Clássicos da Usinagem: A análise diferente de Drucker 4

(*) Marcelo Acacio de Luca Rodrigues

(06/09/2020) – E, desde 1949, a ação de cisalhamento já é um ponto que sugere diversas hipóteses. E Drucker inaugura uma sessão exclusiva como Hipoteses para explicar detalhes da ação de cisalhamento. E em 1949, Drucker afirma que pouco se sabe sobre escoamento e fratura em situações de carregamento quase estático, e que para condições extremas de deformação plástica este conhecimento, no caso da usinagem, é ainda mais reduzido.

E Drucker faz uma colocação, que pode ser considerada “forte” sob o ponto de vista científico antes de explicar as hipóteses que é: “ As próximas especulações aplicam fatos conhecidos mas poderão no futuro ser fisicamente invalidadas sob diversos aspectos”. “ Esta colocação é dura, porém verdadeira: em ciência, é possível propor uma hipótese, que ele chama de especulação, e que pode mudar. Este caráter mutável na ciência é muito importante, sempre com a devida justificativa para se opor ou para apoiar a ciência prévia à análise atual” (grifo do colunista).

E as “especulações” citadas por Drucker são:

A – Explicação do paradoxo do corte – O efeito do tempo: A enorme quantidade de taxa de deformação em usinagem é a razão no qual as relações (curvas) tensão versus deformação obtidas em condição quase estática são inadequadas para prever tensão. Drucker explica que sob baixas taxas de deformação, a deformação é basicamente o movimento de discordâncias na microestrutura, enquanto em usinagem, este efeito é desconsiderado, pois o deslocamento do material é muito superior e muito mais veloz. O autor chama de planos de escorregamento de planos fracos. Estes planos não são exclusivamente os planos de cisalhamento, e com isto, devido às tensões, qualquer plano que atravessa o plano OA será cisalhado. A figura 10 apresentada por Drucker é simples e suficiente: a forma da curva muda com a velocidade de deformação. É importante perceber que o título da figura 10 usa a palavra “provável”.

E ainda dentro da explicação do paradoxo do corte, Drucker afirma que este é solucionado pelo fato de que no plano de cisalhamento possui valor de tensão máxima, e escorregamento não ocorre em mais do que em planos paralelos à uma distância extremamente reduzida no qual o tempo para se desenvolver a transferência desta energia de deformação. Mas ele não deixa de citar que esta colocação sobre o paradoxo é uma “super simplificação” e que as tensões realmente ocorrem em uma zona adjacente e não exclusivamente em uma linha limite.

O fenômeno de encruamento, como tradução do termo “Work-hardening” é presente no paradoxo, mesmo sob condições de baixas velocidades de deformação.

Ao final deste item, Drucker coloca que Usinagem não é corte, como ocorre por estampagem ou pela simples ação de uma tesoura, mas sim uma ação de “força bruta” que proporciona grandes tensões seguida de deformações.

B – Mudança de cavaco contínuo para descontínuo: Drucker não se preocupa em explicar, porém ele enfatiza que o modelo de formação de um plano de cisalhamento somente é válido para ângulo de saída da ferramenta que não exceda um limite de função trigonométrica. E o ponto interessante é que este limite para o ângulo de saída depende de diversos fatores como a pressão hidrostática, a decomposição em força normal e tangencial além da temperatura e do tempo disponível para a fratura. E novamente a questão do tempo é colocada como fundamental, pois para o modelo, ao elevar a tensão, o tempo reduz, e o oposto também é verdade.

Drucker divide em três principais efeitos para a mudança no tipo do cavaco, sendo estes inseparáveis visto o efeito que um possui sobre o outro são:

1 – O efeito da velocidade de corte; 2 – O efeito do ângulo de saída; 3 – O efeito da profundidade de corte.

Do efeito da velocidade, Drucker se apoia na hipótese que o reduzido intervalo de tempo para o escoamento plástico resulta em um fluxo sem o desenvolvimento de uma fratura aparente. Mas Drucker se apoia em uma condição teórica exclusiva sobre a mecânica da fratura que seria favorecida quando de uma baixa velocidade que resultaria no maior tempo para esta se desenvolver. “Entretanto, na prática industrial contemporânea, uma potencial solução para quebrar o cavaco é aumentar a velocidade e não reduzi-la”. (grifo do colunista)

Do efeito do ângulo de saída, ao reduzir este valor, há um aumento na tensão.

Do efeito da profundidade, o tempo disponível para a fratura é aproximadamente proporcional à profundidade de corte e inversamente proporcional à velocidade de corte.

C – O efeito da profundidade de corte na força específica de corte: Drucker faz uma colocação muito interessante para justificar o comportamento da diminuição da força específica de corte, que é o aumento de planos fracos a medida que se aumenta a profundidade de corte. A medida que nos aproximamos da superfície, estes planos fracos para escoamento diminuem e a força específica aumenta, e de maneira oposta, a medida que a profundidade de corte aumenta, o número de planos aumenta até uma quantidade no qual o valor médio da força específica torna-se constante. As figuras 12b e 12c ilustram este aumento de plano, enquanto a figura 12d ilustra a curva que atualmente utilizamos para o comportamento da Pressão Específica de Corte (K_s como função de a_p).