Capitulo 6

Prévia do material em texto

Capítulo 6
A INTERFACE 
CAVACO-FERRAMENTA
A INTERFACE CAVACO-FERRAMENTA
• 4ª etapa do processo cíclico de formação do cavaco: movimento sobre a
superfície de saída da ferramenta.
• Conceito clássico de atrito (F = .N) não é apropriado. A pressão na interface
pode chegar a valôres de 3,5 GN/m2.
• As condições que acontecem este escorregamento têm influências
marcantes no processo (no próprio mecanismo de formação do cavaco, na
força de usinagem, nas temperaturas de corte, no desgaste e vida das
ferramentas de corte).
DIFICULDADES
• Observações diretas durante o corte oferece mínimos detalhes.
• Velocidades de saída dos cavacos são, normalmente muito elevadas (Vcav =
120 m/min = 2 m/s, às vezes maiores).
• Áreas de contato cavaco-ferramenta muito pequenas (1,0 mm2, às vezes
menores).
Quick-Stop
A maioria dos estudos da interface utiliza o congelamento
do corte, usando técnicas de Quick-Stop.
Neste processo, a ferramenta de corte no torneamento é
retraída, com velocidade superior a velocidade de corte (de
2 a 3 vezes maior), deixando a raiz do cavaco em
condições de análises em microscópios para estudos.
Quick-Stop
Acionamento por revólver Acionamento por mola
Situações no desengate
Amostra de 
quick-stop do 
ferro fundido 
nodular
Movimento sobre a superfície da ferramenta
As condições que acontecem este movimento têm influências marcantes
em todo o processo de usinagem, principalmente no mecanismo de formação do
cavaco (plano de cisalhamento primário), na força de usinagem (energia
consumida), no calor gerado durante o corte (temperatura de corte) nos
mecanismos e na taxa de desgaste das ferramentas de corte (vida das
ferramentas).
É preciso, portanto, entender como se processa o movimento do
cavaco ao longo da superfície de saída da ferramenta.
Na interface cavaco-ferramenta podem existir três 
condições distintas:
• Aderência (seizure ou sticking) + Escorregamento
• Escorregamento (sliding)
• Aresta postiça de corte, APC (built-up-edge, BUE)
ATRITO EM USINAGEM
Área de contato numa superfície levemente carregada
Os três regimes de atrito sólido
O modelo de distribuição de tensão na superfície de saída da 
ferramenta, proposto por Zorev 
P
e
ç
a
Ferramenta
cavaco
O modelo de distribuição de tensão na superfície de saída da 
ferramenta, proposto por Zorev 
Condições de aderência
Nestas condições existe um íntimo contato entre o
cavaco e a ferramenta (Ar = A), garantido pela alta tensão
de compressão. Movimento na interface, ocorre dentro da
zona de fluxo, onde existe um gradiente de velocidades.
Na interface, o material é estacionário, mas a poucos
micrometros acima a velocidade assume o valor da
velocidade de saída do cavaco. As deformações podem
chegar à ordem de 100 e ocorrem por cisalhamento
termoplástico adiabático. Praticamente todo trabalho de
cisalhamento é convertido em calor, elevando a
temperatura da ferramenta.
Amostra de Quick-Stop: indício de aderência
(seção de ferramenta de aço-rápido na usinagem de aço de baixo 
carbono em alta velocidade de corte)
Amostra de Quick-Stop: indícios de aderência
(camada de material do cavaco aderido na superfície de saída da 
ferramenta, mostrando fraturas dúcteis dentro do cavaco)
Amostra de Quick-Stop: indícios de aderência
(camada de material do cavaco aderido na superfície de saída da 
ferramenta, mostrando fraturas dúcteis dentro do cavaco)
Áreas de aderência e escorregamento na interface cavaco-ferramenta 
Raiz de um cavaco de aço de baixo carbono (ABNT 1010) após usinagem em alta 
velocidade de corte. Espessura da zona de intensa deformação é da ordem de 
25-50 m.
Microscopia de transmissão de elétrons de estrutura da zona de fluxo em aço 
ABNT1020 usinado a 70 m/min.
Observação da zona de fluxo se estendendo na superfície da peça
Deformações na Zona de Fluxo
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 para Oa’b’X, enquanto que a metade do material da
porção inicial considerada, isto é, OcdX (metade de OabX) se deformou para Oc”d”X
que é o dobro da deformação sofrida por ab. Correspondentemente, o material OefX,
onde Oe vale ¼ 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.
Distância da
superfície de
saída da
ferramenta (m)
Deformação
cisalhante sobre o
comprimento de
contato cavaco-
ferramenta (mm/mm)
Tempo sobre o
comprimento de
contato cavaco-
ferramenta (s)
Taxa de
deformação (s-1)
80 20 1,6 1,25 x 104
40 40 3,2 1,25 x 104
20 80 6,4 1,25 x 104
10 160 12,8 1,25 x 104
5 320 25,6 1,25 x 104
2,5 640 51,2 1,25 x 104
Deformações cisalhantes na zona de fluxo 
de acordo com o modelo de Trent
Condições de escorregamento
Nestas condições a área real é menor que a área aparente.
Neste caso não existe a zona de fluxo, e movimento relativo
ocorre justamente na interface. A geração de calor ocorre por
flashes, em cada ponto de contato.
CASOS ESPECIAIS EM QUE A ADERÊNCIA É EVITADA
Alguns elementos são introduzidos nos materiais de corte fácil, tais
como chumbo, o selênio, o telúrio, o bismuto, etc., que funcionam como
lubrificantes sólidos (internos) e formam um filme na interface, com resistência
ao cisalhamento menor que a resistência da matriz, eliminando por completo
a zona de aderência, prevalecendo totais condições de escorregamento,
diminuindo assim, as temperaturas de corte as forças de usinagem e os
desgastes das ferramentas.
Na realidade a zona de fluxo não desaparece. Ela é substituída pela
zona de fluxo formada por material de livre-corte aderido na interface, muito
mais mole e menos resistente ao cisalhamento.
SITUAÇÃO EM QUE A ZONA DE FLUXO É ELIMINADA
Raiz do cavaco do Latão 60-40 Raiz do cavaco do Latão 60-40 com Pb
Superfície de saída da ferramenta mostrando a presença do Pb
Aresta Postiça de Corte - APC
Raiz de cavaco de duralumínio (liga Al-Si) com APC
Fases do processo de formação da Aresta 
Postiça de Corte - APC
• Deformação plástica
• Encruamento
• Crescimento do corpo da APC
• Abertura de trincas
• Cisalhamento
Aresta Postiça de Corte - APC
A formação da APC é um processo envolvendo
deformação plástica, encruamento e formação de
microtrincas. Ela só se formará na presença de segunda
fase na matriz do material sob corte. A segunda fase é
quem garante um estado triaxial de tensão, devido a taxas
de deformações diferentes, desta em relações à matriz,
para promover o aparecimento de microtrincas.
“A formação da APC pode ser relacionada com uma pessoa
caminhando sobre um terreno de lama. O barro começa a
grudar no sapato e muda a forma de solado. Ele vai crescendo
em tamanho até cair, e o processo começa a se repetir”.
Serope Kalpakjian
RESUMO DAS CONDIÇÕES DA INTERFACE CAVACO-
FERRAMENTA
Podem existir três situações distintas:
1 – Aderência + Escorregamento
2 – Escorregamento
3 – Aresta Postiça de Corte - APC
Em se prevalecendo qualquer uma destas, temos três situações distintas, e portanto os
efeitos na usinagem são também diferentes, principalmente na força de usinagem, na
temperatura de corte e no desgaste das ferramentas de corte.