Processos de Usinagem - Formação do Cavaco e Fatores Influentes

1 Processos de Usinagem Prof Paulo Cardoso sala k 12 paulocardosofurgbr Universidade Federal de Rio Grande FURG Curso de Engenharia Mecânica 2 Unidade 3 Tecnologia da Usinagem Formação do Cavaco Temperatura de Corte 3 Cavaco Desgaste da Ferramenta Forças de Corte Acabamento Superficial Calor Gerado Ação do Fluido de Corte Usinagem Econômica Qualidade da Peça Segurança do Operador Produtividade Formação do Cavaco Efeitos sobre o processo de Usinagem 4 Definição Porção de material retirada da peça no processo de usinagem Video 1 Shapes of chips Matrix Tools Video 2 High speedlow speed vídeo Octo Plus 5 GEOMETRIA DA FERRAMENTA MATERIAL DA PEÇA MATERIAL DA FERRAMENTA MÁQUINA FERRAMENTA CONDIÇÕES DE CORTE QUEBRA CAVACO FLUIDO DE CORTE Fatores que influem na formação do cavaco 6 Mecanismo de Formação do Cavaco Etapas Recalque Def Elást Deformação Plástica Movimento sobre A Ruptura Plano Ortogonal 8 Considerações Básicas sobre o Mecanismo de Formação do Cavaco Fenômeno periódico de 4 etapas def elástica plástica ruptura e movimento sobre Zona de cisalhamento primária Sistema simples de atrito Lei de Coulomb FaN Zona de cisalhamento secundária Sistema complexo de deformação A Lei de Coulomb não se aplica Estudo da Interface CavacoFerramenta 9 Zona de cisalhamento secundário A Interface CavacoFerramenta Zona de Aderência Área de contato realaparente contato total ARAA Zona de Fluxo Movimento do cavaco por cisalhamento interno Inevitável p maioria dos materiais Zona de Escorregamento Área de contato parcial ARAA Sem Zona de Fluxo Movimento do cavaco na interface com a superfície de saída da ferramentas 10 A Zona de Fluxo CAUSAS Altas tensões de compressão até 35GNm2 Altas taxas de deformação ordem de 104 s1 Afinidade dos materiais da peça e da ferramenta Pureza do material da peça na interface CARACTERÍSTICAS Na usinagem de materiais de cavaco contínuo Camada de material estacionário próximo à interface 001 a 008 mm Vcav variável na camada Contato total ARAA Em baixas Vc Movimentação de discordâcias encruamento Em altas Vc escorregamento dos contornos de grãos fluido viscoso calor intenso desgaste 11 Modelamento Processo pode ser adequadamente representado através de uma geometria bidimensional A ferramenta é considerada perfeitamente afiada Aresta de corte é uma linha reta e perpendicular a direção de corte A ferramenta entra em contato com a peça somente através da superfície de saída Principal zona de Deformação ocorre em uma zona delgada adjacente ao plano de cisalhamento Largura de corte e do cavaco são iguais Profundidade de usinagem é constante Velocidade de corte uniforme Cavaco contínuo sem APC O cavaco nao escoa lateralmente Espessura de corte é pequena em relação à largura de corte Premissas Modelo de carta de baralho para formação de cavaco Piipanen 1948 J of Appl PhysV19 p867 13 Geometria h espessura do corte h espessura do cavaco ângulo de saída β ângulo de cunha ângulo de folga ângulo de cisalhamento ls comprimento do plano de cisalhamento Ângulo de Cisalhamento e Fator de Recalque Rc Rc h h vc vcav tg cos o Rc sen o Ângulo de Cisalhamento 14 Rc deformação na zona primária resist mov do cavaco zona secundária comprimento da zona primária calor Influências do Ângulo de Cisalhamento 15 Equação empírica tg cos o Rc sen o Metalografia Medição Equações teóricas Ernest e Merchant 2 o 2 onde arctg Lee e Shaffer o 4 Hucks 12 arctg o 4 Stabler o2 4 Outros Determinação do Ângulo de Cisalhamento 17 Tipos de Cavacos Contínuos Cavacos Contínuos Geralmente ocorre com metais dúcteis Al Cu ocorre a velocidades de corte elevadas e ângulos de saída positivos condições favoráveis Grande quantidade de deformação Lamelas em disposição contínua Difícil distinção das lamelas Excelente acabamento superficial Cavacos tendem a enrolar no cabo ou suporte da ferramenta Devese usar quebracavacos São indesejáveis 18 Tipos de Cavacos Descontínuos Cavacos Descontínuos Ocorre normalmente para materiais frágeis Inclusõesimpurezas favorecem sua formação Ocorrem tanto a velocidades baixa quanto altas Grandes profundidades de corte Fratura com pequena quantidade de deformação São desejáveis Por causa da natureza descontínua dos cavacos forças de corte variam levando a vibrações e trepidações na máquina ferramenta resultando em acabamento superficial ruim e perda das tolerâncias Podem ser observados para metais dúcteis para condições de velocidade baixa e avanço grande e pequenosnegativos ângulos de saída 19 Tipos de Cavacos Segmentados Cavacos Segmentados Cisalhados Na usinagem de materiais dúteis e semidúteis Grande deformação entre as lamelas e pouca deformação no interior destas Lamelas justapostas e bem distintas Ocorrem em metais onde a resistência decresce pronunciadamente com a temperatura Ex Ti e suas ligas 20 Video 3 Chip Formation Kenna Metal Video 4 Broken chip Sandvik Coromant 21 Aresta Postiça de Corte Formação Fenômeno Ligações atômicas Deformação plástica Encruamento Microtrincas Acumulação Cisalhamento Ocorrência Materiais dúteis Baixas vc 22 Aresta Postiça de Corte Problemas e Soluções Problemas Mau acabamento superficial Desgastes adesivo e abrasivo Soluções Aumento da velocidade de corte vc Diminuição do avanço f Aumento do ângulo de saída o Lubrificação da interface fluido de corte polimento revestimento TiC 23 Formase quando existe afinidade química entre peça e ferramenta Tornase instável quebra e então formase novamente Processo repetese continuamente Condições favoráveis para crescimento são baixas velocidades grandes profundidades de corte e ângulos de saída negativo 24 Video 5 APC Balzers Videos APC edited 25 Formas de Cavacos 1 Fitas retas 2 Fitas retorcidas emaranhado 3 Helicoidal tipo arruela 4 Helicoidal 5 Helicoidal cônico longo 6 Helicoidal cônico curto 7 Espiral cônico 8 Espiral plano 9 Cavaco em arco 10 Cavaco fragmentado 26 Problemas Relacionados com a Forma do Cavaco Segurança do operador Acabamento superficial da peça Quebra da ferramenta Obstrução do fluido de corte Operacionalização na máquina volume Manuseio e transporte 27 Fatores que Influem na Forma do Cavaco Material da peça Tipo de cavaco Condições de corte 1o Avanço 2o Profundidade de corte 3o Velocidade de corte Uso de quebracavacos 28 Controle do Cavaco Baixas vc boa curvatura quebra natural Novas ferramentas Máquinas CNC Altas v Cavacos longos Necessidade de Controle 29 Capacidade de Quebra do Cavaco Condição de quebra cav crítica sendo que crítica h rc Medidas iniciais cav h Pior acabamento rc Quebracavacos 30 Deformação Crítica de Ruptura do Cavaco cr Onde coeficiente de curvatura do cavaco h espessura do cavaco rc raio de curvatura natural do cavaco rm menor raio de curvatura do cavaco 31 Determinação do Raio de Curvatura Para QC postiço Para QC integrado 32 Influências sobre a Quebra do Cavaco Fragilidade do material cr Curvatura natural do cavaco rc Espessura do cavaco h h f Geometria da ferramenta o s r Velocidade de corte vc curvatura natural Profundidade de corte ap Rigidez da máquina 33 Tipos Básicos de Curvatura do Cavaco Curvatura Vertical w Saída Inclinação QC Curvatura Lateral Variações de VC no corte Curvatura Angular 34 Alteração da Forma do Cavaco através da Curvatura Vertical Uso de QC o atrito espessura do cavaco avanço 35 Alteração da Forma do Cavaco através da Curvatura Lateral Variação do gradiente de velocidade do cavaco ao longo da aresta de corte Variação da relação ap r 1 só fluxo lateral 2 lateral e vertical quebrando na sup De folga 36 Pontos de Contato para a Quebra do Cavaco Superfície transitória da peça Superfície pincipal de folga da ferramenta Superfície a usinar da peça Superfície usinada da peça 37 Temperatura de Corte Geração de Calor CALOR 97 a 99 ENERGIA ELÁSTICA E GERAÇÃO DE NOVAS SUPERFÍCIES 1 a 3 ENERGIA CONSUMIDA Q Fc vc E Q quantidade de calor kcalmin Fc força principal de corte kgf vc velocidade de corte mmin E equivalente mecânico do calor E 427 kgfmkcal 38 Fontes de Geração de Calor Deformação e cisalhamento do cavaco na zona de cisalhamento primária A Atrito do cavaco com a ferramenta nas zonas de aderência B e na zona de escorregamento C Atrito da ferramenta com a peça na interface entre superfície transitória da peça e superfície de folga da ferramenta D 39 Meios de Dissipação do Calor Cavaco Qc1 Qc2 Qc3 Ferramenta Qf1 Qf2 Qf3 Peça Qp1 Qp2 Fluido de corte Meio ambiente 40 Fatores Influentes na Geração e Dissipação do Calor Tipo de usinagem torneamento furação retificação etc Material da peça resistência mecânica condutividade térmica Material da ferramenta HSS Metal Duro Cerâmica etc Forma da ferramenta geometria perfil da aresta Condições de corte vc fn ap 41 Distribuição do Calor Dissipado Variável com os fatores influentes Em geral grande parte vai para o cavaco pequena vai para a peça outra pequena vai para o meio para a ferramenta 8 a 10 Conseqüências erros dimensionais na peça danos à integridade superficial desgaste da ferramenta 42 Concentração de calor na ferramenta 8 a 10 do calor concentrado na ferramenta 1100 C a 1200 C localizado vida útil da ferramenta 43 Influência da Velocidade de Corte na Temperatura da Ferramenta Usinagem de aço baixo carbono durante 30 seg com avanço de 025 mmrot 44 Influência do Avanço na Temperatura da Ferramenta Usinagem de aço com avanços de a 0125 mmrot b 0250 mmrot c 0500 mmrot 45 Influência da Forma de Aplicação do Fluido de Corte na Temperatura da Ferramenta Sem fluido de corte Com fluido de corte aplicado sobrecabeça Com fluido de corte aplicado entre a supde folga da ferr e a sup transitória da peça 46 Temperatura x Produtividade Produtividade Velocidade de corte Avanço Profundidade de corte Temperatura Vida ferramenta SOLUÇÕES Materiais de corte fácil Ferramentas resistentes Uso de fluido de corte Q Fc vc E 47 Medição da Temperatura Métodos Força termoelétrica entre ferramenta e peça termopar ferramentapeça Termopares inseridos na ferramenta Calor de radiação com sensores infravermelho Vernizes termosensíveis Técnicas metalográficas Pós químicos Filme PVD 48 Aulas baseadas em Ferramentas de corte I Caspar Erich Stemmer Fundamentos da Usinagem dos Metais D Ferraresi Processos de Usinagem UPF Processos de Fabricação Mecânica USP