2-Noções de Usinabilidade e Geometria de ferramenta

2.  Noções de Usinabilidade e Geometria de Ferramenta

2.1.Caracterização da Usinabilidade

A usinabilidade de um material é entendida como a facilidade ou dificuldade de remoção de material durante a usinagem e pode ser avaliada através da força de usinagem (Fu), da potência total consumida (Ne), da temperatura de corte (Tc), do acabamento da superfície usinada, do controle do cavaco, da taxa de desgaste da ferramenta de corte; e de outros parâmetros, dependendo da necessidade, facilidade, disponibilidade de infraestrutura ou do ponto de vista do pesquisador, como, por exemplo, vibração (Vb) mecânica do sistema máquina-peça-ferramenta, sinais de emissão acústica, etc.

Processo de usinagem, composição química, microestrutura (morfologia, tamanho e fração de volume das fases constituintes), tratamento térmico e propriedades do material, propriedades físicas e mecânicas são fatores que influenciam fortemente os resultados de usinabilidade – sendo o último, por meio da dureza, considerado o principal aspecto que dita a facilidade ou a dificuldade com que um material pode ser usinado.

2.2.Geometria das ferramentas de corte

A definição da geometria de uma ferramenta de corte é baseada em sistema de planos e de superfícies da ferramenta de corte.

2.2.1.Sistemas de planos

O sistema de planos de uma ferramenta de corte é composto pelos seguintes planos: i) plano de referência da ferramenta (Pr); ii) plano de corte principal (Ps); iii) plano de corte secundário (Ps’);iv) plano ortogonal (Po) e v) plano de trabalho (Pf).

O plano de referência (Pr) é um ortogonal à velocidade de corte (Vc).

O plano de corte (Ps) é que passa pela aresta de corte principal (S) e é paralelo ao vetor velocidade de corte (Vc). O plano de corte secundário (Ps’) passa pela aresta de corte secundária de corte (S’) e é paralelo à vetor velocidade de corte (Vc).

O plano de corte ortogonal (Po) é ortogonal ao plano de referência (Pr) e ao plano de corte principal (Ps). O plano de trabalho (Pf) é contém ao vetor velocidade de corte (Vc) e vetor velocidade de avanço (Vf). Esses dois vetores são responsáveis pela formação do cavaco.

A Figura 1 apresenta os sistemas de planos de uma ferramenta de corte.

Figura 1– Sistemas de planos de uma ferramenta de corte

2.2.2.Sistemas superfícies das ferramentas de corte

As principais superfícies que uma ferramenta de corte possui são: i) superfície de saída (A_g); ii) superfície de folga primária (A_a) e iii) superfície de folga secundária (A’_a). A Figura 2 apresenta as principais superfícies de uma ferramenta de corte.

Figura 2– Principais superfícies de uma ferramenta de corte

2.2.3.Ângulos da ferramenta de corte

Baseado no sistema de planos e de superfícies da ferramenta de corte, é possível definir os ângulos da ferramenta de corte.

Os ângulos medidos no plano de referência (Pr) são: i) ângulo de posição primário (c_r); ii) ângulo de posição secundário (c’_r) e iii) o ângulo de ponta (e_r).

O ângulo de posição primário (c_r) é formado entre o plano de corte principal (Ps) e o plano de trabalho (Pf). Ele afeta a distribuição de tensões ao longo da aresta de corte da ferramenta, a dissipação de calor, a direção de saída do cavaco, a força passiva (F_p). Normalmente, varia entre 0° a 90°.

O ângulo de posição secundário (c’_r) é formado entre o plano de corte secundário (Ps’) e o plano de trabalho (Pf). Ele pode apresentar as mesmas implicações do ângulo de posição principal (c_r).

O ângulo de ponta (e_r) é formado entre plano de corte principal (Ps) e o plano de corte secundário (Ps’). Em processo de afiação da ferramenta, normalmente depende dos ângulos de posição primário (c_r) e secundário (c_r’).

A Figura 3 apresenta os ângulos medidos no plano de referência.

Figura 3– Ângulos medidos no plano de referência (Pr)

De forma prática, a relação entre os ângulos medidos no plano de referência (Pr), é dado pela Eq1.

cr+c’r+er=180°

(1)

Ainda no plano de referência (Pr) pode ser medido o raio da ponta da ferramenta. Ele pode afetar a resistência da ponta da ferramenta; o acabamento superficial e até o nível de vibração no processo de corte, em valores muito alto. Normalmente varia de 0,2 a 2,4 mm.

Figura 4– Raio de ponta da ferramenta

O ângulo medido no plano de corte principal (Ps) é o ângulo de inclinação (l_S), que é formado entre o plano de referência (Pr) e a aresta de corte principal (S). Ele afeta a direção de saída do cavaco; protege a quina da ferramenta contra impactos; pode atenuar vibrações e normalmente varia de -11° a 11°. Semelhantemente, o ângulo medido no plano de corte secundário (Ps’) é o ângulo de inclinação secundário(l_S’), que é formado entre o plano de referência (Pr) e a aresta de corte secundária (S’).

A Figura 5 apresenta os ângulos medidos nos planos de corte.

Figura 5– a) Ângulo medido no plano de corte principal (Ps); b) Ângulo medido no plano de corte secundário (Ps’)

Os ângulos medidos no plano ortogonal (Po) são: i) ângulo de saída (g_o); ii) ângulo de folga (a_o) e iii) ângulo de cunha (b_o). Eles afetam significativamente as características de usinabilidade.

O ângulo de saída (g_o) é formado entre a superfície de saída (A_g) e o plano de referência (Pr). Ele influi grandemente nas características de usinabilidade (Força, Temperatura, Potência, Rugosidade superficial, etc). Em valores próximos de zero causam um maior trabalho para dobrar o cavaco, mas esse valor depende do tipo de resistência do material da peça e da ferramenta, que normalmente varia de -8° a 20°. Valores mais positivos são indicados para matérias fáceis de usinar, já valores mais negativos são indicados para materiais difíceis de usinar, corte interrompido ou insertos intercambiáveis.

O ângulo de folga principal (a_o) é formado entre a superfície de folga primária (A_a) e o plano de corte principal (Ps). Apesar de o ângulo de folga (a_o) não participar diretamente do escorregamento do cavaco, como acontece com o ângulo de saída (g_o), ele determina a folga entre a ferramenta e a superfície usinada; influi na penetração da ferramenta na peça (pequeno dificulta a penetração da ferramenta e pode gerar muito calor; se grande pode favorece a quebra da ferramenta); evita o atrito ferramenta – peça; altera as características de resistência mecânica da cunha de corte (bo); depende da resistência do material da ferramenta e da peça a usinar; pode afetar o desgaste de flanco (VBB) e normalmente varia de 5° a 20°.

O ângulo de folga secundário (ao’) é formado entre a superfície de folga secundária (A’a) e o plano de corte secundário (P’s). O ângulo de cunha (b_o) é formado entre o a superfície de saída (A_g) e a superfície de folga primária (A_a). Ainda no plano ortogonal (Po), pode ser medido o raio da aresta de corte da ferramenta (r_n).

A Figura 6 apresenta os ângulos medidos no plano ortogonal (Po).

Figura 6– Ângulos medidos no plano ortogonal

De forma prática, a relação entre os ângulos medidos no plano ortogonal (Po), é dado pela Eq2.

bo+ao+go=90°

(2)

Ainda no plano ortogonal (Po) podem ser analisados o tipo de aresta da ferramenta e o tipo de quebra-cavaco. O tipo de aresta determina o nível de proteção do fio de corte. Para materiais usinados muito duros e ferramentas de corte muito frágeis ao impacto, devem ser evitadas arestas muito agudas, mas se o raio da aresta for muito grande ou muito chanfrado pode dificultar a penetração no início do corte.

A figura 7 apresenta alguns tipos de aresta de ferramenta de corte.

Figura 7– Tipos de aresta de corte

Os quebras-cavacos têm o objetivo de forçar o dobramento do cavaco para promover sua ruptura. Tipicamente podem ser de desbaste e de acabamento.

A Figura 8 apresenta alguns tipos de quebra-cavaco.

Figura 8– Tipos de quebra-cavacos a) Desbaste; b) Acabamento

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