PCU - Função e Influência da geometria das ferramentas de corte Parte 1

Prévia do material em texto

Usinagem 
 16 
Função e Influência da geometria das ferramentas de corte 
 
 Em uma ferramenta monocortante, como as usadas em um 
torneamento, a forma de sua extremidade tem uma forma semelhante coma 
mostrada na figura a seguir. 
 
 
Vamos passar a observar alguns itens da geometria desta ferramenta. 
 
 
Ângulo de Incidência principal (n) 
 
 A função do ângulo de incidência principal é evitar o atrito entre a 
superfície transitória da peça e o flanco (superfície principal de folga)e permitir 
que a aresta de corte penetre no material e corte livremente. 
 
Aresta principal 
de corte 
Aresta secundária 
Usinagem 
 17 
 Em uma ferramenta de sangrar, os ângulos podem ser vistos como 
mostra a figura abaixo. 
 
 
 
Ângulo de Incidência secundário (’n) 
 
 A função do ângulo de incidência secundário é evitar o atrito entre a 
peça e a superfície lateral de folga. 
 
A tabela a seguir mostra os valores de n para diferentes materiais e diferentes 
ferramentas. 
 
Usinagem 
 18 
 
 
Ângulo de saída do cavaco (n) 
 
 É um dos ângulos mais importantes da ferramenta, pois influi 
decisivamente na força e na potência necessária ao corte, no acabamento da 
superfície usinada e no calor gerado durante a usinagem. 
 A figura a seguir ilustra a atuação de quatro ferramentas com ângulos de 
saída de cavaco que variam de +30o a –10o. 
 
Usinagem 
 19 
 
 
 Em principio, o ângulo de saída deve ser o maior possível, pois isto 
determina uma retirada mais fácil do cavaco. 
 
 Os fatores que influenciam o valor do ângulo de saída são: 
 
1. Resistência do material da ferramenta de corte. 
2. Resistência e dureza do material a usinar. 
3. Quantidade de calor gerado pelo corte. 
4. Velocidade de avanço 
 
Resistência e dureza do material a usinar. 
 
 Em geral, para os aços, o ângulo de saída é menor para a usinagem de 
matérias mais duros. Para outros materiais, isto necessariamente não ocorre: 
 
 Para o latão usualmente o ângulo de saída é igual a zero. Isto ocorre para 
evitar a penetração excessiva da ferramenta na peça 
 
 O ferro fundido, embora menos resistente à tração que o aço, exige ângulos 
de saída menores. Isto ocorre pois a zona de maior pressão do cavaco se 
dá mais próxima a resta cortante. 
 
Na figura a seguir, a mesma ferramenta está usinando dois materiais com 
aproximadamente a mesma resistência mecânica, mas em que a zona de 
maior pressão do cavaco se acha posicionada em distâncias diferentes da 
aresta cortante. 
Usinagem 
 20 
 
 
 os materiais que possuem um limite elástico mais elevado são mais 
fáceis de usinar; permitem maior ângulo de saída, pois a zona de maior 
pressão sobre a ferramenta se encontra mais afastada da aresta cortante. 
 
 
Relação entre o ângulo de saída do cavaco e a temperatura da ferramenta. 
 
 Para que uma ferramenta mantenha suas características de corte, é 
necessário que o calor gerado na usinagem não promova um aquecimento, em 
nenhuma de suas partes, superior àquele que proporciona uma redução muito 
grande de sua dureza. Assim, existem valores críticos de temperatura que a 
ferramenta não pode ultrapassar. Alguns destes valores podem ser observados 
na tabela. 
 
MATERIAL TEMPERATURA CRÍTICA (ºC) 
Metal Duro 1000 
Ligas Fundidas 700 
Aço Rápido com 12% Co 600 
Aço Rápido com 8% Co 540 
Aço Rápido comum 520 
Aço Ferramenta 200-250 
 
 No projeto de uma ferramenta devem ser considerados os seguintes 
fatores: 
 Quantidade de calor gerado no processo 
 Ponto da ferramenta em que este calor é gerado. 
 Condições de dissipação de calor pela ferramenta e pelo fluido 
refrigerante 
 Temperatura crítica do material da ferramenta. 
Usinagem 
 21 
A tabela a seguir fornece o ângulo de saída (n) para vários matérias a 
usinar com diferentes matérias de ferramenta. 
 
 
OBS. – Usar o limite superior para avanços de 0,2 mm/rot. ou menos. Usar o 
limite superior para avanços de 0,4 mm/rot. ou mais. 
 
 Na figura a seguir estão representadas as temperaturas em uma 
ferramenta de metal duro, durante a usinagem de uma aço de baixo carbono. 
Usinagem 
 22 
 
 
Ângulo de direção da aresta cortante da ferramenta (r) 
 
 Este ângulo, que também é chamado de ângulo de posição ou de 
rendimento, tem as seguintes funções: 
 Distribuir as tensões no corte. 
 Diminuir a espessura do cavaco. 
 Aumentar o comprimento da aresta cortante. 
 Aumentar o ângulo de quina (r), aumentando a resistência 
mecânica da ferramenta e melhorando a dissipação de calor. 
 Ajuda a eliminar vibrações 
 Influi na direção da saída do cavaco. 

r
r
'
r
r
 
 Na figura se observa que o corte se inicia afastado da quina da 
ferramenta, onde esta é mais resistente. 
 
 Nesta figura, além do ângulo de direção da aresta cortante, se pode 
observar os seguintes ângulos: 
 
r - ângulo da quina da ferramenta 
r - ângulo complementar da aresta de corte 
’r - ângulo de direção da aresta secundária de corte. 
Usinagem 
 23 
60°
8,08
Área = 93,33 mm2
avanço = 9,33 mm avanço = 9,33 mm
Área = 93,33 mm2
20°
3,19
 
 
 
 
 
 Como se observa na figura anterior, a espessura de cavaco (h) para um 
avanço (a) em mm/rot e um ângulo de direção da aresta de corte (r) é dado 
pela relação: 
 
 rsenah 
 
 
 Com esta expressão, se observa que quanto menor o ângulo de direção 
da aresta de corte, menor será a espessura do cavaco e maior será sua 
largura. 
 
 
Ângulo de direção da aresta secundária (’r) 
 
 A função deste ângulo é permitir que apenas uma pequena parte da 
aresta secundária de corte entre em contato com a peça, evitando assim 
vibrações. 
 
 
Raio de quina da ferramenta (r) 
 
 É o raio de concordância que une a aresta principal e a aresta 
secundária de corte. Como mostra a figura seguir, a utilização de uma curva de 
concordância reduz a espessura de cavaco na quina. Um raio pequeno 
proporciona uma pequena redução na espessura do cavaco; um raio grande 
diminui a pressão especifica na quina da ferramenta e a quantidade de calor 
gerada na mesma. 
Espessura 
do cavaco 
(h) 
 
Usinagem 
 24 
avanço
avanço
 
 Observa-se, entretanto, que um raio grande induz vibrações e pode 
aumentar de 5 a 20% a potência de corte necessária. 
 
 Para as ferramentas de aço rápido, o raio de quina recomendado é o 
maior dentre os valores: 
 
 quatro vezes o avanço 
a4r 
 
 um quarto da profundidade de corte 
4
p
r 
 
 
 
 Para as ferramentas de metal duro, podemos seguir os dados da tabela: 
 
Profundidade de Corte (mm) Raio de quina (mm) 
Até 5 0,8 
6 – 9 1,2 
10 – 20 1,5 
21 - 30 2,5 
 
 O raio de quina, também, tem influência na rugosidade da superfície 
usinada. A rugosidade superficial (Rt) pode ser calculada, aproximadamente, 
pela expressão: 
 


r8
a
R
2
t
 (mm) 
 
 
Quebra cavaco 
 
 Os cavacos contínuos formados na usinagem de metais de alta 
ductilidade apresentam algumas características importantes: 
Usinagem 
 25 
 Bastante afiados e muito quentes 
 Em pouco tempo de usinagem, ocupam um volume muito grande 
 Dificultam a refrigeração e o avanço da ferramenta. 
 
 A quebra do cavaco em pequenos pedaços, além de prevenir acidentes 
na usinagem, faz com que o espaço ocupado pelo cavaco seja pequeno, além, 
de permitir sua coleta de maneira mais simples. 
 
 Alguns materiais, como por exemplo, o ferro fundido, o latão e os aços 
de usinagem fácil (alto teor de fósforo e/ou enxofre), possuem a característica 
de proporcionar cavacos em pequenos pedaços. Para os materiais que não 
possuem esta característica, é interessante que seja usado um método auxiliar 
paraa quebra de cavaco. 
 
 Para a quebra de cavaco, o método utilizado consiste em forçar um 
dobramento além do limite de resistência do material, provocando a ruptura do 
cavaco. Uma das maneiras de obter isto é empregar um ângulo de saída 
negativo. 
 
 
Outra maneira é utilizar um quebra cavaco.\, que serão descritos a 
seguir: 
 
1. Quebra cavaco do tipo de obstrução integrada na própria 
ferramenta. 
 
Este tipo consiste de um rebaixo retificado na face da ferramenta. 
Usinagem 
 26 
 
 
 
 A tabela a seguir fornece as dimensões recomendadas par quebra-
cavacos paralelos e angulares 
 
Profundidade 
de Corte 
Avanço 0,15-0,30 0,31-0,44 0,45-0,64 0,65-1,00 >1,00 
rB 0,25-065 0,80-1,60 0,80-1,60 0,60-1,60 0,80-1,60 
hB 0,25 0,40 0,50 0,75 0,75 
0,40 -1,40 
Distância 
Bn 
1,6 2,0 2,8 3,2 - 
1,50 – 6,50 2,4 3,2 4,0 4,8 4,8 
6,60 – 13,0 3,2 4,0 4,8 4,8 4,8 
13,1 – 20,0 4,0 4,8 4,8 5,6 5,6 
> 20,0 4,8 4,8 5,6 6,0 6,3 
 
 Pode-se usar, também, um chanfro no lugar de uma curva de 
concordância. 
 
 
2. Quebra cavaco de obstrução paralela 
 
Este tipo de quebra cavaco é usado para ferramentas que irão trabalhar em 
usinagem com grandes profundidades de corte. 
 
Usinagem 
 27 
 
 
 
3. Quebra cavaco de obstrução angular 
 
Este tipo de quebra cavaco é o mais usado pela facilidade de execução. 
 
 
 
 
4. Quebra cavaco de obstrução postiça 
 
No caso em que pastilhas de metal duro ou cerâmica são fixadas 
mecanicamente no cabo, o elemento de sujeição já é adaptado à função de 
quebra cavaco. 
 
 
 
 
 
 
Quebra 
cavaco 
 
Usinagem 
 28 
5. Quebra cavaco tipo ranhura 
 
Ranhuras já incorporadas na pastilha São as soluções mais freqüentes. As 
formas são semelhantes às encontradas nas ferramentas de aço rápido 
(mostradas na figura), só que as ranhuras não se prolongam até a aresta 
secundária de corte. 
 
 
 O raio da ranhura, (rBn), depende o avanço, como mostra a tabela em 
seguida. Para raios maiores do que 6mm, a ranhura vai até o gume principal. 
No caso de raios menores, convém deixar um friso estreito com distância (dBn) 
entre 0,25 e 0,5mm de largura, entre a ranhura e o gume principal. 
 
Raio da Ranhura (rBn) mm Avanço (a) mm/rot. 
3 a 6 0,4 a 0,9 
10 0,9 a 1,5 
12 > 1,5 
 
 Ranhuras de seção triangular, são usadas para avanços inferiores a 0,4 
mm/rot pois produzem um enrolamento bem apertado do cavaco, de modo a 
quebrar mesmo um cavaco bem fino. Este tipo de ranhura, em geral possui 
uma largura entre 3 e 5 mm e uma profundidade entre 0,10 e 0,25mm.