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A INFLUÊNCIA DO CAVACO NO PROCESSO DE USINAGEM COM FERRAMENTAS DE CORTE EM TORNO CNC
Vagner Gonçalves de Oliveira1
RESUMO
O presente artigo tem o objetivo de demonstrar a importância do tipo de cavaco formado nos processos de usinagens com ferramentas de corte em torno CNC, tratando-o como um meio de comunicação entre o operador e a ferramenta, onde a forma do cavaco resultante torna-se um indicador visual, podendo a partir do cavaco, melhorar e adequar a usinagem quanto aos aspectos de segurança, economia e produtividade. Palavras-chaves: usinagem, ferramenta, cavaco, produtividade, segurança.
ABSTRAT
The present article has the objective of demonstrating the importance of the shavings type formed in the usinagens processes with cut tools in lathe CNC, treating him as a middle of communication between the operator and the tool, where the form of the resulting shavings becomes a visual indicator, being able to starting from the shavings, to get better and to adapt the usinagem as for safety's aspects, economy and productivity. keywords: usinagem, tool, shavings, productivity, safety.
1
Acadêmico do curso de Engenharia de Produção da Faculdade de Tecnologia FTEC de Caxias do Sul e profissional na área de usinagem em Moldes e Matrizes. Endereço eletrônico:
[email protected]
1 INTRODUÇÃO
Há cerca de seis mil anos a.C., o homem já era capaz de produzir ferramentas com gume de corte afiado a partir de lascas de pedra (figura 1), desde então, constantes evoluções ocorreram como a descoberta dos metais por volta de 700 anos a.C, mas somente no inicio do século XX o americano F.W. Taylor descobriu enfim o aço rápido, fato que marcou o desenvolvimento tecnológico da usinagem. A partir da descoberta do aço rápido, inúmeras pesquisas foram realizadas com o objetivo de melhorar os processos de usinagem e aumentar a produtividade nas indústrias. Em1926, na Alemanha descobriu-se a liga com carboneto de tungstênio de até 10% de ferro, cobalto ou níquel, registrado por Karl Schroter, iniciando com isso a era do metal duro, que é utilizado até hoje nas indústrias.
Figura 1
2 USINAGEM
A usinagem é um processo mecânico pelo qual se dá forma à peça ou matéria-prima. Um subgrupo da norma DIN8580 sob o termo ‘’separar’’, compreende o processo de fabricação com remoção de cavaco, que se caracteriza pela aplicação de ferramentas geometricamente definidas.
Como operações de usinagem entendemos aquelas que, ao conferir à peça a forma, ou as dimensões ou o acabamento, ou ainda uma combinação qualquer destes três bens, produzem cavaco. Definimos cavaco como a porção de material da peça, retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentar forma geométrica irregular (Diovani Lencina, 2005, p.2).
Em torno CNC, o cavaco está presente ao longo de todo processo na fabricação da peça, a formação do cavaco, quando inadequado, pode afetar o sistema produtivo em uma linha de produção. Quando não houver a preocupação em aplicar o processo corretamente, do ponto de vista econômico e também quanto a segurança do operador da máquina-ferramenta. O cavaco é formado através do contato entre a peça e a ferramenta por meio de um cisalhamento2 e este se dá na região que chamamos de plano de cisalhamento (zona primária de cisalhamento). Nesta região há um ângulo entre o plano de cisalhamento e a direção de corte que é denominado como ângulo de cisalhamento (figura2). O ângulo de cisalhamento está inversamente proporcional à deformação do cavaco e diretamente proporcional aos esforços de corte, principalmente em materiais dúcteis3.
2
Mec. Deformação ou fratura sofrida por um corpo quando submetido à ação de forças cortantes que atuam em direções paralelas e em sentidos opostos sobre pontos adjacentes do corpo 3 Que se pode distender ou comprimir sem provocar rompimento (metal dúctil); FLEXÍVEL.
Figura 2
2.1 Condições de usinagem
Em condições normais de usinagem com ferramentas de metal duro ou aço rápido, a formação do cavaco segue as seguintes etapas:
1- Uma pequena porção do material é recalcada contra a superfície da ferramenta, ocasionando a deformação plástica e elástica. 2- Essa deformação plástica aumenta e o material desliza sobre a superfície da ferramenta. 3- Continuando a penetração da ferramenta, há uma ruptura total ou parcial do cavaco no plano de cisalhamento. 4- O material rompido escorrega sobre a superfície de saída da ferramenta, enquanto isso, uma nova porção de material está se formando e cisalhando, repetindo as etapas anteriores (Figura 3)
Figura 3
2.2
Formas do cavaco
Quando observamos os cavacos resultantes de uma usinagem em torno CNC, verificamos que os mesmos podem apresentar diversas formas, que dependem do avanço de corte, da profundidade de corte, do material que está sendo usinado e da ferramenta de corte. Quanto à forma de um cavaco podemos classificálos em: fitas, helicoidais, espirais e em lascas ou pedaços (figura 4). Os cavacos em lascas ou pedaços possuem esse formato por irregularidades no material, ângulo efetivo de corte pequeno, baixa velocidade de corte e elevada profundidade de penetração no corte e é preferido quando houver pouco espaço disponível.
Nos cavacos helicoidais, a remoção do material é elevada e o mesmo deixa rapidamente o espaço entre a ferramenta e a peça porque ocorrem e altas velocidades de corte, tornando-se o mais apropriado tipo de cavaco. Os espirais, na maioria dos casos, ocorrem quando a ferramenta possui um quebra cavaco e esses podem ser aplicados em diversas operações com ferramentas de insertos cambiáveis que tornam o processo mais eficiente no domínio do cavaco. A formação do cavaco em fita é a mais problemática de todas, pois o mesmo possui uma aresta de corte muito afiada que pode comprometer a integridade física do operador e em alguns casos o cavaco pode enrolar-se na peça, na ferramenta ou na placa do torno, dificultando o processo produtivo causando inúmeras paradas de produção, ou seja, a usinagem se torna mais rápida que a retirada do cavaco enrolado e em alguns casos, este cavaco pode provocar a quebra da ferramenta e é também o tipo que ocupa muito espaço de armazenamento, tornando-o difícil de ser transportado e descartado
Classificação dos cavacos
Figura 4
2.3
A quebra do cavaco
Um fator importante em todo processo de usinagem é a seleção da ferramenta que será utilizada na usinagem, podendo ser uma ferramenta comum, sem quebra-cavaco ou uma ferramenta especial, com quebra-cavaco e insertos postiços, que facilitam a vida do operador e beneficiam todo o conjunto produtivo, tornando prática e rápida a substituição da ferramenta no caso de quebra ou desgaste da aresta de corte. A curvatura do cavaco pode ser controlada para forçar a sua quebra, evitando a formação de cavacos longos em forma de fita.
A melhor maneira de promover a curvatura vertical é a colocação de um obstáculo no caminho do fluxo do cavaco, o qual é chamado de quebracavaco. O aumento da deformação do material, sendo usinado via diminuição dos ângulos de saída e/ou inclinação da ferramenta, e do atrito cavaco-ferramenta também promovem a curvatura vertical (Anselmo Eduardo Diniz, 2008, p.46).
A utilização do obstáculo que promove a quebra do cavaco é muito utilizada em torno CNC4, para promover um aumento na vida útil da ferramenta e evitar a formação do cavaco em fita como foi citado acima. Concordo plenamente com a citação do Professor e Doutor Anselmo, por ser um método utilizado em muitas empresas em que tive oportunidade de ser um colaborador no setor de usinagem, no entanto, é importante ressaltar que essa prática é ótima quando a máquina possui carenagens para bloquear a passagem do cavaco durante a usinagem. Quando trabalhamos com elevadas velocidades de corte, devemos ter também a preocupação quanto ao tipo de quebra–cavaco, para que o mesmo tenha uma direção contrária ao operador em máquinas que não possuem carenagens, pois os mesmos se desprendem com elevadas velocidades e temperaturas que podem ferir o profissional atuante no momento da usinagem. 4
Mec. Torno CNC- máquina computadorizada com magazine de ferramentas no qual se podem acoplar algumas ferramentas diferentes, o que permite mudar rapidamente o tipo de trabalho e executá-los em série sem necessidade de retirar e montar ferramentas.
O fator mais importante na determinação da capacidade de quebra de um cavaco é o material da peça. Se frágil e heterogêneo o cavaco tende a ser mais controlável, podendo inclusive sair descontínuo e, portanto, na forma de lascas ou pedaços, como no caso dos ferros fundidos cinzentos. Se dútil e homogêneo o problema se apresenta mais seriamente quanto maior essas características. Nestas situações os cavacos tendem a sair contínuos e muitas vezes na forma de fita ou helicoidal longo. O único remédio é quebra-cavaco neles!!! ( Álisson Rocha Machado, 2007, p.12).
É por esses motivos que os fabricantes de ferramentas projetam e desenvolvem muitas pesquisas antes de fabricarem insertos com quebra-cavacos, de modo que tais ferramentas passam por diversos ensaios tecnológicos antes da distribuição efetiva no mercado consumidor, pois há um raciocínio lógico baseado em fatores teóricos e práticos na elaboração e desenvolvimento de um quebracavaco moldado ou postiço.
2.4
A influência dos parâmetros de usinagem
A velocidade de corte, a profundidade de corte e a geometria da ferramenta, influenciam diretamente na capacidade de quebra do cavaco. Em baixa velocidade de corte, os cavacos tendem a quebrar com mais facilidade, mas o que ocorre normalmente é o oposto, para que haja maior produtividade, trabalhamos com grande velocidade corte, pois o objetivo é produzir rapidamente as peças de um lote, para obter lucro no fim da produção, por isso aumentamos também a profundidade de corte, em conseqüência, aumentam as taxas de remoção de material, e novamente buscamos a utilização de insertos com quebra-cavaco eficiente.
A mudança das condições de usinagem, com o fim específico de se obter uma forma adequada do cavaco, deve ser o tanto quanto possível evitada, pois estas são fixadas levando-se em consideração requisitos técnicos e econômicos do processo (Anselmo Eduardo Diniz, 2008, p.48).
A geometria dos insertos intercambiáveis com quebra-cavaco moldado na superfície de saída possuem aplicações específicas, na qual utilizamos insertos para processos de desbaste que não são totalmente eficientes em processos de acabamento, por possuírem formas distintas em sua geometria como podemos observar no gráfico abaixo. Figura 5
AP= profundidade de corte em milímetros F= avanço em milímetros por rotação No entanto, existe a teoria da velocidade econômica, desenvolvida por Taylor que sugere a identificação do intervalo de máxima eficiência para a adoção de uma velocidade de corte, ou seja, é possível adequar o fluxo de produção entre a máxima economia ou a máxima produtividade de usinagem em função do que for mais conveniente em dado momento. A teoria de Taylor é válida quando se observa a quantidade de peças existentes em um lote a ser fabricado, ou seja, quando o lote de peças é extremamente numeroso, o custo em ferramental será elevado, portanto deve-se operar entre a velocidade mínima e a máxima, porque velocidades elevadas implicam em maiores desgastes na ferramenta, contudo quanto mais próximo do zero for o lote de peças, torna-se relativamente menos importante as resistências mecânicas da ferramenta e nesses casos podemos usar a máxima velocidade de corte.
Ao se trabalhar com lotes de poucas peças, e não se pensando em tirar máximo proveito de uma ferramenta em serviços futuros, uma alternativa é adotar a máxima velocidade permitida pela potência da maquina, obviamente levando-se em conta o acabamento desejado na peça e os limites da pastilha em termos de resistência mecânica, considerando também uma formação aceitável dos cavacos. (Francisco Marcondes, 2009,p.36)
2.5
Energia térmica
A energia mecânica decorrente da formação do cavaco transforma-se em calor, ou seja, energia térmica e a fonte dessa energia concentram-se na deformação do material no plano de cisalhamento através do atrito entre a peça e a ferramenta. O calor dissipado através do cavaco, da peça e da ferramenta, ocasiona o dilatamento térmico da peça e o desgaste da ferramenta, fatores que podem comprometer a precisão em peças com tolerâncias apertadas. Quanto à energia térmica produzida, pode-se diminuí-la com a aplicação de fluidos refrigerantes ou fluidos de corte, no entanto vamos conviver com essa energia e nunca eliminá-la por completo.
Por outro lado, para aumentar a produtividade da ferramenta deve-se aumentar a velocidade, o avanço e a profundidade de corte. Todos estes três fatores aumentam a temperatura. Portanto, o tecnólogo deve investigar todos os meios para diminuir a temperatura, alem de empregar materiais de corte resistentes a altas temperaturas e ao desgaste. O meio mais barato para a diminuição da temperatura é o emprego de refrigerante e lubrificante de corte (Dino Ferraresi,1970, p.143).
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Em todos os processos de usinagem com ferramentas de corte, seremos contemplados com a presença dos cavacos em função da remoção de material. A partir desse fato, podemos, de maneira visual e palpável, identificar a
conformidade do processo, pois o cavaco pode ser considerado um meio de comunicação entre a máquina-ferramenta e o operador ou técnico responsável pelo processo de usinagem, ou seja, em um lote de produção com número elevado de peças ou não, pode-se determinar logo no inicio da fabricação se as condições de usinagem estão adequadas a partir do cavaco resultante e também com base na verificação de um simples cavaco, pode-se também no meio da cadeia produtiva identificar a hora de fazer a troca da aresta cortante de uma ferramenta quando a mesma for cambiável. Nas usinagens feitas em torno CNC, o cavaco é sem dúvida um aliado da produtividade, qualidade, segurança e desempenho. Porque possui uma relação direta entre a peça e a ferramenta, de modo que a escolha adequada da ferramenta, a velocidade de corte, a profundidade de corte e a escolha do fluido de corte, aliados ao cavaco, podem reduzir drasticamente o tempo de usinagem, o custo de produção e aumentar consideravelmente a lucratividade.
4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Ferraresi, Dino. Fundamentos da Usinagem dos Metais. São Paulo: Editora Edgar Blucher Ltda, 1970, 12ª reimpressão- 2006. Stemmer, Caspar Erich. Ferramentas de Corte Ι. Florianópolis: Editora da UFSC, 2007, 7ª edição. Diniz, Anselmo Eduardo. Marcondes, Francisco Carlos. Coppini, Nivaldo Lemos. Tecnologia da Usinagem dos Materiais. São Paulo: Artliber Editora, 2008, 6ª edição. Machado, Álisson Rocha. O Mundo da Usinagem: Gestão: Domar Cavacos! Tarefa Difícil. páginas 6 à 16. São Paulo: publicação mensal da Divisão Coromant da Sandvik do Brasil S.A. Edição 10/2007. Marcondes, Francisco. O Mundo da Usinagem: Tendências e Oportunidades: Velocidade de Corte Adequada. páginas 34 à 36. São Paulo: publicação mensal da Divisão Coromant da Sandvik do Brasil S.A. Edição 04/2009.
