Aspectos Tribológicos da Usinagem dos Materiais

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ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA 
USINAGEM DOS MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Sandro Cardoso Santos – CEFET-MG 
 
Prof. Dr. Wisley Falco Sales – PUC Minas 
 
 
2005 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
 
 
Pág. 
Capítulo I – Introdução ...................................................................................... 
 
1 
Capítulo II – Grandezas Físicas no Processo de Corte ..................................... 
 
10 
Capítulo III – Geometria das Ferramentas de Corte........................................... 
 
18 
Capítulo IV – Formação do Cavaco e Interface Cavaco-ferramenta.................. 
 
30 
Capítulo V – Força e Potência de Corte ............................................................ 
 
56 
Capítulo VI – Temperatura de Usinagem ........................................................... 
 
70 
Capítulo VII – Materiais para Ferramentas de Corte .......................................... 
 
 90 
Capítulo VIII – Revestimentos para Ferramentas de Corte ................................ 
 
129 
Capítulo IX – Avarias, Desgaste e Mecanismos de Desgaste da Ferramenta
 
159 
Capítulo X - Vida da Ferramenta e Quantificação do Desgaste ...................... 
 
170 
Capítulo XI - Fluidos de Corte: Fundamentos, Aplicações e Tendências .........
 
177 
Capítulo XII – Integridade Superficial ................................................................. 
 
211 
Capítulo XIII – Usinabilidade dos Materiais ........................................................ 
 
234 
Capítulo XIV – Referências Bibliográficas .......................................................... 261 
 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 
CAPÍTULO I 
INTRODUÇÃO 
O desenvolvimento tecnológico está tão incorporado ao cotidiano da humanidade que é 
impossível imaginar a como seria o dia-a-dia sem eles. A Internet, que surgiu há pouco mais de 
uma década, transformou-se em um recurso indispensável e cada vez mais pessoas passam a 
utilizá-la como ferramenta de trabalho, entretenimento ou cultura. Diante de tantas facilidades, 
não é fácil compreender como as pessoas conseguiam viver sem eletricidade, automóveis e 
tantas outras facilidades que o mundo atual oferece. Os recursos disponíveis hoje fazem parte 
de uma linha evolutiva que teve origem em épocas remotas, com o início da organização em 
sociedades. 
A utilização de recursos naturais para tornar possível a sobrevivência não é exclusividade 
dos seres humanos. É impressionante a capacidade do joão-de-barro em construir sua casa e 
não há quem não se admire com o rigor geométrico com que são construídos os favos de mel 
pelas abelhas. A organização dos grupos de alguns animais também tem um nível de 
complexidade elevado, com indivíduos com atribuições bem definidas dentro dos grupos. Mas 
os seres humanos apresentam um fator de diferenciação entre os demais grupos do reino 
animal que é a capacidade de desenvolver novos recursos a partir dos já existentes. A história 
da tecnologia é caracterizada por descobertas e invenções que passam a fazer parte da vida 
das sociedades, modificam o modo de vida das pessoas. Como resultado dessa mudança 
surge a necessidade de novas descobertas e isso vem se repetindo desde que o homem 
começou a fabricar ferramentas de pedra, a se organizar em grupos, a ter o domínio sobre o 
fogo, a desenvolver as técnicas primitivas de fundição dos metais e assim por diante. 
Os dois primeiros parágrafos apresentados acima foram escritos para contextualizar o 
desenvolvimento dos estudos em usinagem, que seguem uma linha de evolução semelhante à 
dos demais recursos tecnológicos. Antes, porém, de detalhar o conceito de usinagem é feita 
uma apresentação dos processos de fabricação de modo geral. Fabricar consiste em 
transformar a matéria-prima em produto, conforme mostrado no desenho esquemático da 
Figura 1. As operações e transformações pelas quais passa a matéria-prima durante a sua 
transformação em produto caracterizam os processos de fabricação. 
Cada processo de fabricação apresenta características peculiares que o distingue dos 
demais. Assim, a fundição é caracterizada pela fusão de um metal que é vazado em um molde; 
a soldagem, pela junção de peças por meio da adição de metal fundido nas junções; a 
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conformação, pela deformação plástica como meio de obter a geometria do produto; a 
metalurgia do pó, pela prensagem e aquecimento de partículas misturadas a um aglomerante; a 
injeção, pela fusão de plásticos ou metais de baixo ponto de fusão que são conduzidos a alta 
pressão ao interior de um molde e assim por diante. 
PROCESSO DE
FABRICAÇÃO
PRODUTO ACABADO
OU SEMI-ACABADO
MATÉRIA PRIMA
 
Figura 1.1 Representação esquemática de um processo de fabricação. 
 
O que caracteriza o processo de usinagem é que a transformação da matéria-prima em 
produto se dá pela remoção de material na forma de cavacos. A usinagem dividida em duas 
categorias de acordo com a energia empregada para remover o material. Na usinagem 
tradicional (ou convencional) o material é removido por cisalhamento devido à ação de uma 
ferramenta de corte. Como exemplos de processos tradicionais de usinagem têm-se o 
torneamento, fresamento, furação, alargamento, rosqueamento, retificação, brochamento, etc, 
Os processos não tradicionais (ou não convencionais) empregam outras modalidades de 
energia para remover o material como ultra-som, laser, plasma, fluxo abrasivo, reações 
químicas ou eletroquímicas, feixe de elétrons, etc. 
A usinagem convencional representa uma parcela significativa entre os processos de 
fabricação. Pode-se tomar como exemplo a fabricação de um automóvel. Se considerarmos os 
seus principais componentes, poderemos fazer uma longa lista de itens que são usinados em 
alguma etapa da fabricação. 
Produzir a forma desejada, partindo de outra forma inicial como matéria prima, pode ser 
realizado por diversas maneiras. Na Figura 1.2 são mostrados os diversos processos de 
fabricação atualmente desenvolvidos. 
O foco deste livro é o estudo dos processos de fabricação por usinagem, com ênfase nos 
fenômenos relacionados à remoção dos materiais por cisalhamento e nos processos de 
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usinagem propriamente ditos. A abordagem é apresentada do ponto de vista do estudo dos 
aspectos tribológicos da usinagem. A palavra Tribologia é oriunda do grego (tribos = atrito, 
logos = estudo). Tribologia é, portanto, a ciência trata do estudo do contato entre superfícies, 
com abordagem no atrito, desgaste e lubrificação. As superfícies em contato e o meio no qual 
estão inseridas são denominados Sistemas Tribológicos. Assim o par ferramenta-peça e o 
ambiente constituem um sistema tribológico e os fenômenos relacionados ao movimento 
relativo entre a ferramenta e a peça são avaliados considerando o atrito, desgaste e 
lubrificação. 
 
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Torneamento
Fresamento
Furação
Convencional Alargamento
Mandrilamento
Brochamento
Roscamento
Serramento
Outros
Com Remoção
de Cavaco Eletroerosão
Eletroquímica
Jato Abrasivo
Jato de Água
Usinagem Jato de Água Abrasivo
Não Convencional Ultra-som
Fluxo Abrasivo
Laser
Plasma
Feixe de Elétrons
Outros
RetificaçãoBrunimento
Abrasivos Lapidação
Processos Lixamento
de Fabricação Outros
Molde de Areia
Cera Perdida
Fundição Fundução Sob Pressão
Outros
Eletrodo Revestido
Resistência
Soldagem Arco Submerso
Laser
MIG/MAG
Sem Remoção de TIG
Cavaco
Laminação
Extrusão
Conformação Conformação
Forjamento
Trefilação
Outros
Estereolitografia
Sinterização a Laser seletivo
Prototipagem Rápida Modelagem por Deposição de Fundido
Laminação de Objetos
Impressão Tridimensional 
Figura 1.2 Principais processos de fabricação. 
 
 
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São considerados como processos de usinagem Usinagem, portanto, são todos os: 
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO EM QUE UMA PORÇÃO DE MATERIAL É REMOVIDA DA 
PEÇA, POR CISALHAMENTO, NA FORMA DE CAVACO. 
Cavaco é a denominação dada à porção de material que é removida da peça. Outros 
processos de fabricação também retiram material da peça como a estampagem, a retificação, 
entre outros, mas o modo com que o material é retirado da peça apresenta algumas diferenças 
em relação à usinagem. Como exemplo, na usinagem tem-se ferramentas com geometria e 
quantidades definidas atuando sobre a peça, enquanto na retificação o número de ferramentas 
(grãos abrasivos) atuantes é muito grande e as ferramentas não possuem geometria definida. 
Além disso, eles estão aleatoriamente distribuídos sobre a superfície do rebolo e nesse caso, a 
retificação é enquadrada como um processo abrasivo, assim como o brunimento e a lapidação. 
A busca pelas origens dos processos de usinagem conduz a épocas remotas, pois as 
primeiras ferramentas fabricadas pelos seres humanos foram em pedra lascada. Se 
considerarmos que as lascas de pedra removidas sejam cavacos, pode-se identificar a Idade da 
Pedra Lascada como a época de origem dos processos de usinagem. O aprimoramento da 
técnica de fabricação de utensílios em pedra levou à Idade da Pedra Polida. Apesar de esses 
acontecimentos datarem de um passado longínquo, não se pode negar que foram marcos 
importantes no desenvolvimento humano, a ponto de a história os caracterizarem como 
períodos de desenvolvimento da pré-história. 
Um grande avanço nesse período foi a transformação do movimento de translação em 
movimento de rotação (com sentido de rotação invertido a cada ciclo). Este princípio foi 
aplicado em um dispositivo denominado furação de corda puxada, conforme mostrado na 
Figura 1.3. 
 
 
Figura 1.3 – Mecanismo de corda puxada. 
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O desenvolvimento da máquina de mandrilhar de John Wilkinson, no final do Século XVII 
pode ser considerado um marco no desenvolvimento dos processos de usinagem, pois com ela, 
James Watt pode fabricar cilindros com características geométricas e dimensionais adequadas 
para o emprego em sua máquina de vapor. As máquinas a vapor revolucionaram os meios de 
produção e transporte e foram a força motriz da Revolução Industrial do Século XVIII. 
A abordagem científica dos fenômenos que ocorrem nos processos de usinagem teve 
início a partir do final do Século XIX com os estudos de F. W. Taylor que tinham como objetivo o 
aumento da produtividade dos processos de fabricação. As pesquisas de Taylor revolucionaram 
os meios produtivos com o desenvolvimento do aço-rápido (em parceria com White), dos fluidos 
de corte e com a determinação da equação de vida para as ferramentas de corte, que ficou 
conhecida como equação de Taylor. 
No Século XX, como aconteceu nas diversas áreas do conhecimento, a usinagem teve 
desenvolvimento acentuado, com o desenvolvimento de materiais para ferramentas de corte, de 
fluidos de corte, revestimentos para ferramentas, máquinas-ferramenta e também no campo do 
desenvolvimento de materiais com usinabilidade melhorada. Destacam-se os trabalhos de E. M. 
Trent, que fez profundas investigações sobre a interface cavaco-ferramenta que permitiram o 
entendimento do processo de formação do cavaco e de mecanismos de desgaste das 
ferramentas de corte. 
O mundo passou por profundas transformações na segunda metade do Século XX, 
principalmente na sua última década, quando termos como globalização, abertura de mercado 
e competitividade passaram a ter uso corrente. O cenário do início do Século XXI é marcado 
pelo desenvolvimento tecnológico acelerado e pela competitividade. Nas condições atuais, a 
incorporação de recursos tecnológicos deixou de ser um fator de diferenciação entre produtos 
similares fabricados por empresas concorrentes, já que o acesso a novas tecnologias não é 
restrito a poucas empresas e assim que surgem novos recursos tecnológicos, eles são 
imediatamente incorporados aos produtos. Injeção eletrônica, freios ABS e air bag, por 
exemplo, não são exclusividades de uma ou outra montadora de veículos, pois são disponíveis 
em veículos de todas as marcas. Outro exemplo foi o lançamento dos automóveis equipados 
com motores bicombustível. Tão logo uma montadora anunciou um automóvel com 
funcionamento a álcool ou gasolina e várias outras lançaram seu modelos. 
Em um ambiente competitivo, o preço de venda do produto é fortemente influenciado pelo 
mercado e a semelhança entre produtos concorrentes no que diz respeito à incorporação de 
novidades tecnológicas impede que tais recursos sejam fatores de diferenciação. Como a 
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concorrência limita a liberdade de aumento de preço dos produtos e a incorporação de recursos 
tecnológicos não é privilégio desta ou daquela empresa, o melhor procedimento para o 
aumento da lucratividade é a busca pela melhoria contínua dos processos produtivos. Em se 
tratando de usinagem a busca pela otimização dos processos envolve um grande número de 
variáveis. 
O mercado ligado à usinagem é particularmente competitivo, mesmo para os padrões de 
competitividade atuais. Isso exige que os profissionais busquem sempre aprofundar seus 
conhecimentos na área, para que saibam lidar com a complexidade dos fenômenos que 
existem no corte dos materiais para otimizar os seus processos. O enriquecimento dos 
conhecimentos em usinagem se dá por meio da realização de pesquisas científicas na área e 
de experiências vivenciadas em chão-de-fábrica. Para transformar as experiências adquiridas 
em trabalhos de investigação ou no acompanhamento diário de processos produtivos sejam 
estruturados em forma de conhecimento, é necessário que os profissionais tenham 
conhecimentos básicos sobre os fenômenos relacionados à usinagem. O objetivo deste 
trabalho é apresentar os fundamentos da usinagem dos materiais, fundamentais para a 
compreensão deste processo de fabricação e para o melhor aproveitamento de experiências 
futuras. 
O histórico deste trabalho é um exemplo do dinamismo do tema. Sua primeira versão foi 
redigida em 2002 e desde então tem sido revisto e ampliado com exemplos de resultados de 
pesquisas, com o objetivo de torná-lo mais claro e completo. 
Os Capítulos 2 e 3 tratam basicamente da definição de nomenclaturas relativas às 
grandezas físicas nos processos de corte e geometria das ferramentas, respectivamente, 
fundamentais para a padronização dos termos adotados e, com isso, facilitar a compreensão do 
assunto. 
No Capítulo 4 é apresentado o estudo da formação do cavaco e da interface cavaco-
ferramenta. A formação do cavaco caracteriza a usinagem, oque torna fundamental o 
conhecimento de como o cavaco se forma. Na interface cavaco-ferramenta ocorrem fenômenos 
cujos efeitos são determinantes para a compreensão do processo. O bom entendimento desse 
capítulo é fundamental para o aproveitamento dos conhecimentos apresentados nos capítulos 
posteriores, de modo que deve ser dada atenção especial ao conteúdo nele apresentado. 
Os conceitos relacionados ao estudo da força e da potência de corte são apresentados no 
Capítulo 5. O estudo da força de usinagem é fundamental, pois a remoção do material em 
forma de cavaco se dá por cisalhamento e o esforço aplicado pela ferramenta de corte é 
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responsável por gerar tensões que levam o material da peça a cisalhar. A potência de corte 
está relacionada à quantidade de energia necessária para a usinagem. Tanto a força como a 
potência de usinagem podem ser tomadas como parâmetro para monitoramento do desgaste 
das ferramentas de corte. 
O Capítulo 6 trata do estudo da temperatura em usinagem. A energia envolvida no 
processo de formação do cavaco é quase totalmente convertida em energia térmica. As 
elevadas temperaturas geradas em conseqüência têm efeitos importantes nos processos, 
principalmente no que na redução do desgaste das ferramentas. Tudo isso justifica o estudo da 
geração de calor em usinagem e também das técnicas empregadas na medição da temperatura 
da interface cavaco-ferramenta e da distribuição de temperatura nas ferramentas de corte. 
No Capítulo 7 são apresentados os materiais para ferramentas de corte e suas 
respectivas aplicações. O desenvolvimento de novos materiais para ferramentas de corte 
resultou em aumento significativo da produtividade dos processos de usinagem. O estudo das 
propriedades e da aplicabilidade dos materiais para ferramentas de corte é imprescindível no 
estudo dos fundamentos da usinagem. 
No Capítulo 8 é abordado o estudo dos revestimentos para ferramentas de corte. Estima-
se que atualmente mais de 90% das ferramentas de corte sejam revestidas. Observa-se, ainda, 
o crescimento da variedade de revestimentos, depositados sobre as ferramentas de corte com o 
objetivo de aumentar a resistência ao desgaste ou reduzir o coeficiente de atrito entre o cavaco 
e a ferramenta. A seleção do melhor revestimento para ferramentas de corte depende de 
conhecimentos específicos, apresentados neste Capítulo. 
O Capítulo 9 trata do estudo das avarias, desgaste e mecanismos de desgaste das 
ferramentas de corte. São apresentadas as classificações do desgaste quanto às formas e 
mecanismos, desenvolvidas para permitir a medição do desgaste e para identificação das 
causas predominantes do desgaste das ferramentas de corte. 
No Capítulo 10 é apresentado o estudo da vida das ferramentas de corte e da 
quantificação do desgaste. Uma vez que o desgaste das ferramentas de corte não pode ser 
evitado, é necessário que se busque entender a evolução do desgaste e estabelecer qual o 
valor máximo admissível para as ferramentas de corte 
O estudo dos fluidos de corte é apresentado no Capítulo 11. Os fluidos de corte são 
utilizados nos processos de usinagem com o objetivo principal de lubrificar ou refrigerar e com 
isso promover o aumento da vida da ferramenta de corte, Neste capítulo são apresentadas a 
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classificação, as técnicas de aplicação dos fluidos de corte e os efeitos dos fluidos de corte no 
meio ambiente e na saúde do trabalhador. 
No Capítulo 12 trata do estudo da integridade superficial em usinagem. Os Capítulos 7 a 
11 é dada ênfase às ferramentas de corte. No Capítulo 12 é abordado o efeito das deformações 
e temperatura resultantes da usinagem na superfície e em camadas sub-superficiais próximas à 
superfície. O assunto é dividido no estudo da textura de superfícies usinadas e das alterações 
metalúrgicas que ocorrem nas regiões próximas à superfície. 
O Capítulo 13 aborda a usinabilidade dos materiais. São apresentados o conceito de 
usinabilidade, os critérios adotados para determinar a usinabilidade, exemplos de ensaios de 
usinabilidade e os aspectos marcantes da usinabilidade dos materiais. 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 
CAPÍTULO II 
GRANDEZAS FÍSICAS NO PROCESSO DE CORTE 
No capítulo anterior foi apresentado o conceito de usinagem como o processo de 
fabricação em que a transformação da matéria-prima em produto se dá pela remoção de 
material em forma de cavacos. A remoção do cavaco só é possível devido a uma série de 
movimentos relativos entre a ferramenta e a peça. O estudo desses movimentos está 
inserido dentro do tópico denominado grandezas físicas no processo de corte que trata 
ainda das velocidades, percursos e das grandezas relacionadas ao cavaco. 
As definições aqui apresentadas são transcrições da Norma ABNT NBR 6162/1989, 
Movimentos e Relações Geométricas na Usinagem dos Metais – Terminologia, que foi 
criada com o objetivo de padronizar a nomenclatura dessas grandezas. 
2.1 - Movimentos 
São movimentos relativos entre a peça, considerada estática e a aresta de corte da 
ferramenta. São distintos dois tipos de movimento: movimentos que fazem parte da retirada 
de cavaco e os movimentos que não tomam parte na retirada de cavaco. As definições 
referem-se a um ponto genérico da aresta de corte. 
Os movimentos que tomam parte direta na formação de cavaco são: 
• Movimento de corte: movimento entre a peça e a ferramenta que, sem o movimento 
de avanço, origina uma única retirada de cavaco; 
• Movimento de avanço: movimento que, associado ao movimento de corte, promove a 
retirada contínua de cavaco; 
• Movimento efetivo: movimento resultante dos movimentos de corte e avanço. 
Os movimentos que não tomam parte direta na formação do cavaco são: 
• Movimento de aproximação: movimento entre a peça e a ferramenta com o qual a 
ferramenta se aproxima da peça, antes do início da usinagem. 
• Movimento de ajuste: movimento entre a peça e a ferramenta com o qual é 
determinada a espessura de material da peça a ser retirada (ajuste da profundidade 
de corte). 
• Movimento de correção: movimento para compensar o desgaste da ferramenta. 
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• Movimento de recuo: movimento com o qual a ferramenta é afastada da peça após a 
usinagem. 
 
2.2 - Direções dos Movimentos 
São as direções em que ocorrem os movimentos de corte, avanço e efetivo. Dessa 
forma: 
• Direção de corte: direção instantânea do movimento de corte. 
• Direção de avanço: direção instantânea do movimento de avanço. 
• Direção efetiva: direção instantânea do movimento efetivo de corte. 
As direções dos movimentos de corte no processo de torneamento são mostradas na 
Figura 2.1 . 
 
Movimento
de corte
Movimento
de avanço
Movimento
de efetivo
vc
vf
ve
 
Figura 2.1 - Direções dos movimentos de corte, avanço e efetivo no torneamento. 
2.3 - Percursos da Ferramenta na Peça 
Percurso de corte Lc: é o espaço percorrido pelo ponto de referência da aresta de corte da 
ferramenta sobre a peça, segundo a direção de corte. 
Percurso de avanço Lf: é o espaço percorrido pelo ponto de referência da aresta de corte da 
ferramenta sobre a peça, segundo a direção de avanço. Nos casos em que haja movimento 
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de avanço principal e avanço lateral, devem-se distinguir as componentes do percurso de 
avanço. 
Percurso efetivo Le: é o espaço percorrido pelo ponto de referência da aresta de corte da 
ferramenta sobre a peça, segundo a direção efetiva de corte. 
 
Definições análogas são válidas para os movimentos que não tomam parte 
diretamente na formação do cavaco. 
2.4 - Velocidades 
Velocidade de corte vc: é a velocidade instantânea do ponto de referência da aresta de corte 
da ferramenta, segundo a direção e sentido de corte. 
Velocidade de avanço vf: é a velocidade instantânea do ponto de referência da aresta de 
corte da ferramenta, segundo a direção e sentido de avanço. 
Velocidade de efetiva de corte ve: é a velocidade instantânea do ponto de referência da 
aresta de corte da ferramenta, segundo a direção e sentido de corte. 
2.5 - Conceitos Auxiliares 
Plano de trabalho Pfe: é o plano que contem as direções de corte e de avanço e passa pelo 
ponto de referência da aresta de corte. Nesse plano ocorrem os movimentos que tomam 
parte na retirada de cavaco. 
Ângulo da direção de avanço ϕ: é o ângulo entre as direções de corte e de avanço. Nem 
sempre a direção de avanço é perpendicular à direção de corte. No fresamento esse ângulo 
varia durante o corte. 
Ângulo da direção efetiva de corte η: é o ângulo entre a direção de corte e a direção efetiva 
de corte. 
Os ângulos ϕ e η, bem como o plano de trabalho encontram-se representados na Figura 2.2. 
Superfícies em usinagem: são as superfícies geradas na peça pela ferramenta. Devem-se 
distinguir a superfície em usinagem principal e a superfície em usinagem secundária, onde a 
primeira é gerada pela aresta principal de corte e a segunda pela aresta secundária de corte 
As superfícies em usinagem são representadas na Figura 2.3 
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ηϕ
Ferramenta
Peça
vc ve 
vf 
Plano de
trabalho
 
Figura 2.2 - Representação esquemática do plano de trabalho (Pfe) e dos ângulos da direção 
de avanço (ϕ) e da direção efetiva de corte (η). 
 
 Superfície 
principal de 
usinagem 
Superfície 
secundária de 
usinagem 
Figura 2.3 - Superfícies em usinagem. 
 
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2.6 - Grandezas de Corte 
 São grandezas que devem ser ajustadas na máquina, direta ou indiretamente. 
Avanço (f): é o percurso de avanço em cada volta, em mm/revolução ou em cada curso da 
ferramenta, em mm/golpe. No caso de ferramentas que possuam mais de um dente, como 
no caso do fresamento, distingue-se o avanço por dente (fz), medido na direção do avanço 
da ferramenta e corresponde à geração de duas superfícies consecutivas em usinagem. 
f=fz.z (2.1) 
Onde z é o número de dentes da ferramenta. 
O avanço por dente pode ser decomposto no avanço de corte e no avanço efetivo de 
corte, mostrados na Figura 2.4. 
 
 
η
ϕ
fz
fc
Direção de corte
fe
Direção efetiva de corte
 
Figura 2.4 - Representação esquemática do avanço por dente fz, do avanço de corte fc e do 
avanço efetivo fe no fresamento discordante. 
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Avanço de corte (fc): é a distância entre duas superfícies consecutivas em usinagem, medida 
na direção perpendicular à direção de corte, no plano de trabalho. 
fc = fz . senϕ (2.2) 
Avanço efetivo de corte (fc): é a distância entre duas superfícies consecutivas em usinagem, 
medida na direção perpendicular à direção de corte, no plano de trabalho. 
fc=fz.sen(ϕ-η) (2.3) 
Profundidade ou largura de usinagem ap: é a profundidade ou largura de penetração, 
medida na direção perpendicular ao plano de trabalho (Fig. 2.5). 
Penetração de trabalho ae: é a penetração da ferramenta em relação à peça, medida no 
plano de trabalho, numa direção perpendicular à direção de avanço. É de importância 
predominante no fresamento e na retificação (Fig. 2.5). 
Penetração de avanço af: é a penetração da ferramenta, medida no plano de trabalho e na 
direção de avanço (Fig. 2.5). 
 
 
 
Fig. 2.5. Representação esquemática das profundidades medidas em usinagem. 
 
 
 
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2.7 - Grandezas Relativas ao Cavaco 
São grandezas calculadas a partir das grandezas de corte. 
Largura de corte b: é a largura calculada da seção transversal de corte a ser retirada, 
medida na superfície em usinagem principal, na direção perpendicular à direção de corte 
(Fig. 2.6). Para ferramentas de corte com aresta retilínea e sem raio de ponta, tem-se: 
 
Largura efetiva de corte be: é a largura calculada da seção transversal de corte a ser 
retirada, medida na superfície em usinagem principal, na direção perpendicular à direção 
efetuva de corte. Para ferramentas de corte com aresta retilínea e sem raio de ponta, tem-
se: 
be=b.(1-sen2ηcosχr2)1/2 (2.5) 
Espessura de Corte h: é a espessura calculada da seção transversal de corte a ser retirada, 
medida normalmente à superfície em usinagem principal e segundo a direção perpendicular 
à direção de corte (Fig. 2.6). Para arestas de corte retilíneas: 
h=f.senχr (2.6) 
 
b a
sen
p= χ r (2.4)
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Fig. 2.6. Representação esquemática das grandezas relativas ao cavaco. 
Espessura efetiva de corte he: é a espessura calculada da seção transversal efetiva de corte 
a ser retirada, medida normalmente à superfície em usinagem principal e segundo à direção 
perpendicular à direção efetiva de corte. 
h h
sen
e = +1 2 2χ η. tan (2.7) 
Seção transversal de corte A: é a área calculada da seção transversal de um cavaco a ser 
retirado, medida no plano normal à direção efetiva de corte. Na maioria dos casos: 
A=ap.fc (2.8) 
Ae=ap.fe (2.9) 
Em ferramentas sem arredondamento na ponta de corte: 
A=b.h (2.10) 
Ae=be.he(2.11) 
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CAPÍTULO III 
GEOMETRIA DAS FERRAMENTAS DE CORTE 
A geometria das ferramentas de corte tem influência marcante na usinagem dos 
materiais. Este capítulo apresenta as definições das arestas, superfícies, ângulos e planos 
que compõem a geometria das ferramentas. A padronização da nomenclatura utilizada 
consta na Norma ABNT NBR 6163/80 – “Geometria da Cunha de Corte” e são apresentadas 
a seguir. 
3.1 - Definições 
Cunha de Corte: cunha formada pelas superfícies de saída e de folga da ferramenta. Os 
cavacos formam-se sobre a cunha cortante por meio do movimento relativo entre a peça e a 
ferramenta. 
Superfície de saída Aγ: superfície da cunha cortante sobra a qual o cavaco desliza. 
Superfície de folga: é a superfície da cunha cortante que define a folga entre a superfície em 
e a ferramenta. Distingue-se a superfície principal de folga Aα e a secundária de corte A’α. 
Arestas de corte: são formadas pelas superfícies de folga e de saída. São definidas a aresta 
principal de corte S e a aresta secundária de corte S’. 
• Aresta principal de corte S: aresta de corte cuja cunha de corte, 
observada no plano de trabalho e para m ângulo da direção de avanço ϕ = 90º 
indica a direção de avanço. 
• Aresta secundária de corte S’: aresta de corte cuja cunha de corte, 
observada no plano de trabalho, e para o ângulo da direção de avanço ϕ = 90o, 
indica a direção contrária à direção de avanço. 
Ponta de corte: região da cunha cortante formada pela intersecção das arestas principal e 
secundária de corte 
Ponto de corte escolhido: ponto tomado como referência para as definições dos ângulos da 
cunha cortante. 
 As definições apresentadas são mostradas na Figura 3.1 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 19 
Aresta principal de corte S
Ponta de corte
superfície principal de folga A α
superfície secundária de folga A’ α
Aresta secundárial de corte S’
Superfície de saída A γ
Direção de avanço
Aresta principal de corte S
Ponta de corte
superfície principal de folga A α
superfície secundária de folga A’ α
Aresta secundárial de corte S’
Superfície de saída A γ
Direção de avanço
Ponta de corte
superfície principal de folga A α
superfície secundária de folga A’ α
Aresta secundárial de corte S’
Superfície de saída A γ
Direção de avanço
Ponta de corte
superfície principal de folga A α
superfície secundária de folga A’ α
Aresta secundárial de corte S’
Superfície de saída A γ
Direção de avanço 
Figura 3.1 - Arestas e superfícies que formam a cunha cortante de uma ferramenta de 
barra para o torneamento. 
3.2 - Sistemas de Referência Utilizados para a Definição dos Ângulos da Cunha 
Cortante 
 As definições das arestas e superfícies que compõem a cunha cortante não são 
suficientes para a determinação da geometria da ferramenta. As variações de geometria de 
ferramenta apresentadas na Figura 3.2 permitem ilustrar essa afirmação. 
 As ferramentas mostradas na Figura 3.2 apresentam entre si diferenças significativas 
de geometria. A diferenciação entre elas é feita por meio dos ângulos da cunha cortante. 
Esses ângulos são definidos a partir de planos definidos dos chamados sistemas de 
referência da cunha cortante, apresentados nesta seção. 
 São definidos dois sistemas de referência: 
• Sistema de referência da ferramenta; 
• Sistema de referência efetivo; 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 20 
 Os sistemas de referência são formados por um conjunto de planos definidos a partir 
das direções das velocidades de corte e efetiva de corte. O sistema de referência da 
ferramenta é definido a partir da direção da velocidade de corte e é utilizado na fase projeto, 
fabricação e controle da ferramenta de corte. O sistema de referência efetivo é definido a 
partir da direção efetiva de corte e é utilizado no estudo da geometria da cunha cortante 
durante o corte. 
 
Figura 3.2 - Ferramentas de barra com diferentes geometrias. 
3.2.1 - Planos do Sistema de Referência da Ferramenta 
Plano de referência da ferramenta Pr: é o plano que passa pelo ponto de corte e é 
perpendicular à direção de corte. O plano de referência de uma ferramenta de barra é 
representado na Figura 3.3. 
Direção de corte
Plano de Referência (Pr)
 
Figura 3.3 - Representação esquemática do plano de referência da ferramenta. 
 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 21 
Plano de corte da ferramenta Ps: é o plano que passa pelo ponto de corte escolhido, é 
tangente á aresta de corte nesse ponto e é perpendicular ao plano de referência da 
ferramenta. O plano de corte da ferramenta é representado na Figura 3.4. 
 
Plano de 
Corte (Ps
)
Plano de Referência (Pr)
Plano de Referência (Pr)
 
Figura 3.4 Representação esquemática do plano de corte da ferramenta. 
Plano ortogonal da ferramenta Po: é o plano que passa pelo ponto de corte escolhido e é 
perpendicular aos planos de referência Pr e de corte Ps. O plano de corte da ferramenta é 
representado na Figura 3.5. 
Plano de 
Corte (Ps
)
Pla
no 
de R
efer
ênc
ia (
P r)
Plano de Ortogonal (Po)
 
Figura 3.5 - Representação esquemática do plano ortogonal da ferramenta. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 22 
Plano admitido de trabalho Pf: é o plano que passa pelo ponto de corte escolhido, é 
perpendicular ao plano de referência e paralelo à direção de avanço. O plano admitido de 
trabalho é representado na Figura 3.6. 
 
Plano admitido de trabalho (Pf)
Direção de avanço
Plano de referência
 
Figura 3.6 - Representação esquemática do plano admitido de trabalho. 
Plano de trabalho Pfe: é o plano que passa pelo ponto de corte escolhido e contem as 
direções de corte e avanço. Nesse plano são realizados os movimentos responsáveis pela 
retirada de cavaco, conforme apresentado no capítulo 2. O plano de trabalho é representado 
na Figura 3.7. 
 
Plano de trabalho (Pfe)
Direção de corte
Direção de avanço
 
Figura 3.7 - Representação esquemática do plano de trabalho. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 23 
Plano dorsal da ferramenta Pp: plano que passa pelo ponto de corte escolhido e é 
perpendicular aos planos de referência e admitido de trabalho. 
São definidos ainda no sistema de referência da ferramenta: 
Plano normal à aresta de corte Pn: plano que passa pelo ponto de corte escolhido e é 
perpendicular à aresta de corte S. 
Plano ortogonal à superfície de saída Pg: plano que passa pelo ponto de corte escolhido e é 
perpendicular à superfície de saída e ao plano de referência da ferramenta. 
Plano ortogonal à superfície de folga Pb: plano que passa pelo ponto de corte escolhido e é 
perpendicular à superfície de folga e ao plano de referência da ferramenta. 
Ângulo de posição do plano ortogonal á superfície de folga θr: ângulo entre o plano admitido 
de trabalho e o plano ortogonal, medido no plano de referência da ferramenta. 
3.2.2 - Planos do Sistema de Referência Efetivo 
Os planos do sistema de referência efetivo são definidos de forma análoga àutilizada para a 
definição dos planos do sistema de referência da ferramenta. 
Plano de referência efetivo Pre: é o plano que passa pelo ponto de corte e é perpendicular à 
direção efetiva de corte. 
Plano de corte efetivo Pse: é o plano que passa pelo ponto de corte escolhido, é tangente á 
aresta de corte nesse ponto e é perpendicular ao plano de referência efetivo. 
Plano ortogonal efetivo Poe: é o plano que passa pelo ponto de corte escolhido e é 
perpendicular aos planos de referência e de corte efetivos (Pre e Pse, respectivamente). 
Plano dorsal efetivo Ppe: plano que passa pelo ponto de corte escolhido e é perpendicular 
aos planos de referência efetivo e de trabalho. 
3.3 - Principais Ângulos da Cunha Cortante 
A definição dos planos que servem de referência para a determinação dos ângulos da 
cunha cortante torna possível determinar os ângulos da cunha cortante. Nesta seção serão 
apresentados os sete principais ângulos, definidos nos planos de referência, de corte e 
ortogonal. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 24 
3.3.1 - Ângulos Medidos no Plano de Referência 
A vista do plano de referência de uma ferramenta de barra é apresentada na Figura 
3.8. 
χr
εr
χ’r
Plano admitido de trabalho Pf
Plano principal
de corte Ps
Plano secundário
de corte P’s
Direção de corte
Plano de Referência (Pr)
Sentido de 
observação
 
Figura 3.8 - Ângulos medidos no plano de referência da ferramenta. 
 No plano de referência são definidos três ângulos: 
Ângulo de posição da ferramenta (χr): ângulo entre o plano de corte da ferramenta Ps e o 
plano admitido de trabalho Pf, medido no plano de referência da ferramenta. É sempre 
positivo e situa-se sempre fora da cunha cortante, de forma que seu vértice indica a ponta 
de corte. Esse ângulo indica a posição da aresta de corte. 
Ângulo de ponta da ferramenta (εr): ângulo entre o plano principal de corte Ps e o 
secundário de corte P’s, medido no plano de referência da ferramenta. 
Ângulo de posição lateral da ferramenta (χ’r): ângulo entre o plano de plano de corte 
secundário da ferramenta P’s e o plano admitido de trabalho Pfe, medido no plano de 
referência. 
 É importante destacar que a denominação dos três ângulos recebe é acompanhada 
do índice “r” que indica que tais ângulos são medidos no plano de referência da ferramenta. 
Percebe-se ainda a seguinte relação entre os valores dos ângulos medidos no plano de 
referência da ferramenta: 
χr + εr + χ’r = 180o (3.1) 
3.3.2 - Ângulo medido no plano de corte Ps 
A vista do plano de corte da ferramenta é apresentada na Figura 3.9. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 25 
 
Plano de 
Corte (Ps
)
Plano de Referência (Pr)
Plano de Referência (Pr)
Sentido de 
observação
Plano de referência λs
 
Figura 3.9 - Ângulo medido no plano de corte. 
 
 No plano de corte é definido apenas o ângulo de inclinação. 
Ângulo de inclinação (λs): ângulo entre a aresta de corte Ps e o plano de referência da 
ferramenta Pr, medido no plano de corte da ferramenta Ps. O ângulo de inclinação pode ser 
positivo, nulo ou negativo. Diz-se que o ângulo de inclinação é negativo quando o plano de 
referência corta a cunha de corte da ferramenta. O desenho esquemático da Figura 3.10 
permite a visualização das três situações. 
 
λs > 0λs > 0 λs = 0λs = 0
λs < 0λs < 0
 
Figura 3.10 - Representação esquemática do ângulo de inclinação positivo, nulo ou 
negativo. 
 O índice “s” indica que o ângulo é medido no plano de corte da ferramenta. 
3.3.3 - Ângulos medidos no plano ortogonal Po 
No plano ortogonal da ferramenta são definidos três ângulos, que são: 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 26 
Ângulo de folga da ferramenta (αo): ângulo entre a superfície de folga Aα e o plano de 
corte da ferramenta Os, medido no plano ortogonal da ferramenta Po. 
Ângulo de cunha da ferramenta (βo): ângulo entre as superfícies de folga Aα e de saída Aγ 
da ferramenta, medido no plano ortogonal da ferramenta Po. 
Ângulo de saída da ferramenta (γo): ângulo entre a superfície de saída da ferramenta Aγ e 
o plano de referência da ferramenta Pr, medido no plano ortogonal da ferramenta. 
A representação esquemática dos ângulos medidos no plano ortogonal da ferramenta 
é apresentada na Figura 3.11. 
 
Plano de Corte (Ps
)
Plano de Referência (P
r)
Plano de Ortogonal (Po)
Sentido de
observação
αoβo
γo
Plano de
Referência
Plano de corte 
Figura 3.11 Ângulos medidos no plano ortogonal 
O ângulo de saída pode assumir valores positivos, nulos ou negativos. Essas três 
situações podem ser visualizadas no desenho esquemático da Figura 3.12. 
Nota-se que o ângulo de saída é negativo quando o plano de referência corta a cunha 
cortante da ferramenta. Para os ângulos medidos no plano ortogonal vale a relação: 
αo+βo+γo=90o (3.2) 
 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 27 
Figura 3.12 Representação esquemática do ângulo de saída positivo, nulo e negativo. 
3.3.4 - Funções e Influência dos Principais Ângulos da Cunha Cortante 
Ângulo de folga (αo): 
• Evitar o atrito entre a peça e a superfície de folga da ferramenta; 
• Pequenos valores de αo implicam em dificuldade de penetração da cunha 
cortante, desgaste acelerado, grande geração de calor e acabamento superficial ruim 
da peça usinada; 
• Valores elevados de αo implicam em perda de resistência da cunha da 
ferramenta, que se torna susceptível a lascamento ou quebras; 
• A determinação dos valores de αo é feita em função da resistência do material 
da ferramenta e do material da peça. De modo geral os valores de αo variam de 2 a 
14o; 
Ângulo de saída (γo): 
• Tem influência direta na força e na potência de usinagem, no acabamento da 
peça e na quantidade de calor gerado; 
• O aumento do valor de γo implica no decréscimo do trabalho de dobramento 
do cavaco; 
• A fixação do valor de γo é feita em função da resistência do material da peça e 
da ferramenta, da quantidade de calor gerado no corte e da velocidade de avanço 
adotada; 
γo > 0 γo = 0 γo < 0
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 28 
• Valores negativos de γo são empregados no corte de materiais de baixa 
usinabilidade e em cortes interrompidos, com o inconveniente de provocar elevação 
das forças de usinagem e da potência de corte; 
• De modo geral são utilizados valores de γo entre –10 e 30o; 
Ângulo de inclinação (λo): 
• Controle da direção de saída do cavaco; 
• Proteção da quina da ferramenta contra impactos; 
• Atenuação de vibrações; 
• Valores entre – 4 e 4o são normalmente utilizados; 
Ângulo de posição (χr): 
• Distribuição favorável de tensões no início e no final do corte; 
• Tem influência direta no valor do ângulo de ponta (εr), influenciando a 
resistência e a capacidade de dissipação de calor da ferramenta; 
• Tem influência na direção de saída do cavaco; 
• Responsávelpela componente passiva da força de usinagem, que contribui 
para a redução das vibrações; 
• Valores normalmente adotados na faixa de 30 a 90o; 
3.3.4 Considerações finais 
Neste capítulo foram definidos os principais ângulos da cunha cortante das 
ferramentas de corte. As demonstrações desses ângulos foram feitas apenas em 
ferramentas de barra com o objetivo de facilitar a visualização. Cabe ressaltar que as 
mesmas definições podem ser aplicadas na definição dos ângulos da cunha cortante de 
ferramentas de corte mais complexas, como brocas e fresas. O rigor das definições, apesar 
de parecer dispensável quando se trata de ferramentas de torneamento, tem como objetivo 
garantir a sua aplicabilidade para todas as ferramentas de corte. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 29 
As definições dos ângulos da cunha de corte são também realizadas no sistema de 
referência efetivo. 
 
 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 
CAPÍTULO IV 
FORMAÇÃO DO CAVACO E INTERFACE CAVACO-FERRAMENTA 
Os assuntos abordados nos Capítulos II e III apresentaram os fundamentos para o 
estudo da usinagem. Os fenômenos decorrentes do contato da ferramenta com a peça 
serão apresentados a partir deste Capítulo, que trata do processo de formação do cavaco e 
do estudo da interface cavaco-ferramenta. Antes de dar início ao estudo da formação do 
cavaco propriamente dita, é apresentada a definição do corte ortogonal, que tem por 
objetivo permitir simplificações no estudo dos fenômenos relacionados ao contato cavaco-
ferramenta, como a formação do cavaco, interface cavaco-ferramenta, forças e tensões de 
usinagem. 
4.1 O Corte Ortogonal 
As direções de corte, avanço e do movimento de saída do cavaco para o torneamento 
cilíndrico são representadas na Figura 4.1. Nota-se que essas três direções não estão 
contidas um mesmo plano, de modo que o corte é denominado tridimensional. O corte 
ortogonal faz uma simplificação do corte na qual as direções dos movimentos de corte, 
avanço e de saída do cavaco passem a fazer parte de um mesmo plano. Exemplos de corte 
ortogonal são apresentados na Figura 4.2. 
Direção de corte
Direção de 
avanço
Direção do movimento 
de saída do cavaco
 
Figura 4.1 – Exemplo de corte tridimensional. 
 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 31 
Direção de corte
Direção de avanço
Direção do movimento de 
saída do cavaco
Direção de corte
Direção de avanço
Direção do movimento de 
saída do cavaco 
Figura 4.2 – Exemplos de corte ortogonal. 
Os desenhos esquemáticos mostrados na Figura 4.2 permitem a visualizar que as 
direções de corte, avanço e de saída dos cavacos pertencem a um mesmo plano. 
O desenho apresentado na Figura 4.3 representa uma vista do plano de trabalho de 
uma ferramenta no corte ortogonal. 
h
h’
h
h’
 
Figura 4.3 – Vista do plano de trabalho durante o corte ortogonal. 
Além das considerações relacionadas às direções, outras condições devem ser 
atendidas para que o corte seja considerado ortogonal: 
• A aresta de corte deve ser reta e perpendicular à direção de corte; 
• A aresta de corte deve ser maior que a largura de corte b; 
• A espessura de corte h, que é igual ao avanço, deve ser pequena em 
relação á largura de corte b; 
• A largura de corte b e a espessura do cavaco b’ devem ser idênticas; 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 32 
• O cavaco formado deve ser contínuo, sem formação de aresta postiça 
de corte; 
As simplificações obtidas por meio do corte ortogonal facilitam a visualização dos 
fenômenos que ocorrem durante o corte. 
4.2 A Formação do Cavaco 
O desenho esquemático do ensaio de compressão é apresentado na Figura 4.4. O 
corpo de prova é submetido a esforços de compressão crescentes (F1 < F2 < F3) e 
inicialmente sofre deformações elásticas (I). O aumento dos esforços de compressão 
prossegue até que seja atingido o limite de resistência ao cisalhamento do material e a partir 
daí o corpo de prova sofre deformações plásticas (II). No instante em que o limite de 
resistência do material é atingido, o corpo de prova rompe por cisalhamento. De acordo com 
o diagrama de distribuição de tensões de cisalhamento, a máxima tensão ocorre em um 
plano a 45o de modo que o material sofre cisalhamento nessa região, caso seja isotrópico e 
não apresente defeitos. 
 
F1F1 F2F2 F3F3
F1F1 F2F2 F3F3
I II III 
Figura 4.4 Representação esquemática do ensaio de compressão. 
Para o estudo da formação do cavaco, o volume “klmn“, mostrado na Figura 4.4, pode 
ser considerado um corpo de provas submetido a um ensaio de compressão. As tensões de 
compressão a que o volume de material é submetido crescem à medida que o volume de 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 33 
referência se aproxima da cunha de corte da ferramenta, de modo que o material é 
submetido à deformação elástica e plástica, até sofrer ruptura por cisalhamento no ponto 
“O”, localizado na ponta da ferramenta. A região onde o material é cisalhado é denominada 
zona de cisalhamento primária, representada na Figura 4.5. Para efeito de simplificação, a 
zona de cisalhamento primária é representada por um plano perpendicular ao plano de 
trabalho, denominado plano de cisalhamento primário, indicado pelo seguimento “OD” na 
Figura 4.4. 
 
 
Figura 4.4 Desenho representativo do processo de formação de cavaco (Trent, 1991). 
 
Após passar pela zona de cisalhamento primária o volume de referência é deformado 
e passa a assumir a configuração representada por “pqrs” no esquema da Figura 4.4. A 
partir de então tem início a quarta etapa, a formação do cavaco, que é o movimento do 
cavaco sobre a superfície de saída da ferramenta. 
 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 34 
Zona de 
cisalhamento 
primária
Zona de 
cisalhamento 
secundária
Zona de 
cisalhamento 
primária
Zona de 
cisalhamento 
secundária
 
(a) (b) 
Figura 4.5 Representação esquemática das zonas de cisalhamento primária e 
secundária a -Trent (1991) b – Chern (2005). 
 
De modo resumido, a formação do cavaco consiste de quatro etapas que são: 
• Deformação elástica, ou recalque; 
• Deformação plástica; 
• Ruptura; 
• Movimento do cavaco sobre a superfície da ferramenta; 
A quarta etapa do ciclo distingue a formação do cavaco do processo de ruptura em 
ensaios de compressão. Ao entrar em contato com ferramenta, o material é submetido a 
esforços de compressão e de cisalhamento na direção paralela à superfície de saída da 
ferramenta, o que dá origem à chamada zona de cisalhamento secundária, também 
representada na Figura 4.5. O material na zona de cisalhamento secundária exerce esforços 
de compressão sobre a zona de cisalhamento primária, o que faz com que a região de 
máxima tensão de cisalhamento nesta região ocorra em uma posição não mais a 45o, como 
ocorre nos ensaios de compressão. A posição da região de máxima tensão de cisalhamento 
é indicada pelo chamado ângulo de cisalhamento (φ), como indicado nas Figuras 4.4 e4.5. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 35 
A medida do ângulo de cisalhamento é sempre menor que 45o e é tanto menor quanto 
maior for a resistência ao cisalhamento do material na zona de cisalhamento secundária. Os 
fenômenos que ocorrem na interface da ferramenta e os seus efeitos sobre o ângulo de 
cisalhamento são detalhados nas seções a seguir. 
4.3 Interface Cavaco-Ferramenta 
O estudo da interface cavaco-ferramenta se justifica não só por sua influência direta 
na formação do cavaco, mas também por estar relacionado às temperaturas, às forças de 
usinagem e à vida das ferramentas. 
Os fenômenos que ocorrem na interface cavaco-ferramenta não são totalmente 
esclarecidos. A teoria mais aceita foi proposta por Trent (1963), que assume a existência de 
uma zona de aderência e de uma zona de escorregamento na interface cavaco-ferramenta. 
O desenho esquemático da Figura 4.6 indica a localização dessas zonas. 
Ferramenta
 
Figura 4.6 Representação das zonas de aderência e escorregamento Trent (1991). 
A região hachurada corresponde à zona de aderência que é seguida pela área 
delimitada pela linha tracejada. 
Apesar de não se ter conseguido provar a existência da zona de aderência, existem 
fortes evidências de que ela ocorra. Trent (1991) ao analisar a raiz do cavaco após o corte 
ter sido interrompido abruptamente em um dispositivo denominado “quick stop” encontrou 
fortes evidências de sua existência. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 36 
Outra evidência da existência da zona de aderência está relacionada ao atrito em 
usinagem. São identificados três regimes de atrito entre sólidos, dependendo da área de 
contato efetiva entre as superfícies de contato. 
Shaw et al. (1960) apresentaram os três regimes de atrito sólido por meio do diagrama 
da Figura 4.7. 
 
 
Figura 4.7 – Representação dos três regimes de atrito sólido (Shaw,1960). 
O regime I ocorre quando a área de contato efetiva entre os sólidos é muito menor que 
a área aparente (Ar << A), pelo fato de o contato ocorrer apenas nas irregularidades das 
superfícies. Nesse regime é válida a Lei de Atrito de Coulomb (µ=σ/τ = constante, onde σ e τ 
são as tensões normal e cisalhante presentes no contanto). O regime III é aquele onde não 
existe superfície livre. A área de contato real equivale à área aparente (Ar = A). O regime II é 
o de transição entre I e III, onde o coeficiente de atrito diminui com o aumento da carga. 
Wallace e Boothroyd (1964), contestam a existência do regime II e afirmam que ocorre a 
transição brusca do regime I para III. 
De acordo com o modelo de atrito apresentado, quando existe o contato total entre as 
superfícies a tensão cisalhante é constante e corresponde á tensão de cisalhamento do 
material de menor resistência. O modelo de distribuição de tensões proposto por Zorev 
(1963), mostrado na Figura 4.8, indica que a tensão de cisalhamento é constante nas 
proximidades da ponta da ferramenta e passa a decrescer a partir de um certo ponto, até 
chegar a zero. Ainda de acordo com o modelo, a tensão normal é máxima na ponta da 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 37 
ferramenta e decresce exponencialmente até chegar a zero. As elevadas tensões de 
compressão na ponta da ferramenta e o fato de a tensão de cisalhamento não variar com a 
tensão normal indica que nas proximidades da ponta da ferramenta ocorre o contato total 
entre a raiz do cavaco e a superfície de saída da ferramenta 
Ferramenta
Escorregamento
 
Figura 4.8 – Modelo de distribuição de tensões em usinagem proposto por Zorev 
(1963). 
Onde: τst - tensão cisalhante na região de aderência; 
 lst - comprimento da região de aderência e, 
 lf - comprimento total das regiões de aderência e de escorregamento. 
Na região de aderência, Ar = A e prevalece o regime III. Na região de escorregamento 
Ar << A vale o regime I. Dessa forma, a força total, tangente à superfície da ferramenta, é 
dada pela soma das forças tangenciais que atuam em cada uma das regiões. 
Em determinadas condições especiais a zona de aderência pode ser suprimida, 
prevalecendo apenas as condições de escorregamento. 
Devido à existência de diferentes condições na interface cavaco-ferramenta, impõe-se 
a necessidade de estudo criterioso de cada uma dessas condições. 
A presença da zona de aderência pode ser ainda evidenciada por meio da análise da 
Figura 4.9 (Hutchings, 1995), onde é mostrado um diagrama de regimes de desgaste, 
definidos pela velocidade normalizada e pela carga normalizada. A velocidade normalizada 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 38 
é a razão entre a velocidade de deslizamento e a velocidade da condução do calor e a carga 
normalizada é definida pela divisão do valor da carga normal aplicada pela área de contato 
e pela menor dureza entre os materiais em contado. 
Velocidade normalizada = 
tc
d
v
v
 (4.1) 
Onde: 
vd é a velocidade de deslizamento e vtc é a velocidade de transferência de calor. 
Carga normalizada = 
HVA
FN
.
 (4.2) 
Onde: 
FN é a carga normalizada, A é a área de contato e HV é o valor da menor dureza entre 
os materiais em contato. 
O diagrama foi obtido por meio de ensaios de desgaste pino sobre disco e define 
regiões de desgaste severo, suave, transição entre os dois regimes e uma região onde 
ocorre a adesão, definida predominantemente pelo valor da carga normalizada. 
III Suave
II Severo
IV Severo
I Adesão
V Suave
10-5
10-3
10-1
10
10-2 1 104
Velocidade normalizada 
C
ar
ga
 n
or
m
al
iz
ad
a
 
Figura 4.9. Mapa de regimes de desgaste obtido no ensaio pino sobre disco em corpos 
de prova de aço (Hutchings, 1995). 
 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 39 
De acordo com o diagrama de regimes de desgaste mostrado na Figura 4.9, a 
velocidade normalizada não apresenta influência significativa no regime I (adesão). Em 
outras palavras, pode-se afirmar que o valor da carga normalizada é a variável determinante 
do regime de adesão, que ocorre para valores dessa grandeza entre 10-1 e 100. 
Resultados de ensaios de medição da força de corte na usinagem do aço ABNT 4340 
com dois valores de dureza são apresentados na Tabela 4.1. 
Na Figura 4.10 são mostrados os valores de carga normalizada em forma de gráfico. 
O limite entre os regimes de desgaste severo e por adesão é representado pela linha 
traçada no gráfico. Nota-se que na usinagem do material com maior dureza (ensaios 1 a 7), 
os valores de carga normalizada mantiveram-se abaixo de 1. Já os para os ensaios 
realizados com o material com maior dureza (ensaios 8 a 14), os valores de carga 
normalizada tenderam a variar em torno de um. Em todas as situações a localização dos 
pontos indica condições de adesão, o que é uma evidência a mais da existência da zona de 
aderência. 
Com base nos resultados apresentados na Tabela 4.1 e na Figura 4.10, constata-se 
que a força normalizadaadquire valores mais elevados na usinagem do material mais 
macio. Comparando os ensaios realizados nas mesmas condições de corte, os valores de 
carga normalizada obtidos nos ensaios com o material mais macio foram sempre maiores, 
resultados que podem ser explicados pelo fato de os valores da força de corte não 
apresentarem diferenças significativas e o valor de dureza estar no denominador da 
expressão para o cálculo da carga normalizada (Eq. 4.2). 
Tabela 4.1 Força de corte e carga normalizada para o torneamento do aço ABNT 4340 
com diferentes durezas. 
Ensaio vc(m/min) f (mm/rev) ap (mm) Fc (N) A (mm2) HV FN 
1 240 0,20 1,0 522,83 0,2 7,72.10-1 
2 160 0,20 1,0 559,62 0,2 8,27.10-1 
3 200 0,16 1,0 394,03 0,16 7,28.10-1 
4 200 0,20 1,0 462,03 0,2 6,83.10-1 
5 200 0,24 1,0 535,54 0,24 6,59.10-1 
6 200 0,20 1,2 597,18 0,24 7,35.10-1 
7 200 0,20 0,8 379,71 0,16 
 
 
345 
 
 
 
 
 7,01.10-1 
8 200 0,20 1,0 539,25 0,2 1,10.100 
9 240 0,20 1,0 484,61 0,2 9,88.10-1 
10 160 0,20 1,0 511,19 0,2 1,04.100 
11 200 0,24 1,0 569,63 0,24 9,68.10-1 
12 200 0,16 1,0 450,38 0,16 1,15.100 
13 200 0,20 1,2 574,63 0,24 
 
 
250 
 
 
 
9,76.10-1 
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Ensaio vc(m/min) f (mm/rev) ap (mm) Fc (N) A (mm2) HV FN 
14 200 0,20 0,8 362,28 0,16 9,23.10-1 
 
1,00E-01
1,00E+00
1,00E+01
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Ensaio
C
ar
ga
 n
or
m
as
liz
ad
a
DESGASTE SEVERO
ADESÃO
 
Figura 4.10 – Posição dos valores de força normalizada no diagrama de regimes de 
desgaste. 
4.3.1 - Zona de aderência 
Como já mencionado, a existência de uma zona de aderência na interface cavaco-
ferramenta foi evidenciada por meio da análise de micrografias da raiz do cavaco (obtidas 
pela interrupção brusca do corte com um dispositivo “quick-stop”) de diversos materiais 
usinados com aço rápido e metal duro (Trent. 1963). Verificou-se a existência de contato 
íntimo do cavaco com a ferramenta ao longo de uma grande porção da interface ferramenta-
peça. Essa região foi denominada de zona de aderência, que corresponde ao regime III do 
atrito sólido. Ainda com base nessas micrografias percebe-se que o fluxo de material não 
ocorre na interface e sim em uma zona de cisalhamento intenso na parte inferior do cavaco 
com espessura entre 0,01 a 0,08 mm, que foi denominada de zona de fluxo (Trent, 1963). A 
porção de material em contato com a superfície da ferramenta permanece estacionária e há 
um gradiente de velocidade ao longo da espessura, até que no limite da zona de fluxo a 
velocidade de cisalhamento se iguala à velocidade de saída do cavaco. Com base nesse 
conceito, a tensão requerida para cisalhar o material a altas temperaturas e altas taxas de 
deformação é um fator muito importante na usinagem. Nas micrografias apresentadas por 
Trent (1963) fica evidente que as condições de aderência podem também ocorrer na 
superfície de folga, desde que o desgaste de flanco elimine o ângulo efetivo de folga. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 41 
As altas tensões de compressão, grandes quantidades de calor gerado, altas taxas de 
deformação e afinidades químicas entre os materiais da ferramenta e das peças são 
apontados como principais fatores que favorecem o surgimento da zona de aderência, pelo 
fato de promovem ligações atômicas na interface. As elevadas temperaturas devido ao calor 
gerado pelas deformações plásticas não só governam os mecanismos e as condições de 
deformação da zona de aderência, mas também influenciam diretamente os mecanismos de 
desgaste da ferramenta. Trent (1988a, 1988b, 1988c) afirma que as condições de aderência 
devem ser assumidas como inevitáveis. 
Segundo Trent (1991), as deformações cisalhantes no plano de cisalhamento primário 
são da ordem de 2 a 5, podendo chegar a 8. Entretanto, nas bandas de cisalhamento 
adiabático na usinagem de titânio ("flow zone") as deformações são bem maiores, podendo 
atingir valores superiores a 100. Esse é um valor estimado já que é praticamente impossível 
de se medir tais níveis de deformações a taxas de deformações da ordem de 104 s-1, 
confinadas a uma zona de fluxo de espessura, normalmente compreendida entre 10 a 100 
µm. Dessas observações Trent (1991) propõe um modelo, apresentado na Figura 4.11. 
 
 
Figura 4.11 - Modelo de Deformação na zona de fluxo proposto por Trent (1991). 
Segundo o modelo de Trent, a deformação cisalhante na zona de fluxo é inversamente 
proporcional à distância da superfície de saída. No ponto Y, a porção inicial do material 
OabX sofreu uma deformação Oa'b'X, enquanto que o material no centro da porção inicial 
de material considerada, OcdX (metade de OabX) se deformou para Oc"d"X, que é o dobro 
da deformação sofrida por ab. Da mesma forma, o material OefX, onde oe vale 1/4 de Oa, 
se deforma para Oe'''f'''X quando ele atinge o ponto Y, que é quatro vezes maior que a 
deformação sofrida por OabX quando este atinge o mesmo ponto, Oa'b'X. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 42 
Teoricamente, a deformação cisalhante seria infinita na superfície de saída da 
ferramenta, mas o fluxo laminar é interrompido a poucos micrometros desta superfície, 
devido à rugosidade da superfície da ferramenta. A capacidade dos metais e ligas metálicas 
suportarem tais níveis de deformações cisalhantes sem se romperem é atribuída às 
altíssimas tensões de compressão presentes naquela região (Machado e Da Silva, 1993). 
4.3.2 Zona de escorregamento 
A zona de escorregamento é localizada na periferia da zona de aderência e tem início 
na onde a tensão de cisalhamento, segundo o modelo de Zorev, passa a decrescer e se 
estende até a região onde esta se anula. Nessa região não ocorre a deformação observada 
na zona de fluxo e o regime de atrito observado encontra-se na região I do diagrama da 
Figura 4.7. 
Segundo Wright (1981), as condições de escorregamento ou aderência dependem de: 
- Afinidade química entre os materiais da ferramenta e da peça; 
- Condições atmosféricas; 
- Tempo de usinagem; 
- Velocidade de corte; 
4.3.3 - Aresta postiça de corte 
A formação da Aresta Postiça de Corte, APC, ocorre durante a usinagem a baixas 
velocidades de corte, a partir de uma porção de material encruado que se posiciona entre a 
superfície de saída da ferramenta e o cavaco em formação. Trent (1988b) explica este 
fenômeno da seguinte maneira: “... a primeira camada de material que se une à ferramenta 
por meio de ligações atômicas e encrua-se. Aumenta-se assim o seu limite de escoamento e 
as tensões de cisalhamento são insuficientes para quebrar estas ligações. As deformações 
então continuam nas camadas adjacentes, mais afastadas da interface, até que elas 
também são suficientemente encruadas. Pela repetição deste processo, uma sucessão de 
camadas forma a APC”. O tamanho da APC não pode aumentar indefinidamente. Quando o 
seu tamanho atinge um valor no qual a tensão de cisalhamento é suficiente para mudar a 
zona de cisalhamento primária, que até então estava acima da APC, para dentro do corpo 
desta, parte de sua estrutura é cisalhada e arrastada entre a superfície da peça e a 
superfície de folga da ferramenta. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos WisleyFalco Sales 43 
Milovik e Wallbank (1983), analisando a microestrutura da aresta postiça de corte, 
utilizando microscopia eletrônica e ótica, encontraram várias microtrincas na zona de 
cisalhamento ao redor da APC, entre os pontos A e B da Figura 4.12. 
 
 
Figura 4.12 - Aresta Postiça de Corte (Trent 1963). 
 
Foi verificado que essas microtrincas eram responsáveis pela abertura das trincas nos 
pontos A e B e eram geradas pela presença de segunda fase no material que, durante o 
cisalhamento, se deforma diferentemente da matriz, criando um estado triaxial de tensão 
que promove o aparecimento das microtrincas. Isso explica a necessidade de segunda fase 
no material para se formar a APC, como observaram Williams e Rollanson (1970). 
Resumindo, as condições necessárias para o surgimento da APC são a existência de 
uma segunda fase no material, que dá origem a um estado triaxial de tensões e que o corte 
seja realizado em uma faixa de velocidades de corte relativamente baixa. A faixa de 
velocidades de corte propensa ao surgimento da APC na usinagem de aços-carbono é 
mostrada no esquema da Figura 4.13. 
 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
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H, L 
L 
H 
L 
2 a 4 m/min 60 a 70 m/min 
APC instável APC estável APC instávelAPC estável
vc
H, L 
L 
H 
L 
2 a 4 m/min 60 a 70 m/min 
APC instável APC estável APC instávelAPC estável
vc 
Figura 4.13 – Dimensões da APC em função da velocidade de corte para aços-
carbono. 
A influência da velocidade de corte está relacionada à temperatura na região de 
cisalhamento. Com o aumento da temperatura, em conseqüência do aumento da velocidade 
de corte, a diferença de plasticidade entre as fases que compõem o material torna-se 
menor, o que diminui a tendência de formação de trincas devido ao estado triaxial de 
tensões. 
Na Figura 14 são mostradas fotografias de arestas postiças de corte, obtidas por meio 
de ensaios com “quick stop” (Chern, 2005). 
 
Figura 15 – Fotomicrografias da aresta postiça de corte (Chern, 2005). 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
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4.4 - Ângulo de Cisalhamento e Grau de Recalque 
Na seção 4.2 foi citado que a diferença entre as deformações sofridas pelo material da 
peça durante a formação do cavado e as sofridas por um corpo de provas durante o ensaio 
de compressão é que na formação do cavaco existe uma quarta etapa que é o movimento 
do cavaco sobre a superfície de saída da ferramenta. A zona de aderência é responsável 
pelo surgimento de tensões de compressão na zona de cisalhamento primária e com isso a 
posição da máxima tensão de cisalhamento não fica posicionada a 45o em relação à vertical, 
como no ensaio de compressão, mas em uma posição que descreve um ângulo menor 45o. 
O ângulo entre o plano de corte e o plano de cisalhamento primário é denominado ângulo de 
cisalhamento e é representado pela letra φ. O valor de φ é tanto menor quanto maior for a 
restrição do material na interface cavaco-ferramenta. 
O fato de o ângulo de cisalhamento ser menor que 45o, faz com que a espessura do 
cavaco seja maior que a espessura de corte. A razão entre a espessura do cavaco e a 
espessura de corte é definida como grau de recalque. 
 
cav
c
v
v
h
hRc == ' (4.3) 
Onde: 
vc a velocidade de corte; 
vcav é a velocidade de saída do cavaco; 
 
A definição do grau de recalque facilita a determinação do ângulo de cisalhamento, 
que pode ser obtido por meio da expressão: 
n
n
Rc γ
γφ
sen
cos
tan −= (4.4) 
onde: γn é o ângulo de saída normal. 
Os valores de φ e de Rc são indicadores da quantidade de deformação sofrida pelo 
material na zona de cisalhamento primária. Quanto maior o valor de Rc (ou menor o valor de 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
Sandro Cardoso Santos Wisley Falco Sales 46 
φ) maior a quantidade de deformação sofrida pelo material no plano de cisalhamento 
primário. 
4.4 – Classificação dos Cavacos 
Em um produto obtido por processos de usinagem, o material é retirado em forma de 
cavacos. A configuração do cavaco pode ser problemática em algumas situações por 
oferecer riscos de danos à peça, à máquina-ferramenta e à integridade física do operador. 
Além disso, o cavaco pode ocupar um volume considerável. Nesse aspecto, a obtenção de 
cavacos curtos em forma de lascas é preferível aos cavacos longos em forma de fitas. A 
razão entre o volume ocupado pelo cavaco e o volume do material maciço com a mesma 
massa é denominado por fator de empacotamento. 
Os problemas relacionados à configuração dos cavacos podem atingir uma magnitude 
que venha a exigir a adoção de procedimentos específicos, apresentados na seção a seguir, 
denominada controle do cavaco. Antes, porém de estudar o controle do cavaco é faz-se 
necessário classificar os cavacos. A classificação dos cavacos pode ser feita levando-se em 
conta os tipos e as formas de cavacos. 
4.4.1 – Classificação dos cavacos quanto ao tipo 
Quanto ao tipo, os cavacos podem ser classificados em: 
a. Cavacos contínuos; 
b. Cavacos parcialmente contínuos; 
c. Cavacos descontínuos; 
d. Cavacos segmentados; 
Os três primeiros tipos de cavaco dependem da ductilidade do material da peça e das 
condições de corte. Os cavacos segmentados são obtidos na usinagem de materiais de 
baixa condutividade térmica, ou em materiais com condutividade térmica relativamente 
elevada, desde sejam usinados em velocidades de corte elevadas comparadas à velocidade 
do fluxo de calor no material. 
ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA USINAGEM DOS MATERIAIS 
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O tipo de cavaco (contínuo, parcialmente contínuo e descontínuo) depende da 
propagação da trinca que tem origem na ponta da ferramenta, na posição A, mostrada na 
Figura 4.15. 
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