Corte de Metal: Significado, História e Princípios
Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre: - 1. Significado do Corte de Metal 2. História do Corte de Metal 3. Tipos de Processos de Corte 4. Fatores 5. Métodos 6. Princípios 7. Velocidades.
Significado de corte de metal:
O corte de metal é “o processo de remover material indesejado na forma de aparas, de um bloco de metal, usando uma ferramenta de corte”. Uma pessoa especializada em usinagem é chamada de maquinista. Uma sala, prédio ou empresa onde a usinagem é feita é chamada de Oficina de Máquinas.
Os elementos básicos envolvidos neste processo são:
(i) Um bloco de metal (peça de trabalho).
(ii) Ferramenta de corte.
(iii) Máquina-Ferramenta.
(iv) Fluido de corte.
(v) Velocidade de corte (Movimento Primário).
(vi) Feed (movimento secundário).
(vii) chips.
(viii) Manutenção e Fixação de Obra.
(ix) Força e Energia Dissipadas, e
(x) Acabamento da Superfície.
As condições essenciais para um corte de metal bem sucedido são:
(a) Movimento relativo entre trabalho e ferramenta de corte.
(b) O material da ferramenta deve ser mais duro que o material de trabalho.
(c) O trabalho e a ferramenta devem ser rigidamente mantidos por gabaritos e acessórios.
(d) Corte afiado da ferramenta de corte.
(e) Movimento Primário (Velocidade de Corte).
(f) Movimento Secundário (Corte de Alimentação).
Quase todos os produtos produzidos pelo processo de remoção de metal, direta ou indiretamente. As principais desvantagens do processo são a perda de material na forma de chips.
História do corte de metal:
A história do corte de metal começou no Egito, onde um dispositivo rotativo chamado corda do arco foi usado para fazer furos em pedras.
A história do corte de metal é dada na Tabela 9.1:
Tipos de Processos de Corte (Operações):
Usinagem não é apenas um processo; é um grupo de processos. Existem muitos tipos de operações de usinagem. Cada um dos quais é especializado para gerar uma certa geometria da peça e qualidade de acabamento superficial.
Alguns dos processos de corte mais comuns são mostrados na Fig. 9.1:
(i) Virando:
O giro é usado para gerar uma forma cilíndrica. Nesse processo, a peça de trabalho é girada e a ferramenta de corte remove o material indesejado na forma de aparas. A ferramenta de corte possui uma aresta de corte única. O movimento de velocidade é proporcionado pela peça de trabalho rotativa, e o movimento de avanço é conseguido pela ferramenta de corte movendo-se lentamente em uma direção paralela ao eixo de rotação da peça de trabalho.
ii) Perfuração:
A perfuração é usada para criar um buraco redondo. Neste processo, a ferramenta de corte é girada e alimentada contra a peça de trabalho fixada em um dispositivo de retenção. A ferramenta de corte normalmente tem duas ou mais arestas de corte. A ferramenta é alimentada em uma direção paralela ao seu eixo de rotação na peça de trabalho para formar o furo redondo.
(iii) chato:
A perfuração é usada para ampliar um furo já perfurado. É uma fina operação de acabamento utilizada no estágio final de fabricação do produto.
iv) Moagem:
O fresamento é usado para remover uma camada de material da superfície de trabalho. Também é usado para produzir uma cavidade na superfície de trabalho. No primeiro caso, é conhecido como fresamento de placas e, no segundo caso, é conhecido como fresamento de topo. Basicamente, o processo de fresagem é usado para produzir uma superfície plana ou reta. A ferramenta de corte usada tem várias arestas de corte. O movimento da velocidade é fornecido pela fresa rotativa. A direção do movimento de avanço é perpendicular ao eixo de rotação da ferramenta.
v) Corte:
O corte é usado para cortar o metal em duas partes. Nesta operação, a peça de trabalho é girada e a ferramenta de corte se move radialmente para dentro para separar os componentes.
Fatores que influenciam o processo de corte de metal:
Vários fatores ou parâmetros que afetam o processo de corte e o acabamento da superfície e a precisão da geometria da peça são fornecidos na Tabela 9.2:
Variáveis independentes:
As principais variáveis independentes são:
(a) Material da ferramenta de corte, forma, geometria, ângulos.
(b) Material da peça de trabalho, condição, temperatura.
(c) Parâmetros de corte, como velocidade, avanço e profundidade de corte.
d) Fluidos de corte.
(e) Especificações da máquina-ferramenta.
(f) Manutenção e Fixação de Obra.
Variáveis dependentes:
Variáveis dependentes são influenciadas por mudanças nas variáveis independentes.
As principais variáveis dependentes são:
(a) Tipos de fichas formadas.
(b) Zona de temperatura na interface da ferramenta de trabalho.
c) desgaste das ferramentas e falhas.
(d) acabamento superficial.
(e) Força e energia no processo de corte.
Métodos de corte de metal:
Existem dois métodos básicos de corte de metal baseado na aresta de corte e direção do movimento relativo entre a ferramenta e o trabalho:
(i) Processo de corte ortogonal (bidimensional)
(ii) processo de corte oblíquo (tridimensional)
(i) Processo de corte ortogonal:
No processo de corte ortogonal, a aresta de corte é perpendicular (90 graus) à direção da alimentação. O chip flui em uma direção normal para a aresta de corte da ferramenta. Uma ferramenta perfeitamente afiada cortará o metal na superfície do rack.
O processo de corte ortogonal é mostrado na Fig. 9.3. (uma):
ii) Processo de corte oblíquo:
No processo de corte oblíquo, a aresta de corte é inclinada em um ângulo agudo (menos de 90 graus) na direção da alimentação. O chip flui lateralmente em uma onda longa. O chip flui em uma direção em um ângulo normal com a aresta de corte da ferramenta.
Algumas das principais características comparativas de ambos os processos são dadas na Tabela 9.3:
Princípio do corte de metal:
Um processo típico de corte de metal por uma ferramenta de corte de ponta única é mostrado na Fig. 9.2. Neste processo, uma ferramenta em forma de cunha se move em relação à peça de trabalho em um ângulo a. Quando a ferramenta entra em contato com o metal, exerce pressão sobre ela. Devido à pressão exercida pela ponta da ferramenta, o metal romperá sob a forma de cavacos no plano de cisalhamento AB. Um chip é produzido à frente da ferramenta de corte, deformando e cortando o material continuamente, ao longo do plano de cisalhamento AB.
O plano de cisalhamento é, na verdade, uma zona estreita e se estende da aresta de corte da ferramenta até a superfície da peça de trabalho. A aresta de corte da ferramenta é formada por duas superfícies de interseção.
Um detalhado sobre várias terminologias é dado abaixo:
(i) Superfície do Rack:
É a superfície entre o cavaco e a superfície superior da ferramenta de corte. É a superfície ao longo da qual o chip se move para cima.
ii) superfície do flanco:
É a superfície entre a peça de trabalho e a parte inferior da ferramenta de corte. Esta superfície é fornecida para evitar o atrito com a superfície usinada.
(iii) Ângulo do rack (α):
É o ângulo entre a superfície do rack e a normal para a peça de trabalho. O ângulo do rack pode ser positivo ou negativo.
(iv) Ângulo de flanco / ângulo de folga / ângulo de alívio (γ):
É o ângulo entre a superfície do flanco e a superfície usinada horizontalmente. É fornecido para alguma folga entre a superfície do flanco e a superfície usinada da peça de trabalho para evitar a ação de fricção da ferramenta de corte na superfície acabada.
v) Zona de Deformação Primária:
É a zona entre a ponta da ferramenta e o plano de cisalhamento AB.
vi) Zona de Deformação Secundária:
É a zona entre a superfície do rack da ferramenta e o chip.
(vii) Zona de Deformação Terciária:
É a zona entre a superfície de flanco da ferramenta e a superfície usinada da peça de trabalho.
Quase todos os processos de corte envolvem a mesma teoria de deformação por cisalhamento. A ferramenta de corte usada no processo de corte pode ser uma ferramenta de corte de ponto único ou multiponto. Torneamento, rosqueamento e modelagem, mandrilamento, chanfro e faceamento são algumas operações de corte feitas pela ferramenta de corte de ponto único. Fresamento, perfuração, retificação, fresagem e brocagem são algumas operações de corte feitas pela ferramenta de corte multi-ponto.
Mecânica da Formação de Fichas:
Um processo típico de corte de metal por uma ferramenta de corte de ponta única é mostrado na Fig. 9.5. Neste processo, uma ferramenta em forma de cunha se move em relação à peça de trabalho em um ângulo α. Quando a ferramenta entra em contato com o metal, exerce pressão sobre ela. Devido à pressão exercida pela ponta da ferramenta, o metal romperá sob a forma de cavacos no plano de cisalhamento AB. Um chip é produzido à frente da ferramenta de corte, deformando e cortando o material continuamente ao longo do plano de cisalhamento AB.
Estudo microscópico mostra que os chips são produzidos pelo processo de cisalhamento. O processo de cisalhamento na formação de cavacos é semelhante ao movimento de cartas em um baralho deslizando um contra o outro, como mostrado na Fig. 9.5. O cisalhamento ocorre ao longo de uma zona de cisalhamento (plano de cisalhamento). O plano de cisalhamento é atualmente uma zona estreita. Estende-se desde a aresta de corte da ferramenta até à superfície da peça de trabalho.
Este plano está em um ângulo chamado ângulo de cisalhamento (φ), com a superfície da peça de trabalho. A zona de cisalhamento tem uma grande influência na qualidade da superfície usinada. Abaixo do plano de cisalhamento, a peça de trabalho é formada enquanto, acima do plano de cisalhamento, o cavaco já se formou e se move para cima, até a face da ferramenta.
A relação entre a espessura do cavaco antes do corte (t o ) e a espessura do cavaco após o corte (t c ) é conhecida como relação de espessura do cavaco.
Geralmente é representado por r, que pode ser expresso como:
A espessura do cavaco após o corte (t c ) é sempre maior que a espessura do cavaco antes do corte (t o ). Portanto, o valor de r é sempre menor que a unidade. O recíproco de r é conhecido como taxa de compressão de chip ou taxa de redução de cavacos (1 / r). A taxa de redução de cavacos é uma medida da espessura do cavaco comparado à profundidade de corte (t 0 ). Assim, a taxa de redução de cavacos é sempre maior que a unidade.
Derivação para calcular ângulos de cisalhamento:
Considerando o processo de corte ortogonal para derivar a expressão para calcular o ângulo de cisalhamento, como mostra a Fig. 9.6. A ferramenta de corte é definida pelo ângulo de inclinação (α) e ângulo de folga ou alívio (γ). O chip é formado perpendicularmente à aresta de corte da ferramenta.
A seguir, algumas suposições feitas à mecânica das formações de cavacos:
(i) A ferramenta deve entrar em contato com o chip em sua face inclinada.
(ii) condições de tensão simples consideradas. Isso significa que não há fluxo lateral do chip durante o corte.
(iii) A zona de deformação é muito fina (na ordem de 10 -2 a 10 -3 mm) adjacente ao plano de cisalhamento AB.
Acima 9, 6. os seguintes símbolos são usados:
α - ângulo de inclinação
γ - ângulo de folga (alívio)
φ - ângulo de cisalhamento
AB - Plano de cisalhamento
t 0 - espessura do cavaco não cortada
t c - Espessura da lasca (deformada)
Área DEFG - Área de chip sem cortes
Área HIJK - área Chip após o corte.
Essa é a relação necessária para calcular o ângulo de cisalhamento (φ). Esta relação mostra que φ depende do t 0, t c e α (ângulo de inclinação). Isso significa que medindo t 0, t c e uma ferramenta, o ângulo de cisalhamento (sh) pode ser determinado usando a expressão acima.
A razão de espessura de cavacos (r) pode ser determinada pelos seguintes métodos:
(i) Usando a equação de continuidade
(ii) Pesando um comprimento conhecido de chip.
(iii) Conhecendo a velocidade do cavaco (Vc) e a velocidade da peça de trabalho (V).
(i) Usando a Equação de Continuidade:
Peso original do chip antes do corte = peso do chip após o corte.
(ii) Pesando um Comprimento de Chip conhecido:
Se o comprimento de corte não for conhecido diretamente, podemos estimar pesando um comprimento conhecido de chip; então
calcule 'r' e ɸ a partir das equações acima.
(iii) Conhecendo o Chip Velocity (V C ) e Work Piece Velocity (V):
Aplicando a equação de continuidade como:
Colocando o valor de r e α, podemos obter o ângulo de cisalhamento (φ).
Velocidades no Processo de Corte de Metal:
Devido ao movimento relativo entre a ponta da ferramenta e a peça de trabalho e o cavaco removido, existem três tipos de velocidades que surgem.
Estes são os seguintes:
(i) velocidade de corte ou velocidade (V):
É a velocidade da ferramenta de corte em relação à peça de trabalho.
ii) Velocidade de corte (V s ):
É a velocidade do chip em relação à peça de trabalho. De outro modo, a velocidade na qual o cisalhamento ocorre.
(iii) Velocidade do Chip (V c ):
É a velocidade do chip na face da ferramenta (face de inclinação) durante o corte.
Fig 9.7. Processo de corte de metais de velocidade.
A Fig. 9.7 mostra três velocidades e suas relações:
Deixe a velocidade de corte em V
V s - velocidade de cisalhamento
V c - velocidade do chip
φ - ângulo de cisalhamento
α - ângulo de inclinação
r - Proporção de espessura de cavacos
γ - ângulo de folga
Usando a equação de continuidade, o volume de remoção de metal antes e depois é o mesmo, portanto:
Vt = V c t c
Vc / V = t / t c = r
Na Fig. 9.7, usando a regra senoidal para os vetores de velocidade, podemos escrever:
Da teoria da cinemática, a velocidade relativa de dois corpos (ferramenta e cavaco) é igual à diferença vetorial entre suas velocidades em relação ao corpo de referência (peça de trabalho), então
V = V C + V S
Forças que atuam no chip:
As várias forças que atuam no chip durante o corte ortogonal de metal são mostradas na Fig. 9.8:
(i) Força de cisalhamento (F s ):
Está atuando ao longo do plano de cisalhamento. É a resistência ao cisalhamento de metal.
(ii) Força Normal (F n ):
É perpendicular ao plano de cisalhamento gerado pela peça de trabalho.
(iii) Força Normal (N):
É exercido pela ponta da ferramenta no chip.
(iv) Força de Resistência Fracionária (F):
Ele está atuando no chip e age contra o movimento do chip ao longo da face da ferramenta.
A Fig. 9.8 (b) indica o diagrama de corpo livre do chip que está em equilíbrio sob a ação das forças resultantes iguais e opostas em magnitude e direção.
Portanto,
Desde então, o chip está em condição de equilíbrio, então podemos dizer que
Tipos de chips produzidos em usinagem:
Os chips produzidos no processo de corte de metal não são iguais. O tipo de cavaco produzido depende do material a ser usinado e das condições de corte.
Essas condições incluem:
(a) Tipo de ferramenta de corte usada.
(b) Velocidade e taxa de corte.
(c) Geometria da ferramenta e ângulos de corte.
(d) Condição da máquina.
(e) Presença / ausência de fluido de corte, etc.
O estudo dos cavacos produzidos é muito importante porque o tipo de aparas produzidas influencia o acabamento superficial da peça de trabalho, vida útil da ferramenta, vibrações, vibração, requisitos de força e potência, etc.
É importante notar que um chip tem duas superfícies:
(a) superfície brilhante:
É a superfície que está em contato com a face de inclinação da ferramenta. Sua aparência brilhante é causada pela fricção do chip à medida que ele sobe a face da ferramenta.
(b) Superfície áspera:
É a superfície que não entra em contato com nenhum corpo sólido. É a superfície original da peça de trabalho. Sua aparência áspera é causada pela ação de cisalhamento, como mostrado na Fig. 9.9.
Basicamente, existem três tipos de chips comumente observados na prática, como mostrado na Fig. 9.9:
Estes são discutidos abaixo:
(i) fichas contínuas.
(ii) chips contínuos com borda construída.
(iii) chips descontínuos ou segmentais.
(i) Chips Contínuos:
Chips contínuos são produzidos ao usinar materiais mais dúcteis, como aço carbono, cobre e alumínio.
Devido à grande deformação plástica possível com materiais mais dúcteis, são produzidos chips contínuos mais longos. Ele está associado a bons ângulos de ferramenta, velocidades e avanços corretos e ao uso de fluidos de corte.
Vantagens:
1. Eles geralmente produzem um bom acabamento superficial.
2. Eles são mais desejáveis porque as forças são estáveis e a operação se torna menos vibração.
3. Eles fornecem altas velocidades de corte.
Limitações:
1. Fichas contínuas são difíceis de manusear e descartadas.
2. As aparas contínuas enroscam-se em uma hélice, enrolam-se ao redor da ferramenta e funcionam e até podem ferir o operador se ele se soltar repentinamente.
3. Cavacos contínuos permanecem em contato com a face da ferramenta por um longo período, resultando em mais calor de fricção usado para dividir o cavaco contínuo em pequenas seções, de forma que as cavacos não possam se enrolar ao redor da ferramenta de corte.
A forma mais simples de quebra-cavacos é feita com a retificação de uma ranhura na face da ferramenta alguns milímetros atrás da aresta de corte. Às vezes, uma pequena placa metálica com a face da ferramenta de corte é usada como quebra-cavacos.
Condições Favoráveis de Corte:
As condições favoráveis de corte para produção de cavacos contínuos são as seguintes:
Eu. Usinagem de materiais mais dúcteis, como cobre, alumínio.
ii. Alta velocidade de corte com avanço fino.
iii. Ângulo de inclinação maior.
iv. Mais afiada.
v. Lubrificante eficiente.
(ii) Chips Contínuos com Borda Construída:
Chips contínuos com Borda Construída (BUE) são produzidos durante a usinagem de materiais dúcteis nas seguintes condições:
Eu. Alta temperatura local na zona de corte.
ii. Pressão extrema na zona de corte.
iii. Alto atrito na interface do chip da ferramenta.
As condições de usinagem acima fazem com que o material de trabalho adira ou adira à aresta de corte da ferramenta e forma a Borda Construída (BUE). A borda construída gera calor e fricção localizados, resultando em acabamento superficial ruim, perda de potência.
A borda construída é comumente observada na prática. A aresta construída muda de tamanho durante a operação de corte. Primeiro aumenta, depois diminui e depois aumenta de novo, etc. Este ciclo é fonte de vibração e mau acabamento superficial.
Vantagens:
Embora a aresta construída seja geralmente indesejável, uma BUE fina e estável é geralmente desejável porque reduz o desgaste protegendo a face de inclinação da ferramenta.
Limitações:
Eu. Este é um chip a ser evitado.
ii. O fenômeno resulta em um acabamento de superfície ruim e danos na ferramenta.
Condições Favoráveis de Corte:
As condições de corte favoráveis para a produção de chips contínuos com borda construída são as seguintes:
Eu. Baixa velocidade de corte.
ii. Baixo ângulo de inclinação.
iii. Alta alimentação.
iv. Fornecimento inadequado de refrigerante.
v. Maior afinidade (tendência para formar vínculo) de material de ferramenta e material de trabalho.
Redução ou Eliminação de BUE:
A tendência para formar BUE pode ser reduzida ou eliminada por qualquer uma das seguintes práticas:
Eu. Aumentando a velocidade de corte.
ii. Aumentando o ângulo de inclinação.
iii. Diminuindo a profundidade de corte.
iv. Usando um fluido de corte eficaz.
v. Usando uma ferramenta afiada.
vi. Cortes de luz em velocidades mais altas.
(iii) Chips Descontinuados ou Segmentados:
Os cavacos descontínuos são produzidos durante a usinagem de materiais mais frágeis, como ferro fundido cinzento, bronze, latão, etc., com pequenos ângulos de inclinação. Estes materiais não possuem a ductilidade necessária para a deformação apreciável das aparas de plástico. O material falha em uma fratura frágil à frente da borda da ferramenta ao longo da zona de cisalhamento. Isso resulta em pequenos segmentos de chips descontínuos. Não há nada de errado com esse tipo de chip nessas circunstâncias.
Vantagens:
Eu. Como os cavacos se separam em pequenos segmentos, o atrito entre a ferramenta e o cavaco é reduzido, resultando em um melhor acabamento superficial.
ii. Esses chips são convenientes para coletar, manusear e descartar.
Limitações:
Eu. Devido à natureza descontínua da formação de cavacos, as forças variam continuamente durante o processo de corte.
ii. Mais rigidez ou rigidez da ferramenta de corte, suporte e dispositivo de retenção de trabalho é necessária devido às diferentes forças de corte.
iii. Consequentemente, se a rigidez não for suficiente, a máquina-ferramenta pode começar a vibrar e a bater. Isso, por sua vez, afeta negativamente o acabamento superficial e a precisão do componente. Pode danificar a ferramenta de corte ou causar desgaste excessivo.
Condições Favoráveis de Corte:
As condições favoráveis de corte para produção de cavacos descontínuos são as seguintes:
Eu. Usinagem de materiais frágeis.
ii. Ângulos de inclinação pequenos.
iii. Velocidades de corte muito baixas.
iv. Baixa rigidez da máquina-ferramenta.
v. Maior profundidade de cortes.
vi. Lubrificante inadequado.
vii. Materiais que contêm inclusões duras e impurezas.
