Aula 3 - 15-02-23 Temperaturas no processo de usinagem

Prévia do material em texto

Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
Processos de Fabricação
Prof. Me. André L. Bosso
TEMPERATURA NO 
PROCESSO DE USINAGEM.
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• No processo de formação do cavaco
existem três principais fontes de
geração de calor. A deformação
plástica do cavaco na região de
cisalhamento, o atrito do cavaco com
a superfície de saída da ferramenta e o
atrito da peça com a superfície de
contado da ferramenta.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• A maior parte da potência consumida na
usinagem dos metais é convertida em calor
próximo à aresta cortante da ferramenta e
muitos problemas técnicos e econômicos são
causados direta ou indiretamente pela ação
desse aquecimento.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• O custo da usinagem é dependente da
quantidade de remoção de metal e pode ser
reduzido aumentando-se a velocidade de corte
e/ou a velocidade de avanço, porém há limites
para essas velocidades, acima dos quais a vida
da ferramenta é drasticamente diminuída,
levando consigo o custo.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• O corte dos metais gera aquecimentos da
ferramenta e, dependendo do caso, pode
provocar seu colapso em curto tempo de
usinagem.
• Do ponto de vista econômico, a vida de uma
ferramenta é um item de grande importância.
Esta depende mais da temperatura atingida na
interface ferramenta-cavaco do que da
quantidade total de calor em jogo na operação.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• Diante desses problemas, é fundamental
compreender os fatores que influenciam na
geração de calor na região de corte, bem
como quantificar os valores de temperatura
atingidos próximo à aresta cortante e sua
relação com o desgaste da ferramenta e
implicações na fabricação da peça.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
- Fontes de Geração de Calor na Usinagem:
• Existem três principais regiões de geração de calor em usinagem:
(I) zona de cisalhamento primária (ZCP), entre peça e cavaco; (II)
zona de cisalhamento secundária (ZCS), região de intenso
cisalhamento na raiz do cavaco e (III) a zona de cisalhamento
terciária (ZCT), que ocorre na superfície e sub-superfície da peça
usinada
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• A zona de cisalhamento primária é a região de interface
entre peça e cavaco onde ocorre o trabalho de
cisalhamento do material usinado e onde a maior parte
da energia é convertida em calor.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• A zona de cisalhamento secundária é constituída de uma
estreita faixa logo acima da zona de aderência (zona de
contato ferramenta-cavaco) onde ocorre cisalhamento
intenso no material do cavaco . As temperaturas nessa
região podem chegar a valores superiores a 1000°C,
enquanto que as temperaturas atingidas na ZCP são
relativamente baixas, variando em torno de 80 a 250 °C.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• Na zona de cisalhamento terciário o aquecimento surge devido ao
atrito entre a peça e a superfície de folga da ferramenta e ao
cisalhamento interno do material da peça causado pela aderência
entre as superfícies. As temperaturas nessa região são fortemente
dependentes do desgaste de flanco da ferramenta de corte,
enquanto que nas outras zonas as temperaturas são mais
dependentes das condições de corte.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
- Dissipação do Calor:
• À medida que o corte do material é executado, o calor produzido
nas zonas de cisalhamento é dissipado pela ferramenta de corte,
pelo cavaco, pela peça e pelo meio circundante.
Representação das três regiões de geração de calor em
usinagem e como este calor é dissipado.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• A Figura abaixo mostra que a maior parte do calor total gerado é
dissipada pelo cavaco, que absorve uma grande quantidade do
calor gerado na ZCP. Além disso, parte do calor produzido na ZCS
também é absorvida pelo cavaco, já que as temperaturas na
interface cavaco-ferramenta são maiores, o fluxo de calor se dará
na direção do cavaco. Tanto a ferramenta quanto a peça recebem
parte do calor gerado na ZCT .
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• Embora a quantidade de calor que flui para a ferramenta
seja pequena, altas temperaturas podem se desenvolver
devido à pequena área de contato, o que pode
comprometer o desempenho da ferramenta.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
- Balanço Energético:
• Ferraresi (1977) apresenta, de maneira simplificada, um balanço do
calor gerado/dissipado na zona de corte, como mostra a Equação
(1).
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• Segundo Ferraresi , os valores numéricos de cada uma das parcelas
da Equação (1), assim como o quanto cada zona irá contribuir para
o aquecimento de cada elemento, dependem:
✓ do tipo de operação de usinagem,
✓ das condições de corte,
✓ do material da peça e do material da ferramenta
✓ geometria da ferramenta de corte.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
- Sistemas de medição de temperatura:
• Os métodos para determinação da temperatura de corte
encontrados na literatura podem ser divididos em três categorias
principais: os experimentais, os analíticos e os numéricos (ex.:
método dos volumes finitos e diferenças finitas, medição direta por
termopares inserido, medição utilizando vernizes termo sensíveis,
medição por radiação de calor com sensores infravermelhos,
medição por propriedades metalográficas, medição utilizando pós
químicos e medição usando método do filme PVD e medição da
força termoelétrica entre a ferramenta e a peça (método do
termopar ferramenta-peça).
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
- Exemplos de sistemas de medição de temperatura:
• Termopares inseridos na ferramenta: uma junção de metais
distintos produz uma tensão elétrica cujo valor depende dos
materiais que a compõem e da temperatura a que é submetida.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Para aplicação em medição de temperatura na região de formação de
cavacos, os termopares têm sido muito empregados inserindo-se a
junta quente nas peças, ou mais comumente nas ferramentas.
Exemplo de termopar inserido em um inserto de metal duro
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• Radiação infravermelha: a medição de temperatura por meio de 
radiação utilizando sensores infravermelhos, ou pirômetros, é 
bastante utilizada para obtenção da temperatura da superfície da 
peça, do cavaco ou da ferramenta.
Temperatura de fresamento em função da profundidade de corte a) Ap=10mm; b) Ap=15mm; 
c) Ap=20mm.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• Vernizes termosensíveis:
Consiste da utilização de vernizes com capacidade de mudança de cor
a determinadas temperaturas, devido a propriedades específicas das
substâncias, ou mediante reações químicas iniciadas pelatemperatura. São aplicáveis somente em superfícies expostas e não e
interfaces durante a usinagem.
Dispõe-se de vernizes sensíveis a um único nível, ou faixa, de
temperaturas, ou a múltiplas faixas dentro de uma faixa entre 442 e
1270 ˚C.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• Conhecer os mecanismos de desgaste e a relação destes com a
temperatura de corte permite desenvolver soluções técnicas que
tornem a ferramenta mais resistente ao desgaste, prolongando
assim sua vida.
✓ O uso de fluidos de corte como meio de lubrirrefrigeração. Ao diminuir o atrito
existente na interface cavaco-ferramenta, é reduzida a adesão e a formação da
aresta postiça de corte (APC), diminuindo a temperatura na zona de corte.
✓ uma alternativa é a lubrirrefrigeração por quantidade mínima (minimum
quantity lubricant - MQL), também conhecida por near dry machining (NDM).
Trata-se de uma técnica considerada ambientalmente e economicamente
sustentável. Nesse método, uma pequena quantidade de fluido é aplicada em
forma de gotas ultrafinas a uma velocidade muita alta na zona de corte com o
auxílio de um sistema de ar comprimido.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
- Controle da temperatura de corte:
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
✓ Uma medida alternativa para substituição do uso do fluido em abundância e do
MQL é o resfriamento a gás. Nesse método, a refrigeração da zona de corte é
feita pelo contato do gás com a ferramenta, por meio de um sistema de
pressurização (argônio, CO2 e nitrogênio).
✓ Usinagem Criogênica – criogenia é a ciência cujas temperaturas são
consideradas muito baixas. A maioria das pesquisas nessa área considera
temperaturas criogênicas aquelas que se situam abaixo dos -150°C. Para se
produzir os fluidos criogênicos, é necessário liquefazer algum gás, como hélio,
hidrogênio, nitrogênio e neon.
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
QUESTÕES
1- Quais são as principais fontes de calor no processo de formação do cavaco na
usinagem?
2- Qual a relação entre a temperatura de formação de cavaco e os custos de
produção?
3- Embora a quantidade de calor que flui para a ferramenta seja pequena, altas
temperaturas podem se desenvolver na mesma. Por que?
4- Quais são os fatores básicos que influenciam a temperatura na região de
formação do cavaco?
5- Como podemos medir e controlar a temperatura na região de formação do
cavaco?
deformação plastica , atrito do cavaco com a superficie de saida e atrito da peça com a superficie da ferramenta
a temperatura na formção do cavaco é a principal causadora dos desgaste ou avarias na ferramenta,quanto mais alta a temperatura , maior sera o desgate da ferramenta, o que acarretara em maior trocas de ferramentas. A troca das ferramentas demanda certo tempo oque tambem atrasa na produção
pois devido a pequena area de contato altas temperaturas são desenvolvidas oque pode prejudicar o desempenho da ferramenta 
a zona de cisalhamento primaria e secundaria e terciaria
A medição pode ser feitapor meio de termopares,radiação infravermelha e por meio de vernises
e para controlar atemperatura pode ser utilizadosfluidos 
Prof. José Milton de Freitas COMPLEMENTOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
Processos de Fabricação
Prof. Me. André L. Bosso
FIM
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24