(*) Patrick de Vos
(10/07/2016) – Entre os fatores mais importantes e menos compreendidos nas operações de usinagem está a espessura de corte dos cavacos pela ferramenta de corte. Basicamente, a espessura do cavaco é a medição da espessura do material não deformado em ângulo reto com a aresta de corte. A espessura do cavaco está correlacionada, por exemplo, em estreita colaboração com as forças que afetam a ferramenta e a peça. A espessura do cavaco excessivamente grande resulta em lascamento e quebra da aresta de corte, enquanto a espessura insuficiente causa rápido desgaste da aresta.
Determinar e controlar a espessura do cavaco permite que um fabricante maximize a produtividade e a eficiência do corte de metal, adapte os processos de corte a materiais específicos da peça e controle os custos. A falta de compreensão da importância da espessura do cavaco leva muitos fabricantes a sobrecarregar ou subutilizar as ferramentas de corte, obtendo assim efeitos negativos sobre a vida da ferramenta e a produtividade.
Com isso, há modelos matemáticos que auxiliam na compreensão da importância funcional da espessura do cavaco. Os modelos de espessura do cavaco evoluíram de simples equações que descrevem lascas geradas em operações de torneamento no estado constante a fórmulas complexas que levam em conta inúmeras variáveis no ambiente de corte interrompido de fresamento.
Modelos de espessura do cavaco para fresamento – Em uma operação contínua de torneamento, a espessura do cavaco não modifica. No entanto, no fresamento, a espessura das lascas varia continuamente à medida que a aresta de corte entra e sai da peça.
Para simplificar a compreensão da espessura do cavaco no fresamento, pesquisadores de corte de metal desenvolveram, cerca de 40 anos atrás, o conceito de espessura média dos cavacos. A fórmula que eles produziram matematicamente cria um cavaco teórico da espessura média consistente. A espessura média dos cavacos levou a uma melhor compreensão e controle do processo de fresamento.
Ao determinar a espessura média dos cavacos, é preciso levar em conta o contato radial do cortador com a peça, juntamente com a geometria de aresta de corte, o ângulo da aresta de corte e a taxa de avanço. O ajuste da taxa de avanço permite que um operador manipule a espessura do cavaco.
O grau de contato radial da fresa na peça pode variar de uma pequena porcentagem do diâmetro da fresa até 100% do diâmetro em uma operação de fresamento de rasgos. O contato radial menor produz cavacos mais finos. À medida que o contato radial aumenta, a espessura do cavaco atinge seu diâmetro máximo em 50% do diâmetro da fresa. Quando o contato radial é superior a 50%, os cavacos começam a afinar novamente.
A preparação da aresta de corte também afeta a espessura do cavaco. Como regra geral, a espessura do cavaco deve ser, pelo menos, tão grande quanto o raio da aresta de corte. Por exemplo, um raio da aresta de 60 μm requer que o avanço seja ajustado para produzir uma espessura do cavaco de, pelo menos, 60 μm. Em uma taxa de avanço muito baixa, a aresta friccionará e o material da peça não será cortado.
As arestas de corte da ferramenta de fresamento geralmente apresentam preparações que aumentam o raio da aresta para fornecer proteção contra lascamento e quebra. Tais preparações incluem arredondados, chanfros e guias em T. Essas preparações permitem taxas de avanço mais agressivas ao fresar materiais difíceis ou superfícies brutas. O objetivo é formar o cavaco atrás da aresta de corte e, assim, evitar a concentração de pressão e o impacto onde eles acelerarão o desgaste ou a quebra da aresta. O ajuste da taxa de avanço move o local da formação de cavacos e controla a espessura do cavaco. O aumento da taxa de avanço cria um cavaco mais espesso e a redução do avanço produz cavacos mais finos.
O ângulo da aresta de corte tem um efeito direto na espessura do cavaco. Quando o ângulo é de 90 graus, assim como ocorre com uma fresa para esquadrejamento, a espessura do cavaco é 100% da taxa de avanço. Porém, em um ângulo de aresta de corte de 45 graus, a espessura do cavaco é de 70% da taxa de avanço, pois a aresta se forma em um comprimento maior da aresta de corte. A redução do ângulo da aresta de corte torna o cavaco mais fino, e a taxa de avanço deve ser aumentada para manter a espessura do cavaco desejada.
Aplicação da equação da espessura média dos cavacos – A equação da espessura média dos cavacos leva em consideração o ângulo da aresta de corte da ferramenta e o contato radial da fresa. A Figura 3 representa graficamente a aplicação da equação no fresamento lateral em azul e no fresamento central em vermelho. No gráfico principal, o contato radial da fresa é comparado com o diâmetro correspondente, expressado como a relação Ae/Dc. O gráfico menor no canto da figura mostra o efeito do ângulo da aresta de corte.
A figura ilustra uma situação em que a fórmula da espessura média dos cavacos não é totalmente eficaz. Ao fazer um fresamento lateral com contato radial que é muito pequeno em comparação com o diâmetro da fresa, a fórmula não funciona corretamente (veja a linha pontilhada). Em um fresamento central, quando 50% ou mais da fresa é envolvido no corte, a linha vermelha mostra um aumento contínuo da taxa de avanço. Isso é contraditório em relação à experiência prática, onde o maior contato da fresa geralmente impõe a redução da taxa de avanço. Consequentemente, o modelo da espessura média dos cavacos é mais útil quando o contato radial é maior do que 20 a 25% do diâmetro da fresa e menor do que 50 a 75% desse valor.
O modelo da espessura média dos cavacos baseia-se em fatores geométricos e simplifica uma situação complexa. Décadas de aplicação têm mostrado que o uso do modelo da espessura média dos cavacos em equações da vida da ferramenta fornece estimativas que são precisas em mais ou menos 15%. Esse nível de precisão é suficiente para cálculos de potência e torque e para muitas operações em materiais rotineiros da peça. Além disso, o tempo e o esforço dos cálculos necessários para resolver manualmente a equação da espessura média dos cavacos são razoáveis.
No entanto, quando as aplicações exigem um maior grau de precisão ou quando o fresamento envolve materiais difíceis de usinar, é necessário um modelo que inclui fatores adicionais.
A importância da espessura do cavaco no fresamento – 2
