Aula 16 Pfi 2015 Usinagem Cavaco
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4331
Processos de
Prof. Dr. Norival Ferreira dos Santos Neto
Departamento de Engenharia Mecânica - UEM
Processos de
Fabricação I
Maringá-PR 2015
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
Tópico 2 – Usinagem� Formação do cavaco
� Processos de usinagem
� Geometria, Forças e Potências de corte
� Materiais das ferramentas
� Fluidos de corte
4331 – Processos de Fabricação I
Prof. Dr. Norival Neto2
� Fluidos de corte
� Avarias e desgastes de ferramentas
� Vida da ferramenta
� Condições econômicas de usinagem
� Retificação, Furação e Fresamento
� Sobrematerial
� Usinabilidade
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM4331 – Processos de Fabricação I
AULA - 16
•Formação do Cavaco:
– Definição
– Mecanismos de Formação
Prof. Dr. Norival Neto3
– Mecanismos de Formação
– Tipos
– Formas
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
Como operações de USINAGEMentendemos aquelas que, “ao
conferir à peça”,
• a forma,
• ou as dimensões,
Introdução
Prof. Dr. Norival Neto4
• ou as dimensões,
• ou o acabamento desejado,
• ou ainda uma combinação
destes três itens,
“produzem o CAVACO”.
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
A “porção de material da peça”,
retirada pela ferramenta,
caracterizando-se por apresentar
forma geométrica irregular.
Direção de corte
Ângulo de cisalhamento
Plano de cisalhamento
Definição de “Cavaco”
Prof. Dr. Norival Neto5
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
• Cavaco, portanto, é o material removido do tarugo durante
o processo de usinagem, cujo objetivo é obter uma peça
com forma e dimensões definidas.
Definição de “Cavaco”
Prof. Dr. Norival Neto6
PROCESSO DE TORNEAMENTO
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
3
1
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto7
Cunha cortante da ferramenta.2
2
Superfície de saída da ferramenta.3
Material a ser usinado.1
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco
n
Prof. Dr. Norival Neto8
� Material animado de movimento.
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco
n
Prof. Dr. Norival Neto9
� Material animado de movimento.
� Penetração da cunha cortante na peça.
ap
� Recalque de uma pequena porção de material solidário à peça
sobre a superfície de saída da ferramenta.
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco
n
Prof. Dr. Norival Neto10
ap
� Continuação do movimento e da penetração da cunha cortante.
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco
n
Prof. Dr. Norival Neto11
ap
� Aumento progressivo da deformação (elástica e plástica).
� Aumento progressivo da tensão de cisalhamento.
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco
nDeslizamento dos cristais
Prof. Dr. Norival Neto12
ap
� Aumento progressivo da deformação (elástica e plástica).
� Aumento progressivo da tensão de cisalhamento.
� Início do deslizamento entre os cristais (sem perda de coesão).
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco
n
Plano de cisalhamento
Prof. Dr. Norival Neto13
� Aumento progressivo da deformação (elástica e plástica).
� Aumento progressivo da tensão de cisalhamento.
� Início do deslizamento entre os cristais (sem perda de coesão).
� Deslizamento dos cristais na direção do plano de cisalhamento.
ap
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
n
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto14
ap
� Continuação do movimento e da penetração da cunha cortante.
→ Ductilidade do material da peça
→ Parâmetros de trabalho
� Ruptura parcial ou completa na região de cisalhamento.
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
nSuperfície de saída
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto15
ap
� Continuação do movimento e da penetração da cunha cortante.
� Escorregamento da porção deformada e cisalhada.
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
n
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto16
ap
� Repetição cíclica do fenômeno.
� Continuação do movimento e da penetração da cunha cortante.
� Escorregamento da porção deformada e cisalhada.
� Formação de uma nova porção ou segmento de cavaco.
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de Maringá de Maringá -- UEMUEM
•CAVACO CONTÍNUO:
– Mecanismo de Formação:O cavaco é formado continuamente,
devido a ductilidade do material e a
alta velocidade de corte.
Tipos de Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto17
alta velocidade de corte.
– Acabamento Superficial: Como a força de corte varia muito pouco devido a contínua formação
do cavaco, a qualidade superficial é muita boa.
1. Aço: ↓ %C
↓ vc
2. Aço Inoxidável
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEMAPC
Aresta Postiça de Corte (APC):• 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.
Prof. Dr. Norival Neto18
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
→ Apresenta-se constituído por lamelas justapostas em disposição contínua,
reunidas em grupos lamelares, sem que a resistência ao cisalhamento seja
ultrapassada (deslizamento dos elementos de cavaco).
• Cavaco contínuo:
Cavacos finos de formação contínua
normalmente em formato de fita
Tipos de Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto19
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEM
CAVACO CISALHADO:
(Lamelares )
• Mecanismo de Formação:
� O material fissura no ponto mais solicitado.
� Ocorre ruptura parcial ou total do cavaco.
Tipos de Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto20
� Ocorre ruptura parcial ou total do cavaco.
� A soldagem dos diversos pedaços (de cavaco)
é devida a alta pressão e temperatura
desenvolvida na região.
� A descontinuidade pode ser causada por
irregularidades no material, vibrações, ângulo
efetivo de corte muito pequeno, elevada
profundidade de corte, baixa velocidade de
corte, entre outros.
Universidade Estadual Universidade Estadual
de Maringá de Maringá -- UEMUEMTipos de Cavaco
CAVACO CISALHADO:
• Acabamento Superficial:
� A qualidade superficial é inferior
à obtida com cavaco contínuo,
devido a variação da força de
corte.
Prof. Dr. Norival Neto21
corte.
� A força de corte cresce com a
formação do cavaco e diminui
bruscamente com sua ruptura,
gerando fortes vibrações que
resultam numa superfície com
ondulâncias.
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de Maringá de Maringá -- UEMUEM
CAVACO DE RUPTURA:
• Mecanismo de Formação:
� Este cavaco é produzido na usinagem de
materiais frágeis como o ferro fundido.
� O cavaco rompe em pequenos segmentos
devido a presença de grafita, produzindo
Tipos de Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto22
devido a presença de grafita, 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.
Ferro Fundido
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• Cavaco de ruptura:
→ Apresenta-se constituído por fragmentos arrancados do componente em
usinagem. Nesse caso existe a ruptura completa do material (zona de
cisalhamento), que permanece em grupos lamelares separados.
Cavacos fragmentados
Materiais de fratura frágil
Tipos de Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto23
Materiais de fratura frágil
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de Maringá de Maringá -- UEMUEM
Classificação dos tipos de cavacos:
Contínuos
� Materiais dúcteis e homogêneos.
� Avanços de pequenos a médios.
� Velocidades geralmente superiores a 60 m/min.
� Sem interferência de vibrações externas ou variações
Quanto à formação os cavacosQuanto à formação os cavacos
podem ser classificados em:podem ser classificados em:
Tipos de Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto24
Cisalhamento
Ruptura
� Sem interferência de vibrações externas ou variações
das condições de atrito.
� Materiais dúcteis e ligados com alto teor em liga.
� Aumento da deformação e heterogeneidade da
estrutura metalográfica.
� Vibrações que levam a variação da espessura.
� Velocidades geralmente inferiores a 100 m/min.
� Materiais frágeis de estrutura heterogênea
� Ruptura completa em lamelas ou grupos lamelares
� Comportamento semelhante em qualquer velocidade
� Vibrações decorrentes do comportamento do material
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de Maringá de Maringá -- UEMUEMFormas do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto25
Formas de cavacos produzidos na usinagem de metais.
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de Maringá de Maringá -- UEMUEM
INDESEJÁVEIS (Cavacos longos)
- Oferecem risco ao operador.
- Obstruem o local de trabalho.
- Podem danificar tanto a ferramenta quanto
prejudicar o acabamento superficial da peça.
Formas do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto26
- Dificultam o manuseio e a armazenagem.
- Causam aumento da força de corte e da
temperatura com consequente redução da vida
da ferramenta.
Cavaco em fita
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de Maringá de Maringá -- UEMUEMFormas do Cavaco
• BONS (Cavacos curtos)
– Ocupam pouco volume.
– Não obstruem o local de trabalho.
– São removidos facilmente. r
Prof. Dr. Norival Neto27
– São removidos facilmente.
Quebra-Cavacos
r
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de Maringá de Maringá -- UEMUEMFormas do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto28
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• Classificação:
Formas do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto29
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Cavaco helicoidal Cavaco espiralCavaco em lascas
ou pedaços
Formas do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto30
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de Maringá de Maringá -- UEMUEM
� desgaste da ferramenta
� esforços de corte
� calor gerado na usinagem
� penetração do fluido de corte
Influência:
Formas do Cavaco
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� aspectos econômicos
� qualidade da peça
� segurança do operador
� utilização adequada da máquina-ferramenta
Envolve:
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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto32
� As principais fontes de geração de calor são devidas:
→ à deformação plástica na região de cisalhamento.
→ ao atrito do cavaco com a superfície de saída da ferramenta.
→ ao atrito da peça com a ferramenta.
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de Maringá de Maringá -- UEMUEM
Cavaco
Peça
Meio ambiente
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto33
� O calor total produzido por essas fontes é dissipado:
→ Pelo cavaco.
→ Pela ferramenta.
Ferramenta
→ Pela peça.
Peça
→ Pelo meio ambiente.
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Cavaco
Peça
Meio ambiente
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto34
� Balanço energético→ O balanço energético do processo de corte pode ser expresso:
Q = Qcavaco + Qpeça + Qferr. + Qamb = Qcis + Qatr1 + Qatr2
Ferramenta
Peça
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Q
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto35
� Quantidade total de calor (Q)→ Nos processos de usinagem, a quantidade de calor total (Q)
expressa em kcal/min, é aproximadamente equivalente ao
trabalho de usinagem por minuto.
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Q
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto36
� Quantidade total de calor (Q)→ A quantidade de calor total produzida pode ser determinada por:
Q =FC
. vC
E E=equivalente mecânico do calor=427 kg.m/kcal
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de Maringá de Maringá -- UEMUEMMecanismo de Formação do Cavaco
Temperaturas de Corte:
Prof. Dr. Norival Neto37
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de Maringá de Maringá -- UEMUEM
100%
80
60
Calor dissipado em função da velocidade de corte:Calor
Ferramenta
Peça
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto38
60
40
20
00
00 50 100 150 200 250
velocidade de corte (m/min.)
Cavaco
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� O calor produzido se distribui de maneira irregular, porque as
deformações e forças de atrito também são irregulares.
� A quantidade de calor recebida pela ferramenta é relativamente
pequena. No entanto, a superfície de contato também é reduzida,
desenvolvendo-se ali temperaturas significativas.
Conclusões:
Mecanismo de Formação do Cavaco
Prof. Dr. Norival Neto39
� Por meio da fórmula de Q, pode-se verificar que a quantidade de
calor gerada aumenta com a velocidade de corte e com a força de
corte.
� Como a força de corte (Fc) depende da área da seção de corte, a
temperatura cresce com o aumento do avanço e da profundidade.
� Os desgastes da ferramenta tendem a aumentar a temperatura, que
por sua vez aumenta o valor do coeficiente de atrito e da força de
corte.