Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM
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 Altura hB: é a distância e...
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 Volume de usinagem V: é o...
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 O plano de trabalho só ex...
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Ângulo de direção do gume d...
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 Resistência e dureza do m...
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2.10 Processo de Corte
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 A figura 2.41 mostra a zo...
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  1. 1. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 1 2. FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM 2.1 Superfícies na Peça  Superfície a usinar: é a superfície da peça a ser removida pela usinagem.  Superfície usinada: é a superfície desejada, produzida pela ação da ferramenta de corte.  Superfície transitória: é a parte da superfície produzida na peça pelo gume da ferramenta durante a rotação seguinte da peça. Figura 2.1 - Superfícies na peça. 2.2 Elementos da Ferramenta  Corpo: é a parte da ferramenta que segura as lâminas ou pastilhas de corte ou no qual são produzidos os gumes.  Haste: é a parte pela qual a ferramenta é fixada. superfície a usinar
  2. 2. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 2 2.2 Elementos da Ferramenta - Continuação  Base: é uma superfície plana na haste da ferramenta, paralela o perpendicular ao plano de referência da ferramenta, útil para locar ou orientar a ferramenta na sua fabricação, afiação e medição.  Partes ativas: são as partes cortantes das ferramentas: gumes, face e flanco.  Cunha: é a porção da parte ativa da ferramenta incluída entre a face e o flanco. Figura 2.2 - Elementos e superfícies de uma ferramenta de torno.  Furo da ferramenta: é o furo pelo qual a ferramenta pode ser colocada ou fixada num eixo, árvore ou mandril.  Eixo da ferramenta: é a linha imaginária usada para fabricação e afiação da ferramenta ou para fixar a ferramenta na sua utilização. Haste Base Gume principal Flanco secundário A’ Quina Flanco principal A Gume secundário Face
  3. 3. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 3 Gume principal Flanco secundário Flanco principal Gume secundário Quina Gume principal Direção de avanço Face Figura 2.3 - Gumes e superfícies da parte ativa de uma fresa cilíndrica.    Figura 2.4 - Gumes e superfícies da parte ativa de uma broca helicoidal. 2.3 Superfícies da Ferramenta  Face A: É a superfície sobre o qual o cavaco escoa, figura 2.2.  Flanco A: é a superfície ou as superfícies da cunha voltadas à correspondente superfície transitória da peça, figura 2.2.
  4. 4. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 4 2.3 Superfícies da Ferramenta - Continuação  Quebra-cavacos: é a modificação da face A com o objetivo de guiar ou quebrar os cavacos, consistindo quer de uma ranhura integrada na ferramenta quer de uma obstrução integrada ou postiça. (a) (b) Figura 2.5 - Quebra-cavacos: a - comercial complexo 3D, b - comercial simples 3D.  Método de quebra-cavaco: consiste em forçar um dobramento do material além do limite de resistência do material, provocando a ruptura dos cavacos.  Ângulos de saída negativos: 3 a 5º, em geral provocam cavacos quebrados, dispensando quebra-cavacos.  Quebra-cavacos de obstrução integrada na própria ferramenta: consiste de um rebaixo retificado na face da ferramenta.
  5. 5. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 5 Figura 2.6 - Vista de frente do rebaixo do quebra-cavacos.  Distância do quebra-cavacos lBn: é a distância entre o ponto selecionado do gume principal à projeção do ponto correspondente do quebra-cavacos na face A medida no plano normal ao gume Pn. Figura 2.7 - Quebra-cavacos do tipo obstrução integral.  Influência de lBn: se for muito pequena, o cavaco vai sair dobrado excessivamente e quebra muito miúdo,e a força e a potência de corte aumentam. Se essa distância for muito grande o dobramento do cavaco resulta insuficiente para quebrá-lo. A Face ativa do quebra-cavacos
  6. 6. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 6  Altura hB: é a distância entre a face A até o ponto correspondente do quebra-cavacos, medido numa direção perpendicular a face.  Influência de hB: deve ser suficiente para que o cavaco seja dobrado até a ruptura, pela obstrução. Altura excessiva provoca um enrolamento muito apertado do cavaco.  Raio de concordância rB: é o raio nominal da superfície curva de um quebra-cavacos do tipo obstrução.  Influência de rB: a face ativa do quebra-cavacos deve ter um rB adequado com a face da ferramenta. Um canto vivo impede o escoamento do cavaco, que tranca na face ativa e provoca grandes esforços com quebra de partes da ferramenta. Um raio muito amplo faz com que o cavaco seja dobrado de modo insuficiente, não assegurando a sua ruptura. Figura 2.8 - 1e 2 rB corretos; 3 e 4 canto vivo provoca choques; 5 raio muito grande provoca dobramento insuficiente para dobramento do cavaco.
  7. 7. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 7  Quebra-cavacos do tipo ranhura: ranhuras são incorporadas a pastilha, hoje a solução mais freqüente. Figura 2.9 - Quebra-cavacos em pastilha do tipo ranhura. 2.4 Gumes da Ferramenta  Gume: é a aresta formada pela face e o flanco, destinada a efetuar o corte.  Gume principal da ferramenta S: é toda parte do gume que começa no ponto em que o ângulo de direção do gume principal da ferramenta r é zero e do qual pelo menos uma parte é projetada para produzir a superfície transitória na peça.  Gume secundário da ferramenta S’: é o restante do gume, se houver, começando no ponto em que o ângulo de direção do gume r é zero, mas seguindo em direção contrária a do gume principal da ferramenta.  Gume ativo: é a parte do gume que está realmente engajada no corte, num dado momento, gerando tanto a superfície transitória como a superfície usinada da peça.  Quina: é a parte na qual se encontram os gumes principal e secundário. A quina pode ser curva (arredondada), reta (chanfrada) ou em ponto. PM 22º 0,2 0 0,2 5 20º 5º 7º
  8. 8. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 8 Figura 2.10 - Termos relacionados da peça e da ferramenta.  Ponto selecionado do gume: é um ponto escolhido de qualquer parte do gume, com o objetivo de definir as superfícies e ângulos da ferramenta. 2.5 Dimensões da Ferramenta  Raio de quina r: é o raio nominal da quina arredondada, medida no plano de referência Pr ou, o raio de concordância que une os gumes principal e secundário.  Tem objetivo de reforçar a quina e reduzir as forças atuantes na mesma; Figura 2.11 - Raio de quina r.  A utilização de uma curva de concordância reduz a espessura do cavaco da quina.
  9. 9. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 9 Figura 2.12 - Raio de quina muito pequeno (A); muito grande (B).  r muito pequeno: apenas a parte final do cavaco é reduzida.  r muito grande: redução gradual da espessura do cavaco, diminuindo a pressão específica e a quantidade de calor gerada na quina.Tem tendência de induzir vibrações devidas: 1. Comprimento excessivo do contato entre o gume e a peça; 2. Espessura não uniforme do cavaco.  r f Rt 8 2  x1000 (2.1) onde: Rt [m]: Rugosidade máxima entre cumes (inferior e superior) f [mm/rot]: Avanço r [mm]: Raio de quina
  10. 10. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 10 Y x R M 1 M 2 f  r Y r p th r Figura 2.13 - Efeito do raio de quina r sobre o parâmetro de rugosidade Rth.  Comprimento da quina chanfrada b: é o comprimento nominal do chanfro, medido no plano de referência Pr. Figura 2.14 - Quina chanfrada.  Chanfro: une os gumes principal e secundário com objetivo de reforçar a quina e reduzir as forças atuantes na mesma.  Ângulo de chanfro: é o ângulo executado na quina da ferramenta. Aumenta o r e produz um cavaco mais fino e uniforme. Figura 2.15 - Emprego de um ângulo de chanfro na quina da ferramenta. b
  11. 11. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 11 Tabela 2.1 - Ângulo e comprimento do chanfro. Materiais Ângulo de chanfro Comp do chanfro Fofo duro, ligas de aços tenazes, aço inox. monel etc. 10º 2 a 3f Materiais macios ou de baixa resistência 5º 2f  O chanfro em relação ao r oferece as seguintes vantagens: 1. Raramente induz a vibrações; 2. Praticamente não aumenta a força e potência de corte; 3. Dá excelente acabamento, pois incorpora uma ferramenta de desbaste (gume principal) e uma de acabamento (chanfro). Figura 2.16 - Comparação entre pastilha tradicional e Wiper. Pastilhas tradicionais Pastilha Wiper, metade de Ra, mesmo avanço Pastilha Wiper, duas vezes o avanço, mesmo Ra
  12. 12. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 12 2.6. Movimentos da Peça e da Ferramenta  Movimento de corte: é o movimento entre a peça e a ferramenta, que sem o movimento de avanço gera apenas uma única remoção de cavaco, durante uma volta ou curso.  Movimento de avanço: é o movimento entre a peça e a ferramenta que, juntamente com o movimento de corte, origina um levantamento repetido ou contínuo do cavaco, durante várias revoluções ou cursos.  Movimento resultante (efetivo) de corte: é o movimento resultante dos movimentos de corte e de avanço, ao mesmo tempo.  Direção do movimento de corte: é a direção instantânea do movimento de corte.  Direção de avanço: é a direção instantânea do movimento de avanço.  Direção resultante (efetiva) de corte: é a direção instantânea do movimento efetivo de corte. Figura 2.17 - Movimentos da ferramenta e da peça.
  13. 13. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 13 2.6. Movimentos da Peça e da Ferramenta - Continuação  Velocidade de corte vc: é a velocidade instantânea do ponto selecionado do gume, segundo a direção e o sentido de corte (m/min ).  Velocidade de avanço vf: é a velocidade instantânea da ferramenta segundo a direção e o sentido de avanço (mm/min).  Velocidade resultante (efetiva) de corte ve: é a velocidade instantânea do ponto selecionado do gume, segundo a direção efetiva de corte.  Ângulo da direção de avanço : é o ângulo entre as direções dos movimentos de avanço e de corte.  Ângulo da direção resultante (efetiva) de corte : é o ângulo entre a direção do movimento de corte e a direção resultante de corte. Figura 2.18 - Movimentos da broca e da peça.
  14. 14. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 14 Figura 2.19 - Movimentos da fresa e da peça. 2.7. Grandezas de Corte  Avanço f: é o percurso de avanço por volta ou por curso. n v f f  (2.2) onde: f [mm/rot]: Avanço vf [mm/min]: Velocidade de avanço n [min-1 ]: Freqüência de rotação  Seção de usinagem A: é a área da seção transversal de um cavaco a ser removido, medida perpendicularmente a direção de corte.  Profundidade de Corte ap: é a profundidade de penetração do gume principal.  Largura de usinagem b: é a largura da seção transversal de usinagem.
  15. 15. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 15 2.7. Grandezas de Corte - Continuação  Espessura de usinagem h: é a espessura da seção transversal de usinagem. h p f b  a b = a /sen p h = f . sen  Figura 2.20 - Grandezas de penetração. hbfaA p ..  (2.3) r p a b sen  (2.4) onde: A [mm2 ]: Seção de usinagem ap [mm]: Profundidade de corte f [mm/rot]: Avanço b [mm]: Largura de usinagem h [mm]: Espessura de usinagem r [º]: Ângulo de direção do gume da ferramenta  Passe: é a camada de material removida da peça numa passagem da ferramenta, após um ajuste de profundidade. r
  16. 16. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 16  Volume de usinagem V: é o volume da camada de material a ser removido da peça.  Taxa de remoção de material Q: é o volume de usinagem por unidade de tempo. cp vfaQ .. (2.5) 1000 .. nD vc   (2.6) onde: Q [cm3 /min]: Taxa de remoção de material ap [mm]: Profundidade de corte f [mm/rot]: Avanço vc [m/min]: Velocidade de corte D [mm]: Diâmetro médio correspondente ao passe (diâmetro médio de usinagem) n [min-1 ]: Freqüência de rotação 2.8. Sistemas de Referência  Sistemas de planos de referência são necessários para definir e especificar os ângulos de uma ferramenta de corte;  O sistema de ferramenta na mão é necessário para definir a geometria da ferramenta para sua fabricação e medição;  O sistema de ferramenta em trabalho (efetivo) é necessário para especificar a geometria da ferramenta, quando ela está realizando uma operação de corte;  Os planos definidos a seguir são referidos a um ponto selecionado sobre o gume principal;
  17. 17. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 17 Figura 2.21 - Planos no sistema da ferramenta na mão.
  18. 18. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 18  O plano de trabalho só existe no sistema de referência efetivo. No sistema de ferramenta na mão, este sistema só pode ser imaginado (assumido) como “plano de trabalho convencional”, pois a ferramenta não está em ação e com isso, não estão fixadas as direções de corte e avanço. 2.8.1 Sistema da Ferramenta na Mão  Plano de referência da ferramenta Pr: É paralelo à base da ferramenta no ponto selecionado.  Plano de trabalho convencional Pf: É perpendicular ao Pr e paralelo à direção de avanço.  Plano passivo da ferramenta Pp: É perpendicular ao Pr e ao Pf.  Plano do gume da ferramenta Ps: É tangente ao gume no ponto selecionado e perpendicular ao Pr.  Plano normal ao gume Pn: É perpendicular ao gume no ponto selecionado.  Plano ortogonal da ferramenta Po: É perpendicular ao Pr e Ps no ponto selecionado.  Os planos Pn e Po são muito parecidos. Percebe-se que o plano normal é geralmente inclinado em relação ao plano ortogonal. 2.9 Ângulos da Ferramenta  Os ângulos da ferramenta são descritos com auxílio do sistema de planos de referência da ferramenta na mão.
  19. 19. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 19 2.9.1 Ângulos Medidos no Plano de Referência  Ângulo de direção do gume da ferramenta r: formado entre o plano de trabalho (Pf) e o gume principal, medido no plano de referência (Pr).  Ângulo de quina da ferramenta r: formado entre o gume principal e o gume secundário, medido no Pr.  Ângulo de direção do gume secundário da ferramenta ’r: formado entre o plano de trabalho (Pf) e o gume secundário, medido no Pr. Figura 2.22 - Ângulos medidos no plano de referência.  Ângulo de direção do gume da ferramenta r: tem as seguintes funções: 1. Distribui as tensões de corte favoravelmente no início e no fim de corte; 2. Diminui a espessura do cavaco e aumentar o comprimento atuante do gume; 3. Aumenta o ângulo de quina r, aumentando a sua resistência mecânica e a dissipação de calor; 4. Produz uma força passiva, o que ajuda, a eliminar eventuais vibrações; 5. Influi na direção de saída do cavaco.
  20. 20. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 20 Ângulo de direção do gume da ferramenta r - Continuação  r  90º: faz com que o corte se inicie afastado da quina, o gume inicia e termina o trabalho de modo gradual e uniforme, figura 2.23. Origina uma força passiva, que comprime a ferramenta contra as guias e o fuso, diminuindo vibrações devidas a folgas, figura 2.24. Figura 2.23 - Influência do ângulo de direção do gume r nas condições de início e de fim de corte. Figura 2.24 - O emprego de r  90º provoca uma força dirigida para trás da ferramenta.  r = 90º: o gume inicia e termina o trabalho subitamente em todo o gume, podendo na saída da ferramenta da peça, haver quebra ou lascamento do gume devido ao aumento da pressão específica, figura 2.23.
  21. 21. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 21 Ângulo de direção do gume da ferramenta r - Continuação  O emprego de um pequeno r permite: 1. Um cavaco mais fino e mais largo ;diminuindo o desgaste e aumentando a vida. A exceção ocorre em materiais de difícil usinabilidade, em que um maior r e f, cavaco mais grosso, é vantajoso pelo fato de fazer contato na face num ponto mais afastado do gume; 2. Aumentar o avanço, isto permite uma substancial redução no tempo de usinagem (f = h/senr); 3. Um grande r, reforçando a quina e ajudando a dissipar o calor.  r recomendados: 1. Para peças esbeltas, usa-se r grande, diminuindo as forças passivas transversais à peça, evitando deformação; 2. Na ferramenta de sangrar e no bedame o r = 90º. Figura 2.25 - Ângulos de direção do gume principal.  Ângulo de direção do gume secundário ’r: sua função é de permitir que apenas uma parte deste gume entre em contato com a superfície usinada, evitando assim vibrações. Muito grande reduz r e a resistência da ferramenta. Muito pequeno provoca vibrações.
  22. 22. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 22 2.9.2 Ângulo Medido no Plano do Gume  Ângulo de inclinação do gume da ferramenta s: formado entre o gume e o plano de referência (Pr), medido no plano do gume (Ps). Figura 2.26 - Ângulo medido no plano de gume.  Ângulo de inclinação s: tem as seguintes funções: controlar a direção do cavaco, proteger a quina da ferramenta contra impactos e atenuar vibrações.  s positivo e r de 90º: cavaco flui no sentido de se afastar da superfície usinada, figura 2.27A.  s negativo e r de 90º: cavaco flui na direção da superfície usinada, figura 2.27B.  s nulo e r de 90º: cavaco flui em sentido aproximadamente paralelo à superfície usinada figura 2.27C.
  23. 23. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 23 Figura 2.27 - Efeito do ângulo de inclinação na direção de saída do cavaco.  s negativo: em caso de corte interrompido faz com que o impacto se dê afastado da quina evitando a quebra da ferramenta, figura 2.28. Também reforça o gume secundário tendo efeito sobre este, idêntico de n sobre o gume principal. Ferramentas de desbaste (-3 a -5º). Figura 2.28 - Proteção da quina da ferramenta, em cortes interrompidos.  s negativo (-5 a -8º): produz uma força passiva tendendo a afastá-la da ferramenta, figura 2.29. Esta força tende a reduzir folgas especialmente em máquinas desgastadas que levam a vibrações e mau acabamento.
  24. 24. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 24 Figura 2.29 - O ângulo de inclinação vai puxar a peça para a ferramenta ou empurrá-la para fora. 2.9.3 Ângulos Medidos no Plano Normal  Ângulo de incidência normal da ferramenta n: formado entre o flanco principal e o plano do gume (Ps), medido no plano normal (Pn).  Ângulo normal de cunha n: formado entre a face e o flanco principal, medido no Pn.  Ângulo de saída normal da ferramenta n: formado entre a face e o plano de referência (Pr), medido no Pn. Figura 2.30 - Corte para evidenciar o plano normal.
  25. 25. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 25 Figura 2.31 - Ângulo medidos no plano normal.  Ângulo de incidência principal n: tem as seguintes funções: evitar o atrito entre a superfície transitória da peça e o flanco e permitir que o gume penetre no material e corte livremente.  n muito pequeno: o gume não pode penetrar e a ferramenta cega rapidamente, ocorrendo forte atrito com a peça, sobreaquecimento da ferramenta e mau acabamento superficial.  n muito grande: o gume quebra, ou solta uma série de lascas (microlascamentos).  Pode-se usar ângulos maiores em ferramentas de aço rápido do que em ferramentas de metal duro, pois o primeiro é muito mais resistente e tenaz do que o segundo;  A usinagem de materiais moles, como alumínio, permite ângulos bem maiores do que a usinagem de materiais duros, pois estes solicitam o gume muito mais que aqueles.
  26. 26. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 26 Tabela 2.2 - Ângulos de incidência n recomendados para diferentes materiais de peças e ferramentas. Material da peça Ângulo de incidência do material da ferramenta Aço-rápido (º) Metal-duro (º) Alumínio fundido 12 a14 8 a10 Fofo médio (250 HB) 7 a 9 5 a 7 Aço ABNT 1020 9 a 11 6 a 8 Aço inoxidável 7 a 9 5 a 10  Ângulo de saída do cavaco n: influi decisivamente na força, na potência de corte, no acabamento da superfície usinada e no calor gerado.  Verifica-se que o trabalho de dobramento do cavaco é muito maior no caso D do que no caso A (figura 2.32), deve-se preferencialmente n positivos; Figura 2.32 - Trabalho de dobramento em função de n.
  27. 27. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 27  Ângulo de saída depende dos seguintes fatores: 1. Resistência do material da ferramenta de corte; 2. Resistência e dureza do material a usinar; 3. Quantidade de calor gerado pelo corte; 4. Aumento da velocidade de avanço.  Resistência do material da ferramenta de corte: ferramentas de aço rápido admitem ângulos de saída maiores que os metais-duros.  Resistência e dureza do material a usinar: geralmente utiliza-se um menor ângulo de saída para materiais duros do que para macios.  Para latão utiliza-se n = 0º para impedir que a ferramenta “enganche” no material, penetrando demasiado na peça;  O ferro fundido exige um menor ângulo de saída que o aço. No fofo a pressão do cavaco sobre a ferramenta se dá mais próxima ao gume;  Para dois materiais com aproximadamente a mesma resistência mecânica a zona de pressão do cavaco se acha diferentemente situada, devido à diferente resistência que se opõe a usinagem, figura 2.33; Figura 2.33 - Influência da distribuição da pressão do cavaco sobre a superfície de saída.
  28. 28. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 28  Resistência e dureza do material a usinar - Continuação  Materiais de difícil usinabilidade deslocam a zona de maior pressão do cavaco para próximo do gume (ferro fundido, ligas de ferro fundido, aço inox, aços-rápidos, aços- ferramentas recozidos, aços ligados duros 300 HB);  Materiais de boa usinabilidade tem um limite elástico mais elevado, permitem maior ângulo de saída, pois a zona de pressão sobre a ferramenta fica afastada do gume (aços de baixo carbono, aços ligados de dureza média e aços ao carbono e ligados tratados termicamente);  O n altera a direção da pressão de corte, pois a mesma é perpendicular a face, figura 2.34. Figura 2.34 - Influência do ângulo de saída sobre a direção do cavaco.  Quantidade de calor gerado pelo corte: alguns materiais geram bastante calor ao serem usinados. Tais materiais requerem ferramentas com pequenos n, a fim de impedir que a temperatura próxima ao gume se aproxime da temperatura de amolecimento do material da ferramenta.
  29. 29. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 29  Quantidade de calor gerado pelo corte - Continuação  Esta temperatura de amolecimento chama-se temperatura crítica, além da qual se verifica uma forte redução de dureza;  O trabalho de dobramento do cavaco e a temperatura da ponta da ferramenta diminuem com aumento de n, figura 2.35. Figura 2.35 - Correlação entre ângulo de saída e temperatura.  Materiais de boa usinabilidade pode-se aumentar o ângulo de saída, facilitando a saída de cavaco e diminuindo o calor gerado. Também a zona de pressão e temperatura sobre a ferramenta fica afastada do gume figura 2.36; Figura 2.36 - Efeito do ângulo de saída sobre a área de dissipação de calor.
  30. 30. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 30  Quantidade de calor gerado pelo corte - Continuação  Materiais de difícil usinabilidade deslocam a zona de maior pressão e temperatura para próximo do gume e provocam maior aquecimento próximo à quina da ferramenta, zona em que a dissipação de calor é mínima. Com a redução de n aumenta-se à área de dissipação de calor, figura 2.36.  Aumento da velocidade de avanço: maiores avanços, provocando cortes mais pesados, exigem menores ângulos de saída. Com avanços muito pequenos a zona de pressão se situa próxima ao gume e o acabamento resulta melhor com n pequenos.  Ângulos de saída negativos: o efeito principal do n negativo é o de fazer com que a solicitação do material da ferramenta, perto do gume, seja quase que exclusivamente de compressão figura 2.37. Figura 2.37 - O ângulo de saída negativo faz com que a solicitação do gume da ferramenta seja mais de compressão do que de cisalhamento.  n (negativo) = n  n = 90º;
  31. 31. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 31  Ângulos de saída negativos - Continuação  A resistência à compressão dos metais duros é a mais elevada de todos os materiais conhecidos;  Inconvenientes do n negativo: menor qualidade de acabamento; necessidade de maior força e potência de usinagem e maior calor gerado na ferramenta. Tabela 2.3 - Ângulos de saída n recomendados para diferentes materiais de peças e ferramentas. Material da peça Ângulo de saída do material da ferramenta Aço-rápido (º) Metal-duro (º) Alumínio fundido 20 a 30 0 a 20 Fofo médio (250 HB) 10 a 15 4 a 9 Aço ABNT 1020 15 a 25 15 a 18 Aço inoxidável 8 a 10 -7 a 4 2.9.4 Ângulos Medidos no Plano Ortogonal  Ângulo de incidência ortogonal da ferramenta o: formado entre o flanco principal e o plano do gume (Ps), medido no plano ortogonal (Po).  Ângulo ortogonal de cunha da ferramenta o: formado entre face e o flanco principal, medido no Po.  Ângulo de saída ortogonal da ferramenta o: formado entre a face e o plano de referência (Pr), medido no Po.
  32. 32. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 32 2.10 Processo de Corte  A figura 2.38 mostra a representação esquemática do mecanismo de formação de cavaco.  A deformação plástica contínua na região do cavaco pode ser divida em diferentes regiões:  Configuração estrutural da peça (a) passa, por cisalhamento, à configuração do cavaco (b);  Para materiais dúcteis, separação ocorre na região do gume da ferramenta (e);  As regiões (c) e (d) sofrem grandes deformações (pressão e temperatura);  Deslizamento de material sobre a ferramenta provoca deformações plásticas adicionais (escoamento viscoso). Superfície de corte d c Flanco Face Ferramenta Estrutura no cavaco Plano de cisalhamento Estrutura na peça b e a Figura 2.38 - Mecanismo de formação do cavaco.
  33. 33. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 33 2.10 Processo de Corte - Continuação  O trabalho mecânico efetivo, empregado para usinagem, é praticamente transformado em energia térmica. Os centros de geração de calor são indênticos aos centros de deformação. Em decorrência disto, temos fontes de calor na região de cisalhamento e nas regiões de atrito da ferramenta. 18% 2% 5% 75% 380° C Ferramenta Material da peça aço k = 850 Material da ferramenta HW-P20 Velocidade de corte V = 60mm Expessura de Usinagem h = 0,32 mm Angulo de incidência  = 10° 130 80 500 30 600 650 700 600 400 450 500 Cavaco 310 300 Peça N mm C 2f Figura 2.39 - Distribuição de calor e temperatura na peça, cavaco e ferramenta, para a usinagem do aço. Encruamento Produzido pelo Processo de Corte  As condições de formação do cavaco tem grande influência no grau de deformação da superfície usinada e dos cavacos produzidos;  A dureza máxima no gume postiço, atingindo valores várias vezes maiores do que a peça(vide Fig. V.17). Os fragmentos duríssimos sendo arrastados com o cavaco e com a peça produzem forte desgaste abrasivo na face e no flanco da ferramenta;
  34. 34. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 34 2.11 Encruamento Produzido pelo Processo de Corte - Continuação  Os fragmentos de gume postiço, incrustados na superfície usianda às vezes tornam a mesma imprópria para trabalhar em mancais e guias (péssimo acabamento superficial);  A superfície usinada apresenta aumento de dureza, tensões residuais (calor e deformação plástica). As tensões residuais em casos extremos podem vir a romper o material e afetam a resistência à fadiga de peça usinada. 2.12 Forças na Usinagem  A força total de usinagem F é decorrente da ação de várias forças, que agem nas diversas áreas de contato entre a peça e a ferramenta;  Supõem-se a força total atuando num ponto de referência, escolhido numa posição que divide ao meio o comprimento da parte ativa da ferramenta  Conhecimento da força de usinagem é necessário para: 1. Projeto da máquina-ferramenta; 2. Determinação das condições de corte; 3. Avaliação da máquina-ferramenta; 4. Explicação dos mecanismos de desgaste; 5. Conhecimento da energia gasta.
  35. 35. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 35 Figura 2.40 - Decomposição de forças no torneamento cilíndrico. 2.13 Tipos de Cavacos  Contínuo;  Cisalhado;  Arrancado.  Além disto os 2 primeiros tipos podem vir associados com a formação de gume postiço.  No cavaco contínuo e cisalhado o metal diante da ferramenta é deformado até que escorregue numa estreita faixa que vai do gume até a superfície da peça; F F Fp Ft Sentido de rotação da peça F - Força de Usinagem Fc - Força de Corte Ff - Força de Avanço Fp- Força Passiva Movimento de avanço da ferramenta
  36. 36. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 36  A figura 2.41 mostra a zona de escorregamento (plano de cisalhamento). O ângulo que o plano de cisalhamento faz com a direção do movimento principal de corte chama-se ângulo de cisalhamento . Figura 2.41 - Plano e zonas de cisalhamento.  Cavaco Contínuo  O material diante da ferramenta é recalcado até que escorrega ao longo do plano de cisalhamento e passa, sem romper, a formar parte do cavaco que desliza suave e uniformemente sobre a superfície de saída;  A formação é favorecida por: 1. Ângulo de saída n grande; 2. Avanço pequeno (pequena espessura de cavaco); 3. Grande velocidade de corte; 4. Ferramenta afiada; 5. Emprego de fluido de corte eficiente (baixo coeficiente de atrito); 6. Pequeno balanço da ferramenta, máquina rígida; PEÇA h Plano de cisalhamento Zona primária de cisalhamento h FERRAMENTA Zona secundária de cisalhamento ch  Zona terciária de cisalhamento
  37. 37. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 37  Cavaco Contínuo - Continuação  Ocorre em materiais dúteis com altas velocidades de corte ou em baixas velocidades de corte com emprego do fluido de corte;  Cavacos contínuos formados na usinagem de materiais de alta ductilidade apresentam os seguintes problemas:  Bastante afiados e muito quentes, podem ferir o operador ou dificultar o seu trabalho;  No caso do emprego de ferramentas de MD ou cerâmica em que se produzem grande volume de cavaco por unidade de tempo ou no caso de tornos automáticos em que várias ferramentas atuam simultaneamente, os cavacos ocupam toda a área de trabalho, impedindo a visão do operador, dificultando ainda a refrigeração e o avanço da ferramenta.  É o mais desejável do ponto de vista de acabamento superficial, da durabilidade da ferramenta e da energia consumida.  Cavaco Cisalhado  O material, ao escorregar ao longo do plano de cisalhamento, fissura no ponto mais solicitado. Esta fissura progride, então, até à ruptura parcial ou total do cavaco (processo não se apresenta ininterrupto e uniforme, como na formação do cavaco contínuo);  Em geral apresenta-se como uma fita contínua, pois efeitos de pressão e temperatura provocam uma solda dos diversos fragmentos;  Tendência a vibrações (destruição do gume da ferramenta, prejudicando o acabamento superficial e danificando os mancais da árvore da máquina-ferramenta);
  38. 38. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 38  Cavaco Arrancado  Gerados essencialmente por ruptura, pela ação de tensões principais de tração-compressão;  Ocorre na usinagem de materiais frágeis, como ferro fundido e latão, tendo a forma de pequenos fragmentos independentes e distintos (é possível obter uma superfície lisa, empregando ferramentas cuidadosamente afiadas e avanços pequenos). Figura 2.42 - Tipos de cavacos. 2.14 Forma dos Cavacos  Depende: do avanço, da profundidade e velocidade de corte, da geometria da ferramenta, do material da peça, do fluido de corte etc. 1 2 3 4 4 321 Contínuo Lamelar Cisalhado  Campo de formação de cavacos cisalhado, arrancado e lamelar. Campo de formação de cavaco contínuo Campo elástico Campo plastico Campo plástico Grau de deformação no plano de cisalhamento Deformação Tensão Tensão 0 Arrancado
  39. 39. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 39 Figura 2.43 - Formas de cavacos: 1- em fitas retas; 2- em fitas retorcidas; 3- em fitas helicoidais longas; 4- em fitas helicoidais curtas; 5- em fitas espiraladas; 6- em fitas cônicas; 7- em vírgula.  Metais frágeis: ferro fundido e latão em forma de lascas de pequenas dimensões;  Na produção prefere-se um cavaco que não ofereça perigo ao operador, não obstrua o espaço de trabalho e que possa ser removido fácil e rapidamente, evitando transferência de calor para a peça ou para a máquina. 2.15 Fator de Recalque da Espessura do Cavaco  Orienta os seguintes fatores de usinabilidade: 1. Pressão específica do cavaco sobre a ferramenta; 2. Volume de cavacos produzidos por unidade de potência; 3. Temperatura. ' .. l lD h h h D ch   (2.7) onde D [mm]: Diâmetro Usinado l [mm]: Comprimento do Material a ser Removido da Peça l’[mm]: Comprimento do cavaco 1 2 3 4 5 7
  40. 40. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 40 Tabela 2.4 - Fator de recalque. Material da peça vc (m/min) f (mm) ap (mm) n(º) Material da ferramenta h Cobre 69 0,06 1,6 4,5 MD 7 Cobre 69 0,06 1,6 4,5 Diamante 1,8 ABNT 1035 69 0,06 1,6 4,5 MD 2,8 Alumínio 69 0,06 1,6 4,5 MD 2,5 Latão 69 0,06 1,6 4,5 MD 1,8  O emprego de fluidos de corte apropriados também permite reduzir o fator de recalque, em virtude da redução de atrito entre o cavaco e a ferramenta. Questionário 1. Defina e como forma-se: r, r, n, n, n, s. 2. Cite as superfícies da peça em um processo de usinagem? 3. Defina corpo e cunha de uma ferramenta de corte? 4. Defina face e flanco de uma ferramenta de corte? 5. Mostre num esboço as grandezas de penetração da ferramenta em um torneamento de cilindragem? 6. Qual a finalidade do uso de quebra-cavacos? 7. Qual a diferença entre quina e ponta? 8. Qual a importância dos planos Pr, Pf? 9. Cite e mostre num esquema os ângulos que se medem no plano normal ao gume, no plano de referência e no plano do gume numa ferramenta de desbastar. 10.Como se posiciona a ferramenta de torno em relação à linha de centro? Explique. 11.Quais os problemas dos cavacos contínuos formados na usinagem de materiais dúcteis? Explique. 12.Cite e explique o funcionamento das grandezas fundamentais do quebra-cavacos de obstrução integrada na própria ferramenta. 13.O que é marca de desgaste e qual a informação que fornece?
  41. 41. Capítulo II FUNDAMENTOS DA TEORIA DE USINAGEM Prof. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Dr. Eng. 41 14.Que fatores afetam o acabamento? Explique. 15.O que é e qual a função do raio de quina? 16.Que efeito produz a diminuição do ângulo de saída sobre a força de corte? 17.Qual a influência do ângulo de incidência sobre o desgaste da ferramenta? 18.Quais fatores depende o ângulo de saída? Explique resumidamente. 19.Onde se utiliza o ângulo de saída negativo? 20.Que ângulos de saída se utilizam, em ferramentas de metal duro, para os seguintes materiais, e porque: ferro fundido, latão, aço ABNT 1020 e alumínio? 21.Quais as funções do ângulo de inclinação? 22.Quais as funções do ângulo de direção do gume principal também chamado de ângulo de posição ou de rendimento? 23.Quais as funções do ângulo de incidência? 24.Porque em materiais de difícil usinabilidade é mais conveniente utilizar metal duro do que aço rápido? 25.De que depende a forma dos cavacos? 26.Cite 5 formas de cavacos? 27.Quais são os tipos básicos de cavacos e em que condições ocorrem? 28.Quais fatores favorecem a formação de cavaco contínuo? 29.Qual a diferença básica entre o cavaco contínuo e o cavaco cisalhado? 30.O que se entende por fator de recalque do cavaco? 31.Quais as forças que ocorrem no torneamento cilíndrico? 32.Qual a importância do conhecimento do fator de recalque?

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