São Paulo, 28 de março de 2024

05/12/2020

Clássicos: Chao e Trigger e a temperatura da usinagem 3

(*) Marcelo Acacio de Luca Rodrigues

(06/12/2020) – Ao considerar a temperatura inicial da ferramenta e buscar a distribuição de temperatura em linhas isotérmicas na superfície para z=0, é certo afirmar que não existe uma distribuição uniforme, e o valor da diferença de temperatura média será:


A equação 6 indica as funções temperatura nas variáveis x e y, até os limites finitos (l) e (m).  Haverá uma relação chamada fator de forma que é o quociente (l) sobre (m) que indica uma relação retangular que é exatamente o resultado da integração dupla da equação 9. Assim, de maneira simplificada, a equação 9 pode ser apresentada, de forma reduzida, ao qual o leitor entende que o Fator de Forma engloba qualquer posição até os limites (l) e (m) nas variáveis (x) e (y) que soluciona a integração dupla:


E para finalizar o subitem (a), os autores enfatizam que a parcela de calor que é transferida para o cavaco implicaria na substituição do fluxo de calor (q1) pela expressão (1-B2).q, onde B2 é a fração de calor que deixa o sistema pelo cavaco e q é o próprio fluxo.

Calor na superfície de contato do cavaco – Fonte não estacionária. Para o estudo da fonte não estacionária, os resultados são os mesmos quando a ferramenta é considerada fixa e o cavaco móvel, e vice versa. Esta hipótese simplifica a definição de B2. Ademais, a penetração do calor abaixo da superfície de saída da ferramenta, onde ocorre o contato com o cavaco é, assim como expressado pelos autores, extremamente rasa. Logo, sob regime permanente de transferência de calor, o aumento de temperatura na superfície será:



A equação 13 apresenta uma forma simplificada ao qual considera a fonte de calor estacionária sobre a superfície da ferramenta, e uma constante C é inserida com o fator multiplicativo. O C depende a região da ferramenta em contato. Para corte sem contato do raio de ponta, C é 4, enquanto para corte com a aresta principal juntodo raio de ponta, o C é 8. E a equação 13 se torna:


E finalmente a temperatura de usinagem, acima de zero, será:

Na próxima seção, denominada Método e Equipamento Experimental, são apresentados todos os detalhes da operação de torneamento ao qual serão realizadas as medições da temperatura e das forças de corte e de avanço. A operação realizada foi um torneamento cilíndrico em uma espessura tubular onde não houve contato com o raio de ponta da ferramenta. Isto significa que somente a aresta principal (que os autores denominam de aresta lateral) estava ativa. Os detalhes de funcionamento do sistema de medição da temperatura, via termopar, se apóiam em outro texto contemporâneo.

Por outro lado, o detalhamento do sistema de medição da força, através de um dinamômetro com extensômetros, é simplesmente inquestionável. Os autores apresentam detalhes de calibração, modelagem e funcionamento do dinamômetro e seu respectivo circuito elétrico que mais a frente o leitor consegue entender bem a importância da medição das componentes da força de usinagem. Os autores detalham todos os aspectos que poderiam induzir a erros de medição e o que foi feito para eliminar estes erros. Em resumo: não é um texto sobre medição de forças, mas ensina muito sobre este assunto.

Todos os detalhes do método de ensaio são descritos. Isto significa todas as características geométricas da ferramenta e todas as variáveis que foram manipuladas (especialmente a velocidade de corte) estão indicadas, inclusive detalhes importantes como a granulometria do rebolo que retificou o metal duro que constitui a ferramenta. Assim como dito acima, a velocidade de corte foi a variável independente e todos os ensaios foram feitos duas vezes, com objetivo de validação no caso da ocorrência de desgaste. O cavaco foi colhido e medido em todos os ensaios.

Entre as medições realizadas, um método que surpreende o leitor é a medição da área de contato. A ferramenta de corte após o ensaio foi imersa em solução de ácido nítrico a 3%  e seguida de imersão em álcool etílico. Com esta sequência, a coloração da área de contato fica revelada, e através de um microscópio-durômetro, os pontos da interface foram mapeados. Isto resulta na área experimental de corte real.

“E, como se poderia esperar e está declarada pelos autores, mesmo com ângulo de posição de 90° e aresta de corte sem influência do contato do raio de ponta, a área real não é um retângulo, como indicaria a área teórica resultante do produto entre o avanço e a profundidade de corte em raio” (grifo do colunista)

A próxima seção de Resultados é dividida em cinco etapas. Novamente é possível perceber a riqueza de detalhes em relação à medição das variáveis que serão utilizadas no modelo analítico da temperatura sugerido na sessão anterior. E além disso, é visto que a velocidade de corte sempre orientou a discussão dos autores, seja para o principal resultado do artigo, que é o estudo da temperatura, bem como para resultados secundários.

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

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