Dominando a profundidade de corte na usinagem CNC:cálculo e controle precisos

Se você decidir que a operação de usinagem CNC é o método necessário para fazer sua peça, então você precisa saber que a Profundidade de Corte (DOC) é um dos 3 parâmetros mais importantes que afetam a qualidade do produto de usinagem.

Este artigo irá ajudá-lo a entender o que significa Profundidade de Corte na usinagem, por que você precisa controlá-la, qual a diferença entre a espessura do cavaco e a profundidade de corte e como calculá-la.

No processo de usinagem, a profundidade de corte é simplesmente a profundidade com que a ferramenta de corte penetra na peça e a corta para criar um cavaco. Em um processo de corte ideal, quando a ferramenta de corte CNC se move para a esquerda com uma certa profundidade dentro da superfície da peça, ela cria um cavaco. Esta profundidade é denominada Profundidade de Corte ou DOC. Se precisar de uma aplicação semelhante e simples, você pode ver como são cortados os cachos de chocolate ou as raspas de chocolate.



Os valores de profundidade de corte são medidos em polegadas ou milímetros e geralmente variam entre 0,1 a 1 mm.

Por que você precisa controlar a profundidade de corte na usinagem?

A profundidade de corte tem efeito direto no processo de usinagem, como:

• O calor aumenta na ponta da ferramenta;
• Taxa de desgaste da ferramenta;
• Força do produto processado;
• A qualidade da superfície usinada.

Por exemplo, há uma tendência para a formação de arestas postiças (BUE) com metais recozidos do que com metais trabalhados a frio no processo de corte. O tipo de cavaco BUE consiste em camadas de cavacos que se acumulam na ponta da ferramenta. Portanto, se a profundidade de corte for muito profunda, o BUE descontrolado também afetará negativamente o acabamento superficial.

Como a profundidade de corte interage com outros fatores de usinagem?

A profundidade de corte é um dos fatores independentes que afetam o processo de usinagem, o que significa que é controlada pelo operador. Entretanto, a profundidade do corte interage com outros fatores e afeta a superfície resultante da peça e suas propriedades.

Profundidade de corte e fluido de resfriamento

Com a diminuição da profundidade de corte, a curvatura do cavaco diminui e o cavaco fica encaracolado. Neste caso e quando o calor aumenta na ponta da ferramenta, você pode pensar que adicionar fluido de resfriamento irá resfriar o processo.

No entanto, adicionar fluido refrigerante CNC torna o cavaco ainda mais enrolado, diminui o contato entre a ferramenta e o cavaco e concentra o calor na ferramenta, o que aumenta significativamente o desgaste da ferramenta. Neste caso, um quebra-cavacos pode ser útil.

Profundidade de corte, ângulo de inclinação e velocidade de corte

Outro exemplo pode ser encontrado na usinagem de termoplásticos. Os termoplásticos geralmente têm baixa condutividade térmica e baixo módulo de elasticidade. Isso significa que eles são muito afetados pelas flutuações de calor na ponta da ferramenta durante a usinagem. A profundidade de corte, o ângulo de inclinação e a velocidade de corte devem ser ajustados entre si para evitar o aumento da temperatura e a formação de cavacos pegajosos e pegajosos na ponta da ferramenta.

Também vale a pena saber que a profundidade de corte é um dos três principais parâmetros que afetam a vida útil da ferramenta, juntamente com a velocidade de corte e o avanço.

Como calcular a profundidade de corte?

A importância de ter relações quantitativas entre diferentes variáveis é óbvia quando você precisa de cálculo de profundidade de corte. Por que a temperatura da ferramenta está ficando alta? por que o acabamento superficial é ruim? Por que a ferramenta de corte se desgasta rapidamente? E muito mais.

Para calcular a profundidade de corte, você precisa especificar os seguintes parâmetros:

• Qual é o processo de usinagem (fresamento, torneamento, etc.)
• Material da peça
• Propriedades da dica de ferramenta
• Capacidades da máquina
• Acabamento superficial e tolerância necessários

Profundidade de corte no processo de torneamento

No torneamento CNC, a peça gira enquanto a ferramenta remove uma camada de material à medida que se move ao longo do comprimento da peça. A profundidade de corte pode ser igual ao avanço ou taxa de avanço, que é simplesmente a distância que a ferramenta percorre ao longo da peça a cada revolução ao longo do tempo, e tem a unidade de mm/min.

Portanto, a profundidade de corte pode ser simplesmente definida pela espessura do material removido e pode ser calculada a partir de:

Profundidade de corte no processo de fresamento

No processo de fresamento CNC, a ferramenta gira enquanto a peça está estável. A profundidade de corte é simplesmente a profundidade que a ferramenta corta na peça de trabalho em uma volta. Normalmente, a profundidade de corte é 4 vezes o diâmetro da ferramenta de corte para diâmetros grandes acima de 20 mm e 10 vezes o tamanho do diâmetro para ferramentas com diâmetros menores.

Compare o valor da espessura do cavaco com o valor da profundidade de corte

É importante diferenciar entre a espessura do cavaco e a profundidade de corte porque NÃO são iguais e NÃO têm o mesmo valor.

Para explicá-lo, precisamos dar uma olhada mais profunda na Figura 1 do processo de corte ideal. O valor da profundidade de corte (vamos denotar com to) é diferente da espessura do cavaco (tc).



Figura 1:processo de corte ideal

O processo de remoção de cavacos é feito por cisalhamento em plano de cisalhamento bem definido e com ângulo de cisalhamento ϕ definido conforme ilustrado na Figura 2 a seguir. Isso faz com que o valor da espessura do cavaco seja sempre maior que o valor da profundidade de corte.



Figura 2:mecanismo básico de formação de cavacos

Relação de corte versus taxa de compressão de cavacos

A relação entre a profundidade de corte e a espessura do cavaco to/tc é chamada de razão de corte ou razão de espessura do cavaco e é denotada por (r) e pode ser calculada da seguinte forma:



Também pode ser calculado a partir do ângulo de cisalhamento ϕ e do ângulo de inclinação α conforme mostrado na Figura 1 como segue:



Onde:

ϕ:ângulo de cisalhamento
α:ângulo de inclinação

O recíproco deste valor é chamado de taxa de compressão de cavacos ou fator de compressão de cavacos, que indica quanto a espessura do cavaco é comparada à profundidade de corte.

Bônus:profundidade de corte versus forças e potência de corte

Conhecer a força e a potência de corte é crucial no cálculo do DOC. Eles podem fornecer parâmetros importantes, como:

• Ferramentas com resistências necessárias para evitar desgaste rápido e fornecer a melhor eficiência e acabamento superficial.
• Suportes e acessórios de peças de trabalho que podem suportar essas forças com distorção mínima.

A potência necessária é simplesmente o produto da força de corte multiplicada pela velocidade e pode ser calculada da seguinte forma:



Onde Fc é a “força de corte” e é definida como a força exercida pela ferramenta para cortar a peça e atua na mesma direção que a velocidade da ferramenta V.

A energia específica total é a energia total necessária para realizar a força de cisalhamento necessária para cortar a superfície (us), além da energia específica de atrito que é a energia necessária para superar o atrito entre a ferramenta e a superfície (uf).



A energia específica de cisalhamento e a energia específica de atrito estão relacionadas à profundidade de corte e podem ser calculadas da seguinte forma:

A velocidade do cavaco está relacionada à velocidade de corte da seguinte forma:



Portanto, vale ressaltar que essas fórmulas podem ser utilizadas vice-versa para calcular a profundidade de corte caso você possua parâmetros de máquina específicos.

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Conclusão

A profundidade de corte é um parâmetro muito importante que deve ser considerado antes de iniciar o processo de usinagem. Como foi explicado anteriormente, o valor da profundidade de corte afeta diretamente os parâmetros de usinagem dependentes, como forças de usinagem e energias específicas. O cálculo destes valores não afeta apenas a resistência e o acabamento superficial da peça, mas também o material da ferramenta, o tipo de fixação e a possibilidade de utilização de um agente de refrigeração.