São Paulo, 29 de março de 2024

21/11/2020

Clássicos: Chao e Trigger e a temperatura da usinagem 2

(*) Marcelo Acacio de Luca Rodrigues

(22/11/2020) – Um ponto bastante importante também expresso pelos autores, que, apesar de óbvio, é importante ser citado no texto científico é que definir a quantidade exata de calor que flui para o cavaco depende da quantidade de calor que fluiu para a peça. Mas, para que o leitor não considere esta conclusão óbvia e rasa, este calor que fluiu para peça estará presente na próxima revolução da peça (no caso de um torneamento), ou seja, já existe calor sensível na peça devido ao cavaco que foi cortado previamente. Esta segunda conclusão além de não ser óbvia, implica em uma necessidade de correção ou atualização da temperatura inicial do cavaco que alimentará as equações a seguir. Chao e Trigger novamente se apóiam em valores experimentais de pesquisadores contemporâneos a eles, agora Schmidt e Roubik, para assumir que haverá uma quantidade percentual de correção para este fluxo de calor devido à continuidade do corte.

Assim, a equação para medir o aumento da temperatura devido à deformação na zona de cisalhamento será:

 

Uma importante colocação, mesmo que sem muita explicação no texto sobre sua natureza física é que o calor no cavaco proveniente da deformação mecânica ocorre a partir da escala atômica. Esta colocação garante a condição de aumento instantâneo da temperatura, ou seja, em tempo infinitesimal.

E de uma maneira bem direta, os autores citam que tanto calor específico bem como a condutividade térmica não são constantes, e variam de acordo com a temperatura. Isto pode ser visto nas figuras 3 e 4 a seguir como exemplo para um aço. Mas, apesar de saber sobre este efeito, a equação 4 deve utilizar um valor único, instantâneo.

Os autores novamente se baseiam em pesquisas contemporâneas para afirmar que a deformação implica em pouco efeito para aumentar o calor específico e diminuir a condutividade. Desta forma, a condição instantânea de transformação, ainda em escala atômica conforme citado acima, permite que o valor médio da faixa de temperatura atingida entre o cavaco e a temperatura ambiente seja tomado para indicar os valores do calor específico e da condutividade. Os autores citam que a temperatura de saída do cavaco utilizada para definir a temperatura média será uma estimativa.

“O método de tentativa e erro foi tomado para estimar esta temperatura, pois a equação não realiza iterações automáticas. Este método não é seguro em ciência, mas os autores ao final medem a temperatura, e com isto é possível realimentar a equação 4 com dados verdadeiros e experimentais, para desta forma utilizar os valores adequados de calor específico e condutividade térmica, agora sem estimativa” (grifo do colunista).

Esta subseção é encerrada com a colocação de que a mudança de densidade em estado sólido é praticamente inexistente com o aumento da temperatura.

A próxima subseção está relacionada à temperatura na interface entre o cavaco e a ferramenta. E este tipo de problema recai sobre o problema de fonte de calor móvel, submetida à temperatura em contato por deslizamento. Até que o cavaco deixe a região de corte, o cavaco em condição de deslizamento sem aderência proporciona um coeficiente de atrito elevado. Ademais, o valor elevado do coeficiente de atrito de deslizamento é mais dependente dos materiais da ferramenta e do cavaco que das condições de corte. E o problema da temperatura entre cavaco e ferramenta é dividido em dois estudos (a) e (b). A figura 5 é a base para estes estudos.

Calor na aresta da ferramenta – Fonte estacionária. Este estudo utiliza um modelo ideal de ferramenta ao qual o comprimento de contato (l) é marcadamente menor que a aresta da ferramenta. A largura de corte é o valor (m) e a origem do sistema de cordenadas x-y-z é tomado conforme a figura 5. A temperatura em qualquer ponto (x,y,z) no tempo t devido à quantidade de calor Q liberada no ponto origem (x’,y’,z’) será:


Ainda dentro desta primeira análise, os autores informam que a influência dos ângulos de folga e de saída pode ser desprezada, e estes são tomados como nulo.

“É certo afirmar que a ambos os ângulos possuem influência na geração de calor, seja pela deformação ao longo do plano de cisalhamento, ou seja pelo atrito superficial entre a peça usinada e a superfície de flanco da ferramenta” (grifo do colunista).

E como uma análise termodinâmica se preocupa não somente com a temperatura instantânea, mas com o fluxo de energia térmica que atravessa uma fronteira do sistema considerado aberto, a equação 5 se torna, em termos da variação de área de contato no plano x-y, e do intervalo de tempo a partir de zero, a equação da temperatura para os limites (0 < x’< l), (0 < y’ < m) e (z’ = 0):

Como pode ser visto por comparação entre as equações 5 e 6, a quantidade de calor pontual (Q) utiliza apenas um valor para o tempo (t), enquanto o fluxo de calor (q1) implica em um intervalo de tempo finito entre (t) e (t´). Em termodinâmica, é comum observar o fenômeno de fluxo de energia em regime permanente, ou seja, quando o tempo tende ao infinito e o fluxo se torna constante.

“Em usinagem, na prática da manufatura, é comum perceber que a temperatura aumenta e estabiliza. Depois ela sobe ou desce de acordo com o processo. Esta sensação de temperatura estável seria o momento que permite considerar que o regime permanente do fluxo de energia térmica em um comprimento finito de usinagem”. (grifo do colunista)

(*) Marcelo Acacio de Luca Rodrigues é engenheiro mecânico, doutor em engenharia mecânica, licenciado em filosofia, microempresário e professor universitário.

Receba notícias
em seu e-mail

Usinagem Brasil © Todos os direitos reservados.

Desenvolvido por:

Este site usa cookies para personalizar conteúdo e analisar o tráfego do site. Conheça a nossa Política de Privacidade.