CET247 Formação do cavaco

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CET247 – Usinagem
Prof. Adelson Ribeiro de Almeida Jr.
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
Bacharelado de Ciências Exatas e Tecnológicas
Engenharia Mecânica
Formação do Cavaco
1 - Penetração da cunha no material – deformação elástica e plástica. 
2 - Escoamento após ultrapassar a tensão de cisalhamento máxima do material. 
3 - Cavaco plenamente desenvolvido.
Fonte: Prof. Rodrigo Lima Stoeterau
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Denominações para Formação do Cavaco 
Ângulo de incidência ou folga 
Ângulo de cunha 
Ângulo de saída
Espessura de usinagem(antes retirada cavaco) 
Espessura de corte (após retirada cavaco) 
Fonte: Prof. Rodrigo Lima Stoeterau
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Fatores que Influenciam na Formação do Cavaco 
FORMA DE CAVACO
Denominações Para Formação do Cavaco 
Fonte: Prof. Rodrigo Lima Stoeterau
Zona de cisalhamento
Região de separação do material para materiais frágeis.
Superfície do cavaco – deformações devido a esforços
Superfície de corte – deformações devido a esforços.
Região de separação para materiais dúcteis.
Plano de cisalhamento.
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Formação do Cavaco 
Formação do Cavaco 
Simplificações dos modelos:
Corte é ortogonal;
A ferramenta é perfeitamente afiada;
O cavaco produzido é continuo;
A zona primária é plana com tensões uniformes.
Corte Ortogonal
Formação do Cavaco 
O processo de corte
Formação do Cavaco 
Formação do Cavaco 
FR = Força resultante entre cavaco e ferramenta;
FV = Força principal de corte;
FT = Força para manter a ferramenta dentro do corte;
FS = Força de cisalhamento no plano primário;
FSN = Força normal ao plano de cisalhamento primário;
FF = Força de atrito na face da ferramenta;
FN = Força normal a face da ferramenta .
Formação do Cavaco – Modelo de Ernst e Merchant (1941)
Outros teóricos de formação do Cavaco
Lee e Shaffer (1951);
Oxley;
Kobayashi e Thomsen (1962);
Rowe e Spick (1967);
Dautzenberg (1981);
Wright (1982);
Viktor Astakhov.
Plano de Cisalhamento
O plano ao longo do qual acontece o cisalhamento do material é denominado plano de cisalhamento. 
O ângulo formado entre o plano de cisalhamento e a direção do corte é chamado de ângulo de cisalhamento. Quanto maior a deformação do cavaco sendo formado, menor o ângulo, de cisalhamento e maiores os esforços de corte. 
Plano de Cisalhamento
Plano de Cisalhamento
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Etapas da Formação do Cavaco
Recalque do material da peça contra a face da ferramenta.
Material recalcado sofre deformação plástica que aumenta progressivamente até atingir a tensão de cisalhamento necessária ao deslizamento. Inicia-se o deslizamento do material recalcado segundo os planos de cisalhamento. Os planos instantâneas definem uma região entre a peça e o cavaco denominado região de cisalhamento.
Etapas da Formação do Cavaco
c) Com a continuidade da penetração da ferramenta (movimento relativo) ocorre ruptura parcial ou completa na região de cisalhamento, dependendo das condições de usinagem e ductilidade do material.
d) Com a continuidade do movimento relativo (peça/ferramenta) ocorre o escorregamento da porção de material deformado e cisalhado (cavaco) sobre a face da ferramenta. O processo se repete, sucessivamente, com o material adjacente
(continuação)
O Processo de Formação do Cavaco é Periódico
Usinagem de metais dúcteis
Grande zona plástica;
Grande deformação antes da ruptura (fases a e b longas);
As 4 fases são bens pronunciadas.
Usinagem de metais frágeis
Pequena zona plástica;
Pequena deformação antes da ruptura (fases a e b curtas);
A ruptura do cavaco é total (não somente da peça, mais também das porções anteriores e posteriores de cavaco);
Fase d (escorregamento) é praticamente inexistente, já que o pequeno cavaco pula fora da região de escorregamento.
Formação do Cavaco em Diferentes Tipos de Metais
A Interface Cavaco Ferramenta
Possibilidade de três condições distintas:
 Aderência 
 Escorregamento
 Aresta postiça 
Trent e Wright
A Interface Cavaco Ferramenta
Áreas de aderência e escorregamento na interface cavaco-ferramenta 
(continuação)
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Zona de Aderência
Ocorre devido as altas tensões de compressão, altas taxas de deformação e a pureza do material da peça em contato com a ferramenta.
Zona de Escorregamento
Observada na periferia da área de contato entre cavaco e a ferramenta.
Aresta Postiça
Primeira camada do material da peça que se une a ferramenta por meio de ligações atômicas. Usinagem a baixas velocidades de corte. Material é cisalhado e arrastado.
A Interface Cavaco Ferramenta
(continuação)
Gume Postiço
Adesão de material sobre a face da ferramenta. Material da peça altamente encruado que caldeia na face da ferramenta e assume a função de corte.:
Gume Postiço
A Interface Cavaco Ferramenta
(continuação)
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Ensaio de Quick Stop
Dispositivo para verificar a formação do cavaco
A ferramenta de corte é retraída com velocidade superior a velocidade de corte (de duas a três vezes maior), deixando a raiz do cavaco em condições de análise detalhada por meio de microscópios.
Esse dispositivo tem a função de estabelecer a operação de corte com suporte da ferramenta apoiado em um pino de aço endurecido. Quando a formação do cavaco está acontecendo, o pino se rompe e a ferramenta é afastada da peça em alta velocidade. O afastamento pode ser por meio de uma martelada, ou explosão, ou usando mola.
As condições de escorregamento ou aderência dependem:
 Par ferramenta / peça
 Tempo de usinagem
 Velocida de corte
 Ângulo de saída
A Interface Cavaco Ferramenta
(continuação)
Controle da forma do cavaco:
1) Segurança do operador 
Um cavaco longo, em forma de fita, pode atingir o operador e machucá-lo seriamente;
2) Dano à ferramenta e a peça
Um cavaco longo, pode enrolar-se a peça e agredir a superfície usinada (principalmente em torneamento interno);
O cavaco longo pode enrolar-se sobre a peça e tentar entrar na interface peça-ferramenta e causar a quebra da ferramenta;
A quebra pode também ocorrer em operações de furação. O cavaco longo acomoda-se dentro do furo entupindo o canal helicoidal da broca, causando a quebra da ferramenta.
Controle do Cavaco
Controle da forma do cavaco:
3) Manuseio e armazenamento 
Um cavaco longo exige muito mais espaço para o armazenamento. Um cavaco curto facilita a remoção, exige menos espaço.
4) Forças de corte, temperatura e vida da ferramenta
A deformação do cavaco, visando aumentar sua capacidade de quebra, pode exigir maiores esforços de corte, com conseqüente aumento de temperatura e diminuição da vida útil.
Controle do Cavaco (continuação)
Classificação dos cavacos quanto ao tipo:
a) Cavaco contínuo: 
constituído de lamelas justapostas numa distribuição contínua;
a distinção das lamelas não é nítida;
formado na usinagem de materiais dúcteis.
b) Cavaco de cisalhamento
constam de segmentos de cavacos, que são seccionados na região de cisalhamento e em parte justapostos.
c) Cavaco de ruptura
apresenta-se como fragmentos da peça, arrancados com o movimento relativo entre ferramenta e peça;
Controle do Cavaco (continuação)
Cavaco Contínuo Formado continuamente. Força de corte varia muito pouco, a qualidade superficial é boa. 
Controle do Cavaco (continuação)
Cavaco Cisalhado Ruptura parcial ou total do cavaco. Soldagem devida à alta pressão e temperatura. Serilhado nas bordas. Variação da força de corte, superfície com ondulosidade. 
Controle do Cavaco (continuação)
Classificação dos Cavacos Quanto ao Tipo
Processo continuo, em que se forma um cavaco ininterrupto
Foma-se em:
 Materiais dúcteis, com estrutura molecular homogênea, uniforme e de grão fino.
 Velocidades de corte: altas
 Ângulo de saída: positivo
 Espessura de cavaco: pequena
Exemplos de materiais
 Aços
 Ligas de Aluminio não temperáveis (baixa liga)
Não são
de forma continua., periodicamente passam pela zona de cizalhamento.
material
Forma-se em:
 Materiais pouco deformáveis e não homogeneo
 Velocidade de corte: baixas
 Ângulo de saída: negativo
 Espessura de cavaco: grande
Exemplos de materiais:
 Fundição de ferro nodular
Classificação dos Cavacos Quanto ao Tipo
(continuação)
Forma-se em:
 Materais pouco deformáveis e não homogêneos
 Velocidade de corte: baixas
 Ângulo de saída: negativo
 Espessura de cavaco: grande
Exemplos de materiais
 Fundição com grafita lamelar (FoFo)
 Bronze e aluminio ligado com silicio > 7% 
Processo não continuo. O material é rasgado
Classificação dos Cavacos Quanto ao Tipo
(continuação)
Cavaco em fita
Cavaco helicoidal;
Cavaco espiral;
Cavaco em lascas ou pedaços.
Classificação dos Cavacos Quanto ao Tipo
(continuação)
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Praticamente toda a energia associada à formação do cavaco se transforma em calor (energia térmica);
Fontes geradoras deste calor:
Deformação e cisalhamento do cavaco;
Atrito cavaco com ferramenta;
Atrito ferramenta com a peça.
A maior parte do calor gerado no atrito cavaco-ferramenta ocorre no cisalhamento do cavaco na zona de fluxo;
O percentual relativo a cada fonte geradora de cavaco varia em função do tipo de usinagem, materiais da peça e ferramenta, e das condições de usinagem.
Temperatura de Corte
Danos gerados pelo calor
No cavaco
		Nenhum
Na peça
		Dilatação térmica e dano metalúrgico superficial
Ferramenta
		Maior facilidade de desgaste
Temperatura de Corte (continuação)
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O calor dissipado na ferramenta é pequeno, porém, como essa região é pequena e não muda, o calor sobre a ferramenta é muito grande;
O calor que vai para a peça pode resultar em sua dilatação térmica, e dificultar obtenções de tolerâncias apertadas;
O calor dissipado para o cavaco aumenta em função do aumento da Vc.
Temperatura de Corte (continuação)
Desenvolvimento de materiais de usinabilidade melhorada que possuem menor coeficiente de atrito, menor tensão de cisalhamento. Ex: aços com elementos de liga como chumbo ou fósforo; 
Desenvolvimento de materiais para ferramentas com maior resistência ao calor (maior dureza a quente). Ex: material cerâmico e diamante; 
Utilização de fluídos de corte que além de refrigerar, possuem também o efeito lubrificante.
Meios para Tentar Reduzir a Temperatura de Corte
Em baixas velocidades de corte, os cavacos tendem a apresentar boa curvatura natural, e portanto, não costumam apresentam problemas com relação à quebra; 
Já em altas velocidades, o problema de quebra de cavaco ocorre; 
O aumento da profundidade de corte (ap) aumenta a tendência à quebra do cavaco;
OBS: deve-se evitar alterações dos dados de corte a fim de obter cavacos curtos, visto que a seleção destes parâmetros estão sob influência de vários requisitos técnicos e econômicos
	O método mais adequado para obter a quebra do cavaco é a utilização de elementos chamados quebra-cavacos.
Alteração da Forma do Cavaco
Quebra de Cavacos 
A curvatura do cavaco pode ser controlada para forçar a sua quebra evitando a formação de cavacos longos em forma de fita . Algumas formas de quebra do cavaco:
 O cavaco pode se dobrar verticalmente quebrando-se ao atingir a peça.
 Pode enrolar-se sobre si mesmo ao tocar a peça.
 Pode dobrar-se verticalmente e lateralmente, quebrando-se ao atingir a superfície de folga da ferramenta.
 Pode dobrar-se lateralmente, quebrando-se ao atingir a superfície da peça que ainda não foi usinada.
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Influencia dos Parâmetros de Usinagem
É possível obter uma estimativa do tipo de cavaco formado em função de relação entre os parâmetros de avanço (f) e profundidade de corte (ap). 
O avanço é o parâmetro mais influente, seguido da profundidade de corte a afetar a forma do cavaco.
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Tipos de Quebra Cavaco
Os quebra-cavacos podem ser postiços ou moldados diretamente na superfície de saída da ferramenta, tipo este que tem sido cada vez mais utilizado. Para cada faixa de condições de usinagem (principalmente avanço e profundidade de usinagem) existe uma geometria ótima de quebra-cavacos, por esta razão uma ferramenta projetada para uma operação de desbaste médio, não quebrará o cavaco em uma situação de acabamento ou de desbaste pesado.
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Para avanços e profundidades de usinagem pequenos (acabamento) os quebra-cavacos são mais estreitos mais próximos da aresta de corte. A medida que avanço e profundidade de usinagem aumentam (desbaste), os quebra-cavacos ficam mais largos e distantes da aresta de corte.
Tipos de Quebra Cavaco
(continuação)
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Tipos de Quebra Cavaco
(continuação)
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Seleção de Quebra Cavaco
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Distribuição do Calor na Ferramenta
A quantidade de calor dissipada por cada um dos elementos varia com os parâmetros de usinagem. Porém como a região da ferramenta que recebe este calor é reduzida e não muda durante o processo, como acontece com a peça, desenvolvem-se nesta região altas temperaturas, que contribuem para o desgaste da ferramenta.
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