Cavacos

Introdução

O cavaco pode representar até 50% de um material bruto depois da usinagem. Vale lembrar que, quanto menos cavaco é formado, mais economia há. As ferramentas desgastam menos, é gasto menos tempo de usinagem e seu trasnsporte e limpeza exige menos tempo também.
O cavaco é reaproveitado para a produção de novos materiais fundidos através da reciclagem, o que é uma ótima oportunidade de economia já que muitas empresas que usinam suas peças também fundem seus materiais. Por isso o cavaco merece um tópico detalhada sobre sua formação, coleta e reciclagem.

"Cavacos são os resíduos liberados da peça durante a usinagem"

O conhecimento da formação do cavaco é o conceito mais importante sobre os cavacos, pois permite prognósticos e diagnósticos sobre a qualidade da usinagem e evita desperdícios assim como reduz o tempo de produção.

O cavaco possui um impacto no processo da usinagem que implica na qualidade da usinagem, na limpeza da máquina ou setor da máquina, segurança para operador, desgaste de ferramenta ou máquina. A forma de coleta e armazenamento (que podem ser automáticas através de esteiras) permitem uma área limpa, livre de interferências mecânicas.. Por isso existem estudos voltados para o controle do cavaco com o objetivo de reduzir tempo e, consequentemente, custos envolvidos na usinagem.
Cavacos longos resultantes de materiais de baixa ruptura, ou seja, resíduos que não se rompem facilmente, formam longas tiras de material (como o cavaco de nylon ou aço mais puro) provocam o entupimento das esteiras de coleta da máquina ou permanecem se acumulando em determinados locais, como próximo à peça e ferramenta e podem causar uma repentina rotação de todo o cavaco emaranhado junto com a peça danificando a máquina, ferramenta e colocando em risco a saúde do trabalhador.
Além disso, os pontos mais importantes com relação ao cavaco é o alcance do óleo refrigerante até a área de contato com a superfície da peça, o calor gerado e o desgaste da ferramenta.
O cavaco deve ser retirado de uma forma adequada para evitar o desgaste rápido da ferramenta, evitar um calor demasiado e permitir que o óleo alcance a área de atrito para refrigerar tanto a peça quanto a ferramenta.

Formação do Cavaco:

O cavaco passa por 3 principais etapas de formação e o conhecimento de cada uma delas permite um melhor entendimento da usinagem (qualidade do acabamento, desgaste da ferramenta e danos à máquina)

1- Deformação Elástica - Também conhecido como "recalque". Causa uma deformação momentânea. É o momento inicial da retirada de material de um material bruto. Ocorre logo que a aresta da ferramenta entra em contato com o material. O material se deforma e se a usinagem for interrompida nessa etapa a deformação se desfaz, ou seja, há apenas uma deformação momentânea.
2- Deformação Plástica - Após a pressão exercida que causa a deformação elástica, ocorre a a deformação plástica, ou seja, aquela que não se desfaz. Um número limitado de ligações atômicas se quebram. Apesar da deformação não retroceder por completo, o volume permanece o mesmo. De qualquer forma, a DP tem uma parte de DE também. Isso acontece logo que a cunha da ferramenta deixa de pressionar a peça, ou seja, a usinagem paraliza. Uma DE se desfaz, atinge a posição de equilíbrio e parte da defomação continua dando resultado à DP.
3- Ruptura (Cisalhamento) - Momento em que o ponto de contato da superfície do material se rompe iniciando a formação de material segregado (cavaco). Todo material tem seu ponto de ruptura que depende de sua composição, da ferramenta e do tipo de parâmetros da máquina-ferramenta.

Veja a imagem abaixo e entenda melhor cada fase da formação de cavaco

Após as três etapas principais, o formato, quantidade, temperatura e escoamento de cavacos são determinados pela composição do material, geometria da ferramenta e parâmetros (velocidade de corte, avanço, etc) da máquina.

Plano e ângulos de Cisalhamento

A tragetória que a ferramenta percorrerá retirando cavacos (linha paralela a superfície que está sendo usinada) é denominada de plano de cisalhamento. O ângulo é a direção do corte da ferramenta em relação ao plano. Quanto menor o ângulo, menor será a resistência gerada, menor será o calor gerado e menor será o cavaco. Na imagem ao lado veja os ângulos da ferramenta e seus ângulos relacionados com o plano de cisalhamento.

a = ângulo de incidência
b = ângulo da cunha da ferramenta
y = ângulo de saída de saída
a+b = ângulo de cisalhamento

Mais algumas informações importantes:

h = Espessura da usinagem. Também chamado de sobremetal.
hch = Espessura do corte (espessura do cavaco). Note que o "h" e o "hch" possuem espessuras diferentes porque o material ao ser retirado geralmente se dilata.

Consequências dos Esforços da Ferramenta

Uma ferramenta retirando cavacos gera algumas consequências que convêm detalhar.

Atrito - É esperado, proposital, permite a formação de cavaco e possui um sentido da feramenta para a peça.
Força - Depende do material usado, da geometria da ferramenta, da quantidade de sobremetal, e dos parametros da máquina. Mas não é a ferramenta que a aplica e sim a peça.
Movimento Relativo - É o movimento de saida do cavaco que se forma num sentido oposto ao material usinado.
Calor e desgaste - Como explicado antes, são resultados do atrito da ferramenta com o material usinado. Quanto maior o calor, mais se necessita de refrigeração (óleos ou ar gelado).

Fatores que definem a saída e forma do cavaco

São 7 os fatores principais que influenciam do tipo de cavaco e sua formação. São eles:

Geometria da Ferramenta - Um inserto é composto por 3 ângulos e 1 raio: Ângulos de posição, saída e inclinação do gume e raio de quina.
Material da Peça -As peças, sem sua maioria são compostas por metais. Dentre os mais comuns estão o ferro, o alumínio, o bronze, cobre, etc. Mas peças com composição não-metálicas também são comuns como o plástico (nylon), madeira ou cerâmica.
Material da Ferramenta - A ferramenta pode ter diversas geometrias e consistida de diversos tipos de metais. Na maioria dos casos a ferramente é composta de uma liga, ou seja, a mistura de dois ou mais tipos de metais que dão as características desejadas para usinagem específicas. Os metais mais comuns são: Ferro, Vanádio, Cobalto e Cromo. Menos frequentes são o Tungstênio e o Tãntalo. Há a cerâmica também.
Fluído de Corte - Emulsão ou Óleo de Corte
Máquina-Ferramenta - Características estática e dinâmica
Condições de Corte - Avanço, profundidade e velocidade
Quebra-Cavaco - Postiço, sinterizado e usinado

Distribuição Térmica Durante Usinagem

As temperaturas são distribuidas na região da cunha da ferramenta e é importante seu conhecimento detalhado para a escolha dos parâmetros, material da peça e tipo de ferramenta usada para a usinagem mais adequada. Abaixo estão as temperaturas apresentadas e suas localizações. Note que a temperatura mais quente não é na ponta da ferramenta e sim na superfíce onde o cavaco sendo formado mais gera atrito. As temperaturas foram calculadas de acordo com os parâmetros da figura.

Tipos de Cavacos

1- Cavaco Contínuo:
É um tipo de cavaco desfavorável por ocupar muito espaço na máquina ou para seu armazenamento. Ocorre porque o material não se separa em zonas de cizalhamento, ou seja, possui poucas zonas de ruptura. O que facilita a formação desse tipo de cavaco é uma velocidade alta de usinagem, altos ângulos efetivos e materiais resistentes.



2- Cavaco Lamelar:
Resultantes de uma material mais maleável. A geometria da ferramenta e as condições de corte favorecem sua formação. Se trata de um cavaco que pode ser longo ou curto. Possue formas curvilíneas e, ao contrário do cavaco contínuo, possui um volume mais favorável quando armazenado ou depositados no interior da máquina. Possuem pequenas ligações entre suas partes. Possui uma descontinuidade causada por irregularidades no material, vibrações, baixo ângulo efetivo de corte, alta profundidade de corte e baixa velocidade de corte.




3- Cavaco Arrancado ou Cisalhados:
Podem ser unidos ou soltos. São resultantes de materiais frágeis de baixa ductibilidade. Parâmetros inadequados favorecem sua formação. Possui pouco volume quando acumulado. Durante sua formação é comum muitas rupturas que causam uma desintegração alta. A vantagem deste cavaco está em seu armazenamento. Como ocupa menos espaço pode ser escoado pela máquina tranquilamente até seu destino. Porém podem encrustar nas guias da máquina causando danos. O ferro fundido facilita sua formação.

Geral: Os três cavacos citados acima podem ser subdivididos em outras definições. O cavaco contínuo, por exemplo, pode ter formas de fitas, emaranhados e hélices. Enquanto que os cavacos mais curtos como o lamelar podem possuir formas de vírgulas, espirais. Já o cavaco arrancado costuma ter uma menor variação em sua forma. Veja no quadro abaixo a classificação ilustrada de cada tipo. Quanto maior o avanço, mais quebradiço se torna o cavaco.
Quanto maior a profundidade menos quebradiço se torna o cavaco.

Gume Postiço
Para finalizar o artigo sobre cavacos vale lembrar do Gume Postiço.

É uma formação que ocorre na ponta da ferramenta enquanto ocorre a usinagem, ou seja, a retirada de material de uma peça. A aresta da ferramenta, o corte e o material devem favorecer a formação do gume postiço, que nada mais é do um pequeno acúmulo de material da peça usinada que se acumula no gume da ferramenta e adquire uma função de corte. Veja a imagem abaixo: