201795 23139 Aula Usinagem 1 formacao cavaco

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USINAGEM
Mecanismos de Formação de Cavaco
Prof. Dr. Lucas Emanuel Soeira
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O que é Usinagem?
• Usinagem é um processo onde a peça é obtida através 
da retirada de cavacos (aparas de metal) de uma peça 
bruta, através de ferramentas adequadas.
• A usinagem confere à peça uma precisão dimensional e 
um acabamento superficial que não podem ser obtidos 
por nenhum outro processo de fabricação.
• É por este motivo que a maioria das peças, mesmo 
quando obtidas através de outros processos, recebe 
seu formato final através de usinagem.
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A Usinagem 
no Contexto 
dos Processos 
de Fabricação
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Usinabilidade dos Materiais
• Na obtenção de peças pela retirada de cavacos 
verificamos que cada material tem um 
comportamento diferente. 
• Enquanto uns podem ser trabalhados facilmente, 
outros apresentam problemas tais como: 
Empastamento, desgaste rápido da ferramenta, mau 
acabamento, necessidade de grande potência para o 
corte, etc. Isto varia de acordo com a usinabilidade 
do material
• Podemos definir usinabilidade como sendo o grau de 
dificuldade que determinado material apresenta para 
ser usinado.
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Usinabilidade dos Materiais
• A usinabilidade não depende apenas das 
características do material, mas também, de outros 
parâmetros da usinagem, tais como: refrigeração, 
rigidez do sistema máquina-ferramenta, das 
características da ferramenta, tipo de operação, etc
• Assim, dependendo das condições de usinagem um 
mesmo material poderá ter variações em sua 
usinabilidade. 
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Critérios para a Determinação da 
Usinabilidade dos Materiais
• A usinabilidade normalmente é determinada por 
comparação e para determinada característica, tal 
como a vida da ferramenta.
• Neste caso pode-se determinar um índice de 
usinabilidade através da comparação com o 
desempenho previamente conhecido de um material 
padrão. 
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Determinação da Usinabilidade 
dos Materiais
• Os principais critérios, que são passíveis de serem 
expressos em valores numéricos, são:
• Vida da ferramenta
• Força de corte
• Potência consumida
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Determinação da Usinabilidade 
dos Materiais
• Esses parâmetros servem, também, para definir o 
custo do trabalho de usinagem.
• Assim, a vida da ferramenta entre duas afiações 
sucessivas tem grande influência no custo de 
operação. 
• A força e a potência limitam as dimensões máximas 
de corte e, portanto, o volume de material removido 
por hora-máquina.
• Além disso, a exigência de um acabamento de alta 
qualidade poderá influir, também, no custo de 
usinagem.
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Determinação da Usinabilidade 
dos Materiais
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• Baseadas principalmente nestes critérios é que são 
estabelecidas as tabelas e os gráficos que indicam o 
comportamento de cada material na usinagem. 
Embora seja impossível determinar-se com precisão 
um índice de usinabilidade para cada material, estas 
tabelas são de grande valor para estabelecer 
parâmetros iniciais de partida que, de acordo com as 
condições específicas de cada trabalho, poderão ser 
trazidos para valores mais adequados, através de 
ensaios e experimentações.
Propriedade dos Materiais que 
podem influenciar na Usinabilidade 
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• Dureza e resistência mecânica: Valores baixos 
geralmente favorecem a usinabilidade
• Ductibilidade: Valores baixos geralmente favorecem a 
usinabilidade
• Condutividade térmica: Valores elevados geralmente 
favorecem a usinabilidade
• Taxa de encruamento: Valores baixos geralmente 
favorecem a usinabilidade
GRANDEZAS FÍSICAS NO PROCESSO 
DE CORTE
MOVIMENTOS NO PROCESSO DE USINAGEM
A) Movimentos que causam diretamente a saída do 
cavaco:
• Movimento de corte: movimento entre a peça e a 
ferramenta, no qual sem o movimento de avanço, 
origina uma única retirada do cavaco;
• Movimento de avanço: movimento entre a peça e a 
ferramenta que juntamente com movimento de 
corte origina a retirada contínua de cavaco;
• Movimento efetivo: movimento resultante dos 
movimentos de corte e avanço realizado ao mesmo 
tempo.
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Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo, no torneamento
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B) Movimentos que não tomam parte direta na formação 
do cavaco:
• Movimento de aproximação;
• Movimento de ajuste;
• Movimento de correção;
• Movimento de recuo.
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GRANDEZAS FÍSICAS NO PROCESSO 
DE CORTE
DIREÇÃO DOS MOVIMENTOS
• Direção de corte: direção instantânea do movimento de 
corte;
• Direção de avanço: direção instantânea do movimento de 
avanço;
• Direção efetiva do movimento de corte;
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Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo no fresamento discordante
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PERCURSO DA FERRAMENTA
Deve-se distinguir o percurso de corte, o percurso de avanço e o 
percurso efetivo de corte.
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Percurso de corte (lc) - É o espaço percorrido sobre a peça pelo 
ponto de referência da aresta cortante, segundo a direção de corte;
Percurso de avanço (lf) - é o espaço percorrido pela ferramenta, 
segundo a direção de avanço.
Percurso efetivo de corte (Ie) - é o espaço percorrido pelo ponto 
de referência da aresta cortante, segundo a direção efetiva de corte
Fresamento tangencial com fresa cilíndrica. Percurso de corte lc, percurso efetivo 
de corte Ie; percurso de avanço lf (Os dentes 1 e 2 mostram o movimento da 
fresa).
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VELOCIDADES
Velocidade de corte (vc) - é a velocidade instantânea do 
ponto de referência da aresta cortante, segundo a direção a 
sentido de corte. 
Velocidade de avanço (vf) - é a velocidade instantânea da 
ferramenta segundo a direção e sentido de avanço.
Velocidade efetiva de corte (ve) - é a velocidade instantânea 
do ponto de referência da aresta cortante, segundo a direção 
efetiva de corte.
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Avanço (f) - é o percurso de avanço em cada volta ou em 
cada curso.
Profundidade ou largura de corte (ap) - é a profundidade ou
largura de penetração da aresta principal de corte, medida
numa direção perpendicular ao plano de trabalho.
Espessura de penetração (e) - é de importância
predominante no fresamento e na retificação. É a espessura
de corte em cada curso ou revolução, medida no plano de
trabalho numa direção perpendicular à direção de avanço.
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Fresamento tangencial. Largura de corte 
ap; espessura de penetração e
Fresamento frontal. Profundidade de corte 
ap; espessura de penetração e.
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Aplainamento. Profundidade de 
corte ap; avanço f=fc.
Retificação frontal. Profundidade de 
corte ap; espessura de penetração e.
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Brochamento
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Retificação plana tangencial. Largura de 
corte ap; espessura de penetração e. 
Furação. Largura de corte ap=d/2.
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CONSIDERAÇÕES SOBRE A Vc
• Os valores da Vc são encontradas em tabelas fornecidas 
pelos fabricantes de ferramentas de corte;
• Os valores de rpm e gpm são ajustados nas máquinas-
ferramentas antes do início da usinagem. Em máquinas 
CNC os valores da Vc tem variação contínua;
• A Vc é parâmetro de corte mais influente na vida das 
ferramentas. 
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Fatores que influenciam na Vc
• Tipo de material da ferramenta;
• Tipo de material a ser usinado;
• Condições de refrigeração;
• Condições da máquina-ferramenta
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CONSIDERAÇÕES SOBRE O AVANÇO (f) :
• É o parâmetro mais influente na qualidade do 
acabamento superficial da peça;
• Para ferramentas multicortantes (fresas), 
distingue-se o avanço por dente fz e o valor de f (f 
= fz .z; onde z= número de dentes);
• Os valores de “f” ou “fz” são fornecidos pelos 
catálogos de fabricantes de ferramenta de corte;
• Geralmente: Vf <<< Vc, somente nos processos de 
roscamento Vf assume valores razoáveis.
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PLANOS EM UMA FERRAMENTA DE CORTE
Plano de Referência (Pr): passa pelo pontode corte 
escolhido e é perpendicular à direção de corte. No 
torneamento este plano é paralelo ao plano de apoio da 
ferramenta;
• Plano de Trabalho (Pf): passa pelo ponto de corte 
contém as direções de avanço e de corte;
• Plano de Corte:
*Principal (Ps): passa pelo ponto de corte escolhido, é 
tangente à aresta principal de corte e perpendicular ao 
plano de referência da ferramenta;
*Secundário (Ps'): Plano que passando pelo ponto de 
corte escolhido, é tangente à aresta secundária de corte 
e perpendicular ao plano de referência da ferramenta.
• Plano Ortogonal (ou Plano de Medida) (Po): Plano que 
passando pelo ponto de referência da aresta de corte é 
perpendicular aos planos de referência e ao plano de 
corte da ferramenta;
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Planos do Sistema de 
Referência da Ferramenta
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GEOMETRIA DAS FERRAMENTAS DE CORTE
A geometria da ferramenta de corte exerce influência, 
juntamente com outros fatores, a usinagem dos metais. É 
necessário, portanto, definir a ferramenta através dos 
ângulos da “cunha” para cortar o material.
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Princípio da Cunha Cortante
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Somente o ângulo de cunha não garante que o material seja 
cortado com sucesso, outros ângulos também assumem 
papel importante e estão relacionados com a posição da 
ferramenta em relação a peça. Eles são os ângulos de 
folga(α), e de saída(γ).
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Definição da geometria de corte no 
fresamento tangencial
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κ = ( capa ) Ângulo de posição
ε = ( epsolon) Ângulo de ponta
α = ( alfa) Ângulo de folga
β = (beta) Ângulo da cunha
γ = (gama) Ângulo de saída
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Cunha de corte
É a cunha formada pelas superfícies de saída e de folga da 
ferramenta. 
Através do movimento relativo entre peça e ferramenta, 
formam-se os cavacos sobre a cunha de corte.
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Superfície de Saída (Aγ): é a superfície da cunha de 
corte sobre o qual o cavaco desliza.
Superfície de folga (Aα): é a superfície da cunha de 
corte, que determina a folga entre a
ferramenta e a superfície de usinagem. Distinguem-se a 
superfície principal de folga Aα e a superfície secundária 
de folga Aα’.
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Torneamento. Superfície principal e lateral de corte
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Arestas de corte: são as arestas da cunha de corte formadas 
pelas superfícies de saída e de folga. Deve-se distinguir a 
aresta principal de corte S e a aresta secundária de corte S’.
Ponta de corte: parte da cunha de corte onde se encontram 
a aresta principal e a aresta
secundária de corte.
Ponto de corte escolhido: ponto destinado à determinação 
dos planos e ângulos da cunha de corte, ou seja, as 
definições se referem a um ponto da ferramenta, dito ponto 
de corte escolhido ou “Ponto de Referência”.
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Ângulo de saída (γ): ângulo entre a superfície de 
saída e o plano de referência da ferramenta. 
• Influi decisivamente na força e na potência 
necessária ao corte, no acabamento superficial e no 
calor gerado;
• Quanto maior for o ângulo γ menor será o 
trabalho de dobramento do cavaco;
• O ângulo γ depende principalmente de :
- Resistência do material da ferramenta e da peça a 
usinar;
- quantidade de calor gerado pelo corte;
- velocidade de avanço.
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• O ângulo γ negativo é muito usado para corte de 
materiais de difícil usinabilidade e em cortes 
interrompidos, com o inconveniente da 
necessidade de maior força de e potências de 
usinagem e maior calor gerado pela ferramenta, 
geralmente o ângulo γ está entre –10° e 30°.
• O ângulo de saída pode ser positivo, nulo ou 
negativo.
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Ângulo de saída (γ) para uma ferramenta de 
torno
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O ângulo γ deve ser:
⇒Maior para materiais que oferecem pouca 
resistência ao corte. Se γ (ângulo de saída) aumenta, 
o β (ângulo de cunha da ferramenta) diminui;
⇒Menor (e as vezes até negativo) para materiais 
mais duros e com irregularidades na superfície. Se o 
ângulo γ diminui, o β (ângulo de cunha da 
ferramenta) aumenta;
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Ângulo de cunha da ferramenta (β)
Ângulo formado entre a superfície da saída e a de folga
WWW.CIMM.COM.BR
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Ângulo de folga (α): ângulo entre a superfície de 
folga e o plano de corte (Ps - plano que contém a 
aresta de corte e é perpendicular ao plano de 
referência, veja a Figura 3.8 ). O α (ângulo de folga) 
possui as seguintes funções e características:
⇒ Evitar o atrito entre a peça e a superfície de folga 
da ferramenta;
⇒ Se α é pequeno ( o ângulo β aumenta): a cunha 
não penetra convenientemente no material, a 
ferramenta perde o corte rapidamente, há grande 
geração de calor que prejudica o acabamento 
superficial;
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⇒ Se α é grande (o ângulo β diminui) : a cunha da ferramenta 
perde resistência, podendo soltar pequenas lascas ou 
quebrar;
⇒ α depende principalmente da resistência do material da 
ferramenta e da peça a usinar.
⇒Geralmente o ângulo α esta entre 2° e 14°. 
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Ângulos de folga (α), de cunha (β) e de saída (γ)
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Ângulos de folga (α), de cunha (β) e de 
saída (γ) na fresa
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ÂNGULOS MEDIDOS NO PLANO DE REFERÊNCIA 
(Pr)
Ângulo de posição ( χ ): ângulo entre o plano de corte 
(Ps) e o plano de trabalho (Pf). O ângulo de posição 
possui as seguintes funções e características:
⇒ Influi na direção de saída do cavaco;
⇒ Se χ diminui, o ângulo de ponta (ε) aumenta, 
aumentando a resistência da ferramenta e a 
capacidade de dissipação de calor;
⇒O controle de χ reduz as vibrações, uma vez que as 
forças de corte estão relacionadas com este ângulo. 
Geralmente o ângulo χ está entre 30° e 90°;
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Ângulo de ponta (ε): ângulo entre os planos principal de corte 
(Ps) e o secundário (P’s);
Ângulo de posição secundária (χ’): ângulo entre o plano 
secundário de corte (P’s) e o plano de trabalho.
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Ângulos medidos no plano de referência (Pr) χ, χ’ e ε.
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ÂNGULOS MEDIDOS NO PLANO DE CORTE (Ps)
Ângulo de inclinação (λ): ângulo entre a aresta de corte e o 
plano de referência. Funções do ângulo “λ”:
⇒ controlar a direção de saída do cavaco;
⇒ proteger a quina da ferramenta contra impactos;
⇒ atenuar vibrações;
⇒ geralmente λ (ângulo de inclinação) tem um valor de –4° a 4°.
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Quando a ponta da ferramenta for:
* mais baixa em relação a aresta de corte ⇒ λ será 
positivo (usado nos trabalhos em desbaste
nos cortes interrompidos nos materiais duros)
*mais alta em relação a aresta de corte ⇒ λ será 
negativo (usado na usinagem de materiais macios, de 
baixa dureza);
*da mesma altura da aresta de corte ⇒ λ será nulo 
(usado na usinagem de materiais duros, exige menor 
potência no corte).
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Ângulo de inclinação “λ”
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ESTUDO DOS CAVACOS
• Cavaco é o material removido do tarugo (Billet) durante o 
processo de usinagem, cujo objetivo é obter uma peça com 
forma e/ou dimensões e/ou acabamento definidas. 
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Etapas de mecanismo de formação de 
cavaco
1 - Recalque, devido a penetração da ferramenta na peça;
2 - O material recalcado sofre deformação plástica, que
aumenta progressivamente, até que tensões cisalhantes
se tornem suficientemente grandes para que o
deslizamento comece;
3 - Ruptura parcial ou completa, na região de cisalhamento,
dando origem aos diversos tipos de cavacos;
4 - Movimento sobre a superfície de saída da ferramenta.
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Tipos de cavacos
• Cisalhado (segmentado);
• De ruptura (descontínuo);
• Contínuo;
• Cavaco contínuo com aresta postiça de corte (APC)
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Tipos de cavaco
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Mecanismo de Formação do 
Cavaco
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CAVACO CONTÍNUO
• Mecanismo de Formação: O cavaco é formado 
continuamente, devido a ductilidade do material e a 
alta velocidade de corte;
• Acabamento Superficial: Como a força de corte 
varia muito pouco devido a contínua formação do 
cavaco, a qualidadesuperficial é muita boa.
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CAVACO CISALHADO
• Mecanismo de Formação: O material fissura no ponto mais 
solicitado. Ocorre ruptura parcial ou total do cavaco. A soldagem dos 
diversos pedaços (de cavaco) é devida a alta pressão e temperatura 
desenvolvida na região. O que difere um cavaco cisalhado de um 
contínuo (aparentemente), é que somente o primeiro apresenta um 
serilhado nas bordas.
• Acabamento Superficial: A qualidade superficial é inferior a obtida 
com cavaco contínuo, devido a variação da força de corte. Tal força 
cresce com a formação do cavaco e diminui bruscamente com sua 
ruptura, gerando fortes vibrações que resultamn uma superfície com 
ondulações. 
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CAVACO DE RUPTURA
(ARRANCADO)
• Mecanismo de Formação: Este cavaco é produzido na usinagem de
materiais frágeis como o ferro fundido, bronze duro e latão. O cavaco
rompe em pequenos segmentos devido a presença de grafita (FoFo),
produzindo uma descontinuidade na microestrutura.
• Acabamento Superficial: Devido a descontinuidade na
microestrutura produzida pela grafita ( no caso do FoFo), o cavaco
rompe em forma de concha gerando uma superfície com qualidade
superficial inferior.
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Quanto à forma, os cavacos são 
classificados como:
• Em fita;
• Helicoidal;
• Espiral;
• Em lasca ou pedaços.
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Cavaco contínuo
a) Em fita b)transição c) Cisalhado
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Cavacos arrancados
Figuras d e e mostram cavacos arrancados, em pedaços, obtidos na 
usinagem de ferro fundido.
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Classificação segundo a norma ISO 
3685 
fragmentado
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Efeitos indesejáveis dos cavacos do tipo 
contínuos (em fita): 
• Pode ocasionar acidentes, visto que eles se enrolam em torno
da peça, da ferramenta ou dos componentes da máquina;
• Dificulta a refrigeração direcionada, desperdiçando o fluido de
corte;
• Dificulta o transporte (manuseio), ocupa muito volume;
• Ele prejudica o corte, no sentido de poder afetar, o
acabamento, as forças de corte e a vida útil das ferramentas.
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Fatores que influenciam a forma do 
cavaco:
1 - O material da peça (principal fator);
2- vc (velocidade de corte);
3 - f (avanço);
4 - γ (ângulo de saída);
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De ruptura ContínuoDe cisalhamento
Influência dos parâmetros de corte na 
formação do cavaco.
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Apesar das condições de corte poderem ser controladas 
para evitar ou pelo menos reduzir a tendência de 
formação de cavacos longos em fita. O método mais 
efetivo, no entanto, para produzir cavacos curtos é o uso 
de quebra-cavacos.
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Tipos mais comuns de quebra-cavacos
• ) Quebra-cavaco fixado mecanicamente; b) Quebra-
cavaco usinado diretamente na ferramenta; c) Quebra-
cavaco em pastilha sinterizada.
a
b
c
a) Quebra-cavaco 
fixado mecanicamente; 
b) Quebra-cavaco 
usinado diretamente na 
ferramenta;.
c) Quebra-cavaco em 
pastilha sinterizada
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Vantagens do uso de quebra-cavacos:
• Redução de transferência de calor para a ferramenta
por reduzir o contato entre o cavaco e ferramenta;
• Maior facilidade de remoção dos cavacos;
• Menor riscos de acidentes para o operador;
• Obstrução menor ao direcionamento do fluido de
corte sobre a aresta de corte da ferramenta.
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TEMPERATURA DE CORTE
Principais causas do aumento de temperatura no corte:
- Deformação da raiz do cavaco
- Atrito entre peça e ferramenta 
- Atrito entre cavaco e ferramenta 
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Fontes de Calor
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FERRAMENTA
PEÇA
Zona primária 
(cisalhamento)
Zona secundária 
(cisalhamento/atrito)
Zona terciária 
(atrito)
Distribuição de Calor
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Principais fontes de Dissipação de Calor 
na usinagem
•Cavaco
•Peça
•Ferramenta
•Meio ambiente
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Os valores das proporções variam com:
- O tipo de usinagem: torneamento, fresamento, 
brochamento, etc.;
- O material da ferramenta e da peça;
- A forma da ferramenta;
- As condições de usinagem.
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FORÇA DE USINAGEM
A força de usinagem F se decompõe em:
- Força de corte Fc;
- Força de avanço Ff ;
- Força passiva Fp, 
86Fu
Ff
Fp
Fc=Fap
Ft
FU=força de usinagem
Ft=força ativa.
Fp=força passiva
Fc=força de corte
Ff=força de avanço
Fap=força de apoio
O conhecimento da força de usinagem 
F é necessário para: 
• Para o projeto de uma máquina ferramenta (dimensionamento das 
estruturas, acionamentos, fixações, etc.);
• Para a determinação das condições de corte em condições de trabalho;
• Para a avaliação da precisão de uma máquina ferramenta, em certas 
condições de trabalho (deformação da ferramenta, máquina e peça);
• Para a explicação de mecanismos de desgaste.
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• Os componentes da força de usinagem (Fc, Ff e Fp) diminuem 
com o aumento da velocidade de corte vc devido à diminuição 
da resistência do material com o aumento da temperatura. 
• Os componentes da força de usinagem aumentam com o 
aumento da profundidade de corte ap de uma forma 
proporcional (só vale para ap maior que o raio de quina).
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POTÊNCIA DE USINAGEM
• A potência de corte Pc é a potência disponível no gume da ferramenta e 
consumida na operação de remoção de cavacos. É ela que interessa no cálculo 
de forças e pressões específicas de corte.
• A potência de acionamento Pa é a potência fornecida pelo motor à máquina-
ferramenta. Ela difere da potência de corte pelas perdas que ocorrem por atrito 
nos mancais, engrenagens, sistemas de lubrificação e refrigeração, sistema de 
avanço, etc.
• A potência de avanço, embora seja uma parcela utilizada na operação de 
corte, é muito pequena em relação à potência de corte, sendo mais prático 
reuni-la no grupo das “perdas”.
• A potência em vazio Po é a potência consumida pela máquina-ferramenta 
ligada, com o mecanismo de avanço funcionando, porém sem que tenha lugar 
qualquer operação de corte.
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A força principal de corte Fc é a base para o cálculo 
da potência de usinagem. No caso do torneamento, 
pode-se estabelecer a seguinte relação entre a força 
de corte e a área da seção de usinagem:
onde, kc é a pressão específica de corte em [N/mm
2].
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Referências Bibliográficas
• FERRARESI, D. Usinagem dos metais. São Paulo: Blucher, 
1970
• DINIZ, A. E.; MARCONDES, F. C.; COPPINI, N. L. 
Tecnologia da usinagem dos materiais. 7. ed. São Paulo: 
Artliber, 2010.
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