Identificação de tipos de chips de fresamento CNC

1.0 Introdução

Um dos processos de usinagem CNC mais comuns usados ​​para criar itens não rotativos e não cilíndricos utilizados em uma variedade de indústrias é o fresamento. Fresas de alta velocidade são usadas pelas fresadoras para moldar o produto de trabalho no formato desejado. O cortador faz pequenas lascas de metal na peça de trabalho. Feito o corte, esses cavacos são removidos da peça de trabalho. Esses cavacos vêm em uma variedade de formas e tamanhos de acordo com os materiais utilizados na peça, o ambiente de corte e qualquer deformação que ocorreu durante a operação. Os cavacos resultantes são frequentemente classificados de acordo com suas formas como cavacos contínuos, cavacos não contínuos, cavacos contínuos com borda postiça e cavacos não homogêneos.

1.1 A tecnologia de processamento da fresadora

Fresagem é a técnica de processar uma peça de trabalho na forma e tamanho necessários, colocando-a em contato rapidamente com uma fresa. Durante esse procedimento de fresagem, a fresa separa os cavacos de metal da superfície de processamento, cortando o metal na superfície da peça de trabalho em cavacos, bem como empurrando e espalhando a superfície da lâmina. A tensão na peça de trabalho aumenta constantemente conforme a carga de trabalho aumenta, com o estresse no ponto de contato com a borda da lâmina sendo o maior. Esse é o efeito de corte da lâmina. A substância metálica racha e se separa primeiro onde a tensão é maior e mais concentrada na peça de trabalho.

Como resultado, a ação de corte da lâmina sempre causa a separação do material da camada da superfície metálica do substrato metálico da peça de trabalho para formar primeiro. O metal a ser cortado será dividido ao longo da direção do movimento da lâmina para produzir uma superfície processada quando força mecânica suficiente for aplicada enquanto a ferramenta e a peça de trabalho continuam a se mover uma em relação à outra. A camada de corte se deforma tanto elástica quanto plasticamente como resultado da pressão na frente da ferramenta, eventualmente formando cavacos que fluem ao longo da frente da ferramenta. Na frente da ferramenta, esse é o efeito de empurrar.

Sob a ação da aresta de corte, o metal cortado gera quatro áreas de deformação: frente e traseira da ferramenta, a área de deformação básica, a área de deformação por atrito na frente da ferramenta, a região de deformação na frente da lâmina e a área de deformação por atrito atrás da zona de deformação da ferramenta. Nas quatro zonas de deformação, existem relações e interações entre os estados de tensão interna e as circunstâncias de deformação.

2.0 Tipos de cavacos e suas condições de formação

O metal na frente da ferramenta se contrai durante o corte à medida que se move mais para dentro da peça de trabalho. Uma compressão muito grande faz com que o metal se separe da peça de trabalho e flua plasticamente na forma de um cavaco (deformação por cisalhamento). O cisalhamento principal faz com que o metal flua no plano de cisalhamento. A superfície não cortada na frente da ferramenta é onde o plano de cisalhamento começa a se estender em um ângulo para cima. O valor do ângulo de cisalhamento é influenciado pelo tipo de material e pelas circunstâncias de corte. Quando o ângulo de cisalhamento é modesto, o caminho de cisalhamento é longo, os cavacos são grossos e a força de corte é grande. O oposto também é verdadeiro. O cisalhamento secundário é causado pelo atrito à medida que o cavaco se move sobre a face da ponta da ferramenta. Os cavacos superaquecem como resultado do atrito, aumentando a temperatura operacional do processo de fresamento.

As quatro categorias principais de cavacos criados por uma fresadora são as seguintes: Lascas descontínuas; Chip Contínuo; Chip Contínuo com Borda Construída; Chips não homogêneos.

2.1 Chip Descontínuo

Os cavacos descontínuos têm formato irregular e muitas vezes se deformam como resultado de fraturas repetitivas. Ferro fundido, latão e bronze são apenas alguns exemplos de metais duros e delicados cujas peças são conhecidas por criar cavacos descontínuos. Em condições em que há atrito substancial entre uma peça de trabalho e a ferramenta, as peças dúcteis também podem resultar em cavacos descontínuos. Uma ferramenta com ângulo de saída curto, velocidade de corte rápida, corte profundo no material e outros fatores podem resultar na formação de cavacos descontínuos.

Materiais frágeis podem ter seu acabamento superficial melhorado e seu consumo de energia diminuído através da formação de cavacos descontínuos. Em materiais dúcteis, entretanto, o desenvolvimento de cavacos descontínuos resulta em um polimento superficial inferior e pode prolongar o processo de usinagem.

2.2 Fichas Contínuas

Lascas contínuas normalmente se formam quando metais maleáveis, como aço, cobre ou alumínio, são usinados em altas velocidades de corte. A diferença de temperatura entre a ponta da ferramenta e a peça dúctil aumenta durante o processo de corte. Um fluxo de cavacos longo e contínuo é criado quando camadas sucessivas do metal removido são unidas por soldagem. As seguintes circunstâncias de usinagem normalmente resultam em cavacos contínuos:

• profundidade mínima de corte
• extenso ângulo de inclinação
• alta taxa de corte
• usando lubrificantes ou refrigerantes para reduzir o atrito dos cavacos da ferramenta
• ponta afiada

Os cavacos contínuos oferecem uma qualidade de superfície lisa, maior longevidade da ferramenta e menor consumo de energia. No entanto, pode ser difícil descartar certos tipos de chips. Os quebra-cavacos são necessários para melhorar as condições de descarte.

2.3 Chip Contínuo com Borda Construída

O alto atrito entre a ferramenta e o cavaco ao cortar metais dúcteis leva à criação de cavacos contínuos com o BUE. Alguns fragmentos de cavacos têm uma tendência a aderir à ponta da ferramenta nessas circunstâncias. A nova aresta de corte continua a se desenvolver como material ligado até que se separe da ponta da ferramenta. Um acabamento superficial ruim resulta da ligação do material acumulado ao cavaco e à superfície da peça de trabalho durante o processo de quebra. O processo de formação do BUE é frequentemente chamado de "soldagem de cavacos". As seguintes circunstâncias normalmente resultam em lascamento contínuo com o BUE:

• Baixo ângulo de inclinação;
• baixa taxa de corte;
• altas forças de atrito;
• alimentação grande.

Os chips BUE contínuos têm um impacto negativo na vida útil da ferramenta, aumentam o consumo de energia e resultam em acabamentos superficiais abaixo da média, portanto, é essencial evitá-los.

A prevenção da soldagem de cavacos pode ser melhorada tomando medidas para reduzir o atrito usando lubrificantes, evitando o contato metal-metal usando revestimentos de ferramentas e reduzindo a temperatura usando refrigerantes.

2.4 Lascas serrilhadas

Os cavacos serrilhados, também conhecidos como cavacos não homogêneos, são semicontínuos. Devido às zonas de tensão de cisalhamento alto e baixo, eles têm uma aparência de dente de serra. Os materiais usados ​​para fazer esses cavacos normalmente têm condutividade térmica limitada ou resistência mecânica que é afetada pelo amolecimento térmico. Os materiais usados ​​em peças de trabalho que podem produzir cavacos não homogêneos durante a usinagem incluem níquel, aço inoxidável austenítico e ligas de titânio. Uma das razões dos cavacos não homogêneos é uma quantidade significativa de tensão que se forma na superfície do cavaco da ferramenta ao cortar materiais duros em velocidades de corte médias.

3.0 Comparação entre cavacos contínuos, descontinuados e contínuos com borda construída

A tabela abaixo compara e contrasta Chips Contínuos, Descontinuados e Contínuos com Borda Construída.

3.1 Controle de Chip

A criação de cavacos longos e fibrosos ocorre quando metais maleáveis, como o aço, são usinados em altas velocidades de corte e ângulos de inclinação significativos. A segurança dos trabalhadores da máquina pode estar em risco e o produto pode ser danificado ao ficar preso na ferramenta. Além disso, a remoção desses cavacos quentes, contínuos e com arestas vivas pode ser um desafio. Os chips devem ser divididos em tamanhos gerenciáveis. Os cavacos podem se separar por quebra automática ou por quebra forçada. Os cavacos muitas vezes enrolam durante o corte de materiais dúcteis devido ao diferencial de temperatura e vazão. Os três métodos diferentes pelos quais os chips enrolados podem se quebrar são os seguintes:

• pela deformação causada pelo resfriamento que resulta em fratura espontânea;
• através do impacto na peça de trabalho;
• fazendo contato com a ferramenta.

Usar um quebra-cavacos é de longe a técnica de quebra forçada mais comum.

3.2 Quebra-cavacos

O objetivo mais fundamental dos quebra-cavacos é fazer com que os cavacos enrolem com mais força do que seriam de outra forma. O cavaco se quebra durante o enrolamento forçado ao atingir a ferramenta ou a peça de trabalho. Os quebra-cavacos aumentam o controle de cavacos e reduzem as forças de corte, o que aumenta a eficiência da usinagem.

A maioria dos quebra-cavacos contemporâneos são encontrados na ferramenta de corte como ranhuras ou obstáculos. A chave para criar a tensão que permitirá que o cavaco se quebre prontamente é descobrir o formato apropriado para um determinado cenário de usinagem ao projetar quebra-cavacos. A aresta de corte dos quebra-cavacos do tipo ranhura tem uma pequena ranhura atrás dela.

O raio de curvatura do cavaco é uma função do formato da curva. O desenho geométrico dos quebra-cavacos do tipo obstrução é incomum e se assemelha a um degrau. O obstáculo pode ser separado do instrumento de corte ou fixado a ele. Para o tipo "anexado", eles podem ser alterados para circunstâncias variadas de usinagem.

4.0 Conclusão

A física e a ciência dos materiais são delicadamente entrelaçadas durante toda a operação de fresamento. A interação de tensões entre a peça de trabalho e a ferramenta de corte durante o processo de fresamento resulta na remoção de material. A cor e o tamanho do chip são determinados pela natureza dessas forças de contato. Os chips incluem informações úteis para a pesquisa e diagnósticos dos engenheiros de corte. No entanto, se os chips não forem manuseados corretamente, eles podem levar a uma redução na produtividade da máquina. Durante a usinagem, podem aparecer chips segmentados, contínuos e contínuos com BUE de três tipos diferentes. 

Os parâmetros da operação de fresamento e a escolha do material afetam a formação dos cavacos.

Ao aumentar a eficácia geral da fresagem e fazer planos para a operação autônoma das máquinas, o descarte de cavacos é um elemento crucial a ser levado em conta. Como regra geral, os quebra-cavacos devem ser usados ​​em configurações de fresagem, mesmo que cavacos segmentados e cavacos contínuos possam se autoquebrar sob certas circunstâncias de usinagem.

O emaranhamento dos cavacos com a ferramenta, a vibração e os danos à ferramenta são evitados quando os cavacos são quebrados por um quebra-cavacos em comprimentos gerenciáveis. Além disso, os quebra-cavacos diminuem a resistência ao corte, o que evita que a aresta de corte lasque e quebre. É importante escolher o quebra-cavacos apropriado para o trabalho ao utilizá-lo. Devemos selecionar os quebra-cavacos adequados para cada operação de torneamento, como acabamento, médio e desbaste. Use um quebra-cavacos apropriado para a profundidade de corte, taxa de avanço, velocidade do fuso e polimento de superfície pretendidos.