4. Mecanismos de formação do cavaco

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I. USINAGEM DOS METAIS
3. Mecanismos de formação do cavaco
3.1. Introdução
	Cavaco é definido como a porção de material da peça retirada pela ferramenta de corte durante o processo de usinagem, caracterizando-se por apresentar forma irregular.
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	A formação do cavaco influência os seguintes fatores ligados à usinagem:
 Desgaste da ferramenta;
 Os esforços de corte;
 O calor gerado na usinagem;
 A penetração do fluido de corte.
	Estão envolvidos com o processo de formação do cavaco:
 Aspectos econômicos e de qualidade da peça;
 A segurança do operador;
 A utilização adequada da máquina-ferramenta.
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	O corte dos metais envolve o cisalhamento concentrado ao longo de um plano chamado plano de cisalhamento.
	Esse plano faz um ângulo com a direção de corte denominado ângulo de cisalhamento ().
	Quanto maior a deformação do cavaco sendo formado, menor o ângulo de cisalhamento e maiores são os esforços de corte.
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	Em geral, a formação do cavaco nas condições normais de usinagem com ferramentas de aço rápido ou metal duro se processa da seguinte forma:
 Uma pequena porção do material é recalcada contra a superfície de saída da ferramenta;
 Esta deformação plástica aumenta progressivamente, até que a tensão de cisalhamento se torne suficientemente grande, de modo a se iniciar um deslizamento entre a porção do material recalcada e a peça;
 Continuando a penetração da ferramenta na peça, haverá uma ruptura parcial ou completa do cavaco, acompanhando o plano de cisalhamento, dependendo da ductilidade do material e das condições de usinagem;
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 Prosseguindo, devido ao movimento relativo entre a ferramenta e a peça, inicia-se um escorregamento da porção do material deformada e cisalhada (cavaco) sobre a superfície de saída da ferramenta. Enquanto isso, uma nova porção do material está se formando e cisalhando, a qual irá também escorregar sobre a superfície de saída do material, repetindo o fenômeno.
	Concluí-se que o fenômeno de formação do cavaco é periódico.
Materiais dúcteis – ?
Materiais frágeis - ?
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3.1. Interface cavaco-ferramenta
	Pesquisadores defendem a teoria de que, na interface cavaco-superfície de saída da ferramenta, existe uma zona de aderência e, logo após está uma zona de escorregamento entre o cavaco e a ferramenta quando da usinagem de vários metais com ferramentas de metal duro e de aço rápido.
	As condições na interface, de escorregamento ou aderência, dependem do par ferramenta-peça, do tempo de usinagem e da velocidade de corte.
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	As condições de aderência são favorecidas por altas velocidades de corte, longos tempos de usinagem e pequenas diferenças entre os materiais da ferramenta e da peça.
	Quanto menor o ângulo de saída () da ferramenta, maior o comprimento de contato cavaco-superfície de saída da ferramenta e, com isso, maior a zona de aderência. E quanto maior a zona de aderência, maiores a temperatura de corte e a força de usinagem.
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3.2. Controle da forma do cavaco
	Ao observar os cavacos produzidos num torno, verifica-se que os mesmos podem apresentar muitos aspectos distintos, dependendo:
 das condições de usinagem;
 geometria da ferramenta;
 material da peça;
 fluido de corte, etc.
	Na produção, prefere-se sempre obter um cavaco que não ofereça perigo para o operador, não obstrua o espaço de trabalho, e que possa ser removido fácil e rapidamente, evitando a transferência do seu calor para a peça ou para a máquina.
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	Diversos problemas práticos têm relação com a forma do cavaco produzido na usinagem. A forma do cavaco tem implicações sobre:
 Segurança do operador;
 Possíveis danos à ferramenta e à peça;
 Manuseio e armazenamento do cavaco;
 Forças de corte, temperatura e vida da ferramenta.
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3.2.1. Classificação dos cavacos
	A classificação dos cavacos em tipos e formas é dentre as diversas classificações, aquela considerada mais didática.
	Os tipos de cavacos são:
 Cavaco contínuo – apresenta-se constituído de lamelas justapostas numa disposição contínua. A distinção das lamelas não é nítida. Forma-se na usinagem de materiais dúcteis, onde o ângulo de saída deve assumir valores elevados.
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b) Cavaco de cisalhamento - apresenta-se constituído de lamelas justapostas bem distintas.
c) Cavaco de ruptura – apresenta-se constituído de fragmentos arrancados da peça usinada. A superfície de contato entre cavaco e superfície de saída da ferramenta é reduzida, assim como a ação do atrito entre as mesmas. O ângulo de saída da ferramenta da ferramenta deve assumir valores baixos, nulos ou negativos.
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	As formas do cavaco são:
 Cavaco em fita;
 Cavaco helicoidal;
 Cavaco espiral;
 Cavaco em lasca ou pedaço.
Qual a melhor e a pior forma de cavaco?
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3.2.2. Alteração da forma do cavaco
	Geometricamente a forma do cavaco é determinada pela combinação de:
 Curvatura vertical - a melhor maneira de se promover a curvatura vertical é a colocação de um obstáculo no caminho do fluxo do cavaco, o qual é chamado quebra-cavaco, outra forma é a diminuição do ângulo de saída e/ou de inclinação da ferramenta.
 Curvatura lateral – ocorre quando há um gradiente de velocidade de corte ao longo da aresta de corte, como acontece na furação e no torneamento de peças de pequeno diâmetro com grandes ap.
 Ângulo de inclinação do cavaco.
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	É interessante que se promova a curvatura do cavaco a fim de se conseguir a sua quebra e assim evitar a formação do cavaco em fita.
	Diversos tipos de quebra de cavaco podem ser observada:
 O cavaco pode se dobrar verticalmente e se quebrar ao atingir a peça;
 O cavaco pode se dobrar verticalmente e se enrolar em si mesmo quando toca a peça;
 O cavaco pode se dobrar verticalmente e lateralmente e se quebrar quando atingir a superfície de folga da ferramenta;
 O cavaco pode dobrar lateralmente e se quebrar quando atingir a superfície da peça que ainda não foi usinada.
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	A quebra do cavaco ocorrerá quando a deformação aplicada ao mesmo for maior ou igual a deformação limite na ruptura (r) do material.
	Assim, para que a quebra do cavaco ocorrera, a equação abaixo deve ser satisfeita:
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Sendo:	hD – espessura do cavaco;
	 			 * hD – distância entre a linha neutra e a superfície do cavaco;
	 			R0 – raio de curvatura do cavaco;
	 			R1 – menor valor de R0 onde ainda se evita o choque do cavaco com o porta ferramenta ou outro obstáculo.
		Como é possível facilitar a quebra do cavaco?
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	Para facilitar a quebra do cavaco pode-se:
a) Diminuir r – aumentando a fragilidade do material através de:
 Tratamentos térmicos ou de trabalho a frio (encruamento) do material.
 Composto como o MnS e a presença de Pb em aços de usinabilidade melhorada também tem a função de aumentar a fragilidade do material.
b) Aumentar hD – através do aumento de “f” e de r já que hD = f * sen (r).
	Cavacos de menor espessura são mais flexíveis (dúcteis) e, conseqüentemente, mais difíceis de quebrar
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c) Diminuir R0 – através da inclinação de 0 ou s ou da colocação de quebra cavaco.
d) Aumentar R1 – limitar o espaço para o fluxo do cavaco.
e) Aumentar o coeficiente  - este coeficiente é 0,5 para cavacos com seção transversal retangular. Quebra-cavacos como o mostrado abaixo, produz um cavaco com seção transversal curvada, que tem um valor de  maior.
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	O tipo de quebra cavaco mostrado na figura abaixo é útil para quebrar cavacos finos em corte de acabamento.
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	Influência dos parâmetros de corte e geometria da ferramenta na capacidade de quebra do cavaco:
 Vc - os cavaco geralmente apresentam boa curvatura natural e, portanto, não costumam apresentar problemas em relação a quebra;
 Vc - o problema da quebra do cavaco passa a ser muito importante;
 ap - auxilia o aumento da capacidade
de quebra do cavaco;
 Relação raio de ponta da ferramenta (r) e ap influencia sobre a quebra do cavaco. Quando a relação ap/r o cavaco se dobra lateralmente dificultando a sua quebra.
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	Quando a relação ap/r além da curvatura lateral haverá também curvatura vertical e o cavaco se dobrará no sentido de encontrar a superfície de folga da ferramenta e lá se quebrar.
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	As mudanças nas condições de usinagem com o fim específico de se obter uma forma adequada do cavaco, deve ser o tanto quanto possível evitada (são fixadas considerando-se requisitos técnicos e econômicos do processo.
	Os  e  negativos, quando exagerados aumentam os esforços de corte, podendo ocasionar vibrações indesejáveis na ferramenta ou mesmo impossibilitar o corte.
	Assim a forma mais adequada de se obter a quebra do cavaco é a utilização de elementos de forma colocados na superfície de saída da ferramenta, denominados quebra-cavaco.
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	Os quebra-cavacos podem ser moldados na superfície de saída da ferramenta ou mesmo postiço.
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	As dimensões do quebra-cavacos estão intimamente relacionadas com a espessura, velocidade de corte e profundidade de usinagem, além do material usinado.
	Esta dependência diminui a versatilidade do emprego com quebra cavacos moldados na superfície de saída da ferramenta; outra desvantagem do quebra-cavaco moldado é que ele dificulta ou impossibilita a afiação da ferramenta.
	O quebra-cavaco postiço exige que o operador o coloque na posição correta na superfície de saída da ferramenta (sempre em função de ap e f). Outra desvantagem é que ele se desgasta e precisa ser trocado.
	No geral os quebra-cavacos moldados levam vantagens e são mais usados.
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	Assim, existem diversas geometria de pastilhas intercambiáveis com quebra-cavacos moldados na superfície de saída destinado a a quebras o cavaco em uma determinada faixa de condições de usinagem.
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	Nas operações de usinagem a forma do cavaco é muito instável. As razões para que isso aconteça são:
 Variação da força agindo no cavaco;
 Fenômenos transientes no início do corte;
 Variação da geometria da ferramenta;
 Não uniformidade do material da peça.
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3.3. Temperatura de corte
	Toda energia associada à formação do cavaco praticamente se transforma em energia térmica (calor).
	As fontes geradoras de calor no processo de usinagem são:
 As deformações elásticas e plásticas;
 O cisalhamento do cavaco no plano de cisalhamento;
 O atrito do cavaco com a superfície de saída da ferramenta;
 O atrito entre a ferramenta de corte e a peça.
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	As porcentagem de calor total devido a cada uma das fontes citadas variam com:
 O tipo de usinagem;
 O material da peça;
 O material da ferramenta;
 As condições de usinagem;
 E a forma da ferramenta.
	Em geral, pode-se afirmar que as principais fontes de geração de calor são a deformação e o cisalhamento do cavaco no plano de cisalhamento, seguido pelo atrito cavaco superfície de saída da ferramenta e finalmente o atrito peça com a superfície de folga da ferramenta.
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	Esse calor é dissipado através da:
 Da peça;
 Do cavaco;
 Do fluido de corte quando usado;
 Da ferramenta.
	O percentual de calor dissipado em cada um dos meios citados depende das condições de usinagem.
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	Conseqüências do calor que vai para a peça? 
 Dificuldade de se obter tolerâncias apertadas;
 Danificação da estrutura superficial do material;
 Crítico no processo de retificação.
	Influência do material na dissipação do calor (Vc = 100 m/min; aço ABNT 1040 – 26%; Alumínio?
	A quantidade de calor gerada na usinagem aumenta com a velocidade de corte, avanço e profundidade de usinagem; este calor gerado acelera e é acelerado com o desgaste da ferramenta, que aumenta o atrito e, conseqüentemente os esforços de corte.
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	Deve-se tentar por todos os meios diminuir o calor gerado ou tentar conviver com ela sem grandes danos, sem perda de produtividade do processo. Os meios que têm sido tentado com esses fins são:
 Desenvolvimento de materiais de usinabilidade melhorada;
 Desenvolvimento de materiais de ferramentas com maior resistência ao calor;
 Utilização de fluido de corte com efeitos refrigerantes e lubrificantes.
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