1. O que é um chipbreaker?

Em um sentido restrito, o termo chipbreaker refere-se ao canal ou geometria protuberante fornecida na face de saída de um insertos para quebrar cavacos.

No projeto real do insertos, entretanto, um chipbreaker refere-se a todo o conjunto de especificações da aresta de corte, incluindo não apenas a quebra de cavacos, mas também o controle da resistência ao corte e a resistência da aresta de corte. Este artigo explica os chipbreakers com base nesta definição mais ampla.

Elementos que compõem um chipbreaker

• Largura do quebra-cavaco — Largura do canal que determina a distância sobre a qual os cavacos se enrolam
• Altura da parede do quebra-cavaco — Altura da parede que recebe e dobra o cavaco
• Ângulo de saída — Ângulo que afeta a direção do fluxo do cavaco e a resistência ao corte
• Largura do land — Largura da área plana imediatamente atrás da aresta de corte
• Ângulo de saída do land — Ângulo de inclinação da superfície do land.
• Honing (preparação da aresta) — Pequeno arredondamento aplicado à aresta de corte

Relação entre os fatores de parâmetros e seus efeitos

A tabela abaixo resume como as mudanças em cada elemento afetam três fatores: “desempenho de quebra de cavacos”, “resistência ao corte” e “resistência da aresta de corte”.

2. Por que os chipbreakers são necessários?

Problemas quando não há chipbreaker

• Cavacos longos e contínuos → cavacos enrolando na peça ou na ferramenta
• Risco de superfícies usinadas riscadas e parada da máquina
• Preocupações com a segurança do operador, pois cavacos longos são afiados e perigosos
• Especialmente em máquinas automáticas e usinagem contínua, a má evacuação de cavacos pode levar diretamente à interrupção do processo

Vantagens de ter um chipbreaker

• Melhoria da eficiência de usinagem — Os cavacos são devidamente quebrados e evacuados
• Vida útil da ferramenta mais longa — Evita cargas anormais causadas pelo emaranhamento de cavacos
• Qualidade de usinagem estável — Reduz o contato do cavaco que pode prejudicar o acabamento superficial

Mais do que Chip control — três funções

Um chipbreaker é responsável não apenas pelo Chip control, mas também por controlar a resistência ao corte e garantir a resistência da aresta de corte ao mesmo tempo.

• Chip control — Quebra e evacua adequadamente os cavacos através do design da largura e altura da parede do quebra-cavaco
• Resistência ao corte — Reduz a resistência através do design do ângulo de saída e da largura do quebra-cavaco, contribuindo para a economia de energia e supressão de vibrações
• Resistência da aresta de corte — Garante a resistência da aresta de corte através do design da largura do land, ângulo de saída do land e honing, evitando fraturas e desgaste anormal

3. Quando a ausência de chipbreaker é a melhor escolha

Um chipbreaker não é “sempre necessário”, nem é verdade que “quanto mais forte ele trabalhar, melhor”. Dependendo do objetivo da usinagem, do material da peça e das condições de corte, existem casos em que nenhum quebra-cavaco ou um quebra-cavaco com efeito de quebra fraco é mais vantajoso.

■ Ao selecionar um flat top

Materiais de peças cujos cavacos quebram naturalmente curtos, como ferro fundido e latão

Como a função de quebra de cavacos do quebra-cavaco é desnecessária, um flat top pode ser usado para priorizar a resistência da aresta de corte.

Corte extremamente pesado ou corte interrompido

Como um canal de quebra-cavaco pode se tornar um ponto fraco na resistência da aresta de corte, selecionar um flat top pode reduzir o risco de fratura.

■ Ao selecionar um quebra-cavaco com efeito de quebra fraco

Quando você deseja reduzir a resistência ao corte

Um quebra-cavaco que restringe o cavaco aumenta a resistência. Quando a baixa resistência é priorizada em relação ao Chip control, escolher um quebra-cavaco com fraca restrição de cavaco é eficaz para suprimir a resistência.

Quando você deseja obter uma excelente qualidade de superfície usinada

Quando a quebra de cavacos é enfatizada, a restrição de cavacos pelo quebra-cavaco aumenta a espessura do cavaco, criando cavacos que têm maior probabilidade de riscar a parede usinada. Um quebra-cavaco com restrição fraca pode gerar cavacos com menor probabilidade de danificar a superfície usinada, permitindo que a qualidade da superfície seja priorizada.

4. Como os cavacos quebram: o princípio

O princípio pelo qual um chipbreaker quebra os cavacos pode ser entendido nas quatro etapas seguintes.

1. Sendo cisalhado e levantado — O cavaco começa a fluir ao longo da face de saída a partir da aresta de corte
2. Enrolamento — O cavaco é forçado a enrolar fortemente pela geometria do quebra-cavaco, como o canal e a parede
3. Aumento da deformação — O raio de curvatura torna-se menor, aumentando a deformação por flexão dentro do cavaco
4. Quebra — O cavaco quebra quando a deformação excede seu limite

Três padrões de quebra de cavacos

• Quebra contra a ferramenta — O cavaco enrolado colide com a parede do quebra-cavaco ou com a face do insertos e quebra
• Quebra contra a peça — O cavaco enrolado atinge a superfície da peça e quebra
• Tipo de autoquebra — O cavaco quebra naturalmente apenas por sua própria deformação por flexão

5. Qual é o formato ideal do cavaco?

Saber “que tipo de cavaco é bom” fornece uma base para julgar a seleção do quebra-cavaco e o ajuste das condições.

Cavacos ideais

• Cavacos helicoidais com algumas voltas — Moderadamente enrolados e quebrados naturalmente
• Cavacos em forma de C moderadamente quebrados — Nem muito curtos nem muito longos, fáceis de evacuar

Cavacos indesejáveis

❌ Cavacos contínuos excessivamente longos

Estes enrolam-se na peça ou na ferramenta e riscam a superfície usinada. Em máquinas automáticas, podem causar a interrupção do processo devido à má evacuação.

❌ Cavacos extremamente finos e duros

Isso indica que o quebra-cavaco está restringindo o cavaco com muita força. Isso aumenta a carga na aresta de corte, levando a uma vida útil mais curta da ferramenta e a um maior risco de fratura.

6. Critérios básicos para selecionar um chipbreaker

Existem três critérios básicos principais a serem considerados ao selecionar um chipbreaker.

① Área de usinagem

Refere-se às categorias de acabamento, corte médio e desbaste. Como a agudeza, a resistência da aresta de corte e a capacidade de Chip control necessárias diferem, selecione um sistema de quebra-cavaco adequado à área de usinagem.

② Material da peça

A formação de cavacos varia muito dependendo do material da peça, como aço, aço inoxidável, ferro fundido, non-ferrous metals e ligas resistentes ao calor. Cada fabricante fornece sistemas de quebra-cavacos correspondentes às classificações ISO (P/M/K/N/S/H).

③ Faixa de profundidade de corte (ap) e Feed (f)

Cada quebra-cavaco tem sua própria faixa adequada de profundidade de corte e Feed. Use o mapa de seleção de chipbreaker (ap × f) mostrado nos catálogos para selecionar um quebra-cavaco que corresponda às condições de usinagem.

7. Diferenças entre chipbreakers de acabamento, corte médio e desbaste

O desempenho exigido de um quebra-cavaco varia muito dependendo da área de usinagem.

Chipbreakers de acabamento

Projetados com ênfase na agudeza em faixas de baixo Feed e profundidade de corte rasa. São vantajosos para a qualidade da superfície e mantêm a resistência ao corte baixa. No entanto, a resistência da aresta de corte pode ser insuficiente em condições severas ou corte interrompido.

Chipbreakers de corte médio

Estes são os mais versáteis e são projetados para cobrir facilmente uma ampla gama de condições. Em locais de produção em massa, eles são frequentemente a primeira escolha; em caso de dúvida, tentar primeiro um quebra-cavaco de corte médio é a abordagem padrão.

Chipbreakers de desbaste

Designs robustos que suportam grandes profundidades de corte, altos avanços e cortes pesados. Eles dobram os cavacos fortemente e proporcionam alta resistência da aresta de corte, mas podem ser desvantajosos em termos de baixa resistência e qualidade da superfície acabada.

8. Chipbreakers trabalham em combinação com as condições de corte

A seleção do chipbreaker não se completa apenas pela geometria do quebra-cavaco. A forma como ele funciona muda dependendo da combinação com as condições de usinagem.

Condições de usinagem que afetam o desempenho do quebra-cavaco

• Feed (f) — Se o Feed for muito baixo, os cavacos tornam-se finos e difíceis de quebrar. Se for muito alto, a restrição excessiva aumenta a carga na aresta de corte.
• Profundidade de corte (ap) — Se for muito rasa, a largura do cavaco torna-se insuficiente e o quebra-cavaco é menos eficaz.
• Cutting speed (Vc) — Em geral, à medida que a Cutting speed aumenta, a faixa efetiva do quebra-cavaco tende a tornar-se mais estreita.
• Coolant — A faixa efetiva muda dependendo da presença ou ausência de fluido de corte e do método de fornecimento. O Coolant de alta pressão auxilia na evacuação e quebra de cavacos.
• Ângulo do suporte (ângulo de posição) — Altera a direção do fluxo, a espessura e a largura do Chip, afetando o funcionamento do quebra-cavacos.

9. Considerações por material da peça

A formação de cavacos difere muito dependendo do tipo de material da peça, e as características exigidas de um chipbreaker também mudam. Os pontos principais para cada grupo de materiais estão resumidos abaixo de acordo com as classificações ISO de materiais de peças (P/M/K/N/S/H).

ISO P Aço (aço carbono e liga de aço)

• Um material representativo para o qual os quebra-cavacos são fáceis de aplicar. Sob condições apropriadas, é relativamente fácil atingir o formato de cavaco desejado.
• Em geral, o Chip control é bom e a força de corte está dentro de uma faixa estável.
• O aço de baixo carbono (C<0,25 %) é dúctil e propenso à adesão, incluindo aresta postiça. Uma aresta de corte afiada e um ângulo de saída positivo são eficazes. Manter a profundidade de corte no raio de ponta ou acima dele melhora o Chip control.
• Em aços de alta liga e aços de alta dureza, a geração de calor aumenta e a faixa efetiva do quebra-cavaco tende a tornar-se mais estreita.

ISO M Aço inoxidável

• Um material representativo que tende a produzir cavacos longos e é difícil de controlar.
• O aço inoxidável austenítico é propenso ao encruamento, produzindo cavacos duros e aresta postiça. Recomenda-se uma aresta de corte afiada e geometria positiva.
• O aço inoxidável duplex possui alta resistência à tração e grandes forças de corte. Os cavacos tornam-se grossos e duros, criando um risco de martelamento de cavacos, ou danos na aresta de corte causados pelo impacto do cavaco.
• Uma combinação de sistemas de quebra-cavacos dedicados para acabamento, corte médio e desbaste com Coolant de alta pressão é eficaz.
• É importante cortar abaixo da camada encruada e manter a profundidade de corte constante.

ISO K Ferro fundido

• Caracterizado por cavacos curtos que quebram facilmente; o Chip control é geralmente bom.
• O ferro fundido cinzento (GCI) possui altas propriedades de autoquebra e os cavacos tendem a quebrar curtos. A resistência ao desgaste abrasivo é mais importante do que a função de quebra de cavacos do quebra-cavaco.
• O ferro fundido nodular (NCI) tende a produzir aresta postiça e, em classes ferríticas macias, o desgaste por adesão é dominante.
• O CGI (ferro de grafite compactado) possui resistência à tração 2 a 3 vezes superior ao GCI, resultando em maior força de corte e geração de calor.
• O ADI (ferro dúctil austemperado) reduz a vida útil da ferramenta em 40 a 50 % em comparação com o NCI. Deve-se prestar atenção às altas forças de corte dinâmicas.
• Insertos negativos que enfatizam a resistência da aresta de corte são frequentemente usados.

ISO N Non-ferrous metals (alumínio, ligas de cobre, etc.)

• As ligas de alumínio possuem baixas forças de corte e tendem a produzir cavacos longos. Se for ligado, o Chip control é relativamente fácil.
• O alumínio puro possui alta adesão, tornando essencial uma aresta de corte afiada e alta Cutting speed.
• O alumínio com teor de Si de 13 % ou superior é altamente abrasivo, e as ferramentas de PCD são eficazes.
• Ligas de cobre, como latão e bronze, geram cavacos relativamente curtos. Ligas de cobre de corte livre têm baixa dependência de quebra-cavacos.
• Em geral, arestas de corte afiadas e geometria positiva são requisitos básicos. Quebra-cavacos com efeito de quebra fraco também são uma opção quando a agudeza é priorizada.

ISO S Superligas resistentes ao calor e titânio (HRSA)

Ligas à base de níquel, como Inconel

• A resistência a altas temperaturas é elevada e são gerados cavacos segmentados difíceis de quebrar.
• Altas forças de corte dinâmicas criam carga pesada na aresta de corte. Cuidado com o desgaste de entalhe e aresta postiça.
• Recomendam-se insertos redondos com um grande ângulo de posição e geometria positiva.

Ligas de titânio

• A condutividade térmica é baixa, portanto o calor de corte concentra-se na aresta de corte.
• Cavacos finos entram em contato com uma área estreita da face de saída, criando carga concentrada perto da aresta de corte.
• Se a Cutting speed for muito alta, reações químicas com o material da ferramenta podem criar risco de fratura repentina.
• É necessária uma aresta de corte afiada e tenaz.

Ligas à base de cobalto

• Entre os materiais mais difíceis de usinar, com alta resistência à corrosão a quente. A resistência específica ao corte é extremamente alta, de 2.700 a 3.100 N/mm².

Pontos comuns

• A combinação de Coolant de alta pressão e quebra-cavacos dedicados é essencial.
• O Chip control em faixas de baixa velocidade e baixo Feed é um desafio.
• A usinabilidade varia muito entre materiais recozidos e endurecidos por envelhecimento, portanto, confirme a condição do tratamento térmico antes de selecionar um quebra-cavaco.

ISO H Hardened steel (50 a 68 HRc)

• Usado principalmente em operações de acabamento. A resistência específica ao corte é alta, de 2.550 a 4.870 N/mm², mas o Chip control é relativamente bom.
• As ferramentas de CBN são predominantes, e os chipbreakers 3D podem melhorar o Chip control, fornecer ângulo de saída e suprimir vibrações.
• A deformação plástica causada pela alta temperatura de corte e a resistência ao desgaste abrasivo são questões importantes.

10. Pontos de revisão quando as coisas não funcionam bem

A tabela abaixo resume os sintomas típicos, as principais causas e as contramedidas quando ocorrem problemas relacionados ao Chip.

💡 Equívocos comuns

Resumo — Pontos-chave para a seleção do quebra-cavacos

Um quebra-cavacos não é simplesmente um “canal que quebra cavacos”; ele se refere a todo o conjunto de especificações da aresta de corte, incluindo ângulo de saída, land e honing. É um elemento fundamental para a estabilidade do processo que afeta simultaneamente o controle de Chips, a resistência ao corte e a resistência da aresta de corte.

1. A seleção da Geometry e a otimização das condições funcionam em conjunto — Mudar apenas o quebra-cavacos não produzirá o efeito desejado se as condições forem inadequadas.
2. Use o mapa de seleção de quebra-cavacos — Verifique o quebra-cavacos adequado às condições de usinagem usando os mapas do catálogo por classificação P/M/K/N/S/H.
3. Considere as características do material da peça — Como a formação do Chip difere conforme o material, selecione um sistema de quebra-cavacos adequado ao material da peça.
4. “Nenhum” ou “fraco” também podem estar corretos — Dependendo do objetivo da usinagem, um topo plano ou um quebra-cavacos com restrição fraca também pode ser uma opção eficaz.
5. Verifique o formato do Chip — O ideal é um formato que não seja “nem muito curto, nem muito longo e fácil de evacuar”. Observe os Chips após a usinagem e use-os como pistas para melhorias.