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Capítulo 8 - Temperatura na usinagem Usinagem para Engenharia A.C. Araujo a, A.L. Mougo b e F.O. Campos c. a araujo@insa-toulouse.fr, INSA-Toulouse, Institute Clément Ader, França b adriane.mougo@cefet-rj.br, CEFET/RJ, Rio de Janeiro, Brasil c fabio.campos@cefet-rj.br, CEFET/RJ, Rio de Janeiro, Brasil Slides propostos Setembro de 2020 Cap. 8 - Temperatura na usinagem Temperatura na região de corte Para realizar a previsão da distribuição de temperatura no sistema ferramenta-cavaco-peça, deve-se analisar: A Deformação do material usinado no plano de cisalhamento; B Deformação do cavaco na superfície de saída do cavaco; C Atrito na superfície entre a superfície de saída e o cavaco; D Deformação do material usinado próximo à aresta de corte, na região terciária; E Atrito na superfície entre a superfície de folga e a superfície usinada. 1 9 Cap. 8 - Temperatura na usinagem 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Espessura do cavaco indeformado (h) 0 100 200 300 400 500 600 700 T ra ba lh o po r un id ad e de c om pr im en to u si na do Trabalho Total Atrito na superficie de folga Atrito na superficie de saída Cisalhamento Figura 1: Contribuição aproximada de cada fonte de calor [Araujo, Mougo e Campos 2020] 2 9 Cap. 8 - Temperatura na usinagem Ferramenta Cavaco Peça 500 o 600 o 650 o 720 o 700 o 650 o 600 o 7 2 0 o 6 0 0 o 3 5 0 o 4 5 0 o 4 0 0 o 3 6 0 o 3 0 0 o 3 9 5 o 3 9 0 o 4 0 0 o 1 0 o 2 0 0 o 1 6 0 o 300 o Figura 2: Exemplo esquemático da distribuição de temperatura adaptado de [Vieregge 1959]1 1VIEREGGE, G.Zerspanung der Eisenwerksto�e. [S.l.]: Verlag Stahleisen, 1959. v. 16 3 9 Cap. 8 - Temperatura na usinagem Transferência de calor O primeiro termo representa o termo transiente, que depende do tempo, o segundo representa o termo de condução de calor (∇ é o operador diferencial nabla) e o terceiro a taxa de calor gerado pela deformação plástica do material (−q̇). ρcp ( ∂T ∂t + VQ · ∇T ) − ct∇2T − q̇ = 0, (1) 4 9 Cap. 8 - Temperatura na usinagem Condições de contorno: Temperatura no plano de cisalhamento: Ts é constante no plano de cisalhamento Fluxo de calor: A geração de calor na interface varia em função da distância normal à superfície de saída: −ct ∂T ∂an = q̇ (2) Convecção: O fluxo de calor na superfície livre do cavaco (paralela à superfície de saída ân) é proporcional ao coeficiente de convecção é cc −ct ∂T ∂an = cc(T − T∞) (3) 5 9 Cap. 8 - Temperatura na usinagem P Contato Cavaco x ou lg Y Ferramenta T = T s V e Figura 3: Cálculo da distribuição de temperatura [Araujo, Mougo e Campos 2020] 6 9 Cap. 8 - Temperatura na usinagem Modelo analítico simplificado Cálculo da temperatura no plano de cisalhamento Q̇ = ζPu (4) Ps = τsAsVs. (5) ∆T = ζ Fs Vs b h Vc ρ cp . (6) Ts = Tr + ζ (1− qp) Fs Vs b h Vc ρ cp (7) 7 9 Cap. 8 - Temperatura na usinagem 100 101 R t tan( ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 q p Weiner (teórico) Nakayama (experimental) Latão (10o) - técnica fotográfica Aço (20o) - técnica fotográfica Aço (30o) - técnica fotográfica Figura 4: Resultados experimentais da quantidade de calor no processo comparados com modelo de Weiner O valor do número adimensional RT é definido por: RT = ρ cp Vc h ct (8) Para 0, 04 ≤ RT tan(φ) ≤ 10, 0 qp = 0, 5− 0, 35 log(RT tan(φ)) (9) Para RT tan(φ) > 10, 0 qp = 0, 3− 0, 15 log(RT tan(φ)) (10) 2 2BOOTHROYD, G. - Temperatures in orthogonal metal cu�ing. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, SAGE Publications Sage UK: London, England, v. 177, n. 1, p. 789–810, 1963. 8 9 Cap. 8 - Temperatura na usinagem Temperatura na região secundária: A simplificação proposta por Boothroyd para a determinação da temperatura de usinagem na interface cavaco-ferramenta é uma boa aproximação [Altintas 2012]3. - Temperatura média no cavaco (∆Tc): ∆Tc = τsγlfb sen(φ) ρ cp h b cos(φ− γ) (11) - Variação com a temperatura máxima (∆Tcmax): log ( ∆Tcmax ∆Tc ) = 0, 06− 0, 195 δp √ RT he lf + 0, 5 log ( RT he lf ) (12) 3ALTINTAS, Y. Manufacturing Automation: Metal Cu�ing Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design. 2. ed. [S.l.]: Cambridge University Press, 2012 9 / 9
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