(*) Patrick de Vos
(24/04/2016) – Em uma operação de corte de metal, uma ferramenta deforma o material da peça e faz com que ocorra o cisalhamento em forma de cavaco. O processo de deformação requer uma quantidade significativa de força e a ferramenta resiste a uma variedade de cargas mecânicas, térmicas, químicas e tribológicas. Durante o processo, essas cargas provocam desgaste da ferramenta a ponto de ser necessário substituí-la. A previsão precisa da vida útil permite ao fabricante planejar com precisão os processos de trabalho do metal de acordo com o desgaste da ferramenta e, assim, controlar os custos, bem como evitar a inatividade resultante do comportamento inesperado da ferramenta ou da inaceitável qualidade da peça.
Por mais de um século, cientistas e engenheiros têm criado e testado modelos matemáticos que calculam as forças da ferramenta, visando fornecer estimativas da vida útil da ferramenta. Muitos desses modelos focam no desempenho de uma ferramenta específica em um certo material e operação e fórmulas simples e testes repetitivos produzem projeções válidas sobre o desgaste da ferramenta. Porém, modelos generalizados que podem ser aplicados em uma ampla gama de materiais e ferramentas são mais úteis em aplicações industriais. Como esses modelos levam em conta uma série de fatores de desgaste da ferramenta, sua complexidade matemática aumenta de acordo com o número de fatores considerados: quanto mais fatores, mais complexo o cálculo.
Enquanto equações simples da vida da ferramenta podem ser solucionadas através de matemática por escrito e cálculo manual, a análise feita por computadores atualmente é necessária para solucionar equações de modelos complexos, de forma prática, em um determinado tempo dentro de um ambiente de produção. Cálculos digitais são muito confiáveis, mas fabricantes devem manter uma visão crítica quanto aos resultados, especialmente ao usinar materiais avançados e ao empregar parâmetros de usinagem extremos. No geral, o progresso no desenvolvimento do modelo da vida da ferramenta aproximou teorias acadêmicas e aplicações práticas.
Modelo de Archard – A modelagem do processo de desgaste não se limita apenas a aplicações de corte de metal. Na década de 1950, o engenheiro britânico John F. Archard desenvolveu um modelo empírico para a taxa de desgaste abrasivo entre superfícies deslizantes com base na deformação da aspereza ou rugosidade, das superfícies. Sua equação era:
Onde Q é a taxa de desgaste, K é um coeficiente de desgaste constante, W é a carga normal total, L é a distância de deslizamento das superfícies e H é a dureza da mais macia entre as duas superfícies. O modelo basicamente declara que o volume do material removido devido ao desgaste abrasivo é proporcional às forças de atrito.
No entanto, o modelo de Archard não descreve o fenômeno do desgaste da ferramenta, mas sim prevê a progressão da taxa do desgaste com o tempo. O modelo inclui as influências da velocidade com a qual as duas superfícies interferem entre si, a carga mecânica, a força da superfície, as propriedades do material e o coeficiente de desgaste.
Apesar disso, deve ser observado que o modelo de Archard não foi desenvolvido para aplicação em velocidades altas, comuns no trabalho com metal, além de não incluir o efeito da temperatura nos processos de desgaste. Tanto a força da superfície quanto o coeficiente de desgaste irão mudar em resposta às temperaturas de 900˚C geradas no corte do metal. Como resultado, o modelo de Archard sozinho não descreve suficientemente a vida da ferramenta no corte de metal.
Modelos matemáticos: cálculo da vida útil da ferramenta – 2
