Como calcular a força de corte das ferramentas CNC?

Como fornecedor confiável de ferramentas CNC, frequentemente encontro clientes ansiosos para entender como calcular a força de corte de ferramentas CNC. Esse conhecimento é crucial para otimizar os processos de usinagem, garantir a longevidade da ferramenta e obter peças de alta qualidade. Neste blog, irei me aprofundar nos principais fatores envolvidos no cálculo da força de corte e fornecer alguns métodos práticos.

Compreendendo os princípios básicos da força de corte

Força de corte é a força exercida pela ferramenta de corte na peça durante o processo de usinagem. Consiste em três componentes principais: a força tangencial (Ft), a força radial (Fr) e a força axial (Fa). A força tangencial é a força que atua no sentido da velocidade de corte e é responsável pela remoção de material. A força radial atua perpendicularmente à aresta de corte e pode causar deflexão da ferramenta e da peça. A força axial atua ao longo do eixo da ferramenta e é significativa em operações como furação.

Fatores que afetam a força de corte

1. Material da peça
   As propriedades mecânicas do material da peça, como dureza, resistência e ductilidade, têm um impacto profundo na força de corte. Por exemplo, materiais mais duros como aço inoxidável ou titânio requerem forças de corte mais elevadas em comparação com materiais mais macios como o alumínio. A microestrutura do material também desempenha um papel. Materiais com estrutura de granulação grossa podem exigir forças de corte diferentes daquelas com estrutura de granulação fina.
2. Geometria da ferramenta de corte
   A geometria da ferramenta de corte, incluindo o ângulo de saída, o ângulo de incidência e o raio da aresta de corte, afeta a força de corte. Um ângulo de inclinação positivo geralmente reduz a força de corte, pois permite que a ferramenta corte o material com mais facilidade. No entanto, um ângulo de inclinação positivo muito grande pode enfraquecer a aresta de corte. O ângulo de incidência evita que a ferramenta esfregue na peça de trabalho, o que pode aumentar a força de corte. Um raio de aresta de corte afiado reduz a força necessária para iniciar a formação de cavacos.
3. Parâmetros de corte
   • Velocidade de corte: Aumentar a velocidade de corte geralmente reduz a força de corte até certo ponto. Em velocidades mais altas, o material é removido com mais eficiência e o processo de formação de cavacos torna-se mais estável. No entanto, velocidades de corte extremamente altas podem levar ao desgaste da ferramenta e ao aumento das forças de corte devido à geração de calor.
   • Taxa de alimentação: O avanço é a distância que a ferramenta avança por rotação ou por dente. Uma taxa de avanço mais alta geralmente aumenta a força de corte porque mais material está sendo removido por unidade de tempo.
   • Profundidade de corte: Uma profundidade de corte maior requer mais força para remover o material. À medida que a profundidade de corte aumenta, a área da seção transversal do cavaco também aumenta, resultando em forças de corte mais altas.

Métodos de cálculo para força de corte

1. Fórmulas Empíricas
   Fórmulas empíricas são amplamente utilizadas na indústria para estimar a força de corte. Estas fórmulas são baseadas em dados experimentais e levam em consideração os fatores mencionados acima. Uma das fórmulas empíricas mais comuns para operações de torneamento é a equação do comerciante:
   [F_{t}=K_{c} \cponto A_{c}]
   onde (F_{t}) é a força de corte tangencial, (K_{c}) é a força de corte específica (que depende do material da peça, da geometria da ferramenta e das condições de corte) e (A_{c}) é a área da seção transversal do cavaco. A área da seção transversal do cavaco (A_{c}) pode ser calculada como (A_{c}=f\cdot a_{p}), onde (f) é a taxa de avanço e (a_{p}) é a profundidade de corte.

2. Análise de Elementos Finitos (FEA)
   A Análise de Elementos Finitos é um método mais avançado para calcular a força de corte. Envolve a criação de um modelo numérico do processo de corte, incluindo a ferramenta, a peça e as condições de corte. FEA pode simular as interações complexas entre a ferramenta e a peça, levando em consideração fatores como deformação do material, geração de calor e atrito. No entanto, a FEA requer software especializado e recursos computacionais significativos.

   

3. Testes de corte instrumentados
   Os testes de corte instrumentados envolvem o uso de sensores de força para medir diretamente a força de corte durante o processo de usinagem. Este método fornece dados precisos, mas é demorado e requer equipamentos caros. É frequentemente utilizado para fins de pesquisa ou para validar os resultados obtidos a partir de fórmulas empíricas ou FEA.

Importância do cálculo da força de corte para seleção de ferramentas CNC

O cálculo preciso da força de corte é essencial para selecionar a ferramenta CNC correta. Se a força de corte for muito alta para uma ferramenta específica, isso pode levar ao desgaste prematuro da ferramenta, quebra e mau acabamento superficial da peça de trabalho. Por outro lado, se a força de corte for muito inferior à capacidade da ferramenta, o processo de usinagem pode não ser eficiente.

Por exemplo, ao trabalhar com materiais duros, pode ser necessário escolher uma ferramenta com uma aresta de corte forte e geometria apropriada para suportar as altas forças de corte. NossoPonta de dedo de diamanteé uma excelente escolha para aplicações de alta força. Seu design com ponta de diamante oferece alta dureza e resistência ao desgaste, permitindo manusear materiais resistentes com facilidade.

Da mesma forma, para operações que exigem controle preciso da força de corte, como acabamento fino, é necessária uma ferramenta com aresta de corte viva e geometria otimizada. NossoBroca de diamante para pedrafoi projetado para fornecer perfuração precisa e eficiente em materiais pétreos, onde a força de corte precisa ser cuidadosamente controlada para evitar rachaduras ou lascas.

Nas operações de moagem, oRoda de lapidação de diamanteé uma ótima opção. Ele pode lidar com as altas forças envolvidas na remoção de material, mantendo um acabamento superficial consistente.

Dicas para reduzir a força de corte

1. Otimize os parâmetros de corte
   • Ajuste a velocidade de corte, o avanço e a profundidade de corte para encontrar a combinação ideal que reduza a força de corte sem sacrificar a produtividade. Por exemplo, aumentar ligeiramente a velocidade de corte e reduzir a taxa de avanço pode, às vezes, levar a uma redução na força de corte.
2. Use revestimentos de ferramentas adequados
   Os revestimentos de ferramentas podem reduzir o atrito entre a ferramenta e a peça, reduzindo assim a força de corte. Revestimentos como nitreto de titânio (TiN), carbonitreto de titânio (TiCN) e nitreto de alumínio e titânio (AlTiN) são comumente usados ​​para melhorar o desempenho da ferramenta.
3. Manter a nitidez da ferramenta
   Uma aresta de corte afiada requer menos força para remover o material. Inspecione e afie regularmente ou substitua ferramentas desgastadas para garantir um desempenho de corte consistente.

Conclusão

Calcular a força de corte de ferramentas CNC é uma tarefa complexa, mas essencial para qualquer operação de usinagem. Ao compreender os fatores que afetam a força de corte, usar métodos de cálculo apropriados e selecionar as ferramentas certas, você pode otimizar seus processos de usinagem, melhorar a vida útil da ferramenta e obter peças de trabalho de alta qualidade.

Se você estiver interessado em aprender mais sobre nossas ferramentas CNC ou precisar de ajuda no cálculo da força de corte para sua aplicação específica, não hesite em nos contatar. Estamos aqui para ajudá-lo a aproveitar ao máximo suas operações de usinagem.

Referências

• Boothroyd, G. e Knight, WA (2006). Fundamentos de usinagem e máquinas-ferramentas. Imprensa CRC.
• Trent, EM e Wright, PK (2000). Corte de metais. Butterworth-Heinemann.