da ferramenta 
As condições que acontecem este escorregamento têm
influências marcantes no processo (no próprio mecanismo
de formação do cavaco, na força de usinagem, nas
temperaturas de corte, no desgaste e vida das ferramentas
de corte).
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Piispanen Teorias antigas concentravam os 
estudos no pano de cisalhamento primário, entre eles Piispanen:
Capítulo 6: 
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Capítulo 6: 
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Conceito clássico de atrito (Amonton e
Coulomb) não é apropriado para todas as
condições de corte.
Atrito de Coulomb (F = .N),
onde  é o coeficiente de atrito
Altas pressões normais (3,5 GN/m
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)
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DIFICULDADES
 Observações diretas durante o corte oferece mínimos 
detalhes.
 Velocidades de saída dos cavacos são, normalmente 
muito elevadas (Vcav = 120 m/min = 2m/s, às vezes 
maiores).
 Áreas de contato cavaco-ferramenta muito pequenas 
(A= 6mm
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, às vezes menores).
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Técnicas de Quick-Stop
Congelamento do corte
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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Quick-Stop
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Quick-Stop
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Quick-Stop
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Quick-Stop
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Quick-Stop
Acionamento por revolver Acionamento por 
mola
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Quick-Stop
14Situações no desengate
Capítulo 6: 
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Capítulo 6: 
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Na interface cavaco-ferramenta podem existir 
três condições distintas:
 Aderência (seizure ou sticking)
 Escorregamento (sliding)
 Aresta postiça de corte, APC (built-up-edge, 
BUE)
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Figura 6.1. Áreas de aderência e escorregamento na interface cavaco-
ferramenta 
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ATRITO EM USINAGEM
Figura 6.2. Área de contato numa superfície levemente carregada
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Figura 6.3. Os três regimes de atrito sólido
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Figura 6.4. O modelo de distribuição de tensão na superfície de saída da 
ferramenta, proposto por Zorev 
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Capítulo 6: 
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Atrito em Usinagem
O atrito de Coulomb (, onde  é o coeficiente de
atrito) não vale para toda a extensão da zona de contato
cavaco-ferramenta. O coeficiente de atrito é considerado
em termos do ângulo de atrito médio:
onde, k = constante
fav = tensão normal média na 
interface








arctg
k
fav
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Condições de aderência
Nestas condições existe um íntimo contato entre o
cavaco e a ferramenta (Ar = A), garantido pela alta
tensão de compressão. Movimento na interface, ocorre
dentro da zona de fluxo, onde existe um gradiente de
velocidades. Na interface, o material é estacionário, mas
a poucos mícrons acima a velocidade assume o valor da
velocidade de saída do cavaco. As deformações podem
chegar à ordem de 100 e ocorrem por cisalhamento
termoplástico adiabático. Praticamente todo trabalho de
cisalhamento é convertido em calor, elevando a
temperatura da ferramenta.
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Amostras de Quick-Stop: fortes indícios de aderência
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Raiz de um cavaco de aço doce Ampliação
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Observação da zona de fluxo na peça
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Movimento sobre a superfície de saída da 
ferramenta
As condições que acontecem este movimento têm influências marcantes
em todo o processo de usinagem, principalmente no mecanismo de
formação do cavaco (plano de cisalhamento primário), na força de
usinagem (energia consumida), no calor gerado durante o corte
(temperatura de corte) nos mecanismos e na taxa de desgaste das
ferramentas de corte (vida das ferramentas).
É preciso, portanto, entender como se processa o
movimento do cavaco ao longo da superfície de saída da
ferramenta.
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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.
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Capítulo 6: 
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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
Tabela 6.1. Deformações cisalhantes na zona de fluxo de acordo com o modelo de Trent
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Capítulo 6: 
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CASOS ESPECIAIS EM QUE A ADERÊNCIA É EVITADA
Alguns elementos são introduzidos nos materiais de
corte fácil, tais como chumbo, o selênio, o telúrio, o bismuto,
etc., que funcionam como lubrificantes sólidos (internos) e
formam um filme na interface, com resistência ao
cisalhamento menor que a resistência da matriz, eliminando
por completo a zona de aderência, prevalecendo totais
condições de escorregamento, diminuindo assim, as
temperaturas de corte as forças de usinagem e os
desgastes das ferramentas.
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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
Capítulo 6: 
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Superfície de saída da ferramenta mostrando a presença do Pb
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Capítulo 6: 
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Condições de escorregamento
Nestas condições a área real é menor
que a área aparente. Neste caso não
existe a zona de fluxo, e movimento
relativo ocorre justamente na interface.
A geração de calor ocorre por flashes,
em cada ponto de contato.
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Capítulo 6: 
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Aresta Postiça de 
Corte - APC
A aresta postiça de corte 
é um corpo solidário à 
peça e ao cavaco.
Capítulo 6: 
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• Fenômeno que acontece a
baixas velocidades de corte
quando se usina materiais
bifásicos.
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Raiz de cavaco de duralumínio com APC
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Capítulo 6: 
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Aresta Postiça de Corte
A formação da APC é um processo envolvendo
deformação plástica, encruamento e formação
de microtrincas. Ela só se formará na presença
de segunda fase na matriz do material sob
corte. A segunda fase é quem garante um
estado triaxial de tensão, devido a taxas de
deformações diferentes, desta em relações à
matriz, para promover o aparecimento de
microtrincas.
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Fases do processo de formação da 
Aresta Postiça de Corte - APC
 Deformação plástica
 Encruamento
 Crescimento do corpo da APC
 Abertura de trincas
 Cisalhamento
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Processo de 
crescimento e 
cisalhamento 
da APC
 
Capítulo 6: 
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Capítulo 6: 
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Figura 6.7. Variação da geometria da APC com velocidade de corte
vc
•A primeira camada de material que se une a ferramenta, através de
ligações atômicas, é encruado, aumentando, assim, o seu limite de
escoamento, e as tensões de cisalhamento são insuficientes para quebrar
estas ligações. As deformações então continuam nas camadas adjacentes,
mais afastadas da interface, até que elas também são suficientemente
encruadas. Pela repetição deste processo uma sucessão de camadas
formam a APC. [Trent, E. M.]
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Capítulo 6: 
A Interface Cavaco-Ferramenta
Figura 6.8. Variação das dimensões da APC com a velocidade de corte com identificação
dos regimes estável e instável e da velocidade de corte crítica.
•A dimenção da APC cresce
até atingir um valor
máximo, a partir do qual
começa a diminuir até o
valor de velocidade crítica
(Vc) oinde a APC
desapareça completamente.
[Ferraresi, D.]
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As dimensões da 
APC não são 
constantes ao 
longo da 
largura de corte, b 200µm200µm200µmL1 L2b
Capítulo 6: 
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500µm500µm500µm
Fragmentos laterais da APC de Al-Si, vc = 18m/min
Capítulo 6: 
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Capítulo 6: 
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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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Capítulo 6: 
A Interface Cavaco-Ferramenta
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Todas estas informações ratificam a importância das condições da
interface cavaco-ferramenta no processo de usinagem. Portanto, o
conhecimento destas condições deve ser incentivado, e pesquisa
nesta área é fundamental. Ainda existem muitas coisas obscuras
neste processo, tais como a quantificação de deformação e a
distribuição de temperatura na zona de fluxo. O processo de
deformação e os fenômenos que ocorrem na zona de
cisalhamento primária são importantes, porém, a prática tem
mostrado que o que ocorre na zona de cisalhamento secundária é
tão importante quanto, e que em termos de performance de
ferramentas, a zona secundária é mais importante que a primária.