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Arranque.de.apara

Bruno Rua
Bruno Rua
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CORTE POR ARRANQUE DE APARA 
 
           O  cisel  deverá  ter  sido  a  primeira  ferramenta  de  corte  por  arranque  de  apara 
    utilizada  pelo  homem  (fig.  153).  Pensa‐se  que  as  primeiras  ferramentas  desse  género 
    não  eram  afiadas  em  cunha,  essa  ferramenta  originou  a  formação  de  três  ângulos 
    básicos, o ângulo de ataque α , o ângulo de saída σ e por fim o ângulo de inclinação de 
    cunha ξ . 
           As ferramentas actuais possuem uma diversidade de formas e a sua geometria e 
    modo  de  actuação  poderão  diferir  consideravelmente  das  apresentadas,  no  entanto 
    todas elas são caracterizadas pelos ângulos referidos. 
     




                                                                                       
                                               Fig. 153 
                      Representação esquemática das primeiras ferramentas de corte 
     
     A  operação  de  corte  por  arranque  de  apara  por  vezes  designada  por 
maquinagem, permite extrair as seguintes observações: 
 
           a) A diferença fundamental entre o corte da madeira e das ligas metálicas. 
     O metal era cortado por acção da ferramenta á medida que ela avançava. 
 
           c) Não existe deformação de material numa direcção perpendicular á saída 
     da apara. Para permitir uma análise simplificada do processo, é usual considerar 
     uma  geometria  simplificada  apenas  em  duas  dimensões.  Refira‐se  contudo  que 
     na  maior  parte  das  ferramentas  habitualmente  utilizadas  tal  simplificação  não 
     será adequada. 
 
           d)  A  observação  das  superfícies  laterais  e  superiores  da  apara,  revela  a 
     existência  de  escorregamento  entre  os  vários  elementos  contíguos,  o  que  é  um 
     indicador de um processo de corte com escorregamento.  
 
           e)  Algumas  aparas  apresentam‐se  sob  a  forma  de  fita  contínua  e  noutros 
     casos descontínua, em pequenos elementos. 




                           TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.)                               210
 
                 f) A apara, ferramenta e peça estão a uma temperatura mais elevada do que 
          a inicial, o que leva a concluir que o processo envolve uma considerável energia 
          térmica.    
 
       A  observação  de  uma  fotomicrografia  de  uma  apara  parcialmente  formada  e 
ainda ligada à peça da qual é removida, revela alguns elementos fundamentais relativos 
ao processo de corte por arranque de apara (fig. 154). 
  




                                                                                         
                                                        Fig. 154 
                               Fotomicrografia de uma apara contínua parcialmente formada 
 
       1. Não existe geralmente qualquer tipo de fissura junto da aresta de corte. 
        
       2. Existe uma linha (AB na fig. 154) que separa claramente as regiões de material 
deformado.  Acima  daquela  linha  o  material  está  deformado,  formando‐se  já  a  apara, 
devido  ao  efeito  do  escorregamento  promovido  pelas  tensões  de  corte  aplicadas 
segundo aquela direcção. Se considerarmos a sua projecção perpendicular ao plano do 
papel,  obtém‐se  o  plano  de  corte  (fig.155),  o  qual  está  inclinado  de  um  ângulo  de  φ 
relativamente á direcção de corte (horizontal na figura). 
 




                                                                                  
                                                        Fig. 155  
                                                    Corte ortogonal 



                                   TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.)                     211
 
      3. A apara está em contacto íntimo com a face de ataque de ferramenta, ao longo 
da linha AC, e sujeita a elevadas tensões que provoca um processo de escorregamento 
devido  as  tensões  de  corte  ao  longo  dessa  superfície  AC  –  note‐se  que  as  linhas 
oblíquas paralelas a AB, que apresentam uma curvatura na direcção do ponto A, junto 
da face de ataque da ferramenta. 
       
      4. A velocidade de deformação ao longo da linha AB é muito elevada, uma vez 
que a largura da zona em que ocorre o escorregamento é muito pequena. 
       
      5.  Um  núcleo  estacionário  de  material  da  apara,  aderente  á  face  de  ataque  da 
ferramenta  (fig.  156)  poderá  aparecer  junto  do  gume,  alterando  a  geometria  do 
processo. Esta apara aderente, designada geralmente por aresta postiça de corte, é um 
dos factores mais importantes na deterioração da qualidade da superfície e no desgaste 
da ferramenta.  
       




                                                                       
                                             Fig. 156 
            Fotomicrografia de apara parcialmente formada e de aresta postiça de corte 
   
      O  atrito  entre  a  apara  e  a  ferramenta  tem  um  papel  importante  no  processo  de 
corte e pode ser reduzido das seguintes maneira:  
      1  ‐  Melhorar  o  acabamento  superficial  da  ferramenta  e  afiando  o  gume  da 
ferramenta. 
      2 ‐ Utilizando materiais para ferramentas de baixo coeficiente de atrito. 
      3 ‐ Aumentar a velocidade de corte. 
      4 ‐ Aumentar o ângulo de corte. 
      5‐Utilizar um fluido de corte.  




                       TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.)                               212
 
          Quando se reduz o coeficiente de atrito, ângulo de corte φ aumenta e a espessura 
    da apara  depois de formada reduz‐se (fig. 157) também a  extensão do plano de  corte 
    será  menor,  e  por  consequência,  se  admitimos  que  a  tensão  de  corte  aplicada  é 
    constante, a força necessária ao corte reduz‐se. 
     




                                                                              
                                                 Fig. 157 
                      Efeito da variação do ângulo de corte φ na espessura da apara. 
     
           A  temperatura  ferramenta,  da  peça  e  da  apara  aumenta  consideravelmente, 
    especialmente no caso de desbaste pesado e elevadas velocidades de corte. Tal facto é 
    evidente se tocarmos na ferramenta, se observarmos a cor da apara durante o corte ou 
    se  detectarmos  a  deformação  plástica  do  gume  devido  à  redução  de  dureza  a  quente 
    dos materiais para ferramentas. 
           O material possui uma série de características para ser maquinado com maior ou 
    menor  dificuldade,  reflectindo‐se  no  conceito  de  maquinabilidade,  geralmente  são 
    utilizados os seguintes indicadores de maquinabilidade: 
     
           1 ‐ Tempo de vida da ferramenta, para um determinado desgaste. 
     
           2 ‐ Acabamento superficial obtido. 
     
           3 ‐ Potência ou forças necessárias. 
     




                                                                          
                                                 Fig.158 
                        Principais zonas a estudar no corte por arranque de apara. 
 

                          TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.)                             213
 
         
         
        Na  figura  158  podemos  identificar  três  zonas  de  maior  interesse  no  mecanismo 
de corte, sendo elas: 
 
        a) Zona de deformação primária ‐ estende‐se desde a aresta de corte ao longo do 
plano  de  corte,  até  à  superfície  da  peça,  delimitando  as  zonas  em  que  o  material  está 
deformado ou ainda não o foi; 
 
        b)  Zona  de  deformação  –  esta  segunda  região  compreende  a  interface 
apara/ferramenta; 
 
        c) Zona de atrito – entre a ferramenta e a superfície a maquinar. 
 
        No  âmbito  deste  estudo,  são  especialmente  importantes  as  características 
mecânicas  do  material  a  deformar  na  primeira  zona,  os  fenómenos  de  atrito  e 
consequentemente  desgaste  na  segunda  zona  e  o  efeito  que  o  atrito  na  terceira  zona 
possui sobre a integridade superficial das superfícies maquinadas. 
         
        A  compreensão  dos  fenómenos  que  ocorrem  em  cada  uma  destas  zonas,  torna 
necessário  o  conhecimento  de  algumas  matérias  básicas  que  incluem  a  mecânica  dos 
meios contínuos, o comportamento mecânico dos materiais, a teoria da plasticidade, os 
fundamentos  da  lubrificação,  atrito  e  desgaste,  os  princípios  da  metalurgia  física,  da 
termodinâmica e transmissão de calor. 
         
        Considerando  o  corte  por  arranque  de  apara  um  processo  de  fabrico  de  larga 
utilização  industrial,  deverão  ser  cuidadosamente  ponderados  constrangimentos 
existentes em cada indústria e que determinarão a selecção adequada das ferramentas 
de corte, sua geometria, tipo de lubrificação, condições de corte e máquinas‐ferramentas 
a  utilizar.  A  selecção  e  optimização  desses  parâmetros  de  corte  deve  basear‐se  numa 
análise  técnica  e  económica  das  operações  a  efectuar.  Se  bem  que,  a  variável  mais 
importante a optimizar seja o custo total por peça (incluindo custo de ferramentas, mão 
de obra e máquinas), poderão ocorrer situações em que se deva considerar a selecção de 
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        O  torneamento  (fig.159)  é  uma  operação  que  utiliza  uma  ferramenta 
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                        TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.)                                  214
 




                                                                                               
                                            Fig. 159 
                   Operação de torneamento; vista em planta, de topo e em corte. 
 
        Na  fresagem  existem  três  tipos  básicos  de  fresas  (fig.160);  Cilíndricas  de  corte 
(a),de facejar (b) e de topo (c). 
 




                                                                                         
                                             Fig. 160 
                                          Tipos de fresas 




                        TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.)                                 215
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  • 1.   CORTE POR ARRANQUE DE APARA    O  cisel  deverá  ter  sido  a  primeira  ferramenta  de  corte  por  arranque  de  apara  utilizada  pelo  homem  (fig.  153).  Pensa‐se  que  as  primeiras  ferramentas  desse  género  não  eram  afiadas  em  cunha,  essa  ferramenta  originou  a  formação  de  três  ângulos  básicos, o ângulo de ataque α , o ângulo de saída σ e por fim o ângulo de inclinação de  cunha ξ .  As ferramentas actuais possuem uma diversidade de formas e a sua geometria e  modo  de  actuação  poderão  diferir  consideravelmente  das  apresentadas,  no  entanto  todas elas são caracterizadas pelos ângulos referidos.                Fig. 153  Representação esquemática das primeiras ferramentas de corte    A  operação  de  corte  por  arranque  de  apara  por  vezes  designada  por  maquinagem, permite extrair as seguintes observações:    a) A diferença fundamental entre o corte da madeira e das ligas metálicas.  O metal era cortado por acção da ferramenta á medida que ela avançava.    c) Não existe deformação de material numa direcção perpendicular á saída  da apara. Para permitir uma análise simplificada do processo, é usual considerar  uma  geometria  simplificada  apenas  em  duas  dimensões.  Refira‐se  contudo  que  na  maior  parte  das  ferramentas  habitualmente  utilizadas  tal  simplificação  não  será adequada.    d)  A  observação  das  superfícies  laterais  e  superiores  da  apara,  revela  a  existência  de  escorregamento  entre  os  vários  elementos  contíguos,  o  que  é  um  indicador de um processo de corte com escorregamento.     e)  Algumas  aparas  apresentam‐se  sob  a  forma  de  fita  contínua  e  noutros  casos descontínua, em pequenos elementos.  TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.) 210
  • 2.   f) A apara, ferramenta e peça estão a uma temperatura mais elevada do que  a inicial, o que leva a concluir que o processo envolve uma considerável energia  térmica.       A  observação  de  uma  fotomicrografia  de  uma  apara  parcialmente  formada  e  ainda ligada à peça da qual é removida, revela alguns elementos fundamentais relativos  ao processo de corte por arranque de apara (fig. 154).      Fig. 154  Fotomicrografia de uma apara contínua parcialmente formada    1. Não existe geralmente qualquer tipo de fissura junto da aresta de corte.    2. Existe uma linha (AB na fig. 154) que separa claramente as regiões de material  deformado.  Acima  daquela  linha  o  material  está  deformado,  formando‐se  já  a  apara,  devido  ao  efeito  do  escorregamento  promovido  pelas  tensões  de  corte  aplicadas  segundo aquela direcção. Se considerarmos a sua projecção perpendicular ao plano do  papel,  obtém‐se  o  plano  de  corte  (fig.155),  o  qual  está  inclinado  de  um  ângulo  de  φ  relativamente á direcção de corte (horizontal na figura).                                   Fig. 155   Corte ortogonal  TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.) 211
  • 3.   3. A apara está em contacto íntimo com a face de ataque de ferramenta, ao longo  da linha AC, e sujeita a elevadas tensões que provoca um processo de escorregamento  devido  as  tensões  de  corte  ao  longo  dessa  superfície  AC  –  note‐se  que  as  linhas  oblíquas paralelas a AB, que apresentam uma curvatura na direcção do ponto A, junto  da face de ataque da ferramenta.    4. A velocidade de deformação ao longo da linha AB é muito elevada, uma vez  que a largura da zona em que ocorre o escorregamento é muito pequena.    5.  Um  núcleo  estacionário  de  material  da  apara,  aderente  á  face  de  ataque  da  ferramenta  (fig.  156)  poderá  aparecer  junto  do  gume,  alterando  a  geometria  do  processo. Esta apara aderente, designada geralmente por aresta postiça de corte, é um  dos factores mais importantes na deterioração da qualidade da superfície e no desgaste  da ferramenta.       Fig. 156  Fotomicrografia de apara parcialmente formada e de aresta postiça de corte      O  atrito  entre  a  apara  e  a  ferramenta  tem  um  papel  importante  no  processo  de  corte e pode ser reduzido das seguintes maneira:   1  ‐  Melhorar  o  acabamento  superficial  da  ferramenta  e  afiando  o  gume  da  ferramenta.  2 ‐ Utilizando materiais para ferramentas de baixo coeficiente de atrito.  3 ‐ Aumentar a velocidade de corte.  4 ‐ Aumentar o ângulo de corte.  5‐Utilizar um fluido de corte.   TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.) 212
  • 4.   Quando se reduz o coeficiente de atrito, ângulo de corte φ aumenta e a espessura  da apara  depois de formada reduz‐se (fig. 157) também a  extensão do plano de  corte  será  menor,  e  por  consequência,  se  admitimos  que  a  tensão  de  corte  aplicada  é  constante, a força necessária ao corte reduz‐se.      Fig. 157  Efeito da variação do ângulo de corte φ na espessura da apara.    A  temperatura  ferramenta,  da  peça  e  da  apara  aumenta  consideravelmente,  especialmente no caso de desbaste pesado e elevadas velocidades de corte. Tal facto é  evidente se tocarmos na ferramenta, se observarmos a cor da apara durante o corte ou  se  detectarmos  a  deformação  plástica  do  gume  devido  à  redução  de  dureza  a  quente  dos materiais para ferramentas.  O material possui uma série de características para ser maquinado com maior ou  menor  dificuldade,  reflectindo‐se  no  conceito  de  maquinabilidade,  geralmente  são  utilizados os seguintes indicadores de maquinabilidade:    1 ‐ Tempo de vida da ferramenta, para um determinado desgaste.    2 ‐ Acabamento superficial obtido.    3 ‐ Potência ou forças necessárias.      Fig.158  Principais zonas a estudar no corte por arranque de apara.    TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.) 213
  • 5.       Na  figura  158  podemos  identificar  três  zonas  de  maior  interesse  no  mecanismo  de corte, sendo elas:    a) Zona de deformação primária ‐ estende‐se desde a aresta de corte ao longo do  plano  de  corte,  até  à  superfície  da  peça,  delimitando  as  zonas  em  que  o  material  está  deformado ou ainda não o foi;    b)  Zona  de  deformação  –  esta  segunda  região  compreende  a  interface  apara/ferramenta;    c) Zona de atrito – entre a ferramenta e a superfície a maquinar.    No  âmbito  deste  estudo,  são  especialmente  importantes  as  características  mecânicas  do  material  a  deformar  na  primeira  zona,  os  fenómenos  de  atrito  e  consequentemente  desgaste  na  segunda  zona  e  o  efeito  que  o  atrito  na  terceira  zona  possui sobre a integridade superficial das superfícies maquinadas.    A  compreensão  dos  fenómenos  que  ocorrem  em  cada  uma  destas  zonas,  torna  necessário  o  conhecimento  de  algumas  matérias  básicas  que  incluem  a  mecânica  dos  meios contínuos, o comportamento mecânico dos materiais, a teoria da plasticidade, os  fundamentos  da  lubrificação,  atrito  e  desgaste,  os  princípios  da  metalurgia  física,  da  termodinâmica e transmissão de calor.    Considerando  o  corte  por  arranque  de  apara  um  processo  de  fabrico  de  larga  utilização  industrial,  deverão  ser  cuidadosamente  ponderados  constrangimentos  existentes em cada indústria e que determinarão a selecção adequada das ferramentas  de corte, sua geometria, tipo de lubrificação, condições de corte e máquinas‐ferramentas  a  utilizar.  A  selecção  e  optimização  desses  parâmetros  de  corte  deve  basear‐se  numa  análise  técnica  e  económica  das  operações  a  efectuar.  Se  bem  que,  a  variável  mais  importante a optimizar seja o custo total por peça (incluindo custo de ferramentas, mão  de obra e máquinas), poderão ocorrer situações em que se deva considerar a selecção de  parâmetros  que  originem  uma  taxa  de  produção  horária  máxima  (como  por  exemplo,  nos  casos  em  que  existam  estrangulamentos  na  produção  ou  uma  situação  de  emergência com ruptura de “stocks”, ou outras).    O  torneamento  (fig.159)  é  uma  operação  que  utiliza  uma  ferramenta  monocortante  para  gerar  uma  superfície  de  revolução.  As  variáveis  a  ajustar  são  a  velocidade de corte V (m/min.), o avanço A (mm/rot) e a profundidade de corte P (mm).   TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.) 214
  • 6.     Fig. 159  Operação de torneamento; vista em planta, de topo e em corte.    Na  fresagem  existem  três  tipos  básicos  de  fresas  (fig.160);  Cilíndricas  de  corte  (a),de facejar (b) e de topo (c).      Fig. 160  Tipos de fresas  TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.) 215
  • 7.   Na furação a máquina‐ferramenta utilizada é a máquina de furar, esta ferramenta  possuem  duas  arestas  de  corte  centrais  que  promovem  a  formação  de  duas  aparas  idênticas ás produzidas numa operação de torneamento.   A  furação  é  executada,  geralmente,  com  brocas  helicoidais  (fig161)  esta  ferramenta de geometria complexa, permite a obtenção de furos, com um acabamento  superficial grosseiro.      Fig.161  Representação de uma broca helicoidal    Para além dos métodos de corte acima referidos existem mais alguns tipos sendo  eles:    a) Corte com serra (ver fig.162.a).    b) Acabamento com mandril (fig.162.b).    c) Abertura de roscas com macho (ver fig.162.c).    d) Aplainamento ( ver fig.162.d).    e) Brocagem  ( ver fig.162.e).    f) Mandrilagem ( ver fig.162.f).    g) Roscagem com ferramenta monocortante ( ver fig.162.g).            TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.) 216
  • 8.     Fig. 162   Outras operações de corte por arranque de apara                      TECNOLOGIA MECÂNICA I (2.º ANO E.E.M.) 217