09 - Temperatura de Corte

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Usinagem dos Metais
Capítulo 9
TEMPERATURA DE CORTE
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Em usinagem, de 97 a 99% da energia
consumida é convertida em calor.
O calor pode ser gerado em três zonas 
distintas:
(i) - zona de cisalhamento primário
(ii) - zona de cisalhamento secundário
(iii) - zona de interface peça-superfície de folga 
da ferramenta.
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
ZONAS DE GERAÇÃO DE 
CALOR EM USINAGEM
A - zona de cisalhamento
primário
B e C - zona de cisalhamento
secundário
D - zona de interface
entre a peça e a
superfície de folga da
ferramenta
1100 ºC
8 a 10% 
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
BALANÇO ENERGÉTICO
onde,
Qz = calor gerado na zona de cisalhamento primário.
Qa1 = calor gerado na zona de cisalhamento secundário.
Qa2 = calor gerado na zona de interface peça- superfície de folga da
ferramenta.
Qc = calor dissipado pelo cavaco.
Qp = calor dissipado pela peça.
Qma = calor dissipado pelo meio ambiente.
Qf = calor dissipado pela ferramenta de corte.
Qz Qa Qa Qc Qp Qma Qf     1 2
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
CALOR GERADO NA ZONA DE 
CISALHAMENTO PRIMÁRIO - Qz
A maior parte deste calor é dissipado pelo cavaco, mas uma
pequena fração M, é conduzida na peça.
O aumento da temperatura do cavaco devido a Qz pode ser
calculado:
    
c
M Fc Ff
J c h b

 1 tan
. . . .


onde:
J = equivalente mecânico de calor.
 = densidade do material da peça.
c = calor específico do material da peça.
650 ºC em aços endurecidos e ligas de níquel
200ºC a 350 ºC em aços e mat. comuns
A temperatura do 
cavaco tem influencia 
na temperatura da 
ferramenta ?
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
CALOR GERADO NA ZONA DE 
CISALHAMENTO PRIMÁRIO - Qz
A temperatura do cavaco terá, praticamente, nenhuma
influência na temperatura da ferramenta, porque o tempo com
que uma pequena porção do cavaco (lamela) passa sobre a
superfície de saída da ferramenta, é muito pequeno (poucos
milissegundos) para conduzir calor. Além disso, na presença
da zona de fluxo, na zona de cisalhamento secundário,
haverá ali o desenvolvimento de temperaturas bem maiores
que as temperaturas do cavaco. Assim, o calor fluirá da zona
de fluxo em direção ao cavaco, e não o contrário.
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
CALOR GERADO NA ZONA DE 
CISALHAMENTO SECUNDÁRIO - Qa1
A FONTE DE CALOR MAIS IMPORTANTE EM
USINAGEM É A ZONA DE CISALHAMENTO
SECUNDÁRIO
Grande parte do calor gerado nesta região vai para o
cavaco e apenas uma pequena fração é dissipada na
ferramenta. Entretanto temperaturas da ordem de 1100
o
C,
ou superiores, já foram registradas na superfície da
ferramenta.
Não é o maior 
problema quando 
na usinagem de 
materiais macios e 
de baixo ponto de 
fusão (alumínio e 
magnésio)
Fator controlador da 
taxa de remoção de 
material quando na 
usinagem de materiais 
duros de alto ponto de 
fusão(ferros fundidos, 
níquel, titânio)
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
CALOR GERADO NA ZONA DE 
CISALHAMENTO SECUNDÁRIO - Qa1
 Na presença da zona de fluxo a quantidade e a taxa de
deformação são tão altas e complexas que se torna irrealista
a tentativa de calcular o aumento de temperatura naquela
região.
 A temperatura na zona de fluxo, e portanto, a temperatura
da ferramenta depende da quantidade de trabalho realizado
para cisalhar o material e da quantidade de material que
passa pela zona de fluxo, e isto varia com o material da peça.
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Temperaturas 
máximas da 
interface cavaco-
ferramenta em 
função da 
velocidade de 
corte, para vários 
materiais.
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
A temperatura na ferramenta de
corte depende principalmente das
condições da interface cavaco-
ferramenta, e a zona de fluxo é,
portanto, a fonte efetiva de calor.
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Trent enumerou pelo menos três parâmetros metalúrgicos
que influenciam a temperatura da ferramenta:
(i) - O ponto de fusão do principal elemento químico do
material da peça. Quanto maior o ponto de fusão deste elemento, maior a
temperatura da interface cavaco-ferramenta, para qualquer velocidade de corte.
(ii) - Elementos de liga que aumentam a resistência do
material da peça. Eles aumentam a temperatura de interface para qualquer
taxa de remoção de material.
(iii) - Presença de fases de baixa resistência ao
cisalhamento na interface (tais como MnS e grafita). Elas
podem reduzir a temperatura.
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
CALOR GERADO NA ZONA DE INTERFACE 
ENTRE A PEÇA E A SUPERFÍCIE DE FOLGA DA 
FERRAMENTA - Qa2
Esta fonte de calor só é importante quando
usinado com ângulos de folga pequenos (< 2º) ou
quando o desgaste de flanco se fizer presente.
Neste caso a análise é similar à Qa1, com a
presença da zona de fluxo e altas temperaturas
na superfície de folga, podendo levar a
ferramenta de corte ao colapso.
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
MEDIÇÃO DA TEMPERATURA DE 
USINAGEM
Técnicas analíticas
 Elementos finitos
 Problemas inversos em condução de calor
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
0 25 50 75 100 125 150
0
100
200
300
400
500
600
 Ferramenta de metal duro
 Ferramenta de cerâmica
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
C)
Tempo (s)
Temperaturas estimadas na 
interface cavaco-ferramenta 
em insertos de cerâmica e de 
metal duro, utilizando métodos 
inversos na condução de calor 
(vc=98 m/min; f=0.176 mm/rot; 
ap=1.5 mm)
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
MEDIÇÃO DA TEMPERATURA DE USINAGEM
Métodos práticos
 Medição da força termoelétrica entre a ferramenta e a peça
(método do termopar ferramenta-peça).
 Medição direta por inserção de termopares na ferramenta de corte.
 Medição do calor de radiação com sensores infra-vermelhos.
 Medição utilizando vernizes termosensíveis.
 Medição por técnicas metalográficas.
 Medição usando pós-químicos.
 Medição usando filmes PVD
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Medição da força termoelétrica entre a ferramenta e a 
peça (método do termopar ferramenta-peça)
Medição Calibração
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Medição da força termoelétrica entre a ferramenta e a 
peça (método do termopar ferramenta-peça)
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Medição direta por inserção de 
termopares na ferramenta de corte
Insertos de metal duro
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Medição do calor de radiação
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Medição utilizando vernizes 
termosensíveis
Consiste da utilização de vernizes com
capacidade de mudança de cor a
determinadas temperaturas. Esta técnica é
aplicada somente em superfícies acessíveis
sob condições de regime permanente.
•Ferramentas pluricortantes 
•Ferramentas sobrecarregadas
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Medição por técnicas metalográficas
Alteração da dureza
•Aço carbono (250 a 600 ºC)
•Aço rápido (600 a 800 ºC )
•Dearnley substituiu o Co (Wc-Co) por ferro silício 
com diferentes teores 
Influência da velocidade de corte
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Medição por técnicas metalográficas
(c)
(a) (b)
Influência 
do avanço
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Influência do 
fluido de corte
Medição por 
técnicas 
metalográficas
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Medição usando pós químicos
Sais com pontos de fusão definidos
NaCl, KCl, CdCl, PbCl2,AgCl e KNO3
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Capítulo 9: 
TEMPERATURA DE CORTE
Medição usando filme PVD
Zona de filme fundido
Zona de filme não fundido