1. O que é um chipbreaker?

Num sentido restrito, o termo chipbreaker refere-se à ranhura ou à Geometry saliente na face de saída de um insertos para partir chips.

No entanto, no design real de insertos, um chipbreaker refere-se ao conjunto completo de especificações da aresta de corte, incluindo não só a quebra de chips, mas também o controlo 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 breaker — Largura da ranhura que determina a distância ao longo da qual os chips se enrolam
• Altura da parede do breaker — Altura da parede que recebe e dobra o chip
• Ângulo de saída — Ângulo que afeta a direção do escoamento do chip e a resistência ao corte
• Largura da faixa (land) — Largura da área plana imediatamente atrás da aresta de corte
• Ângulo de saída da faixa (land) — Ângulo de inclinação da superfície da faixa (land).
• Brunimento (preparação da aresta) — Ligeiro arredondamento aplicado à aresta de corte

Relação entre os fatores de parâmetro e os seus efeitos

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

2. Porque são necessários chipbreakers?

Problemas quando não existe chipbreaker

• Chips longos e contínuos → chips a enrolarem-se na peça ou na ferramenta
• Risco de superfícies maquinadas riscadas e paragem da máquina
• Preocupações de segurança do operador, uma vez que chips longos são afiados e perigosos
• Especialmente em máquinas automáticas e em maquinagem contínua, uma evacuação deficiente de chips pode levar diretamente à paragem do processo

Vantagens de ter um chipbreaker

• Maior eficiência de maquinagem — Os chips são devidamente partidos e evacuados
• Maior vida útil da ferramenta — Evita cargas anormais causadas pelo emaranhamento de chips
• Qualidade de maquinagem estável — Reduz o contacto dos chips que pode prejudicar o acabamento superficial

Mais do que Chip control — três funções

Um chipbreaker é responsável não só pelo Chip control, mas também por controlar a resistência ao corte e garantir a resistência da aresta de corte em simultâneo.

• Chip control — Parte e evacua corretamente os chips através do design da largura do breaker e da altura da parede
• Resistência ao corte — Reduz a resistência através do design do ângulo de saída e da largura do breaker, contribuindo para a poupança de energia e a supressão de vibrações (chatter)
• Resistência da aresta de corte — Garante a resistência da aresta de corte através do design da largura da faixa (land), do ângulo de saída da faixa (land) e do brunimento, prevenindo fratura e desgaste anormal

3. Quando não ter chipbreaker é a melhor opção

Um chipbreaker não é “sempre necessário”, nem é verdade que “quanto mais forte atuar, melhor”. Consoante o objetivo de maquinagem, o material da peça e as condições de corte, existem casos em que não ter breaker ou ter um breaker com fraco efeito de quebra é mais vantajoso.

■ Ao selecionar um topo plano

Materiais de peça cujos chips se partem naturalmente em segmentos curtos, como o ferro fundido e o latão

Como a função de quebra de chips do breaker é desnecessária, pode utilizar-se um topo plano para priorizar a resistência da aresta de corte.

Corte extremamente pesado ou corte interrompido

Uma vez que a ranhura do breaker pode tornar-se um ponto fraco na resistência da aresta de corte, selecionar um topo plano pode reduzir o risco de fratura.

■ Ao selecionar um breaker com fraco efeito de quebra

Quando pretende reduzir a resistência ao corte

Um breaker que restringe o chip aumenta a resistência. Quando a baixa resistência é priorizada em detrimento do Chip control, escolher um breaker com fraca restrição do chip é eficaz para suprimir a resistência.

Quando pretende obter excelente qualidade da superfície maquinada

Quando se enfatiza a quebra de chips, a restrição do chip pelo breaker aumenta a espessura do chip, criando chips com maior probabilidade de riscar a parede maquinada. Um breaker com fraca restrição pode gerar chips com menor probabilidade de danificar a superfície maquinada, permitindo priorizar a qualidade superficial.

4. Como os chips se partem: o princípio

O princípio pelo qual um chipbreaker parte chips pode ser compreendido nas quatro etapas seguintes.

1. Cisalhamento e elevação — O chip começa a escoar ao longo da face de saída a partir da aresta de corte
2. Enrolamento — O chip é forçado a enrolar-se fortemente pela Geometry do breaker, como a ranhura e a parede
3. A deformação aumenta — O raio de enrolamento torna-se menor, aumentando a deformação por flexão no interior do chip
4. Quebra — O chip parte-se quando a deformação excede o seu limite

Três padrões de quebra de chips

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

5. Qual é a forma ideal do chip?

Saber “que tipo de chip é bom” fornece uma base para avaliar a seleção do breaker e o ajuste das condições.

Chips ideais

• Chips enrolados com algumas voltas — Moderadamente enrolados e naturalmente partidos
• Chips em forma de C moderadamente partidos — Nem demasiado curtos nem demasiado longos, fáceis de evacuar

Chips indesejáveis

❌ Chips excessivamente longos e contínuos

Estes enrolam-se na peça ou na ferramenta e riscam a superfície maquinada. Em máquinas automáticas, podem causar paragem do processo devido a evacuação deficiente.

❌ Chips extremamente finos e duros

Isto indica que o breaker está a restringir o chip de forma demasiado forte. Aumenta a carga na aresta de corte, levando a menor vida útil da ferramenta e a um maior risco de fratura.

6. Critérios básicos para selecionar um chipbreaker

Existem três critérios básicos principais a considerar ao selecionar um chipbreaker.

① Área de maquinagem

Isto refere-se às categorias de acabamento, corte médio e desbaste. Como a afiação necessária, a resistência da aresta de corte e a capacidade de Chip control diferem, selecione um sistema de breaker adequado à área de maquinagem.

② Material da peça

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

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

Cada breaker tem o seu próprio intervalo adequado de profundidade de corte e Feed. Utilize o mapa de seleção de chipbreaker (ap × f) apresentado nos catálogos para selecionar um breaker que corresponda às condições de maquinagem.

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

O desempenho exigido a um breaker varia muito consoante a área de maquinagem.

Chipbreakers de acabamento

Concebidos com ênfase na afiação em intervalos de Feed baixo e profundidade de corte reduzida. São vantajosos para a qualidade superficial e mantêm a resistência ao corte baixa. No entanto, a resistência da aresta de corte pode ser insuficiente em condições severas ou em corte interrompido.

Chipbreakers de corte médio

São os mais versáteis e foram concebidos para cobrir facilmente uma ampla gama de condições. Em locais de produção em massa, são frequentemente a primeira escolha; em caso de dúvida, experimentar primeiro um breaker de corte médio é a abordagem padrão.

Chipbreakers de desbaste

Designs robustos que suportam grandes profundidades de corte, feeds elevados e corte pesado. Dobrando fortemente os chips, proporcionam elevada resistência da aresta de corte, mas podem ser desvantajosos em termos de baixa resistência e qualidade da superfície acabada.

8. Os chipbreakers funcionam em combinação com as condições de corte

A seleção do chipbreaker não fica concluída apenas com a Geometry do breaker. O seu funcionamento muda consoante a combinação com as condições de maquinagem.

Condições de maquinagem que afetam o desempenho do breaker

• Feed (f) — Se o Feed for demasiado baixo, os chips tornam-se finos e difíceis de partir. Se for demasiado elevado, a restrição excessiva aumenta a carga na aresta de corte.
• Profundidade de corte (ap) — Se for demasiado reduzida, a largura do chip torna-se insuficiente e o breaker é menos eficaz.
• Cutting speed (Vc) — Em geral, à medida que a Cutting speed aumenta, o intervalo eficaz do breaker tende a tornar-se mais estreito.
• Coolant — O intervalo eficaz muda consoante a presença ou ausência de fluido de corte e o método de fornecimento. Coolant de alta pressão ajuda na evacuação e na quebra de chips.
• Ângulo do porta-ferramentas (ângulo de ataque) — Altera a direção do escoamento do chip, a espessura e a largura, afetando o modo como o breaker funciona.

9. Considerações por material da peça

A formação de chips difere muito consoante o tipo de material da peça, e as características exigidas a um chipbreaker também mudam. Os pontos-chave para cada grupo de materiais são resumidos abaixo de acordo com as classificações ISO de materiais da peça (P/M/K/N/S/H).

ISO P Aço (aço carbono e aço ligado)

• Um material representativo para o qual os breakers são fáceis de aplicar. Em condições adequadas, é relativamente fácil obter a forma de chip pretendida.
• Em geral, o Chip control é bom e a força de corte está dentro de um intervalo 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 igual ou superior ao raio de ponta melhora o Chip control.
• Em aços de alta liga e aços de elevada dureza, a geração de calor aumenta e o intervalo eficaz do breaker tende a tornar-se mais estreito.

ISO M Aço inoxidável

• Um material representativo que tende a produzir chips longos e é difícil de controlar.
• O aço inoxidável austenítico é propenso ao encruamento, produzindo chips duros e aresta postiça. Recomenda-se uma aresta de corte afiada e Geometry positiva.
• O aço inoxidável duplex tem elevada resistência à tração e grandes forças de corte. Os chips tornam-se espessos e duros, criando risco de martelamento de chips ou danos na aresta de corte causados pelo impacto do chip.
• Uma combinação de sistemas de breaker 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

• Caracteriza-se por chips curtos que se partem facilmente; o Chip control é geralmente bom.
• O ferro fundido cinzento (GCI) tem elevadas propriedades de autoquebra e os chips tendem a partir-se em segmentos curtos. A resistência ao desgaste abrasivo é mais importante do que a função de quebra de chips do breaker.
• O ferro fundido nodular (NCI) tende a produzir aresta postiça e, em graus ferríticos macios, o desgaste adesivo é dominante.
• O CGI (ferro fundido com grafite compactado) tem resistência à tração 2 a 3 vezes superior à do GCI, resultando em maior força de corte e geração de calor.
• O ADI (ferro dúctil austemperizado) reduz a vida útil da ferramenta em 40 a 50% em comparação com o NCI. Deve prestar-se atenção a forças de corte dinâmicas elevadas.
• São frequentemente utilizados insertos negativos que enfatizam a resistência da aresta de corte.

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

• As ligas de alumínio têm baixas forças de corte e tendem a produzir chips longos. Se forem ligadas, o Chip control é relativamente fácil.
• O alumínio puro tem elevada adesão, tornando essencial uma aresta de corte afiada e elevada Cutting speed.
• O alumínio com teor de Si de 13% ou superior é altamente abrasivo, e as ferramentas PCD são eficazes.
• As ligas de cobre, como o latão e o bronze, geram chips relativamente curtos. As ligas de cobre de corte fácil têm baixa dependência de breakers.
• Em geral, arestas de corte afiadas e Geometry positiva são requisitos básicos. Breakers com fraco efeito de quebra também são uma opção quando a afiação é priorizada.

ISO S Superligas resistentes ao calor e titânio (HRSA)

Ligas à base de níquel, como o Inconel

• A resistência a altas temperaturas é elevada e são gerados chips segmentados difíceis de partir.
• Forças de corte dinâmicas elevadas criam grande carga na aresta de corte. Atenção ao desgaste em entalhe e à aresta postiça.
• Recomendam-se insertos redondos com grande ângulo de ataque e Geometry positiva.

Ligas de titânio

• A condutividade térmica é baixa, pelo que o calor de corte se concentra na aresta de corte.
• Chips finos contactam uma área estreita da face de saída, criando carga concentrada perto da aresta de corte.
• Se a Cutting speed for demasiado elevada, reações químicas com o material da ferramenta podem criar risco de fratura súbita.
• É necessária uma aresta de corte afiada e tenaz.

Ligas à base de cobalto

• Entre os materiais mais difíceis de maquinar, com elevada resistência à corrosão a quente. A resistência específica ao corte é extremamente elevada, de 2700 a 3100 N/mm².

Pontos comuns

• A combinação de Coolant de alta pressão e breakers dedicados é essencial.
• O Chip control em intervalos de baixa velocidade e baixo Feed é um desafio.
• A maquinabilidade varia muito entre materiais recozidos e endurecidos por envelhecimento, pelo que confirme a condição de tratamento térmico antes de selecionar um breaker.

ISO H Hardened steel (50 a 68 HRc)

• Utilizado principalmente em operações de acabamento. A resistência específica ao corte é elevada, de 2550 a 4870 N/mm², mas o Chip control é relativamente bom.
• As ferramentas CBN são predominantes, e chipbreakers 3D podem melhorar o Chip control, proporcionar ângulo de saída e suprimir vibrações (chatter).
• A deformação plástica causada pela elevada temperatura de corte e a resistência ao desgaste abrasivo são questões importantes.

10. Pontos a rever quando as coisas não correm bem

A tabela abaixo resume sintomas típicos, principais causas e contramedidas quando ocorrem problemas relacionados com chips.

💡 Equívocos comuns

Resumo — Pontos-chave para a seleção de chipbreaker

Um chipbreaker não é simplesmente uma “ranhura que parte chips”; refere-se ao conjunto completo de especificações da aresta de corte, incluindo ângulo de saída, faixa (land) e brunimento. É um elemento-chave para a estabilidade do processo que afeta em simultâneo o Chip control, a resistência ao corte e a resistência da aresta de corte.

1. A seleção de Geometry e a otimização das condições funcionam como um conjunto — Alterar apenas o breaker não produzirá o efeito desejado se as condições forem inadequadas.
2. Utilize o mapa de seleção de chipbreaker — Verifique o breaker adequado às condições de maquinagem utilizando mapas de catálogo por classificação P/M/K/N/S/H.
3. Considere as características do material da peça — Como a formação de chips difere por material, selecione um sistema de breaker adequado ao material da peça.
4. “Nenhum” ou “fraco” também pode estar correto — Consoante o objetivo de maquinagem, um topo plano ou um breaker com fraca restrição também pode ser uma opção eficaz.
5. Verifique a forma do chip — O ideal é uma forma “nem demasiado curta, nem demasiado longa, e fácil de evacuar”. Observe os chips após a maquinagem e utilize-os como pistas para melhoria.