AULA 2 - teoria de formação de cavacos

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MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
A ferramenta possui forma de uma cunha.
Aresta de corte é perpendicular à
direção de velocidade de corte
A medida que a ferramenta é forçada a entrar no material, o cavaco é formado
por cisalhamento ao longo de um plano chamado, plano de cisalhamento.
Figura 1 Cunha da ferramenta
Fonte: Apostila curso de usinagem
da Escola Politécnica da USP
Figura 2 Aresta de corte da ferramenta
Fonte: Apostila curso de usinagem UNB
Determina a direção 
em que o cavaco flui 
na superfície da 
ferramenta
Ângulo 
de saída 
(α)
Fornece uma pequena folga 
entre o flanco da 
ferramenta e a superfície de 
trabalho
Ângulo 
de folga
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
A ferramenta no corte ortogonal possui dois parâmetros geométricos:
- Ângulo de saída (α)
- Ângulo de folga (α)
Figura 3 Ângulos de referência
Fonte: Apostila curso de usinagem UFRGS,
Souza (2011).
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
Razão de espessura de cavaco (r) – diferença proporcional entre a
espessura do cavaco não deformado (to) e a espessura do cavaco
deformado no plano do cisalhamento (tc)
Figura 4 Razão da espessura de cavaco
Fonte: Groover, 2014.
𝑟 =
𝑡𝑂
𝑡𝐶
Largura do cavaco (w) – não contribui
substancialmente para a análise do corte
ortogonal.
(1) 
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
É possível estabelecer uma relação entre a razão de espessura de cavaco,
ângulo de saída e ângulo do plano de cisalhamento. Supondo que ls seja o
comprimento do plano de cisalhamento
Figura 5 Vista lateral do plano ortogonal
Fonte: Groover, 2014.
𝑡𝑂 = 𝑙𝑆. sin ∅
𝑡𝐶 = 𝑙𝑆. cos ∅ − 𝛼
Substituindo em (1) 
𝑟 =
𝑙𝑆. sin ∅
𝑙𝑆. cos ∅ − 𝛼
𝑟 =
sin∅
cos ∅ − 𝛼
tan∅ =
𝑟 . cos 𝛼
1 − 𝑟 . sin 𝛼
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
A deformação de cisalhamento (𝛾) que ocorre ao longo do plano de cisalhamento pode ser
representada pela Figura 6. Na Figura 6 (a) a deformação é representada por uma série de
placas paralelas que ilustram a formação seriada de cavaco. Cada cavaco formado pode
ser representado individualmente pela Figura 6 (b). E a deformação por cisalhamento
pode ser representada pela Figura 6 (c).
Figura 6 Vista lateral do plano ortogonal
Fonte: Groover, 2014.
(a) (b) 
(c) 
𝛾 =
𝐴𝐶
𝐵𝐷
=
𝐴𝐷 + 𝐷𝐶
𝐵𝐷
𝛾 = tan(∅ − 𝛼) + cot ∅
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
Em uma operação de usinagem que se aproxima do modelo do corte ortogonal, a
ferramenta de corte tem ângulo de saída de 10º. A espessura do material que será
removido (espessura do cavaco antes de sofrer a deformação ou espessura do cavaco
indeformado) tO = 0,50 mm e a espessura do cavaco (após o corte) tC = 1,125 mm.
Calcule o ângulo do plano de cisalhamento e a deformação de cisalhamento na operação.
𝑟 =
0,50
1,125
= 0,444
𝛾 = tan(25,4 − 10) + cot 25,4
Solução
Razão de espessura do cavaco
Ângulo do plano de cisalhamento tan∅ =
0,444 . cos 10
1−0,444 .sin 10
= 0,4738 ∅ = 25,4º
Deformação de cisalhamento 𝛾 = 2,386
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
Existem diferenças entre o modelo de corte ortogonal e o processo de usinagem real:
 O processo de deformação por cisalhamento não ocorre ao longo de um plano de
cisalhamento, mas dentro de uma região.
 Para o material se comportar de forma realista, a deformação por cisalhamento deve
ocorrer dentro de uma zona fina de cisalhamento.
 Os experimentos de usinagem indicam que a espessura da zona de cisalhamento é de
apenas alguns milésimos de polegada.
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
Zona de cisalhamento sendo tão fina não há grande perda de precisão, na maioria dos
casos, referindo-se a ela como um plano.
Figura 7 Modelo realístico de formação
de cavaco
Fonte: Groover, 2014.
Outra ação cisalhante ocorre no cavaco após esse ter
sido formado, além da deformação por cisalhamento
primário.
Está ação cisalhante dita zona de cisalhamento
secundária é resultante do atrito do cavaco que
desliza ao longo da superfície de saída da ferramenta.
Seu efeito aumenta com o aumento do atrito entre
cavaco e ferramenta.
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
O formato do cavaco depende do tipo de material que está sendo usinado e das condições
de corte da operação.
Figura 8 Tipos de formação de cavaco
Fonte: Groover, 2010.
Cavaco descontínuo Cavaco contínuo
Cavaco contínuo
Superfície irregular devido às 
descontinuidades do cavaco
Bom acabamento típico Partícula de APC na 
superfície usinada 
Zona de elevada 
deformação por 
cisalhamento
Zona de baixa 
deformação por 
cisalhamento
(a) (b) (c) (d)
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
Cavaco descontínuo
Figura 9 Cavaco descontínuo
Fonte: Groover, 2010.
Superfície irregular devido às 
descontinuidades do cavaco
 Materiais frágeis usinados com velocidades de
corte baixas;
 Tende a conferir textura irregular na região
obtida na usinagem;
 Elevado atrito entre cavaco e ferramenta;
 Profundidade de corte elevada;
 Altas taxas de velocidade de avanço.
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
Cavaco contínuo
Figura 10 Cavaco contínuo
Fonte: Groover, 2010.
Bom acabamento típico
 Materiais dúcteis usinado em altas velocidades de
corte e com avanços e profundidade de corte
relativamente pequenos;
 Em geral são obtidos bom acabamento superficial na
região de usinagem obtida;
 Ferramenta com aresta de corte afiada e baixo atrito
ferramenta-cavaco;
 Cavacos longos e contínuos podem causar problemas
para arrancar da região de usinagem;
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
Cavaco contínuo
Figura 11 Cavaco contínuo com APC
Fonte: Groover, 2010.
Partícula de APC aderida a 
superfície usinada
 Usinagem de materiais dúcteis com baixa velocidade
de corte;
 Atrito ferramenta-cavaco tende a aderir parte do
cavaco na superfície de saída da ferramenta (APC);
 Formação da APC é cíclica, se forma, aumenta, torna-
se instável e quebra-se;
 É comum na formação da APC o cavaco por conta do
atrito arrancar partes da ferramenta, o que reduz a vida
útil da ferramenta;
 Aumenta a rugosidade da superfície usinada devido a
incorporação de partículas da ferramenta e de cavaco.
MODELO DE CORTE ORTOGONAL 
Cavaco contínuo
Figura 12 Cavaco segmentado
Fonte: Groover, 2010.
Partícula de APC aderida a 
superfície usinada
 Possuem a aparência de dente de serra (formação
cíclica do cavaco, que alterna elevada deformação por
cisalhamento e baixa deformação por cisalhamento);
 Associados a materiais com reduzida usinabilidade
(ligas a base de titânio, superligas a base de níquel e
aços inoxidáveis austeníticos);
 Comum de ocorrer na usinagem de aços estruturais
quando empregada alta velocidade de corte.
Zona de elevada 
deformação por 
cisalhamento
Zona de baixa 
deformação por 
cisalhamento