Atenção a todos os operadores de máquinas e entusiastas da engenharia! Está pronto para levar suas habilidades de corte em torno para o próximo nível? Nesta postagem do blog, vamos nos aprofundar nos meandros da seleção do ângulo da ferramenta, um aspecto crucial que pode ser decisivo para o sucesso da usinagem. Com insights de especialistas experientes, você descobrirá os segredos para otimizar o desempenho de corte e obter uma precisão sem igual. Prepare-se para aprimorar seus conhecimentos e elevar sua arte!
O ângulo de uma ferramenta de torno é um parâmetro crucial que afeta o efeito de corte, incluindo o ângulo de inclinação, o ângulo de folga, o ângulo de avanço, o ângulo de avanço secundário e o ângulo de inclinação da lâmina.
Ao escolher o ângulo da ferramenta, considere a rigidez do sistema de processo de torneamento composto pelo torno, pelo dispositivo de fixação e pela ferramenta, bem como a forma geométrica e as características do material da peça que está sendo processada.
Por exemplo, quando a rigidez do sistema é boa, o ângulo de ataque deve ser pequeno para aumentar a vida útil da ferramenta, melhorar as condições de dissipação de calor e a rugosidade da superfície. Nas etapas de usinagem, o ângulo de ataque geralmente é de 90°, enquanto nas peças cortadas no meio, o ângulo de ataque geralmente é de 60°.
Além disso, a escolha do ângulo de folga é influenciada pelo material que está sendo processado. Por exemplo, ao cortar metais plásticos, o ângulo de folga é maior, enquanto que para metais frágeis ou materiais com alta tenacidade, o ângulo de folga é menor.
O artigo se aprofunda nos vários fatores que influenciam a seleção de cada ângulo, como a dureza do material que está sendo cortado, o tipo de operação de usinagem e a rigidez do sistema de processo de torneamento. Ele também explica a importância dos três planos de referência usados para determinar e medir o ângulo geométrico da ferramenta do torno.
Não importa se você é um profissional experiente ou um iniciante que deseja aprimorar seu corte de metais este artigo é uma leitura obrigatória. Portanto, pegue suas ferramentas de torno e prepare-se para levar suas operações de usinagem para o próximo nível!
Ao cortar metal, o ângulo da ferramenta desempenha um papel crucial na determinação da geometria da parte cortante da ferramenta à medida que ela penetra na peça de trabalho.
Ao trabalhar com um torno, a seleção do ângulo adequado da ferramenta é fundamental para obter os resultados desejados. O ângulo escolhido influenciará muito a precisão da peça de trabalho, a taxa de remoção de material e a eficiência geral do processo. Um ângulo bem selecionado também contribuirá para a durabilidade da ferramenta de corte, economizando tempo e reduzindo custos.
Há vários tipos de ferramentas de corte usadas em operações de tornoincluindo:
A geometria dos ângulos da ferramenta desempenha um papel essencial na determinação do desempenho e da vida útil de uma ferramenta de corte. Alguns ângulos críticos a serem considerados são:
A seleção dos ângulos da ferramenta dependerá de fatores como o material que está sendo cortado, o tipo de operação de torno realizada e o resultado desejado para a peça de trabalho. Ao compreender esses princípios básicos, é possível tomar decisões bem informadas para otimizar a corte em torno processo.
A parte de corte de uma ferramenta de torno consiste na face de ataque, na face principal do flanco, na face secundária do flanco, na aresta de corte principal, na aresta de corte secundária e na ponta da ferramenta.
Para determinar e medir o ângulo geométrico da ferramenta do torno, três planos de referência devem ser selecionados. Esses três planos de referência são o plano de corte, o plano de base e o plano perpendicular.
Um plano que se cruza em um ponto designado na borda de corte principal e é perpendicular ao plano de base da haste.
Um plano que passa por um ponto selecionado na borda de corte principal e é paralelo à superfície da base da haste.
Um plano que é perpendicular ao plano de corte e perpendicular ao plano de base.
É possível observar que esses três planos de coordenadas são perpendiculares entre si, formando um sistema de coordenadas retangulares espaciais.
O tamanho do ângulo de inclinação é um fator crucial para equilibrar a durabilidade e a nitidez do ferramenta de corte.
Ao determinar o ângulo de inclinação, a primeira consideração deve ser a dureza do material que está sendo cortado.
Para materiais com alta dureza, é preferível um ângulo de inclinação menor, enquanto que para materiais mais macios, um ângulo maior é apropriado.
Além disso, o tipo de operação de usinagem também influencia a escolha do ângulo de inclinação.
Para usinagem de desbaste, é preferível um ângulo menor, enquanto um ângulo maior é usado em operações de acabamento. Normalmente, é selecionado um ângulo de inclinação entre -5° e 25°.
Normalmente, o ângulo de inclinação (γ0) não é predeterminado na fabricação de ferramentas de torno. Em vez disso, ele é obtido por meio da retificação de uma ranhura de descarga de cavacos na ferramenta.
Essa ranhura, também conhecida como ranhura de quebra de cavacos, serve para quebrar os cavacos sem enrolar, controlar a direção do fluxo dos cavacos para manter a precisão da superfície usinada, reduzir a resistência ao corte e aumentar a vida útil da ferramenta.
Em primeiro lugar, o tipo de usinagem deve ser considerado. Na usinagem de acabamento, o ângulo de retorno deve ter um valor grande, enquanto na usinagem de desbaste deve ter um valor pequeno.
Em segundo lugar, a dureza do material que está sendo processado deve ser levada em conta.
Se o material que estiver sendo usinado for duro, o ângulo de retorno principal deverá ter um valor pequeno para melhorar a firmeza da cabeça de corte.
Por outro lado, se o material for macio, o ângulo traseiro pode ter um valor maior. O ângulo posterior não deve ser 0° ou negativo e geralmente é escolhido entre 6° e 12°.
Em primeiro lugar, deve-se considerar a rigidez do sistema de processo de torneamento composto por tornos, acessórios e ferramentas.
Se a rigidez do sistema for boa, o ângulo de entrada deve ser um valor pequeno, o que aumentará a vida útil da ferramenta do torno, melhorará as condições de dissipação de calor e resultará em uma melhor rugosidade da superfície.
Em segundo lugar, a geometria da peça de trabalho a ser processada deve ser levada em conta. Ao processar etapas, o ângulo da borda de corte deve ser de 90°.
Para peças que são cortadas no meio, o ângulo da borda de corte é geralmente de 60°. O ângulo da borda de corte geralmente está entre 30° e 90°, sendo que os ângulos mais comumente usados são 45°, 75° e 90°.
Em primeiro lugar, a ferramenta do torno, a peça de trabalho e o grampo devem ter rigidez suficiente para reduzir o ângulo de deflexão secundário; caso contrário, deve-se adotar um valor maior.
Em segundo lugar, considere a natureza do processamento.
Na usinagem de acabamento, o ângulo de deflexão secundário deve ser de 10° a 15°, enquanto na usinagem de desbaste deve ser de cerca de 5°.
Isso depende principalmente da natureza do processo de usinagem. Durante a usinagem de desbaste, a peça de trabalho tem um impacto significativo sobre a ferramenta do torno.
Na usinagem de acabamento, quando λS é menor ou igual a 0°, a força de impacto da peça de trabalho na ferramenta do torno é mínima.
Quando λS é maior ou igual a 0°, geralmente é adotado o valor de 0°. O ângulo de inclinação é normalmente selecionado entre -10° e 5°.
A influência dos ângulos da ferramenta do torno sobre as forças de corte e a qualidade da superfície de corte se reflete principalmente nos seguintes aspectos:
Ângulo de inclinação: O tamanho do ângulo de inclinação afeta diretamente a nitidez da borda de corte e a força de corte. Um ângulo de inclinação maior pode aumentar a nitidez da aresta de corte, reduzindo assim a força de corte e tornando o corte mais fácil. Ao mesmo tempo, um ângulo de inclinação maior ajuda a melhorar a evacuação de cavacos, reduz a deformação do corte e melhora a qualidade da superfície usinada. No entanto, quando o ângulo de ataque é muito grande, a resistência da aresta de corte diminui, fazendo com que a ponta da ferramenta se desgaste mais rapidamente e a força de corte aumente.
Ângulo de folga: O ângulo de folga é o ângulo entre a face de corte e a linha perpendicular ao eixo da ferramenta. Ele influencia a resistência da aresta de corte e a evacuação de cavacos. Um ângulo de folga adequado pode aumentar a durabilidade da ferramenta e a eficiência da remoção de cavacos, mas um ângulo de folga muito grande pode aumentar a força de corte.
Ângulo de ataque: O ângulo de ataque afeta o formato do cavaco e a direção da força de corte. Diferentes ângulos de avanço são adequados para diferentes requisitos de usinagem, como usinagem de desbaste ou de acabamento. Por exemplo, no fresamento de face bruta, um ângulo de avanço de 60° a 75° pode reduzir significativamente a força de corte radial, melhorando a resistência à vibração e a estabilidade do corte.
Ângulo de chanfro da ponta: Um ângulo de chanfro de ponta maior pode reduzir as forças de corte e a temperatura de corte e, ao mesmo tempo, aumentar a vida útil da aresta de corte e a qualidade da superfície. No entanto, se o ângulo de chanfro for muito grande, ele poderá reduzir o ângulo de entrada da aresta de corte. Os cavacos podem bloquear facilmente o espaço entre a ferramenta e a peça de trabalho, afetando os resultados da usinagem.
Os melhores critérios de seleção para o ângulo de retorno em diferentes processamentos de materiais dependem principalmente das propriedades do material da peça (como dureza, plasticidade, tenacidade etc.) e dos requisitos específicos do processo de usinagem (como usinagem de desbaste ou usinagem fina). Aqui estão os melhores critérios de seleção que resumi em minha pesquisa:
Ao usinar materiais plásticos, deve-se escolher um ângulo de retorno maior. Isso ocorre porque os materiais plásticos tendem a se deformar e grudar na ferramenta. Um ângulo traseiro maior ajuda a reduzir o atrito entre a ferramenta e a peça de trabalho, melhorando, assim, a eficiência da usinagem e a qualidade da superfície.
Ao usinar materiais frágeis ou duros, deve-se escolher um ângulo de retorno menor. Isso ocorre porque os materiais frágeis e duros são mais propensos a rachar. Um ângulo traseiro menor pode aumentar a resistência da aresta de corte e evitar a quebra durante o processo de usinagem.
Durante a usinagem fina, devido à menor espessura de corte, deve ser escolhido um ângulo traseiro maior para garantir a qualidade da superfície usinada. Isso torna a ferramenta mais afiada, reduz o desgaste e melhora a precisão da usinagem.
Ao usinar materiais propensos à formação de camadas endurecidas, um ângulo de retorno maior também deve ser escolhido. Isso ajuda a evitar a formação de camadas endurecidas e a manter a afiação da ferramenta.
Para materiais específicos, como ligas de titânio que têm maior plasticidade e resistência, um ângulo de retorno maior também deve ser considerado durante a usinagem para reduzir a dificuldade de usinagem e melhorar a eficiência da usinagem.
A influência dos ângulos de relevo primário e secundário na rugosidade da superfície usinada pode ser quantificada de várias maneiras:
Impacto do ângulo de alívio primário: O ângulo de alívio primário (KAPR) é o ângulo entre a borda de corte principal da ferramenta e a superfície da peça de trabalho. Ele afeta a espessura do cavaco, a força de corte e a vida útil da ferramenta. À medida que o ângulo de alívio primário diminui, a espessura do cavaco é reduzida. Esse efeito de afinamento dos cavacos distribui o material usinado em uma parte maior da aresta de corte, o que pode afetar a rugosidade da superfície.
Impacto do ângulo de alívio secundário: O ângulo de alívio secundário afeta principalmente a rugosidade e a qualidade da superfície usinada. Um ângulo de alívio secundário menor pode reduzir a rugosidade da superfície porque pode aumentar a resistência da ponta da ferramenta, reduzir as vibrações e polir a superfície usinada.
Entretanto, a redução do ângulo de alívio secundário pode facilmente causar vibrações, portanto, precisa ser determinada com base na rigidez da máquina-ferramenta. Além disso, é comum reduzir o valor da rugosidade da superfície diminuindo o ângulo de alívio secundário kr', embora isso possa causar vibração na ferramenta.
Consideração abrangente: Entre os parâmetros geométricos da ferramenta, o ângulo de alívio primário Kr, o ângulo de alívio secundário Kr' e o raio da ponta da ferramenta re têm uma influência significativa na rugosidade da superfície. Quando os ângulos de alívio primário e secundário são pequenos, a altura da área residual na superfície usinada também é pequena, reduzindo, assim, a rugosidade da superfície. Isso indica que, ao ajustar o tamanho dos ângulos de alívio primário e secundário, a rugosidade da superfície pode ser controlada até certo ponto.
O impacto do ângulo de inclinação da ferramenta na direção de evacuação do cavaco e na qualidade da usinagem pode ser observado principalmente nos seguintes aspectos:
O ângulo de inclinação, positivo ou negativo, influencia diretamente a direção do fluxo dos cavacos. Quando o ângulo de inclinação é positivo, o cavaco gira no sentido anti-horário e se alonga, formando um ângulo em sua raiz com a superfície de transição, fazendo com que o fluxo do cavaco se estenda apenas em direção à superfície a ser processada. Isso indica que o design do ângulo de inclinação desempenha um papel fundamental no controle da direção do fluxo dos cavacos, especialmente em situações em que é necessário reduzir a contaminação dos cavacos na superfície da peça de trabalho.
No processo de corte oblíquo do aço C45, o ângulo de inclinação λs afeta significativamente a espessura mínima do cavaco não cortado (hmin) no intervalo de 0° a 60°. Essa descoberta foi confirmada por meio de análise teórica e verificação experimental. Isso implica que o ângulo de ataque não só influencia a direção de evacuação do cavaco, mas também tem um impacto direto sobre a taxa de remoção de material durante o processo de usinagem.
Durante o corte angular, o cavaco flui para fora da aresta de corte em uma direção inclinada e produz uma curvatura lateral ao longo da face frontal da ferramenta, formando uma descarga de cavacos em espiral. Esse fenômeno é causado pela distribuição das forças de atrito entre a ferramenta e o cavaco. Isso comprova ainda mais o impacto significativo do ângulo de inclinação nas características de evacuação do cavaco.
O ajuste do ângulo de inclinação também pode afetar a durabilidade da ferramenta e o grau de endurecimento da peça de trabalho. O aumento do ângulo de inclinação pode levar a uma queda na temperatura da face traseira da ferramenta, reduzindo, assim, o desgaste da face traseira da ferramenta. Isso significa que, ao ajustar o ângulo de inclinação, a vida útil da ferramenta pode ser estendida até certo ponto e a qualidade da superfície da peça de trabalho pode ser melhorada.
Em sistemas de alta rigidez, o ajuste do ângulo da ferramenta de torno de acordo com a forma geométrica e as características do material da peça de trabalho exige a consideração inicial dos parâmetros geométricos da ferramenta, incluindo o ângulo de avanço principal, o ângulo de alívio e o ângulo de aproximação.
Esses parâmetros afetam significativamente a deformação do corte, a força de corte, a temperatura de corte e o desgaste da ferramenta, afetando, assim, a eficiência do corte, a vida útil da ferramenta, a qualidade da superfície da peça e o custo da usinagem. Por exemplo, o ajuste dos ângulos da ferramenta, especialmente o ângulo principal de avanço, o ângulo de alívio e o ângulo de aproximação, pode resolver o problema de vibração e vibração da máquina-ferramenta.
Para diferentes formatos de peças e materiais, a seleção do formato adequado da ferramenta também é fundamental. Por exemplo, uma lâmina com diamante de 80 graus é adequada para uma ampla gama de aplicações, desde a usinagem de desbaste até a usinagem fina, enquanto uma lâmina com diamante de 55 graus ou 35 graus é normalmente usada para usinagem de contorno. Além disso, a forma geométrica da ferramenta também deve considerar fatores como a forma geométrica da peça de trabalho, seu material e os requisitos de qualidade da superfície.
Em operações práticas, deve-se prestar atenção também ao tamanho da área residual deixada na superfície usinada quando a ferramenta faz um movimento de alimentação em relação à peça de trabalho. A redução do ângulo de avanço principal, do ângulo de alívio e o aumento do raio da ponta da ferramenta podem diminuir a altura da área residual. Isso significa que, ao ajustar o ângulo da ferramenta, é preciso considerar não apenas os parâmetros geométricos da ferramenta, mas também como esses parâmetros afetam os fenômenos físicos durante o processo de corte, como a força de corte e a eficiência do corte.
O ajuste do ângulo da ferramenta do torno de acordo com a forma geométrica e as características do material da peça requer uma consideração abrangente dos parâmetros geométricos da ferramenta (como o ângulo de avanço principal, o ângulo de alívio e o ângulo de aproximação), selecionando a forma apropriada da ferramenta e considerando a interação entre a ferramenta e a peça, bem como os fenômenos físicos durante o processo de corte. Esses ajustes podem ajudar a melhorar a eficiência da usinagem, prolongar a vida útil da ferramenta e garantir a qualidade da usinagem da peça.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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